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第二章塑料的組成與工藝特性本章重點(diǎn):1.掌握塑料的分類2.掌握塑料特性及應(yīng)用3.掌握熱塑性塑料和熱固性塑料的區(qū)別本章難點(diǎn):1.塑料成型的工藝特性——收縮性、流動(dòng)性、相容性、熱敏性等。2.塑料特性的理解及綜合應(yīng)用12合成樹(shù)脂+添加劑1)合成樹(shù)脂(40%~100%)受熱軟化后可將塑料的其它組分加以粘合,并決定塑料的主要性能。2)添加劑包括填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、著色劑和固化劑等?!?.1塑料的基本組成
一、塑料的組成3添加劑作用常用的各種添加劑含量填充劑(填料)調(diào)整塑料的物理化學(xué)性能,提高材料強(qiáng)度,減少合成樹(shù)脂的用量,降低塑料成本木粉、紙、棉屑、硅石、硅藻土、云母、石棉、石金屬粉、玻璃纖維和碳纖維等20%-50%增塑劑提高塑件的可塑性和柔軟性,但會(huì)降低塑件的穩(wěn)定性、介電性和機(jī)械強(qiáng)度不易揮發(fā)的高沸點(diǎn)的液體有機(jī)化合物或低熔點(diǎn)的固體有機(jī)化合物穩(wěn)定劑抑制和防止塑料在加工和使用過(guò)程中因受熱、光及氧等作用而分解變質(zhì)硬脂酸鹽、鉛的化合物及環(huán)氧化合物0.3%-0.5%潤(rùn)滑劑防止塑料在成型加工過(guò)程中粘附在模具上,提高塑件的流動(dòng)性硬脂酸及其鹽類1%著色劑有機(jī)顏料、無(wú)機(jī)鹽料、染料0.01%-0.02%固化劑促使合成樹(shù)脂進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)或加快交聯(lián)反應(yīng)速度添加劑的性能二、塑料的分類1、最常用的分類方法是根據(jù)合成樹(shù)脂在受熱后所表現(xiàn)的性能不同來(lái)劃分,一般分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。4(1)熱塑性塑料線型或支鏈型大分子鏈比較容易活動(dòng),受熱時(shí)分子間可以互相移動(dòng),具有較好的塑性,固化成型后如再加熱又可變軟,如此可反復(fù)進(jìn)行多次。易于消費(fèi)者辨識(shí)塑料或塑料包裝材料的性質(zhì),使廢品回收處理更為簡(jiǎn)便快速,規(guī)定塑料或塑料包裝材料應(yīng)標(biāo)示材料名稱及分類代碼,例如:
5(2)熱固性塑料網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的合成樹(shù)脂,加熱初期具有一定的可塑性,軟化后可制成各種形狀的制品,但是過(guò)一段時(shí)間,隨著網(wǎng)狀交聯(lián)的逐漸形成,便會(huì)固化而失去塑性,冷卻后再加熱也不會(huì)再軟化,再受高熱即被分解破壞。62、若按塑料的用途分類,又可分為通用塑料和工程塑料兩大類。7通用塑料:—般指產(chǎn)量大、用途廣、價(jià)格低廉的一類塑料,它包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂等六大品種。工程塑料:一般指機(jī)械強(qiáng)度高,可代替金屬而用作工程材料的塑料,如制作機(jī)械零件、電子儀器儀表、設(shè)備結(jié)構(gòu)件等。這類塑料包括聚苯醚(PPO)、ABS、尼龍、聚甲醛、聚砜(PSF)、聚對(duì)二甲苯、聚酰亞胺(PI)等。§
2.2塑料成型的工藝特性一、塑料的成型收縮性1、收縮性:塑件從溫度較高的模具中取出冷卻到室溫,其尺寸或體積發(fā)生收縮變化,這種性質(zhì)稱為收縮性。2、收縮率:收縮性的大小以單位長(zhǎng)度塑件收縮量的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示,收縮率分為實(shí)際收縮率和計(jì)算收縮率。式中:Ss——實(shí)際收縮率;Sj——計(jì)算收縮率;a——模具或塑件在成型溫度時(shí)的尺寸;b——塑件在室溫時(shí)的尺寸;c——模具在室溫時(shí)的尺寸893、成型收縮的形式——塑件的尺寸收縮由于熱脹冷縮、結(jié)構(gòu)變化引起收縮和塑件脫模時(shí)彈性恢復(fù)、塑性變形等原因,導(dǎo)致塑件脫模冷卻到室溫后其尺寸縮小。熱收縮:是由于熱脹冷縮而使塑件成型冷卻后所產(chǎn)生的收縮。熱收縮與模具溫度成正比,是影響收縮的最主要因素。結(jié)構(gòu)變化引起收縮:由于交聯(lián)反應(yīng),分子由線性結(jié)構(gòu)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu),分子鏈間距縮小,結(jié)構(gòu)變得緊密,而產(chǎn)生了體積收縮。10彈性恢復(fù):塑件從模具中取出后作用在塑件上的壓力消失,由于彈性回復(fù),會(huì)造成塑件體積的負(fù)收縮(膨脹)。塑性變形:塑件脫模時(shí),成型壓力迅速降低,但模壁緊壓在塑件周圍,使其產(chǎn)生塑性變形。
收縮的方向性:塑料在成型時(shí)由于分子的取向作用使塑件呈現(xiàn)各向異性,沿料流方向(即平行方向)收縮大,強(qiáng)度高,與料流垂直方向則收縮小,強(qiáng)度低。11后收縮:塑件成型時(shí),由于受成型壓力、切應(yīng)力、各向異性、密度不均、填料分布不均、模溫不一致、硬化不均和塑性變形等因素的影響,塑件內(nèi)存在殘余應(yīng)力。當(dāng)脫模后,由于應(yīng)力趨向平衡及儲(chǔ)存條件的影響,使塑件再次收縮,這種收縮稱為后收縮。一般塑件在脫模后10h內(nèi)變化最大,24h后基本定型,但最后穩(wěn)定要經(jīng)過(guò)30~60天。
通常熱塑性塑料的后收縮比熱固性塑料大,擠塑和注射的后收縮比壓縮成型大。12后處理收縮:在某些情況下,塑件按其性能和工藝要求,成型后要進(jìn)行熱處理,處理后也會(huì)導(dǎo)致塑件尺寸收縮,這種收縮叫后處理收縮。在模具設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)高精度塑件則應(yīng)考慮后收縮及后處理收縮的偏差并予以補(bǔ)償。4、影響塑件收縮的因素:塑料的品種各種塑料都有其各自的收縮率范圍,同一種塑料由于相對(duì)分子質(zhì)量、填料及配比等不同,則其收縮率及各向異性也不同。13塑件的結(jié)構(gòu)塑件的形狀、尺寸、壁厚、有無(wú)嵌件、嵌件數(shù)量及布局等,對(duì)收縮率值有很大影響。塑件的形狀復(fù)雜、尺寸小、壁薄、帶嵌件,收縮率就小。模具結(jié)構(gòu)模具的分型面、加壓方向、澆口形式、尺寸及分布等對(duì)收縮率及方向性影響也很大,如采用直接澆口,澆口截面大,收縮小,但方向性明顯。成型工藝條件模具溫度高、塑件冷卻慢,則密度高、收縮大;注射壓力高、脫模后彈性恢復(fù)大收縮小;保壓時(shí)間長(zhǎng)收縮小。二、塑料的流動(dòng)性1、塑料在一定的溫度、壓力作用下充填模具型腔的能力,稱為塑料的流動(dòng)性。14塑料的流動(dòng)性差,就不易充滿型腔,因此需要較大的成形壓力才能成形。塑料的流動(dòng)性好,可以用較小的成形壓力充滿型腔。但流動(dòng)性太好,會(huì)使塑料在成形時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重的溢邊,填充不密實(shí),塑件組織疏松,易粘模。15熔融指數(shù)用熔融指數(shù)測(cè)定儀測(cè)定。將被測(cè)塑料裝入加熱料筒中并進(jìn)行加熱,在一定的溫度和壓力下,測(cè)定塑料熔體在10min內(nèi)從出料孔擠出的重量。熔融指數(shù)測(cè)定儀結(jié)構(gòu)示意圖2、塑料流動(dòng)性的表示熱塑性塑料的流動(dòng)性常用熔融指數(shù)(單位g/10min)、螺旋線長(zhǎng)度(單位cm)來(lái)表示。16熱固性塑料的流動(dòng)性常用——拉西格流動(dòng)性(單位㎜)表示測(cè)定方法:將一定重量的被測(cè)塑料預(yù)壓成圓錠,將圓錠放入壓模中,在一定的溫度和壓力下,測(cè)定它從??字袛D出的長(zhǎng)度(毛糙部分不計(jì)在內(nèi)),即為拉西格流動(dòng)值。173、影響塑料流動(dòng)性的因素塑料的分子結(jié)構(gòu)與成分:具有線型分子結(jié)構(gòu)塑料流動(dòng)性好。加入填料,降低流動(dòng)性,加入增塑劑和潤(rùn)滑劑,增加流動(dòng)性。溫度:塑料溫度高,流動(dòng)性好。在成形時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)溫度控制流動(dòng)性。PS、PP、PA、PMMA、ABS、AS、PC對(duì)溫度敏感。壓力:注射壓力↑,受剪切作用↑,流動(dòng)性↑。模具結(jié)構(gòu):包括模具澆注系統(tǒng)的形式、尺寸和布置;冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性;熔料流動(dòng)阻力等因素。凡促使熔料溫度降低,流動(dòng)阻力增加的因素,都會(huì)使流動(dòng)性降低。18對(duì)熱固性塑料而言:模具結(jié)構(gòu):模具成型表面光滑,型腔形狀簡(jiǎn)單,采用不溢式壓縮模等有利于改善流動(dòng)性。成型工藝:采用壓錠及預(yù)熱和提高成型壓力,在低于塑料硬化溫度的條件下提高成型溫度等都能提高塑料的流動(dòng)性。194、常用熱塑性塑料的流動(dòng)性:流動(dòng)性好
尼龍PA、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚丙烯PP、醋酸纖維素CA。流動(dòng)性中等
ABS、有機(jī)玻璃PMMA、聚甲醛POM、氯化聚醚CPT。流動(dòng)性差聚碳酸酯PC、硬聚氯乙烯、聚苯醚PPO、聚砜PSU、氟塑料。20三、塑料的相容性(共混性)兩種或兩種以上不同品種的塑料,在熔融狀態(tài)下不產(chǎn)生相分離現(xiàn)象的能力。
不同塑料的相容性與其分子結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系,分子結(jié)構(gòu)相似者較易相容;反之較難。通過(guò)塑料的這一性質(zhì),可得到類似共聚物的綜合性能,這是改進(jìn)塑料性能的重要途徑之一。21四、塑料的熱敏性和吸濕性1、熱敏性:某些熱穩(wěn)定性差的塑料,在料溫高和受熱時(shí)間長(zhǎng)的情況下就會(huì)產(chǎn)生降解、分解、變色的特性。熱敏性塑料:硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚甲醛(POM)等。解決方法:選用螺桿式注射機(jī),流道截面取大一些(避免過(guò)大的摩擦熱)注射機(jī)筒內(nèi)壁、流道和模腔表壁鍍鉻熔體在模內(nèi)流動(dòng)時(shí)不得有死角和滯料現(xiàn)象生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)格控制成型工藝條件222、吸濕性:表明塑料對(duì)水分的敏感程度。具有吸濕或粘附水分傾向的塑料:PA、PC、PSU、ABS等;既不吸濕也不易粘附水分的塑料,如PE、PP、POM等。注:凡是具有吸濕或粘附水分傾向的塑料,如成型前水分未去除,則在成型過(guò)程中由于水分在成型設(shè)備的高溫料筒中變?yōu)闅怏w并促使塑料發(fā)生水解,成型后塑料出現(xiàn)氣泡、銀絲等缺陷。因此,對(duì)吸濕性和粘附水分傾向大的塑料,在成型之前應(yīng)進(jìn)行干燥,使水分控制在0.5~0.2%以下。23五、塑料的比容和壓縮比比容=
壓縮比=表示粉狀塑料的松散程度,用來(lái)確定壓縮模加料腔容積的大小。比容和壓縮比大,要求加料腔體積增大,同時(shí)成形困難。24六、塑料的硬化速度
硬化是指熱固性塑料成形時(shí)分子由線形向體型轉(zhuǎn)變,完成交聯(lián)反應(yīng)的過(guò)程。硬化速度通常以塑料試樣硬化每1㎜厚度所需的秒數(shù)來(lái)表示。
影響硬化速度的因素:塑料品種;塑件形狀及壁厚;成型溫度及是否預(yù)熱、預(yù)壓等有密切關(guān)系。例如:采用預(yù)壓、預(yù)熱、提高成型溫度和增長(zhǎng)加壓時(shí)間等措施,都能顯著加快硬化速度。25七、塑料的水分和揮發(fā)物含量來(lái)源:
制造時(shí)未除凈。存儲(chǔ)、運(yùn)輸過(guò)程中吸收(吸濕性塑料)。成型時(shí)化學(xué)反應(yīng)附產(chǎn)物。水分及揮發(fā)物含量過(guò)多的影響
易造成成型困難,塑件
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