资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,目录,绪论,0.1塑料成型在塑料工业中的发展概况,0.1.1塑料及塑料工业的发展,0.1.2塑料成型在塑料工业生产中的地位,0.1.3塑料成型技术的发展方向,0.1.4塑料模具设计及加工技术的发展方向,0.2塑件的生产工序,0.2.1塑件的生产,0.2.2.塑件的生产工序流程,上一页,下一页,返回,目录,0.3本课程内容、目标和学习要求,0.3.1本课程的主要内容,0.3.2学习本课程应达到的目标,0.3.3本课程学习要求,第1章塑料概述,1.1高聚物的分子结构与特性,1.1.1树脂简介,1.1.2高分子与低分子的区别,1.1.3高聚物的分子结构与特性,1.1.4结晶型与非结晶型高聚物的结构及性能,目录,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,1.2.1塑料的热力学性能,1.2.2塑料的加工工艺性能,1.2.3高聚物的结晶,1.2.4塑料成型过程中的取向行为,1.2.5高聚物的降解,1.2.6聚合物的交联,1.3塑料的组成与分类,1.3.1塑料的组成,1.3.2塑料的分类,目录,1.4塑料的工艺性能,1.4.1热塑性塑料的工艺性能,1.4.2热固性塑料的工艺性能,1.5常用塑料,1.5.1热塑性塑料,1.5.2热固性塑料,1.6 复习思考题,第2章塑料成型原理与工艺,2.1 注射成型原理与工艺,2.1.1注射成型原理和特点,2.1.2注射成型工艺过程,目录,2.1.3注射成型工艺条件选择,2.2压缩成型原理与工艺,2.2.1压缩成型原理和特点,2.2.2压缩成型工艺过程,2.2.3压缩成型工艺条件的选择,2.3压注成型原理与工艺,2.3.1压注成型工作原理和特点,2.3.2压注成型的工艺过程和工艺条件,2.4挤出成型原理与工艺,2.4.1挤出成型原理,2.4.2挤出成型的工艺过程,目录,2.4.3挤出成型工艺参数,2.5塑料成型工艺的制订,2.5.1塑件的分析,2.5.2塑料成型方法及工艺过程的确定,2.5.3成型设备和工具的选择,2.5.4成型工艺条件的选择,2.5.5工艺文件的制定,2.6复习思考题,第3章塑料模具设计基础,3.1 塑件的工艺性,上一页,下一页,返回,目录,3.1.1塑件的尺寸、精度和表面质量,3.1.2塑件的几何形状,3.1.3塑料螺纹和齿轮,3.1.4带嵌件的塑件设计,3.2 塑料模的分类和基本结构,3.2.1塑料模的分类,3.2.2塑料模的基本结构,3.3 塑料模分型面的选择,3.3.1分型面及其基本形式,3.3.2分型面的数量,3.3.3分型面选择原则,上一页,下一页,返回,目录,3.4 成型零件的设计,3.4.1成型零件的结构设计,3.4.2成型零件的工作尺寸计算,3.5结构零件的设计,3.5.1合模导向装置的设计,3.5.2支承零件的设计,3.6塑料模的设计程序,3.6.1接受任务书,3.6.2搜集、分析和消化原始资料,3.6.3设计模塑成型工艺,3.6.4熟悉成型设备的技术规范,上一页,下一页,返回,目录,3.6.5确定模具结构,3.6.6模具设计的有关计算,3.6.7模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制,3.6.8模具结构总装图和零件工作图的绘制,3.6.9校对、审图后用计算机出图,3.7复习与思考,第4章注射模具设计,4.1 注射模的分类及典型结构,4.1.1概述,4.1.2注射模的结构组成,4.1.3注射模的分类及典型结构,目录,4.2注射模与注射机的关系,4.2.1注射机的分类及技术规范,4.2.2注射机有关参数的校核,4.3浇注系统的设计,4.3.1普通浇注系统设计,4.3.2热流道浇注系统的设计,4.3.3排气和引气系统的设计,4.4推出机构的设计,4.4.1推出机构的结构组成,4.4.2简单推出机构,上一页,下一页,返回,目录,4.4.3二次推出机构,4.4.4双推出机构与顺序推出机构,4.4.5点浇口浇注系统凝料的自动推出机构,4.4.6带螺纹塑件的脱模机构,4.5侧向分型与抽芯机构的设计,4.5.1概述,4.5.2斜导柱侧向分型与抽芯机构,4.5.3斜滑块分型与抽芯机构,4.5.4其他形式的侧向分型抽芯机构,目录,4.6热固性塑料注射模设计简述,4.6.1概述,4.6.2模具设计要点,4.7模具加热与冷却系统设计,4.7.1概述,4.7.2冷却系统设计,4.7.3冷却系统的结构设计,4.7.4冷却水道的计算,4.7.5加热系统设计,4.8思考与练习,目录,第5章压缩模设计,5.1压缩模结构及分类,5.1.1压缩模的基本结构,5.1.2压缩模的分类,5.2 压缩模与压力机的关系,5.2.1压力机种类,5.2.2压力机有关参数的校核,5.3压缩模的设计,5.3.1塑件在模具内加压方向的确定,5.3.2凸凹模配合形式,5.3.3凹模加料室尺寸的计算,目录,5.3.4压缩模脱模机构设计,5.3.5压缩模的侧向分型抽芯机构,5.4复习与思考,第6章压注模设计,6.1压注模类型与结构,6.1.1压注模类型,6.1.2压注模结构,6.2 压注模结构设计,6.2.1加料室设计,6.2.2浇注系统设计,6.2.3排气槽设计,目录,6.3复习思考题,第7章挤塑模设计,7.1概述,7.1.1挤塑成型机头典型结构分析,7.1.2挤出成型机头分类和设计原则,7.1.3挤出成型机及辅助设备,7.2管材挤出成型机头,7.2.1挤出成型机头结构,7.2.2工艺参数的确定,7.2.3管材的定径,目录,7.3异型材挤出成型机头,7.3.1板式机头,7.3.2流线型机头,7.4复习思考题,第8章其他成型模具,8.1中空吹塑成型模具,8.1.1中空吹塑成型工艺分类,8.1.2吹塑塑件设计,8.1.3吹塑模具设计,8.2真空成型模具,8.2.1真空成型工艺分类,目录,8.2.2真空成型塑件设计,8.2.3真空成型模具设计,8.3压缩空气成型模具,8.3.1压缩空气成型工艺,8.3.2压缩空气成型模具设计,8.4复习与思考,附录,附录1常用塑料名称中英文对照表,附录2内地与港台(珠三角)地区模具与加工设备术语对照表,附录3常用塑料的收缩率,目录,附录4常用热塑性塑料的软化或熔融温度范围,附录5常用塑料的质量(密度或比重),附录6国产注塑机型号及主要技术性能参数(1),附录7国产注塑机型号及主要技术性能参数(2),参考文献,绪论,0.1塑料成型在塑料工业中的发展概况,0.2塑件的生产工序,0.3本课程内容、目标和学习要求,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,0.1.1塑料及塑料工业的发展概况,塑料是以相对分子质量高的合成树脂为主要成分，并加入其他添加剂，在一定温度和压力下塑化成型的高分子合成材料。一般相对分子质量都大于一万，有的可达百万。在加热、加压条件下具有可塑性，在常温下为柔韧的固体。可以使用模具成型得到我们所需要的形状和尺寸的塑料制件。其他的添加剂主要有填充剂、增塑剂、固化剂、稳定剂等其他配合剂。,塑料工业是一门新兴的工业。塑料最初品种不多，对它们的本质理解不足，在塑件生产技术上，只能从塑料与某些材料如橡胶、木材、金属和陶瓷等制品的生产有若干相似之处而进行仿制。,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,从1910年生产酚醛塑料开始，塑料品种渐多，在生产技术和方法上都有显著的改进。虽然塑料工业的发展只有近100年的历史，但其发展速度却十分迅速，1910年世界塑料产量只有2万吨，到2003年产量达到了1.28亿吨。目前，塑料品种已有300多种，并且每年仍然在以10%左右的速度增长。,我国的塑料工业起步于20世纪50年代初期，新中国成立前夕，我国只有上海、广州、武汉等个别大城市有塑件加工厂，只有酚醛和赛璐洛两种塑料，1949年全国塑料总产量仅有200吨，从1958年我国第一次人工合成酚醛塑料开始，我国的塑料工业得到迅猛发展，1958年我国塑料产量为2.4万吨，1965年为13.9万吨，70年代中期引进的几套化工装置的建成投产，使塑料工业有了一次大的飞跃。,上一页,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,近20年来产量和品种都大大增加，许多新颖的工程塑料已投入批量生产。2009年，中国塑料加工工业协会会长廖正品在包头召开的首届中国塑料产业论坛上说，我国塑料工业发展前景广阔，西部地区发展潜力巨大。当今，中国塑料市场巨大，蕴藏着无限商机。今天，我国的塑料工业已形成具有相当规模的完整体系。行业总体形势是好的。开发新产品，掌握新技术已经得到企业的普遍重视。个新产品通过不同级别的鉴定，投入市场。中国塑料机械技术通过消化吸收国外先进制造技术，开发具有国际先进水平的产品，新产品新技术开发速度加快。进行重大创新，也取得了显著成绩。总之，在塑料材料的消耗量上，塑料新产品、新工艺、新设备的研究、开发与应用上都取得了可喜的成就。,上一页,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,塑料已渗透人们生活和生产的各个领域，在家用电器、仪器仪表、机械制造、化工、医疗卫生、建筑器材、汽车工业、农用器械、日用五金以及兵器、航空航天和原子能工业中，塑料已成为替代部分钢铁、木材、皮革等材料的发展成为各个行业中不可缺少的一种化学材料，并和钢铁、木材、水泥一起成为现代社会中的四大基础材料。塑料制件已成为国民经济中不可缺少的重要材料之一。,塑件的应用:,农业:薄膜、管道、片板、绳索和编织袋等，农田水利工程(多选用塑料管)，农舍建筑。,交通运输:门把手、转向盘、仪表板等。,电气工业:电线、电缆、开关、插头、插座绝缘体、家用电器、计算机(键盘套件、显示器外壳)等及各种通信设备等。,上一页,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,通信产品:电话机、手机、传真机等外壳。,日常生活用品:塑料桶、塑料盆、热水器外壳、塑料袋、航空茶杯、尼龙绳等。,医疗:人工血管、输液器、输血袋、注射器、插管、检验用品、病人用具、手术室用品等。,塑料广泛应用于各个领域，品种繁多，性能也各不相同。归纳起来，塑料主要具有以下优良特性。,1.塑料密度小、质量轻,2.比强度和比刚度高,3.绝缘性能好,4.化学稳定性高,上一页,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,5.耐磨、自润滑性能以及减振、隔声性能都较好,6.成型性能、着色性能好，且有多种防护性能(防水、防潮、防辐射),塑料虽具有上述优异的特性，但在某些性能上也存在着不足之处，如机械强度和硬度远不及金属材料的高，耐热性也低于金属，导热性差，且吸湿性大易老化等，塑料的这些缺点或多或少地影响和限制了它的应用范围。,从发展趋势看，对现有的各种聚合物进行改性仍是目前和今后一段时间内对塑料材料进行开发和应用研究的主要任务。主要是继续扩大和完善新的聚合物高分子材料品种，对各种添加剂继续向低毒、高效和非污染的方向发展，同时改善胶料的工艺加工性能、节约能耗、提高产品质量、满足高速加工设备和高效加工工艺的要求，并减少环境污染、提高配料的准确性和发挥助剂的协同效能。,上一页,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,0.1.2塑料成型在塑料工业生产中的地位,塑料成型工业自1872年开始到现在已度过仿制、扩展和变革的时期。塑料成型是把塑料原材料加热到一定温度注入具有一定形状和尺寸的模具中，待其冷却后，获得塑件的过程。塑料成型工艺与模具是一门在生产实践中逐步发展起来，又直接为生产服务的应用型技术科学，是一种先进的加工方法。它的主要研究对象是塑料和塑件所采用的模具。,模具是铸造、锻压、冲压、塑料、玻璃、粉末冶金、陶瓷等行业的重要工艺装备，在现代工业生产中广泛地采用各种模具进行产品生产。,上一页,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,模具的设计和制造水平在很大程度上反映和代表了一个国家机械工业的综合制造能力和水平。塑料模是模具的一种，是指用于成型塑料制件的模具，它是一种型腔模具的类型。,采用模具加工制造产品零件已涉及仪器仪表、家用电器、交通、通信和轻工业等各行业中，发达的工业国家，模具的工业产值已超过了传统的机床行业的产值。据日本1991年统计，其全国一万多家企业中，生产塑料模和冲压模的企业各占4000，模具工业已实现了高度的专业化、标准化、商品化;而韩国的模具工业专业厂中，有43%生产塑料模，44.8%生产冷冲模。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量的日益增加，并且产品的更新换代周期的日益缩短，塑料模在模具中的比例在逐步提高。,上一页,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,20世纪80年代以来，我国模具工业迅速发展，1989年国务院颁布了当前产业政策要点的决定，把模具制造列在重点支持技术改造的产业、产品中的首位，我国模具工业年均增速达13001500。2006-2010年15月我国模具制造行业工业销售产值增长情况如,图0-1,所示。,在加工工业中，塑料成型是一种广泛应用的加工方法。生产过程易于实现机械化自动化，成型过程中设备操作简便，生产率高，成本较低，加工的塑料制件具有高度一致性，尤其适合在大批量的生产条件。塑料可加工成任意形状的塑料制件，且经塑料成型出来的制件，具有质量轻、强度好、耐腐蚀、绝缘性能好、色泽鲜艳、外观漂亮等优点。,上一页,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,由于塑料成型在技术上和经济上的优良特点，高分子材料已进入所有工业领域以及人们的日常生活，并显示出其巨大的优越性和发展潜力。,当今世界把一个国家的高分子材料的消耗量和聚合物成型加工的工业水平，作为衡量一个国家工业发展水平的重要标志之一。可以说，离开聚合物成型加工工业，现代国民经济各部门和高科技领域不可能生存，更不可能发展。,0.1.3塑料成型技术的发展方向,在现代塑料制件的生产中，影响制品生产和质量的三个重要因素为合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具。因此，从塑料模的设计、制造以及模具材料的选择，是塑料成型技术的主要发展方向。,上一页,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,1.塑料成型理论和成型工艺,模具设计已逐步向理论设计方面发展，目前为止，挤出成型的流动理论和数学模型已经建立，并在生产中得到应用;注射成型的流动理论尚在进一步研究中。完善和发展塑料成型理论，以便更好地指导实际生产以提高塑料产品的质量和生产效率,2.模具的标准化,为降低模具成本，缩短模具的制造周期，模具的标准化工作需要进一步加强。,3.塑料制件的精密化、微型化、超大型化,上一页,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,4.生产的高效率、自动化,简化塑件的成型工艺，缩短生产周期，是提高生产率的有效办法。近年来，正在大力应用电子计算机来控制加工成型过程，已经研制成功了数控热固性塑料注射机、计算机群控注射机等。,0.1.4塑料模具设计及加工技术的发展方向,塑料模具对塑料加工工艺的实现，保证塑件的形状、尺寸及公差起着极重要的作用。产品的生产和更新都是以模具制造和更新为前提的，高效率、全自动的设备只有配备了适应自动化生产的塑料模才有可能发挥其效能。由于工业塑件和日用塑件的品种和产量需求日益增加，对塑料模具也提出了越来越高的要求，因此推动了塑料模具不断向前发展。,上一页,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,1.提高模具的使用寿命,模具材料的选用直接影响模具的加工成本、使用寿命及塑件成型的质量等，因此，应不断地采用新材料、新技术、新工艺，以提高模具的质量。,2.模具加工技术的革新,为了提高加工精度，缩短模具的制造周期，塑料模具的加工已经广泛地应用了仿形加工、电加工、数控加工以及微机控制加工等先进的加工技术，并且使用了坐标撞、坐标磨和三坐标测量仪等精密加工和测量设备，超塑性成型和电铸成形型腔以及简易制模工艺等先进的型腔加工新工艺。,上一页,下一页,返回,0.1 塑料成型在塑料工业中的发展概况,3.推广应用CAD/CAM,采用CAD/CAM进行产品设计以及模具设计、制造，比传统方式更迅捷、更方便、更合理，在缩短模具设计制造周期的同时可以更容易保证模具的制造质量。,4.模具的“三化”,为适应模具工业的发展必须大力发展模具的标准化、系列化以及专业化，其中模具的标准化是前提条件，实现模具的“三化”有利于分工明确、配套协作，进一步提高模具的制造质量和缩短模具的生产制造周期。,上一页,返回,0.2 塑件的生产工序,0.2.1塑件的生产,塑件生产的一般加工过程为:原料合成树脂塑料的配制塑料成型。,塑件的生产从塑料原料的生产到塑件的生产，包含了三个生产过程:第一生产过程是从原料经过聚合反应生成合成树脂;第二生产过程是加入助剂混合得到塑料，即为生产塑件的原材料;第三生产过程是根据塑料性能，利用各种成型加工手段，使其成为具有一定形状和使用价值的塑件。,生产中一般第一过程和第二过程属于塑料生产部门，通常由树脂厂来完成。第三过程属于塑件生产部门。,下一页,返回,0.2 塑件的生产工序,但对于大型塑件生产厂家，为了满足塑件的多样性要求，生产中也有将第二过程归入塑件的生产范围，即以合成树脂作为原材料，添加助剂后，再成型加工。,0.2.2塑件的生产工序流程,根据各种塑料的固有性能，使其成为具有一定形状又有使用价值的塑件，是一个复杂而繁重的过程。在塑件工业生产中，塑件的生产系统主要是由塑料的成型、机械加工、修饰和装配四个连续过程组成的，如,图0-2,所示。有些塑料在成型前需进行预处理(顶压、预热、干燥等)，因此，塑件生产的完整工序顺序为:塑料原料(预处理)成型机械加工修饰装配塑件。,上一页,下一页,返回,0.2 塑件的生产工序,在这四个过程中，塑料的成型最为重要，是一切塑件或型材生产必不可少的过程。成型的种类很多，如注射成型、压缩成型、压注成型、挤出成型、层压以及压延等。其他三个过程取决于塑件的要求，也就是说，不是每种塑件都须完整地经过这些过程。机械加工是用来完成成型过程所不能完成或完成得不够准确的一些工作;修饰主要是为美化塑件的表面或外观;装配是将各个已经完成的塑料部件连接或配套使其成为一个完整制品的过程。后三个过程有时统称为二次加工或后加工。对比来说，二次加工过程常居于次要地位。,塑料成型的方法很多，按成型过程中物理状态不同，塑料成型加工的方法可分为熔体成型与固相成型两大类。,上一页,下一页,返回,0.2 塑件的生产工序,熔体成型也叫熔融成型，它是把塑料加热至熔点以上，使之处于熔融状态进行成型加工的一类方法。属于此类成型加工方法的主要有注射成型、压缩成型、压注成型、挤出成型、旋转成型、离心浇铸成型、粉末成型等。熔体成型约占全部塑件加工量的90%以上。其共同特点是塑料在熔融状态下利用模具来成型具有一定形状和尺寸的塑件(简称塑件或制品)。成型塑件的模具叫塑料成型模具(简称塑料模)。,上一页,下一页,返回,0.2 塑件的生产工序,固相成型是泛指在室温条件下对尚处于固态的热塑性坯材施加机械压力作用，使其成为塑件的一种方法，其中对非结晶类的塑料在玻璃化温度以上、黍占流温度以下的高弹态区域加工的常称为热成型，如真空成型、压缩空气成型、压力成型等，而在玻璃化温度以下加工的则称作冷成型或室温成型，也常称作塑料的冷加工方法或常温塑性加工，包括在常温下的塑料粉末压延薄膜、片材辊轧、坯料或粉末塑料的模压成型以及二次加工等。,上一页,返回,0.3 本课程内容、目标和学习要求,“塑料成型工艺及模具设计”课程是高职高专模具专业学生的主要专业课之一，它是以高分子材料、流体力学、热处理、材料成型理论等为理论基础，是一门实践环节强的综合性应用课程。,0.3.1本课程的主要内容,本课程的主要内容包括塑件主要成型方法的原理、特点、工艺过程、主要工艺参数的选定及对塑件性能的影响;主要设备的结构特性、工作原理、技术参数及设备的选型，结合设备特点及工艺条件对塑件性能的影响及关系。课程设置目的是使学生能够较快地适应生产实际的要求，获得塑料成型工艺、模具设计和设备技术的基础知识和综合应用能力。,下一页,返回,0.3 本课程内容、目标和学习要求,0.3.2学习本课程应达到的目标,要了解塑料的工艺特性与成型机理，掌握各种常用塑料在各种成型过程中对模具的工艺要求，掌握成型工艺所必备的各种技术知识。,在模具设计方面，要求学生掌握各种成型模具的结构特点及设计计算方法，在全面掌握塑料的特性与成型工艺性能、成型特点，模具零件的加工工艺性，标准件的选用等的基础上，初步具备分析、解决生产现场中出现的质量问题的能力。,在塑件设计方面，在掌握正确分析塑件工艺性的基础上，根据塑料成型特点进行一般塑料制件工艺设计。,上一页,下一页,返回,0.3 本课程内容、目标和学习要求,在模具制造方面，了解塑料模具的制造特点，根据不同情况选用模具型腔加工新工艺;能够编制型芯和型腔的加工工艺规程。,0.3.3本课程学习要求,在密切结合工艺过程的前提下，尽可能地对每种工艺所依据的原理、生产控制因素以及在工艺过程中塑料所发生的物理与化学变化和它们对制品性能的影响具有清晰的概念，并进一步理解各种成型工艺所能适应的塑料品种及其优缺点。此外，还要求学生了解塑料模具的装配、试模、验收、使用和维修方面的知识，能够提出由于模具设计或制造不当而造成的各种塑件的缺陷，操作困难的原因所在及其解决办法。,上一页,下一页,返回,0.3 本课程内容、目标和学习要求,塑料成型工艺及模具设计是一门课程实践性和综合性很强的课程，需要不断地将理论联系实际，结合教学的实训环节，丰富课程内容。加强自身的自学能力，主动参考有关资料。在学习本课程时，还要注意学习国内外的新技术、新工艺、新经验，为成型加工技术的发展做出贡献。,上一页,返回,图 0-1,返回,图 0-2,返回,塑料成型工艺及模具设计,第1章 塑料概述,1.1高聚物的分子结构与特性,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,1.3塑料的组成与分类,1.4塑料的工艺性能,1.5常用塑料,1.1 高聚物的分子结构与特性,1.1.1树脂简介,树脂分为天然树脂和合成树脂。,天然树脂是天然的固体或半固体无定型不溶于水的物质，常为植物渗出物，如松脂。,合成树脂是由一种或几种简单化合物通过聚合反应而生成的一种高分子化合物，也叫聚合物，这些简单的化合物也叫单体。塑料的主要成分是树脂，而树脂又是一种聚合物，所以分析塑料的分子结构实质上是分析聚合物的分子结构。,1.1.2高分子与低分子的区别,高分子聚合物具有巨大的相对分子质量。,下一页,返回,1.1 高聚物的分子结构与特性,一般的低分子物质的相对分子质量仅为几十至几百，如一个水分子相对分子质量为18，而一个高分子聚合物的分子相对分子质量可达到几万乃至几十万、几百万。原子之间具有很大的作用力，分子之间的长链会蜷曲缠绕。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。,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。,上一页,下一页,返回,1.1 高聚物的分子结构与特性,1.1.3高聚物的分子结构与特性,1.聚合物分子链结构示意图,如果聚合物的分子链呈不规则的线状(或者团状)，聚合物是由一根根分子链组成的，则称为线型聚合物，如,图1-1(a),所示。如果在大分子的链之间还有一些短链把它们连接起来，成为立体结构，则称为体型聚合物，如,图1-1(b),所示。此外，还有一些聚合物的大分子主链上带有一些或长或短的小支链，整个分子链呈枝状，如,图1-1(c),所示，称为带有支链的线型聚合物。,2.聚合物的性质,聚合物的分子结构不同，其性质也不同。,上一页,下一页,返回,1.1 高聚物的分子结构与特性,线性聚合物的物理特性为具有弹性和塑性，在适当的溶剂中可溶解，当温度升高时，则软化至熔化状态而流动，可以反复成型，这样的聚合物具有热塑性。,体型聚合物的物理特性是脆性大、弹性较高和塑性很低，成型前是可溶和可熔的，而一经硬化成型(化学交联反应)后，就成为不溶不熔的固体，即便在更高的温度下(甚至被烧焦碳化)也不会软化，因此，又称这种材料具有热固性。,1.1.4结晶型与非结晶型高聚物的结构及性能,聚合物由于分子特别大且分子间引力也较大，容易聚集为液态或固体，而不形成气态。固体聚合物的结构按照分子排列的几何特征，可分为结晶型和非结晶型(或无定形)两种。,上一页,下一页,返回,1.1 高聚物的分子结构与特性,1.结晶型聚合物,结晶型聚合物由“晶区”(分子处于有规则紧密排列的区域)和“非晶区”(分子处于无序状态的区域)所组成，如,图1-2,所示。晶区所占的质量分数称为结晶度，例如低压聚乙烯在室温时的结晶度为85 009000。通常聚合物的分子结构简单，主链上带有的侧基体积小、对称性高，分子间作用力大，则有利于结晶;反之，则对结晶不利或不能形成结晶区。结晶只发生在线性聚合物和含交联不多的体型聚合物中。,结晶对聚合物的性能有较大影响。由于结晶造成了分子紧密聚集状态，增强了分子间的作用力，所以使聚合物的强度、硬度、刚度、熔点、耐热性和耐化学性等性能有所提高，但与链运动有关的性能如弹性、伸长率和冲击强度等则有所降低。,上一页,下一页,返回,1.1 高聚物的分子结构与特性,2.非结晶型聚合物,对于非结晶聚合物的结构，过去一直认为其分子排列是杂乱无章的、相互穿插交缠的。但在电子显微镜下观察，发现无定形聚合物的质点排列不是完全无序的，而是大距离范围内无序，小距离范围内有序，即“远程无序，进程有序”。体型聚合物由于分子链间存在大量交联，分子链难以作有序排列，所以绝大部分是无定形聚合物。,上一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,1.2.1塑料的热力学性能,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.塑料的热力学性能,(1)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)、高弹态和茹流态，图1-3所示为线型无定形聚合物和线型结晶型聚合物受恒定压力时变形程度与温度关系的曲线，也称热力学曲线。,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,1)玻璃态,塑料处于温度Tg以下的状态，为坚硬的固体，是大多数塑件的使用状态。Tg称为玻璃化温度，是多数塑料使用温度的上限。T,b,是聚合物的脆化温度，是塑料使用的下限温度。,2)高弹态,当塑料受热温度超过T,F,时，由于聚合物的链段运动，塑料进入高弹态。处于这一状态的塑料类似橡胶状态的弹性体，仍具有可逆的形变性质。,从图中曲线1可以看到，线型无定形聚合物有明显的高弹态，而从曲线2可看到，线型结晶聚合物无明显的高弹态，这是因为完全结晶的聚合物无高弹态。,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,或者说在高弹态温度下也不会有明显的弹性变形，但结晶型聚合物一般不可能完全结晶，都含有非结晶的部分，所以它们在高弹态温度阶段仍能产生一定程度的变形，只不过比较小而已。,3)黍占流态,当塑料受热温度超过T时，由于分子链的整体运动，塑料开始有明显的流动，塑料开始进入茹流态变成茹流液体，通常也称之为熔体。塑料在这种状态下的变形不具可逆性质，一经成型和冷却后，其形状永远保持下来。,(2)热固性塑料在受热时的物理状态,热固性塑料在受热时，由于伴随着化学反应，它的物理状态变化与热塑性塑料明显不同。,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,开始加热时，由于树脂是线结构，和热塑性塑料相似，加热到一定温度后，树脂分子链运动使之很快由固态变成茹流态，这使它具有成型的性能。,但这种流动状态存在的时间很短，很快由于化学反应的作用，分子结构变成网状，分子运动停止了，塑料硬化变成坚硬的固体。再加热后仍不能恢复，化学反应继续进行，分子结构变成体型，塑料还是坚硬的固体。当温度升到一定值时，塑料开始分解。,1.2.2塑料的加工工艺性能,塑料在受热时的物理状态决定了塑料的成型加工性能,。,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,当温度高于T,f,时，塑料由固体状的玻璃态转变为液体状的茹流态即熔体。从T,f,开始，分子热运动大大激化，材料的弹性模量降低到最低值，这时塑料熔体形变特点是，在不太大的外力作用下就能引起宏观流动，此时形变中主要是不可逆的茹性形变，冷却聚合物就能将形变永久保持下来。因此，这一温度范围常用来进行注射、挤出、吹塑和贴合等加工。,过高的温度将使塑料的茹度大大降低，不适当地增大流动性容易引起诸如注射成型中的溢料、挤出塑件的形状扭曲、收缩和纺丝过程中纤维的毛细断裂等现象。温度高到分解温度附近还会引起聚合物分解，以致降低产品物理力学性能或引起外观不良等。,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,1.2.3高聚物的结晶,1.结晶的概念,聚合物两大类型:结晶聚合物和非结晶聚合物。非晶聚合物又叫无定形聚合物。,结晶和非结晶聚合物的主要区别:聚合物高温熔体向低温固态转变的过程中分子链的构型(结构形态)能否得到稳定规整的排列，可以则为结晶形，反之为非结晶形。,可以结晶的有:分子结构简单、对称性高的聚合物，如聚乙烯、聚偏二氯乙烯和聚四氟乙烯等。一些分子链节虽然较大，但分子之间作用力也很大的聚合物，如聚酞胺、聚甲醛等。,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,难结晶的:分子链上有很大侧基的聚合物，如聚苯乙烯、聚醋酸乙烯酸和聚甲基丙烯酸甲醋等。分子链刚性大的聚合物，如聚矾、聚碳酸醋和聚苯醚等。,结晶聚合物与非结晶聚合物的物理力学性能的差异:结晶聚合物一般都具有耐热性、非透明性和较高的强度，而非结晶聚合物刚好与此相反。另外，两者注射成型性能都有很大差异。,2.结晶对聚合物性能的影响,(1)密度,结晶意味着分子链已经排列成规整而紧密的构型，分子间作用力强，密度随结晶度的增大而提高。,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,(2)拉伸强度,由于结晶以后聚合物大分子之间作用力增强，抗拉强度也随着提高。,(3)冲击韧度,结晶态聚合物因其分子链规整排列，冲击韧度均比非晶态时降低。,(4)弹性模量,结晶态聚合物的弹性模量也比非晶态时的小。,(5)热性能,结晶有助于提高聚合物的软化温度和热变形温度。,(6)脆性,结晶会使聚合物在注射模内的冷却时间缩短，使成型后的制品具有一定的脆性。,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,(7)翘曲,结晶后聚合物因分子链规整排列发生体积收缩，结晶度越高，体积收缩越大。结晶态制件比非晶态制件更易因收缩不均发生翘曲，这是由聚合物在模内结晶不均匀造成的。,(8)表面粗糙度和透明度,结晶后的分子链规整排列会增加聚合物组织结构的致密性，制件表面粗糙度将因此而降低，但由于球晶会引起光波散射，透明度将会减小或丧失。聚合物的透明性来自分子链的无定形排列。,1.2.4塑料成型过程中的取向行为,取向就是在应力作用下，聚合物分子链倾向于沿应力方向作平行排列的现象。塑料成型中，取向分为以下两种情况。,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,1.注射、压注成型塑件中固体填料的流动取向,聚合物中的固体填料也会在注射、压注成型过程中取向，而且取向方向与程度取决于浇口的形状和位置。填料排列的方向主要顺着流动的方向，碰到阻力(如模壁等)后，它的流动就改成与阻力成垂直的方向，并按此定型。含有纤维填料熔体的流动取向结构如,图1-4,所示。,2.注射、压注成型塑件中聚合物分子的流动取向,聚合物在注射和压注成型过程中，总是存在熔体的流动。有流动就会有分子的取向。由于塑件的结构形态、尺寸和熔体在模具型腔内流动的情况不同，取向结构可分为单轴取向和多轴取向(或称平面取向)，如,图1-5,所示。,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,单轴取向时，取向结构单元均沿着一个流动方向有序排列;而多轴取向时，结构单元可沿两个或两个以上流动方向有序排列。,分子取向会导致塑件力学性能的各向异性，顺着分子定向方向(也称直向)上的机械强度和伸长率总是大于与其垂直方向(也称横向)上的。,各向异性有时是塑件所需要的，如制造取向薄膜与单丝等，这样能使塑件沿拉伸方向的抗拉强度与光泽度等有所增强。但对某些塑件(如厚度较大的塑件)，又要力图消除这种各向异性。因为取向不一致，塑件各部分的取向程度不同，塑件在某些方向的机械强度得到提高，而另一方向的强度较低，这样会产生翘曲，使用时会断裂。,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,每一种成型条件对分子取向的影响都不是单纯增加或减小。在注射、压注成形中，影响其取向的因素有以下几个方面。,随着模塑温度、塑件厚度(即型腔的厚度)、充模温度的增加，分子定向程度会逐渐减弱。,增加浇口长度、压力和充模时间，分子定向程度也随之增加。,分子定向程度(包括填料在流动中的定向)与浇口开设的位置和形状有很大关系。为减小分子定向程度，浇口最好设在型腔深度较大的部位。,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,1.2.5高聚物的降解,1.降解的机理,聚合物在高温、应力、氧气和水分等外部条件作用下发生的化学分解反应，能导致聚合物分子链断裂、相对分子质量下降等一系列结构变化，并因此使聚合物发生弹性消失、强度降低、茹度变化、熔体发生紊流、制品表面粗糙以及使用寿命减短等问题。,聚合物中如果存在某些杂质(如聚合过程中加入的弓发剂、催化剂以及酸和碱等)，或者在储运过程中吸收水分，混入种化学和机械杂质时，它们都会对降解产生催化作用。,2.降解的种类,(1)热降解,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,注射成型过程中，由于聚合物在高温下受热时间过长而引起的降解反应叫做热降解。,热降解温度:稍高于热分解温度，因为热分解刚刚开始时，只是聚合物中一些不稳定分子链遭到破坏，分子链并不马上随之断裂。,热稳定性温度:从注射成型生产的可靠性出发，生产中常将热分解温度作为热稳定性温度，聚合物加热时的温度上限不能超过热分解温度。,(2)氧化降解,聚合物与空气中的氧气接触后，某些化学链较弱的部位常产生极不稳定的过氧化结构，这种结构很容易分解产生游离基，导致聚合物发生解聚反应，这种因氧化而发生的降解叫做氧化降解。,上一页,下一页,返回,1.2塑料的热力学性能及在成型过程中的变化,没有热量和紫外线辐射作用，聚合物的氧化降解反应过程极为缓慢。注射成型在高温下实现，如温度控制不当时，成型过程中的氧化降解将会在热作用下迅速加剧，生产中常常把这种高温下的快速氧化降解叫做热氧化降解。,聚合物的热降解与热氧化降解基本上一样，热降解的意义更广泛。,(3)水降解,如果聚合物的分子结构中含
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