選擇與塑料原材料

項目一選擇與分析塑料原材料模塊一成型工藝設(shè)計項目實施4學(xué)習(xí)目標(biāo)1項目引入2相關(guān)知識3思考與練習(xí)5ThankYou!能力目標(biāo)：

1.會分析并選擇塑料種類2.會分析給定塑料的使用性能和工藝性能知識目標(biāo)：1.掌握塑料的組成、分類、結(jié)構(gòu)特點以及常用的塑料基本性能2.了解塑料熱力學(xué)性能與成型加工方法之間的關(guān)系3.熟悉常用塑料代號、性能和用途學(xué)習(xí)目標(biāo)項目引入a)開關(guān)盒3d圖b)開關(guān)盒2d圖

訓(xùn)練合理選擇與分析塑料原材料的能力。大批量生產(chǎn)，要求電性能好，產(chǎn)品外表面美觀、無瑕疵，具有一定的強度。相關(guān)知識（一）塑料的組成塑料

——樹脂＋添加劑塑料——以樹脂（或在加工過程中用單體直接聚合）為主要成分，以增塑劑、填充劑、潤滑劑、著色劑等添加劑為輔助成分，在加工過程中一定溫度和壓力的作用下能流動成型的高分子有機材料。

樹脂

——指受熱時通常有轉(zhuǎn)化或熔融范圍，轉(zhuǎn)化時受外力作用具有流動性，常溫下呈固態(tài)或半固態(tài)或液態(tài)的有機聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。天然樹脂——是指由自然界中動植物分泌物所得的無定形有機物質(zhì)，如松香、琥珀、蟲膠等。合成樹脂——是指由簡單有機物經(jīng)化學(xué)合成或某些天然產(chǎn)物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)而得到的樹脂產(chǎn)物。

作用：※塑料的主要成分

※決定塑料的類型和基本性能※膠粘其它成分材料

※賦予塑料可塑性和流動性1．樹脂2．添加劑

⑴填充劑（填料）

重要的但非必不可少的成分，含量一般不超過塑料40%。

作用：

※減少樹脂用量，降低塑料成本；

※改善塑料某些性能，擴大塑料的應(yīng)用范圍。

⑵增塑劑

能夠增加塑料的可加工性、延展性和膨脹性的物質(zhì)；它是能與樹脂相溶的、不易揮發(fā)的高沸點有機化合物。主要有甲酸脂類、磷酸酯類和氯化石蠟等。作用：

※提高塑性、流動性和柔軟性；

※降低剛性和脆性；

※改善塑料的工藝性能和使用性能。

⑶

穩(wěn)定劑

凡能阻緩材料變質(zhì)的物質(zhì)稱為穩(wěn)定劑。用量一般為0.3～0.5%。

熱穩(wěn)定劑：抑制或防止樹脂在加工或使用過程中受熱而降解。

光穩(wěn)定劑：阻止樹脂在光的作用下降解（塑料變色、力學(xué)性能下降等等）。

抗氧化劑：延緩或抑制塑料氧化速度。

⑷

潤滑劑

為防止塑料在成型過程中粘模，減少塑料對模具的摩擦，改善塑料的流動性，提高塑件表面的光澤度而加入的添加劑。加入量一般為0.5～1%。

⑸

著色劑

起裝飾美觀的作用，某些著色劑還能提高塑料的光穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和耐候性。一般有無機顏料、有機顏料和染料3大類。用量一般為0.01～0.02%。

※還有阻燃劑、抗靜電劑、發(fā)泡劑、防腐劑和加工助劑等等。

※并非每種塑料都要加入全部的添加劑，而是根據(jù)塑料品種和需求加入某些添加劑。（二））高聚聚物的的分子子結(jié)構(gòu)構(gòu)1.高聚物物分子子的結(jié)結(jié)構(gòu)特特點無論是是天然然樹脂脂還是是合成成樹脂脂，它它們都都屬于于高分分子聚聚合物物，簡簡稱高高聚物物。nCH2＝CH2—CH2—CH2—n乙烯聚乙烯聚合度：聚乙烯分分子結(jié)構(gòu)中中的n值表示高分分子化合物物中鏈節(jié)的的重復(fù)次數(shù)數(shù)，n值越大，相相對分子質(zhì)質(zhì)量越大。。a)線形b)帶支鏈線形形c)體形聚合物分子子鏈結(jié)構(gòu)示示意圖2.高聚物分子子鏈的聚集集狀態(tài)對于某些固固體材料，，如果它們們中的質(zhì)點點既是近程程有序，又又是遠程有有序，則可可將它們稱稱為晶體材材料，反之之則稱為非非晶體材料料。高聚物物的結(jié)構(gòu)按按照分子排排列的幾何何特點，可可以分為結(jié)晶型和非結(jié)晶型（無定型）兩大類型。。分子結(jié)構(gòu)簡簡單、對稱稱性高的聚聚合物以及分分子間作用用力較大的的聚合物等從高溫溫向低溫轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變時，由由無規(guī)則排列逐漸漸轉(zhuǎn)化為有有規(guī)則緊密密排列，這種過過程稱為結(jié)晶。結(jié)晶的程度度可用結(jié)晶度來衡量。結(jié)晶度度是指聚合合物中的結(jié)結(jié)晶區(qū)在聚合物物中所占的的重量百分分?jǐn)?shù)。結(jié)晶型聚合合物結(jié)構(gòu)示示意圖1-晶區(qū)；2-非晶區(qū)（三）塑料料的分類1.按分子結(jié)構(gòu)構(gòu)及其熱性性能分類成型前，塑料中樹脂分子結(jié)構(gòu)使制品固化定型的模具溫度條件成型后，塑料中樹脂分子結(jié)構(gòu)成型過程中樹脂所發(fā)生的變化制品的熔化，溶解性能塑料的使用性常采用的成型方法熱塑性塑料

線型或支鏈狀線型聚合物分子冷卻基本與成型前的相同物理變化?？赡妫赡苡猩倭糠纸饣蚪绘湰F(xiàn)象發(fā)生）可熔化可溶解反復(fù)多次使用（可回收廢料）注射、擠出、吹塑等熱固性塑料

線型聚合物分子加熱（提供交聯(lián)反應(yīng)溫度）轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型分子既有物理變化，又有化學(xué)變化。不可逆，有低分子析出。既不可熔化，也不可溶解一次性使用，因成型過程不可逆壓縮或壓注。有的可以采用注射通用塑料——一般指產(chǎn)量量大、用途途廣、成型型性好、價價廉的塑料料。六大品品種：聚乙乙烯、聚氯氯乙烯、聚聚苯乙烯、、聚丙烯、、酚醛塑料料和氨基塑塑料。工程塑料——一般指能承承受一定的的外力作用用，并有良良好的機械械性能和尺尺寸穩(wěn)定性性，在高、、低溫下仍仍能保持其其優(yōu)良性能能，可以作作為工程結(jié)結(jié)構(gòu)件的塑塑料。如聚聚酰胺、聚聚甲醛、聚聚碳酸酯、、ABS、聚砜、聚聚苯醚以及及聚四氟乙乙烯等。特殊塑料——一般指具有有特種功能能（如耐熱熱、自潤滑滑等），應(yīng)應(yīng)用于特殊殊要求的塑塑料。如氟氟塑料、聚聚酰亞胺塑塑料、有機機硅塑料、、環(huán)氧塑料料、導(dǎo)磁塑料和和導(dǎo)熱塑料料等。2．按塑料的的用途分：：（四）塑料料名稱與代代號用其化學(xué)命命名的英文文全稱編寫寫大寫字母母表示，可可大大簡化化，不僅書書寫與應(yīng)用用方便，又又便于國內(nèi)內(nèi)、國際間間技術(shù)交流流。如：PE、PP、PS、PVC、POM、PPO、ABS等。（五）高聚聚物的熱力力學(xué)性能和和成型加工工適應(yīng)性線形無定型型聚合物隨隨溫度的變變化熱塑性性材料可以以分為三種種物理聚集集狀態(tài)：即即玻璃態(tài)、、高彈態(tài)和和粘流態(tài)。。1.玻璃態(tài)溫度低于Tg（玻璃化溫溫度），只只適于進行行車削、銼銼削、鉆孔孔、切螺紋紋等機械加加工。Tb（脆化溫度度）是塑料料加工使用用的最低溫溫度，而Tg是塑料使用用的上限溫溫度。2.高彈態(tài)高于Tg低于Tf（粘流化溫溫度），可可進行較大大變形的成成型加工，，如壓延成成型、中空空吹塑成型型、熱成型型等。3.粘流態(tài)當(dāng)溫度繼續(xù)續(xù)上升高于于Tf，成為粘流流態(tài)，常稱稱之為熔體體。Tf～Td是塑料成型型加工的范范圍，可進進行注射成成型、壓縮縮成型、壓壓注成型、、擠出成型型等變形大大、形狀復(fù)復(fù)雜的成型型。對完全線形形結(jié)晶型聚聚合物，其其熱力學(xué)曲曲線通常不不存在高彈彈態(tài)，只有有在相對分分子質(zhì)量較較高時才有有可能出現(xiàn)現(xiàn)高彈態(tài)。。與Tf對應(yīng)的溫度度叫做熔點點Tm，是線形結(jié)結(jié)晶型聚合合物熔融或或凝固的臨臨界溫度。。而熱固性材材料由于分分子運動阻阻力很大，，一般隨溫溫度發(fā)生的的力學(xué)狀態(tài)態(tài)變化較小小，所以通通常不存在在粘流態(tài)甚甚至高彈態(tài)態(tài)，即遇熱熱不熔，高高溫時則分分解。高聚物的溫溫度-形變曲線及及與成型加加工的關(guān)系系1-非結(jié)晶型樹樹脂；2-結(jié)晶型樹脂脂（六）高聚聚物在成型型過程中的的變化1.高聚物的結(jié)晶高聚物由非非晶態(tài)轉(zhuǎn)為為晶態(tài)的過過程就是結(jié)結(jié)晶過程。。結(jié)晶發(fā)生生在高溫熔熔體向低溫溫固態(tài)轉(zhuǎn)變變過程中，，在此過程程中高聚物物分子作穩(wěn)穩(wěn)定規(guī)整排排列的就是是結(jié)晶區(qū)。。高聚物的的結(jié)晶過程程由晶核生生成和晶體體生長兩步步完成。2.高聚物的取向高聚物在導(dǎo)導(dǎo)管內(nèi)流動動的速率在在管中心處處為最大，，管壁處為為零；在導(dǎo)導(dǎo)管截面上上各點的速速度分布呈呈扁平的拋拋物線狀。。在這種流流動情況下下，塑料中中各自存在在的細(xì)而長長的纖維狀狀填料和高高聚物分子子，在很大大程度上，，都會順著著流動的方方向作平行行的排列，，這種排列列常稱為取取向作用。。熱塑性塑料料在其玻璃璃化溫度與與粘流化溫溫度之間進進行拉伸時時，也會發(fā)發(fā)生取向作作用。這些取向單單元如果繼繼續(xù)存在于于塑件中，，則塑件就就將出現(xiàn)各各向異性。。各向異性有有時是塑件件所需要的的，有時又又要盡量消消除這種各各向異性現(xiàn)現(xiàn)象。3.高聚物的降解高聚物分子子可能由于于受到熱和和應(yīng)力的作作用或由于于高溫下高高聚物中微微量水分、、酸、堿等等雜質(zhì)及空空氣中氧的的作用而導(dǎo)導(dǎo)致其相對對分子質(zhì)量量降低，使使高聚物的的大分子結(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)生化化學(xué)變化。。通常人們們把高聚物物相對分子子質(zhì)量降低低的現(xiàn)象稱稱為高聚物物的降解，，也稱裂解解。降解大大多是有害害的。因此此，在加工工過程中應(yīng)應(yīng)設(shè)法減少少和避免高高聚物降解解。4.高聚物的交聯(lián)高聚物在加加工過程中中，形成立立體網(wǎng)狀分分子結(jié)構(gòu)的的反應(yīng)稱為為交聯(lián)，通通過交聯(lián)反反應(yīng)可生成成體形高聚聚物。和線線形高聚物物相比，體體形高聚物物的機械強強度、耐熱熱性、耐溶溶劑性、化化學(xué)穩(wěn)定性性和塑件的的形狀穩(wěn)定定性均有所所提高。交交聯(lián)反應(yīng)主主要發(fā)生在在熱固性聚聚合物的成成型過程中中，交聯(lián)度度過低稱為為“硬化不不足”，反反之稱為““硬化過度度”。交聯(lián)聯(lián)程度不會會達到100%，但是硬化化程度卻可可以。一般般硬化程度度大于100%的為“過熟熟”，反之之則為“欠欠熟”。是塑料在成成型加工過過程中表現(xiàn)現(xiàn)出來的特特有性質(zhì)。。1.熱塑性塑料料的工藝性性能（1）收縮性塑料自模具具中取出冷冷卻到室溫溫后，其尺尺寸或體積積會發(fā)生收收縮變化，，這種性質(zhì)質(zhì)稱為收縮縮性。收縮縮性的大小小以單位長長度塑件收收縮量的百百分?jǐn)?shù)來表表示，稱為為收縮率。。（七）塑料料的工藝特特性式中a——模具型腔在在成型溫度度時的尺寸寸；b——塑件在常溫溫時的尺寸寸；c——塑料模具型型腔在常溫溫時的尺寸寸。實際收縮率率計算收縮率率影響塑件成成型收縮的的因素主要要有：1)塑料品種。。2)塑件結(jié)構(gòu)。。3)模具結(jié)構(gòu)。。4)成型工藝。。（2）流動性在成型加工工中，塑料料熔體在一一定的溫度度與壓力作作用下充填填模腔的能能力，稱為為塑料的流流動性。熱熱塑性塑料料的流動性性一般用熔熔體流動速速率來衡量量。熔融指指數(shù)測定儀儀：每10min所壓出的塑塑料質(zhì)量即即為該塑料料的熔體流流動速率（（g/10min）。流動性好：：聚乙烯、聚聚丙烯、聚聚苯乙烯、、醋酸纖維維素等；流動性中等等：改性聚聚苯乙烯、、ABS、AS、有機玻璃璃、聚甲醛醛、氯化聚聚醚等；流動性差：：聚碳酸酯酯、硬聚氯氯乙烯、聚聚苯醚、聚聚砜、氟塑塑料等。影響流動性性的因素主主要有：1)溫度。2)壓力。3)模具結(jié)構(gòu)。。（3）相容性俗稱為共混混性，是指指兩種或兩兩種以上不不同品種的的塑料，在在熔融狀態(tài)態(tài)不產(chǎn)生相相分離現(xiàn)象象的能力。。如果兩種種塑料不相相容，則混混熔時制件件會出現(xiàn)分分層、脫皮皮等表面缺缺陷。分子子結(jié)構(gòu)相似似較易相容容，分子結(jié)結(jié)構(gòu)不同時時較難相容容。（4）吸濕性是指塑料對對水分的親親疏程度。。吸濕性或粘粘附水分塑塑料：聚酰酰胺、聚碳碳酸酯、ABS、聚苯醚、、聚砜等；；吸濕或粘附附水分極小?。壕垡蚁┫⒕郾┫┑?。具有吸濕或或粘附水分分的塑料，，在加工成成型前，一一般都要經(jīng)經(jīng)過干燥。。（5）熱敏性和和水敏性熱敏性是指某些熱熱穩(wěn)定性差差的塑料，，在高溫下下受熱時間間較長或澆澆口截面過過小及剪切切作用過大大時，料溫溫增高就易易發(fā)生變色色、降解、、分解的傾傾向。具有有這種特性性的塑料稱稱為熱敏性性塑料。防防止熱敏性性塑料在成成型過程中中出現(xiàn)過熱熱分解現(xiàn)象象措施：在在塑料在加加入穩(wěn)定劑劑、合理選選擇設(shè)備、、正確控制制成型溫度度和成型周周期、及時時清理設(shè)備備中的分解解物等辦法法。水敏性是指在高溫溫下熔體對對水分降解解的敏感性性。具有水水敏性的塑塑料，稱為為水敏性塑塑料。水敏敏性塑料在在成型前必必須進行干干燥處理。。（1）收縮率熱固性塑料料也具有因因成型加工工而引起的的尺寸減小小，計算方方法與熱塑塑性塑料收收縮率相同同。影響收縮率率的因素有有原材料、、模具結(jié)構(gòu)構(gòu)或成型方方法及成型型工藝條件件等。塑料料中樹脂和和填料的種種類及含量量，直接影影響收縮率率的大小。。當(dāng)在固化化反應(yīng)中樹樹脂放出的的低分子揮揮發(fā)物較多多時，收縮縮率較大，，反之收縮縮率小。在在同類塑料料中，填料料含量多時時收縮率小小，無機填填料比有機機填料所得得的塑件收收縮小。凡有利于提提高成型壓壓力、增大大塑料充模模流動性、、使塑件密密實的模具具結(jié)構(gòu)，均均能減小制制件的收縮縮率，用壓壓縮或壓注注成型的塑塑件比注射射成型的塑塑件收縮率率??；凡能能使塑件密密實，成型型前使低分分子揮發(fā)物物溢出的工工藝因素，，都能減小小制件收縮縮率。2.熱固性塑料料的工藝性性能（2）流動性流動性的意意義與熱塑塑性塑料流流動性類同同，但熱固固性塑料通通常以拉西西格流動性性來表示。。流動性過大大容易造成成溢料過多多，填充不不密實，塑塑件組織疏疏松，樹脂脂與填料分分頭聚集，，易粘模而而使脫模和和模具清理理困難以及及過早硬化化等缺陷；；流動性過過小則填充充不足，不不易成型，，成型壓力力增大。影響流動性性的因素：：1)塑料品種。。2)模具結(jié)構(gòu)。。3)成型工藝。。（3）比體積和和壓縮比比體積（比比容）是單單位質(zhì)量的的松散塑料料所占的體體積。壓縮縮比是塑料料的體積與與塑件的體體積之比，，其值恒大大于1。比體積和和壓縮比都都表示粉狀狀或短纖維維狀塑料的的松散性。。它們都可可用來確定定模具加料料室的大小小。（4）硬化速度熱固性塑料在在成型過程中中要完成交聯(lián)聯(lián)反應(yīng)，這一一過程稱為硬硬化。硬化速度慢，，會使成型周周期變長，生生產(chǎn)率降低；；硬化速度快快，則不能制制作大型、復(fù)復(fù)雜的塑件。。硬化速度與塑塑料品種、塑塑件形狀、壁壁厚、成型溫溫度及是否預(yù)預(yù)熱、預(yù)壓等等有密切關(guān)系系。壓注或注注射成型時，，應(yīng)要求在塑塑化、填充時時化學(xué)反應(yīng)慢慢，硬化慢，，但當(dāng)充滿型型腔后，在高高溫、高壓下下應(yīng)快速硬化化。（5）水分及揮發(fā)發(fā)物含量來自兩個方面面：一是塑料料在制造中未未能全部除凈凈水分，或在在儲存、運輸輸過程中，由由于包裝或運運輸條件不當(dāng)當(dāng)而吸收水分分；二是來自自壓縮或壓注注過程中化學(xué)學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)產(chǎn)物。塑料中水分及及揮發(fā)物的含含量，在很大大程度上直接接影響塑件的的物理、力學(xué)學(xué)和介電性能能。此外，含含量過多時，，會促使流動動性過大，容容易溢料，成成型周期長，，收縮率增大大，塑件容易易發(fā)生翹曲、、波紋及光澤澤不好等現(xiàn)象象。水分及揮揮發(fā)物在成型型時變成氣體體，必須排出出模外。（八）常用塑塑料的性能及及應(yīng)用略項目實施——開關(guān)盒原材料料選擇1.選用塑件材料料開關(guān)為電器類類零件，要求求電性能良好好，需大批量量生產(chǎn)，要求求成型工藝性性能好，通過過查常用塑料料的性能及應(yīng)應(yīng)用，對多種種塑料進行綜綜合比較，材材料品種可選選擇通用聚苯苯乙烯（GPPS）和聚氯乙烯烯（PVC），但是，一般PVC含有不被國家家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)允允許使用的二二（２—乙基基己基）己二二酸酯（DEHA）增塑劑，DEHA在高溫時（超超過100℃）容易釋放出出來，接觸人人體后危害身身體健康，所以本項目目中開關(guān)盒的的塑料材料選選用通用聚苯苯乙烯（GPPS）。2.分析塑件材料料使用性能和和工藝性能（1）使用性能通過查相關(guān)塑塑料模具設(shè)計計資料可得：：通用聚苯乙乙烯（GPPS）是聚苯乙烯烯（PS）品種之一，，俗稱透苯，，屬無定形高高聚物，無明明顯熔點。無無色、無臭、、無毒、無味味，呈透明性性剛硬固體。。其使用性能能如下表所示示。通用聚苯乙烯烯（GPPS）使用性能物理性能密度為1.04～1.09，透明度高達88%～92%，折光率為1.59～1.60，高的折光率使其具有良好的光澤，而具有裝飾效果。尺寸穩(wěn)定性好，吸濕性低，只有0.02%。所以能在潮濕環(huán)境下保持尺寸穩(wěn)定和強度不變。機械性能機械性能受溫度、時間、環(huán)境條件等諸因素的影響，其長期負(fù)載強度為原拉伸強度的1/3～1/4。雖其質(zhì)硬但卻比其它回彈性材料更容易因磨擦而起刮痕，經(jīng)退火可提高制品機械強度。熱性能熱變形溫度為70～98℃，連續(xù)使用溫度為60～80℃，這與承載大小，時間長短有關(guān)，導(dǎo)熱系數(shù)不隨溫度而變化，因此可用作冷凍絕緣材料。在高真空和330～380℃下，產(chǎn)品劇烈降解?；瘜W(xué)性能不溶于礦物油、有機酸、堿、鹽、低級醇以及它們的水溶液，能受許多烴類、酮類、高脂肪酯的侵蝕而軟化，溶于大多數(shù)芳烴化合物。其耐沸水性較差。環(huán)境性能雖對一般戶外環(huán)境條件的耐御力較好但對紫外線的影響卻較大，一般暴露于紫外線時會變色和脆化，在超聲波影響下也會降解。電性能電絕緣性(尤其高頻絕緣性)優(yōu)良（2）工藝性能（1）無定形料,吸濕小,不須充分干燥燥,不易分解,但熱膨脹系數(shù)數(shù)大,易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力