一、 塑料的成型原理:是指将配制好的塑料原料(粉料、粒料、溶液或分散体)在一定的工艺装备和工艺条件下塑制成所需形状、尺寸塑料制品的过程。
1、注射成型:注射成型又称注射模塑或注塑成型,几乎所有的热塑性塑料(除氟塑料外)及部分热固性塑料皆可经注射成型而获得各种形状的塑料制品,其应用覆盖了国民经济各个领域。
2、压缩成型:将粉状、粒状、纤维状或经预压的坯状塑料定量地加入处于成型温度下的模具型腔中,然后闭模及加压加热,塑料在型腔内受热受压,熔融塑化并向型腔各部位充填,待充分固化定型后,卸压启模即得模压制品
压注成型又称传递成型,它的原理是将热固性塑料置于高温的模具加料腔内,使其受热熔融塑化成粘流态,并在活塞的压力作用下,通过模具的浇注系统注射入闭合的模腔中;熔融塑料在此继续受热受压,经交联固化而定型;最后打开模具获得所需形状的制品。
挤出成型又称挤压成型,其成型原理是借助于转动的螺杆,将料斗中粒状或粉状的塑料送入加热料筒中,料筒内的塑料在受到料筒外的电加热和螺杆的剪切摩擦热的作用而逐渐熔融塑化成粘流态,与此同时,塑料还受到螺杆的搅拌而均匀分散,并不断推向前进;最后,塑化均匀的熔体通过具有一定形状的挤出模具(机头2与口模3)并在定型、冷却、牵引和切断等一系列的辅助装置的作用下,成型为具有一定截面形状的连续型材,如管材、棒材、板材、片材、单丝、薄膜、电线电缆的包覆层及的异型材等。
中空成型又称中空吹塑成型。中空成型的原理是先通过挤出或注塑的成型方法生产出高弹状态的塑料型坯,再把塑料型坯放入处于打开状态的瓣合式吹塑模具内,闭合模具,然后向型坯内吹入压缩空气,使高弹塑料型胀开并紧贴在模腔表壁,经冷却定型后,获得与模具型腔形状一致的中空制品。中空成型主要用于生产塑料瓶子、水壶、提桶、玩具等。
塑料是以高分子聚合物为主要成分,经与不同的添加剂混炼而成的可塑成型的混合物,在加热、加压等条件下具有可塑性,在常温下为柔韧的固体。
添加填充剂的目的是降低塑料中树脂的使用量,从而降低制品成本;其次是改善塑料的加工性能和使用性能,填充剂在塑料中的含量一般控制在40% 以下。
增强剂用于改善塑料制件的机械力学性能。但增强剂的使用会带来流动性的下降,恶化成型加工性,降低模具的寿命以及流动充型时会带来纤维状填料的定向问题。
添加稳定剂的作用是提高塑料抵抗光、热、氧及霉菌等外界因素作用的能力,阻缓塑料在成型或使用过程中的变质。稳定剂的用量一般为塑料的0.3~0.5%。
对着色剂的要求是:耐热、耐光,性能稳定,不分解、不变色、不与成分发生不良化学反应,易扩散,着色力强,与树脂有良好的相溶性,不发生析出现象。着色料添加量应<2%。
根据塑料的成型特性与制品的使用要求,在塑料中添加的添加剂成分还有:阻燃剂、发泡剂、静电剂、导电剂、导磁剂、相容剂等。
1) 热塑性塑料 这类塑料的合成树脂都是线型或带有支链型结构的聚合物,在一定的温度下受热变软,成为可流动的熔体。在此状态下具有可塑性可塑制成型制品,冷却后保持既得的形状;如再加热,又可变软塑制成另一形状,如此可以反复进行。
2) 热固性塑料 这类塑料的合成树脂是带有体型网状结构的聚合物,在加热之初,因分子呈线型结构,具有可熔性和可塑性,可塑制成一定形状的制品,但当继续加热温度达到一定程度后,分子呈现网状结构,树脂变成了不熔的体型结构,此时即使再加热到接近分解的温度,也不再软化。
工程塑料 指具有优良的力学性能和较宽温度范围内的尺寸稳定性,同时还具有耐磨、耐腐蚀、自润滑等综合性能,能在一定程度上代替金属作为工程结构材料使用的塑料。
教学目的:1、掌握热固性塑料和热塑性塑料的工艺性能;2.具备分析塑料产品的工艺性,并在此基础上找出工艺难点,提出解决问题的方法的能力。
3) 方向性收缩 成型时由于高分子聚合物沿料流方向取向,而导致制品呈现各向异性。沿料流方向收缩大,与料流垂直方向的收缩小。
相容性是指两种或两种以上不同品种的聚合物,在熔融状态下不产生相分离现象的能力。塑料的相容性也称为共混性。
热敏性是指某些热稳定性差的塑料,在较高温下受热时间稍长或料温过高时发生变色、降解、分解的倾向。具有这种倾向的塑料称为热敏性塑料,如硬聚氯乙烯、聚甲醛、聚三氟氯乙烯、尼龙等。
聚合物的取向是指塑料成型时大分子链在外力(如剪应力或拉应力)的作用下,沿着受力方向作平行排列的现象。聚合物的取向分流动取向和拉伸取向。
聚合物的交联是指热固性塑料在成型过程中,其聚合物分子由线型结构转变为体形结构的化学反应过程,通常也称为“硬化”。
聚合物在热、力、辐射及水、氧、酸、碱等因素的作用下所发生的相对分子质量降低、分子结构发生变化的现象,称为降解。
(1)基本特性 聚乙烯塑料由乙烯单体经聚合而成, 是塑料工业中产量最大的品种。按聚合时采用的生产压力的高低可分为高压、中压和低压聚乙烯三种。
低密度聚乙烯(LDPE)又称高压聚乙烯具有较好的柔软性、耐寒性、耐冲击性,但耐热、耐光、耐氧化能力差、易老化。
聚乙烯无毒、无味、呈乳白色的蜡状半透明状,柔而韧,比水轻,有一定的机械强度,但与其他塑料相比机械强度偏低、表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异,介电性能稳定;化学稳定性好,能耐稀硫酸、稀硝酸及其他任何浓度的酸、碱、盐的侵蚀;除苯及汽油外,一般不溶于有机溶剂;其透水气性能较差,而透氧气、二氧化碳及许多有机物质蒸气的性能好;聚乙烯的耐低温性能较好,在-60℃下仍具有较好的力学性能,但其使用温度不高,一般LDPE的使用温度在80℃左右,HDPE的使用温度在100℃左右。
(2)主要用途 高密度聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板以及承载不高的零件,如齿轮、轴承等;低密度聚乙烯常用于制作塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和包覆电缆等。
(3)成型特点 聚乙烯成型时,收缩率大,在流动方向与垂直方向上的收缩差异大,且注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率,易产生变形和产生缩孔;冷却速度慢,必须充分冷却;聚乙烯质软易脱模,制品有浅的侧凹时可强行脱模。
(1)基本特性 聚氯乙烯是世界上产量最大的塑料品种之一:硬聚氯乙烯不含或少含增塑剂,有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能;软聚氯乙烯含有较多的增塑剂,柔软性、断裂伸长率较好,但硬度、抗拉强度较低。聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能,可以用作低频绝缘材料。其化学稳定性也较好,但聚氯乙烯的热稳定性较差。
(2)主要用途 由于聚氯乙烯的化学稳定性高,所以可用于防腐管道等;由于电气绝缘性能优良而在电气、电子工业中用于制造插座、插头、开关、电缆;在日常生活中用于制造凉鞋、雨衣、玩具、人造革等。
(3)成型特点 聚氯乙烯在成型温度下容易分解,所以必须加入产稳定剂和润滑剂,并严格控制温度及熔料的滞留时间。
(1)基本特性 聚丙烯是由丙烯单体经聚合而成。无味、无毒,外观似聚乙烯,呈白色的蜡状半透明状,是通用塑料中最轻的聚合物,聚丙烯具有优良的耐热性、耐化学腐蚀性、电性能和力学性能。强度比聚乙烯好,特别是经定向后的聚丙烯具有极高的抗弯曲疲劳强度,可制作铰链。聚丙烯可在107℃~121℃下长期使用,在无外力作用下,使用温度可达150℃。聚丙烯是通用塑料中唯一能在水中煮沸且在135℃蒸汽中消毒而不被破坏的塑料。 聚丙烯的低温特性不如聚乙烯,
(1)基本特性 聚苯乙烯是由苯乙烯聚合而成。为无色、无味、无毒的透明塑料,易燃烧,燃烧时带有很浓的黑烟,并有特殊气味。聚苯乙烯具有优良的光学性能,易于着色,聚苯乙烯具有良好的电学性能,尤其是高频绝缘性。质地硬而脆,并具有较高的热膨胀系数。
(2)主要用途 聚苯乙烯在工业上可制造仪器仪表零件、灯罩、透明模型、绝缘材料、接线盒、电池盒等。在日用品方面可用于制造包装材料、装饰材料、各种容器、玩具等。
(3)成型特点 流动性和成型性优良,成品率高,但易出现裂纹,成型制品的脱模斜度不宜过小,顶出要均匀;由于热膨胀系数高,制品中不宜有嵌件,否则会因两者的热膨胀系数相差太大而导致开裂。宜用高料温、低注射压力成型并延长注射时间,以防止缩孔及变形,但料温过高,容易出现银丝。因流动性好,模具设计中大多采用点浇口形式。
(1)基本特性 ABS是由丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)共聚生成的三元共聚物,具有良好的综合力学性能。丙烯腈使ABS有较高的耐热性、耐化学腐蚀性及表面硬度;丁二烯使ABS具有良好的弹韧性、冲击强度、耐寒性以及较高的抗拉强度;苯乙烯使ABS具有良好的成型加工性、着色性和介电特性,使ABS制品的表面光洁。
ABS无毒、无味、不透明,色泽微黄,可燃烧,有良好的机械强度和极好的抗冲击强度,有一定的耐油性和稳定的化学性和电气性能。
(3)成型特点 ABS在升温时粘度增高,所以成型压力较高,塑料上的脱模斜度宜稍大;易吸水,成型加工前应进行干燥处理;易产生熔接痕。
尼龙树脂为无毒、无味,呈白色或淡的结晶颗粒。尼龙具有优良的力学性能,抗拉、抗压、耐磨。其抗冲击强度比一般塑料有显著提高,其中以尼龙6更优。作为机械零件材料,具有良好的消音效果和自润滑性能。尼龙还具有良好的耐化学性、气体透过性、耐油性和电性能。但吸水性强、收缩率大,常常因吸水而引起尺寸的变化。
(2)主要用途 尼龙由于具有较好的力学性能,在工业上广泛地用来制作轴承、齿轮、等机械零件和降落伞、刷子、梳子、拉链、球拍等。
(3)成型特点 熔融粘度低、流动性好,容易产生飞边。成型加工前必须进行干燥处理;易吸潮,制品尺寸变化大;成型时排除的热量多,模具上应设计冷却均匀的冷却回路;熔融状态的尼龙热稳定性较差,易发生降解使制品性能下降,因此不允许尼龙在高温料筒内停留时间过长。
(1)基本特性 酚醛脂本身很脆,呈琥珀玻璃态,刚性好,变形小,而热耐磨,能在150℃~200℃的温度范围内长期使用,在水润滑条件下,有极低的摩擦系数。其电绝缘性能优良。缺点是质脆,冲击强度差。
(2)主要用途用于制造齿轮、轴瓦、导向轮、轴承及电工结构材料和电气绝缘材料。石棉布层压塑料主要用于高温下工作的零件。木质层压塑料适用于作水润滑冷却下的轴承及齿轮等。
(3)成型特点 成型性能好,特别适用于压缩成型;模温对流动性影响较大,一般当温度超过160℃时流动性迅速下降;硬化时放出大量热,厚壁大型制品易发生硬化不匀及过热现象。
八、环氧树脂,环氧树脂具有很强的粘结能力,是人们熟悉的(万能胶)的主要成分。此外还耐化学药品、耐热,电气绝缘性能良好,收缩率小。比酚醛树脂有较好的力学性能。其缺点是耐气候性差、耐冲击性低,质地脆。
(2)主要用途 环氧树脂可用作金属和非金属材料的粘合剂,用于封闭各种电子元件。用环氧树脂配以石英粉等来浇铸各种模具。还可以作为各种产品的防腐涂料。
(3)成型特点 流动性好,硬化速度快;用于浇注时,浇注前应加脱模剂,因环氧树脂热刚性差,硬化收缩小,难于脱模;硬化时不析出任何副产物,成型时不需排气。
氨基塑料也是热固性塑料,由氨基化合物与醛类(主要是甲醛)经缩聚反应而得到,主要包括脲-甲醛(UF)、三聚氰胺-甲醛等(MF)。
脲-甲醛塑料经染色后具有各种鲜艳的色彩,外观光亮,部分透明,表面硬度较高,耐电弧性能好,而矿物油,但耐水性较。