1、,塑料成型工藝及模具設(shè)計 湖南大學塑料模具研究所 葉久新 王群/主編,機械工業(yè)出版社,“十一五” 國家級規(guī)劃教材,“十一五” 國家級規(guī)劃教材,1、本課件為了方便教師進行塑料模具教學而不以盈利為目的。 2、課件上絕大部分動畫由張家界航空職業(yè)技術(shù)學院柏洪武老師制作，并授權(quán)本課件使用，動畫所有權(quán)歸柏洪武老師，未經(jīng)其同意不得用于盈利性項目,具體事宜請訪問。 3、本課件上大多數(shù)圖片來自網(wǎng)絡(luò)和其他圖書，如有侵權(quán)，請速告知，核實后立刻刪除。 4、本課件所有文字、圖片、圖形編輯以及視頻采集與編輯等課件制作工作由湖南大學王群老師完成。 5、本課件須使用PPT2003及以上版本，并安裝flashplayer8.0

2、及以上的版本及媒體播放機9.0及以上版本。 6、課件系最初版本，錯誤及疏漏難以避免，敬請批評指正！ 聯(lián)系人：王群；電子郵箱：,課件使用說明,1.1 聚合物的結(jié)構(gòu)和性能 1.2 聚合物的流變性質(zhì) 1.3 聚合物成型過程中的物理行為 1.4 聚合物成型過程中的化學行為 1.5 塑料組成、分類與用途 1.6 塑料成型工藝性能,第1章 塑料成型基礎(chǔ)知識,塑料的概念 塑料是以高分子聚合物為主要成分，加入一定量添加劑而組成的一種混合物。,1.1 聚合物的結(jié)構(gòu)和性能,將低分子化合物單體轉(zhuǎn)變成高分子物質(zhì)的過程叫做聚合反應(yīng)，單體經(jīng)過這種化學反應(yīng)之后，其原子便以共價鍵的方式相結(jié)合，形成高分子結(jié)構(gòu)。,1.1.1 聚

3、合物高分子的形成,1.1 聚合物的結(jié)構(gòu)和性能,1.聚合物的長鏈結(jié)構(gòu) 組成聚合物的高分子呈鏈狀結(jié)構(gòu)，其鏈狀結(jié)構(gòu)有以下三種類型：,1.1.2 聚合物高分子的結(jié)構(gòu),1.1 聚合物的結(jié)構(gòu)和性能,線型高分子,支鏈型高分子,體型高分子,2.聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 高分子聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指聚合物分子鏈之間的排列和堆砌結(jié)構(gòu)，分三類：,1.1.2 聚合物高分子的結(jié)構(gòu),1.1 聚合物的結(jié)構(gòu)和性能,非晶態(tài),晶態(tài),部分晶態(tài),1.1.3 聚合物高分子的物理狀態(tài)、力學及加工適應(yīng)性 1.非結(jié)晶高聚物的溫度、力學狀態(tài)及成型加工的關(guān)系,1.1 聚合物的結(jié)構(gòu)和性能,1.成型過程中的應(yīng)力和應(yīng)變 2.聚合物變形流動時的粘彈性質(zhì) 3.

4、塑料變形的滯后效應(yīng)與松弛,1.2.1 聚合物的粘彈性質(zhì),1.2 聚合物的流變性質(zhì),1.聚合物熔體的彈性類型 （1）剪切彈性 成型物料所受的切應(yīng)力與其發(fā)生的剪切彈性變形的比稱為剪切彈性模量，簡稱“切變模量”。,1.2.3高分子聚合物的彈性,1.2 聚合物的流變性質(zhì),（2）拉伸彈性 成型物料所受的拉應(yīng)力與其發(fā)生的拉伸彈性變形的比稱為拉伸彈性模量。,2.聚合物熔體流動過程中的彈性行為,1.2.3高分子聚合物的彈性,1.2 聚合物的流變性質(zhì),1.澆口和型腔對熔體充型流動的影響,1.2.4聚合物熔體的充型流動,1.2 聚合物的流變性質(zhì),澆口的橫截面高度和型腔的深度相差很大 （高速 ）,澆口的橫截面高度和

5、型腔的深度相差不大 （中速）,澆口的橫截面高度和型腔的深度相差接近 （低速）,2.擴張流動充型與熔接痕 （1）充型運動過程的三個典型階段 1)前鋒料流呈輻射狀流動的起始階段 2)前鋒料流呈圓弧狀的過渡階段 3)以黏流性熔膜為前鋒料頭的勻整運動主階段。 （2）溶接痕 當熔體在型腔中流動的過程中遇到型芯和嵌件等障礙物時，則熔膜將被分成兩股，最終在兩股料流的匯合處產(chǎn)生熔接痕。,1.2.4聚合物熔體的充型流動,1.2 聚合物的流變性質(zhì),僅僅靠加熱的方式來提高熔體的流動性往往會造成局部熔體的過熱，從而導致聚合物的分解。一般將加熱升溫與增加熔體的摩擦生熱結(jié)合起來才能獲得比較滿意的效果。 過分加大冷卻速度也

6、會由于塑件各部分由于冷卻速度相差太大而造成很大的內(nèi)應(yīng)力。 結(jié)晶型聚合物在受熱轉(zhuǎn)變成熔體的過程中會因為要吸收結(jié)晶潛熱，而比非結(jié)晶型聚合物要消耗更多的熱量。,1.3.1 聚合物的加熱與冷卻,1.3 聚合物成型過程中的物理行為,1.聚合物的結(jié)晶現(xiàn)象 （1）結(jié)晶的概念 （2）二次結(jié)晶和后結(jié)晶 （3）結(jié)晶速度和結(jié)晶度 1）結(jié)晶速度 2）結(jié)晶度 2.結(jié)晶對塑件質(zhì)量的影響 通常結(jié)晶度大的塑件密度大，強度、硬度高，剛度、耐磨性好，耐化學性和電性能好；結(jié)晶度小的塑料，柔軟性、透明性較好，伸長率和沖擊韌度較大。,1.3.2聚合物的結(jié)晶,1.3 聚合物成型過程中的物理行為,1.取向及其機理 聚合物高分子及其鏈段或結(jié)

7、晶聚合物的微晶粒子在應(yīng)力作用下形成的有序排列即稱為取向（或定向）。 取向的分類： 在切應(yīng)力作用下沿著熔體流動方向形成的流動取向； 由拉應(yīng)力引起的取向方位與應(yīng)力方向一致的拉伸取向。,1.3.3聚合物的取向,1.3 聚合物成型過程中的物理行為,2. 影響取向的因素 注射成型中，凡是能改變?nèi)垠w流動速度梯度和熔體停止流動后在玻璃化溫度以上的停留時間等因素都會影響聚合物的取向程度和分布。 (模溫、塑件壁厚、注射壓力、保壓時間、澆口 ) 3.取向?qū)酆衔镄阅艿挠绊?聚合物會呈現(xiàn)出明顯的各向異性，沿著取向方向力學性能顯著提高，與取向方向垂直的方向力學性能顯著下降。,1.3.3聚合物的取向,1.3 聚合物成型

8、過程中的物理行為,殘余應(yīng)力是由塑料在型腔內(nèi)流動和冷卻的過程中產(chǎn)生的。 殘余流動應(yīng)力：在注射和保壓階段，塑料受到不均衡的剪切和正應(yīng)力作用，產(chǎn)生了隱藏在塑件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。 溫度殘余應(yīng)力：由于注射型腔內(nèi)快速的不均勻冷卻固化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。,1.3.4 殘余應(yīng)力,1.3 聚合物成型過程中的物理行為,定義：聚合物分子在受到熱、應(yīng)力、微量水、酸、堿等雜質(zhì)以及空氣中的氧作用，導致聚合物鏈斷裂、分子變小、相對分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象 。 1.降解的種類 （1）熱降解 （2）氧化降解 （3）水降解 （4）應(yīng)力降解,1.4.1 聚合物降解,1.4 聚合物成型過程中的化學行為,2. 防止降解的方法 （1）嚴格控制成型原

9、料的技術(shù)指標，避免因原材料不純對降解發(fā)生催化作用； （2）成型前對物料進行充分的預熱和干燥，嚴格控制其含水量； （3）制定合理的成型工藝參數(shù)； （4）成型設(shè)備和模具狀態(tài)應(yīng)該具有良好的結(jié)構(gòu)； （5）對熱、氧穩(wěn)定較差的聚合物 。,1.4.1 聚合物降解,1.4 聚合物成型過程中的化學行為,(1)交聯(lián) 聚合物由線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w形結(jié)構(gòu)的化學反應(yīng)過程。 (2)交聯(lián)與硬化熟化的關(guān)系 “硬化的好”、“熟化的好”，并不意味著交聯(lián)反應(yīng)的完全，而實際只是指成型固化過程中的交聯(lián)反應(yīng)發(fā)展到了一種最為適宜的程度，在這種程度下，塑件能獲得最佳的物理和力學性能。,1.4.2 聚合物的交聯(lián),1.4 聚合物成型過程中的化學行為

10、,塑料的主要成分是合成樹脂，其中還有許多有特定用途的添加劑。 （1）合成樹脂：是人工合成的高分子化合物，又稱高聚物，它是塑料中最基本、最重要的組成成分，約占塑料質(zhì)量的40100，它決定了塑料的基本性質(zhì)，各種塑料都是由樹脂的名字來命名。,1.5.1 塑料的組成,1.5 塑料組成、分類與用途,（2）填充劑：改善塑料性能（粉狀、片狀、纖維）。 增塑劑：提高可塑性、流動性、柔韌性、降低脆性。 穩(wěn)定劑：熱穩(wěn)定劑 、光穩(wěn)定劑 、抗氧化劑。 潤滑劑：對塑料的表面起潤滑作用，防止塑料在成型加工時黏模。 著色劑 ：無機顏料 、無機顏料、染料。 其它：發(fā)泡劑、阻燃劑、固化劑、防靜電劑、導電劑和導磁劑等 。,1.5

11、.1 塑料的組成,1.5 塑料組成、分類與用途,1.1.2 塑料的填充劑,1.5 塑料組成、分類與用途,1.5.2 塑料的分類 1.按塑料中樹脂分子結(jié)構(gòu)和受熱后呈現(xiàn)的基本行為分類：,塑料,非結(jié)晶型,熱塑性塑料,結(jié)晶型,熱固性塑料,1.5 塑料組成、分類與用途,熱塑性塑料與熱固性塑料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的對比,受熱行為圖示,1.5 塑料組成、分類與用途,1.5 塑料組成、分類與用途,2.按塑料的性能及用途分類： 通用塑料：指產(chǎn)量大、用途廣且價廉的塑料。 工程塑料：在工程技術(shù)中常作為結(jié)構(gòu)材料來使用。 特殊功能塑料：具有特殊性能的塑料（用于醫(yī)藥、光敏及液晶方面的氟塑料 ）。,1.5 塑料組成、分類與用途,五

12、大泛用塑料及用途： 低密度聚乙烯(LDPE)地膜、食品包裝袋、容器襯里、涂層,吹塑中空容器等小型制 。 高密度聚乙烯(HDPE)膠管、洗發(fā)水瓶、膠膜等。 聚苯乙烯(PS)外殼、玩具、壁磚等。 聚氯乙烯(PVC)瓶子、塑料管、薄膜、保鮮膜等。 聚丙烯(PP)汽車保險桿、儀表板、纖維等。,1.5 塑料組成、分類與用途,工程塑料： 起源： 自1956 年杜邦推出Derlin 商名新塑料,宣稱可取 代金屬,工程塑料之名由此開始。,特性： 機械強度高而且有適當平衡.耐熱,耐久或具特殊機能.加工性良好，價格合理且工程性良好。,1.5 塑料組成、分類與用途,特殊功能塑料： 如用于醫(yī)藥、光敏及液晶方面的氟塑料

13、、聚酰亞胺塑料、有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂、導電塑料、導磁塑料、導熱塑料以及其他某些專門用途而改性得到的塑料。,1.5 塑料組成、分類與用途,1.5.3 塑料的性能與用途 密度小 (重量輕，塑料比重0.92，鋁2.7，鐵7.8)。 比強度和比剛度高。 化學穩(wěn)定性好。 電氣性能優(yōu)良。 減摩、耐磨和自潤滑性好。 成型和著色性能好。 多種防護性能：除防腐外，塑料還具有防水、防潮、防透氣、防振、防輻射等。 耐熱性差、受載荷易蠕變、老化現(xiàn)象。,1.5 塑料組成、分類與用途,1.6.1 收縮性 造成成型收縮的原因： 熱脹冷縮 因彈性回復造成的收縮 結(jié)晶收縮 定向收縮 影響收縮率變化的因素： 塑料品種 塑件特征 模具結(jié)構(gòu) 成型工藝參數(shù),1.6 塑料成型工藝性能,成型收縮的形式 (1)塑件的線性尺寸收縮； (2)收縮的方向性； (3)后收縮：塑件脫模后殘余應(yīng)力將導致塑件再次收縮 (4)后處理收縮（退火處理）,1.6 塑料成型工藝性能,2.收縮率計算,1.6 塑料成型工藝性能,3.影響收縮率變化的因素 (1)塑料品種 (2）塑件特征 (3）模具結(jié)構(gòu) (4）成型工藝參數(shù),1.6.2.流動性 在成型過程中，塑料熔體在一定的溫度與壓力作用 下充填型腔的能力稱為塑料的流動性。,1.6 塑料成型工藝性能,熱塑性塑料熔體流動性測