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1、 内容简介：本模块主要讲述塑料及其应用；塑料的组成；塑料的分类；塑料成型的工艺特性（包括热塑性塑料和热固性塑料的工艺特性）；塑料的注塑成型中要注意的一些问题等。模块模块一一 塑料及其性能塑料及其性能 河南机电高等专科学校：杨占尧 学习目的和要求：学习目的和要求：了解塑料的用途和其特殊优点。掌握塑料的组成和分类。具备分析塑料产品的工艺性，并在此基础上找出工艺难点，提出解决问题的方法的能力。重点：重点：热塑性塑料和热固性塑料的工艺特性。模块模块一一 塑料及其性能塑料及其性能 河南机电高等专科学校：杨占尧 模块模块一一 塑料及其性能塑料及其性能 1.1 塑料及其应用 1.2 塑料的组成 1.3 塑料
2、的分类 1.4 塑料成型的工艺特性 1.5 塑料的注塑成型河南机电高等专科学校：杨占尧 1.1 塑料及其应用塑料及其应用 塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力条件下具有流动性，可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状不发生变化。河南机电高等专科学校：杨占尧 树脂分为天然树脂和合成树脂两大类型，塑料大多采用合成树脂。各种合成树脂都是人工将低分子化合物单体通过合成方法生产出的高分子化合物，它们的相对分子质量一般都大于1万，有的甚至可以达到百万级，所以化学上也常将它们称为聚合物或高聚物。聚合物虽然是塑料中的主要成分，但是单纯的聚合物性能往往不能满足成型生
3、产中的工艺要求和成型后的使用要求，欲要克服这一缺陷，必须在聚合物中添加一定数量的助剂，并通过这些助剂来改善聚合物的性能。例如，添加增塑剂可以改善聚合物的流动性能和成型性能等等。因此，可以认为塑料是一种由聚合物和某些助剂结合而成的高分子化合物。河南机电高等专科学校：杨占尧 作为日常用品，塑料的用途已经广为人知，但由于它们的一些特殊优点，塑料在工业中的应用也已经非常普遍，主要有以下几个方面：1 密度小、质量轻密度小、质量轻 塑料的密度约为0.92.3gcm3，但大多数都在1.01.4gcm3左右，其中聚4-甲基丁烯-1的密度最小，大约0.83gcm3，只相当于钢材密度的0.11和铝材的0.5左右，
4、如果采用发泡工艺生产泡沫塑料，则塑料的密度将会更小，其数值可以小到0.010.5gcm3。河南机电高等专科学校：杨占尧2 2 比强度高比强度高 按单位质量计算的强度称为比强度，由于塑料的密度小，所以其比强度比较高，若按比强度大小来评价材料的使用性能，则一些特殊的塑料品种将会名列前茅。例如，一般钢材的拉伸比强度约160MPa，而用玻璃纤维增强的塑料拉伸比强度可高达170400MPa。河南机电高等专科学校：杨占尧 3 3 绝缘性能好、介电损耗低绝缘性能好、介电损耗低 金属导电是其原子结构中自由电子和离子作用的结果，而塑料原子内部一般都没有自由电子和离子，所以大多数塑料都具有良好的绝缘性能以及很低的
5、介电损耗。因此，塑料是现代电工行业和电器行业不可缺少的原材料，许多电器用的插头、插座、开关、手柄等等，都是用塑料制成的。河南机电高等专科学校：杨占尧 4 4 化学稳定性高化学稳定性高 生产实践和科学试验已经表明，绝大多数塑料的化学稳定性都很高，它们对酸、碱和许多化学药物都具有良好的耐腐蚀能力，其中聚四氟乙烯塑料的化学稳定性最高，它的抗腐蚀能力比黄金还要好，可以承受“王水”（镪酸）的腐蚀，所以称为“塑料王”。由于塑料的化学稳定性高，所以它们在化学工业中应用很广泛，可以用来制作各种管道、密封件和换热器等。河南机电高等专科学校：杨占尧 5 5 减摩、耐磨性能好减摩、耐磨性能好 如果用塑料制作机械零件
6、，并在摩擦磨损的工作条件下应用，那么大多数塑料都具有良好的减摩和耐磨性能，它们可以在水、油或带有腐蚀性的液体中工作，也可以在半干摩擦或者完全干摩擦的条件下工作，这是一般金属零件无法与其相比的。因此，现代工业中已有许多齿轮、轴承和密封圈等机械零件开始采用塑料制造，特别是对塑料配方进行特殊设计后，还可以使用塑料制造自润滑轴承。河南机电高等专科学校：杨占尧 6 6 减振、隔音性能好减振、隔音性能好 塑料的减振和隔音性能来自于聚合物大分子的柔韧性和弹性。一般来讲，塑料的柔韧性要比金属大得多，所以当其遭到频繁的机械冲击和振动时，内部将产生粘性内耗，这种内耗可以把塑料从外部吸收进来的机械能量转换成内部热能
7、，从而也就起到了吸振和减振的作用。塑料是现代工业中减振隔音性能极好的材料，不仅可以用于高速运转机械，而且还可以用作汽车中的一些结构零部件（如保险杠和内装饰板等），据报导，国外一些轿车已经开始采用碳纤维增强塑料制造板簧。河南机电高等专科学校：杨占尧 除了上述几点之外，许多塑料还都具有透光和绝热性能，或可以与金属一样进行电镀、着色和焊接，从而使得塑料制品能够具有丰富的色彩和各种各样的结构形式。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射以及耐瞬时烧蚀等特殊性能。河南机电高等专科学校：杨占尧 塑料虽然具有以上诸多优点和广泛用途，但它们还有一些比较严重的缺陷至今未能克服（如不耐热、容易在阳光、大气、
8、压力和某些介质作用下老化等等）。这些缺陷的存在，严重地影响了塑料应用范围进一步扩大，使得塑料制品在许多领域还不能从根本上取代金属制品。从精度方面讲，塑料制品的使用范围也受到一定限制。换句话说就是，如果采用成型加工的方法生产塑料制品，要达到某一精度所遇到的加工难度要比金属制品成形时来得大。因此，在目前的塑料成型加工行业中，塑料制品的精度（即公差等级）有其自己单独的标准，一般都不套用金属制品的精度。河南机电高等专科学校：杨占尧1.2 塑料的组成塑料的组成 塑料是以聚合物为主体，添加各种助剂的多组分材料。根据不同的功能，塑料所用的助剂可分为：增塑剂、稳定剂、润滑剂、填充剂、增强剂、交联剂、着色剂、发
9、泡剂等等。河南机电高等专科学校：杨占尧1 1 聚合物聚合物 聚合物是塑料配方中的主要成分，它在塑料制品中为均匀的连续相，其作用在于将各种助剂粘合成一个整体，使制品能获得预定的使用性能。在成型物料中，聚合物应能与所添加的各种助剂共同作用，使物料具有较好的成型性能。聚合物的品种类别很多，而且就某一种聚合物而言，它们的各种特性也会因为合成方法不同而有差异。河南机电高等专科学校：杨占尧 2 2 增塑剂增塑剂 为了改善聚合物熔体在注塑成型过程中的流动性，常常需要在聚合物中添加一些能与聚合物相溶并且不易挥发的有机化合物，这些化合物统称为增塑剂。增塑剂加入聚合物后，其分子可插入到大分子链之间，并因此而削弱聚
10、合物大分子之间的作用力，从而导致聚合物的粘流温度和玻璃化温度下降，粘度也随之减小，故流动性可以提高。增塑剂加入聚合物后，还能提高塑料的伸长率、抗冲击性能以及耐寒性能，但其硬度、强度和弹性模量却有所下降。河南机电高等专科学校：杨占尧 向聚合物中添加增塑剂经常需要在保证相溶性好和不易挥发的两项基本要求前提下，再去考虑如何满足其它要求。在满足制品性能的前提下，为了降低生产成本，解决某些增塑剂供不应求的现象，以及为了弥补某些增塑剂的缺陷等问题，常常可以将某种聚合物所用的多种增塑剂分为主增塑剂、次增塑剂和增量剂。主增塑剂应与聚合物之间具有足够的相溶性，甚至在一定范围内可完全相溶，且能单独加入聚合物，配比
11、可达1:1。次增塑剂与聚合物的亲合力可以差一些，一般不能单独使用，只能与主增塑剂共用，配比最多为1:3。使用次增塑剂的主要目的是为了代替部分主增塑剂。增量剂一般不溶于聚合物，更不能单独使用，只能混入主增塑剂中使用，目的是为了减少主、次增塑剂用量，降低生产成本。河南机电高等专科学校：杨占尧 3 3 稳定剂稳定剂 为了防止或抑制不正常的降解和交联，需要在聚合物中添加一些能够稳定其化学性质的物质，这些物质称为稳定剂。根据发挥作用的不同可分为热稳定剂、抗氧化剂和光稳定剂。生产中，稳定剂的添加量一般大于2%，也有少数情况下高达5%。（1）热稳定剂 （2）抗氧化剂 （3）光稳定剂 河南机电高等专科学校：杨
12、占尧 4 4 润滑剂润滑剂 为了改善塑料在注塑成型过程中的流动性能，并减少或避免塑料熔体对设备及模具的粘附和摩檫，常常需要在聚合物中添加一些必要的物质，这些物质统称为润滑剂。它还能使塑料表面保持光洁。河南机电高等专科学校：杨占尧 5 填充剂填充剂 填充剂又称填料，通常对聚合物呈惰性。在聚合物中添加填充剂的主要目的是为了改善塑料的成型性能、减小塑料中的聚合物用量以及提高塑料的某些性能。6 增强剂增强剂 增强剂是填充剂中的一个类型，多用于热固性塑料，可以提高塑料制品的物理性能和力学强度。河南机电高等专科学校：杨占尧 7 交联剂交联剂 亦称硬化剂，添加在聚合物中能促使聚合物进行交联反应或加快交联反应
13、速度，一般多用在热固性塑料中。可以促使制品加速硬化。8 着色剂着色剂 添加在聚合物中可使塑料着色的物质统称为着色剂。它们可以分为无机颜料、有机颜料和染料三种类型。着色剂用量一般为0.01%0.02%,一味提高用量并不能加重色泽和鲜艳程度。河南机电高等专科学校：杨占尧 9 9 发泡剂发泡剂 添加在聚合物中，可使塑料形成蜂窝状泡孔结构的物质叫做发泡剂。它主要用来增大塑料制品的体积和减轻重量，同时也可提高防振性能。发泡机理可分为物理发泡和化学发泡两种类型。物理发泡通过液体发泡剂蒸发膨胀实现，化学发泡通过发泡剂受热分解产生气体实现。河南机电高等专科学校：杨占尧 10 10 其他助剂其他助剂（1）阻燃剂
14、：添加在聚合物中可以阻止或延缓 塑料燃烧的物质。（2）驱避剂：添加在聚合物中防止老鼠、昆 虫、细菌和霉菌危害的物质。（3）防静电剂：添加在聚合物中能防止塑料遭 静电危害的物质。（4）偶联剂：添加在聚合物中能提高聚合物和 增强剂、填充剂界面间结合力的物质。（5）开口剂：添加在聚合物中防止塑料薄膜层 之间粘连的物质。河南机电高等专科学校：杨占尧 1.3 塑料的分类塑料的分类 塑料有两个特点：第一个特点是在一定温度下具有可塑性；第二个特点是它的全部或主要成分都是高分子的合成树脂，合成树脂约占塑料总重量的40100。塑料的基本性能主要取决于树脂的本性，因此，塑料的组成可分为简单组分和复杂组分两类。简单
15、组分的塑料，基本上是由合成树脂组成，其中仅加入少量辅助材料，这一类塑料主要有聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等；也有的塑料除树脂外不加任何添加剂，如聚四氟乙烯(PTTE)。复杂组分的塑料，则由多种组分所组成，除树脂外，还加入填充剂、增塑剂、着色剂、稳定剂、润滑剂、促进剂等，这一类塑料主要有聚氯乙烯(PVC)、酚醛塑料(PF)等。河南机电高等专科学校：杨占尧 塑料是一个庞大的家族，分支多，分类方法也很多。最常用的分类方法是根据合成树脂在受热后所表现的性能不同来划分，一般分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。线型或支链型大分子链比较容易活动，受热时分子间可以互相移动，具有
16、较好的塑性，固化成型后如再加热又可变软，如此可反复进行多次，这种特性的树脂或塑料叫热塑性树脂或热塑性塑料。而网状结构的合成树脂，加热初期具有一定的可塑性，软化后可制成各种形状的制品，但是过一段时间，随着网状交联的逐渐形成，便会固化而失去塑性，冷却后再加热也不会再软化，再受高热即被分解破坏，这种特性的树脂或塑料叫做热固性树脂或称热固性塑料。河南机电高等专科学校：杨占尧 常见的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS、有机玻璃(聚甲基丙烯酸酯)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)(尼龙)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯丙烯腈(SAN)等。这类塑料的优点是成型工艺简单，具有相当高的物理
17、和机械性能，并能反复回炉，但缺点是耐热性和刚性较差。常见的热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂(EP)、氨基树脂、醋酸树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯、聚氨基甲酸酯(PUR)等。这类塑料的成型工艺比较麻烦，不利于连续生产和提高生产率，而且不能反复利用。但一般具有较高的耐热性和受压不易变形的特点。河南机电高等专科学校：杨占尧 另外，若按塑料的用途分类，又可分为通用塑料和工程塑料两大类。通用塑料，般指产量大、用途广、价格低廉的一类塑料，它包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛、氨基等六大品种。工程塑料，一般指机械强度高，可代替金属而用作工程材料的塑料，如制作机械零件、电子仪器仪表、设备结构件等。这类
18、塑料包括聚苯醚(PP0)、ABS、尼龙、聚甲醛、聚砜(PSF)、聚对二甲苯、聚酰亚胺(PI)等。通用塑料和工程塑料的划分范围并不很严格，如ABS是一种主要的工程塑料，但由于其产量大，所以也可划入通用塑料；聚丙烯是典型的通用塑料，而增强的聚丙烯因其有工程塑料的某些特性，故可划入工程塑料的范围。河南机电高等专科学校：杨占尧 工程塑料又可分为“通用工程塑料”和“特种工程塑料”。一般把产量大的工程塑料称为“通用工程塑料”，如尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、聚苯并噻唑(PBT)及其改性产品等，通常所说的工程塑料一般指这一部分。把生产数量少、价格昂贵、性能优异，可做结构材料或特殊用途的塑料称为“特种工
19、程塑料”，如聚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚芳酯、热塑性氟塑料、芳香族聚酰胺、聚苯酯、聚四氟乙烯以及交联型聚氨基双马来酰亚胺、聚三嗪(BT树脂)、交联型聚酰亚胺酰亚胺、耐热环氧等。河南机电高等专科学校：杨占尧 1.4 塑料成型的工艺特性塑料成型的工艺特性 塑料的成型工艺特性是塑料在成型加工过程中表现出来的特有性质，模具设计者必须对塑料的成型工艺特性有充分的了解。下面就热塑性塑料与热固性塑料的工艺特性分别进行讨论。河南机电高等专科学校：杨占尧 1.4.1 热塑性塑料的工艺特性热塑性塑料的工艺特性 1 1 收缩率收缩率河南机电高等专科学校：杨占尧 影响塑件成型收影响塑件成型收缩缩的因素主要有：
20、的因素主要有：(1)塑料品种 (2)塑件结构 (3)模具结构 (4)成型工艺条件 由于影响塑料收缩率变化的因素很多，而且相当复杂，所以收缩率是在一定范围内变化的。在模具设计时应根据以上因素综合考虑选取塑料的收缩率。常用各种热塑性塑料的收缩率可参见有关文献。河南机电高等专科学校：杨占尧 2 2 流动性流动性 塑料在一定的温度、压力作用下充填模具型腔的能力，称为塑料的流动性。塑料的流动性差，就不容易充满型腔，易产生缺料或熔接痕等缺陷，因此需要较大的成型压力才能成型。相反，塑料的流动性好，可以用较小的成型压力充满型腔。但流动性太好，会在成型时产生严重的溢边。流动性的大小与塑料的分子结构有关。对于热塑
21、性塑料，常用熔融指数和螺旋线长度来表示其流动性。熔融指数采用如图1-1所示的标准装置来测定。螺旋线长度实验法如图1-2所示 河南机电高等专科学校：杨占尧 返回河南机电高等专科学校：杨占尧 返回河南机电高等专科学校：杨占尧 影响流动性的主要因素有：影响流动性的主要因素有：(l)温度 (2)压力 (3)模具结构 在常用的热塑性塑料中，流动性好的有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙和醋酸纤维素等，流动性中等的有改性聚苯乙烯、ABS、AS、有机玻璃、聚甲醇和氯化聚醚等，流动性差的有聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜和氟塑料等。河南机电高等专科学校：杨占尧 3 3 相容性相容性 相容性是指两种或两种以上不同
22、品种的塑料，在熔融状态不产生相分离现象的能力。如果两种塑料不相容，则混熔后塑件会出现分层、脱皮等表面缺陷。不同塑料的相容性与其分子结构有一定关系，分子结构相似者较易相容，如高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯彼此之间的混熔等，分于结构不同时较难相容，如聚乙烯和聚苯乙烯之间的混熔。塑料的相容性又称为共混性。通过塑料的这一性质，可得到类似共聚物的综合性能，这是改进塑料性能的重要途径之一，如聚碳酸酯和ABS塑料相溶，就能改善聚碳酸酯的工艺性。河南机电高等专科学校：杨占尧 4 4 吸湿性吸湿性 吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。按吸湿或粘附水分能力的大小，可将塑料分为吸湿性塑料和不吸湿性塑料两大类。前一类具有
23、吸湿或粘附水分倾向，如聚酰胺、ABS、聚碳酸酯、聚苯醚和聚枫等；而后一类的吸湿或粘附水分极小，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和氟塑料等。很显然，吸湿性塑料在注塑成型过程中比较容易发生水降解，成型后塑件上出现气泡、银丝与斑纹等缺陷。因此，在成型前必须进行干燥处理，必要时还应在注塑机料斗内设置红外线加热装置，以免干燥后的塑料进入机筒前在料斗中再次吸湿或粘水。河南机电高等专科学校：杨占尧 5 5 热敏性热敏性 热敏性是指塑料的化学性质对热量作用的敏感程度，热敏性很强的塑料称为热敏性塑料。热敏性塑料在成型过程中很容易在不太高的温度下发生热分解、热降解，从而影响塑件的性能、色泽和表面质量等。另外，塑料熔体发
24、生热分解或热降解时，会释放出一些挥发性气体，这些气体对人体、模具和注塑机都有刺激、腐蚀作用或毒性。为防止热敏性塑料在成型过程中出现热分解、热降解现象，应采取相应的措施。常用热塑性塑料物理常数及成型温度如表1-1所示。河南机电高等专科学校：杨占尧 1.4.2 热固性塑料的工艺特性热固性塑料的工艺特性 1 收缩率 同热塑性塑料一样，热固性塑料经成型冷却后也会发生收缩，其收缩率的计算方法与热塑性塑料相同。产生收缩的原因主要有：(1)热收缩 (2）结构变化引起的收缩 (3）弹性恢复 (4）塑性变形 河南机电高等专科学校：杨占尧 影响热固性塑料收缩率的因素与热塑性塑料相同，即有原材料、模具结构或成型方法
25、以及成型工艺条件等方面的影响。塑料中树脂和填料的种类及含量，也将直接影响收缩率的大小。当所用树脂在固化反应中放出的低分子挥发物较多时，收缩率较大；放出的低分子挥发物较少时，收缩率较小。在同类塑料中，填料含量较多或填料中无机填料增多时，收缩率较小。凡有利于提高成型压力、增大塑料充模流动性和使塑件密实的模具结构，均能减少塑件的收缩率，如用压缩或压注成型的塑件就比注塑成型的塑件收缩率小。凡能使塑件密实、在成型前使低分子挥发物溢出的工艺因素，都能使塑件收缩率减少，如成型前对酚醛塑料的预热、加压等。河南机电高等专科学校：杨占尧 2 2 流动性流动性 热固性塑料的流动性通常以拉西格流动值来表示。图1-3所
26、示是拉西格流动性测定模。将一定质量的欲测塑料预压成圆锭，将圆锭放入压模中，在一定的温度和压力下，测定它从模孔中挤出的长度（毛糙部分不计在内），此即为拉西格流动值，以mm表示。数值大，则表明流动性好。河南机电高等专科学校：杨占尧 返回河南机电高等专科学校：杨占尧 每一品种的塑料的流动性可分为三个不同的等级。第一级的拉西格流动值为 100130mm，适用于压制无嵌件的、形状简单的一般厚度塑件。第二级的拉西格流动值为 131150mm，用于压制中等复杂程度的塑件。第三级的拉西格流动值为151180mm，可用于压制结构复杂、型腔很深、嵌件较多的薄壁塑件或用于压注成型。注塑成型时，一般要求热固性塑料的拉
27、西格流动值大于200mm。河南机电高等专科学校：杨占尧 影响流动性的因素主要有塑料品种、模具结构和成型条件等。当然，不同品种的塑料或同一品种不同组分及含量的塑料，其流动性不同。模具成型表面光滑，型腔形状简单，采用不溢式压缩模等有利于改善流动性；采用压锭及预热和提高成型压力，在低于塑料硬化温度的条件下提高成型温度等都能提高塑料的流动性。河南机电高等专科学校：杨占尧 3 3 比容和压缩率比容和压缩率 比容是指单位质量的松散塑料所占的体积，单位为 cm3g；压缩率是指塑料的体积与塑件的体积之比，其值恒大于1。比容和压缩率都表示粉状或短纤维状塑料的松散性，它们都可用来确定模具加料室的大小。此外，比容和
28、压缩率较大时，塑料内充气增多，排气困难，成型周期变长，生产率降低；比容和压缩率较小时，压锭和压缩、压注容易，而且压锭重量也较准确。但是，比容太小，则影响塑料的松散性，以容积法装料时造成塑件重量不准确。河南机电高等专科学校：杨占尧 4 4 硬化速度硬化速度 硬化是指塑料成型时完成交联反应的过程。硬化速度通常以塑料试样硬化每1mm厚度所需的秒数来表示，此值越小，硬化速度越快。硬化速度与塑料品种、塑件形状、壁厚、成型温度及是否预热、预压等有密切关系。此外，硬化速度还应适合成型方法的要求。例如压注或注塑成型时，应要求在塑化、填充时化学反应慢，硬化慢，以保持长时间的流动状态，但当充满型腔后，在高温、高压
29、下应快速硬化。硬化速度慢的塑料，会使成型周期变长，生产率降低；硬化速度快的塑料，则不能成型复杂的塑件。河南机电高等专科学校：杨占尧 5 5 水分及挥发物含量水分及挥发物含量 塑料中的水分及挥发物，一方面来自塑料自身，另一方面则来自压缩或压注过程中化学反应的副产物。河南机电高等专科学校：杨占尧 塑料中水分及挥发物的含量，对塑件的物理、力学和介电性能都有很大的影响。塑料中水分及挥发物含量大时，塑件易产生气泡、内应力和塑性变形，使机械强度降低。当逸出时，挥发物气体又象一把利剑一样割裂塑件，使塑件产生龟裂，降低机械强度和介电性能。此外，水分及挥发物含量过多时，会促使流动性过大，容易逸料，成型周期增长，
30、收缩率增大，使塑件容易发生翘曲、波纹及光泽不好等现象。但是，塑料中水分及挥发物的含量不足，也会导致流动性不良，成型困难，同时也不利于压锭。水分及挥发物在成型时变成的气体，必须排出模外，因为有些气体对模具有腐蚀作用，对人体也有刺激作用。为此，在模具设计时应对这种特征有所了解，并采取相应的措施。河南机电高等专科学校：杨占尧 水分及挥发物的测定，是采用150.2g的试验用料，在烘箱中于103105干燥30min后，测其实验前后质量差。设水分及挥发物的含量为，则：河南机电高等专科学校：杨占尧 1.5 塑料的注塑成型塑料的注塑成型 塑料的成型方法有注塑、挤压、吹塑、发泡膨胀、压缩、压延、热成型等，其中应
31、用最广泛的是压延、挤压和注塑成型三种。注塑成型在塑料制件成型中占有很大比重，注塑模塑制品约占塑料制品总量的2030，世界上注塑模具产量约占塑料成型模具总产量的50。河南机电高等专科学校：杨占尧 注塑成型的简单过程为：将粒状或粉状塑料经注塑机的料斗加到加热的料筒内，塑料受热熔融，在注塑机的螺杆或活塞的压力推动下，经喷嘴进入模具型腔，塑料充满型腔，经冷却硬化定型，脱模后而得到具有一定形状的塑件。注塑成型法的优点主要是可以制造各种结构复杂、尺寸精密或者带有金属嵌件的成型制件；对各种塑料的成型适应性强；成型周期短，可多腔成型，生产效率高，易于实现自动化或半自动化连续生产等。注塑成型是用于热塑性塑料成型
32、的一种重要方法。近年来也成功地用于某些热固性塑料的成型。河南机电高等专科学校：杨占尧 用于注塑成型的通用塑料，主要是聚苯乙烯类包括接枝聚合型聚苯乙烯、耐冲击聚苯乙烯和苯乙烯丁二烯)、聚乙烯、聚丙烯、ABS四种。这四种塑料目前约占全部注塑成型塑料的80以上，其中前三种约占70。前三种通用塑料由于不需要预先干燥，成型时的流动性都较好，所以采用任何一种成型机床都可成型。ABS塑料属于高强度塑料，在注塑成型前需要预先干燥，而且成型时的流动性也稍差。上述四种通用塑料的性质如表1-2所示。其成型条件如表1-3所示。注塑成型工程塑料的成型条件如表1-4示，其性质如表1-5所示。河南机电高等专科学校：杨占尧
33、工程塑料在成型工艺及成型过程中，有些塑料有定的特殊要求，现分别说明如下：1.5.1 成型前对原料的预处理成型前对原料的预处理 有些塑料因大分子含有亲水基团，容易吸湿，如果不经干燥就注塑成型，往往会在制品表面出现银丝、斑纹和气泡等缺陷。另外，有些塑料本身并不吸湿，而添加剂是吸湿性物质，这样的塑料，也需要进行预干燥。各种塑料的干燥方法，应根据塑料性能和具体条件进行选择(注塑成型塑料的吸水率如表1-6所示)。河南机电高等专科学校：杨占尧 1.5.1 成型前对原料的预处理成型前对原料的预处理 有些塑料因大分子含有亲水基团，容易吸湿，如果不经干燥就注塑成型，往往会在制品表面出现银丝、斑纹和气泡等缺陷。另
34、外，有些塑料本身并不吸湿，而添加剂是吸湿性物质，这样的塑料，也需要进行预干燥。各种塑料的干燥方法，应根据塑料性能和具体条件进行选择(注塑成型塑料的吸水率如表1-6所示)。河南机电高等专科学校：杨占尧 对于单纯是吸湿的塑料，如SAN、PMMA、ABS、PVC等可用热风干燥器或者料斗干燥器在7585时进行干燥；对于吸水率高的聚酰胺(尼龙)要采用真空烘箱干燥；聚碳酸酯吸水率虽然较小，但只要有少许水分就会造成水解，水解后分子量下降，使成型制件变得很脆，因此应在温度120时干燥10小时以上。为了防止聚碳酸酯在料斗内吸湿，需要采用料斗干燥器或红外线加热器进一步防止吸潮。河南机电高等专科学校：杨占尧 1.5
35、.2 料筒的清洗料筒的清洗 当注塑成型因故中止，或者需要改变产品、更换原料时，都需要对料筒进行消清洗。有些热敏性物料，当注塑中止时，由于长时间停留在成型温度或者过热，则很容易造成分解。如聚氯乙烯、聚甲醛、乙烯醋酸乙烯共聚物都是热敏性物料。特别是硬质聚氯乙烯的成型温度与分解温度很接近，超过了热持续时间会造成脱氯分解，生成的氯化氢又作为触媒，促使聚氯乙烯进一步加速分解。因此，即使采用不易发生过热的变量螺杆注塑机，当成型中断时，也必须清洗料筒。河南机电高等专科学校：杨占尧 聚甲醛的热分解虽然不像聚氯乙烯那样剧烈，但是，当在成型温度下停留时间过长时，也会分解出具有强烈刺激性气味的甲醛，还会使产品出现黑
36、色斑痕。曾经发生过由于聚甲醛分解而从喷嘴飞溅出来的现象，所以不能采用逆止环与瓣膜式喷嘴并用的方式成型。乙烯醋酸乙烯共聚物的热分解虽然没有上述二者那样强烈，但是热分解生成的醋酸会使注塑机和模具发生锈蚀。因此在成型中断时，最好用聚乙烯清洗料筒。成型中断间歇时需要清洗料筒的塑料还有聚碳酸酯和尼龙，除了防止过热之外，还需注意清洗和净化螺杆与料筒。清洗注塑聚碳酸酯的螺杆应在末凉之前进行，否则硬料粘在螺杆上就难以清除了。尼龙在高温时粘度低，但是冷却后呈薄膜状粘在螺杆和料筒上，清洗就比较困难。河南机电高等专科学校：杨占尧 1.5.3 模具的温度控制模具的温度控制 模具温度对制件的性能和表面质量有很大的影响，
37、不同的塑料有不同的模温要求。非结晶性塑料熔体充填模后，由于不发生相变，模温主要决定于熔料的粘度，对于熔料粘度较低的，采用低模温注塑，可以缩短冷却时间，提高生产效率。但是对于熔料粘度较高的应该采用高模温注塑成型，例如聚碳酸酯、聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETP)等，由于流动性差，所以需要模具升温到80130。一般说来，为使制件光泽好，熔接痕迹浅，没有波纹，采用高模温成型较好。因此，提高模温可以使制件的冷却速率均匀一致，防止制件因温差过大而产生内应力，造成凹痕和裂纹等缺陷。河南机电高等专科学校：杨占尧 结晶性塑料结晶的速率决定于冷却的速率，而冷却速率又决定于模温的控制。模具温度高冷却速率小，结
38、晶速率变大，有利于分子的松弛过程，分子取向效应小。如果模温太高，会延长成型周期和使产品发脆，也是不利的。模具温度低时，冷却速率大，熔料的流动与结晶同步进行，由于熔料在结晶温度区间停留时间缩短，不利于晶体的生长，造成产品的分子结晶程度较低，因此，对于不同塑料所需要的模具温度，通常需要实验确定。河南机电高等专科学校：杨占尧 1.5.4 结晶性塑料结晶性塑料 结晶度高的塑料如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇等。结晶性塑料与非结晶性塑料的注塑成型工艺条件是有区别的。非结晶性塑料只要升温即达到软化状态，就可使之成型；而结晶性塑料，首先升温达到结晶熔点，使晶体变成非晶体，再进一步升温才能
39、达到软化状态，方可成型。结晶性塑料的成型有如下特点：(1)由于使结晶熔解需要一定的热量，所以使塑料达到成型温度就需要更多的热量。因此，一般需要塑化能力大的注塑机。河南机电高等专科学校：杨占尧 (2)注塑后冷凝硬化时，同样需要散发出较多的热量(参照表l-7)，因此，为使模具完全冷却，一般需要较长的冷却时间。(3)由于硬化状态时的密度与熔融状态时的密度有很大差异，所以成型收缩率大，往往会造成缩孔和孔洞。(4)高分子聚合物注塑成型时，熔料在模腔中的流动速率以模腔中心为最大，腔壁处为零。如为圆管，则截面上各点的速度分布呈扁平的抛物线体。这种流动状态下的聚合物分子顺着流动方向作平行的排列，把这种排列称为
40、定向作用。分子定向是流动速度梯度诱导而成的。当流动停止时，分子定向又会被分子热运动所摧毁，即受注塑过程中温度变化的影响。河南机电高等专科学校：杨占尧 总之，在塑件中各点上分子定向的差异是流体的运动过程和模腔中的温度变化这两方面对立效应的总结果。由于分子的定向作用，显然在分子顺着流动方向上的机械强度总是大于其垂直方向上的机械强度，即直向大于横向上的，加之收缩率也是直向大于横向上的，这两种因素迭加起来，就容易造成制件的翘曲或开裂。河南机电高等专科学校：杨占尧 (5)冷却速率的变化，使结晶度产生变化 结晶度低，则密度减小，成型收缩率减少，而透明度提高；反之，结晶度高，则密度增大，成型收缩率增大，而透明度降低，甚至变得不透明。总之，缓冷可提高结晶度，急冷则降低结晶度，因此，控制模具温度是十分重要的。另一方面，结晶度也随壁厚发生变化，因为冷却速率必然也受到壁厚的影响，因此这也是造成制件局部收缩率不同和透明度不一致的原因之一。由于结晶性塑料的特点是分子的定向排列，而影响分子定向排列的因索是多方面的，是复杂的，甚至有些是互相牵制的。因此，欲得到合格的制件，必须严格选择合适的工艺条件，比如注塑模具温度、型腔深度、注塑压力、浇口位置、形状、尺寸等。河南机电高等专科学校：杨占尧