1、三種收縮率要求的高精度型塑材料的分析、選擇、改性,項目16,項目16的六組任務,第一組：從收縮度的角度為高精度塑料制品的生產選擇合適的高分子材料； 第二組：從蠕變的角度為高精度塑料制品的生產選擇合適的高分子材料； 第三組：從熱膨脹系數(shù)角度為高精度塑料制品的生產選擇合適的高分子材料。,教學目的,通過對項目16 所涉及到不同要求的高精度高分子材料的分析、選擇、改性的整個實施過程，使學生進一步了解并掌握完成一個完整項目的每個細節(jié)，初步形成實施每個細節(jié)過程的能力，最終達到根據產品需要對高分子材料進行合理分析、合理選擇、合理改性的總能力；進而結合學生所選擇出來的材料從理論上歸納、總結與高分子物理的研究對

2、象直接相關的結構與性能的關系；同時在完成項目過程中對課程整體方案所規(guī)定的拓展能力進行初步的鍛煉。,能力（技能）目標,能根據不同要求的高精度高分子材料的不同用途要求，合理的選擇高分子材料；并能合理的分析所選擇材料的結構、性能；如果不能直接選擇到合適材料時，能 提出合理的改進意見與方案。,知識目標,被選用的高分子材料的主要結構特征、主要性能及應用范圍。 其中第16個項目重點學習增加高分子熱性能、蠕變性能的知識。,素質目標,初步建立良好的學習方法； 資料收集的方法； 處理問題的方法； 團隊合作的意識； 用戶至上的意識； 安全環(huán)保意識； 表述與合理辯解能力。,參考資料,潘文群, 高分子材料分析與測試.

3、 化學工業(yè)出版社 2005； 戚亞光, 高分子材料改性.化學工業(yè)出版社 ,2005； 聶垣凱,橡膠材料與配方, 化學工業(yè)出版社, 2004； 王文廣 , 塑料材料的選用.化學工業(yè)出版社, 2002； 高俊剛, 高分子材料.化學工業(yè)出版社, 2002； 桑永, 塑料材料與配方.化學工業(yè)出版社, 2001,一、簡介,塑料制品的精度是指塑料制品的實際尺寸或形狀與設計者設計的尺寸或形狀之間的差異，兩者差異越小，說明其制品精度越高。 塑料制品的精度可分為加工精度和使用精度兩種。 (1)塑料制品的加工精度 塑料制品的加工精度是指由于加工過程的原因而產生的尺寸公差或形變，這是決定塑料制品精度高低的最主要因素

4、。 習慣上可將塑料制品的加工精度分為八個不同等級，不同等級要求的公差大小不同，其相應的尺寸公差如表 16-1所示的塑料制品件等級的選用，其中 1、2 級精度為精密級，塑料材料很難達到，一般不能采用。塑料只能用于 3 級以下的精度。,(2)塑料制品的使用精度 塑料制品的使用精度是指其制品在加工以后所產生的尺寸公差或形變。塑 料制品的使用精度高低與原料本身因素，如二次結晶、吸水、熱膨脹及蠕變等因素有關；此外，還與使用環(huán)境的關系很大，在高溫、潮濕及外力等環(huán)境因素作用下，會便其使用精度下降。,二、影晌塑料精度的因素,影響塑料制品精度的因素包括收縮率、吸水率、熱膨脹系數(shù)及蠕變四個因素。 1、塑料的收縮性

5、 塑料的收縮性對塑料制品的尺寸精度影響最大。不同塑料原料之間的收縮率大不相同，其中熱塑性樹脂的收縮率可參見 16-2，而熱固性樹脂的收縮率可參見表 16-3。從表 16-2和表 16-3中可以看出，塑料的收縮率最大可達到 5%左右，而最小僅為 0.006%。,塑料的收縮分為成型加工收縮和加工后收縮兩類。 (1)加工后收縮 為制品脫模后一段時間內的收縮，與成型收縮相比，后收縮一般比較小。 后收縮產生的第一個原因為制品內部應力的松弛作用。對于分子鏈呈剛性的聚合物，制品的后收縮比較大這主要是因為剛性分子鏈運動速度慢，其分子鏈從一種狀態(tài)轉變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，需要一個較長時間的重新排列過程，因而后收縮時間比

6、較長，而且后收縮率比較大。另一方面，剛性分子鏈易產生內應力，成型后會進行慢慢地應力松弛。例如以 PS 為例，其注塑制品脫模三個月后，還會發(fā)生 0.005%的后收縮。引起后收縮的第二個原因為繼續(xù)結晶。對結晶聚合物而言，制品出模時，并未達到完全結晶，在常溫下仍可繼續(xù)結晶，從而引起制品的微量收縮。另外，出模后塑料制品如進行退火處理，制品的應力松弛和后結晶會進一步加大，從而引起后收縮增加。,(2)平均收縮率,由于塑料的收縮大小受成型條件影響比較大，因而其收縮率不是一個固定值，而是一個范圍，具體可參見表 16-2和表16-3。從表中可以看出，有時收縮率的變化范圍很大，最大可相差 24倍。所以說收縮率具有

7、不準確性，因不同加工條件變化很大，很難測出準確的固定值。對于一個模具設計者而言，在具體設計時，一般可選取平均收縮率，即將表 16-2和 16-3所給的收縮率范圍值進行平均。從而得到平均收縮率。當然，如果對具體成型方法十分清楚，也可以從表 16-2和表 16-3中所給的收縮率范圍內取一個比較接近值。例如，以 HDPE 為例，其收縮率范圍從表 16-2中查出為 2%5%之間，其平均收縮率為 3.5%；如果具體成型過程中，各種成型條件可使成型收縮率增大，則可選取 4%為具體收縮率；如果具體成型條件有利于成型收縮率的減小，則可選取2.5%為具體收縮率。當然，后一種選取方法難度比較大。,2、塑料的吸水性

8、,塑料的吸水性可參見表 16-2。塑料的吸水性大小與其分子結構有關，分子中含有酯基或酰胺基結構的聚合物吸水率偏大，具體如 PA 類、PC、POM、PMMA、PES 及 PPO 等。 塑料的吸水性影響塑料的使用精度，即制品在潮濕環(huán)境中使用，由于吸水而引起尺寸增大。 塑料吸水性對尺寸精度的影響量不如收縮影響大。但 有些吸水率大的品種，如 PA 也比較顯著。如 PA66的吸水率最大為 1.6%，而每 1%的吸水率就會引起1/31/4 的尺寸公差。,3、塑料的熱膨脹性,熱脹冷縮是物體的大致規(guī)律。衡量其熱膨脹程度可用熱膨脹系數(shù)表示，具體可參見表 16-2和表 16-3所示。同金屬相比，塑料的熱膨脹系數(shù)大

9、得多。例如，鋼的熱膨脹系數(shù)為1.2105K-1，而 LDPE 的熱膨脹系數(shù)竟高達 10105K-1，比金屬高出近十倍。因此可以說，塑料的尺寸對溫度十分敏感。例 如某塑料制品在 20時，其尺寸變化為 0.1%；在 35時，尺寸變化增大到 0.15%；而在5時，尺寸則減少 0.25%。 塑料的熱膨脹系數(shù)與熔體流動方向有關。與收縮不同的是其縱向的熱膨脹系數(shù)要比橫向的熱膨脹系數(shù)小，一般要小一半左右。 塑料的熱膨脹只有在溫度變化的環(huán)境中才會影響其尺寸的精度。而溫度不變時，熱膨脹對塑料的尺寸精度無影響。,4塑料的蠕變性,塑料的蠕變是指成型后的塑料制品在使用過程中，由于受到應力的作用，材料的形變隨時間增加而

10、逐漸增大的，從而產生永久形變的現(xiàn)象，進而引起塑料尺寸的變化，影響其尺寸精度。 塑料的蠕變受應力、溫度及時間三個因素影響；應力越大，溫度越高，時間越長，其相應的蠕變增大。 下面介紹兒種塑料的蠕變性。 PA 的蠕變較大，不 適于生產精密工業(yè)配件。在 70溫度下，其 蠕變值高達 5%左右，尤 其以 PA1010最大，而 PA66 最??；PA 的蠕變受溫度影響較大。 POM 的蠕變性適中，比 PA 小，但比 PSF 及 PC 大。在 50時，其蠕變值為 1%左右。,PC 的蠕變是塑料中相當小的。在 70溫度下，一般為 0.7%左右，并且超過 10天 后，幾乎不隨時間延長而增加。 PSF 是塑料中蠕變性

11、最小的。在 50溫度下，其蠕變值僅為 0.14%0.2%。 ABS 的蠕變比較小。在 50溫度下，其蠕變值為 0.4%0.5%，僅比 PSF 大一點。 PET 的蠕變對溫度較敏感。在 23時，雖然純 PET 的蠕變值小于 1%，而且 GFPET 的蠕變值幾乎為零；但在 70，純 PET 的蠕變值則高達 10%。PET 進行 GF 增強后的蠕變值大大下降，最低可下降到 2%左右。 PE 是塑料中蠕變最大的品種。在 50溫度下，其蠕變值可達：LDPE 為 4%5%，HDPE 為4%。 幾種材料蠕變大小順序：LDPE、HDPE、PA、PET、POM、PCPSF、ABS、PPO。,三、高精度塑料的選用

12、原則,1、從塑料的收縮率方面考慮 收縮率是影響塑料制品精度的最主要的因素，尤其對于結晶類塑料而言，更是如此。 不同種類塑料的收縮率大不相同，從 LCP 的 0.005%到PE 的 5%，相差 1000 倍之多。為此，在生產高精度塑料制品時，可遵循如下原則。 (1)盡可能選用收縮率小的品種 具體有 LCP、ABS、PMMA、PC、PET、PBT、PSF、PES、PPO、PI、PAR 及 PPS 等。,在具體選用時，可從以下幾個方面考慮。 盡可能選用非結晶類塑料品種，它的結晶度比較小，制品精度高。 盡可能選用熱固性塑料品種，它的收縮率比結晶塑料小許多，僅比非晶塑料大少許。 盡可能對所用材料進行填充

13、或增強改性處理，以大幅 度降低其收縮率。填充可使收縮率下降40%80%，增強可使收縮率下降 50%90%。,(2)盡可能選用收縮率精確的品種 大多數(shù)塑料的收縮率不僅大，而且不穩(wěn)定，時而大、時而小，難以精確計算。對高精度制品而言，一定要選擇收縮率穩(wěn)定并可精確計算的塑料品種。 (3)盡可能選用無后收縮的品種 塑料的后收縮持續(xù)時間很長，難以精確確定其數(shù)值保證不了制品的精度。常見的后收縮大的塑料品種有 POM 及 PS 等剛性聚合物。,2、從塑料的蠕變方面上考慮,對于在使用環(huán)境中受載荷作用的塑料制品，易產生較大的蠕變。塑料的蠕變值越大，在受力對其產生的變形越大，制品的精度越低。因此，對高精度塑料制品，

14、應該選擇蠕變值小的塑料品種，具體有 PSF、ABS、PPO、PI、PAR、聚苯酯及 PEEK 等，熱固性塑料的耐蠕變性也比較小。盡可能少選 HDPE、PA、PET、POM、PC 及氟塑料等，它們的蠕變值都比較大。 另外，填充和增強可明顯降低塑料的蠕變性，可提高制品的精度。因此，對高精度塑料制品，應盡可能進行填充和增強改性。,3、從塑料的熱膨脹系數(shù)方面考慮,對于在高溫環(huán)境中使用的塑料制品，塑料原料熱膨脹系數(shù)的大小對其制品的精度影響比較大。因此，對高溫下使用的高精度制品，應盡可能選擇熱膨脹系數(shù)小的塑料品種，具體品種有：PVC、PA1010、PC、PBT、PI、PES、PSF、PPS、PPO、F4

15、及聚苯酯等。 另外，填充和增強可明顯降低塑料的熱膨脹系數(shù)，從而提高其制品的精度。填充和增強一般可使其熱膨脹系數(shù)下降 50%80%左右，如 PC 中加入 30%GF，其熱膨脹系數(shù)可由 7105K-1下降到 3105K-1，下降 60%左右。,4、從塑料的吸水方面考慮 對于在潮濕環(huán)境中使用的塑料制品，高吸水性塑料品種會影響制品的精度。因此，應盡可能選擇低吸水性樹脂，不選用高吸水性塑料如 PA 類、PES 及 PAN 等。,項目16的總結部分,熱收縮率小的高分子材料圖片：,PMMA,項目16的總結部分,ABS,項目16的總結部分,PC,項目16的總結部分,尼龍,項目16的總結部分,PI聚酰亞胺,PPS聚苯硫醚,PPO,PES聚醚砜,LCP液晶,項目16的總結部分,