工程塑料成型加工

工程塑料及其應(yīng)用

青島科技大學(xué)

塑料工程教研室第一章工程塑料性能一第二章工程塑料成型加工二第三章工程塑料改性三第四章工程塑料在機械中的應(yīng)用四目錄

工程塑料由于熔點較高、熔融粘度較大，成型加工比較困難，各有特點。2工程塑料成型

2.1ABS成型加工

（1）ABS吸水，所以加工前必須干燥處理，方法：80℃環(huán)境干燥8小時左右。

（2）非結(jié)晶的無定形聚合物，沒有固定熔點，加工溫度范圍較寬，注射230℃左右，擠出200℃左右。

（3）成型收縮率與GPS相似，0.5%左右。

（4）非常容易出現(xiàn)應(yīng)力開裂，必要時進行退火處理，70℃干燥2-4小時。52.2聚碳酸酯成型加工苯環(huán)—剛性基團醚氧鍵—提高鏈柔性極性基團—提高分子間作用力，吸水?？傮w來講，雙酚A型的聚碳酸酯是以剛性為主兼有一定柔性的材料。Tg～145oC，黏流溫度~300oC。異丙撐基—柔性1、化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.2聚碳酸酯成型加工

由于PC分子鏈的剛性和苯環(huán)的體積效應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)晶能力變差，其熔融溫度和玻璃化溫度均超過模具溫度，很快降至熔融溫度和玻璃化溫度之下，完全來不及結(jié)晶，只能得到無定形的透明制品。

PC雖然吸濕性很小，但因為容易高溫水解，即使微量的水分也要在加工前盡量去除（含水率要<0.02％）；PC分子鏈剛性大，熔體黏度高；

PC的熔體更接近牛頓流體，提高溫度比增大壓力更能降低熔體黏度；由于分子量的不同，熔融粘度以高粘度、中粘度和低粘度采用的加工工藝有所區(qū)別，注射成型溫度從250℃-300℃，擠出時控制在250℃左右。PC的分子鏈剛硬，成型冷卻后易殘余很大的內(nèi)應(yīng)力（如何消除？）。

2.2PC成型加工

2.3PET成型加工

透明瓶或膜加工要點：1、干燥（130℃左右干燥8小時），防止水產(chǎn)生霧度。2、由于結(jié)晶溫度高（130左右）、結(jié)晶速度慢可采取急冷，凍結(jié)晶核生成。

2.4PMMA成型加工澆鑄成型：用于成型有機玻璃板材、棒材等型材，即用本體聚合方法成型型材。注塑成型：采用懸浮聚合所制得的顆粒料，成型在普通的柱塞式或螺桿式注塑機上進行。擠出成型：用懸浮聚合生產(chǎn)的顆粒料制備有機玻璃板材、棒材、管材、片材等，但這樣制備的型材，特別是板材，由于聚合物分子量小，力學(xué)性能、耐熱性、耐溶劑性均不及澆注成型的型材，其優(yōu)點是生產(chǎn)效率高。熱成型：是將有機玻璃板材或片材制成各種尺寸形狀制品的過程，將裁切成要求尺寸的坯料夾緊在模具框架上，加熱使其軟化，再加壓使其貼緊模具型面，得到與型面相同的形狀，經(jīng)冷卻定型后修整邊緣即得制品。耐疲勞性能好，并且其耐疲勞性是再常見的熱塑性塑料中最好，能耐107次以上反復(fù)負荷的作用。

POM即使交變次數(shù)達107次，其疲勞強度仍保持在35MPa，而PC和PA經(jīng)104次交變試驗后，疲勞強度只有28MPa。

特別適合受外力反復(fù)作用的齒輪類制品和持續(xù)振動下的部件。

2.5POM成型加工POM穩(wěn)定性差差。均聚甲醛醛端基中中含有不不穩(wěn)定的的―OH結(jié)構(gòu)，POM的Td(235～240℃℃)較低，當(dāng)溫度高高于270℃℃時—C—O—鍵將斷裂裂，引起起大分子子熱分解解。甲醛在高高溫有氧氧時會被被氧化成成甲酸，，而甲酸酸對POM的降解反反應(yīng)有自自動加速速催化作作用，因因此常在在均聚甲甲醛樹脂脂中加入入熱穩(wěn)定劑劑、抗氧氧劑、甲甲醛吸收收劑等以滿足足成型加加工的需需要。2.5POM成型加工工2.5POM成型加工工成型前干干燥：100℃℃×4h。加工溫度度范圍窄窄：熔點點為175℃℃(均聚)或165℃℃(共聚)，溫度大大于190℃℃就開始降降解；熱敏性塑塑料，嚴(yán)嚴(yán)格控制制成型溫溫度。熔融狀態(tài)態(tài)下為非非牛頓型型流體，，熔體粘度度對剪切切敏感，受溫度度影響不不大。模溫控制制在適當(dāng)當(dāng)，80℃左右右，結(jié)晶晶充分；；收縮率較較大，模模具設(shè)計計應(yīng)考慮慮尺寸；；熱處理消消除內(nèi)應(yīng)應(yīng)力；1）因為易易吸水，，高溫下下氧化變變色，所所以加工工時應(yīng)進進行干燥燥處理，，一般情情況100℃左左右烘干干8-12小時，使使其含水水量不超超過0.1％，特殊殊制品應(yīng)應(yīng)在真空空干燥箱箱中進行行。2）還熔體體粘度較較小，容容易產(chǎn)生生“流涎涎現(xiàn)象““，所以以在注塑塑時應(yīng)采采用自鎖鎖式噴嘴嘴。另一一方面，，熔融溫溫度范圍圍較窄，，噴嘴必必須加熱熱，以免免堵塞。。3）收縮率率較大，，2%以上，尺尺寸最終終穩(wěn)定時時間較長長。4）制件調(diào)調(diào)濕處理理，提高高韌性和和尺寸穩(wěn)穩(wěn)定性。。2.6PA成型加工工2.7.1成型加工工特性1)PPO是無無定型的的非晶材材料，在在成型時時無結(jié)晶晶過程，，殘留內(nèi)內(nèi)應(yīng)力會會造成應(yīng)應(yīng)力開裂裂，在選選定成型型條件時時應(yīng)認真真考慮。。2)聚苯苯醚的熔熔點高，，其晶體體部分的的熔融溫溫度高達達262～267℃，，而且，，在300℃以以下其熔熔體粘度度很高，，給聚苯苯醚的成成型加工工帶來困困難。3)聚苯醚醚和改性聚聚苯醚的熔熔融體屬非非牛頓型流流體，熔體體的粘度與與溫度的關(guān)關(guān)系很大，，隨著溫度的的提高粘度度直線下降降。這種粘度度大，流動動性差的特特性致使加加工時必須須采用很高高的溫度，，因此，加加工困難，，能耗過大大。2.7聚苯醚成型型加工4)成型收縮率率很低，蠕變小，，尺寸穩(wěn)定定，可成型精密密制品。5)吸水率很小小，通常物物料不經(jīng)干干燥就能進進行成型加加工(如需干燥，，物料厚度度為50mm時，一一般在l30℃左右右干燥2h即可。)。2.7.1PPO加工特性螺桿長徑比比應(yīng)大于15：1；壓縮比一般般采用2.5～.5)。螺桿形式多采用漸變式的等距變變深。噴嘴采用直通式模具應(yīng)裝有有加熱裝置置，模具與與注射機模模板之間要要有絕熱板板。成型溫度：：料筒溫度一一般控制在在280～340℃的的范圍內(nèi)，超過340℃，物物料降解。。2.7.2PPO注射成型模具溫度應(yīng)應(yīng)在100-150℃范圍內(nèi)內(nèi)，能使應(yīng)應(yīng)力減至最最小，有利利于降低表表面粗糙度度和充滿薄薄壁部分。。超過150℃容易易引起氣泡泡并延長成成型周期；；低于100℃，會產(chǎn)產(chǎn)生較高的的殘留應(yīng)力，以以及使制品品產(chǎn)生充模模不足和分層層脫皮等缺缺點。聚苯醚注射射成型的廢廢料可反復(fù)使用，，一般重復(fù)復(fù)3次，其力學(xué)性能能沒有明顯顯的下降。。2.7.2PPO注射成型聚苯硫醚(PPS)樹脂白色色，硬而脆脆,跌落于地上上有金屬響響聲，密度度1.36g/cm3，成型收縮縮率0.7%。透光率僅僅次于PMMA,著色性、耐水性好。加工性能能好，可以以制成粒料料、纖維、、薄膜、涂料、注注塑制品、、擠出制品品和壓塑制制品等，用用途極廣。PPS的熱熱變形溫度度在260℃以上，連續(xù)使用溫溫度200-240℃，是耐熱熱性極佳的的特種工程程塑料PPS樹脂脂本身具有有很好的阻阻燃性，無無需添加任任何阻燃劑劑即可達到UL-94V-0。。(無滴落落)級，且且燃燒過程程中發(fā)煙量量很低。PPS樹脂脂經(jīng)復(fù)合后后成型收縮縮率極小，，吸水率低低，線膨脹脹系數(shù)小，即使使在高溫或或高濕度條條件下也顯顯示優(yōu)異的的尺寸穩(wěn)定定性。PPS樹脂脂的流動性性很好，可可用各種方方法加工成成型，可注注射成型復(fù)雜和和薄壁的精精密制件。。2.8PPS成型加工2.8.1注射成型1)PPS有良好的的流動性,2)干燥:145℃℃,3-4h3)料筒溫度為315～360℃。典型的注射壓力力為5.5-8.2MPa。4）模模具的溫溫度應(yīng)控制制制在133-162℃之間間，使PPS能充分分結(jié)晶。低于這個溫溫度范圍，，部件PPS不能結(jié)結(jié)晶，這樣樣當(dāng)制件在在超過原先先模具溫度度以上的溫溫度下工作作時，沒有有充分結(jié)晶晶的PP5制件就會會產(chǎn)生結(jié)晶晶。引起收收縮，尺寸寸精度就會會發(fā)生變化化。較高的模具具溫度，使使制品表面面發(fā)生所謂謂“富樹脂脂化”，表表面光澤性性提高，相相反，冷模模具注塑時時，填料將將在制品表表面富集，，結(jié)果制品品的光澤性性降低，耐耐化學(xué)性降降低。2.8PPS成型加工2.8.2模壓成型適合于量小的特殊殊制品或大大型制品。用于模壓成成型的PPS樹脂應(yīng)應(yīng)為低流動動性。將配配好的原料料加入模具具進行預(yù)成成型冷壓，，壓力為15-20MPa，然后加熱至至熔融溫度度以上，一一般為360℃，再加加7-40MPa的的壓力進行行二次壓縮縮，時間為為3-5min。冷壓：以2℃/min的速速度緩慢冷冷卻至230℃，再再稍快冷至至150℃℃，即得成成品。2.8PPS成型加工2.9UHMWPE成型加工2.9.1成型特性UHMWPE分子質(zhì)量極極高，成型型加工困難難。(1)物料料熔融時粘粘度極高，，不成粘流流態(tài)而是處處于高粘彈彈態(tài)。熔體體質(zhì)量流動速速率幾乎為零，所以很難難直接進行行擠出或注注射成型(2)臨界界剪切速率率低，熔體體易破裂。。通常把熔熔體剛出現(xiàn)現(xiàn)破裂時的的剪切速率率稱為臨界界剪切速率率。實踐讓讓明它隨聚聚乙烯的相相對分子質(zhì)質(zhì)量增大而而減小。對對于相對分分子質(zhì)量極極高的UHMWPE來說，在在剪切速率率很低時，，就可能產(chǎn)產(chǎn)生熔體裂裂，在較低低剪切速率率下，就會會產(chǎn)生滑流流或噴流現(xiàn)現(xiàn)象。因此此，在超高高相對分子子質(zhì)量聚乙乙烯擠出加加工時，會會遇到由于于容易破裂裂而產(chǎn)生裂裂紋現(xiàn)象；；在超高相相對分子質(zhì)質(zhì)量聚乙烯烯注塑時，，會出現(xiàn)咬咬流而致使使制品出現(xiàn)現(xiàn)多孔狀或或脫層現(xiàn)象象。這是熱熱塑性方法法加工超高高相對分子子質(zhì)量聚乙乙烯的難題題。(3)UHMWPE的摩擦擦因數(shù)極低低，使粉料料在進料過過程中極易易打滑。(4)成型型溫度范圍圍窄，易氧氧化降解。。2.9.2UHMWPE模壓成型自由燒結(jié)法法和燒結(jié)壓壓制法(1)自由由燒結(jié)法自自由燒燒結(jié)法也叫叫壓制-燒結(jié)-壓制法(先高壓壓制制成毛坯，然后把毛坯坯放入加熱爐中加加熱，加熱熱一定時間間后取出制制品再放到到另一個模模具中加壓壓冷卻，然然后取出制制品.具體工藝為為：首先稱稱取UHMWPE配好的粉料料裝入毛坯坯成型模具具，高壓成成型，壓力力一般為42MPa，保壓30-90秒后取取出制品，，放人情性性氣體保護護加熱爐中中，在173℃下加加熱，加熱熱時間根據(jù)據(jù)制品的厚厚度按3-4℃/min確定定。壓制制模模具具先先涂涂脫脫模模劑劑，，再再把把加加熱熱好好的的毛毛坯坯放放入，加加壓壓至28MPa，，然然后后保保壓壓冷冷卻卻到到制制品品溫溫度度為為65-85℃℃時時，，取取出出制制品品。。(2)燒燒結(jié)結(jié)壓壓制制法法燒結(jié)結(jié)壓壓制制法法與與自自由由燒燒結(jié)結(jié)法法基基本本相相同同，，在模具具中裝料料加加壓壓后后，，將模具具和和原原料料一一起起放放到到加加熱熱爐爐中中加加熱熱；；原原料料裝裝到到模模具具后后雖雖然然加加壓壓，，但但所所施施加加的的壓壓力力要要低低得得多多，，施施加加壓壓力力主要要目目的的是是排除除模模具具里里面面粉粉料料中中的的空空氣氣，，使使原原料料密密實實增增加加料料的的熱熱導(dǎo)導(dǎo)率率等等。2.9.2UHMWPE壓制制成成型型2.9.2UHMWPE壓制制成成型型具體體加加工工工工藝藝為為：：1））稱取取配配好好的的UHMWPE粉料料，，放放入入涂涂有有脫脫模模劑劑的的模具中中，，加加壓壓5MPa左右右，，因因為為不不是是為為了了成成型，，僅僅僅是是為為了了排排除除原原料料中中的的空空氣氣，，使使原原料料密密實實，，增增加加熱熱導(dǎo)導(dǎo)率率，，減減少少燒燒結(jié)結(jié)時時間間；；2））把模模具具放放入入加加熱熱爐爐中中進進行行加加熱熱，，加加熱熱溫溫度度為為195℃左左右右，，加加熱熱時時間間t(min)根據(jù)制品品厚度H(mm)由以下公公式計算算:t=40×(H/10)4/3取出模具具放到壓壓力機上上，壓力8-12MPa進行冷壓壓，冷卻到到65-75℃開模取取出制品品，修整整飛邊，，多數(shù)制制品需要要定型模具具進行定定型，這這樣就完完成了一一個制品品(或稱毛坯)的加工過程程。2.9.3UHMWPE的擠出出成型，可可采用單螺螺桿擠出機機、雙螺桿桿擠出機和和柱塞擠出機，其中以以雙螺桿擠擠出機為最最常用。(1)單螺螺桿擠出單單螺桿桿擠出機擠擠出UHMWPE管管材技術(shù)是是通過螺桿桿的塑化和和推進作用用，實現(xiàn)UHMWPE管材的的連續(xù)擠出出，設(shè)備和配方方技術(shù)是關(guān)關(guān)鍵。工藝與通用塑料料管材一樣樣，UHMWPE熔體通通過過濾板板由旋轉(zhuǎn)運運動變?yōu)橹敝本€運動，，進入管材材模具，經(jīng)定徑后冷冷卻后定型型。2.9.3UHMWPE擠出成型2.3.3UHMWPE擠擠出成型(2)柱塞塞擠出柱柱塞推壓壓成型是一一種住復(fù)間間歇性的擠擠出方法。。其過程是是將粉料加加入加料室和模具中中，由施加加高壓使壓縮粉料移移動、連續(xù)續(xù)燒結(jié)和冷冷卻定型三三個步驟實現(xiàn)半連續(xù)擠出出成型。優(yōu)點在于，，成型過程程中無現(xiàn)剪切，降解少，質(zhì)量好，此外該方方法成型時時不受分子子質(zhì)量高低低的限制，，即使分子子量高達1000×104，也能夠?qū)崒崿F(xiàn)擠出加加工。具體加工工工藝：按配方混混料，溫度度應(yīng)低于120℃，混勻的的物料加入入料斗中，，不能斷流流。推壓塞端部部不能有刃刃和毛刺，燒結(jié)時物物料為半粉粉狀半固體體狀的彈性性體，此時溫度太太高就會使使物料局部部粘附，制品表面面會形成溝溝痕和不均均勻現(xiàn)象，，管子傾斜斜變彎，造造成推出困困難；燒結(jié)后的物物料進入定定型段后溫溫度逐漸下下降，不能能出現(xiàn)溫度度劇變，但但溫度不能能低于130℃，太太低就會使使物料收縮到到芯棒上以至推進困困難，定型型溫度太高會使物物料粘附到到模具上，也會造成成推進的困困難，產(chǎn)生生變形等；；從定型段段端部推出出的管子，，溫度較高高，很容易易造成變形形，為此，，定型段端端部接冷卻卻水套進行行冷卻，擠擠出速度低低時也可采采用風(fēng)冷。。2.9.3UHMWPE擠出成型(3)雙螺螺桿擠出同向旋轉(zhuǎn)的的雙螺桿擠出出機，為避免材材料降解，，保證物料料穩(wěn)定流動動及保證產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，，螺桿的轉(zhuǎn)速不宜太高(一般為10r/min)。。流動性差，，粘度高擠擠出壓力大大，所以要要采用高強度止推推軸承，螺桿的螺螺槽要深些些。2.9.3UHMWPE擠出成型型4．注射射成型技技術(shù)UHMWPE注注射成型型基本上采采用普通通的單螺螺桿注射射機，但但在螺桿桿和模具具設(shè)計上上需經(jīng)過過特殊的的改進，，以保證證物料在在料筒內(nèi)內(nèi)均勻移移動，并并裝備壓壓力儲存存器用來來加速注注入。UHMWP在注注射成型型時，高高壓下的的噴射流流動有利于充充模，制制品尺寸寸穩(wěn)定性性也好，，因此，，注射壓壓力一般般控制在在12Mpa以以上。螺螺桿轉(zhuǎn)速速以（40-60r）/min為宜，，轉(zhuǎn)速過過高，導(dǎo)導(dǎo)致摩擦擦加大，，物料溫溫度升高高，容易易發(fā)生熱熱降解，，使相對對分子質(zhì)質(zhì)量下降降，影響響制品性性能。為防止由由于熱氧氧化降解解而發(fā)生生相對分分子質(zhì)量量下降的的倩況，，可用氮氮氣等隋隋性氣體體置換料料筒中的空氣，這對于UHMWPE的注注射成型型是十分分重要的的。2.9.4UHMWPE注射成型型聚砜類塑塑料都可可以用一一般熱塑塑性塑料料的成型型方法進進行加工工，但成成型溫度度較高。。成型方方法主要要有注塑塑、擠出出和吹塑塑等。雙酚A聚聚砜的熔熔融溫度度在310℃以以上，分分解溫度度超過420℃℃，加工工溫度范范圍較寬。聚砜吸水水率較高高(0.3%左左右)，，樹脂含含水量應(yīng)控制在0.1%以下下。干燥條件件為150℃，，3h。。2.10PSU的成型加加工PSU注塑制品品容易產(chǎn)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)應(yīng)力，因此模具溫度度要高。。當(dāng)加工溫溫度為330-400℃時，，模溫控控制在120-140℃，復(fù)雜形狀狀的制品品模溫為為150-165℃。。為避免免制品出出現(xiàn)殘余余應(yīng)力開開裂，通通常采用用退火處處理。可可以用甘甘油浴退火火方法，，條件為為160℃，1-5min或采用空氣氣浴退火火處理，，條件為為160℃，l-4h。退火時時間取決決于制品品大小及及壁厚。。擠出成型型主要應(yīng)應(yīng)用于管管材、薄薄板和擠擠出膜的的生產(chǎn)，，成型溫溫度可控控制在320℃℃-390℃。。吹塑主主要用于于各種容容器和薄薄膜制品品的成型型，焙融融溫度為為3l0-380℃。。2.10PSU的成型加加工聚芳醚酮酮分解溫溫度都在在500℃以上上，而且且大部分分為結(jié)晶晶聚合物物，PEEK的的Tg為143℃，Tm為為334℃，在在聚醚酮酮中比較較容易加加工。但Tg較較低，作作為結(jié)構(gòu)構(gòu)材料，，使用溫溫度受到到限制。。為了提提高聚芳芳醚酮的的玻璃化化轉(zhuǎn)變溫溫度，在在結(jié)構(gòu)改改進上進進行了大大量工作作，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)當(dāng)引進進聯(lián)苯單單元時可可以使Tg提高高到200℃以以上，然然而Tm也相應(yīng)應(yīng)提高到到386℃，使加工更更加困難難。2.11聚芳醚酮酮成型加加工PEEK由于其結(jié)結(jié)晶性而而必須在在Tm以以上溫度度進行加加工，與與其他結(jié)結(jié)晶聚合合物一樣可以對對其進行行模壓、、注塑、、擠出成成型及粉粉末噴涂涂和熔融融紡絲等等。對于于PEEK在370-400℃之間間其熔體體粘度為為480-350Pa·s，，有很好好的加工工性能。。2.11聚芳醚酮酮成型加加工PTFE的結(jié)晶晶熔點為為327℃，但但樹脂要要在380℃以以上才能能處于熔熔融狀態(tài)態(tài)，熔體體粘度高高達1010Pa·s，又具具有極強的耐溶溶劑性，，因此，，PTFE通常采采用冷壓壓燒結(jié)成成型。2.12PTFE成型加工工1.PI的特點點（1）全芳芳香聚聚酰亞亞胺熱熱分解解溫度度500℃、聚苯苯二酐酐和對對苯二二胺合合成的的聚酰酰亞胺胺熱分分解溫溫度達達600℃℃，是熱熱穩(wěn)定定性最最高的的品種種之一一；（2）耐極極低溫溫，在在絕對對溫度度4K（-269℃℃）的液液態(tài)氦氦中不不會脆脆裂；；（3）力學(xué)學(xué)性能能，拉拉伸強強度：：未填填充＞＞100MPa、均聚聚型PI薄膜為為250MPa、聯(lián)苯苯型PI薄膜達達到530MPa。彈性模模量為為3～4GPa；纖維強強度5.1～6.4GPa，彈性性模量量220～340GPa。（4）對烯烯酸較較穩(wěn)定定，但但一般般的品品種不不太耐耐水解解，尤尤其是是堿性性水解解；（5）有一一個很很寬的的溶解解度譜譜，一一些品品種幾幾乎不不溶于于所有有溶劑劑，另另一些些能溶溶于普普通溶溶劑；；（6）