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塑料及其成型基础
一、塑料成型概述
1、塑料及其特性
A.塑料的含义
塑料是一种以天然或合成树脂为主要成分，在一定温度、压力下，可塑制成型，并在常温下能保持其形状不变的材料。绝大多数塑料以合成树脂为基本材料，一般含有添加剂，如填料、增塑剂、润滑剂、固化剂等。
B.塑料的组成
1.树脂
树脂是塑料的主要成分（约占40%～100%），对塑料的性能起着决定性的作用。故绝大多数塑料以所用的树脂命名（如聚氯乙烯）。
2.添加剂
添加剂是为改善塑料的使用性能或成型工艺性能而加入的其他物质。
⑴填充剂 又称填料，主要起增强作用，有时也可改善其他性能（如铝可提高对光的反射能力和防老化）。填料通常有：木粉、石英粉、各种金属粉、合成纤维、玻璃纤维、玻璃布、棉布等。
⑵增塑剂 用来提高树脂的可塑性和柔软性。常用的是液态或低熔点固体有机化合物。
⑶固化剂 又称硬化剂或交联剂，加入到某些树脂中可以由线型分子链间产生交联，从而由线型结构变成网状结构，固化成钢硬的塑料。
⑷稳定剂 又称防老化剂，其作用是提高树脂在受光、热或其他条件作用下的稳定性。
⑸润滑剂 防止塑料在成型过程中粘在模具或其他设备上，使塑件表面光亮美观。
⑹着色剂 在塑料中可用有机染料或无机颜料等着色剂。
另外的添加剂为：发泡剂、防老剂、阻燃剂和抗静电剂等。
C.塑料的分类
1.按用途分
⑴通用塑料 产量大、用途广、成本低。广泛应用于工、农业和日常生活。主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料等，占塑料总量的75%以上。
⑵工程塑料 常指在工程技术中作结构材料的塑料。其强度、硬度、塑性、韧性、耐热性都高于通用塑料，可代替有色金属和各种合金钢制作机械零件、工业容器等。主要有ABS、聚酰胺（尼龙）、聚甲醛、聚碳酸脂、聚砜、聚苯醚、聚氯醚、有机玻璃、氟塑料等
2.按树脂的热性能分
⑴热塑性塑料 加热时会软化、熔融，冷却时会凝固、变硬，可反复加工，废品可回收利用。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酰胺（尼龙）、聚甲醛、聚碳酸脂、聚砜、聚氯醚等。
⑵热固性塑料 固化后再加热，不再软化、熔融。具有较高的耐热性和刚性。如酚醛树脂、环氧树脂、氨基塑料等。
D.塑料的用途特点
塑料具有密度小、耐腐蚀、高耐磨性、良好的电绝缘及隔音隔热等特点。除日常生活用品外，在机械制造中主要用于制作各种罩壳、手轮、手柄等一般结构件；轻载齿轮、涡轮、干摩擦轴承、轴套、丝杠螺母等摩擦、磨损件；密封圈等密封件；腐蚀介质中使用的容器、管道、阀门等腐蚀件。
E.塑料的性能
1.力学性能
⑴强度 由于塑料的化合键力比金属键小及大分子链排列规整度不够，塑料的绝对强度比金属低很多。
根据不同的使用要求，细分为拉伸强度、压缩强度、冲击强度等。
不同塑料的同一强度指标值可能相差若干数量级，主要影响因素有：大分子链的长短、结晶度的高低、添加剂的种类、注射加工的工艺参数等。如以玻璃纤维、碳纤维等为填料，塑料的强度可达到相当于灰铸铁的强度值。
⑵硬度 硬度是塑料对压印和刮痕的抵抗能力，可用塑料的布氏、维氏、洛氏和邵氏硬度试验系统来测定。塑料是常用工程材料中硬度最低的材料之一。
⑶摩擦系数 塑料的摩擦系数一般较小，耐磨和自润滑性较好，如聚甲醛、聚碳酸脂、聚酰胺。聚四氟乙烯是固体材料中摩擦系数最小的材料之一。
⑷蠕变 蠕变是指塑料受到低于屈服强度的固定载荷时，随载荷作用的时间增加，塑料变形也逐渐增大的现象。大多数塑料在室温时即会产生蠕变。蠕变小的塑料为聚苯醚、聚碳酸脂、聚砜、胶木、改性塑料等。
2.物理性能、化学性能、电性能和热性能
⑴密度 塑料密度小，一般为0.85～2.2g/cm3，如聚乙烯为0.91，聚丙烯为0.90。
⑵耐久性和耐候性 耐久性指塑料在使用条件下保持其性能的能力。耐候性指塑料在日光、冷热、风雨中保持其使用性能的能力，耐候性指标主要考虑外界环境的影响。塑料的这两个性能均不如金属材料。
⑶耐热性和自熄性 耐热性评价指标有多种，一般常用热变形指标评价。热变形温度即在等速升温时，试样受简支梁式静弯曲载荷变形，并达到规定值是的温度。通常塑料在100゜C以下使用，少数塑料如聚碳酸脂、改性尼龙66或聚对本二甲酸丁二醇脂可在200゜C使用。
自熄性反映了塑料在进行针焰或炙热丝加热试验时，撤除针焰或炙热丝后自行停止燃烧的能力。电器产品中直接与热源、电线接触或接近的部件必须考虑这一指标。许多塑料具有良好的自熄性，如阻燃ABS、阻燃聚苯乙烯、阻燃尼龙66等材料。
⑷电绝缘性和体积电阻率 一般塑料都具有良好的电绝缘性。一般塑料都可以用于民用绝缘。
塑料中可加入导电材料，使塑料在某种程度上导电，满足特殊的使用要求。导电程度用体积电阻率表示。
耐蚀性和耐溶剂性塑料具有优异的耐蚀和耐溶剂性。前者是指塑料耐酸、碱、盐的能力；后者决定了塑料能否用化学方法进行粘接。其中，氟塑料在“王水”中不受腐蚀，耐蚀性最好；聚乙烯聚丙烯除了在氧化性酸中耐蚀性稍差外，能耐其他酸、碱、盐，耐蚀性优良。同一塑料随着填料、增塑剂的增加，耐蚀性下降。聚苯硫醚、氯化聚醚、氟塑料的耐溶剂性最好；聚乙烯、聚丙烯除了对苯和汽油的耐溶剂性较差外，在其他的溶剂中有极好的稳定性。塑料的耐蚀性和耐有机溶剂性明显优于金属。
⑸导热性和热膨胀性 导热性用热导率表示，即塑料中温度相差1゜C的两个平行面，在单位时间内传递的热量。塑料的导热性比金属小得多。
热膨胀性指塑料受热时发生的膨胀的大小。温度升高1゜C所增加的长度与原来长度之比，称为线膨胀系数。塑料的线膨胀系数较大。在制造带有金属嵌件或金属件紧密结合的塑料制品时，应防止金属件松动或脱落。

3.塑料的成型工艺性
塑料的成型工艺性优良，可用注射、压制、挤出、吹塑、真空吸塑等方法成型。尤其是热塑性塑料的成型适应性更强，可以一次成型就获得形状复杂并具有一定尺寸精度的塑料制品，一般不需要再机械加工即可直接使用。塑料的优良成型工艺性是塑料广泛应用的重要原因之一。
F.常用塑料
1.热塑性塑料
⑴聚乙烯（PE） 化学稳定性极好，耐蚀性优良，介电性和电绝缘性良好，吸水率低。
根据合成方法不同，聚乙烯塑料有高压聚乙烯和低压聚乙烯之分，聚乙烯塑料也可以与其他聚合物进行共聚。
a.低密聚乙烯（LDPE） 即高压聚乙烯，在较高的压力下形成，密度为0.91～0.94，相对分子质量小，结晶度小，质地柔软，耐蚀性、耐溶剂性好，电绝缘性好，强度低，摩擦系数小。外观为白色蜡状半透明物，易燃，无毒。
b.高密聚乙烯（HDPE） 即低压聚乙烯，在较低的压力下形成，密度为0.94～0.96，大分子支链比低密聚乙烯少，强度较高，也稍坚硬耐磨。此外，耐蚀性和电绝缘性好。可用于强度要求比低密聚乙烯稍高的场合。
c.线性低密聚乙烯（LLDPE） 是在线性的乙烯主链上带有短小的共聚单体支链，支化程度低于低密聚乙烯，高于高密聚乙烯。与低密聚乙烯相比，抗撕裂性、抗穿刺性、抗拉强度和耐候性提高较多。另外，其生产效益高，生产投资额较低密聚乙烯少一半，能耗减少75%，生产占地面积减少90%，预期将有可能取代低密聚乙烯。
d.乙烯—醋酸乙烯共聚物（EVA） 是具有类似橡胶弹性的塑料。醋酸乙烯（VA）脂含量低时，塑料与聚乙烯性能相近。醋酸乙烯脂含量高时，塑料的弹性、柔软性、透明度和粘结性提高。该塑料具有良好的弹性、耐溶剂性、耐候性、低温可扰性，但不耐油，也不耐芳烃。
⑵聚丙烯（PP） 聚丙烯是塑料中密度最小一种，为0.9；电绝缘性好，除浓硫酸、浓硝酸外，能耐各种腐蚀介质和溶剂；耐热性好，可在略高于100゜C情况下使用；力学性能较高，弯曲疲劳强度特高，俗称“百折塑料”。但聚丙烯收缩率较大，耐磨性较差，易低温脆化。的性能可能有较大提高。
⑶聚氯乙烯(PVC) 聚氯乙烯有较高的抗压强度、表面硬度较小的延伸率。根据使用要求，加入5%以下增塑剂的称为硬质聚氯乙烯，加入20%以上增塑剂的称为软质聚氯乙烯，介于两者之间的则称为半硬质聚氯乙烯。
聚氯乙烯塑料在加工和使用中，均有可能分解出氯化氢和氯化氢乙烯气体，有一定毒性，因此必须严格控制加工工艺指标和规定使用范围。
⑷聚苯乙烯(PS) 这种塑料一般硬度较高，柔顺性较差，刚性较大；此外，电绝缘性良好，热变形温度达65～95゜C，耐多种油类和溶剂，但溶芳烃和卤烃；外观透明，无色无味、无毒；吸湿性小，不耐冲击，性脆，易裂；耐热性和强度较差。这种塑料通常称为通用聚苯乙烯(GPPS)或简称聚苯乙烯。
为改善聚苯乙烯性脆、易裂的缺点，加入5%～20%的丁二烯可明显提高其冲击韧性。常用于要求不太高的小家电外壳，这种塑料称为高抗冲型聚苯乙烯(HIPS)；
为改善聚苯乙烯的耐热性、耐冲击性和刚性，将苯乙烯丙烯腈共聚，得到丙烯腈—苯乙烯共聚物(AS或SAN)。其透光性、耐溶剂性、耐热性、着色性有较大改善。
对聚苯乙烯塑料进行发泡处理，可得到轻质多孔的发泡聚苯乙烯(ESP)。与其他发泡材料相比，发泡聚苯乙烯的绝热、绝缘、隔音、防振性均较好。
⑸丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物或混合物(ABS) ABS塑料在树脂连续相中分布着橡胶相。其中，丙烯腈使ABS具有足够的硬度、耐蚀性和耐热性；丁二烯使ABS坚韧，具有高抗拉强度、韧性和低温回弹性苯乙烯使ABS具有良好的成型加工性、刚性和着色性，制品表面光泽度好。三种组合可按不同比例共聚或共混，其中A为0.2～0.3，B为0.05～0.4，S为0.4～0.7。组合比例不同，ABS性能随之变化。
ABS塑料具有较好的综合力学性能，即有较好的抗冲击强度、硬度和尺寸稳定性，一定的耐蚀性和耐溶剂性，良好的电绝缘性。加入不同的添加剂，可制成通用级、冲击级、高冲击级、阻燃级、电镀级的ABS塑料，供不同场合使用。ABS塑料不透明，可进行着色、电镀、真空镀膜处理。
⑹聚甲醛(POM) 聚甲醛塑料外观呈白色，熔点为152～160゜C，结晶度达75%左右耐磨性、自润滑性、尺寸稳定性特别优异，疲劳强度高。缺点使耐候性差，易老化、易燃。改性后聚甲醛性能有相应提高。
⑺聚酰胺(PA) 俗称“尼龙”。其熔点高，制品具有良好的韧性、耐油性、耐热性和耐溶剂性，优良的力学性能，但吸湿性较大，容易吸湿膨胀。常用的品种有尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010。不同种类的尼龙，分子链上氢键的数量不同，因此制品的结晶度不同，熔点、柔顺性、吸湿性、尺寸稳定性也各不相同，应根据不同的使用要求选择性能不同的尼龙品种。
与一般塑料相比，聚酰胺耐磨、强韧、质轻、耐溶剂、耐油、耐冷热、易成型、自润滑性好，特别是常温下抗拉强度、疲劳强度高，摩擦系数小，是广泛使用的工程塑料之一。但由于聚酰胺中含有极性基团，并且吸湿性大，因此电性能稍差。另外，聚酰胺的热变形温度低，只有80゜C左右，刚性差，蠕变大，导热性差，在高温、潮湿和高负荷下不宜采用。聚酰胺改性后可以极大地改善不足之处，工程上用途很广。
⑻聚酯 聚酯可分为不饱和聚酯和饱和聚酯两大类。前者属于热固性塑料，后者属于热塑性塑料。饱和聚酯主要有两种：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。
聚对苯二甲酸乙二醇酯是一种结晶度达40%的热塑性塑料，俗称“涤纶”。其成型收缩率大，尺寸稳定性差，热变形温度低；但流动性、延展性较好，纤维特性优良。常用于吹塑级和薄膜级制品。
聚对苯二甲酸丁二醇酯的结晶型塑料。具有优良的综合性能；吸湿性小电绝缘性好；热变形温度高，可在150゜C下长时间使用；摩擦系数小，磨耗低；厚度达0.1mm时仍具有高度透明性；综合性能指标类似聚甲醛或聚碳酸酯。改性后，这种塑料的性能可以极大地提高。
⑼聚碳酸酯(PC) 是一种淡黄透明的塑料。具有优良的抗冲击强度和抗蠕变性能；抗拉、抗弯强度较高，伸长率较大，弹性模量较高；吸湿率低，尺寸稳定，耐磨、耐蚀性好；耐高压击穿和电绝缘性能特别好；成型性好，可以注射、挤出成型。缺点的疲劳强度低，缺口敏感性高，易开裂，耐磨性次于聚甲醛和聚酰胺。改性后聚碳酸酯的性能有较大的提高。
⑽氟塑料(PEF) 主要有聚四氟乙烯、聚六氟乙烯、氟化乙烯丙烯。其中聚四氟乙烯(PEFE)应用最广。其结晶度高，摩擦系数很小；化学稳定性极好，具有突出的耐蚀性、耐冷热性，在酸液“王水”中都不被腐蚀，化学稳定性超过玻璃、陶瓷，甚至超过金、银、铂，俗称“塑料王”，还具有优良的自润滑性，减摩性以及良好的电绝缘性，聚四氟乙烯不能用注射法成型，只能压制成型。作涂料用的聚四氟乙烯，可以与水一起搅拌均匀喷于制品表面并烘干。
⑾聚砜（PSF） 聚砜具有高强度和很小的蠕变；耐热性良好，可在145゜C长期工作；尺寸稳定，耐氧化性、耐候性好；具有自熄性；电绝缘性良好，冲击强度高；耐无机酸、碱、盐，不耐极性溶剂，如氯仿等。特别是聚砜的热变形温度高达174゜C，高于聚酰胺、聚甲醛和聚碳酸酯，但次于聚二甲基苯醚；能耐-100゜C的低温，称为万能高效塑料。其缺点是成型加工温度高，要在330～380゜C以上成型；耐候性较差。聚砜常用注射、挤出、吹制、真空吸塑和热成型。改性后聚砜的性能提高较多。
⑿氯化聚醚（CPS） 又称为聚氯醚。具有较高的熔点、结晶性，较低的吸湿性、透气性；在潮湿的环境中仍具有良好的力学和电性能，综合力学性能介于聚乙烯和聚酰胺之间，耐磨、减摩性优于聚甲醛和聚酰胺，电性能类似于聚甲醛，成型加工性优于聚四氟乙烯。
⒀聚苯醚（PPO） 聚苯醚的力学性能一般优于聚酰胺、聚甲醛和聚碳酸酯，抗拉强度、抗蠕变，尺寸稳定性极好；耐蚀性好；电性能优良，在温度和频率变化极大时，绝缘性能基本不变硬度高，耐磨性好，无毒，难燃，有自熄性。但制品内应力大，易开裂，熔融粘度大，流动性差，成型加工比一般塑料困难。改性后聚苯醚性能基本不变，但流动性更好，降低了成本，应用更为广泛。
2.热固性塑料
⑴酚醛塑料（PE） 俗称电木，是以酚醛树脂为基，按不同用途各种有机或无机填料及添加剂而得，通过对粉状树脂热压模制或将纤维状树脂注射成型得到制品。酚醛树脂具有一定的强度和良好的电性能，耐热性、耐磨性和耐蚀性均好，缺点是冲击强度低，质脆。改性后原有性能都得到改善。
⑵氨基塑料 与酚醛塑料相比，氨基塑料的硬度、耐燃性、耐电弧性、着色性均较好，还有自熄性和防腐性，缺点是韧性较低，耐热性差，吸湿性强。

⑶环氧树脂 有固态和液态两种。以固态使用时力学性能较好，收缩小，尺寸稳定性好，耐热、耐水，一般以层压方式使用。以液态使用时，多作胶粘剂和涂料等。
3.塑料合金化
许多塑料可以通过嵌段、接枝或混炼等物理、化学方法重新组成新的聚合物材料。这种方法称为塑料合金化，即利用某种高分子组分的优点弥补另一组分的缺点。
塑料合金化可以达到以下目的：
改进物理性能如将特性相反的聚合物合金化，可以得到耐有机溶剂、耐热、尺寸稳定和冲击强度较高的塑料合金。
改善成型加工性。通过提高流动性和起模性来降低成本，提高生产效率。
提高经济效益。将工程塑料和廉价的通用塑料共混，如PPO/HIPS系合金；或将底价的工程塑料合金化，如PPO/PET系合金，可以显著降低成本，提高经济效益。
实际上，HIPS、ABS等塑料即是最早开发的塑料合金。HIPS中的丁二烯橡胶通过合金化手段由连续网络变成不连续的胶粒，使冲击韧性得以改善；ABS则是用三元接枝的合金方法得到的共聚物或共混物，故其本质是塑料合金，而不是单一的聚合物材料。
4.常用工程塑料的特性和应用
类别
特性
用途
PPO/PS系（任意比例）
PPO：耐热，机械强度高 PS：成型性好，低成本，耐冲击
办公设备外壳，汽车部件，电子部件
改性PPO/PA系（PA为住）
改善PPO的耐药品性
汽车外装部件
PA/弹性体
改善PA的耐冲击性
汽车、自行车部件和体育用品
PA/ABS
改善PA的尺寸稳定性
汽车外装部件
PC/PS（任意比例）
PC：耐热、耐冲击 PS：成型性好、成本低
办公设备外壳，汽车部件，电子部件
PET/PBT（任意比例）
改善PBC的韧性
汽车部件，电子部件
PC/PPO（PC占80%以上）
改善PC的耐药品性、耐应力开裂性
汽车外装部件
PET/PPO
改善GF-PET的成型性
汽车部件，电子部件
ST-POM/热塑性PU（POM占80%以上）
ST-POM：纤维强化POM
PU：改善POM的耐冲击性
汽车外装部件，各种汽车、机械部件

2.塑料成型加工特点
二、塑料制品的结构工艺性
塑件结构工艺性的主要内容有：塑件内外侧壁应有恰当的起模斜度，内外表面结合处，即隅角处，加强肋端部和根部等以及所有允许设计成圆角的地方均应设计成圆角。塑件壁厚要均匀，加强肋、凸台、支承面、边缘、底部形状的设计要保证其强度，以利于成型和起模。金属嵌件要满足塑件使用功能要求与塑料连接牢固性要求，成型时便于在模具中装固，成型后容易从模具中脱出。塑件表面花纹、图案、文字、符号等的设计要考虑其成型与起模、使用中的损伤、模具加工等问题。此外，与塑件外形轮廓最大部分的分型线痕迹，不能影响其工作特性及表观质量。
1.成型工艺对制品几何形状的要求
塑料制品几何形状的设计包括起模斜度、制品壁厚、加强肋、圆角、孔、支承面、标志及花纹等设计。
起模斜度 没有比较精确的计算公式，目前仍依靠经验数据。一般情况下起模斜度可取0.5゜，最小为15`～20`。
塑料名称
起模斜度
聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯
30`～1゜
ABS、尼龙、聚甲醛、氯化聚醚、聚苯醚
40`～1゜30`
硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚苯乙烯、有机玻璃
50`～2゜
热固性塑料
20`～2゜
起模斜度选取原则：
在满足制品尺寸公差要求的前提下，起模斜度可取得大一些，有利于起模。
在塑料收缩率大的情况下应选用较大的起模斜度。热塑性塑料的收缩率一般较热固性大，故起模斜度也相应大一些。当制品壁厚较厚时，因成型使制品收缩量大，故也应选用较大的起模斜度。
对于尺寸大的制品，应选用较小的起模斜度。
对于高精度的制品，应选用较小的起模斜度。
如果要求起模后制品保持在型芯一边，可有意将制品内表面的起模斜度设计得比外表面小。
只是在制品高度很小时才允许不设计起模斜度。取斜度方向一般内孔以小端为标准，斜度由扩大方向取得；外形以大端为标准，斜度由缩小方向取得。增强塑料宜选大斜度，含有自润滑剂的塑料可用小斜度。
制品壁厚 其设计原则为：应尽量使制品各部分壁厚均匀，避免有的部位太厚或太薄，否则成型后因收缩不均匀会使制品变形或产生缩孔、凹陷、烧伤以及填充不足等缺陷。为了使壁厚均匀，在可能的情况下常常是将厚的部分挖孔，使壁厚尽量一致。在满足制品结构和使用要求的条件下，尽可能采用较小壁厚。壁厚设计要能承受顶出装置等的冲击和振动，保证储存、搬运过程中强度所需的壁厚。在制品的连接紧固处、嵌件埋入处、塑料熔体在孔窗的回合（熔接痕）处，要具有足够壁厚。若结构要求不同厚度时，不同壁厚比例不应超过1：3，且不同壁厚应采用适当的修饰半径，使壁厚由薄至厚缓慢过渡。
制品薄壁与厚壁的比例关系为：热固性塑料，压制1：3，挤塑1：5；热塑性塑料，注射1：1.5。热固性塑料小制品壁厚多用1.6mm，最小安全壁厚为2.4mm。对于大型制品，壁厚为3.2～9.5mm。
热固性塑料制品壁厚推荐值
塑料名称
制品高度（单位：mm）
50以下
50～100
100以上
粉状填料的酚醛树脂
0.7～2.0
2.0～3.0
5.0～6.5
纤维状填料的酚醛树脂
1.5～2.0
2.5～3.5
6.0～8.0
氨基塑料
1.0
1.3～2.0
3.0～4.5
聚酯玻纤填料的塑料
1.0～2.0
2.4～3.2
>4.8
聚酯无机物填料的塑料
1.0～2.0
3.2～4.8
>4.8
热塑性塑料制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值
塑料名称
最小壁厚
推荐壁厚
小型制品
中型制品
大型制品
尼龙
0.45
0.76
1.5

2.4～3.2
聚乙烯
0.6
1.25
1.6
2.4～3.2
聚苯乙烯
0.75
1.25
1.6
3.2～5.4
高抗冲聚苯乙烯
0.75
1.25
1.6
3.2～5.4
聚氯乙烯
1.2
1.6
1.8
3.2～5.8
有机玻璃
0.8
1.5
2.2
4.0～6.5
聚丙烯
0.85
1.45
1.75
2.4～3.2
氯化聚醚
0.9
1.3
1.8
2.5～3.4
聚碳酸酯
0.95
1.8
2.3
3～4.5
聚苯醚
1.2
1.75
2.5
3.5～6.4
碳酸纤维素
0.7
1.25
1.9
3.2～4.8
乙基纤维素
0.9
1.25
1.6
2.4～3.2
丙烯酸类
0.7
0.9
2.4
3.0～6.0
聚甲醛
0.8
1.4
1.6
3.2～5.4
聚砜
0.95
1.8
2.3
3～4.5
加强肋 设计原则：肋厚不应大于壁厚，使用高度较低、数量较多的肋，避免使用较高的单一加强肋，否则制品壁面会因加强肋根部的内切圆处所空而凹陷。加强肋的布置方向除于受力方向一致外，最好还与熔料充填方向一致。此外，还应与模压方向或模具成形零件的运动方向一致，以便成型后起模容易。肋的根部采用圆弧过渡，避免外力作用使产生应力集中而破坏结构，但圆角半径不应太大。当设置较多加强肋时，分布排列应相互错开，避免收缩不均而破裂。加强肋部应设置在大面积制品中央部位。如确须设置在制品中央部位时，在加强肋对应外表面上应加设楞沟以掩饰可能产生的流纹和凹陷。另外，加强肋可设置在制品内部，也可设置在外部，在加强肋上一般不安置任何零件。用加强肋连接塑件上互成角度的两壁，称之为角撑。设置于制品内壁的凸台不能太靠近内壁，避免凸台局部熔体充填不足。
支承面 当塑料制品需要一个表面来支撑时，一般不能以制品的整个底面作支承面，因为生产实践中不能保证整个底平面绝对平直。因此，应采用凸边、底脚等类结构来做塑料制品的支承面，如三点支承、边框支承等。当底面结构设计成凹凸形，并在凹面增设加强肋时，加强肋端面一般低于支承面0.5mm左右。
圆角 制品上的圆角对于模具的机械加工和热处理，提高模具的强度，延长模具使用寿命也是必要的。在制品结构无特殊要求时，各连接处应设置成半径为壁厚1/3以上的圆角，最小不能小于0.5～1mm。
孔 孔的形状、位置应便于制品成型，尽可能把孔设置在制品强度较大处，避开把孔设置在制品的薄弱环节，避免减弱制品的机械强度。为保证制品的使用强度，孔与孔的中心距应大于两孔中小孔孔径的两倍，孔中心至边缘的距离为孔径的3倍。应使孔间、孔与边壁间、孔的端部至制品表面要有足够的塑料层厚度，必要时可在孔的四周采用凸边加强肋来增厚孔的周围以提高孔的使用强度。
孔径d与孔间距、孔边距b的关系
孔径d
<1.5
1.5～3
3～6
6～10
10～18
18～30
孔间距、孔边距b
1～1.5
1.5～2
2～3
3～4
4～5
5～7
制品上的通孔可用一端固定的型芯成型，也可用两端分别固定的对接型芯成型。为了防止上下孔偏心，可将任一侧孔稍稍放大。盲孔只能用一端固定的型芯成型。对于制品上的斜孔、坡形孔、阶梯孔、三通孔及形状复杂的孔为避免侧向抽芯可用拼合型芯成型。制品上的矩形孔在成型中易产生流动伤痕，所以对矩形孔的位置、形状要特别注意。
在熔料围绕型芯流动汇合形成塑料制品的孔时，会在孔的边缘熔接汇合处形成熔接痕，从而削弱制品的强度。为避免熔接痕存在，可适当加大孔距，通孔按盲孔设计，留有1/3壁厚的连皮，以便让熔体从型芯头上流过而不出现熔接痕，最后冲或钻掉孔的连皮。
当制品壁上有孔（孔轴线和开模方向垂直）或侧面凹凸时，会使模具制造复杂化，应尽量使模具结构简单，可用侧壁凹槽代替侧孔，以避免侧向抽芯。
制品上的孔要有足够的起模斜度，以利于起模。在某些情况下，为避免模具型芯的起模斜度较大而使制品在开模后滞留在型腔内，常常在型芯上开设可强制起模的浅侧凹槽以使制品在开模后滞留在型芯上。这样的浅侧凹槽称为拉引槽。
花纹 在制品上设计花纹可以增大接触面积，如在手柄、旋钮等表面设计花纹可增大摩擦力防止使用中的滑动；还可以掩饰成型过程中在制品表面形成的缺陷，改善制品的表面外观状况，增加装配时的结合牢固性，有时采用流线形或圆柱形表面还能有效防止制品变形。制品表面的花纹截面形状有圆形、三角形和梯形，圆形截面的花纹被普遍采用。
花纹设置不能影响塑料制品的起模，其条纹方向应与起模方向一致，条纹高度小于0.3～0.5mm，不超过其宽度，花纹不要太细，条纹间距尽可能大些，以便于模具制造和制品起模，一般为3mm，最小不小于1.5mm。条纹可均布于制品表面，也可以分组集中布置。当制品表面花纹为网状花纹时，条纹交角一般为60～90°，交角太小会在制品表面上形成突起的尖角，影响制品及模具的使用强度。
文字、标记及符号 为了便于用机械加工的方法加工模具，制品上的文字、标记及符号常为凸形，容易磨损。也可将文字、标记及符号设计为凹形，但模具制造困难。另外可将凸起的文字、标记及符号设置在凹坑内，以便于制造，这样还能在凹字内涂色。
制品上的文字、标记及符号凸出高度应不小于0.2mm，多用0.4～0.8mm，其线条宽度不小于0.3mm。通常，文字、标记及符号的线条高度不应超过其宽度，否则就会影响其使用强度。文字、标记及符号的起模斜度应大于10°，采用凹坑凸字时，凹坑应比凸字高出0.2mm。

塑料模具
塑料模具根据塑料成型方法主要分为注射模、压缩模、压注模、挤塑模、吹塑模、真空成型模、压缩空气成型模等。应用较广的是注射模。
1、 注射模
注射模包括动模和定模两部分，动模安装在注射机的移动模板上，定模安装在注射机的固定模板上，注射时动模与定模闭合，构成型腔和浇注系统，开模时动模与定模分离，以便取出塑料制品。注射模有以下几个基本部分组成；
（1） 成型零部件 主要用来决定制品的几何形状和尺寸。
（2） 合模导向机构 主要用来保证动模和定模两大部分或模具中其他零件之间的准确对合，保证制品形状和尺寸。
（3） 浇注系统 又称流道系统，是将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的一组进料通道，由主流道、分流道、浇口冷料穴等组成。
（4） 推出机构 在开模过程中，需要有推出机构将塑料制品及其在流道内的凝料推出或拉出。
（5） 调温系统 为了满足注射工艺对模具温度的要求，需要有调温系统对模具的温度进行调节。模具冷却一般是在模具内开设冷却水通道，利用循环流动的冷却水带走模具的热量；模具的加热除可利用冷水通道热水或蒸汽外，还可在模具内部和周围安装电加热元件。
（6） 排气结构 成型过程中型腔产生的气体要通过排气结构充分排出。排气结构可以是排气槽也可以是型腔附近的一些配合间隙。
（7） 分型和抽芯机构 塑料制品带有侧凹或侧孔时，在开模推出制品之前，必须把成形侧凹或侧孔的瓣合模块或侧向型芯从制品中脱出。侧向分形或侧向抽芯机构是为了实现这类功能的一套侧向运动结构。
（8） 支承零部件 在注射模中，为了安装固定或支承成型零部件等功能结构，将支承零部件组装在一起，可以构成模具的基本骨架。
注射模的分类方法可按安装方式、型腔数目和结构特点等进行分类。一般按结构特点分类较方便，注射模可分为：
（1） 单分型面注射模 只在动模和定模之间具有一个分型面，也叫两板式注射模。型腔一部分在定模上，另一部分在动模上。
（2） 双分型面注射模 整个模具不只是动、定模之间有一个分型面，另外还有一个具有其他功能的辅助分型面，又称三板式注射模。
（3） 带活动成型零部件的注射模 对于结构复杂的塑料制品，在模具中设置可以活动的成型零件，如活动凸模、活动凹模、活动成型杆、活动成型镶块等，以便开模式方便取出制器品。
（4） 带侧向分型抽芯的注射模 当制品上有侧凹或侧孔时，在模具内设置有斜导柱或斜滑块等组成的侧向分型抽芯机构，可使侧型芯作横向运动，开模时便于取出制品。
（5） 定模侧设有推出起模机构的注射模 一般由于开模后制品留在动模一侧，推出机构设在动模一侧便于起模。但有些制品有特殊要求或受形状限制，制品需留在定模内，这时就要将推出机构设置在定模一侧，以便于制品从定模起模。
（6） 带自动卸螺纹的注射模具 当要求带内螺纹或外螺纹的塑料制品能够自动脱卸时，可在模具中设置转动的螺纹型芯或型环，以便于利用注射机自身的旋转运动或往复运动，将螺纹制品脱出，或者设置专门的原动机件，带动螺纹型芯或型环转动从而退出螺纹制品。
（7） 无流道凝料注射模 简称无流道注射模。包括热流道和绝热流道模具。采用对流道加热或绝热的方法来保持注射机喷嘴到浇口间的塑料呈熔融态。
2压缩模
一般压缩模可分为装于压机上压板的上模和装于压机下压板的下模两部分。根据零部件功能作用分，压缩模由以下几大部分组成：
（1） 成型零部件 在模具闭合时形成型腔，与塑料直接接触，成型制品。
（2） 加料室 利用加料室容纳成型大密度制品所需的密度小的松散状成型料。
（3） 支承零部件与合模导向机构 压缩模中的固定板、垫块及上、下模座等，用来固定和支承压缩模中其他各种功能零部件，传递压机的压力至成型零部件及成型料。压缩模带有合模导向机构，以保证上、下模合模对中。支承部件与合模导向机构组装成模架，还可在此基础上添加 其他成形零件和必要的功能结构。
（4） 推出起模机构 实现制品的起模。
（5） 侧向分型抽芯机构 使带侧孔、侧凹的制品起模。
（6） 排气结构 利用模内排气结构自然排放，也可通过压力机短暂卸压排放。
（7） 加热系统 压缩模的模具必须加热。可采用电加热，还可用蒸汽、过热水、煤气、天然气加热，一般不用油加热。
根据压缩模的上、下某配合结构，可将压缩模分为三种基本形式；
（1） 溢料式压缩模 这种模具无加料腔，型腔总高度等于制品高度。凸模与凹模无配合部分，压缩时过剩的塑料熔料溢出。挤压面在压缩阶段只能产生有限阻力，会使制品密度、强度降低。用这种模具成型的制品，去除溢边后常会损伤外观。由于加料量的差异，难以保证制品的外形尺寸和力学性能一致。但溢料式压缩模结构简单、造价低廉，凸、凹模间无摩擦。
（2） 不溢式压缩模 这种模具无挤压面，成型时全部压力均作用在制品上，溢出的塑料很少。制品承受的压力大、密实性好、机械强度高，适合于成型形状复杂、壁薄、长流程、大比容的制品。但凸模易擦伤凹模内表面，加料量直接影响制品的高度尺寸 。这种模具一般不设计成多型腔模。
（3） 半溢式压缩模 在型腔上方设有一个断面尺寸大于制品尺寸的加料腔，凸模与加料腔之间为大间隙配合，加料腔与型腔分界处有一环形挤压面，凸模可以运动到与挤压面接触时为止，溢出的原料可通过配合间隙或通过在凸模上开设的溢料槽溢出。制品的密实性好，不必精确计量每次加料量，制品高度恒定。
3压注模
又称挤胶模或挤塑模。压注模的型腔、凸模和顶出机构等与开式塑模基本相同，只是增加了使塑料从加料室经浇口、浇道、进料口等一系列塑料流动的通道。压注模的加热方法与压缩模相同，既可采用模内加热，也可通过压力机加热板加热。根据所用压力机的类型合操作方法不同，可将压注模分为两类。
（1） 普通压力机用压注模 按压注模与压力机的固定方式，，又可分为移动式压注模和固定式压注模。
移动式压注模的加料腔合本体可以分离。在机外装卸，不固定在机床上，模具的闭合、分模、装料及制品从模具内取出，均在机外进行，又称机外装卸压注模。这种模具结构简单、制造方便，但生产效率低，劳动强度大，主要用于产量小的中小型塑料制品的生产。
固定式压注模在机内装卸，模具固定在机床上，模具的闭合、分模、装料、成型机顶出制品均在机床上进行，又称机内装卸压注模。这种模具使用方便，生产效率高，劳动强度小，但结构复杂，制造周期长，主要用于产量大或 大型塑件的生产中。
（2） 用压力机压注模 又称柱塞式压注模。需要安装在专用液压机上。分为上加料室固定式压注模下加料室固定式压注模。比普通压力机用压注模少用一个分型面，制品和流道凝料是作为一个整体从模具脱出，生产效率高。
压注模在压注时塑料高速挤入型腔，经狭窄分流道和进料口时，由于摩擦作用塑料能很快均匀地热透和硬化，塑料制品质量好，硬化时间短，生产率高。制品高度方向的尺寸精度较高，分型面处飞边薄，易去除。但塑料消耗多，应采用多型腔结构，结构复杂，成型压力高，操作较麻烦。
4挤塑模
挤塑模是塑料挤塑成型模具的简称，也叫挤出成型机头或模头。一般挤塑模包括机头（口模）和定型模（套）两部分。机头的作用是：当粘流态的塑料在挤出机的高压作用下，通过机头流道时形成与流道断面大体相同的连续体，在通过定型模而形成连续的塑料制品。定型模的作用是：对离开机头的管材型坯因温度高而不能抵抗自重变形的半熔体型坯实施定形状、尺寸的措施，使其冷却硬化而温度将到变形温度之下。挤塑模在生产过程中起着如下作用：使老自挤塑机的塑料熔体由螺旋运动变为直线运动；通过模腔流道的剪切流动，使塑料熔体进一步塑化均匀；通过模腔几何形状及尺寸的变化，产生必要的成型压力，确保型材质密；通过成型段及模唇的调节作用，获得所需截面形状的连续型材。
按挤出生产的塑料制品形状分类，挤塑模可以分为管材挤塑模、板与片材挤塑模、异型材挤塑模、泡管模挤塑模、线缆覆层挤塑模、单丝挤塑模、造粒机头、坯料挤出机头。
5、中空吹塑模
中空吹塑模根据成型方法的不同主要有挤出吹塑模和注射吹塑模。挤出吹塑模在小批量生产或实验时采用手动铰链式模具，在成批生产中采用对开式结构。这种结构的模具由具有相同型腔的动模和定模组成，由挤出机上的开闭机构完成开模和闭模，模具中设有上、下刃口，在闭合时能将型坯上多余的塑料切掉。在模具的相应处开设余料槽容纳余料，以使切掉的余料不影响模具的闭合。模具采用冷却管道通水冷却。设置导柱导向机构 ，保证定模和动模的对中。
挤出吹塑模结构简单但成型的型坯壁厚不均。注射吹塑模成型的型坯壁厚均匀，无飞边，底部不会产生拼合缝，强度高，但由于模具及成型设备价格贵，多用于小型中空制品的大批量生产上。
6、真空成型模
真空成型是将材板固定在成型模具上加热至软化，将型腔中的空气抽走，使坯材在大气压力的作用下紧贴于凹模内，冷却后借助于压缩空气从模具内脱出塑料制品。真空成型的主要方法有凹模真空成型、凸模真空成型、模压真空成型，根据成型方法不同，使用的模具也不同。其工作原理如图所示。
凹模真空成型是将加热的塑料板材坯料利用抽真空方法将其吸入凹模之中，成型出制品。凹模成型法的制品外表面精度高，常用于制造深度小于50mm的塑料制品。
凸模真空成型是将坯料加热后预先张紧在凸模上，然后抽真空，在凸模上成型出制品。凸模成型的制品壁厚难均匀，但相对凹模真空成型的制品均匀性要好一些。凸模真空成型法多用于成型有凸起形状的薄壁塑料制品或对制品内表面要求较为精确的制品。
模压真空成型是在凹模成型法的基础上，加上凸模成型的方法。常用的成型方法有两种：一种是凸模上不带压缩空气孔，先将坯料夹紧在凹模上，进行加热，然后凸模下降，抽真空成型，最后冷却定型推出制品；另一种是凸模上带压缩空气孔，先将坯料夹在凹模上加热，然后从凸模上吹入压缩空气，在凹模中抽真空，将软化的坯料压向凹模，再从凹模上吹入压缩空气，在凸模中抽真空，使塑料板附着在凸模外表面上成型。模压真空成型模成型制品由于塑料板材在成型中得到充分延伸，因此成型的制品壁厚较均匀，主要用于成型深度较深的制品。
7、压缩空气成型模
压缩空气成型是通过压缩空气的压力使已加热软化的塑料板材坯料在凹模中成型的方法，成型工具就是压缩空气成型模。压缩空气