塑料成型與控制

塑料的：優(yōu)點/絕緣性好，介電損耗低：塑料內(nèi)部沒有自由電子或離子/隔熱性較好：/耐腐蝕好：對酸、堿、化學(xué)藥品等具有較好耐性/防水性好：/耐用、質(zhì)輕/成本低：能耗低（150?250°C熔融），成型效率高，成本低，材料低廉/容易被塑制成不同形狀/塑料可以用于制備燃料油和燃料氣，這樣可以降低原油消耗。缺點：/不耐高溫：一般W150C/低溫脆性：/連續(xù)負(fù)荷下的蠕變：/耐磨性差：/光照射下劣化/回收利用廢棄塑料時，分類十分困難，而且經(jīng)濟上不合算。/塑料容易燃燒，燃燒時產(chǎn)生有毒氣體。例如聚苯乙烯燃燒時產(chǎn)生甲苯，這種物質(zhì)少量會導(dǎo)致失明，吸入有嘔吐等癥狀，PVC燃燒也會產(chǎn)生氯化氫有毒氣體，。/塑料是由石油煉制的產(chǎn)品制成的，石油資源是有限的。基本概念高分子化合物：由眾多原子或原子團(tuán)彼此以共價鍵結(jié)合形成相對分子質(zhì)量特別大、具有重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的化合物淤纖維、橡膠、塑料常稱為三大合成材料。高分子化合物、聚合物、高聚物、合成樹脂的特點：宓具有高熔點（或高軟化點）、高強度、高彈性以及溶液和熔體的高粘度等特殊物理性能；宓一般在常溫常壓下為固體，也有的為粘稠液體。/塑料：定義：以高聚物為主要成分，并在加工為成品的某階段可流動成型的材料。聚合物和塑料是兩個不同的概念：聚合物材料是塑料的基本原料，是“純凈”的高分子材料。塑料是聚合物材料中添加了有利于加工和改善使用性能的各種輔助材料，經(jīng)過熱加工塑制而成的材料或產(chǎn)品。聚合反應(yīng)：由低分子原料形成高分子材料的化學(xué)反應(yīng)；由單體化合物轉(zhuǎn)化為高聚物的過程合成高分子化合物最基本的反應(yīng)有兩類：縮合聚合反應(yīng)一一縮聚反應(yīng)：指具有兩個或兩個以上官能團(tuán)的單體，相互縮合并產(chǎn)生小分子副產(chǎn)物（水、醇、氨、鹵化氫等）而生成高分子化合物的聚合反應(yīng)。特點：反應(yīng)前后分子個數(shù)不同；由單體變?yōu)榫酆衔锸怯捎诠倌軋F(tuán)的作用；反應(yīng)中分子有附屬產(chǎn)物產(chǎn)生；既可能得線型高聚物也可能得網(wǎng)型或體型高聚物常用來制備甲酰胺、熱塑性聚酯、聚碳酸酯等工程塑料和酚醛、氨基等熱固性塑料。加成聚合反應(yīng)一一加聚反應(yīng)：是指由一種或兩種以上單體化合成高聚物的反應(yīng)，在反應(yīng)過程中沒有低分子物質(zhì)生成，生成的高聚物與原料物質(zhì)具有相同的化學(xué)組成，其相對分子質(zhì)量為原料相對分子質(zhì)量的整改數(shù)倍。特點：反應(yīng)前后分子數(shù)相同；由單體變成聚合物是化學(xué)鍵作用；反應(yīng)中分子沒有附屬產(chǎn)物產(chǎn)生；加聚反應(yīng)可得的是線形高聚物常用于熱塑性材料。聚合物的結(jié)構(gòu)：1、分子鏈的結(jié)構(gòu)：線狀；帶支鏈結(jié)構(gòu)；體型機構(gòu)2、聚合物的聚集態(tài)的結(jié)構(gòu)：結(jié)晶態(tài)；無定形態(tài)（非結(jié)晶態(tài)）；取向態(tài)結(jié)晶態(tài)和取向態(tài)有何區(qū)別？結(jié)晶態(tài)：三維有序；在合適的外界條件下自發(fā)生成取向態(tài)：一維或二維有序；在外力作用下的被動過程宓作用力來自于一個方向，分子鏈就單向取向宓作用力來自于相互垂直的兩個方向，分子鏈就雙向取向塑料以聚合物為基本原料，聚合物的結(jié)構(gòu)決定了塑料的主要性能。塑料的類別：宓按塑料的使用特性?通用塑料、工程塑料和功能塑料宓按塑料受熱后呈現(xiàn)的基本特性?熱塑性塑料和熱固性塑料宓按聚集態(tài)-結(jié)晶性塑料和無定形塑料按塑料受熱后呈現(xiàn)的基本特性?熱塑性塑料（變化過程可逆——在一定的溫度范圍內(nèi)，能反復(fù)加熱軟化乃至熔融流動，冷卻后能硬化成一定形狀的塑料。宓基本上是以聚合反應(yīng)得到的線型或支鏈型樹脂為基礎(chǔ)制得的，在成型過程中只有物理變化，無化學(xué)變化。受熱后可多次成型，廢料可回收再利用。宓如聚乙烯，聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、ABS、聚甲醛、尼龍及有機玻璃等。?熱固性塑料（變化過程不可逆——加熱溫度達(dá)到一定程度后能成為不溶和不熔性物質(zhì)，使形狀固化下來不再變化的塑料。宓基本上是以縮聚反應(yīng)得到的，在成型受熱時發(fā)生化學(xué)變化，使線型分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)，廢料不能再回收利用。宓如酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料、不飽和聚酯塑料、三聚氰胺塑料等。主體材料（聚合物）+輔助材料（添加劑）聚合物（合成樹脂）的作用：使塑料具有可塑性和流動性；將各種助劑粘結(jié)在一起；決定塑料的類型（熱塑性或熱固性）；決定塑料的主要性能添加助劑的目的：降低成本；改善加工性能；改善和提高使用性能；賦予新的功能宓增塑劑：對塑料的增塑機理主要是增塑劑分子可對樹脂大分子起隔離作用，使不同分子鏈之間的距離增大，減小大分子之間的相互吸引力和纏結(jié)，使分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)變得容易，從而增加分子鏈的柔曲性并使分子鏈相互滑移變得容易，從而增大材料流動性、改善耐寒性，減小脆性等?；疽螅簱]發(fā)性很小，能與樹脂很好地混溶而不起化學(xué)反應(yīng)；不易從制件中析出及揮發(fā)；不降低制件的主要性能；無毒、無害、無色、不燃及成本低等。/使用增塑劑最多的塑料品種是聚氯乙烯、聚乙酸乙烯、丙烯酸酯類塑料、纖維素塑料，其中聚氯乙烯塑料的用量最大，占增塑劑總產(chǎn)量的80%以上。宓熱穩(wěn)定劑——加入到塑料配料中，能改善樹脂的熱穩(wěn)定性，抑制其熱降解、熱分解的助劑稱為熱穩(wěn)定劑。/由于聚氯乙烯的熱穩(wěn)定性問題特別突出，一般所述的熱穩(wěn)定劑，多是指對聚氯乙烯塑料的專用熱穩(wěn)定劑。除聚氯乙烯外，聚甲醛塑料的熱穩(wěn)定性問題也較突出，但聚甲醛主要是采用對樹脂端基封閉處理的方法提高熱穩(wěn)定性。其它塑料在合理的熔融加工溫度范圍內(nèi)，都具有尚好的熱穩(wěn)定性。宓發(fā)泡劑為使塑料產(chǎn)品產(chǎn)生泡沫結(jié)構(gòu)所需加入的助劑稱為發(fā)泡劑。發(fā)泡劑可分為：-物理發(fā)泡劑依靠汽化或升華作用產(chǎn)生大量氣體而起發(fā)泡作用的發(fā)泡劑稱物理發(fā)泡劑。-化學(xué)發(fā)泡劑易分解產(chǎn)生大量氣體而起發(fā)泡作用的一類物質(zhì)，如NaHCO3，（NH4）2CO3等。作用是在熔融加工過程中，在一定的條件下產(chǎn)生大量氣體，在塑料中形成均勻泡孔結(jié)構(gòu)，從而成為具有輕量性、隔熱性、緩沖性的泡沫材料。淤理論上，所有聚合材料都能制成泡沫塑料塑料的特點：?密度小-比強度和比剛度高?優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性?理想的絕緣性能?突出的耐磨性和自潤滑性?多種防護(hù)性能?卓越的成型性能/塑料性能的含義:塑料的性能主要從三個方面來考慮：塑料的材料性能（內(nèi)在性能）（包括高聚物本身和添加齊I」帶來的影響）加工性能產(chǎn)品性能淤三者之間聯(lián)系緊密，不可分割內(nèi)在性能是材料的屬性，取決于材料的化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)；產(chǎn)品性能則是物體的屬性，并依賴于物體的形狀。比如說，鐵的電導(dǎo)率是一種內(nèi)在性能，而一定尺寸鐵絲的電導(dǎo)率則屬于產(chǎn)品性能。加工性能處于中間地位，它決定材料被加工的可能性，并決定經(jīng)此種加工后產(chǎn)品所具有的性能總和。產(chǎn)品性能材料性能是產(chǎn)品性能的基礎(chǔ);產(chǎn)品性能是材料內(nèi)在性能和其在加工過程中決定的性能，以及產(chǎn)品設(shè)計賦予的性能的一系列性能表現(xiàn)的總和。一切產(chǎn)品的性能都取決于材料的選擇、加工及應(yīng)用三個環(huán)節(jié)，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤都不可能得到理想的產(chǎn)品。產(chǎn)品不好的原因可能是選錯材料、加工不善、應(yīng)用不當(dāng)或設(shè)計低劣等。加工性能三個基本要素：＞溫度——轉(zhuǎn)換分子運動的模式＞時間——完成分子運動模式轉(zhuǎn)換需要一定的時間＞壓力——完成剪切、壓實、塑化的過程，以及實現(xiàn)熔體流動都需要一定的壓力加工性能主要體現(xiàn)：加工穩(wěn)定性加工流動性熱塑性塑料的工藝特性：/塑料的成型收縮性：塑件從塑模中取出冷卻到室溫后，塑件的各部分尺寸或體積都比原來在塑模中的有所縮小，這種現(xiàn)象稱為收縮性。/流動性：塑料在一定溫度與壓力下填充型腔的能力稱為流動性。/結(jié)晶性/熱敏性和水敏性：對熱較為敏感，在高溫下受熱時間較長或進(jìn)料口截面過小，剪切作用大時，料溫增高易出現(xiàn)變色、降解、分解的傾向。這種性能稱為熱敏性。有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，在高溫、高壓下也會發(fā)生分解，這種性能稱為水敏性/吸濕性/應(yīng)力開裂和熔體破裂/相容性熱固性塑料的工藝特性：收縮性流動性比容積和壓縮率水分及揮發(fā)物含量顆粒度和均勻性/固化特性：在熱固性塑料的成型過程中，樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，分子結(jié)構(gòu)由線型變?yōu)轶w型，塑料由既可熔又可溶變?yōu)榧炔蝗塾植辉５臓顟B(tài)，在成型工藝中把這一過程稱為固化（熟化）。第三章聚合物的物理（力學(xué)）狀態(tài)：由于高聚物的大分子結(jié)構(gòu)和分子熱運動特點，聚合物在不同溫度下所表現(xiàn)出來的不同的分子熱運動特征及物理（力學(xué)）狀態(tài)聚合物在不同溫度條件下，處于三種物理狀態(tài)：玻璃態(tài)；高彈態(tài)；黏流態(tài)?玻璃態(tài)——呈剛性，質(zhì)硬如玻璃，形變可逆?不能進(jìn)行大變形的成型加工，只適合機械加工。?高彈態(tài)一一呈鏈段運動，既有柔性又有剛性，如室溫下的橡膠，形變?nèi)钥赡?可進(jìn)行較大變形的成型加工，如壓延成型、中空吹塑等。?黏流態(tài)一一呈鏈間運動，成熔體在壓力作用下流動?可進(jìn)行注射、擠出、薄膜吹塑等變形大、形狀復(fù)雜的成型。聚合物的熱力學(xué)。（形變一溫度）曲（脆化溫度）（玻璃化溫度）（黏流溫度）（熱分解溫度）（埒融溫度）1一線型無定形聚合物；2-線型結(jié)晶聚合物脆化溫度：塑料使用溫度的下限玻璃化溫度：多數(shù)塑料使用溫度的上限玻璃化溫度是無定型塑料產(chǎn)品的最高使用溫度。超過這一溫度時，塑料就基本上喪失了力學(xué)性能，許多其它性能也會急劇下降。處于玻璃態(tài)的高聚物只能進(jìn)行一些車、銑、肖叭刨等小變形量的機械加工。高聚物加工性質(zhì)：可擠壓性；可模塑性；可紡性；可延性從工藝角度分析，成型全過程依賴的三大要素：溫度、時間、壓力高聚物在成型過程中，一般都要發(fā)生流動和形變。加工過程中高聚物的流變性質(zhì)主要表現(xiàn)為粘度的變化。高聚物的流動分為：?牛頓型流動?非牛頓型流動影響粘度的主要因素：（1）聚合物結(jié)構(gòu)對粘度的影響：分子結(jié)構(gòu)分子鏈剛度越性越大，粘度越高，對溫度的敏感性越高；反之，柔性越大，糾纏點越多，粘度對剪切應(yīng)力越敏感。W相對分子質(zhì)量隨著相對分子質(zhì)量的增加，不同鏈段偶然位移相互抵消的機會就多，位移越困難，粘度越大。a相對分子質(zhì)量分布（聚合物內(nèi)大分子之間相對分子質(zhì)量的差異）相對分子質(zhì)量相同，相對分子質(zhì)量分布幅度越寬，粘度越低，對剪切速率的敏感性增大，非牛頓性增強，假塑性流動區(qū)域加寬。相對分子質(zhì)量分布幅度較寬，流動性好；但過寬，會帶來粘輥、溢料等現(xiàn)象，同時制品力學(xué)性能下降。（2）溫度對粘度的影響隨著溫度上升，高聚物的粘度呈下降趨勢（3）壓力對粘度的影響隨著壓力上升，高聚物的粘度趨于增大管壁上的滑移：實驗證明，高聚物在導(dǎo)管內(nèi)流動時，靠近管壁的一層熔體可能發(fā)生的間斷式的流動。?滑移的程度與高聚物的品種及采用的潤滑劑和管壁的性質(zhì)有關(guān)。?滑移的產(chǎn)生影響了流體流動速率的穩(wěn)定性，最終對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。熔體破裂：熔體在導(dǎo)管中流動時，如剪切速率大于極限值，產(chǎn)生不穩(wěn)定流動，使擠出物表面出現(xiàn)凹凸不平或節(jié)外生枝狀、螺旋狀等畸變，以致出現(xiàn)支離、斷裂等現(xiàn)象。影響結(jié)晶的因素?:?溫度?:?冷卻速率快，則高聚物的結(jié)晶時間短，結(jié)晶度低。冷卻速率慢，則生產(chǎn)周期長，結(jié)晶度高，制品易發(fā)脆。???熔融溫度高和熔融時間長，則結(jié)晶速率慢，結(jié)晶尺寸大，力學(xué)性能降低；相反，熔融溫度低，時間短，則結(jié)晶速率快，晶體尺寸小而均勻，有利于提高制品的力學(xué)性能和熱變形溫度。?壓力和切應(yīng)力?增大壓力可使聚合物在高于正常情況下的熔化溫度發(fā)生結(jié)晶；???切應(yīng)力可導(dǎo)致微晶生成，產(chǎn)生均勻的微晶結(jié)構(gòu)。?分子結(jié)構(gòu)?:?聚合物分子結(jié)構(gòu)越簡單、越規(guī)整，結(jié)晶越快，結(jié)晶度越高?:?同一種聚合物的最大結(jié)晶速率隨相對分子質(zhì)量的增大而減小。添加劑降解對高聚物起破壞作用。降解的概念：高聚物在成型、貯存或使用過程中，因外界因素如物理的（熱、力、光、電、超聲波、核輻射等）、化學(xué)的（氧、水、酸、堿、胺等）及生物的（霉菌、昆蟲等）等作用下所發(fā)生的聚合度減小（相對分子量降低或大分子結(jié)構(gòu)改變等化學(xué)變化）的過程，稱為降解或裂解。熱量的影響一降解應(yīng)力的影響一力降解氧的影響——氧化降解水的影響一水降解防止降解的措施嚴(yán)格進(jìn)行樹脂進(jìn)廠的檢驗工作，使用合格的原材料。在使用前進(jìn)行干燥處理，特別是對水敏感的原材料，一定要將其含水量控制在工藝要求范圍之內(nèi)。確定合理的工藝條件，選擇最佳的成型溫度、壓力和時間，使各工藝條件達(dá)到最佳匹配。在配方中加入必要的穩(wěn)定劑，增加高聚物防降解的能力。模具設(shè)計結(jié)構(gòu)要合理，澆注系統(tǒng)設(shè)計不能存在死角、長度宜短，設(shè)備選擇要合理。第四章聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、丙烯月青一丁二烯一苯乙烯共聚物ABSPE：聚乙烯（Polyethylene，PE）是以乙烯為單體進(jìn)行聚合而制得的聚合物。是一個由多種工藝方法生產(chǎn)的具有多種結(jié)構(gòu)和特性的系列品種。主要性能：?無害、無毒、無味，可以作食品、醫(yī)療等用途。?分子結(jié)構(gòu)是非極性，優(yōu)異的高頻絕緣性能，由于其吸水性極小，介電性能與頻率、溫度及濕度無關(guān)；?熱穩(wěn)定性好。?聚乙烯的耐低溫性能好，耐寒。?不吸水（吸水率＜0.1%），不透水蒸氣，但有機溶劑、CO2的透過率較大，所以在食品包裝時必須注意。不適宜用在接觸汽油的場合。?負(fù)載彎曲溫度不高。?力學(xué)性能隨分子量增大而增高，晶體部分使材料有較高的力學(xué)性能，無定形部分使材料具有韌性和彈性。?結(jié)晶性（LDPE:45?50%）（HDPE:65?80%）—成形收縮率2?3%大。?超高分子量的聚乙烯，耐沖擊性，耐摩性好，摩擦系數(shù)小。?耐化學(xué)性好?耐藥品性好?表面潤濕張力低、非極性加工成型方法：擠出和注射成型聚酰胺（PA）聚酰胺的主要性能?無毒無味，堅韌、抗菌抗霉性能好。?有機械強度和沖擊性韌性，疲勞強度一般是拉伸強度的20%-30%。?有優(yōu)良的耐磨性和耐磨耗性，并有自潤滑性。?大部分使用溫度在一30°C—80°C左右，個別品種可達(dá)150°C。?有阻燃性，屬于自熄類型，加阻燃劑可提高阻燃規(guī)格。?不溶于