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1、塑料的性能与应用浙江中榜进出口有限公司 鲁迪明2016年4月塑料概述 一、塑料相关的基本概念 1.高分子：一般指聚合物，是由许多重复单元由共价键结合在一起的分子量很大的分子。通常添加一个或减少一个重复单元并不影响高分子的性质。2.树脂：指受热后有软化或熔融范围，软化时在外力作用下有流动倾向，常温下是固体、半固体，有时也是液体的有机聚合物。3.塑料：指以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂等为主要成分，在加工过程中能流动成型的材料。4.通用塑料：一般指产量大，用途广、成型性好、价格便宜的塑料。5.工程塑料：一般指能够承受一定外力作用，具有良好的机械性能和耐高低
2、温，尺寸稳定性好，可以用做工程结构的塑料。6.可塑性：是指象黏土那样,加力就变形,而撤除外力之后不恢复原状的性质。7.弹性(弹力)：是指施加一定程度的力就变形,但撤去所施加的力则 恢复原状,这种性质叫弹性。二、塑料的来源 塑料是由低分子有机化合物(如乙烯、丙烯、苯乙烯、氯乙烯、乙烯醇等)在一定条件下聚合而成的高分子有机化合物(聚合物)。构成塑料的分子的分子量都在10000以上的高分子，所以说塑料是高分子化合物(高聚物)。一般塑料分子中都含有碳(C)原子和氢(H)原子，有的塑料分子结构中含有少量氧(O)、硫(S)原子、硅（SI)原子等。塑料的基本原料是低分子碳、氢化合物，它是从石油、天然气或煤裂
3、解物中提炼和合成出来的。塑料的分类目前,塑料已发展到300多种,最常用的塑料有十几种.一、按塑料的应用领域分类 一般分为通用塑料和工程塑料 通用塑料只可作为一般非结构性材料使用,其产量大、价格相对低廉、性能 一般，多用于制做日用品。(如PE、PP、ABS、PVC、PS、EVA等)工程塑料是指具有较高力学性能及耐高温、耐腐蚀，可以作为结构性材料，具有优异的综合性能(包括机械性能、电性能、耐热性能、耐化学性能等)，并在较宽阔的温度范围内和较长的时间内能良好地保持这种性能，能在承受机械应力和较为苛刻的化学、物理环境中长期使用。被公认的五大工程塑料为：PC、POM、PA、（PET、PBT）、PPO，工
4、程塑料的产量相对较少，价格较贵。二.按塑料的结晶形态分类 一般分为结晶性塑料和无定形塑料 结晶性塑料是指在适当的条件下,高分子链段能按某种方式规则排列 的塑料(如PE、PP、PA、POM、PBT等)，一般情况其结晶度在3060。结晶性塑料呈现各向异性的特点。无定形塑料是指高分子链段呈无规则状态排列的塑料，如 ABS、PC、PVC、PS、PMMA、EVA、AS，非结晶性塑料在各个方向上表现的的力学特性是相同的，具有各向同性的性质。三.按其受热时所呈现的基本行为分类 一般分为热塑性塑料和热固性塑料 热塑性塑料是指在特定的温度范围内,能反复加热软化和冷却变硬的塑料，如 ABS、PP、POM、PC、P
5、S、PVC、PA、PMMA等，它可以再回收利用。热固性塑料是指受热后成为不熔的物质,再次受热不再具有可塑性且不能再回收利用的塑料，如 酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚胺酯、发泡聚苯乙烯等。四.按塑料的透光性分类 一般分为透明塑料半透明塑料和不透明塑料 透光率在88以上的塑料称为透明塑料，如 PMMA、PS、PC、等，常用的半透明塑料有 PP、PVC、PE、PET、MBS、等，不透明的塑料主要有POM、PA、ABS、HIPS、PPO等.五.按塑料的硬度分类 一般分为硬质塑料、半硬质塑料、和软质塑料 硬质塑料有：ABS、POM、PA、PS、PMMA、PC、PET、PBT、PPO等。半硬质塑料有：P
6、P、PE、PVC等。软质塑料有：软PVC、K胶(BS)、TPE、TPR、EVA、TPU等。塑料的物理性能 1.密度 塑料的密度（ISO 1183）塑料在规定温度下，单位体积物质的质量；单位常用 g/cm3表示。2.吸水性 塑料的吸水性（ISO 62）是指规定尺寸的试样浸入一定温度(252)的蒸馏水中,经过24小时后所吸收的水份量；吸收水份后影响其尺寸及形状,吸水率常以重量表达。3.灰分 灰分（ISO 3451）是指塑料经灼烧灰化后的固体残余物用质量百分数 表示。一般塑料的灼烧温度在600。4.拉伸强度 拉伸强度（ISO 527）是指在规定的试验温度、湿度和拉伸速度下，沿试样的纵轴方向施加拉伸载
7、荷，测定试样断裂为止所承受的最大拉伸应力。单位常用 Mpa表示。5.拉伸模量 拉伸模量（ISO 527）是指在拉伸实验过程中，在弹性变形区域，应力和应变成正比例关系，单位应力和对应的应变的比值就是拉伸弹性模量值，它代表材料的刚性，常用单位MPa。6.断裂伸长率 断裂伸长率（ISO 527）是指在拉力作用下，试样断裂时，标线间距离的增加量与初始标距之比；单位常用表示。根据应力应变关系我们一般把材料分为五类 1.软而弱：拉伸强度低，弹性模量小，且伸长率也不大。2.硬而脆：拉伸强度和弹性模量大，断裂伸长率小。3.硬而强：拉伸模量和弹性模量大，且有适当的断裂伸长率。4.软而韧：断裂伸长率大，拉伸强度也
8、较高，但弹性模量低。5.硬而韧：弹性模量大，拉伸强度和断裂伸长率也大。7.弯曲强度 弯曲强度(ISO 178)是用来检验材料抵抗弯曲负荷作用时的性能，在三点式加载负荷的条件下，试样在达到规定挠度时或之前，负荷达到最大值时的弯曲应力，常用单位MPa表示。8.弯曲模量 弯曲模量(ISO 178)是是指在弯曲实验过程中，在弹性变形区域，应力和应变成正比例关系，单位应力和对应的应变的比值就是弯曲弹性模量值，它代表材料的刚性，常用单位MPa。9.压缩强度 压缩强度(ISO 604)是指在试样上施加压缩载荷至破裂或产生屈服的实验过程中，试样所承受的最大压缩应力，常用单位MPa。应力&应变应力：试样在计量标
9、距范围内，单位初始横截面上承受的负荷应变：试样在应力作用下，产生的尺寸变化与原始尺寸之比10.冲击强度：冲击强度是指试样受冲击破断时,单位截面积上所消耗的能量,对于某些塑料,要考察其对缺口的敏感性，常在试样中间开有规定尺寸之缺口。冲击强度表征材料的韧性。常用的实验方法有：1.简支梁Charpy（缺口）冲击强度(ISO 179)：2.悬臂梁Izod（缺口）冲击强度(ISO 180)：图一 简支梁冲击试验 图二 悬臂梁冲击试验11.硬度 塑料的硬度是指材料抵抗其他硬物压入其表面的能力,硬度值的大小表示材料软硬程度的有条件的定量反映，它是由材料的弹性、塑性、韧性等一系列力学性能组成的综合性指标。塑料
10、常用的硬度有邵氏硬度、球压痕硬度和洛氏硬度。邵氏硬度（ISO 868)是指将规定形状的压针在标准的弹簧压力下，在规定的时间内下压针压入的深度的表征。邵氏硬度计压针分为两类，即A型和D型，A型适用于软质塑料，D型适用于半硬质塑料。当用A型测出的硬度超过95%量程时，应改用D型；当D型测出的硬度超过95%量程时，则需要改用球压痕硬度。球压痕硬度&洛氏硬度（ISO 2039)球压痕硬度是以规定直径的钢球在试验负荷作用下垂直压入试样表面，经过一规定的时间后，以单位压痕面积所承受的压力表示该试样的硬度，单位为Mpa。洛氏硬度是指用规定的压头对试样先施加初实验力，接着再施加主试验力，然后卸除主试验力只保留
11、初实验力，用前后两次初实验力作用下压头压入试样的深度差计算硬度值。12.摩擦性能 摩擦性能主要指材料的摩擦系数（IS0 8295)分静摩擦系数和动摩擦系数D 静摩擦系数是指当两个相互接触的物体之间具有相对滑动趋势时，其接触表面上所产生的阻碍其相对运动的最大摩擦力与接触表面上的法向力之比。动摩擦系数D是指正压力与两物体之间产生相对滑动时的摩擦力之比。D 和对一定的摩擦副来说是常数，与接触面积和滑动速度无关。但在实际应用中摩擦系数是与材料对偶面和载荷、速度有关系的。13.磨耗 磨耗是指物体在相互摩擦的过程中，其接触表面上的物 质不断损失的现象。磨耗的测定一般有两种方法：Taber磨耗实验机（滚动和
12、滑动的综合磨损 ISO 9352)和M-200型磨耗实验机（滑动磨损 GB 3960)。Taber磨耗实验机：测试时将经过状态调节的试样通过中心孔放在一个按规定速度转动的支持盘上，并在试样上放两个能自由转动的施加一定负荷的磨轮，开动实验机，支持盘带动试样以一定速度旋转，并与磨轮摩擦，当达到规定旋转次数或达到规定磨耗时停止支持盘转动，取下试样，并按规定方法表示试样的磨耗。M-200型磨耗实验：将标准试样放在夹具上并以196.2N的压力压上金属磨轮，开动实验机，磨轮以200r/min的速度转动，对磨2小时后取下试样称量或以精度不低于0.02mm的量具测量磨痕宽度。14.高分子材料的热转变温度(玻璃
13、化温度 Tg、粘流温度 Tf、熔融温度 Tm、分解温度 Td)高弹态玻璃态黏流态温度形变TgTf 图6-1线形非晶态聚合物的形变温度曲线高分子材料的三态两区：玻璃态、玻璃化转变区、高弹态、粘弹转变区、粘流态(一)玻璃态：高分子链段处于被冻结状态。只有侧基、链节、短支链等小运动单元的局部振动及键长，键角的变化，因此弹性模量很高，形变小，具有虎克弹性行为，质硬而脆，类似玻璃，因而称为玻璃态。(二)玻璃化转变区：这是一个对温度Tg十分敏感的区域，在35 范围内几乎所有性质都发生突变(如热膨胀系数、模量、介电常数等)。从分子运动机理看，此温度链段已开始解冻。弹性模量迅速下降34个数量级，形变迅速增加。
14、(三)高弹态：受较小的力就可以发生很大的形变(1001000%)，而且当除去外力后，形变可以恢复。高弹形变是链段运动使链分子发生伸展卷曲运动的宏观表现，因此高弹性是一种熵弹性，高弹态的弹性模量106Pa。(四)粘弹转变区：这也是一个对温度敏感的转变区，由于温度的进一步升高，链段的热运动逐渐剧烈，链段沿作用力方向的协同运动，不仅使分子链的形态改变而且导致大分子的重心发生相对位移，聚合物开始呈现流动性，弹性模量下降，形变迅速增加，因而称为粘弹转变区，此转变温度称为流动温度，计作Tf。(五)粘流态：温度高于Tf以后，由于链段的剧烈运动，整个链分子重心发生相对位移，即产生不可递形变，聚合物呈现粘弹性液
15、体状，因而称为粘流态。粘性流动，形变不可恢复。15.熔融指数 熔融指数(ISO 1133)MI是指热塑性塑料在一定温度和压力下,熔体在10分钟时间内通过标准口模的质量，单位为g/10min。MI 表征聚合物熔体在低剪切速率下的流变性能，可作为加工工艺的重要参数。16.热变形温度 热变形温度（ISO 75)是衡量塑料耐热性的主要指标之一，它是指把规定尺寸的试样施加规定的负荷，形成三点式简支梁式净负荷，受负荷的试样浸在导热液体介质中以2/min的速率升温，当试样中点的变形量达到相应的规定值时的温度。17.成型收缩率 成型收缩(ISO 2557)是指热塑性塑料在模具中成型模塑试样与模具型腔的尺寸的变
16、化率，其表达为 收缩率100*（型腔尺寸试样尺寸）/型腔尺寸 一、塑料的优点:1.易于加工、易于成型 即使制品的几何形状相当复杂，只要能从模具中脱模，都比较容易制作。因而其效率远胜于金属加工，特别是注塑成型制品，经过一道工序，即可制造出很复杂的成品。2.可根据需要随意着色，或制成透明制品 利用塑料可制作五光十色、透明美丽的制品，尚可任意着色的特性，可提高其商品价值，并给人一种明快的感觉。3.可制做轻质高强度的产品 与金属、陶瓷制品相比，质量轻、机械性能好，比强度(强度与密度的比值)高，故可制做轻质高强度制品。特别是填充玻璃纤维后，更可提高其强度。另外，由于塑料质量轻，可节约能源，故其制品亦日趋
17、轻量化。塑料的特性 4.不生锈、不易腐蚀 塑料一般耐各种化学药品的腐蚀，不会象金属那样易生锈或受到腐蚀。使用时不必担心酸、碱、盐、油类、药品、潮湿及霉菌等的侵蚀。5.不易传热、保温性能好 由于塑料比热大，热导率小，不易传热，故其保温及隔热效果良好。6.既能制做导电部件,又能制作绝缘产品 塑料本身是很好的绝缘物质，目前可以说没有哪一种电气制品不使用塑料的。但如果在塑料中填充金属粉末或碎屑加以成型,也可制成导电良好的产品。7.减震、消音性能优良，透光性好 塑料具有优良的减震、消音性能；透明塑料，如PMMA、PS、PC等可制作透明的塑料制品，如镜片、标牌、罩板等。8.产品制造成本低 塑料原料本身虽然
18、不那么便宜，但如前所述，由于塑料易于加工，设备费用比较低廉，所以能降低产品成本。二、塑料的缺点 1.耐热性差、易于燃烧 这是塑料最大的缺点，与金属和玻璃制品相比，其耐热性远为低劣，温度稍高，就会变形，而且易于燃烧。燃烧时多数塑料能产生大量的热、烟和有毒气体；即使是热固性树脂，超过200 摄氏度也会冒烟，并产生剥落。2.随着温度的变化,性质也会大大改变 高温自不待言，即使遇到低温，各种性质也会大大改变。3.机械强度较低 与同样体积的金属相比，机械强度低得多，特别是薄型制品，这种差别尤为明显。4.易于受特殊溶剂及药品的腐蚀 一般来说，塑料比较不容易受化学药品的腐蚀，但有些塑料，如PC、ABS、PS
19、等这方面的性质特别差；在一般情况下热固性树脂耐腐蚀性相当强。5.耐久性差,易老化 无论是强度、表面光泽或透明度。都不耐久。受负荷有蠕变现象、另外。所有的塑料均怕紫外线及太阳光照射,在光、氧、热、水及大气环境作用下会老化。6.易受损伤、也容易沾染灰尘及污物 塑料的表面硬度都比较低，容易受损伤；另外，由于是绝缘体,故带有静电，因此容易沾染灰尘。7.尺寸稳定性差 与金属相比，塑料收缩率很高，故难于保证尺寸精度。在使用期间受潮、吸湿或温度发生变化时，尺寸易随时间发生变化。塑料的物理化学性质一、塑料的热力学三态 在自然界中,我们把物质在常温中的聚集状态分成三种:即气态、液态、和固态.以非晶态线型高聚物为
20、代表的高分子聚合物,由于分子结构的连续性,以及其巨大分子量,所以它们的聚集状态不同于一般低分子化合物,而是在不同的热力条件下,以其独特的三种形态存在:即玻璃态、高弹态、和粘流态.高分子聚合物是不存在气态的,在受热而可能气化之前,分子结构已受到彻底的破坏,成为低分子的气化物质或碳化物.高分子聚合物的玻璃态实际上是固态的一种表现形式,特点是在一定的温度范围内,呈现出固态物质普遍具有的性质,在某些力学特性上类似于普通的玻璃.高分子聚合物的粘流态是一种独特的“液态”,在某个温度范围内,具有既可以流动又有别于普通低分子液体的力学性质.高分子聚合物的高弹态是介乎玻璃态和粘流态温度范围的独有的形态。当外界温
21、度、压力发生变化并达到某种水平时,高分子聚合物将改变原有的状态而转变成另外的状态。注塑加工厂的任务就是提供这些变化的条件，在加工过程中,塑料原料受温度、压力、剪切作用时，其粘度、物理结构、形态等等都会出现变化，其中以温度影响最大，这是塑料热成型的理论依据。二、塑料三态的微观结构和工艺特性 1.玻璃态 处于玻璃态下的塑料分子,链段运动基本上处于停止的状态,分子在自身的位置上振动,分子链缠绕成团状或卷曲状,相互交错,紊乱无序.在玻璃态时分子的聚集状态如下图所示:当受到外力作用时，处于玻璃态的分子链段将作瞬间微小伸缩和键角改变。整个塑料形体具有一定的刚性和强度。在这种形态下，塑胶件可以被使用或进行机
22、械加工 一般非结晶形塑料，如聚苯乙烯、有机玻璃、聚碳酸酯等，其玻璃化温度高于室温，我们可以将原料颗粒、成型了的制件视为玻璃态。至于聚乙烯、聚丙烯等“软”的结晶性塑料，其中的非结晶部分，玻璃态温度比室温低很多(12385)，室温下处于高弹态，表现为柔性，而结晶部分熔点又比室温高，因晶格能的束缚，链段不能自由活动，表现为刚性，所以也能作为具有固定形状的塑料使用。2.高弹态 处于高弹态下的塑料分子，动能增加，链段展开成无规线团状，但分子的运动仍维持在链段的旋转，链与链之间不发生位置移动。受外力作用时可产生缓慢形变，当外力除去后，又是慢慢恢复原状。在这种状态下，塑料具有一种类似橡胶的弹性，所以又称橡胶
23、态。通常称为弹性体或橡胶体的高聚物，便是在室温下处于高弹态的高聚物。高弹态有两个特点:1.在较小作用力下可产生较大变形，外力解除后能恢复原状。2.高弹形变并非瞬间发生，而是随时间逐渐发展。与普通的弹性形变不同，在同样外力作用下，形变要延迟一段时间才能完成，而且形变量大，松弛性也较明显。塑料的高弹态其实只有在热加工过程中才出现。3.粘流态 处于粘流态下的聚合物分子，网状结构已经解体，大分子链与链之间，链段与链段之间都有能够自由移动。可以说，这是塑料的“液体”存在的形式，只是粘性大，物理构成不同，力学性质不同。当给予外力时，分子间很容易相互滑动，造成塑性体的变形，除去外力便不再恢复原状。塑料热成型
24、过程可以这样描述：通过热和力的作用，让塑料从室温的玻璃态，经历程高弹态转变为粘流态，注射入具有一定形状的封闭模腔，然后在模腔内逐渐冷却，从粘流态转回玻璃态，最后形成与模腔形状一致的制品。塑料只能在粘流态下才能注射充填成型，即是说，塑料的加工温度范围只能是从粘流温度(或结晶型塑料的熔点)到分解温度之间。如果这个范围宽，加工将比较容易，如果这个范围窄，可选择的加工温度限制就大，加工就较为困难。前者以聚乙烯为代表，后者以聚氯乙烯为代表。经常应用的聚苯乙烯、ABS等亦属于范围宽的一类，所以在设定注塑机料筒温度时，能够比较随意，如果不需考虑色粉对高温的敏感性，温度调高些或调低些，对生产影响不大。塑料在加
25、热料筒中经历的热力学变化如图C所示从图C中可以看出 1.在热的作用下,塑料是从玻璃态经历高弹态转化为粘流态。正常的加工温度应保证这种转化顺利进行，从进料段往前到射嘴段，温度逐渐递增，如若破坏了这种递增，将使操作不稳定。即使有时在实际生产中，调校的射嘴温度比其前段料筒温度略低，但前段料筒位置内的料事实上已完全进入粘流态，稍低温度的射嘴起着保温及出料均匀的作用。2.塑料的粘流态温度范围有一定极限，超过了这种极限，即超过了分解温度，塑料产生分解，会破坏原来的化学结构，成为低分子化合物，甚至碳化。有时喷嘴对空注射发生爆鸣声，就是由于气态低分子生成物从料筒内的高压突然转变为低压进入大气，瞬间膨胀造成。这
26、种现象的出现，可能是料筒内部分塑料不堪高温或长时间受热而发生了分解。3.正常生产过程中的塑料，不般不会超过分解温度，但如果料筒内壁或螺杆损伤后有死角，造成长时间停滞或受到剧烈的挤压剪切，就有可能发生分解，注塑出来的制件，往往带有焰火状黄斑。三、塑料分子的取向 塑料成型加工过程中,有一个取向现象值得注意.我们先看一下塑料实际上是如何流入成型模具的,这将有助于了解塑胶表面和芯部方向性的产生原因.如下图所示:取向对注塑制品性能的影响 1.非晶态高聚物的玻璃态、高弹态和粘流态以及结晶型高聚物的非晶态部分，在一定条件下，会存在分子取向。当液体状态下的塑料在注塑机中受力的作用下，高速通过喷嘴及模具的流道时
27、，长线形的高分子会顺着流动方向作相互平行的排列，一旦这些排列在塑料冷却固化之前来不及消除而留在了固态塑料制件之中，分子的取向及因此而形成的取向效应便保持下来。2.一般来说，取向作用会使制件的整体性遭受削弱，表现为塑件内部各处的物理机械性能不均衡。由于分子排列的结果，与分子链相垂直的方向，强度将差于平行方向。显然，当这种取向强烈时，制件很可能出现翘曲变形或开裂。下表列举了几种常用塑料分子取向后其横、直两个方向上的抗张强度及伸长率的比较：塑 料抗张强度(Mpa)伸 长 率(%)横 向 直 向 横 向 直 向聚苯乙烯 25.5 44.1 0.9 1.6 高冲击聚苯乙烯 20.6 22.5 3.0 1
28、7.0 A B S 33.8 70.6 1.0 2.2 低压聚乙烯 28.4 29.4 30.0 72.0 聚 碳 酸 酯 63.7 64.2 取向对材料力学性能的影响 分子取向对注塑工艺的影响 塑料的取向作用在有些制品上是比较容易注意到的.如图D中的透明聚苯乙烯圆形面盖制品,粗的直浇口设在中央,由于注塑时起始射压不高,后来的塑料在较大的压力梯度下缓慢进入模腔,造成分子辐射状的取向排列,加上冷却过程太快,定向作用便被保留下来.结果,经过一段不长时间的使用或静置,机械强度的差异便以应力破坏的方式暴露出来,从中央开始沿辐射方向出现众多裂纹.图E是黑色的改性聚苯乙烯及聚苯乙烯共混料制件,在料流方向上
29、出现一个弯曲位A,由于通道突然收缩变窄,塑料充盈时压力梯度大,分子取向作用大,当注射接近结束发生轻微胀模时,热熔料挤开基本冷固了的排列有序的分子链,于是出现了A位置应力发白的缺陷.注塑过程分子取向示例 图F 1-注塑机料筒 2-树脂浇注系统 3-模具型腔 4-中心料流（流速较快的部分）5-表层料流（流速极慢的部分）6-取向而拉伸展开的聚合物分子 7-缠绕在一起的高聚物分子克服取向作用一个途径是采用较充分的注射条件，如加快注射速度、提高料温和模温，必要时让制件在接近塑料软化温度下进行“退火”。退火 是指在低于Tm而高于Tg的温度下(一般是在热变 形温度以下2030)进行的热处理方法。通过退火，高
30、分子链段可以在小范围内运动，释放由于急速冷却冻结的内应力，对结晶性高分子，通过退火可以让分子链段运动排入晶格，使结晶更完善，避免后结晶引起的翘曲，对于非晶材料，退火可使高分子链段完成解取向过程，使制品性能均一。四、熔体粘度 熔体粘度是反映塑料熔体流动难易程度的特性，是熔体流动阻力的度量，粘度越高，流动阻力越大，流动越困难，高分子分子形状及其分子量分布不同，其熔体粘度将有不同的表现。当熔融温度或施加的压力变化时，将对聚合物的熔融粘度产生影响。图1-1和图1-2为各种树脂的熔融粘度和温度、压力的关系。从图1-1可以看出，乙酸纤维素、聚苯乙烯、聚甲基丙烯甲酯、尼龙及聚碳酸酯等树脂，它们都是随着温度的
31、增加粘度急剧下降的，因此曲线的斜率较大，而聚乙烯及聚甲醛树脂则对温度不敏感。图1-2表示测定时因加压引起速度(称之为剪切速度)变化时，各树脂熔体粘度的变化情况。从图1-2可知,聚苯乙烯及各种聚乙烯树脂的熔体粘随速度的增加表现出急剧下降的倾向，而尼龙、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯及聚碳酸酯的熔体粘度则对速度不敏感。热塑性树脂存在这样一种倾向,如果其熔体粘度对温度敏感的话对剪切速度就表现得不敏感;相反,对剪切速度敏感的话对温度就不敏感.唯一例外的树脂是聚苯乙烯,它的熔体粘度不仅对温度敏感而且对剪切速度也敏感.压力对塑料熔体粘度的影响序号 名 称 熔点温度()压力变化范围/Mpa 粘度增大倍数1 P S
32、 131165 0126.6 1342 A B S 130160 14175.8 1003 P E 105136 0126.6 144 HDPE 105137 14175.8 4.15 LDPE 105125 14175.8 5.66 MDPE 110120 14175.8 6.87 P P 160176 14175.8 7.3 聚苯乙烯(PS)之所以是最容易成型加工的树脂，就是因为能简单地通过提高熔融温度，或通过提高熔融树脂注入到模具时的速度(注射速度)的方法来降低其树脂粘度。象尼龙含有官能团的树脂其最佳成型温度(实际的注射温度)都在熔融温度附近，而且其温度可调范围较小。由于活泼原子团组成的
33、加聚物，其最佳成型温度高得多，温度可调范围大，通过提高注射速度的方法等都可降低其熔体粘度，加聚物树脂的特性通过多级注射速度的注塑机会得到更好的发挥。塑料熔体粘度对剪切速率的敏感度序号 塑 料 敏 感 度1 ABS(最敏感)对剪切的敏感度依次降低2 P C3 PMMA4 PVC5 P A6 P P7 P S8 LDPE(最不敏感)常用塑料改进流动性能的方式序号 塑料代号 俗 名 改进方式1 P E 聚乙烯 提高螺杆速度2 P P 聚丙烯 提高螺杆速度3 P A 尼龙(聚酰胺)提高温度4 POM 聚甲醛 提高螺杆速度5 P C 聚碳酸酯 提高温度6 P S 聚苯乙烯 两者都行7 ABS 提高温度8
34、 PVC 聚氯乙烯 提高温度9 PMMA 聚甲基丙酸甲酯 提高温度五、结晶度 热塑性树脂固体中的分子聚集状态有疏（无规则）有密（规则），可以把有规则的部分称为结晶部分，而把无规则的部分称为非晶部分，大多数的聚合物都会有某种程度的结晶部分，因此我们把结晶部分的比率称为结晶度。但一般而论，像尼龙、热塑性聚酯那样具有官能基的聚合物，或像聚丙烯、聚乙烯等分子排列较规整的聚合物，它们的结晶度较高，而共聚物或混合的聚合物等其结晶度较低。一般聚合物的实际结晶度比其理论的结晶度要低，因此，其结晶度可以通过热处理或提高模温的方法得到提高。结晶度高的聚合物其强度增加、伸长率下降、体积减小。塑料的结晶度越高，其密度
35、就大，熔融温度(熔点)也越高，而且强度大，透明性低，伸长率小。可见结晶度和物性有着紧密的关系，各种树脂在拉伸特性上的变化和该树脂在成型加工过程中产生的结晶化的差异有关。而且结晶度的差异越大，聚合物其拉伸特性的变化幅度也越大。结晶性较好的聚合物会因其结晶化的进行而产生体积收缩，进而影响其制品的尺寸稳定性。因此，必须设法在加工时尽可能使其结晶度提高到固有的结晶度，以防止后结晶引起制品的尺寸稳定性。现实上为了改善制品的尺寸稳定性，常在树脂中添加一些能起结晶化的促进剂(成核剂)。六、玻璃化温度 在热塑性树脂中有一个玻璃化的现象，即聚合物在随温度增高的过程中，在其熔融前会在某一温度范围内处于既非固体又非
36、粘性液体的橡胶态，我们把出现橡胶态度的开始温度称为其玻璃化温度(Tg)。在这个温度范围里聚合物的热膨胀会突然变大，而且所发生的形变和橡胶不同，是不可逆的形变。玻璃化转变特性对使用聚合物制品时是非常重要的，例如把制品放置在玻璃化温度以上的温度条件下时，会招致意想不到的变形。反之，如果想对制品进行改变形状加工处理等，则可以在玻璃化温度以上进行实施。此外，希望提高制品的结晶度时，也可以在这个温度范围中进行处理。七、蠕变及应力松弛 如果把一个由热塑性树脂制成的细长板的一端挂上重物，在放置了一个较长的时间后，就会发现板的长度在随着时间一点一点地增大，而且即使把重物取下来，板的长度也不会再恢复，我们把这种
37、现象称为蠕变。如果在板的两端加上拉应力或者压应力并使之保持在一定的长度，同样在放置了一个较长的时间后，就会发现所加的应力在逐渐变小甚至变为零，我们把这种现象叫做应力松弛。当然，这种现象在作用力施加较短的瞬间是见不到的，只有在长时间受力的情况下才能发生。这种现象在钢铁、陶瓷或热固性树脂中是见不到的。热塑性树脂之所以发生这种现象，与线状巨大分子随时间顺其应力方向滑移有关。因此，为了防止这种现象的发生，就应该增加大分子和大分子之间的横向束缚力。这其中的一个方法就是提高其结晶度，如尼龙、聚酯及聚丙烯等树脂，本来其结晶度就较高，但为了更好地防止以上现象的发生，必须在进行纤维加工时，用热处理或拉伸来最大限
38、度地提高它们的结晶性。另一个方法就是使用某些化学药品，使之形成三维网状结构，如热固性树脂就属于此类。塑料蠕变现象的预防塑料的蠕变现象或应力松弛现象常引起一些意外的事故。如把一个是凹形，一个是凸形的两个制品，强制压在一个组合成的子母扣配合的形式时，由于是强制压入，在接合部两制品必然要分别受到压应力和拉应力的作用，时间一长接合部就会松动而影响装配品的继续使用。此外，在制品的贮存或搬运过程中，必须注意不要使之受到很大的应力，否则会引起制品的变形、破损等问题。八、热膨胀 热塑性树脂的缺点之一是其热膨胀和热收缩比较大，有时会因此影响其使用。例如，在其他种类的树脂表面上用热塑性树脂涂覆时，或把金属和热塑性
39、树脂组合在一起使用时，由于各自膨胀系数的不同，有时会造成弯曲、龟裂、松弛等问题。而且，把其制品作为机械零部件使用时，也会因发生热膨胀等引起尺寸变化，造成配合不良等问题。一般各种材料都有随温度升高其热膨胀系数增大的倾向，树脂的热膨胀系数对温度的变化及树脂的比容(单位质量所具有的体积)和温度的关系如下图所示：从上图中可知，树脂在一定的温度范围内其热膨胀系数是以一定的速率变化的，而一旦到了玻璃化温度就会有急剧的增大，最后导致熔融。根据对树脂内部的观察，在低温下保持不变的自由体积一旦进入玻璃化温度后就会随温度升高而急剧增大。塑件变形加工必须在Tg温度以上进行，正是因为自由体积增大后分子易于运动，所以有
40、利于改变其形状的加工。热塑性树脂的热膨胀系数一般比其他材料要大510倍。九、塑料的流动方向和熔料的冷却过程 塑料熔体在注塑加工过程的流动形式及冷却过程对制品的成型和性能有着很大的关系。塑料的加工温度就是塑料达到粘流态的温度，加工温度不是一个点而是一个范围（从熔点到分解温度之间）。在对塑料进行热成型时应根据制件的大小、复杂程度、厚薄、嵌件情况、所用着色剂对温度的耐受性、机台性能等因素选择适当的加工温度。为何在注塑生产中温度计所反映温度常可改变，而且同一制品（同一模具）放到不同机台生产时所设定的温度可能不相同？实际上塑料的热成型温度是相对固定的，只是由于采用的测温方法、测温点布局及温度感应器的性能
41、差别才造成上述差异。温度指示控制仪上显示的温度并非料筒内熔料的实际温度，而是间接的、局部性的温度常用塑料的注塑加工温度常用塑料的加工温度范围塑料名称 玻璃化温度 熔点 加工温度范围 分解温度(空气中)聚苯乙烯 85110 165 180260 260ABS 90120 160 180250 250高压聚乙烯 125 110 160240 280低压聚乙烯 125 130 200280 280聚丙烯 20 164 200300 300尼龙66 50 225 260290 300尼龙6 50 265 260290 300有机玻璃 90105 180 180250 260聚碳酸酯 140150 25
42、0 280310 330常用塑料的性能及工艺特点聚苯乙烯(P S)PS的性能：PS是无定型聚合物，密度为1.04g/cm3左右，称为标准塑料，流动性好，吸水率低(小于0.02%)，是一种易于成型加工的透明塑料。其制品透光率达8891%，着色力强，硬度高。但PS制品脆性较大，易产生内应力开裂(可有煤油浸擦来检验)，耐热性较差(6080)，无味无毒。PS的应用：装饰品、照明指示牌、灯罩、文具、透明玩具、日用品、厨房用品、水杯、餐盒、镜片、冷藏库和冰箱内绝热层(发泡后)、建材、EPS包装材料等。PS的工艺特点：PS的软化点为166，加工温度一般在 185220为宜，分解温度约为280，故其加工温度范
43、围较宽。PS料在加工前，可不用干燥，由于其流动性好，流动阻力小，故其注射压力可低些，因PS比热低，其制件一经模具散热即能很快冷凝固化，其冷却速度比一般原料要快，开模时间可早一些，其塑化时间和冷却时间都较短，成型周期时间会短一些，PS制品的光泽随模温增加而变好，带有内应力的胶件可在 6580水槽内浸12小时，然后缓慢冷却至室温，便能消除内应力。PS的加工条件:PS的模具制作:干燥温度()6075 干燥时间约(hr)1小时(一般不用干燥)模具温度()2060 残料量(mm)312熔胶温度()180220 背压(Mpa)510注射压力(Mpa)70120 锁模力约(ton/in2)2注塑速度 快速
44、回料转速(rpm)60100螺杆类别 标准螺杆(直通式喷嘴)停机处理 不需要清机 碎料翻用(%)0合适壁厚(mm)1.53浇口设计 扁侧入水、直接入水、扇形入水、圆形披风式入水收缩率(%)0.40.6 高抗冲击聚苯乙烯(HIPS)HIPS的性能:HIPS为PS的改性材料，密度1.04g/cm3左右，分子中含有515%橡胶成份，其韧性比PS提高了四倍左右，冲击强度大大提高，可做结构性材料使用，如制品上可做扣位、柱位，但易老化。它也具有PS易于成型加工、着色力强的优点，HIPS制品为不透明性，HIPS吸水性低，加工时可不需预先干燥。HIPS的应用:各类家庭电器外壳、电子零件、电子仪表壳、冷藏库和冰
45、箱内壳、电话壳、文具、玩具、建材、包装材料等。HIPS的工艺特点:因HIPS分子含有515%的橡胶成分，在一定程度上影响了其流动性，注射压力和成型温度都宜高一些。其冷却速度比PS慢，故需足够的保压压力、保压时间和冷却时间。成型周期会比PS稍长一点，其加工温度一般在175230为宜。HIPS制件中存在一个特殊的“白边”问题，可通过提高模温和锁模力、减少保压压力及保压时间等办法来改善，产品中夹水纹会比较明显。4、HIPS的加工条件:5、HIPS的模具制作干燥温度()6080 干燥时间约(hr)1小时(一般不用干燥)模具温度()3075 残料量(mm)410熔胶温度()175230 背压(Mpa)5
46、10注射压力(Mpa)60110 锁模具力约(ton/in2)2注塑速度 中等 回料转速(rpm)60100螺杆类别 标准螺杆(直通式喷嘴)停机处理不用洗机，射完即可碎料翻用(%)1530合适壁厚(mm)23浇口设计大多数入水均可采用,如扁侧入水、直接入水、扇形入水、潜水、薄膜入水、细水口收 缩 率(%)0.40.7 苯乙烯-丙烯腈共聚物(AS或AN)AS的性能：AS为丙烯-苯乙烯的共聚体，也称作SAN，密度1.07g/cm3左右，它不易产生内应力开裂，透明度较高，其软化温度和抗冲击强度比PS高，耐疲劳性差。AS的应用：托盘类、杯、餐具、冰箱内格、旋钮、灯饰配件、饰物、仪表镜、包装盒、文具、气
47、体打火机、牙刷柄等。AS的加工条件：AS加工温度一般在210250为宜。该料较易吸湿，加工前需干燥一小时以上，其流动性比 PS稍差一点，故注射压力亦略高一些，模温控制在4575较好。AS的加工条件AS的模具制作干燥温度()7085 干燥时间约(hr)12模具温度()4080 残料量(mm)310熔胶温度()210250 背压(Mpa)515注射压力(Mpa)100140 锁模力约(ton/in2)22.5注塑速度 中等 回料转速(rpm)70100螺杆类别 标准螺杆(直通式喷嘴)停机处理 关料闸射清即可 碎料翻用(%)0合适壁厚(mm)1.53浇口设计 可采用任何形式的浇口,亦可用热流道收缩率
48、(%)0.40.4%丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)ABS的性能:ABS为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，它是无定型聚合物，密度为1.05g/cm3 左右，具有较高的机械强度和良好“竖、韧、钢”的综合性能。ABS是一种应用广的工程塑料，其品种多样，用途广泛，也称通用工程塑料，(MBS称为透明ABS)，易于成型加工，耐化学腐蚀性差，制品易电镀。ABS的应用:泵叶轮、轴承、把手、管道、电器外壳、电子产品零件、玩具、表壳、仪表壳、水箱外壳、冷藏库和冰箱内壳。ABS的工艺特点:(1)ABS的吸湿性较大和耐温性较差，在成型加工前必须进行充分干燥和预热，将水分含量控制在0.03%以下。(2)ABS
49、树脂的熔融粘度对温度的敏感性较低(与其它无定型树脂不同)。ABS的注 射温度虽然比PS稍高，但不能像PS那样有较宽松的升温范围，不能用盲目升温的 办法来降低其粘度，可用增加螺杆转速或提升注射压力/速度的办法来提高其流 动性。一般加工温度在190235为宜。(3)ABS的熔融粘度属中等，比PS、HIPS、AS均较高，流动性较差，需采用较高 的注射压力注塑。(4)ABS采用中等到注射速度注塑效果好(除非形状复杂、薄辟制件需用较高的注 射速度)，产品水口位易产生气纹。(5)ABS成型温度较高，其模温一般调节在4580。生产较大产品时，定模(前 模)温度一般比动模(后模)略高5左右为宜。(6)ABS在
50、高温炮筒内停留时间不宜过长(应小于30分钟)，否则易分解发黄。ABS的加工条件:ABS的模具制作干燥温度()7080 干燥时间约(hr)1.5模具温度()4580 残料量(mm)28熔胶温度()190235 背压(Mpa)918注射压力(Mpa)90140 锁模力约(ton/in2)22.5注塑速度 中等 回料转速(rpm)70100螺杆类别 标准螺杆(直通式喷嘴)停机处理 关料闸射清即可 碎料回用(%)2030合适壁厚(mm)1.83浇 口 设 计大多数入水均可采用；可扁侧入水、直接入水、扇形入水、潜水、薄膜入水、点水口可减少蛇纹。收 缩 率(%)0.40.7 有机玻璃(PMMA)PMMA的