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1、第一章 塑料及其成型基础知识第一节第一节 塑料及其鉴别塑料及其鉴别第一节第一节 塑料的成型塑料的成型第一节第一节 塑料及其鉴别塑料及其鉴别 自合成树脂酚醛塑料面世以来，塑料工业得到了飞速发展，并在国民经济发展中占据了重要地位。塑料与钢铁、木材、水泥一起构成了现代工业四大基础材料，从举世瞩目的奥运场馆到日常生活工具处处可见塑料的踪影。a）b）塑料应用示例a）水立方“泡泡膜”b）电动车一、塑料及其特性一、塑料及其特性1 1塑料的成分塑料的成分 塑料是以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成型的材料。塑料是以树脂为基础原材料（含量一般在40100），并辅以添加剂而制成的有机合成材料。塑料常
2、以其中的树脂来命名。（1）树脂 树脂树脂是一种相对分子量不确定但通常较高，呈现固态、半固态、假固态，有时也可以是液态的有机物质。树脂具有软化或熔融范围，在外力作用下有流动倾向，这也是塑料成型的基础。树脂天然树脂：天然树脂包括树木分泌出的脂物、热带 昆虫分泌物中的提取物或石油中的提取 物。合成树脂：合成树脂则为采用人工方法制得，又称 聚合物，例如聚乙烯、尼龙、环氧树脂 等。a）b）c）d）e）f）树脂a）老树树脂b）虫胶c）石油树脂d）聚乙烯 e）尼龙 f）环氧树脂（2）添加剂 添加剂添加剂是为改善塑料的成型工艺性能、改善塑料制品的使用性能或降低塑料制品的成本而加入的一些物质。添加剂包括填充剂、
3、增塑剂、着色剂、稳定剂等，其相关内容见下表。需要指出的是，有些树脂可以直接作为塑料使用，如聚乙烯、聚苯乙烯、尼龙等，但多数树脂必须在其中加入一些添加剂，方能作为塑料使用，如酚醛树脂、氨基树脂、聚氯乙烯等。所以，在塑料中，树脂虽然起着决定性的作用，但添加剂的作用也不能忽视。（2）添加剂2 2塑料的分类塑料的分类 （1）热塑性塑料 所谓热塑性塑料，是指在特定温度范围内能反复加热软化熔融，冷却后硬化定型的塑料，它是可重复成型的塑料。常用的热塑性塑料有聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS）、聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（PA俗称尼龙）、聚苯
4、醚（PPE）、聚砜（PSU）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA俗称有机玻璃）等。结晶型塑料一般比较耐热，不透明或半透明，具有较高的力学强度，而无定形塑料则与之相反。不过也有例外，例如聚4甲基戊烯1为结晶型塑料，却有高透明性，而ABS为无定形塑料，却是半透明的。热塑性塑料结晶型塑料无定形塑料分子链排列整齐、稳定、紧密分子链杂乱无章 常用的结晶型塑料有聚乙烯、聚酰胺等，常用的无定形塑料有聚苯乙烯、聚氯乙烯和ABS等。a）聚乙烯衬板 b）聚苯乙烯塑料尺c）ABS风机叶片热塑性塑料制品示例 （2）热固性塑料 所谓热固性塑料，是指加热到一定温度时能软化熔融，可塑制成型，并硬化定型的塑料，这类塑料在成型过程中，
5、既有物理变化又有化学变化，成型后再次加热时不会再度软化熔融。常用的热固性有酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂（EP）、有机硅塑料、硅酮塑料、聚邻苯二甲酸二烯丙酯（PDAP）等。由于上述特性，加工中的边角料和废品不可回收再生利用。由于上述特性，加工中的边角料和废品不可回收再生利用。a）酚醛塑料脚轮b）有机硅塑料按键c）环氧树脂板材热固性塑料制品示例 根据塑料的性能和用途，在实际使用中，还可将其分为通用塑料、工程塑料和增强塑料，有关内容见下表。类别相关说明通用塑料 主要是指产量大、用途广、价格低的塑料。主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料六大品种。它们占塑料总产量的一大半以上工
6、程塑料 常指力学强度高、刚性好、可代替金属用作工程材料的塑料。例如ABS、聚碳酸脂等，常用工程塑料的应用见教材附录一增强塑料 是指加入玻璃纤维填料或其他纤维作为增强材料，以树脂为黏结剂的塑料，热固性塑料的增强塑料又称为玻璃钢塑料按性能和用途分类3 3塑料的应用、特性和使用性能塑料的应用、特性和使用性能（1）塑料的应用 随着塑料工业的发展，塑料制品已渗透到人们生活和生产的各个领域。领域说明农业薄膜、管道、片板、绳索和编织袋等，农田水利工程，农舍建设等交通运输门把手、方向盘、仪表板等电气工业电线、电缆、开关、插头、插座绝缘体、家用电器、计算机键盘套件、显示器外壳、各种通讯设备等通信产品电话机、手机
7、、传真机等外壳日常生活用品塑料桶、塑料盆、热水器外壳、塑料袋、航空杯、尼龙绳等医疗人工血管、输液器、输血袋、注射器、插管、检验用品、手术室用品等塑料制品的应用（2）塑料的特性 塑料（制品）在众多领域得到广泛的应用的根本原因在于塑料具有优异的性能，主要表现在：1）低密小，质量轻。2）高化学稳定性。3）电绝缘、绝热、隔声性能好。4）耐磨。5）比强度、比刚度高。6）成型方便，来源丰富。无需回避的是，塑料虽然具有许多优点和广泛用途，但并非十全十美，甚至有些缺陷至今未能克服，如老化（在阳光、压力等作用下，经一定时间后会“变老”、变色、变脆易碎）、不耐高温等。所以，塑料还不能从根本上替代金属材料。（3）塑
8、料的使用性能 塑料的使用性能是指塑料制品在实际使用中需要的性能，是塑料使用价值的体现，主要包括：物理性能、化学性能、机械性能、热性能、电性能等，这些性能可以通过一定的指标来衡量。使用性能衡量指标物理性能密度、表观密度、透湿性、吸水性、透明性、透光性等化学性能耐化学性、耐老化性、耐候性、光稳定性、抗霉性等机械性能抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、断后伸长率、冲击韧性、疲劳强度、耐蠕变性、摩擦因数及磨耗、硬度等热性能线膨胀系数、热导率、玻璃化温度、耐热性、热变形温度、热稳定性、热分解温度、耐燃性、比热容等电性能介电常数、介电强度、耐电弧性等塑料使用性能指标二、常用塑料的鉴别二、常用塑料的鉴别 作为一般
9、塑料的初步鉴别，可采用外观识别法和燃烧观察法进行。燃烧观察燃烧观察法法外观识别法外观识别法1 1外观识别法外观识别法方法说明摸敲聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等塑料，具有不同程度的可弯性，手触有硬蜡样滑腻感，敲击时有软性角质类声音。与此相比，聚苯乙烯、ABS、聚碳酸、有机玻璃等，无延展性，手触有刚性感、敲击时声音清脆投水聚乙烯、聚丙烯浮于水，其他绝大多数塑料沉于水。聚酰胺在水中接近悬浮状观色高压聚乙烯未染色前呈乳白色，半透明，较软，柔而韧，稍能伸长；低压聚乙烯未染色前也呈乳白色，但不透明，质地较硬，不易延伸；聚丙烯未染色前呈白色，半透明，但比高压聚乙烯更透明、更轻、更硬；聚酰胺未染色前呈微黄在未染色前
10、，聚苯乙烯是透明的，改性聚苯乙烯呈乳白色，而ABS呈浅象牙色弯折聚苯乙烯为脆性，改性聚苯乙烯和ABS为韧性。在弯折试样时，聚苯乙烯易脆裂，而后两者很难折断，且裂口发白，并有特殊气味外观识别法包括摸敲、投水、观色、弯折等，具体说明见下表。常用塑料外观识别法说明2 2燃烧观察法燃烧观察法 外所有热固性塑料，受热或燃烧时都没有发软熔融过程，只会变脆和焦化（燃焦）。聚苯乙烯及其他所有热塑性塑料，受热或燃烧时都必先经历发软熔融过程，但不同种类塑料有着不同的燃烧现象。常用热塑性塑料的燃烧现象见下表。塑料种类燃烧现象聚乙烯容易燃烧，离火源后仍能继续燃烧。燃烧时，火焰上端呈黄色，下端呈蓝色。由于燃烧比较完全，
11、黑烟甚少。靠近火焰处，塑料有熔融滴落现象，类似于靠近火焰部分的融蜡的流淌，熔融物亦很少被颜色熏染。火焰熄灭后，有较明显的石蜡燃烧气味聚丙烯燃烧现象与聚乙烯大体相同，可能有少量黑烟。火焰熄灭后，闻到的是略像煤油的气味，这是与聚乙烯特别不同的地方常用热塑性塑料的燃烧现象塑料种类燃烧现象聚酰胺不像聚乙烯或聚丙烯那样容易起燃，燃烧较为缓慢，移走火源后，如果环境温度不太高，或有金属附件将热带走，维持燃烧的时间不很长，稍后便自行熄灭。火焰颜色也是呈上黄下蓝。在靠近火焰处，表面既熔融滴落，又会起泡。熄灭后有类似烧焦羊毛或指甲的气味聚苯乙烯、改性聚苯乙烯和ABS均容易燃烧，在取走火源后，仍会继续燃烧。由于燃烧
12、极不完全，火焰呈黄色，并伴有浓密黑烟和炭束，随烟气飞逸，弥漫四周。不过聚苯乙烯的炭束稍少一些。燃烧时，近火焰的塑料表面软化而不易发生滴落。聚苯乙烯和改性聚苯乙烯表面会起泡，ABS塑料不起泡而呈焦化状态。这几种塑料在火焰熄灭时发出的气味差别很大，聚苯乙烯具有同苯乙烯单体相同的气味，ABS有一种非常独特的臭味，用已知的ABS塑料样品比较容易做出判断聚碳酸燃烧现象接近聚苯乙烯，但燃烧速度缓慢，离火后会慢熄，熄灭后发出的是花果臭原色有机玻璃与聚苯乙烯从外观上较难识别，都有较好的透光性。即使染上颜色，其透色效果、光泽度、硬度等几乎都一样。燃烧时，则情况大为不同。前者没有炭束飞逸而后者有。特别是有机玻璃，
13、燃烧时火焰呈浅蓝色、顶端呈白色，燃烧后发出强烈的花果臭和腐烂的蔬菜臭味聚氯乙烯较之上述各种塑料难燃，离开火源后容易自熄，燃烧时火焰上方呈黄色，底部呈绿色，有时还喷溅黄色或绿色小焰，冒出白烟，发出辛辣刺鼻的气味，熔体一边燃烧一边软化，可以拉扯出丝常用热塑性塑料的燃烧现象续表第二节第二节 塑料的成型塑料的成型一、成型方法一、成型方法方法应用场合注射成型主要用来成型热塑性塑料制品，从日常生活用品到各类复杂的机械、电器、交通工具等零件，几乎涵盖所有的热塑性塑料制品。另外，某些热固性塑料也可采用此法成型压塑成型热固性塑料通常采用的成型方法。典型制品有树脂镜片、汽车方向盘、仪表壳、电器开关和插座等压注成型
14、热固性塑料通常采用的成型方法。主要用于封装电器元件等挤出成型适用于所有的热塑性塑料及部分热固性塑料（如酚醛塑料、脲醛塑料等）管材、棒材、板材、薄膜及电线电缆的加工成型吹塑成型常用于生产热塑性塑料制成的容器类中空制品（如塑料饮料瓶、塑料水桶等）气压成型热塑性塑料桶、瓶、罐、盒类制品采用的成型方法发泡成型常用于制作隔热材料、保温材料、隔音材料、防振材料、缓冲材料等的发泡塑料的成型方法塑料制品主要成型方法及应用场合1 1注射成型注射成型 注射成型是热塑性塑料产品最为普遍的一种成型方法，它是在加压条件下，将塑料物料由注射机加热料筒经过模具浇注系统，注入闭合模具模腔的模塑方法。注射成型也称注塑成型，它是
15、在金属压铸法的基础上发展起来的一种成型方法，由于它与医用注射器工作原理基本相似，因而得名。注射成型示意及注射成型产品示例a）注射成型示意b）注射成型产品示例 2 2压缩成型压缩成型 压缩成型是指塑料物料在模具模腔中，通过加压且通常需要加热的成型方法。压缩成型又称压制成型、压塑成型或模压成型，它是较早采用的塑料成型方法。压缩成型示意及压缩成型产品示例a）压缩成型示意b）压缩成型产品示例3 3压注成型压注成型 压注成型是指使塑料物料经过加热室进入热模具的闭合模腔而成型的模塑方法。压注成型又称传递成型或挤塑成型，它是在压缩成型基础上发展起来的塑料成型方法。压缩成型主要用于热固性塑料制品的生产。由于能
16、生产比较精密的带细薄嵌件的制品，因此，广泛应用于电机、电器、灯具等行业。压注成型示意及压注成型产品示例b）压注成型产品示例 a）压注成型示4 4挤出成型挤出成型 挤出成型是将固态塑料在一定温度和一定压力下熔融、塑化，利用挤出机的螺杆旋转（或柱塞）加压，使其通过特定形状的口模成为截面与口模形状相仿的连续型材的方法。挤出成型是塑料型材的主要成型方法，轴向任何处断面形状和尺寸一样的制品，均可采用挤出方法成型。挤出成型示意及挤出成型产品示例b）挤出成型产品示例a）挤出成型示意二、成型模具二、成型模具 依据实物形状和结构按等比例制成的，可以用压制或浇灌等方法使塑料物料成为一定形状的模具，称为塑料成型模具
17、，简称塑料模。它是构成塑料制品（模制品）成型空间所有零部件的组合体。塑料成型模具 塑料成型模具是塑料成型加工三个必备物质条件之一，是塑料成型的关键工艺装备。根据塑料制品成型方法不同，通常将塑料成型模具分为：压缩成型模具（简称压缩模）注射成型模具（简称注射模，也称注塑模）压注成型模具（简称压注模）挤出成型模具气压成型模具发泡塑料成型模具等1 1注射模具注射模具 注射模具是一种生产塑料制品的工具，也是赋予塑料制品完整结构和精确尺寸的工具。注射模具主要用来成型热塑性塑料制品，当然，某些热固性塑料制品也可采用注射模具来成型。注塑模具示例a）实物图b）结构示意图2 2压缩模具和压注模具压缩模具和压注模具
18、 压缩模具主要用于热固性塑料制品的成型，有时也用于热塑性塑料制品的成型，而压注模具则主要用于热固性塑料制品的成型。压缩模具和压注模具结构示意图b）压注模具a）压缩模具三、成型设备三、成型设备 成型设备是塑料成型加工的又一个必备物质条件，它随成型工艺的不同而不同。用于塑料成型的主要设备包括：应用最多、用于注射成型工艺的注射机（也称注塑机），用于压缩成型工艺和压注成型工艺的压力机，用于挤出成型的挤出机。主要的塑料成型设备a）注射机b）压力机c）挤出机四、塑料制品的工艺性四、塑料制品的工艺性塑料制品示例1 1塑料制品工艺性的概念塑料制品工艺性的概念 塑料制品的工艺性，是指所设计塑料制品的形状结构、尺
19、寸大小、精度和表面质量要求等，对采用的成型工艺和模具结构的适应程度。它反映了塑料制品加工成型的难易程度，如果塑料制品的形状结构简单、尺寸适中、精度要求低、表面质量要求不高，则成型就比较容易，所需的工艺条件就比较宽松，模具结构将相对简单，就可认为塑料制品的工艺性较好；反之，则可认为塑料制品的工艺性较差。2 2塑料制品工艺性的分析内容塑料制品工艺性的分析内容 塑件制品工艺性分析涉及的内容主要包括：塑料制品原材料分析、塑料制品的尺寸和精度分析、塑料制品的表面质量分析、塑料制品的几何形状及结构分析、塑料制品的特殊结构（例如文字、螺纹、齿轮、嵌件）分析等。（1）塑料制品的几何形状 在满足使用功能的前提下
20、，塑料制品上应尽可能避免出现影响和阻碍脱模的表面，如侧孔或侧凹等。为便于塑料制品的成型和脱模，必要时，可以考虑改变其几何选择形状。原设计更改后原设计更改后图示说明将左图侧孔容器改为右图侧凹容器，则不需要采用侧抽芯或瓣合分型的模具应避免塑料制品表面横向凹台，以便于脱模图示说明塑料制品外侧凹，必须采用瓣合凹模，使塑料模具结构复杂，塑件表面有接缝 塑料制品内侧凹，抽芯困难改变塑件形状以利于成型的典型示例原设计更改后原设计更改后图示说明改变塑料制品形状避免侧孔抽侧型芯 将横向侧孔改成垂直向孔，可免去侧向抽芯机构图示 说明将滚花改成直纹，便于脱模 改变塑件形状以利于成型的典型示例续表 （2）制品结构 塑
21、料制品结构包括脱模斜度、壁厚、加强肋、支承面、圆角和孔等。1）脱模斜度 是指使塑料制品顺利脱模、防止擦伤其表面而允许的斜度量。塑件的脱模斜度 塑料制品上与脱模方向平行的表面一般应设计有合理的脱模斜度国家标准塑料模塑件尺寸公差（GB/T144862008）对脱模斜度的选取和标注作了相应规定。至于脱模斜度的大小，由于尚无精确的计算公式，主要凭经验或查表确定。2）壁厚 塑料制品必须有一定的厚度（一般为16mm），以满足制品使用、制品成型以及生产效率等方面的需要。3）加强肋所谓加强肋，是指在塑料制品某个需要增加强度或刚度的部位设置的工艺肋或筋板。a）加强肋加强肋及其应用 b）带有加强肋塑料制品示例 序
22、号不合理合理说明1 过厚处应减薄并设置加强肋，以保持原有强度2 过高的塑料制品应设置加强肋，以减薄塑料制品壁厚3 平板状塑料制品，加强肋应与塑料流动方向平行，以免造成充模阻力过大和降低塑料制品韧性4 非平板状塑料制品，加强肋应交错排列，以免塑料制品产生翘曲变形5 加强肋之间的中心距应大于制品壁厚的两倍 加强肋应设计得矮一些，与支承面的间隙应大于0.5mm加强肋设计的典型参考示例 4）支承面 当塑料制品需要有一个表面作为支承面（基准面）时，以整个底平面作为支承面是不合理的，因为塑料制品的稍许翘曲或变形就会造成底面不平。为此，通常采用底脚（三点或四点）或凸起的边框来代替整个支承面。a）平面支承c）
23、底脚支承 b）凸起的边框支承塑料制品的支承面 5）圆角和孔 为避免塑料制品应力集中引起的变形或裂纹，提高强度，改善熔体在模腔中的流动，有利于充模（尤其对增强塑料），有利于改善塑料制品外观和便于脱模，塑料制品的转角连接处应尽可能采用圆角过渡。带有孔的塑料制品示例合理不合理说明 孔间距或孔边距小于规定值时的改进设计 固定用螺钉孔，如果不需要露出螺钉头时，应使用圆柱头螺钉、孔做成沉头孔，而不用锥孔 对穿孔应注意设计成能设置型芯的结构 紧固用孔或其他受力的孔，应设计出凸边或凸台予以加强表124 设计孔时的注意事项 6）强行脱模结构 对于具有较浅的内外侧凹槽或凸台（并带有圆角）的塑料制品，可利用塑料在脱模温度下具有足够弹性的特性强行脱模，而不必采用组合型芯的方式。强行脱模示意 具体来说，对于聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等塑料制品，5的内凹或外凸均可采用强行脱模方式。可强行脱模的结构尺寸示意 对于多数情况下的塑件侧向凹凸，不可能强行脱模，此时应采用带有侧向分型抽芯机构的模具，其结构示意如图所示。当然这样会使模具结构复杂，制造成本提高。带侧向分型抽芯机构模具