1、本课程内容,一、塑料成型的理论基础。,二、注射成型工艺及模具设计。,三、其他塑料成型,本课程的教学目的 通过本课程的学习，既能对塑料成型及模具设计的基础理论有较深理解、能独立设计塑料成型工艺和塑料成型模具、合理选择成型设备，并具备一定的塑料制品设计能力。,一、 塑料及其应用,二、 塑料的加工适应性,三、 塑料的主要成型方法,重点掌握,第一篇 塑料成型基础,第一章 概 论,一、塑料的概念,1、什么是塑料?塑料是以高分子聚合物为主要成分，并在加工为制品的某阶段可流动成型的材料。,第一节 塑料及其应用,2、什么是高分子聚合物?高分子聚合物指由许多小分子单体（链节）通过聚合或缩聚反应形成的长链大分子。
2、,链节 单个分子（相对分子质量有差异） 树脂, 平均相对分子质量、分子质量的分散性直接影响性能,塑料中的这种高分子聚合物又称为树脂： “天然树脂”、“合成树脂”。作为塑料的主体决定了塑料的性能。,大部分树脂的主链：CC,（砜基）,（酯基）,O（醚键）,主链和侧链的稀疏与不同也同样影响塑料的性能。,3、塑料的结构决定了其特殊的性能巨大相对分子质量原子之间具有很大的作用力，分子之间的长链蜷曲缠绕。这些缠绕在一起的分子既可互相吸引又可互相排斥，使塑料产生了弹性。高分子聚合物在受热时不像一般低分子物质那样有明显的熔点，从长链的一端加热到另一端需要时间，即需要经历一段软化的过程，因此塑料便具有可塑性。,
3、4、高分子聚合物与低分子物质的重要区别还在于： 高分子聚合物没有精确、固定的相对分子质量。同一种高分子聚合物的相对分子质量的大小并不一样，只能采用平均相对分子质量来描述。 如：低密度聚乙烯平均分子质量为2.515万， 而高密度聚乙烯为730万,塑料是以合成树脂为主要成分，根据不同需要添加不同添加剂所组成的混合物。,二、塑料的组成,人们模仿天然树脂的成分，并克服了产量低、性能不理想的缺点，用化学方法人工制取的各种树脂。,原料：,1.合成树脂,合成树脂决定塑料的基本性能,在塑料制件中，合成树脂为均一的连续相，将各种添加剂粘结成一个整体，使其具有一定的物理力学性能。,在成型加工中，与所加的添加剂配制
4、成的塑料有良好的成型工艺性能。,作用：,作用：减缓或阻止塑料在加工和使用过程中的分解变质。,分类：热稳定剂、抗氧化剂和紫外线吸收剂等。,2稳定剂,用量：塑料的0305。,机理：吸收或阻止对塑料的破化。,3填料,包括：填充剂和增强剂。,作用：降低塑料成本、改进塑料的性能。,填充剂：碳酸钙、硫酸钙和硅酸盐、木粉、石棉等。,增强剂：典型品种有玻璃纤维、棉、麻和纸筋等，性能特殊的还有碳纤维、陶瓷纤维、硼纤维及其单晶纤维。,用量：塑料的40以下。,4增塑剂,作用：提高塑料的可塑性和柔软性。 增塑剂：一些高沸点的液态有机化合物或低熔点的固态有机化合物。,副作用：增塑剂中的某些挥发物逐渐从塑料制 品中逸出，
5、而导致塑料老化，大多数 塑料一般不添加增塑剂。,机理：增塑剂分子分散到聚合物分子链之间， 改变了聚合物分子间的作用力,5润滑剂,作用：对塑料的表面起润滑作用，防止熔融的塑料粘附在成型设备或模具上。改进塑料熔体的流动性能。提高制品表面的光亮度。,润滑剂：硬脂酸、盐类等。 用量：小于塑料的1。,机理：润滑剂的作用是降低物料之间及物料和加工设备表面的摩擦力，从而降低熔体的流动阻力，降低熔体粘度，提高熔体的流动性。,作用：增加塑料制品的色彩；还能改善塑料的耐候性， 即抵抗紫外线的能力。 着色剂：有机颜料，颜色钠猩红、黄光硫靛（dian）红棕、颜料蓝、炭黑等；矿物颜料，铬黄、绛红镉、氧化铬、铝粉末等。,
6、6着色剂,7固化剂 作用：热固性塑料成型时，使合成树脂完成交联反应而固化。 固化剂（或交联剂）：酚醛树脂中加六亚甲基四胺；环氧树脂中加乙二胺或顺丁烯二酸酐等。,另外，根据不同的用途，塑料中还可增添其他的添加剂。也可以像金属那样制成“合金” 如：ABS塑料就是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种成分制成的三元共聚物。,三、塑料的分类,1按制造方法分类合成树脂的制造方法主要是根据有机化学中的 两种反应：聚合反应和缩聚反应。,目前，塑料的品种共300多种，常见的约30多种。,聚合反应：将许多低分子单体化合成高分子聚合物的化学反应。(聚合树脂),在此反应过程中没有低分子物质析出。同一种物质的分子间进行(其产物
7、称为聚合体)在不同物质的分子间进行(其产物称为共聚体),缩聚反应：将相同的或不相同的低分子单体化合成高分子聚合物的化学反应。(缩聚树脂),此反应过程中有低分子物质析出(水，氨，氯化氢),热固性塑料：以缩聚树脂为主，开始受热时也可以软化或熔融，但一旦固化成型就不再软化（交联反应）。此时，即使加热到接近分解的温度也无法软化，并且也不会溶解在溶剂中。,2按成型性能分类,分类：热塑性塑料、热固性塑料,热塑性塑料：以聚合树脂为主，受热后软化或熔融，此时可成型加工，冷却后固化，再加热仍可软化。 分子链之间无化学键产生，加热时软化流动。冷却变硬的过程是物理变化。,热塑性塑料的分子结构呈链状或树枝状，为线性聚
8、合物。这些分子互相缠绕但并不连结在一起，受热后具有可塑性。,两种塑料的这种特性，可以从分子的结构特征来解释。,热塑性塑料又分为：无定形塑料与结晶形塑料无定形塑料（如聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS等） 特点：大分子无序，随机排列。结晶形塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龙)） 特点：从熔融态到冷却固化过程中，分子链有序堆垛产生结晶结构。所谓的结晶形塑料实际上只是半结晶。结晶度对性能有影响。,常用成型方法： 热塑性塑料注射、挤出、吹塑等； 热固性塑料压缩、压注、注射。,热固性塑料加热开始时也具有链状或树枝状结构，但受热后逐渐结合成三维网状(称为交联反应)，成为既不熔化又不熔解的物质，称为体型聚合物。分
9、子的链与链间产生化合反应，再次加热时不能软化。耐热性好。,分类：通用塑料、工程塑料及特殊用途的塑料等。 通用塑料：用途最广泛、产量最大、价格最低廉。 成形工艺性较好，力学性能及热性能一般。 聚乙烯(PE)、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、酚醛(PF)和氨基塑料六大类，约占世界塑料总产量的80。,3按性能、用途分类,工程塑料：可用作工程材料的塑料（较好的力学性能、耐热性、耐化学性、绝缘性等等）。 批量小，价格昂贵，用途相对较窄。 主要有：丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、苯醚（PPO）、聚砜(PSF)及各种增强塑料。特
10、殊用途（功能塑料）塑料：导电、压电、热电、导磁、感光、防辐射、光导纤维、液晶等等。,四、塑料的性能和用途,1质量轻密度与水相近，密度0.91.5g/cm3，但力学强度比木材、玻璃、陶瓷等要高得多，有的甚至可与钢铁媲美（450MPa）。 用途：特别适合制造轻巧的日用品和家用电器零件，对要求减轻自重的车辆、船舶和飞机有特别重要的意义。,2比强度高按单位质量来计算材料的抗拉强度(称之为比强度)，它并不逊于金属，工程塑料、碳纤维增强塑料等，远超过金属。石墨/环氧增强塑料92，高强钢仅为24.2 用途：可用于制造日常用品，工程机械；纤维增强塑料可用作负载较大的结构零件：轿车中塑料的质量约占整车质量的11
11、0，宇宙飞船中塑料的体积约占飞船总体积的12。,应力应变特性： 与金属材料不同，塑料在弹性变形阶段存在高弹区。高弹变形后需要一段时间恢复。 塑料的屈服点大约在形变的1020；而金属在0.20.3，最大不超过1。,韧性： 韧性标志着对外吸收能量的大小。 工程上衡量韧性的尺度是：冲击强度和断裂伸长率。 分子链的柔顺性将影响塑料的韧性；另外，加载时的速率以及温度等都会影响韧性。,3耐化学腐蚀能力强对酸、碱、盐等化学物质的腐蚀均有抵抗能力。常用的耐腐蚀材料：硬聚氯乙烯，耐浓度达90的浓硫酸、各种浓度的盐酸和碱液。用途：硬聚氯乙烯被广泛用来制造化工管道及容器。,4绝缘性能好对电、热、声都有良好的绝缘性能
12、，极低的介电损耗性能。用途：被广泛地用做电绝缘、绝缘保温及隔音吸音材料。其优越的电气绝缘性能和极低的介电损耗性能，可以与陶瓷和橡胶媲美。现又制造出半导体、导电导磁塑料等，它们对电子工业的发展具有独特的意义。,5光学性能好塑料的折射率较高，且有很好的光泽。用途：不加填充剂的塑料大都可制成透光性良好的制品，如有机玻璃、聚苯乙烯、聚碳酸酯等都可制成透明的制品。广泛地用来制造玻璃窗、罩壳、透明薄膜以及光导纤维材料。,6加工性能好、经济效益显著 a、容易成型，成型加工周期短； b、成型塑件所需专用设备投资少，能耗低； c、与金属制件加工相比，加工工序少； d、加工过程中的边角废料多数可回收再用，以单位体
13、积计算，生产塑料制件的费用仅为有色金属的110，因此塑料制件的总体经济效益显著。,缺点： a、一般塑料的刚性差； b、塑料的耐热性差，低温下易开裂； c、散热性差； d、若长期受载荷作用，产生“蠕变”现象。 e、易燃烧 f、光和热作用下性能容易变坏，发生老化现象。,第二节 塑料的加工适应性,温度对于塑料的加工有着重要的影响。随着加工温度的逐渐升高，塑料将经历玻璃态、高弹态、黏流态直至分解。不同状态其性能不同，决定了对加工的适应性。,与塑料成形有关的概念：,g（Tg）玻璃化温度（一般来说，它是无定形塑料的工作温度上限） f 黏流温度（一般来说，它是聚合物加工温度的下限） m 熔融温度（结晶形聚合
14、物的熔点，它是结晶性聚合物加工温度下限） d 分解温度（温度升高到使分子链明显降解，应使聚合物的加工温度低于该温度）,成形温度区域越大，越有利于塑料的成形,1、玻璃化温度g以下，坚硬的固体， E高、形变率小；脱模；机械加工；性能稳定，可使用。塑料使用的下限温度脆化温度。 2、g至f为高弹态，橡皮状弹性体。 E显著减小，形变率大大增强，可进行一些二次加工。 3、f（m）开始黏流态（称为熔体）。做为成型温度，E降低到最低值，已无法承载，变形不可逆。要控制好成型温度。 4、温度超过d 后塑料将分解（气化），性能大幅下降，外观不良。,第三节 塑料的主要成型方法,塑料的成形方法很多，但主要是注射、挤出、
15、压缩、压铸、气压成型等。利用模塑成形将塑料加工成几何形状，尺寸精度，物理机械性能满足要求的制品或半成品，再采用机械加工至成品。按成型过程中，物理状态不同，可将塑料成形分为两大类：固相成型，熔体成型。,1注射成型(注塑成型)成型原理：注射成型过程可分为加料、塑料熔融、注射、保压冷却、塑件脱模五个过程。应用：主要用于热塑性塑料，现也用于热固性塑料。注射成型在塑料制件成型中占有很大比例，塑料成型模具产量中半数以上是注射模具。,2挤出成型(挤塑成型)成型原理：与注射成型的原理类似，将粒状塑料在挤出机的料筒中完成加热和加压过程，熔体经过装在挤出机机头上的成型口模挤出，然后冷却定型，借助牵引装置拉出，成为
16、具有一定横截面形状的连续制件。,应用：主要是热塑性塑料的成型方法之一。如管、棒、丝、板及异型制件等。除了成型加工外，该法还用于塑料的混炼加工。如着色、填充、共混等都可通过挤出造粒工序来完成。,3中空成型（吹塑成型）工作原理：先用挤出机或注射机挤出或注射出管筒形状的熔融坯料，然后将此坯料放入吹塑模具内，向坯料内吹入压缩空气，使中空的坯料均匀膨胀直至紧贴模具内壁，冷却定型后开启模具取出中空制件。应用：如瓶、桶、球、壶、箱一类的热塑性塑料制件均可用此法制造。它是制造中空制件和管筒型薄膜的方法。,4压缩成型(压制成型) 工作原理：加热、闭模、加压、获得所需形状。 特点：料直接加到模腔内（加热腔），模具
17、有加热装置。 应用：主要用于热固性塑料和粘度大的热塑性塑料。,5压注成型（传递成型）工作原理：与压缩成型相似，将塑料粒料或坯料装入模具的加料室，在受热、受压下熔融的塑料通过模具加料室底部的浇注系统充满闭合的模具型腔，然后固化成型。应用：与压缩成型一样，压注成型也是热固性塑料成型的主要方法之一，适用于形状复杂或带有较多嵌件的热固性塑料制件。,6固相成型特点：使塑料在熔融温度以下成型，在成型过程中塑料没有明显的流动状态。应用：多用于塑料板材的二次成型加工。,塑料的成型方法除了以上六种外，还有压延成型、浇铸成型、滚塑成型、泡沫成型等。本课程着重叙述应用最广泛的注射成型工艺及模具，同时也扼要地介绍塑料的其他主要成型方法，使同学们在掌握注射成型方法的基础上对塑料的主要成型方法有一个完整的概念。,
