塑料和成型基础

塑料及其成型基础

一、塑料成型概述

1、塑料及其特性

A.塑料的含义

塑料是一种以天然或合成树脂为主要成分，在一定温度、压力下，可塑制成型，并在常温下能保持其形状不变的材料。绝大多数塑料以合成树脂为基本材料，一般含有添加剂，如填料、增塑剂、润滑剂、固化剂等。

B.塑料的组成

1.树脂

树脂是塑料的主要成分（约占40%～100%），对塑料的性能起着决定性的作用。故绝大多数塑料以所用的树脂命名（如聚氯乙烯）。

2.添加剂

添加剂是为改善塑料的使用性能或成型工艺性能而加入的其他物质。

⑴填充剂又称填料，主要起增强作用，有时也可改善其他性能（如铝可提高对光的反射能力和防老化）。填料通常有：木粉、石英粉、各种金属粉、合成纤维、玻璃纤维、玻璃布、棉布等。

⑵增塑剂用来提高树脂的可塑性和柔软性。常用的是液态或低熔点固体有机化合物。

⑶固化剂又称硬化剂或交联剂，加入到某些树脂中可以由线型分子链间产生交联，从而由线型结构变成网状结构，固化成钢硬的塑料。

⑷稳定剂又称防老化剂，其作用是提高树脂在受光、热或其他条件作用下的稳定性。

⑸润滑剂防止塑料在成型过程中粘在模具或其他设备上，使塑件表面光亮美观。

⑹着色剂在塑料中可用有机染料或无机颜料等着色剂。

另外的添加剂为：发泡剂、防老剂、阻燃剂和抗静电剂等。

C.塑料的分类

1.按用途分

⑴通用塑料产量大、用途广、成本低。广泛应用于工、农业和日常生活。主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料等，占塑料总量的75%以上。

⑵工程塑料常指在工程技术中作结构材料的塑料。其强度、硬度、塑性、韧性、耐热性都高于通用塑料，可代替有色金属和各种合金钢制作机械零件、工业容器等。主要有ABS、聚酰胺（尼龙）、聚甲醛、聚碳酸脂、聚砜、聚苯醚、聚氯醚、有机玻璃、氟塑料等

2.按树脂的热性能分

⑴热塑性塑料加热时会软化、熔融，冷却时会凝固、变硬，可反复加工，废品可回收利用。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酰胺（尼龙）、聚甲醛、聚碳酸脂、聚砜、聚氯醚等。

⑵热固性塑料固化后再加热，不再软化、熔融。具有较高的耐热性和刚性。如酚醛树脂、环氧树脂、氨基塑料等。

D.塑料的用途特点

塑料具有密度小、耐腐蚀、高耐磨性、良好的电绝缘及隔音隔热等特点。除日常生活用品外，在机械制造中主要用于制作各种罩壳、手轮、手柄等一般结构件；轻载齿轮、涡轮、干摩擦轴承、轴套、丝杠螺母等摩擦、磨损件；密封圈等密封件；腐蚀介质中使用的容器、管道、阀门等腐蚀件。

E.塑料的性能

1.力学性能

⑴强度由于塑料的化合键力比金属键小及大分子链排列规整度不够，塑料的绝对强度比金属低很多。

根据不同的使用要求，细分为拉伸强度、压缩强度、冲击强度等。

不同塑料的同一强度指标值可能相差若干数量级，主要影响因素有：大分子链的长短、结晶度的高低、添加剂的种类、注射加工的工艺参数等。如以玻璃纤维、碳纤维等为填料，塑料的强度可达到相当于灰铸铁的强度值。

⑵硬度硬度是塑料对压印和刮痕的抵抗能力，可用塑料的布氏、维氏、洛氏和邵氏硬度试验系统来测定。塑料是常用工程材料中硬度最低的材料之一。

⑶摩擦系数塑料的摩擦系数一般较小，耐磨和自润滑性较好，如聚甲醛、聚碳酸脂、聚酰胺。聚四氟乙烯是固体材料中摩擦系数最小的材料之一。

⑷蠕变蠕变是指塑料受到低于屈服强度的固定载荷时，随载荷作用的时间增加，塑料变形也逐渐增大的现象。大多数塑料在室温时即会产生蠕变。蠕变小的塑料为聚苯醚、聚碳酸脂、聚砜、胶木、改

性塑料等。

2.物理性能、化学性能、电性能和热性能

⑴密度塑料密度小，一般为0.85～2.2g/cm3，如聚乙烯为0.91，聚丙烯为0.90。

⑵耐久性和耐候性耐久性指塑料在使用条件下保持其性能的能力。耐候性指塑料在日光、冷热、风雨中保持其使用性能的能力，耐候性指标主要考虑外界环境的影响。塑料的这两个性能均不如金属材料。

⑶耐热性和自熄性耐热性评价指标有多种，一般常用热变形指标评价。热变形温度即在等速升温时，试样受简支梁式静弯曲载荷变形，并达到规定值是的温度。通常塑料在100゜C以下使用，少数塑料如聚碳酸脂、改性尼龙66或聚对本二甲酸丁二醇脂可在200゜C使用。

自熄性反映了塑料在进行针焰或炙热丝加热试验时，撤除针焰或炙热丝后自行停止燃烧的能力。电器产品中直接与热源、电线接触或接近的部件必须考虑这一指标。许多塑料具有良好的自熄性，如阻燃ABS、阻燃聚苯乙烯、阻燃尼龙66等材料。

⑷电绝缘性和体积电阻率一般塑料都具有良好的电绝缘性。一般塑料都可以用于民用绝缘。

塑料中可加入导电材料，使塑料在某种程度上导电，满足特殊的使用要求。导电程度用体积电阻率表示。

耐蚀性和耐溶剂性塑料具有优异的耐蚀和耐溶剂性。前者是指塑料耐酸、碱、盐的能力；后者决定了塑料能否用化学方法进行粘接。其中，氟塑料在“王水”中不受腐蚀，耐蚀性最好；聚乙烯、聚丙烯除了在氧化性酸中耐蚀性稍差外，能耐其他酸、碱、盐，耐蚀性优良。同一塑料随着填料、增塑剂的增加，耐蚀性下降。聚苯硫醚、氯化聚醚、氟塑料的耐溶剂性最好；聚乙烯、聚丙烯除了对苯和汽油的耐溶剂性较差外，在其他的溶剂中有极好的稳定性。塑料的耐蚀性和耐有机溶剂性明显优于金属。

⑸导热性和热膨胀性导热性用热导率表示，即塑料中温度相差1゜C的两个平行面，在单位时间传递的热量。塑料的导热性比金属小得多。

热膨胀性指塑料受热时发生的膨胀的大小。温度升高1゜C所增加的长度与原来长度之比，称为线膨胀系数。塑料的线膨胀系数较大。在制造带有金属嵌件或金属件紧密结合的塑料制品时，应防止金属件松动或脱落。

3.塑料的成型工艺性

塑料的成型工艺性优良，可用注射、压制、挤出、吹塑、真空吸塑等方法成型。尤其是热塑性塑料的成型适应性更强，可以一次成型就获得形状复杂并具有一定尺寸精度的塑料制品，一般不需要再机械加工即可直接使用。塑料的优良成型工艺性是塑料广泛应用的重要原因之一。

F.常用塑料

1.热塑性塑料

⑴聚乙烯（PE）化学稳定性极好，耐蚀性优良，介电性和电绝缘性良好，吸水率低。

根据合成方法不同，聚乙烯塑料有高压聚乙烯和低压聚乙烯之分，聚乙烯塑料也可以与其他聚合物进行共聚。

a.低密聚乙烯（LDPE）即高压聚乙烯，在较高的压力下形成，密度为0.91～0.94，相对分子质量小，结晶度小，质地柔软，耐蚀性、耐溶剂性好，电绝缘性好，强度低，摩擦系数小。外观为白色蜡状半透明物，易燃，无毒。

b.高密聚乙烯（HDPE）即低压聚乙烯，在较低的压力下形成，密度为0.94～0.96，大分子支链比低密聚乙烯少，强度较高，也稍坚硬耐磨。此外，耐蚀性和电绝缘性好。可用于强度要求比低密聚乙烯稍高的场合。

c.线性低密聚乙烯（LLDPE）是在线性的乙烯主链上带有短小的共聚单体支链，支化程度低于低密聚乙烯，高于高密聚乙烯。与低密聚乙烯相比，抗撕裂性、抗穿刺性、抗拉强度和耐候性提高较多。另外，其生产效益高，生产投资额较低密聚乙烯少一半，能耗减少75%，生产占地面积减少90%，预期将有可能取代低密聚乙烯。

d.乙烯—醋酸乙烯共聚物（EVA）是具有类似橡胶弹性的塑料。醋酸乙烯（VA）脂含量低时，塑料与聚乙烯性能相近。醋酸乙烯脂含量高时，塑料的弹性、柔软性、透明度和粘结性提高。该塑料具有良好的弹性、耐溶剂性、耐候性、低温可扰性，但不耐油，也不耐芳烃。

⑵聚丙烯（PP）聚丙烯是塑料中密度最小一种，为0.9；电绝缘性好，除浓硫酸、浓硝酸外，能耐各种腐蚀介质和溶剂；耐热性好，可在略高于100゜C情况下使用；力学性能较高，弯曲疲劳强度特高，俗称“百折塑料”。但聚丙烯收缩率较大，耐磨性较差，易低温脆化。的性能可能有较大提高。

⑶聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯有较高的抗压强度、表面硬度，较小的延伸率。根据使用要求，加入5%以下增塑剂的称为硬质聚氯乙烯，加入20%以上增塑剂的称为软质聚氯乙烯，介于两者之间的则称