第五章 非金属材料成形 第一节 塑料的成形

发布日期:[09-10-31 12:59:30] 浏览人次:[]

第一节 塑料的成形

塑料的组成:以合成树脂为主要成分,并加入增塑剂、润滑剂、稳定剂及填料等组成的高分子材料。在一定的温度和压力下,可以用模具使其成形为具有一定形状和尺寸的塑料制件,当外力解除后,在常温下其形状保持不变。

塑料制品的优点:质量轻,比强度高;耐腐蚀,化学稳定性好;有优良的电绝缘性能、光学性能、减摩、耐磨性能和消声减震性能;加工成形方便成本低。

主要不足:耐热性差、刚性和尺寸稳定性差、易老化等。

塑料的分类:热塑性塑料和热固性塑料两类。

常见热塑性塑料:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、ABS塑料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,又称有机玻璃)、聚酰胺(PA,俗称尼龙)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、聚砜(PSF)、聚四氟乙烯(PTFF)、氯化聚醚(CPT)等。这些塑料可加热后软化再使用。

常见热固性塑料:酚醛塑料(PF)、氨基塑料(MF)、环氧塑料(EP)等。这些塑料加热塑化后成形,再加热不能软化使用。

一、工程塑料的成形性能

塑料具有高分子聚合物独特的大分子链结构,这种结构决定了塑料的成形性能。

(一) 塑料形变与温度的关系

热塑性塑料形变特性(力学性能)如图5-1所示。低于玻璃化温度Tg为玻璃态、高于粘流温度Tf(或结晶温度Tm)温度为粘流态、在玻璃化温度和粘流温度之间为高弹态,当温度高于热分解温度(Td)时,塑料会降解或气化分解。

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图5-1 塑料的形变与温度的关系

玻璃态,强度、刚性等力学性能较好,可作为结构材料使用。

高弹态,外力作用下,会产生很大的弹性形变(可达100%~1000%),此时的高聚物具有橡胶的特性。

粘流态,高聚物开始粘性流动,变形是不可逆变形,一般在此温度范围成形。

固化:热固性塑料在成形过程中,由于高聚物发生交联反应,分子将由线型结构变为体型结构,这一过程称为固化。热固性塑料受热后的状态变化曲线如图5-2所示。

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图5-2 热固性塑料受热后的状态变化曲线

(二) 塑料的流变性能

使用中:正常使用中处于玻璃态。

成形时:在成形过程中,一般要求塑料处于粘流态(或塑化态)成形。

粘流体:塑料聚合物熔体是非牛顿流体(或称粘流体),其粘度随流动中的剪切速率、温度、压力的变化而有较大的变化。对于一种塑料,通常其粘度随温度的升高而降低,塑料的粘度愈小流动性也愈好,图5-3是几种常用塑料的粘度与温度变化曲线,从图中可以看出,不同塑料由于其分子结构的差异,粘度对温度的敏感程度不同。粘度也随流动时的剪切速率(或称为速度梯度)的变化而变化,剪切速率增加时粘度会随之降低,如图5-4所示。当温度一定时,塑料熔体流动剪切速率愈高,其粘度愈低,也愈有利于塑料成形。

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图5-3 几种常用塑料的粘度与温度变化曲线

1—增塑聚乙烯  2—硬聚乙烯  3—聚甲基丙烯酸甲酯
4—聚丙烯  5—聚甲醛6—低密度聚乙烯  7—尼龙66

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图5-4 粘度随剪切速率(速度梯度)的变化

1—聚砜(350℃挤出) 2—聚砜(350℃注射) 3—低密度聚乙烯(350℃)

4—聚碳酸酯(315℃) 5—聚苯乙烯(200℃)

(三) 塑料的成形工艺性

塑料的成形工艺性主要表现在以下几个方面:

1.流动性 塑料在一定的温度与压力下填充模具型腔的能力称为塑料的流动性。

热塑性塑料的流动性用熔融指数(也可称熔融流动率)表示,熔融指数越大,流动性也越好,熔融指数与塑料的粘度有关,粘度愈小熔融指数愈大,塑料的流动性也愈好。

常用塑料的流动性大致可分为三类:

流动性好:尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素等;

流动性中:改性聚苯乙烯、ABS、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、氯化聚醚等;

流动性差:聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、

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