塑料及其成型工艺.doc

第2章 塑料与塑料成型工艺 知识目的 掌握塑料的组成、分类及其热力学性能。掌握常用塑料的名称、牌号、性能及其典型用途。掌握常用塑料的成型方法，熟悉各种成型方法的优缺陷和使用范围。掌握常见塑料模具的种类及名称。掌握塑料制品设计的原则与要点。技能目的 具有为塑料制品选择合理牌号塑料的能力。具有为常见塑料制品选择合理成型方法的能力。针对注射成型工艺，具有为其选择合理工艺参数的能力。针对已有的塑料件，具有分析其结构合理与否的能力 具有设计中档复杂限度塑料制品的能力。重要理论及工程应用导航：手机底盖与自来水管的比较 图 2-1 的塑料制品，分别是某款式手机底盖和某规格自来水水管，它们功能和用途各不相同，您知道这两类塑料产品是用什么牌号的塑料生产出来的吗？它们的成型方法是相同的吗？答案是，这两种塑料产品所使用的塑料是不相同的，手机底盖使用的是一种称为ABS 的塑料，而自来水管使用的是一种称为 PVC 的塑料。它们的成型方法也相差很大，前者采用的是一种称为注射成型的方法，后者采用的是一种称为挤出成型的方法。事实上，除了上述两种塑料外，在工业上，尚有很多种性能千差万别的其它牌号的塑料；成型方法也不仅仅局限于注射成型和挤出成型。下面，就让我们从开始从塑料及其成型的相关知识讲起吧。(a)手机底盖 (b)自来水水管 图 2-1 塑料制品 2.1 塑料的基础知识塑料的基础知识 2.1.1 塑料的塑料的由来由来 塑料的历史可以追溯到 1832 年，当时法国的科学家发现，把硝酸均匀而集中地倒在棉花或木质纤维上，就会得到一层很硬的防水薄膜，这层薄膜有着与传统材料，如木材、石材金属等不同样的性能，但限于当时的科技手段，人们无法进一步研究其机理，也没有将其作进一步的运用。历史上第一种完全由人工合成的塑料是酚醛塑料，它的发明与 19 世纪后期一种天然的绝缘材料虫胶有关。当时刚刚萌芽的电力工业蕴藏着绝缘材料的巨大市场，但产自于东南亚的虫胶由于供不应求而价格飞涨，当时化学家已经开始结识到很多可用作涂料、黏合剂和织物的天然树脂和纤维都是聚合物，即结构反复的大分子，从而开始故意识地寻找能合成聚合物的成分和方法。假如谁能发明一种能代替虫胶的便宜商品，那无疑将获得巨大成功。美国科学家列奥贝克兰（Leo Baekeland,原籍比利时）通过数年的努力终于成为这个幸运者。贝克兰于 1889 年开始到美国从事化学研究，从 192023 开始，贝克兰开始研究苯酚和甲醛的反映。尽管早在 1872 年，德国化学家拜尔就发现了这个反映能产生一些粘糊糊的东西，但拜尔的爱好在合成染料上，对这种东西不感爱好。后来的科学家也对这个反映进行过研究，但由于无法精确控制化学反映没找到它的运用价值。而贝克兰解决了这个问题。他发明了一种实验装置，可以精确调节加热温度和压力，能有效控制化学反映。贝克兰用这种装置成功得到了酚醛树脂，将其模压后得到半透明的硬塑料，这种塑料不易燃烧，成型后不再熔化，也不能溶解到溶剂甚至是酸液中去，是良好的绝缘材料。他用自己的名字给这种新材料命名为贝克利特（Bakelite，即现在的酚醛塑料），并于 192023月 14 日申请了专利。从这一天起，世界上第一种人工合成的塑料酚醛塑料诞生了。酚醛塑料是人类所制造的第一种全合成材料，它的诞生标志着人类社会正式进入了塑料时代。它的发明被认为是 20 世纪的炼金术，贝克兰也因此于 1924 年被选为美国化学学会会长，并被 1940 年月 20 日出版的时代周刊称为“塑料之父”。到了 20 世纪 30 年代，美国科学家又发明了一种被称为尼龙的塑料，这种塑料被称为是“由煤炭、空气和水合成，比蜘蛛丝细，比钢铁坚硬，优于丝绸的纤维”。尼龙的发明，是塑料发展历史上的里程碑事件，它的出现，为此后各种塑料的发明和生产奠定了基础。紧接着，由于第二次世界大战中石油化学工业的发展，塑料的原料以石油取代了煤炭，塑料制造业也得到飞速的发展。直至今天，塑料工业已经成为现代工业的重要组成部分。2.1.2 塑料的塑料的组成组成 事实上，通常的塑料并不是一种纯物质，它是由许多材料配制而成的。其中的合成树脂是塑料的重要成分；此外，为了改善塑料的性能，还要在合成树脂中添加各种的辅助材料，如填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂等，才干满足塑料的使用或生产规定。1.合成树脂合成树脂 合成树脂是由一种或几种简朴化合物通过聚合反映而生成的一种高分子化合物，也叫聚合物，合成树脂是塑料的重要成分，它决定了塑料的类型和基本性能（如热性能、物理性能、化学性能、力学性能等），它联系或胶黏着其它成分，并使塑料具有可塑性和流动性，从而具有成型性能。2.2.填充剂填充剂 填充剂又称填料，是塑料中的重要的但并非每种塑料必不可少的成分。填充剂与塑料中的其它成分机械混合，它们之间不起化学作用，但与树脂牢固地胶黏在一起。填充剂在塑料中的作用有两个：一是减少树脂用量，减少塑料成本；二是改善塑料某些性能，扩大塑料的应用范围。在许多情况下，填充剂所起的作用是很大的，例如聚乙烯、聚氯乙烯等树脂中加入木粉后，既克服了它的脆性，又减少了成本。用玻璃纤维作为塑料的填充剂，能使塑料的力学性能大幅度提高，而用石棉作填充剂则可以提高塑料的耐热性。有的填充剂还可以使塑料具有树脂所没有的性能，如导电性、导磁性、导热性等。常用的填充剂有木粉、纸浆、云母、石棉、玻璃纤维等。3.3.增塑剂增塑剂 有些树脂(如硝酸纤维、醋酸纤维、聚氯乙烯等)的可塑性很小，柔软性也很差，为了减少树脂的熔融粘度和熔融温度，改善其成型加工性能，改善塑件的柔韧性、弹性以及其它各种必要的性能，通常加入能与树脂相溶的、不易挥发的高沸点有机化合物，这类物质称为增塑剂。在树脂中加入增塑剂后，增塑剂分子插入到树脂高分子链之间，增大了高分子链间的距离，因而削弱了高分子间的作用力，使树脂高分子容易产生相对滑移，从而使塑料在较低的温度下具有良好的可塑性和柔软性。例如，聚氯乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯，可变为像橡胶同样的软塑料。加入增塑剂在改善塑料成型加工性能的同时，有时也会减少树脂的某些性能，如硬度、抗拉强度等，因此添加增塑剂要适量。对增塑剂的规定：与树脂有良好的相溶性；挥发性小，不易从塑件中析出；无毒、无色、无臭味；对光和热比较稳定；不吸湿。4.4.着色剂着色剂 为使塑件获得各种所需颜色，经常在塑料组分中加入着色剂。着色剂品种很多，但大体分为有机颜料、无机颜料和染料三大类。有些着色剂兼有其他作用，如本色聚甲醛塑料用碳黑着色后能在一定限度上有助于防止光老化。对着色剂的一般规定是：着色力强；与树脂有很好的相溶性；不与塑料中其它成分起化学反映；成型过程中不因温度、压力变化而分解变色，并且在塑件的长期使用过程中可以保持稳定。5.5.稳定剂稳定剂 为了防止或克制塑料在成型、储存和使用过程中，因受外界因素（如热、光、氧、射线等）作用所引起的性能变化，即所谓“老化”，需要在聚合物中添加一些能稳定其化学性质的物质，这些物质称为稳定剂。对稳定剂的规定是：能耐水、耐油、耐化学药品腐蚀，并与树脂有很好的相溶性，在成型过程中不分解、挥发小、无色。稳定剂可分为热稳定剂、光稳定剂、抗氧化剂等。常用的稳定剂有硬脂酸盐类、铅的化合物、环氧化合物等。6.6.固化剂固化剂 固化剂又称硬化剂、交联剂。成型热固性塑料时，线型高分子结构的合成树脂需发生交联反映转变成体型高分了结构。添加固化剂的目的是促进交联反映。如在环氧树脂中加入乙二胺、三乙醇胺等。塑料的添加剂尚有发泡剂、阻燃剂、防静电剂、导电剂和导磁剂等。并不是每一种塑料都要加入所有这些添加剂，而是依塑料品种和塑件使用规定按需要有选择地加入某些添加剂。2.1.3 塑料塑料的分类的分类 为了方便对塑料进行研究和使用，需要从不同的角度对塑料进行分类。常见的分类方法有以下两种。1.根据塑料的热行为分类根据塑料的热行为分类 根据据塑料受热后的性能特点，可将塑料分为热塑性塑料热塑性塑料和热固性塑料热固性塑料两大类。（1）热塑性塑料热塑性塑料 热塑性塑料在加热到一定温度后变成熔融状，将其冷却后则固化成型，若再次加热则又会变成熔融状，可进行再次的塑化成型。因此，热塑性塑料可经加热熔融而反复固化成型，所以热塑性塑料的废料通常可回收再运用，即有所谓的“二次料”之称。（2）热固性塑料热固性塑料 热固性塑料是在加热到一定温度时，其中的合成树脂将发生化学变化，塑料也因此固化定型。固化定型的热固性塑料，即使继续加热也无法改变其状态，也就无法再次变成熔融状态。因此，热固性塑料无法通过再加热来反复成型，所以热固性塑料的废料通常是不可回收再运用的。2.根据塑料的使用特点分类根据塑料的使用特点分类 根据塑料的具体使用场合及特点，一般可以将塑料分为以下三类。（1）通用塑料通用塑料 一般指产量大、用途广、性能相对比较低、价格低廉的一类塑料。如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料、氨基塑料等，它们约占塑料产量的60%。（2）工程塑料工程塑料 工程塑料是指可以作为结构材料的塑料，它与通用塑料并没有明显的界线，工程塑料的强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化等性能都比较良好，可替代部分金属材料来用作工程材料。如尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS等。（3）特种塑料特种塑料 指根据特定的使用规定而研究生产的具有特殊性能的塑料，如环氧树脂、氟塑料等。2.1.4 塑料的塑料的使用使用性性能能 树脂和添加剂的不同，会得到不同种类和牌号的塑料，其性能即会相差很大，不同性能的塑料会有不同的用途。与其它的材料相比，大部分的塑料都具有以下的一些性能与用途。(1)(1)密度小、质量轻密度小、质量轻 塑料的密度一般在 0.82.23/g cm之间，只有钢的 l5、铝的 12，更有些塑料比水还轻。泡沫塑料的密度更小，一般小于 0.13/g cm。由于其密度小，对于力求减轻自重的机械设备如车辆、船舶、飞机、航天而言，具有重要的意义。(2)(2)比强度和比刚度高比强度和比刚度高 虽然塑料的绝对强度不如金属高，但因其密度小，所以比强度(/)、比刚度(/e)，特别是以各种高强度纤维状、片状及粉状的金属或非金属增强的塑料，其比强度和比刚度比一般钢材要高出 2 倍左右。由于这一特性，故在某些场合(如空间技术领域)更具有重要的意义。如由碳纤维和硼纤维增强的塑料，可代替铝合金和钛合金用于制造飞机、人造卫星、火箭及导弹上的零部件。(3)(3)化学稳定性好化学稳定性好 绝大多数塑料都具有良好的耐酸、碱、盐、水和气体的性能，并在一般条件下不与其他物质发生化学反映。因此，塑料在化工设备及其防腐设备中广泛应用，最常见的硬质聚氯乙烯管道与容器被广泛用于防腐领域及建筑给水、排水工程中。(4)(4)电气性能优良电气性能优良 几乎所有的塑料都具有优越的电气绝缘性能和极低的介质损耗性能，可与陶瓷和橡胶媲美，因此被广泛地用于电力、电机和电子工业中作为绝缘材料和结构零件，如电线电缆、旋钮、插座、电器外壳等。(5)(5)减摩、耐磨和自润滑性好减摩、耐磨和自润滑性好 大多数塑料的摩擦系数都很小，且有良好的自润滑性能，加上比强度高，传动噪声小，所以可以制成齿轮、凸轮和滑轮等机器零件。例如，在纺织机中的许多铸铁齿轮已被塑料齿轮取代。(6)(6)成型和着色性能好成型和着色性能好 塑料在一定的条件下具有良好的可塑性，这为其成型加发明了有利的条件。塑料的着色比较容易，并且着色范围广，可根据需要染成各种各样的颜色。(7)(7)光学性能好光学性能好 不加添加剂的塑料大多可以制成透光性良好的制品，如有机玻璃、聚苯乙烯、聚碳酸酯都能制成透明的塑料制品。(8)(8)多种防护性能多种防护性能 除防腐外，塑料还具有防水、防潮、防透气、防振、防辐射等多种防护性能，特别经改性后，优点更多，应用更为广泛。但是，塑料虽然优点多，但与金属材料相比，也尚有一些局限性之处。例如，耐热性比金属等材料差，大部分的塑料仅能在 100以下使用，只有少数工程塑料可在200左右的环境下使用；塑料的热澎胀系数要比金属大 310 倍，容易受温度变化而影响尺寸稳定性；在载荷作用下，塑料会缓慢地产生粘性流动或变形，即蠕变现象；此外，塑料在大气、阳光、长期压力或某些介质作用下会发生老化，使性能变坏等。这些局限性使塑料在某些领域的应用受到限制。所以，选择塑料时一定要注意扬长避短。2.1.5 塑料塑料的热力学性能的热力学性能 塑料的物理、力学性能与温度密切相关，温度变化时，塑料的受力行为会发生变化，呈现出不同的物理状态，表现出分阶段的力学性能特点。塑料在受热时的物理状态和力学性能对塑料的成型加工有着非常重要的意义。1.热塑性塑料在受热时的物理状态热塑性塑料在受热时的物理状态 热塑性塑料在受热时常存在的物理状态为:：玻璃态（结晶聚合物亦称结晶态）、高弹态和黏流态，热塑性塑料在受热时的变形限度与温度关系的曲线，也称热力学曲线，如图 2-2 所示。图 2-2 热塑性塑料热力学曲线 1线型无定形聚合物；2线型结晶聚合物 （1 1）玻璃态玻璃态 塑料处在温度g 以下时，为坚硬的固体，是大多数塑件的使用状态。g 称为玻璃化温度，是多数塑料使用温度的上限。b 是聚合物的脆化温度，低于b 下的某一温度，塑料容易发生断裂破坏，这一温度称为脆化温度，是塑料使用的下限温度。处在玻璃态的塑料一般不适合进行大变形的加工，但可以进行诸如车、铣、钻等切削加工。（2 2）高弹态高弹态 当塑料受热温度超过g 时，塑料出现橡胶状态的弹性体，称之为高弹态。处在这一状态下的塑料，其塑性变形能力大大增强，形变可逆，在这种状态下的塑料，可进行真空成型、中空成型、弯曲成型和压延成型等。由于此时的变形是可逆的，为了使塑件定型，成型后应立即把塑件冷却到g 以下的温度。（3 3）黏流态黏流态 当塑料受热温度超过f 时，塑料出现明显的流动状态，塑料变成黏流的液体，通常我们称之为熔体。塑料在这种状态下的变形不再具有可逆性质，一经成型和冷却后，其形状永远保持下来。f 称为黏流化温度，是聚合物从高弹态转变为黏流态(或黏流态转变为高弹态)的临界温度。当塑料继续加热，温度至d 时，塑料开始分解变色，塑料的性能迅速恶化，d称为热分解温度，是聚合物在高温下开始分解的临界温度。所以，f 和d 是塑料成型加工的重要参考温度，fd 的范围越宽，塑料成型加工时的工艺就越容易调整。2.热固性塑料在受热时的物理状态热固性塑料在受热时的物理状态 热固性塑料在受热时，由于随着着化学反映，它的物理状态变化与热塑性塑料有明显不同。开始加热时，与热塑性塑料相似，加热到一定温度后，不久由固态变成黏流态，这使它具有成型的性能。但这种流动状态存在的时间很短，不久由于化学反映的作用，塑料硬化变成坚硬的固体，再加热后仍不能恢复，化学反映继续进行，塑料还是坚硬的固体。当温度升到一定值时，塑料开始分解。2.1.6 塑料的塑料的成型成型工艺工艺性能性能 塑料的成型工艺特点决定了塑料的成型方法，直接影响到塑料能否顺利成型直至塑料制品的质量，同时，也影响到其成型模具的设计。1.1.热塑性塑料的工艺性能热塑性塑料的工艺性能 （1 1）收缩性收缩性 塑件自模具中取出冷却到室温后，各部分尺寸都比本来在模具中的尺寸有所缩小，这种性能称为收缩性。这种收缩一方面是树脂自身的热胀冷缩导致的，另一方面还与各种成型因素有关。表达塑件的收缩限度可以用收缩率来表达，计算公式如下：100%mssLLSL （2-1）式中 S-塑件的收缩率;mL-模具在室温时的尺寸；sL-塑件成型后冷却至室温后的尺寸;在实际成型时，不仅塑料的牌号不同，其收缩率不同，并且同一牌号的不同批号，或同一塑件的不同部位，其收缩率也也许不同。影响收缩率的重要因素有：塑料品种塑料品种 各种塑料都有其各自的收缩率范围，同一种塑料由于相对分子质量、填料及配比等不同，则其收缩率及各向异性也不同。塑件结构塑件结构 塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、嵌件数量及布局等，对收缩率值有很大影响，如塑件壁厚收缩率大，有嵌件则收缩率小。模具结构模具结构 模具的分型面、加压方向、浇注系统形式、布局及尺寸等对收缩率及方向性影响也很大，特别是挤出和注射成型更为明显。成型工艺成型工艺 挤出成型和注射成型一般收缩率较大，方向性也很明显。塑料的装料形式、预热情况、成型温度、成型压力、保压时间等对收缩率及方向性都有较大影响。例如采用压锭加料，进行预热，采用较低的成型温度、较高的成型压力，延长保压时间等均是减小收缩率及方向性的有效措施。大量的事实表白，塑料的收缩率不是一个固定值，而是在一定范围内变化的，收缩率的波动将引起塑件尺寸波动，因此模具设计时应根据以上因素综合考虑选择塑料的收缩率，对精度高的塑件应选取收缩率波动范围小的塑料，并留有试模后修正的余地。常见塑料的收缩率见附录 A。（2 2）流动性流动性 在成型过程中，塑料熔体在一定的温度、压力下填充模具型腔的能力称为塑料的流动性。塑料流动性差，就不容易充满型腔，易产生缺料或熔接痕等缺陷，因此需要较大的成型压力才干成型。相反，塑料的流动性好，可以用较小的成型压力充满型腔。但流动性太好，会在成型时产生严重的溢边。塑料流动性的大小可以采用统一的方法来测定。热塑性塑料的流动性常用熔体指数来衡量。熔体指数测定仪的结构如图 2-3 所示，在筒内装入足够的要测量的塑料，将塑料加热到规定的温度，在特定的压力下将熔融的塑料从标准直径的毛细管中压出，每 10min 所压出塑料的质量（g/10min）即是该塑料的熔体指数（或称塑料的流动性系数）。熔体指数越大，表达该塑料的流动性越好。图 2-3 塑料流动性系数测定仪 1热电偶 2料筒 3出料孔 4保温层 5加热棒 6柱塞 7重锤（加柱塞合计重 2160g）影响塑料流动性的因素重要有以下几个方面。塑料的种类塑料的种类 塑料的种类不同，其流动性亦会不同，人们一般将塑料的流动性分为好、中档和差三类，但并没有严格标准。成型工艺成型工艺 塑料在成型过程中的温度、压力等，对塑料的流动性也有影响。温度：熔体的温度高，则流动性大，但不同塑料各有差异。聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS、AS、聚碳酸酯、醋酸纤维素等塑料流动性随温度变化的影响较大；而聚乙烯、聚甲醛的流动性受温度变化的影响较小。压力：注射压力增大，则熔料受剪切作用大，流动性也增大，特别是聚乙烯、聚甲醛较为敏感。模模具结构具结构 浇注系统的形式、尺寸、技术因素，如型腔表面的粗糙度、流道截面形状、型腔形式、等因素，都会影响熔料的流动性。凡促使熔料温度减少，流动阻力增大的因素（如塑件壁厚太薄，转角处采用尖角等)，流动性就会减少。（3 3）相容性相容性 塑料的相容性又俗称为共混性，是指两种或两种以上不同种类的塑料，在熔融状态下不产生相分离现象的能力。假如两种塑料不相容，则混熔时塑件会出现分层、脱皮等表面缺陷。不同塑料的相容性与其分子结构有一定关系，分子结构相似者较易相容，比如，高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯彼此之间比较容易混熔；分子结构不同时则较难相容，比如，聚乙烯和聚苯乙烯之间比较难进行混熔。（4 4）吸湿性吸湿性 吸湿性是指塑料对水分的亲疏限度。据此，塑料大体可分为两类：一类是具有吸湿或粘附水分倾间的塑料，如聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜、ABS 等；另一类是既不吸湿也不易粘附水分的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。凡是具有吸湿或粘附水分倾向的塑料，假如在成型前水分没有去除干净，那么在成型过程中由于水份在变为水蒸汽而会让塑料加速发生水解，成型后塑料则出现气泡、银丝等缺陷。因此，为保证成型的顺利进行和提高塑件的质量，对吸湿性和粘附水分倾向大的塑料，在成型之前必须进行干燥解决。（5 5）热敏性热敏性 热敏性是指某些热稳定性差的塑料，在料温高和受热时间长的情况下会产生降解、分解、变色等的特性，热敏性很强的塑料称为热敏性塑料，如硬聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚甲醛等。热敏性塑料产生分解、变色事实上是高分子材料的变质、破坏，不仅影响塑料的性能，并且分解出气体或固体，特别是有的气体对人体、设备和模具都有损害，有的分解产物往往又是该塑料分解的催化剂，如聚氯乙烯的分解产物氯化氢，能促使高分子分解作用进一步加剧。因此，在模具设计、选择注射机及成型时都应特别注意。对热敏性特别强烈的塑料，可以在成型时中加入稳定剂，以减弱其热敏性。2.2.热固性塑料的工艺性能热固性塑料的工艺性能 热固性塑料的工艺性能与热塑性塑料有相同的地方，也有不同样的地方。其重要性能指标有收缩率、流动性、水分及挥发物含量与固化速度等。（1 1）收缩收缩性性 同热塑性塑料同样，热固性塑料经成型冷却也会发生尺寸收缩，其收缩率的计算方法与热塑性塑料相同。（2 2）流动性流动性 流动性的意义与热塑性塑料流动性相似，但热固性塑料通常以拉西格流动性来表达。其测量的原理如图 2-4 所示，将一定质量的欲测热固性塑料预压成圆锭，将圆锭放人标准压模中，在一定温度和压力下，测定它从模孔中挤出的长度(毛糙部分不计在内)，此即拉西格流动性，其数值大则流动性好。图 2-4 拉西格流动性测定仪 每一种热固性塑料的流动性都可分为三个不同等级：拉西格流动值为 10013lmm，用于压制无嵌件、形状简朴、厚度一般的塑件。拉西格流动值为 131150mm，用于压制中档复杂限度的塑件；拉西格流动值为 150180mm，用于压制结构复杂、型腔很深、嵌件较多的薄壁塑件或用于压注成型。（3 3）比体积比体积(比容比容)与压缩率与压缩率 比体积是单位质量的塑料所占的体积；压缩率为塑料与成型后塑件两者体积之比，其值恒大于 1。比体积与压缩率均表达粉状或短纤维状塑料的松散限度，比体积和压缩率较大时，说明塑料内充气多，排气困难，成型周期长，生产率低，规定加料腔体积大。比体积和压缩率较小时，有助于压锭和压缩、压注。各种塑料的比体积和压缩率是不同的。（4 4）水分和挥发物含量水分和挥发物含量 热固性塑料中的水分和挥发物来自两方面，一是塑料生产过程遗留下来的以及成型前在运送、储存时吸取的；二是成型过程中化学反映产生的副产物。若成型时塑料中的水分和挥发物过多又解决不及时，则会产生如下问题：塑料的流动性增大、易产生溢料，成型周期长，收缩率大，塑件容易产气愤泡、组织疏松、翘曲变形、波纹等缺陷。此外，有的气体对模具有腐蚀作用，对人体有刺激作用，因此必须采用相应措施，消除或克制有害气体的产生。常见的措施有成型前对物料进行干燥解决，在模具中开设排气槽，模具表面镀铬等。（5 5）固化特性固化特性 固化特性是热固性塑料特有的性能，是指热固性塑料成型时完毕交联反映的过程。固化速度不仅与塑料品种有关，并且与塑件形状、壁厚、模具温度和成型工艺条件等有关。固化速度慢的塑料，会使成型周期变长，生产率减少；固化速度快的塑料，则不易成型大型复杂的塑件。2.22.2 常常用用的塑料的塑料 塑料的种类很多，目前全世界上投入生产的塑料有三百多种，并且每年都有新的塑料不断被研发出来。这三百多种塑料中，常用的有二十多种，下面分别简要介绍其名称、代号、性能及用途。2.2.12.2.1 常用的热塑性塑料常用的热塑性塑料 热塑性塑料的品种和牌号非常多，其中常见的有十多种，其名称和重要性能、用途如表 2-1 所示。表 2-1 常用热塑性塑料的名称及重要性能 中文名中文名 英文英文重要的性能重要的性能特点特点 用途举例用途举例 缩写缩写 聚 氯 乙烯 PVC 有软 PVC 和硬 PVC 之分。力学性能和电性能优良，耐酸碱，化学稳定性好，但软化点低。密度：1.11.38g/cm3，成型温度:160190。软 PVC 广泛用于食品和药品等的包装袋、包装盒；硬 PVC 广泛建筑行业，如塑料窗、水管等。聚乙烯 PE 聚乙烯是一种无味、无毒的可燃性白色塑料；根据其密度，又可分为为：低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯（MDPE）和高密度聚乙烯(HDPE)等牌号。聚乙烯具有比较高的机械强度，耐腐蚀性、电绝缘性(特别高频绝缘性)优良。密度：0.940.96g/cm3,成型温度：140220，但其制品容易发生应力裂纹而断裂。用途十分广泛，重要用来制造薄膜、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料，如电工胶布，排水管，卫生洁具等。聚丙烯 PP 密度小，耐疲劳、耐应力开裂；屈服强度、抗拉强度、抗压强度、硬度等力学性能均优于低压聚乙烯。耐热性较好，具有良好的电性能和高频绝缘性；基本上不吸水，有较好的化学稳定性。但 0以下易变脆，热变形温度较低，耐候性差，不耐磨，易老化。密度：0.90.91g/cm3 成型温度：160220。如汽车的挡泥板、通风管、风扇等；洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等。聚 苯 乙烯 PS 是一种无色、透明的塑料。光学性能非常好；但性脆，易裂；经改性后为的抗冲击聚苯乙烯(HIPS），提高了韧性和冲击强度：中档冲击强度级、高冲击强度级和超高冲击强度级但对成型工艺规定高，否则残余应力严重。密度：约 1.05g/cm3，成型温度：170250。聚苯乙烯经常被用来制作泡沫塑料制品，还可以和其他橡胶类型高分子材料共聚生成各种不同力学性能的产品。通过发泡后广泛应用做保温材料（如冰箱内胆）和隔震包装产品，家庭用品（餐具、托盘等）、各种一次性塑料餐具、透明 CD盒等。苯乙烯-丁二烯-丙 烯 晴共聚物 ABS ABS 有比较好的综合力学性能，熔体的流动性中档，容易进行注射成型，成型收缩率比较小（0.40.9%），制品尺寸稳定姓好，是用途广泛使用的工程塑料，常用来制造各种壳体和结构件，其制品设计寿命一般达成 2023。密度：约 1.11.3g/cm3，成型温度：160230。用途广泛，如汽车的仪表板，车轮盖，反光镜盒等；电冰箱、洗衣机、电话机、打印机等家庭和办公用品。聚 甲 基丙 烯 酸甲酯（俗称 有 机玻璃、亚克力）PMMA 透明度高，但比无机玻璃密度小得多，并且抵抗冲击震动，并具有良好的电绝缘性、染色性和装饰性能，通过改性后品种繁多。但易脆，不能承受高的应力；表面硬度低，容易被划伤。熔体流动性一般，注射成型时工艺控制不好容易影响透明度和强度。密度：约 1.11.3g/cm3，成型温度：160230。高档遮雨蓬，汽车灯罩，影碟、饮料杯、文具等。聚 酰 胺（通 称尼龙）PA 坚韧、耐磨、耐疲劳。吸水性高，熔点高（230315），熔融温度窄。熔体流动性大，容易溢边，成型后收缩厉害，尺寸不稳定。尼龙的牌号很多，常见的有 PA6，PA66，PA11，尼龙广泛用于工业上制作各种机械、化学和电器零件，如轴承、齿轮、高压密封扣圈、垫片、阀座、输油管、储油容器、PA12，PA610，PA1010 等，牌号不同，性能也相差很远。绳索、传动带、电池箱、电器线圈等 聚 碳 酸酯 PC 有良好的抵抗冲击和抗蠕变性能，比较耐寒耐热，力学和电绝缘性能优良，并具有比较好的透明度。制品成型收缩率小，尺寸精度高。但产品内应力大，易开裂。使用温度一般为-1565。电气和商业设备（计算机元件、连接器等），器具（食品加工机、电冰箱抽屉等），交通运送行业（车辆的前后灯、仪表板等）聚甲醛 POM 具有比较好的物理和力学性能：耐磨、耐水、耐腐蚀；尺寸稳定性好，吸水率很小；熔体流动性中档，但熔融的温度范围小，热敏感性强；制品热稳定性差，容易燃烧，容易老化。各种齿轮和轴承。由于它还具有耐高温特性，因此还常用于管道器件如管道阀门、泵壳等。聚 四 氟乙烯 PTFE或 F4 俗称塑料王。它具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性、密封性、高润滑不粘性、电绝缘性和良好的抗老化耐力。能在-180至+250的温度下长期工作。自润滑轴承、活塞，高压锅密封圈等.在医疗上可以作为人工心、肺等。聚 对 苯二 甲 酸丁 二 醇酯 PBT 具有高耐热性、韧性、耐疲劳性，自润滑、低摩擦系数，耐候性、吸水率低，仅为 0.1%，在潮湿环境中仍保持各种物性（涉及电性能）、电绝缘性。耐热水、碱类、酸类、油类、但易受卤化烃侵蚀，耐水解性差，低温下可迅速结晶，成型性良好。但冲击强度低，成型收缩率大。故大部分采用玻璃纤维增强或无机填充改性，其拉伸强度、弯曲强度可提高一倍以上，热变形温度也大幅提高。可以在140下长期工作，玻纤增强后制品纵、横向收缩率不一致，易使制品发生翘曲。PBT 通过增强、改性后作为汽车中的分派器、车体部件、点火器线圈骨架、绝缘盖、排气系统零部件、摩托车点火器、电子电器工业中如电视机的偏转线圈，显象管和电位器支架，伴音输出变压器骨架，适配器骨架等 聚苯醚 PPO 强度高，减磨性、耐热性好，能经受蒸汽消毒。长期使用温度范围为-127121，无载荷下间断工作可达 204。可作较高温度下使用的齿轮、风叶、阀等零件，可代替不锈钢使用；可制作螺丝、紧固件及连接件等。2.2.2 常见的常见的热固性塑料热固性塑料 相比较热塑性塑料，热固性塑料的品种与牌号相对比较少。常见热固性塑料如表2-2 所示。表 2-2 常见热固性塑料的名称和重要性能 中文名 英 文缩写 重要性能 用途举例 酚 醛 树脂 PF 是使用最早、产量最高的热固性塑料。其成本低，易模塑。有低蠕变和良好刚性，耐酸和溶剂，但不耐碱。仅能着暗色，冲击强度差。酚醛树脂为基体的酚醛塑料品种很多，应用广泛：如添加玻璃纤维后得到酸醛玻璃钢制品；添加木粉后得到胶木，广泛用于电气开关；添加石棉纤维后用于化工防腐和摩擦制动。环 氧 树脂 EP 有良好的力学、化学阻抗和电绝缘性能。工作温度可达 l30，耐盐水且耐候性好。成型收缩率小，易模塑成型各种电工和机械零件。环氧树脂与金属、无机材料和各种纤维有突出的黏结性能，因此用于微电子器件的塑封，并制造覆铜箔的印制电路板。脲 醛 塑料 UF 可制成半透明和不透明塑料，色泽如玉，俗称电玉塑料。容易着色、难燃、电绝缘性比 PF 好，使用最高温度、达l00。但抗冲击能力差，吸水率高，易吸潮变形开裂。用于制作瓶盖、纽扣、日用品和电工零件等。三 聚 氰胺 甲 醛塑料 MF 三聚氰胺甲醛树脂为基体，纤维素为填料，有多种添加剂的塑料。耐水和耐热比 UF 好，使用温度可达 l50。自熄并耐电弧，刚硬且表面有玻璃质感，无毒且不易沾污，但尺寸稳定性和冲击强度低。用于制造杯盘餐具、桌面层压板和电器零件。聚氨酯 UP 聚氨酯制品的密度为 61220 m3。制成高密度的泡沫制品，密度处在2501000 m3 范围。可以制成低密度的泡沫制品，密度处在 1080 m3 范围。软质的低密度泡沫，用于包装、床具和装潢。硬质的低密度泡沫，是绝热材料。用于保温冷藏，也用于防振和包装软质的高密度泡沫，用于汽车和家具的装饰皮革。硬质的高密度泡沫，用于家具外壳和鞋底。2.3 塑料塑料的的成型工艺成型工艺 塑料的成型工艺是指将塑料原料制导致最终塑料产品的方法和技术条件。常用的成型工艺有注射成型、挤出成型、压缩成型、压注成型、中空吹塑成型等。与之相应的塑料模具也分别称为注射模、挤出模、压缩模、压注模和中空吹塑模等。2.3.1 注射注射成型成型 塑料的注射成型，俗称注塑成型，是热塑性塑料最为普遍的一种成型工艺，其相应的成型模具称为塑料注射模，俗称注塑模。1.1.注射成型原理注射成型原理 注射成型所用的设备是注射机（俗称注塑机）。目前，注射机的种类很多，其中螺杆式注射机是应用最为广泛的一类注射机，其基本结构如图 2-5 所示。图 2-5 卧式螺杆式注塑机结构 1机身 2电机及液压泵 3注射液压缸 4齿轮箱 5电机及齿轮传动箱 6料斗 7螺杆 8加热器 9料筒 10喷嘴 11定模安装板 12注射模 13拉杆 14动模安装板 15合（开）模机构 16合模油缸 17螺杆传动齿轮 18螺杆花键 19油箱 注射成型的基本过程是，固态塑料（呈颗粒状或粉状）从注射机的料斗 6 进入加热的料筒 9 中，通过加热熔融塑化成为粘流态熔体，在注射机螺杆的高压推动下，以很大的流速通过喷嘴 10 进入模具 12 的型腔内，通过一定期间的保压冷却定型后，通过开模机构 15 将模具打开，最后取出制品。以上过程就是一个注射成型周期，通常从几秒钟至几分钟不等，时间的长短取决于塑件的大小、形状和厚度、模具的结构、注射机类型及塑料的品种和成型工艺条件等因素。图 2-6 所示为注射成型的工作循环图。图 2-6 注射成型工作循环 2.2.注射注射成型成型的的工艺参数工艺参数 在注射成型过程中，工艺条件的选择和控制是保证成型顺利进行和提高塑件质量的关键因素。注射成型最重要的工艺条件是温度、压力和时间。（1 1）温度）温度 在注射成型中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度。料筒温度料筒温度 料筒温度是保证塑料熔融塑化的最重要因素，在注射机中，整个料筒温度的分布是不均匀的，应使温度保持一定的梯度：料筒的后段（靠近料斗部分，即送料段)温度最低，重要是对塑料进行预备加热；中间段温度进一步提高，重要是对塑料进行加热、剪切、塑化；前段的温度最高，重要是对塑料进行最终的塑化、压实。喷嘴温度喷嘴温度 喷嘴温度通常略低于料筒最高温度，以防止熔料在喷嘴处产生“流涎”现象；但温度也不能太低，否则易堵塞喷嘴。料筒和喷嘴的温度还应与其它工艺条件结合起来考虑，假如采用较高的注射压力，料筒温度可以低些；相反，料筒温度应高些。假如成型周期长，塑料在料筒中受热时间长，料筒温度应稍低些；假如成型周期较短，则料筒温度应高些。模具温度模具温度 模具的温度越低，模腔内的塑料冷却速度越快，可以大大缩短成型周期，提高生产效率。但是模具温度太低，容易产生熔接痕、流纹、缩痕等缺陷，影响塑件的外观质重。模具温度过高，塑件冷却慢，成型周期加长；塑件脱模后容易翘曲变形，影响塑件的尺寸精度。（2 2）压力压力 注射成型中的压力，涉及塑化压力和注射压力。加料 合模 注射充模 保压补缩 冷却定型 开模 清模 塑件脱模 塑化 塑化压力（背压）塑化压力（背压）塑化压力是指采用螺杆式注射机时，螺杆顶部的熔体在螺杆旋转后退时所受的压力。塑化压力增长，熔体的温度及其均匀性会提高，塑料混合均匀，但塑化速率减少，延长成型周期。在实际生产中，在保证塑件质量的前提下，塑化压力应越低越好，一般为 6MPa左右，通常很少超过 20MPa。注射压力注射压力 指注射机注射时，螺杆或柱塞顶部对塑料熔体所施加的压力。其作用体现在两点：一是注射时克服流动阻力，使熔体顺利进入模腔；二是保压时对熔体进行压实和防止倒流。注射压力的大小取决于注射机的类型、塑料的种类、模具结构、模具温度、塑件的壁厚及浇注系统形式等。（3 3）时间时间 完毕一次塑件成型过程所需的时间称为注射成型周期。成型周期重要由以下几部分时间组成：注射时间（一般充模时间 35s、保压时间 20120s）、合模与冷却时间(一般为 30120s)、其他时间（开模、脱模、喷涂脱模剂、安放嵌件、合模时间）等。2.3.2 压缩成型压缩成型 压缩成型，又称压塑成型、模压成型、压制成型，重要用于热固性塑料（如酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、脲甲醛等）的成型，其相应的模具称为压缩模具，使用的设备是压力机。1.压缩成型的原理压缩成型的原理 压缩成型的基本原理如图 2-7 所示，先将模具加热至塑料的熔融温度，然后将计量好的塑料放入模具型腔或加料室，闭合模具后对型腔内的熔融塑料施加压力，塑料在高热、高压作用下呈软化粘流状，经一定期间冷却后固化定型，即可得到所需形状的塑件。在特定的工艺条件下，压缩成型也可以成型某些特殊的热塑性塑料毛坯，如难以熔融的聚四氟乙烯（俗称的“塑料王”）、光学性能很高的树脂镜片、轻微发泡的硝酸纤维素汽车方向盘等。（a）加料 （b）压缩 （c）脱模 图 2-7 压缩成型 1上模座 2上凸模 3凹模 4下凸模 5下模板 6下模座 2.压缩压缩成型的特点成型的特点 塑料的压缩成型具有如下优点：成型设备和模具都比较简朴；成型工艺容易控制；成型的压力大、制品密实、变形小；能成型流动性差的塑料；易成型大中型塑件等。但是，采用压缩成型也有明显的缺陷，如生产周期长，效率低，难以实现自动化，工人的劳动条件差、劳动强度大，不能成型精度高、带有深孔、形状复杂和带有精细嵌件的塑件，对模具材料的性能规定高等。2.3.3 压注成型压注成型 压注成型又称传递成型，是在压缩成型的基础上发展起来的一种热固性塑料成型方法。其基本原理与压缩成型相似，不同的是其模具没有单独的加料室。压注成型的