塑料成型及塑料特性知识培训

抗冲强度高 易于成型 适合于复杂的设计
机械强度高 尺寸稳定性良好 耐热性和耐湿性好 不溶于溶剂
常用塑料
PE、PP、PS、ABS、 PMMA、PPO、PA(N)、 PF、EP、UP、UF、MF PC、PSF、PVC、POM
Thermoplastic热塑性塑料 Thermoset热固性塑料
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塑料概述
热塑性塑料循环原理
热塑性塑料循环原理
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塑料概述
Polymer塑料
Thermoset热固性塑料
Thermoplastic热塑性塑料
Amorphous 无定型热塑性塑料
聚合物链的构象或形态不同
(Semi-)Crystalline (半)结晶热塑性塑料
Liquid crystal polymers 液晶热塑性塑料(LCPs)
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常见塑料的特性及应用
常见热塑性塑料
❖ ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 ❖ PA12 聚酰胺12或尼龙12 ❖ PA6 聚酰胺6或尼龙6 ❖ PA66 聚酰胺66或尼龙66 ❖ PBT 聚对苯二甲酸丁二醇酯 ❖ PC 聚碳酸酯 ❖ PC/ABS 聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物 ❖ PC/PBT 聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物 ❖ PE-HD 高密度聚乙烯 ❖ PE-LD 低密度聚乙烯 ❖ PEI 聚乙醚 ❖ PET 聚对苯二甲酸乙二醇酯 ❖ PETG 乙二醇改性-聚对苯二甲酸乙二醇酯 ❖ PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯 ❖ POM 聚甲醛 ❖ PP 聚丙烯 ❖ PPE|PPO 聚丙乙烯 ❖ PS 聚苯乙烯 ❖ PVC 聚氯乙烯 ❖ SAN 苯乙烯-丙烯腈共聚物
o 透明
o 半透明或不透明
o 较低的耐化学品性
o 极好的耐化学品性
一 般
o 低成型收缩率
特 性
通常低强度
o 高成型收缩率 o 通常高强度
o 通常高熔融粘度
o 通常低熔融粘度
o 较低的热含量
o 较高的热含量（有结晶热）
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塑料的改良
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塑料概述
Blends
原料聚合物
Homo-polymers
Co-polymers
冲击改性物, 刚性增强物 • 冲击改性物有非常低的Tg（玻璃转化温度）
• 刚性增强物有非常高的硬度和强度
Glass Fiber
Carbon Fiber
Glass Fiber + Talc
添加剂
• 稳定剂 - 抗氧剂
- 紫外线稳定剂 - 抗热稳定剂 • 阻燃剂 • 着色剂（颜料） • 润滑剂 • 隔离剂
率的增大而降低。
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塑料成型理论基础
剪切流动
(1) 剪切流动(Shear Flow)
固定
移动
固定
固定
(2) 剪切速率(Shear Rate)
慢速移动
快速移动
低剪切速率
高剪切速率
固定
固定
(3) 剪切应力(Shear Stress)
慢速移动
快速移动
低剪切应力
高剪切应力
固定
固定
剪切流动是熔融流体在外力下的相 对滑动。
性能要求不高，成本低，易 于取得
其机械性能、电气性能、对化学环境的 耐受性、对高温低温的耐受性等方面都 具有较优异的特点，能在工程技术上替 代某些金属如铜、铝、锌、部分合金钢 或其它材料使用。价格比金属高
常用塑料
聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、 聚苯乙烯(PS)、改性聚苯乙 烯、聚氯乙烯(PVC)
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、 聚酰胺(尼龙PA(N))、聚碳酸酯(PC)、 聚甲醛(POM)、聚缩醛、聚酯树脂、聚 砜(PSF)、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃 PMMA)、改性聚苯醚及氟素树脂
典型用途
汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰 箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割 草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔 夫球手推车以及喷气式雪撬车等
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常见塑料的特性及应用
Nylons
塑料名称 Nylon 尼龙（聚酰胺PA）
优点
机械强度高，韧性好，耐疲劳性佳，摩擦系数低（耐磨）， 耐腐蚀，无毒，耐热，电绝缘性佳，易染色，易成型
❖ 塑料是由可形成高相对分子质量聚合物的单体化学聚合而成的合成 材料。低分子化合物单体经过聚合反应转变成大分子物质，其原子 以共价键的方式形成大分子结构，相对分子质量一般不低于104。
4
塑料概述
塑料的组成
❖ 聚合物大分子基本都呈长链 状结构，由添加的化学成分 沿着主要的分子“脊椎”形 成分枝。虽然术语塑料 (plastic)经常被随意地当做 聚合物(polymer)树脂(resin) 的同义词，但是塑料通常是 一种混合物，其主要成分为 合成树脂，还含有助于成型 的润滑剂、改进机械性能的 增塑剂、抗老化的稳定剂、 降低配方成本的填充剂、改 进物理性能的阻燃剂、提高 光学性能的成核剂和其它的 添加剂等。
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常见塑料的特性及应用
PC
塑料名称 Polycarbonate 聚碳酸酯（防弹玻璃胶）
优点
透明性佳，具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、 抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性，成型精度高、尺 寸稳定性好
缺点 流动性较差，成型困难，上色困难，高温吸湿容易裂解
透镜、叶轮、安全帽、电气和商业设备（计算机元件、连
塑料概述
Amorphous和Crystalline的比较
Amorphous
Tg
Crystalline
Tg
Temperature
Tm
Temperature 14
塑料概述
Amorphous和Crystalline的比较
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塑料概述
Amorphous和Crystalline的比较
Amorphous
Crystalline
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塑料概述
按成型性能分类
按成型性能 分类
热塑性塑料
微观结构
呈线型或支链性，分子 间无化学粘结
热固性塑料
经化学反应后，分子间以 化学粘结的网状结构。
热反应 一般特性
受热后具有可塑性，软 化或熔融，冷却后固化， 再加热仍可软化
在开始受热时可以软化或 熔融，一旦固化成型就不 会再软化，即使加热到接 近分解温度也无法软化
缺点 易吸水，不耐强酸及氧化剂，耐光性差，成型技术要求高
家用电器主件、电子及电机工业产品（插头、线等），汽
典型用途 车及仪表中的零部件、体育用品、输送管道、医疗器材，
尼龙带、尼龙薄膜及尼龙织物等
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常见塑料的特性及应用
PA12
塑料名称 Polyamide 12 or Nylon 12聚酰胺PA12或尼龙12
塑料材料系列-
塑料成型及塑料特性知识培训
1
目录
• 塑料概述 • 塑料的分类 • 塑料的改良 • 塑料成型理论基础 • 常见塑料特性及应用 • 常见塑料的识别特征 • 塑料的选择
2
塑料概述
3
塑料概述
塑料(Plastic)
❖ 塑料来源丰富、成本低廉，而且密度小、比强度高、绝缘性能好、 化学稳定、减震和耐磨，在现代工业和日常生活中得到了日益广泛 的应用。
典型用途 接器等），器具（食品加工机、电冰箱抽屉等），交通运
输行业（车辆的前后灯、仪表板等）
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常见塑料的特性及应用
PC/ABS
塑料名称
Polycarbonate-Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Blend 聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物
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塑料概述
Amorphous和Crystalline的比较
Amorphous
Crystalline
象黄油
象冰块
加热时慢慢软化
加热时迅速熔融
TG : 玻璃转化温度
TM : 熔融温度
坚硬固态 柔软固态
熔融液态
坚硬固态 柔软固态
熔融液态
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Specific Heat (Cp) Specific Heat (Cp)
在塑料熔体中，聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)等少数几种熔体的粘度对
剪切应变速率不敏感，可近似为牛顿流体。而绝大多数塑料熔体的流动都
接近于假塑性流体，只是在剪切应力很小或很大时才表现为牛顿流体。假
塑性流体的剪切应力与剪切速率曲线在弯曲的起始阶段有类似塑性流动的
行为，其粘度与剪切速率曲线偏离牛顿流体曲线向下弯曲，粘度随剪切速
优点
吸水性低，电气绝缘性、抗冲击性、化学稳定性好，金属 附着性好
缺点 对强氧化性酸无抵抗能力
典型用途
油管、软管、水量表和其他商业设备，电缆套，机械凸轮， 滑动机构以及轴承等
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常见塑料的特性及应用
PA6
塑料名称 Polyamide 6 or Nylon 6 聚酰胺PA6或尼龙6（卡普龙） 优点 抗冲击性和抗溶解性好，电气绝缘性好，耐磨损 缺点 吸水性大，介电常数大，不宜应用于高频低损耗方面
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塑料概述
塑料改性与增强的影响
冲击改性物
刚性增强物(Fiber)
增加抗冲击力
增加硬度和强度
增加韧性 降低硬度
降低韧性
降低强度
增加翘曲各向异性 减少热膨胀
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塑料成型理论基础
20
塑料成型理论基础
塑料的热力学状态
❖ 塑料的物理状态与温度的关系
变形 玻璃态
高弹态
粘流态
非结晶型聚合物 结晶型聚合物
分解
典型用途
广泛应用于汽车工业、仪器壳体以及其它需要有抗冲击性 和高强度要求的产品
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常见塑料的特性及应用
PBT
塑料名称 Polybutylene Terephthalates 聚对苯二甲酸丁二醇酯
优点
坚韧，有非常好的化学稳定性、机械强度、电绝缘特性和 热稳定性
缺点 在高温下很容易水解
典型用途
家用器具（食品加工刀片、真空吸尘器元件、电风扇、头 发干燥机壳体、咖啡器皿等），电器元件（开关、电机壳、 保险丝盒、计算机键盘按键等），汽车工业（散热器格窗、 车身嵌板、车轮盖、门窗部件等）
金属
0 Tx
Tg
Tf
Td
温度
玻璃态：0~Tg 分子在冻结状态，硬而脆，遇压力则易破裂； 高弹态： Tg ~ Tf 受外力可变形，未达熔化状态，不易成型； 粘流态： Tf ~ Td 可随意加工成型； 分解：Td ~ 塑料开始裂解，出现气体分解物，甚至达烧焦状态。
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塑料成型理论基础
塑料的流变性
❖ 塑料流体的流动曲线与流变曲线
❖ 热塑性塑料的成型过程在理 论上为仅发生诸如相变的物 理过程，就好像加热时冰变 成水，然後冷却时水又变成 冰一样。故此类塑料应该很 容易加以重复再生利用，如 注射成型中的废料（注道、 浇道等）。但在成型过程中 由于常常发生某些轻微的化 学变化（如氧化降解、热降 解），这就可能使第二代再 生塑料的性能与初次所用的 新塑料不尽相同。
聚合物单体、塑料组成、聚合过程
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塑料概述
塑料产品制造方法
❖ 总体来讲，将塑料制成最终产品主要通过物理相变如熔化和凝固 （对热塑性塑料）或化学反应（对热固性塑料）两种方式。下图 是各种制造方法占塑料总量的比例。
6
塑料的分类
7
塑料概述
按用途分类
按用途分类
普通塑料
工程塑料
定义 特点
日常使用范围最广的塑料 泛指一些具有能制造机械零件或工程结 （占热塑性塑料的90%以上） 构材料等工业品质的塑料
Viscosity = Shear Stress / Shear Rate
Viscosity
剪切速率影响粘度 高剪切速率导致低粘度
低粘度
高粘度
Shear Rate
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塑料成型理论基础
塑料的成型窗口
❖ 要成型好品质的塑料产品必须使用一个合适的成型窗口
温度
热劣化
缺料
成型区域 毛边 熔解
0
压力
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常见塑料的特性及应用
结晶区
ABS, PC, PS, PVC, PAN, PMMA, PEI, PPO, SAN,
AES,AS, ASA, ….
PPS, PE, PP, PBT, PET, Nylon(PA), POM, PEEK, ...
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塑料概述
塑料的微观构造及受热冷的影响
Thermoplastic
Thermoset
典型用途 结构部件、轴承、机器仪表、仪器零件、电线电缆的绝缘
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常见塑料的特性及应用
PA66
塑料名称 Polyamide 66 or Nylon 66 聚酰胺PA66或尼龙66
优点
流动性好，刚性、硬度、耐热性高，屈服强度大，摩擦性 低，耐应力开裂良好，抗蠕变性佳
缺点 吸水性大，对酸和其它一些氯化剂的抵抗力较弱
剪切速率是熔融流体剪切流动的速 率。
剪切应力是熔融流体剪切流动的抵 抗力，高粘度造成高剪切应力。
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塑料成型理论基础
粘度
❖ 粘 度 (Viscosity) 是 抵 抗 运 动 的 能 力 ， 熔 体 流 动 依 赖 于 Viscosity 特 性 ， Viscosity 又 依 赖 于 Shear rate 、 Temperature、Pressure、Residence time
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常见塑料的特性及应用
ABS
塑料名称
Acrylonitrile-Butadiene-Styrene 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（高度不碎胶）
优点
具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸 稳定性以及很高的抗冲击强度
缺点
不耐有机溶剂，会被溶胀，也会被极性溶剂溶解。耐候性 差，户外使用会褪色