模具設(shè)計課件

1.1塑料材料1.2塑料的流變性

1.3塑料成型工藝性能第1章塑料材料及成型工藝性能12/24/20221

1.1.1塑料的概念

塑料是以高分子聚合物為主要成分，加入一定量添加劑而組成的一種混合物。1.1塑料材料12/24/20222

填充劑：改善塑料性能（粉狀、片狀、纖維）。增塑劑：提高可塑性、流動性、柔韌性、降低脆性。穩(wěn)定劑：熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗氧化劑。潤滑劑：對塑料的表面起潤滑作用，防止塑料在成型加工時黏模。著色劑：無機(jī)顏料、無機(jī)顏料、染料。其它：發(fā)泡劑、阻燃劑、固化劑、防靜電劑、導(dǎo)電劑和導(dǎo)磁劑等。1.1塑料材料1.1.2塑料的填充劑12/24/20223

1.1塑料材料1.1.2塑料的填充劑添加劑、填充料及補強料常用村料對聚合物性質(zhì)的影響強化纖維碳素、碳、礦物質(zhì)纖維、玻璃、kevlar增加拉伸強度增加彎曲模數(shù)(flexuralmodulus)提高熱變形溫度提升抗收縮與抗翹曲能力導(dǎo)電性填充料鋁粉、碳纖維、石墨提高電氣性質(zhì)提高熱傳導(dǎo)性耦合劑Silanes、titanates改善聚合物與纖維接口之鍵結(jié)力抗燃劑氯、溴、硫、金屬鹽降低燃燒發(fā)生率及擴(kuò)散速度混合填充料碳酸鈣、硅、粘土降低材料成本塑化劑單體液體、低分子量材料改善熔膠的流動性加強撓曲性著色劑（色料或染料）金屬氧化物、鉻酸鹽、碳黑提供耐久的顏色防止熱裂解或紫外線造成裂解發(fā)泡劑氣體、氮復(fù)合物、聯(lián)氨衍生物造成孔穴組織以降低材料密度12/24/20224

1.1.3塑料的分類1.按塑料中樹脂分子結(jié)構(gòu)和受熱后呈現(xiàn)的基本行為分類：塑料非結(jié)晶型熱塑性塑料結(jié)晶型熱固性塑料1.1塑料材料12/24/20225

熱塑性塑料與熱固性塑料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的對比1.1塑料材料受熱行為圖示12/24/20226

非結(jié)晶性熱塑性塑料結(jié)晶性熱塑性塑料常用的材料ABS、壓克力（PMMA、PAN）、聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)聚縮醛樹脂(POM)、尼龍(PA,)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、熱塑性聚脂(PBT、PET)微觀結(jié)構(gòu)分子在液相和固相都呈現(xiàn)雜亂的配向性分子在液相呈現(xiàn)雜亂的配向性，在固相則形成緊密堆砌的晶體。受熱反應(yīng)具有軟化溫度范圍，但沒有明顯的熔點具有明確的熔點性質(zhì)透明抗化學(xué)性差成形時體積收縮率低通常強度不高一般具有高熔膠粘度熱含量低半透明或不透明抗化學(xué)性佳成形時體積收縮率高強度高熔膠粘度低熱含量高1.1塑料材料12/24/20227

2.按塑料的性能及用途分：

通用塑料：指產(chǎn)量大、用途廣且價廉的塑料。

工程塑料：在工程技術(shù)中常作為結(jié)構(gòu)材料來使用。特殊功能塑料：具有特殊性能的塑料（用于醫(yī)藥、光敏及液晶方面的氟塑料）。1.1塑料材料12/24/20228

五大泛用塑料及用途：低密度聚乙烯(LDPE)容器、塑料袋、膠膜、管子…等。高密度聚乙烯(HDPE)膠管、膠布、膠膜…等。聚苯乙烯(PS)外殼、玩具、壁磚…等。聚氯乙烯(PVC)瓶子、塑料管、薄膜、保鮮膜…等。聚丙烯(PP)汽車保險桿、儀表板、纖維…等。1.1塑料材料12/24/20229

工程塑料：起源：自1956年杜邦推出Derlin商名新塑料,宣稱可取代金屬,工程塑料之名由此開始。特性：機(jī)械強度高而且有適當(dāng)平衡.耐熱,耐久或具特殊機(jī)能.加工性良好，價格合理且工程性良好。1.1塑料材料12/24/2022101.1.4塑料的的性能密度小(重量輕，，塑料比重重0.9~2，鋁2.7，鐵鐵7.8)。比強度(b/ρ)和比剛度度(E/ρ)高?；瘜W(xué)穩(wěn)定性性好。電氣性能優(yōu)優(yōu)良。減摩、耐磨磨和自潤滑滑性好。成型和著色色性能好。。多種防護(hù)性性能：除防防腐外，塑塑料還具有有防水、防防潮、防透透氣、防振振、防輻射射等。耐熱性差、、受載荷易易蠕變、老老化現(xiàn)象。。1.1塑塑料材料料12/18/2022111.1.5塑料的的可加工性性1.1.5.1熱熱塑性塑料料的溫度力力學(xué)狀態(tài)及及成型加工工的關(guān)系Ⅰ—非結(jié)晶晶Ⅱ—結(jié)結(jié)晶型Tg-玻璃化溫溫度Tm-結(jié)晶型熔熔點Tf-非晶型流流動溫度Td-分解溫度度1.1塑塑料材料料12/18/202212圖1-3熱熱固性塑塑料的狀態(tài)態(tài)與溫度的的關(guān)系1.1.5.2熱熱固性塑料料的狀態(tài)與與溫度的關(guān)關(guān)系1.1塑塑料材料料12/18/202213當(dāng)溫度和壓壓力變更時時，黏流態(tài)態(tài)的塑料表表觀黏度會會相應(yīng)地發(fā)發(fā)生變化，，這稱為塑塑料的流變變性。1.2.1牛頓型型流體流體在平直直圓管內(nèi)受受切應(yīng)力而而發(fā)生的流流動形式有有層流和湍湍流兩種。。層流：被看看著一層層層彼此相鄰鄰且平行的的薄層流體體沿外力作作用方向進(jìn)進(jìn)行的相對對滑移，而而且各層之之間無相互互影響。湍流：流體體各點的速速度大小與與方向都隨隨時間而變變化，且流流體內(nèi)相互互干擾嚴(yán)重重。1.2塑塑料的流流變性12/18/202214D:管道直徑徑；V:流體的平平均速度；；ρ:流體的密密度；η:流體剪切切粘度。Re<2100~4000時時為層流，，Re>4000時時為湍流。。塑料在成型型加工過程程中的流動動基本上屬屬于層流。。層流與湍流流的區(qū)分以以雷諾數(shù)（（Re）為為準(zhǔn)，1.2塑塑料的流流變性12/18/202215牛頓頓流流動動定定律律：：在一一定定溫溫度度下下，，當(dāng)當(dāng)剪剪切切力力ττ作作用用于于兩兩個個相相距距為為dr的的液液體體平平行行層層面面并并以以相相對對速速度度dv移動動時時，，則則剪剪切切力力τ與剪剪切切速速率率dv/dr(也也稱稱速速度度梯梯度度））之之間間呈呈下下列列直直線線關(guān)關(guān)系系：：其中中：：ηη為牛牛頓頓黏黏度度，，單單位位:Pa··s(N··s/m2)。。符合合上上式式的的流流體體都都稱稱為為牛牛頓頓型型流流體體。。液體體流流動動時時不不服服從從上上式式規(guī)規(guī)律律的的均均稱稱為為非非牛牛頓頓體體。。1.2塑塑料料的的流流變變性性12/18/202216非牛牛頓頓型型流流體體原原則則上上包包括括黏黏性性流流體體、、黏黏彈彈性性流流體體及及時時間間依依賴賴性性流流體體。?？煽梢砸詫⒎欠桥ＥｎD頓型型流流體體當(dāng)當(dāng)作作黏黏性性流流體體看看待待，，黏黏性性流流體體又又分分為為：：賓哈哈流流體體膨脹脹性性流流體體假塑塑性性流流體體。。非牛牛頓頓流流體體““黏黏度度””稱稱為為非非牛牛頓頓黏黏度度或或稱稱表表觀觀黏黏度度（1-2））1.2塑塑料料的的流流變變性性12/18/202217圖1-4不不同同類類型型流流體體的的流流動動曲曲線線圖1-5不不同同類類型型流流體體表表觀觀黏黏度度與與剪剪切切速速率率的的關(guān)關(guān)系系1.2塑塑料料的的流流變變性性12/18/202218圖1-6溫溫度度對對表表觀觀黏黏度度的的影影響響1.2塑塑料料的的流流變變性性12/18/2022191.3.1流動性性定義：在成型過程程中，塑料料熔體在一一定的溫度度與壓力作作用下充填填型腔的能能力。實質(zhì)：實質(zhì)是由于于分子間產(chǎn)產(chǎn)生相互滑滑移，而熔熔體分子間間的滑移又又是通過分分子鏈段運運動來實現(xiàn)現(xiàn)的,取決決于分子組組成、相對對分子質(zhì)量量大小及其其結(jié)構(gòu)。影響：塑料的流流動性差差時→缺缺料。熔體流動動性太好好→溢料料。1.3塑塑料料成型工工藝性能能12/18/202220熱塑性塑塑料熔融融指數(shù)(MI)單位:g/10min1—熱電電偶2—料料筒3—出出料孔4—保溫溫層5—加熱熱棒6—柱塞塞7—重錘錘（加柱柱塞共重重2160g））圖1-7熔融融流動指指數(shù)測定定法熱塑性塑塑料的流流動性的的測量方方法1：：1.3塑塑料料成型工工藝性能能12/18/2022211.每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一周半半徑增大大12.5mm2.槽斷斷面是半半圓形，，直徑為為4.9mm3.螺旋旋線槽總總長為1925mm。。4.將塑塑料熔體體一定壓壓力溫度度注射入入螺旋形形槽中央央，制成成蚊香形形狀的試試品，測測定其螺螺旋線的的總長度度。螺旋線流流動試驗驗法模具具流道示示意圖熱塑性塑塑料的流流動性的的測量方方法2：：1.3塑塑料料成型工工藝性能能Viscosity黏(滯)度12/18/202222熱塑性塑塑料的流流動性分分為三類類：流動性好好的：PE、PP、PS、醋醋酸纖維維等；流動性中中等的：：改性聚苯苯乙烯、、ABS、AS、有機(jī)機(jī)玻璃、、POM、氯化化聚醚等等；流動性差差的：PC、硬硬聚氯乙乙烯、聚聚苯醚、、聚砜、、氟塑料料。1.3塑塑料料成型工工藝性能能12/18/202223①稱取7.5g塑料粉粉，20℃±5℃溫度度下并以以50MPa的的壓力下下在內(nèi)徑徑為28mm的的模子內(nèi)內(nèi)預(yù)壓成成圓錠。。②模具溫溫度150℃±±5℃℃,并保保溫5min；；③將圓錠錠放入拉拉西格模模的加料料室，并并在20s左右右將壓模模增至30MPa，保保壓3min；；④長度即即為其流流動值。。圖1-8拉拉西格流流動性測測定模熱固性塑塑料的流流動性的的測量方方法：1.3塑塑料料成型工工藝性能能12/18/2022241.3.2收收縮性造成成型型收縮的的原因：：熱脹冷縮縮因彈性回回復(fù)造成成的收縮縮結(jié)晶收縮縮定向收縮縮影響收縮縮率變化化的因素素：塑料品種種塑件特征征模具結(jié)構(gòu)構(gòu)成型工藝藝參數(shù)1.3塑塑料料成型工工藝性能能12/18/2022251）收縮縮率計算算S實=（a-b）/bS計=c-b/c（1-5）S實——實際際收縮率率（%)；S計——計算算收縮率率（%)；a——塑塑件在成成型溫度度時的單單向尺寸寸（mm)b——塑塑件在常常溫下的的單向尺尺寸（mm)c——模模具型腔腔在常溫溫下的單單向尺寸寸（mm)1.3塑塑料料成型工工藝性能能12/18/2022261.3.3結(jié)結(jié)晶晶性熱塑性性塑料料按其其冷卻卻時是是否出出現(xiàn)結(jié)結(jié)晶現(xiàn)現(xiàn)象可可將其其分為為結(jié)晶晶型與與非結(jié)結(jié)晶型型（或或稱無無定型型）。。結(jié)晶型型塑料料是不不透明明的或或半透透明的的，而而非結(jié)結(jié)晶型型塑料料是透透明的的（少少數(shù)例例外））。結(jié)晶度度對制制品質(zhì)質(zhì)量的的影響響：結(jié)晶度度大的的塑件件密度度大，，強度度、硬硬度高高，剛剛度、、耐磨磨性好好，耐耐化學(xué)學(xué)性和和電性性能好好。結(jié)晶度度小的的塑料料，柔柔軟性性、透透明性性較好好，伸伸長率率和沖沖擊韌韌度較較大。。1.3塑塑料料成型型工藝藝性能能12/18/202227宜宜采用用中等冷冷卻速速度，即將將模具具溫度度控制制在Tg與Tvmax之間。保證證晶體體生長長良好好，結(jié)結(jié)晶完完整且且生產(chǎn)產(chǎn)周期期短。。圖1-9結(jié)結(jié)晶速速度與與溫度度的關(guān)關(guān)系影響結(jié)結(jié)晶的的因素素：冷卻速速度：：1.3塑塑料料成型型工藝藝性能能12/18/2022281.3.4熱熱敏性性及吸吸濕性性熱敏性性：塑料對對溫度度的敏敏感性性，高高溫下下發(fā)生生變色色、分分解的的傾向向性。。熱敏性性塑料料：硬硬聚氯氯乙烯烯、聚聚偏氯氯乙烯烯、氯氯乙烯烯和醋醋酸乙乙烯共共聚物物（EVA）、、聚甲甲醛、、聚三三氟氯氯乙烯烯等。。吸濕濕性性：：是指指塑塑料料對對水水分分的的親親疏疏程程度度。。吸吸濕濕性性的的大大小小取取決決于于聚聚合合物物組組成成及及分分子子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。。例如如：：PA、、PC、、ABS、、PS等等，，在在其其分分子子鏈鏈中中由由于于含含有有極極性性基基團(tuán)團(tuán)，，對對水水有有吸吸附附能能力力，，故故屬屬于于吸吸濕濕傾傾向向大大的的塑塑料料1.3塑塑料料成成型型工工藝藝性性能能12/18/2022291.3.5聚聚合合物物降降解解與與定定向向聚合合物物降降解解：：聚合合物物分分子子在在受受到到熱熱、、應(yīng)應(yīng)力力、、微微量量水水、、酸酸、、堿堿等等雜雜質(zhì)質(zhì)以以及及空空氣氣中中的的氧氧作作用用，，導(dǎo)導(dǎo)致致聚聚合合物物鏈鏈斷斷裂裂、、分分子子變變小小、、相相對對分分子子質(zhì)質(zhì)量量降降低低的的現(xiàn)現(xiàn)象象稱稱為為聚聚合合物物降降解解（（也也稱稱裂裂解解））。。聚合合物物降降解解的的影影響響：：輕度度降降解解會會使使聚聚合合物物變變色色；；進(jìn)進(jìn)一一步步降降解解會會使使聚聚合合物物分分解解出出低低分分子子物物質(zhì)質(zhì)，，使使制制品品出出現(xiàn)現(xiàn)氣氣泡泡和和流流紋紋弊弊病病，，削削弱弱制制品品各各項項物物理理、、力力學(xué)學(xué)性性能能；；嚴(yán)嚴(yán)重重的的降降解解會會使使聚聚合合物物焦焦化化變變黑黑并并產(chǎn)產(chǎn)生生大大量量的的分分解解物物質(zhì)質(zhì)。。1.3塑塑料料成成型型工工藝藝性性能能12/18/202230聚合合物物定定向向：塑料料在在成成型型加加工工過過程程中中分分子子發(fā)發(fā)生生不不同同程程度度的的定定向向排排列列，，即即為為定定向向（（或或稱稱取取向向））。。影響響聚合合物物定定向向的因因素素：：①隨隨著著模模具具溫溫度度、、成