1.1 选择与分析塑料原材料

项目1.1
选择与分析塑料原材料
3.高聚物的降解
高聚物分子可能由于受到热和应力的作用或由于高温下高聚物中 微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用而导致其相对分子质量降 低，使高聚物的大分子结构发生化学变化。通常人们把高聚物相对分 子质量降低的现象称为高聚物的降解，也称裂解。降解大多是有害的。 因此，在加工过程中应设法减少和避免高聚物降解。
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（2）流动性 流动性的意义与热塑性塑料流动性类同，但热固性塑料通常以 拉西格流动性来表示。 流动性过大容易造成溢料过多，填充不密实，塑件组织疏松， 树脂与填料分头聚集，易粘模而使脱模和模具清理困难以及过早硬 化等缺陷；流动性过小则填充不足，不易成型，成型压力增大。 影响流动性的因素： 1)塑料品种。2)模具结构。 3)成型工艺。 （3）比体积和压缩比 比体积（比容）是单位质量的松散塑料所占的体积。压缩比是塑 料的体积与塑件的体积之比，其值恒大于1。比体积和压缩比都表示 粉状或短纤维状塑料的松散性。它们都可用来确定模具加料室的大小。
聚醚等；
流动性差：聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。 影响流动性的因素主要有：
1)温度。 2)压力。3)模具结构。
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（3）相容性
俗称为共混性，是指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状 态不产生相分离现象的能力。如果两种塑料不相容，则混熔时制件会 出现分层、脱皮等表面缺陷。分子结构相似较易相容，分子结构不同 时较难相容。 （4）吸湿性 是指塑料对水分的亲疏程度。 吸湿性或粘附水分塑料：聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚 砜等； 吸湿或粘附水分极小：聚乙烯、聚丙烯等。
高于Tg低于Tf（粘流化温度），可进行较大变形的成型加工，如 压延成型、中空吹塑成型、热成型等。
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3.粘流态
当温度继续上升高于Tf，成为粘流态，常称之为熔体。Tf～Td
是塑料成型加工的范围，可进行注射成型、压缩成型、压注成型、
挤出成型等变形大、形状复杂的成型。 对完全线形结晶型聚合物，其热力学曲线通常不存在高弹态，
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一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑
2．按塑料的用途分：
通用塑料 ——
料。六大品种：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和
氨基塑料。 工程塑料 —— 一般指能承受一定的外力作用，并有良好的机
械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为
工程结构件的塑料。如聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS、聚砜、聚 苯醚以及聚四氟乙烯等。
在成型加工中，塑料熔体在一定的温度与压力作用下充填模腔的 能力，称为塑料的流动性。热塑性塑料的流动性一般用熔体流动速率来 衡量。熔融指数测定仪：每10min所压出的塑料质量即为该塑料的熔体 流动速率（g/10min）。 流动性好：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维素等； 流动性中等：改性聚苯乙烯、ABS、AS、有机玻璃、聚甲醛、氯化
4.高聚物的交联
高聚物在加工过程中，形成立体网状分子结构的反应称为交联， 通过交联反应可生成体形高聚物。和线形高聚物相比，体形高聚物的 机械强度、耐热性、耐溶剂性、化学稳定性和塑件的形状稳定性均有 所提高。交联反应主要发生在热固性聚合物的成型过程中，交联度过 低称为“硬化不足”，反之称为“硬化过度”。交联程度不会达到 100%，但是硬化程度却可以。一般硬化程度大于100%的为“过熟”，
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2．添加剂
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⑴ 填充剂（填料） 重要的但非必不可少的成分，含量一般不超过塑料40%。
作用：
※减少树脂用量，降低塑料成本； ※改善塑料某些性能，扩大塑料的应用范围。
⑵ 增塑剂 能够增加塑料的可加工性、延展性和膨胀性的物质；它是能与树
脂相溶的、不易挥发的高沸点有机化合物。主要有甲酸脂类、磷酸酯类 和氯化石蜡等。
只有在相对分子质量较高时才有可能出现高弹态。与Tf对应的温度
叫做熔点Tm，是线形结晶型聚合物熔融或凝固的临界温度。 而热固性材料由于分子运动阻力很大，一般随温度发生的力学 状态变化较小，所以通常不存在粘流态甚至高弹态，即遇热不熔， 高温时则分解。
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高聚物的温度-形变曲线及与成型加工的关系 1-非结晶型树脂；2-结晶型树脂
（五）高聚物的热力学性能和成型加工适应性
线形无定型聚合物随温度的变化热塑性材料可以分为三种物理聚 集状态：即玻璃态、高弹态和粘流态。
1.玻璃态
温度低于Tg（玻璃化温度），只适于进行车削、锉削、钻孔、切 螺纹等机械加工。Tb（脆化温度）是塑料加工使用的最低温度，而Tg 是塑料使用的上限温度。
2.高弹态
具有吸湿或粘附水分的塑料，在加工成型前，一般都要经过干燥。
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（5）热敏性和水敏性 热敏性是指某些热稳定性差的塑料，在高温下受热时间较长或
浇口截面过小及剪切作用过大时，料温增高就易发生变色、降解、分
解的倾向。具有这种特性的塑料称为热敏性塑料。防止热敏性塑料在 成型过程中出现过热分解现象措施：在塑料在加入稳定剂、合理选择 设备、正确控制成型温度和成型周期、及时清理设备中的分解物等办 法。 水敏性是指在高温下熔体对水分降解的敏感性。具有水敏性的塑 料，称为水敏性塑料。水敏性塑料在成型前必须进行干燥处理。
nCH2＝CH2 乙烯
—CH2—CH2—n 聚乙烯
聚合度：聚乙烯分子结构中的n值表示高分子化合物中链节的重 复次数，n值越大，相对分子质量越大。
a)线形
b)带支链线形 聚合物分子链结构示意图
c)体形
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2.高聚物分子链的聚集状态
对于某些固体材料，如果它们中的质点既是近程有序，又是 远程有序，则可将它们称为晶体材料，反之则称为非晶体材料。高 聚物的结构按照分子排列的几何特点，可以分为结晶型和非结晶型 （无定型）两大类型。 分子结构简单、对称性高的聚 合物以及分子间作用力较大的聚合
作用具有流动性，常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，
它是塑料最基本的，也是最重要的成分。 天然树脂——是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有
机物质，如松香、琥珀、虫胶等。
合成树脂——是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物 经化学反应而得到的树脂产物。
作用：
※塑料的主要成分 ※胶粘其它成分材料 ※决定塑料的类型和基本性能 ※赋予塑料可塑性和流动性
反之则为“欠熟”。
项目1.1
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（七）塑料的工艺特性
是塑料在成型加工过程中表现出来的特有性质。
1.热塑性塑料的工艺性能
（1）收缩性
塑料自模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积会发生收缩变化， 这种性质称为收缩性。收缩性的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来 表示，称为收缩率。
实际收缩率 计算收缩率
特殊塑料 —— 一般指具有特种功能（如耐热、自润滑等），
应用于特殊要求的塑料。如氟塑料、聚酰亚胺塑料、有机硅塑料、环 氧塑料、导磁塑料和导热塑料等。
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（四）塑料名称与代号
用其化学命名的英文全称编写大写字母表示，可大大简化，不 仅书写与应用方便，又便于国内、国际间技术交流。如：PE、PP、 PS、PVC、POM、PPO、ABS等。
既有物理变 化，又有化 学变化。不 可逆，有低 分子析出。
可熔化 可溶解
反复多次 使用（可 回收废料 ）
注射 、挤出 、吹塑 等 压缩或 压注。 有的可 以采用 注射
线型聚合 物分子
加热（ 提供交 联反应 温度）
转变为 体型分 子
既不可 熔化， 也不可 溶解
一次性使 用，因成 型过程不 可逆
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量一般为0.01～0.02%。
※还有阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、防腐剂和加工助剂等等。
※并非每种塑料都要加入全部的添加剂，而是根据塑料品种和 需求加入某些添加剂。
项目1.1 选择与分析塑料原材料 （二）高聚物的分子结构
1.高聚物分子的结构特点
无论是天然树脂还是合成树脂，它们都属于高分子聚合物，简 称高聚物。
项目1.1
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2.热固性塑料的工艺性能
（1）收缩率 热固性塑料也具有因成型加工而引起的尺寸减小，计算方法与
热塑性塑料收缩率相同。 影响收缩率的因素有原材料、模具结构或成型方法及成型工艺条 件等。塑料中树脂和填料的种类及含量，直接影响收缩率的大小。当 在固化反应中树脂放出的低分子挥发物较多时，收缩率较大，反之收 缩率小。在同类塑料中，填料含量多时收缩率小，无机填料比有机填 料所得的塑件收缩小。 凡有利于提高成型压力、增大塑料充模流动性、使塑件密实的模 具结构，均能减小制件的收缩率，用压缩或压注成型的塑件比注射成 型的塑件收缩率小；凡能使塑件密实，成型前使低分子挥发物溢出的 工艺因素，都能减小制件收缩率。
物等从高温向低温转变时，由无规
则排列逐渐转化为有规则紧密排 列，这种过程称为结晶。
结晶的程度可用结晶度来衡
量。结晶度是指聚合物中的结晶 区在聚合物中所占的重量百分数。
结晶型聚合物结构示意图 1-晶区；2-非晶区
项目1.1 选择与分析塑料原材料 （三）塑料的分类
1.按分子结构及其热性能分类
成型前， 塑料中树 脂分子结 构
作用：
※提高塑性、流动性和柔软性； ※降低刚性和脆性； ※改善塑料的工艺性能和使用性能。
项目1.1
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⑶ 稳定剂 凡能阻缓材料变质的物质称为稳定剂。用量一般为0.3～0.5%。
热稳定剂：抑制或防止树脂在加工或使用过程中受热而降解。
光稳定剂 ：阻止树脂在光的作用下降解（塑料变色、力学性能 下降等等）。
使制品 固化定 型的模 具温度 条件
成型 后，塑 料中树 脂分子 结构
基本与 成型前 的相同
成型过程 中树脂所 发生的变化
制品的 熔化， 溶解性 能
塑料的使 用性
常采用 的 成 型方法
热 塑 性 塑 料
热 固 性 塑 料
线型或支 链状线型 聚合物分 子
冷却
物理变化。 可逆（可能 有少量分解 或交链现象 发生）
项目1.1 选择与分析塑料原材料 （六）高聚物在成型过程中的变化
1.高聚物的结晶
高聚物由非晶态转为晶态的过程就是结晶过程。结晶发生在高温
熔体向低温固态转变过程中，在此过程中高聚物分子作稳定规整排列的 就是结晶区。高聚物的结晶过程由晶核生成和晶体生长两步完成。
2.高聚物的取向
高聚物在导管内流动的速率在管中心处为最大，管壁处为零；在 导管截面上各点的速度分布呈扁平的抛物线状。在这种流动情况下，塑 料中各自存在的细而长的纤维状填料和高聚物分子，在很大程度上，都 会顺着流动的方向作平行的排列，这种排列常称为取向作用。热塑性塑 料在其玻璃化温度与粘流化温度之间进行拉伸时，也会发生取向作用。 这些取向单元如果继续存在于塑件中，则塑件就将出现各向异性。各向 异性有时是塑件所需要的，有时又要尽量消除这种各向异性现象。
模块一
成型工艺设计
项目一
选择与分析塑料原材料
项目1.1
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1 2 3 4 5
学习目标 项目引入
相关知识
项目实施 思考与练习
项目1.1
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学习目标
能力目标：
1.会分析并选择塑料种类
2.会分析给定塑料的使用性能和工艺性能
知识目标：
1.掌握塑料的组成、分类、结构特点以及常用的塑料基本性能
（一）塑料的组成
塑料—— 以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成 分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分，
在加工过程中一定温度和压力的作用下能流动成型的高分子有机
材料。
塑料 —— 树脂＋添加剂
项目1.1
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1．树脂
树脂 ——指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力
2.了解塑料热力学性能与成型加工方法之间的关系 3.熟悉常用塑料代号、性能和用途
项目1.1
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项目引入
a)开关盒3d图
训练合理选择
与分析塑料原材
料的能力。
大批量生产， 要求电性能好，
产品外表面美观、
无瑕疵，具有一 定的强度。 b)开关盒2d图
项目1.1
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相关知识
式中
Sa
a b 100% b
c b 100% Sj b
a ——模具型腔在成型温度时的尺寸； b ——塑件在常温时的尺寸； c ——塑料模具型腔在常温时的尺寸。
项目1.1
选择与分析塑料原材料
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影响塑件成型收缩的因素主要有： 1)塑料品种。2)塑件结构。3)模具结构。4)成型工艺。
（2）流动性
抗氧化剂 ：延缓或抑制塑料氧化速度。
⑷ 润滑剂
为防止塑料在成型过程中粘模，减少塑料对模具的摩擦，改善
塑料的流动性，提高塑件表面的光泽度而加入的添加剂。加入量一 般为0.5～1%。
项目1.1
⑸ 着色剂
选择与分析塑料原材料
起装饰美观的作用，某些着色剂还能提高塑料的光稳定性、
热稳定性和耐候性。一般有无机颜料、有机颜料和染料3大类。用