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熱塑性塑料注塑成型
本書(shū)主要講述了熱塑性塑料的通用注塑件成型工藝。同時(shí)也介紹了原料，注塑件模具，設(shè)備，產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及一些擠出管材方面的知識(shí)。一． 塑料基礎(chǔ)知識(shí)1.塑料的組成與分類1.1塑料的定義：塑料是以高分子樹(shù)脂為主要成分，在一定條件下（如溫度、壓力等）可塑制成一定形狀且在常溫下保持形狀不變的材料。塑料它可以是純的樹(shù)脂，也可以是加有各種添加劑的混合物，添加劑的是用來(lái)改善純樹(shù)脂的物理機(jī)械性能，改善加工性能或者為了節(jié)約樹(shù)脂。 因此，塑料最基本的物理化學(xué)性質(zhì)是由樹(shù)脂的性質(zhì)所決定的。樹(shù)脂可分天然樹(shù)脂和人造樹(shù)脂，后者又稱合成樹(shù)脂。樹(shù)脂都屬高聚物，這些高聚物有獨(dú)特的分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)與分子外部結(jié)構(gòu)。高分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了高聚物最基本的物理化學(xué)性質(zhì)；而高分子外部結(jié)構(gòu)則決定高聚物的加工性能和物理機(jī)械性能。1.2 塑料的組成：塑料都以合成樹(shù)脂（極少天然樹(shù)脂）為基本原料，并可能加入填料、增塑劑、染料、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑等各種輔助料而組成。因此，不同品種牌號(hào)的塑料，由于選用樹(shù)脂及輔助料的性能、成分、配比及塑料生產(chǎn)工藝不同，則其使用及工藝特性也各不相同。1.3 塑料的分類：1.3.1按受熱時(shí)的行為分： a) 熱塑性塑料加熱時(shí)變軟以至流動(dòng)，冷卻變硬成型出產(chǎn)品，這種過(guò)程是可逆的，可以反復(fù)進(jìn)行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酯，聚酰胺，丙烯酸類塑料、其它聚烯烴及其共聚物、聚砜、聚苯醚、氯化聚醚等都是熱塑性塑料。熱塑性塑料中樹(shù)脂分子鏈都是線型或帶支鏈的結(jié)構(gòu)，分子鏈之間無(wú)化學(xué)鍵產(chǎn)生，加熱時(shí)軟化流動(dòng)，冷卻變硬的過(guò)程是物理變化。b) 熱固性塑料 第一次加熱時(shí)可以軟化流動(dòng)，加熱到一定溫度，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，交聯(lián)固化而變硬，這種變化是不可逆的，此后，再次加熱時(shí)，已不能再變軟流動(dòng)了。正是借助這種特性進(jìn)行成型加工，利用第一次加熱時(shí)的塑化流動(dòng)，在壓力下充滿型腔，進(jìn)而固化成為確定形狀和尺寸的制品。這種材料稱為固性塑料。熱固性塑較的樹(shù)脂固化前是線型或帶支鏈的，固化后分子鏈之間形成化學(xué)鍵，成為三度的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不僅不能再熔融，在溶劑中也不能溶解。酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、環(huán)氧、不飽和聚酯、有機(jī)硅等塑料，都是熱固性塑料。 1.3.2 按樹(shù)脂合成時(shí)的反應(yīng)類型分：a) 聚合型塑料 樹(shù)脂是由聚合反應(yīng)制得。這種樹(shù)脂一般是由含有不飽和鍵，主要是雙鍵的單體，借雙鍵打開(kāi)生成的，反應(yīng)過(guò)程中無(wú)低分子產(chǎn)物釋出。聚烯烴、聚鹵代烯烴、聚苯乙烯、聚甲醛、丙烯酸類塑料都屬于聚合型塑料。聚合型塑料都是熱塑性塑料。 b) 縮聚型塑料樹(shù)脂是由縮聚反應(yīng)制得。這種樹(shù)脂一般是由含有某種官能團(tuán)（一般最少含有兩個(gè)官能團(tuán)）的單體，借官能團(tuán)之間的反應(yīng)使單體連接起來(lái)而形成的。1.3.3 按塑料中樹(shù)脂大分子的有序狀態(tài)分:a) 無(wú)定形塑料樹(shù)脂大分子的排列是無(wú)序的。這種塑料，由于樹(shù)脂分子鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，或因熱力學(xué)原因，或成型過(guò)程工藝條件范圍的限制，分子鏈不會(huì)產(chǎn)生有序的整齊堆砌形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)，而呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則的隨機(jī)排列。在純樹(shù)脂狀態(tài)，這種塑料是透明的。 b) 結(jié)晶型塑料樹(shù)脂大分子排列呈現(xiàn)出有序晶相。從熔融狀態(tài)冷卻變?yōu)橹破愤^(guò)程中，樹(shù)脂的分子鏈能夠有序地緊密堆砌產(chǎn)生結(jié)晶結(jié)構(gòu)的。一般所謂的結(jié)晶型塑料，實(shí)際上都是半結(jié)晶的，不像低分子晶體（例如NaCl）那樣能產(chǎn)生100%的結(jié)晶度。樹(shù)脂大分子鏈排列呈現(xiàn)出無(wú)定形相與結(jié)晶相共存的狀態(tài)。成型條件對(duì)結(jié)晶度和晶態(tài)結(jié)構(gòu)有明顯影響，從而對(duì)制品性能有明顯影響。結(jié)晶結(jié)構(gòu)只存在于熱塑性塑料中。 1.3.4按性能和應(yīng)用范圍分: a) 通用塑料通用塑料是指生產(chǎn)量大，貨源廣，價(jià)格低，適于大量應(yīng)用的塑料。通用塑料一般皆具有良好的成型工藝性，可采用多種工藝成型出多種用途制品。一般說(shuō)，通用塑料不具有突出的綜合力學(xué)性能和耐熱性，不宜用于承載要求較高的結(jié)構(gòu)件和在較高溫度下工作的耐熱件。但通用塑料的各品種，都有各自的某些優(yōu)異性能，使它具有廣泛用途。聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料合稱五大通用塑料。其它聚烯烴、乙烯基塑料及其共聚物與改性材料、丙烯酸塑料、氨基塑料等也都屬于通用塑料。b)工程塑料工程塑料是指那些具有突出力學(xué)性能，耐熱性，或優(yōu)異耐化學(xué)試劑，耐溶劑性，或在變化的環(huán)境條件下可保持良好絕緣介電性能的塑料。工程塑料一般可以作為承載結(jié)構(gòu)件，高溫環(huán)境下的耐熱件和承載件，高溫條件，潮濕條件，大范圍的變頻條件下的介電制品和絕緣用品。工程塑料的生產(chǎn)批量小，價(jià)格也較昂貴，用途范圍相對(duì)狹窄，一般都是按某些特殊用途生產(chǎn)一定批量的材料?，F(xiàn)有的工程塑料主要品種有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、ABS、PET、PBT、聚砜、聚苯硫醚、氯化聚醚、聚酰亞胺、聚醚醚酮、氟塑料、超高分子量聚乙烯、環(huán)氧塑料和不飽和聚酯等。 此外還有具有某種特殊功能，適于某種特殊用途的特種工程塑料，例如用于導(dǎo)電，壓電，熱電，導(dǎo)磁，感光，防輻射，光導(dǎo)纖維，液晶，高分子分離膜，專用于摩擦磨損用途等塑料。 特種工程塑料又稱功能塑料。特種工程塑料的主要成分是樹(shù)脂，有些是專門(mén)合成的特種樹(shù)脂，但也有一些是采用上述通用塑料或工程塑料用樹(shù)脂經(jīng)特殊處理或改性后獲得特殊性能的。 2.塑料的基本性能 2.1 質(zhì)輕，比強(qiáng)度高 塑料質(zhì)輕，一般塑料的密度都在 0.9 ~ 2.3 g/cm³ 之間，只有鋼鐵的1/8，鋁的1/2左右，而各種泡沫塑料的密度更低，約在 0.1 ~ O.5 g/cm³之間。比強(qiáng)度是按單位質(zhì)量計(jì)算的強(qiáng)度，有些增強(qiáng)塑料的比強(qiáng)度接近甚至超過(guò)鋼材。例如合金鋼材，其單位質(zhì)量的拉伸強(qiáng)度為 160 兆帕，而用玻璃纖維增強(qiáng)的塑料可達(dá)到 170 ~ 400 兆帕。一般而言，多數(shù)塑料的比強(qiáng)度與金屬在同一數(shù)量級(jí)，比剛度低于金屬數(shù)倍至一個(gè)數(shù)量級(jí)，但某些結(jié)構(gòu)泡沫塑料，比剛度可與金屬媲美。用高模量增強(qiáng)劑增強(qiáng)后，某些塑料的比剛度可以超過(guò)金屬。 2.2優(yōu)異的電絕緣性能 幾乎所有的塑料都具有優(yōu)異的電絕緣性能，如極小的介電損耗和優(yōu)良的耐電弧特性，這些性能可與陶瓷媲美。 2.3優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性能 一般塑料對(duì)酸堿等化學(xué)藥品均有良好的耐腐蝕能力，特別是聚四氟乙烯的耐化學(xué)腐蝕性能比黃金還要好，甚至能耐 " 王水 " 等強(qiáng)腐蝕性電解質(zhì)的腐蝕，被稱為“塑料王”。 2.4 減摩、耐磨性能好 大多數(shù)塑料具有優(yōu)良的減摩、耐磨和自潤(rùn)滑特性。許多工程塑料制造的耐摩擦零件就是利用塑料的這些特性，在耐磨塑料中加入某些固體潤(rùn)滑劑和填料時(shí)，可降低其摩擦系數(shù)或進(jìn)一步提高其耐磨性能。 2.5透光及防護(hù)性能 多數(shù)塑料都可以作為透明或半透明制品，其中聚苯乙烯和丙烯酸酯類塑料象玻璃一樣透明。有機(jī)玻璃化學(xué)名稱為聚甲基丙烯酸甲酯，可用作航空玻璃材料。聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜具有良好的透光和保暖性能，大量用作農(nóng)用薄膜。塑料具有多種防護(hù)性能，因此常用作防護(hù)保裝用品，如塑料薄膜、箱、桶、瓶等。 2.6減震、消音性能優(yōu)良 某些塑料柔韌而富于彈性，當(dāng)它受到外界頻繁的機(jī)械沖擊和振動(dòng)時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生粘性內(nèi)耗，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成熱能，因此，工程上用作減震消音材料。例如，用工程塑料制作的軸承和齒可減小噪音，各種泡沫塑料更是廣泛使用的優(yōu)良減震消音材料。 上述塑料的優(yōu)良性能，使它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中具有廣泛用途；它已從過(guò)去作為金屬、玻璃、陶瓷、木材和纖維等材料的代用品，而一躍成為現(xiàn)代生活和尖端工業(yè)不可缺少的材料。然而，塑料也有不足之處。例如，耐熱性比金屬等材料差，一般塑料僅能在 100℃ 以下溫度使用，少數(shù) 200℃ 左右使用；塑料的熱膨脹系數(shù)要比金屬大 3 ~ 10 倍，容易受溫度變化而影響尺寸的穩(wěn)定性；在載荷作用下，塑料會(huì)緩慢地產(chǎn)生粘性流動(dòng)或變形，即蠕變現(xiàn)象；此外，塑料在大氣、陽(yáng)光、長(zhǎng)期的壓力或某些質(zhì)作用下會(huì)發(fā)生老化，使性能變壞等。 塑料的這些缺點(diǎn)或多或少地影響或限制了它的應(yīng)用。但是，隨著塑料工業(yè)的發(fā)展和塑料材料研究工作的深入，這些缺點(diǎn)正被逐漸克服，性能優(yōu)異的新穎塑料和各種塑料復(fù)合材料正不斷涌現(xiàn)。3.塑料成型的相關(guān)名詞 3.1 密度/比重密度是指物質(zhì)單位體積的重量。比重是指物質(zhì)密度與水密度的比值。3.2比容及壓縮率 比容為每一克塑料所占有的體積（cm³/g），壓縮率為塑粉與塑件兩者體積或比容之比值（其值恒大于1）。它們都可被用來(lái)確定壓模裝料室的大小，其數(shù)值大即要求裝料室體積要大，同時(shí)又說(shuō)明塑粉內(nèi)充氣多，排氣困難，成形周期長(zhǎng)，生產(chǎn)率低。比容小則反之，而且有利于壓錠，壓制。3.3 吸水率吸水率是指塑膠吸收水分的程度，測(cè)法是先將樣品烘干后稱重，浸入水中24或48小時(shí)后，取出再稱重，計(jì)算重量增加的百分比，即為吸水率。3.4流動(dòng)性塑料在一定溫度與壓力下填充型腔的能力稱為流動(dòng)性。這是注塑件模具設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的一個(gè)重要工藝參數(shù)。流動(dòng)性大易造成溢料過(guò)多，填充型腔不密實(shí)，塑件組織疏松，樹(shù)脂、填料分頭聚積，易粘模、脫模及清理困難，硬化過(guò)早等弊病。但流動(dòng)性小則填充不足，不易成形，成形壓力大。所以選用塑料的流動(dòng)性必須與塑件要求、成型工藝及成形條件相適應(yīng)。3.5 硬化特性熱固性塑料在成型過(guò)程中在加熱受壓下轉(zhuǎn)變成可塑性粘流狀態(tài)，隨之流動(dòng)性增大填充型腔，與此同時(shí)發(fā)生縮合反應(yīng)，交聯(lián)密度不斷增加，流動(dòng)性迅速下降，融料逐漸固化。注塑件模具設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)硬化速度快，保持流動(dòng)狀態(tài)短的料則應(yīng)注意便于裝料，裝卸嵌件及選擇合理的成型條件和操作等以免過(guò)早硬經(jīng)或硬化不足，導(dǎo)致塑件成形不良。 3.6水分及揮發(fā)物含量各種塑料中含有不同程度的水分，揮發(fā)物含量，過(guò)多時(shí)流動(dòng)性增大、易溢料、保持時(shí)間長(zhǎng)、收縮增大，易發(fā)生波紋、翹曲等弊病，影響塑件機(jī)電性能。但當(dāng)塑料過(guò)于干燥時(shí)也會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)性不良成型困難，所以不同塑料應(yīng)按要求進(jìn)行預(yù)熱干燥，對(duì)吸濕性強(qiáng)的料，尤其在潮濕季節(jié)即使對(duì)預(yù)熱后的料也應(yīng)防止再吸濕 3.7熱敏性熱敏性塑料系指某些塑料對(duì)熱較為敏感，在高溫下受熱時(shí)間較長(zhǎng)或進(jìn)料口截面過(guò)小，剪切作用大時(shí)，料溫增高易發(fā)生變色、降聚，分解的傾向，具有這種特性的塑料稱為熱敏性塑料。3.8水敏性有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，但在高溫、高壓下也會(huì)發(fā)生分解，這種性能稱為水敏性，對(duì)此必須預(yù)先加熱干燥。3.9 吸濕性 塑料中因有各種添加劑，使其對(duì)水分各有不同的親疏程度，所以塑料大致可分為吸濕，粘附水分及不吸水也不易粘附水分的兩種，料中含水量必須控制在允許范圍內(nèi)，不然在高溫、高壓下水分變成氣體或發(fā)生水解作用，使樹(shù)脂起泡、流動(dòng)性下降、外觀及機(jī)電性能不良。所以吸濕性塑料必須按要求采用適當(dāng)?shù)募訜岱椒耙?guī)范進(jìn)行預(yù)熱，在使用時(shí)還需用紅外線照射以防止再吸濕。 3.10 透氣性透氣性是指塑料膜或塑料板的氣體穿透性能3.11 熔體指數(shù)熔體指數(shù)（MI），是一種表示塑膠材料加工時(shí)流動(dòng)性的數(shù)值。3.12 拉伸強(qiáng)度/斷裂伸長(zhǎng)率拉伸強(qiáng)度是指將塑膠材料拉伸到某一程度(如屈服點(diǎn)或斷裂點(diǎn))所需力的大小，通常以每單位面積多少力來(lái)表示。而其拉伸后的長(zhǎng)度與原長(zhǎng)度的百分比即為斷裂伸長(zhǎng)率。3.13 彎曲強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度為塑膠抗彎曲的能力。3.14 沖擊強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度是指塑膠受外力沖擊時(shí)所能承受的最大能量。3.15 硬度一般塑膠的硬度最常用洛氏硬度及紹氏硬度兩種測(cè)試方法來(lái)表示。其中紹氏A常用來(lái)測(cè)定較軟塑料，如 TPE 等彈性體或橡膠等；紹氏 D用來(lái)測(cè)定較硬塑料，如一般之泛用塑膠及部份工程塑膠，而多數(shù)之高性能工程塑膠或較硬之工程塑膠，則需用洛氏來(lái)測(cè)定。3.16 熱變形溫度熱變形溫度是指使塑膠試片在一定壓力及一定溫度下，彎曲到一定程度時(shí)的溫度。3.17 長(zhǎng)期耐熱溫度長(zhǎng)期耐熱溫度是指塑膠材料在長(zhǎng)時(shí)間使用之耐熱性。 3.18 耐化學(xué)藥品性耐化學(xué)藥品性的是指將塑膠材料在一定溫度下浸漬于溶劑中一段時(shí)間后，測(cè)定其重量，體積，拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率的變化，變異小的即表示具有優(yōu)良的抗溶劑性變。3.19 耐候性耐候性是指塑膠材料對(duì)戶外環(huán)境下，受光，熱，大氣，風(fēng)雨的影響，而引起質(zhì)變，劣化的抵抗性。3.20 透明度 透明度是指塑膠在可視光域的光透率，塑膠依光透過(guò)程度，可分為透明性、半透明性及不透明性。3.21 光澤度光澤度是表于物質(zhì)近似可完全反射光的完美鏡面程度，光澤度好，就表于物質(zhì)具有光亮的外表。3.22 絕緣破壞電壓絕緣破壞電壓是將高電位差施加于試片，達(dá)到絕緣性破壞的最小電壓，除以兩極間距離（試樣的厚度）的值（Kv/mm）。3.23 熔化熱熔化熱又稱熔化潛熱，是結(jié)晶型聚合物在形成或熔化晶體時(shí)所需要的能量。這部分能量是用來(lái)熔化高分子結(jié)晶結(jié)構(gòu)的，所以注塑件結(jié)晶型聚合物時(shí)要比注塑件非結(jié)晶型料達(dá)到指定熔化溫度下所需的能量要多，對(duì)于非結(jié)晶型聚合物無(wú)需熔化潛熱。3.24 比熱容比熱容是單位重量的物料溫度上升1度時(shí)所需熱量[J/kg.k]。3.25 熱擴(kuò)散系數(shù) 熱擴(kuò)散系數(shù)是指溫度在加熱物料中傳遞的速度，又稱導(dǎo)熱系數(shù)其值是由單位質(zhì)量的物料溫度升高1度時(shí)所需的熱量（比熱容）和材料吸收熱量的速度（導(dǎo)熱系數(shù)）來(lái)決定。壓力對(duì)熱擴(kuò)散系數(shù)影響小，溫度對(duì)其影響較大。來(lái)自:中國(guó)注塑件論壇(http://bbs.yxx.com.cn/ShowPost.asp?ThreadID=22835)
