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热塑性塑料注塑成型
2006 年 10 月
热塑性塑料注塑成型
本书主要讲述了热塑性塑料的通用注塑成型工艺.同时也介绍了原料,模具,设备,产品设 计以及一些挤出管材方面的知识.
一.
1.塑料的组成与分类 1.塑料的组成与分类
1.1 塑料的定义:
塑料基础知识
塑料是以高分子树脂为主要成分,在一定条件下(如温度,压力等)可塑制成一定形状且在常温下保 持形状不变的材料. 塑料它可以是纯的树脂,也可以是加有各种添加剂的混合物,添加剂的是用来改善纯树脂的物理机械 性能,改善加工性能或者为了节约树脂. 因此,塑料最基本的物理化学性质是由树脂的性质所决定的.树脂可分天然树脂和人造树脂,后者又 称
合成树脂.树脂都属高聚物,这些高聚物有独特的分子内部结构与分子外部结构.高分子内部结构决定 了高聚物最基本的物理化学性质;而高分子外部结构则决定高聚物的加工性能和物理机械性能.
1.2 塑料的组成:
塑料都以合成树脂(极少天然树脂)为基本原料,并可能加入填料,增塑剂,染料,稳定剂,润滑剂 等各种辅助料而组成.因此,不同品种牌号的塑料,由于选用树脂及辅助料的性能,成分,配比及塑料生 产工艺不同,则其使用及工艺特性也各不相同.
1.3 塑料的分类:
1.3.1 按受热时的行为分:
a) 热塑性塑料 加热时变软以至流动,冷却变硬成型出产品,这种过程是可逆的,可以反复进行.聚乙烯,聚丙烯, 聚氯乙烯,聚苯乙烯,聚甲醛,聚碳酸酯,聚酰胺,丙烯酸类塑料,其它聚烯烃及其共聚物,聚砜,聚苯 醚,氯化聚醚等都是热塑性塑料.热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构,分子链之间无化学 键产生,加热时软化流动,冷却变硬的过程是物理变化. b) 热固性塑料 第一次加热时可以软化流动,加热到一定温度,产生化学反应,交联固化而变硬,这种变化是不可逆 的,此后,再次加热时,已不能再变软流动了.正是借助这种特性进行成型加工,利用第一次加热时的塑 化流动,在压力下充满型腔,进而固化成为确定形状和尺寸的制品.这种材料称为固性塑料. 热固性塑较 的树脂固化前是线型或带支链的,固化后分子链之间形成化学键,成为三度的网状结构,不仅不能再熔融, 在溶剂中也不能溶解.酚醛,脲醛,三聚氰胺甲醛,环氧,不饱和聚酯,有机硅等塑料,都是热固性塑料.
1.3.2 按树脂合成时的反应类型分 :
a) 聚合型塑料
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树脂是由聚合反应制得.这种树脂一般是由含有不饱和键,主要是双键的单体,借双键打开生成的, 反应过程中无低分子产物释出.聚烯烃,聚卤代烯烃,聚苯乙烯,聚甲醛,丙烯酸类塑料都属于聚合型塑 料.聚合型塑料都是热塑性塑料. b) 缩聚型塑料 树脂是由缩聚反应制得.这种树脂一般是由含有某种官能团(一般最少含有两个官能团)的单体,借 官能团之间的反应使单体连接起来而形成的.
1.3.3 按塑料中树脂大分子的有序状态分:
a) 无定形塑料 树脂大分子的排列是无序的.这种塑料,由于树脂分子链的结构特点,或因热力学原因,或成型过程 工艺条件范围的限制,分子链不会产生有序的整齐堆砌形成结晶结构,而呈现无规则的随机排列.在纯树 脂状态,这种塑料是透明的. b) 结晶型塑料 树脂大分子排列呈现出有序晶相.从熔融状态冷却变为制品过程中,树脂的分子链能够有序地紧密堆 砌产生结晶结构的.一般所谓的结晶型塑料,实际上都是半结晶的,不像低分子晶体(例如 NaCl)那样能 产生 100%的结晶度.树脂大分子链排列呈现出无定形相与结晶相共存的状
态.成型条件对结晶度和晶态结 构有明显影响,从而对制品性能有明显影响.结晶结构只存在于热塑性塑料中.
1.3.4 按性能和应用范围分:
a) 通用塑料 通用塑料是指生产量大,货源广,价格低,适于大量应用的塑料.通用塑料一般皆具有良好的成型工 艺性,可采用多种工艺成型出多种用途制品.一般说,通用塑料不具有突出的综合力学性能和耐热性,不 宜用于承载要求较高的结构件和在较高温度下工作的耐热件.但通用塑料的各品种,都有各自的某些优异 性能,使它具有广泛用途.聚乙烯,聚氯乙烯,聚苯乙烯,聚丙烯,酚醛塑料合称五大通用塑料.其它聚 烯烃,乙烯基塑料及其共聚物与改性材料,丙烯酸塑料,氨基塑料等也都属于通用塑料. b)工程塑料 工程塑料是指那些具有突出力学性能,耐热性,或优异耐化学试剂,耐溶剂性,或在变化的环境条件 下可保持良好绝缘介电性能的塑料.工程塑料一般可以作为承载结构件,高温环境下的耐热件和承载件, 高温条件,潮湿条件,大范围的变频条件下的介电制品和绝缘用品.工程塑料的生产批量小,价格也较昂 贵,用途范围相对狭窄,一般都是按某些特殊用途生产一定批量的材料.现有的工程塑料主要品种有聚酰 胺,聚碳酸酯,聚甲醛,聚苯醚,ABS,PET,PBT,聚砜,聚苯硫醚,氯化聚醚,聚酰亚胺,聚醚醚酮, 氟塑料,超高分子量聚乙烯,环氧塑料和不饱和聚酯等. 此外还有具有某种特殊功能,适于某种特殊用途的特种工程塑料,例如用于导电,压电,热电,导磁, 感光,防辐射,光导纤维,液晶,高分子分离膜,专用于摩擦磨损用途等塑料. 特种工程塑料又称功能塑 料.特种工程塑料的主要成分是树脂,有些是专门合成的特种树脂,但也有一些是采用上述通用塑料或工 程塑料用树脂经特殊处理或改性后获得特殊性能的.
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2.塑料的基本性能 塑料的基本性能
2.1 质轻,比强度高
塑料质轻,一般塑料的密度都在 0.9 ~ 2.3 g/cm 之间,只有钢铁的 1/8,铝的 1/2 左右,而各种泡 沫塑料的密度更低,约在 0.1 ~ O.5 g/cm之间. 比强度是按单位质量计算的强度,有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材.例如合金钢材,其单位 质量的拉伸强度为 160 兆帕,而用玻璃纤维增强的塑料可达到 170 ~ 400 兆帕. 一般而言,多数塑
料的比强度与金属在同一数量级,比刚度低于金属数倍至一个数量级,但某些结构泡沫塑料,比刚度可与 金属媲美.用高模量增强剂增强后,某些塑料的比刚度可以超过金属.
2.2 优异的电绝缘性能
几乎所有的塑料都具有优异的电绝缘性能,如极小的介电损耗和优良的耐电弧特性,这些性能可与陶瓷 媲美.
2.3 优良的化学稳定性能
一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐腐蚀能力,特别是聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能比黄金还要 好,甚至能耐 \" 王水 \" 等强腐蚀性电解质的腐蚀,被称为\"塑料王\".
2.4 减摩,耐磨性能好
大多数塑料具有优良的减摩,耐磨和自润滑特性.许多工程塑料制造的耐摩擦零件就是利用塑料的这 些特性,在耐磨塑料中加入某些固体润滑剂和填料时,可降低其摩擦系数或进一步提高其耐磨性能.
2.5 透光及防护性能
多数塑料都可以作为透明或半透明制品,其中聚苯乙烯和丙烯酸酯类塑料象玻璃一样透明.有机玻璃 化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯,可用作航空玻璃材料.聚氯乙烯,聚乙烯,聚丙烯等塑料薄膜具有良好的 透光和保暖性能,大量用作农用薄膜.塑料具有多种防护性能,因此常用作防护保装用品,如塑料薄膜, 箱,桶,瓶等.
2.6 减震,消音性能优良
某些塑料柔韧而富于弹性,当它受到外界频繁的机械冲击和振动时,内部产生粘性内耗,将机械能转 变成热能,因此,工程上用作减震消音材料.例如,用工程塑料制作的轴承和齿可减小噪音,各种泡沫塑 料更是广泛使用的优良减震消音材料. 上述塑料的优良性能,使它在工农业生产和人们的日常生活中具有广泛用途;它已从过去作为金属, 玻璃,陶瓷,木材和纤维等材料的代用品,而一跃成为现代生活和尖端工业不可缺少的材料.然而,塑料 也有不足之处.例如,耐热性比金属等材料差,一般塑料仅能在 100℃ 以下温度使用,少数 200℃ 左右 使用;塑料的热膨胀系数要比金属大 3 ~ 10 倍,容易受温度变化而影响尺寸的稳定性;在载荷作用下, 塑料会缓慢地产生粘性流动或变形,即蠕变现象;此外,塑料在大气,阳光,长期的压力或某些质作用下 会发生老化,使性能变坏等. 塑料的这些缺点或多或少地影响或限制了它的应用.但是,随着塑料工业的发展和塑料材料研究工作 的深入,这些缺点正被逐渐克服,性能优异的
新颖塑料和各种塑料复合材料正不断涌现 .
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3.塑料成型的相关名词 3.塑料成型的相关名词 塑料成型 3.1 密度/比重
密度是指物质单位体积的重量. 比重是指物质密度与水密度的比值.
3.2 比容及压缩率
比容为每一克塑料所占有的体积(cm/g),压缩率为塑粉与塑件两者体积或比容之比值(其值恒大于 1) 它们都可被用来确定压模装料室的大小, . 其数值大即要求装料室体积要大, 同时又说明塑粉内充气多, 排气困难,成形周期长,生产率低.比容小则反之,而且有利于压锭,压制.
3.3 吸水率
吸水率是指塑胶吸收水分的程度,测法是先将样品烘干后称重,浸入水中 24 或 48 小时后,取出再称 重,计算重量增加的百分比,即为吸水率.
3.4 流动性
塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性. 这是模具设计时必须考虑的一个重要工艺参数. 流动性大易造成溢料过多,填充型腔不密实,塑件组织疏松,树脂,填料分头聚积,易粘模,脱模及清理 困难,硬化过早等弊病.但流动性小则填充不足,不易成形,成形压力大.所以选用塑料的流动性必须与 塑件要求,成型工艺及成形条件相适应.
3.5 硬化特性
热固性塑料在成型过程中在加热受压下转变成可塑性粘流状态,随之流动性增大填充型腔,与此同时 发生缩合反应,交联密度不断增加,流动性迅速下降,融料逐渐固化.模具设计时对硬化速度快,保持流 动状态短的料则应注意便于装料,装卸嵌件及选择合理的成型条件和操作等以免过早硬经或硬化不足,导 致塑件成形不良.
3.6 水分及挥发物含量
各种塑料中含有不同程度的水分,挥发物含量,过多时流动性增大,易溢料,保持时间长,收缩增大, 易发生波纹,翘曲等弊病,影响塑件机电性能.但当塑料过于干燥时也会导致流动性不良成型困难,所以 不同塑料应按要求进行预热干燥,对吸湿性强的料,尤其在潮湿季节即使对预热后的料也应防止再吸湿
3.7 热敏性
热敏性塑料系指某些塑料对热较为敏感,在高温下受热时间较长或进料口截面过小,剪切作用大时, 料温增高易发生变色,降聚,分解的倾向,具有这种特性的塑料称为热敏性塑料.
3.8 水敏性
有的塑料(如聚碳酸酯)即使含有少量水分,但在高温,高压下也会发生分解,这种性能称为水敏性, 对此必须预先加热干燥.
3.9 吸湿性
塑料中因有各种添加剂,使其对水分各有不同的亲疏程度,所以塑料大致可分为吸湿,粘附水分及不 吸水也不易粘附水分的两种,料中含水量必须控制在允许范围内,不然在高温,高压下水分变成气体或发
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生水解作用,使树脂起泡,流动性下降,外观及机电性能不良.所以吸湿性塑料必须按要求采用适当的加 热方法及规范进行预热,在使用时还需用红外线照射以防止再吸湿.
3.10 透气性
透气性是指塑料膜或塑料板的气体穿透性能
3.11 熔体指数
熔体指数(MI),是一种表示塑胶材料加工时流动性的数值.
3.12 拉伸强度/断裂伸长率
拉伸强度是指将塑胶材料拉伸到某一程度(如屈服点或断裂点)所需力的大小, 通常以每单位面积多少力 来表示.而其拉伸后的长度与原长度的百分比即为断裂伸长率.
3.13 弯曲强度
弯曲强度为塑胶抗弯曲的能力.
3.14 冲击强度
冲击强度是指塑胶受外力冲击时所能承受的最大能量.
3.15 硬度
一般塑胶的硬度最常用洛氏硬度及绍氏硬度两种测试方法来表示.其中绍氏 A 常用来测定较软塑料, 如 TPE 等弹性体或橡胶等;绍氏 D 用来测定较硬塑料,如一般之泛用塑胶及部份工程塑胶,而多数之高 性能工程塑胶或较硬之工程塑胶,则需用洛氏来测定.
3.16 热变形温度
热变形温度是指使塑胶试片在一定压力及一定温度下,弯曲到一定程度时的温度.
3.17 长期耐热温度
长期耐热温度是指塑胶材料在长时间使用之耐热性.
3.18 耐化学药品性
耐化学药品性的是指将塑胶材料在一定温度下浸渍于溶剂中一段时间后,测定其重量,体积,拉伸强 度与断裂伸长率的变化,变异小的即表示具有优良的抗溶剂性变.
3.19 耐候性
耐候性是指塑胶材料对户外环境下,受光,热,大气,风雨的影响,而引起质变,劣化的抵抗性.
3.20 透明度
透明度是指塑胶在可视光域的光透率,塑胶依光透过程度,可分为透明性,半透明性及不透明性.
3.21 光泽度
光泽度是表于物质近似可完全反射光的完美镜面程度,光泽度好,就表于物质具有光亮的外表.
3.22 绝缘破坏电压
绝缘破坏电压是将高电位差施加于试片,达到绝缘性破坏的最小电压,除以两极间距离(试样的厚度) 的值(Kv/mm).
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3.23 熔化热
熔化热又称熔化潜热,是结晶型聚合物在形成或熔化晶体时所需要的能量.这部分能量是用来熔化高 分子结晶结构的,所以注塑结晶型聚合物时要比注塑非结晶型料达到指定熔化温度下所需的能量要多,对 于非结晶型聚合物无需熔化潜热.
3.24 比热容
比热容是单位重量的物料温度上升 1 度时所需热量[J/kg.k].
3.25 热扩散系数
热扩散系数是指温度在加热物料中传递的速度, 又称导热系数其值是由单位质量的物料温度升高 1 度时 所需的热量(比热容)和材料吸收热量的速度(导热系数)来决定.压力对热扩散系数影响小,温度对其 影响较大.
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