第一章：塑料成型工艺设计

（四）聚合物的热力学性能和成型加工适应性 聚合物在恒定压力下，随着加工温度的变化，存在三种状态： 聚合物在恒定压力下，随着加工温度的变化，存在三种状态：
Tb ：称脆化温度 Tg: 玻璃化温度 Tf: 粘流化温度 Td: 热分解温度
常温下玻璃态的典型材料：有机玻璃、聚乙烯； 常温下玻璃态的典型材料：有机玻璃、聚乙烯； 常温下高弹态的典型材料：橡胶； 常温下高弹态的典型材料：橡胶； 常温下粘流态的典型材料：环氧树脂（ 常温下粘流态的典型材料：环氧树脂（如胶黏剂 等）。
图1-8 聚合物熔体 在管道入口区和出 口区的流动
（五）聚合物的黏性流动 3．聚合物熔体在模内的流动现象 ．
（2）失稳流动和熔体破裂 ）
失稳流动： ① 失稳流动：假塑性聚合物熔体在极高 的剪切作用下，大分子链会被拉直， 的剪切作用下，大分子链会被拉直，继 续变形就会呈现很大的弹性性质， 续变形就会呈现很大的弹性性质，熔体 将陷入弹性紊乱状况， 将陷入弹性紊乱状况，各点流速将相互 干扰，这种现象称为失稳流动。 干扰，这种现象称为失稳流动。 熔体破裂： ② 熔体破裂：聚合物熔体在失稳状态下 通过模内流道后，将变得粗细不均、没有 通过模内流道后，将变得粗细不均、 光泽，表现出粗糙的鲨鱼皮状。 光泽，表现出粗糙的鲨鱼皮状。 此时，如继续增大剪切力，熔体将呈波浪、 此时，如继续增大剪切力，熔体将呈波浪、 足片形等，更严重时，断裂成碎块， 足片形等，更严重时，断裂成碎块，这种 现象称为熔体破裂。 现象称为熔体破裂。
引起流动变形的能力， 引起流动变形的能力， Pa·s
（五）聚合物的黏性流动 1．黏度与剪切稀化效应 ． 大部分聚合物） （2 ）非牛顿流体（大部分聚合物）：
流变方程式为 :
－
－
ηa
—— 非牛顿流体的表观黏度。非常数，为变量 非牛顿流体的表观黏度。非常数， 表征： 在外力的作用下抵抗剪切变形的能力。 表征： 在外力的作用下抵抗剪切变形的能力。 与流体本身和温度以及剪切速率有关 n ——与聚合物和温度有关的常数，可以反映聚合物熔体偏离 与聚合物和温度有关的常数， 与聚合物和温度有关的常数 牛顿流体性质的程度。 牛顿流体性质的程度。 K ——与聚合物和温度有关的常数，反映聚合物熔体的粘稠性， 与聚合物和温度有关的常数， 与聚合物和温度有关的常数 反映聚合物熔体的粘稠性， 称为黏度系数。 称为黏度系数。
ηa
剪切变稀
不同类型流体的流变曲线 1 —膨胀性流体； 2 —牛顿流体； 3 —假塑性流体 膨胀性流体； 牛顿流体； 膨胀性流体 牛顿流体 假塑性流体
（五）聚合物的黏性流动 3．聚合物熔体在模内的流动现象 ．
（1）端末效应 ）
入口效应：聚合物熔体在管道入口端因出现收敛流动，消耗能量突增， ① 入口效应：聚合物熔体在管道入口端因出现收敛流动，消耗能量突增，使 压力降突然增大的现象 突然增大的现象。 压力降突然增大的现象。 离模膨胀效应：聚合物熔体流出流道或者浇口时， ② 离模膨胀效应：聚合物熔体流出流道或者浇口时，熔体发生体积膨胀的 现象。其实质是一种由弹性回复而引起的失稳流动。 现象。其实质是一种由弹性回复而引起的失稳流动。
结晶造成分子的紧密聚集状态， 结晶造成分子的紧密聚集状态，增强了分子间的作 用力，使聚合物的抗拉强度、硬度、熔点、 用力，使聚合物的抗拉强度、硬度、熔点、耐热性和 耐化学性提高；弹性模量、伸长率和冲击强度则降低， 耐化学性提高；弹性模量、伸长率和冲击强度则降低， 表面粗糙度值增大， 表面粗糙度值增大，而且还会导致塑件的透明度降低 甚至丧失。 甚至丧失。
（三）塑料的分类 1. 按塑料的成型性能分类
（1） 热塑性塑料 ）
呈线型分子链或支链型结构
受热变软或熔化，成为可流动性的稳定黏性液体， 受热变软或熔化，成为可流动性的稳定黏性液体，在此状态具有可 塑性；冷却后保持既得的形状；再加热，又可变软并可制成另一形状。 塑性；冷却后保持既得的形状；再加热，又可变软并可制成另一形状。 可逆的 聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、有机玻璃（聚甲基丙烯 如：聚乙烯 、聚丙烯 、聚氯乙烯 、有机玻璃（ 酸甲脂） 酸甲脂）PMMA、 尼龙（聚酰胺）PA 、 尼龙（聚酰胺） （2） 热固性塑料 ） 网状分子链结构，固化后： 网状分子链结构，固化后： 不可逆. 不可逆 电木（酚醛树脂PF）、 ）、环氧树脂 电木（酚醛树脂 ）、环氧树脂 EP 课本P9表 常用塑料名称/代号 课本 表1-1 常用塑料名称 代号
单个高分子结构
线型
支链型
网状
线型、支链型、体型（如图） 线型、支链型、体型（如图） 脆性大、塑性很低： 脆性大、塑性很低：热固性塑料 有弹性、塑性，可反复成型： 有弹性、塑性，可反复成型：热塑性塑料
（二）高聚物的结构 2．聚合物分子链的聚集状态 ． 结晶型塑料 结 构 非结晶型塑料（线性无定型) 非结晶型塑料（线性无定型
聚合反应、 聚合反应、缩聚反应
2）添加剂（辅助材料） ）添加剂（辅助材料）
填充剂即填料（增量、改性）、稳定剂（防降解）、增塑剂（塑性、柔性、 填充剂即填料（增量、改性）、稳定剂（防降解）、增塑剂（塑性、柔性、 ）、稳定剂 ）、增塑剂 流动性）、润滑剂（防粘模、改善流动性和表面光泽）、着色剂（装饰美观）、 ）、润滑剂 ）、着色剂 流动性）、润滑剂（防粘模、改善流动性和表面光泽）、着色剂（装饰美观）、 发泡剂、增强材料。 发泡剂、增强材料。
低分子流体， 低分子流体，剪切力与剪切速率间存在线性关系 牛顿流体的流变方程式为 : •
τ
•
― 切应力，单位 a 切应力，单位P
τ = η ⋅γ
γ ―剪切速率：单位时间的切应变，一般称为剪切速率，s-1 剪切速率：单位时间的切应变，一般称为剪切速率， η ― 比例常数（黏度），也称牛顿黏度，反应了牛顿流体抵抗外力 比例常数（黏度），也称牛顿黏度， ），也称牛顿黏度
项目二 塑料成型工艺设计 任务一 选择与分析塑料原料
一
项目导入 相关知识 项目实施
二
三
一、 项目引入
某企业大批量生产塑料灯座， 某企业大批量生产塑料灯座，要求灯座具有足够的强度和耐磨 性能，外表面无瑕疵、美观、性能可靠， 性能 ， 外表面无瑕疵 、 美观 、 性能可靠 ， 要求设计一套成型该塑 件的模具。通过本项目， 件的模具 。 通过本项目 ， 完成对塑件材料的选择及对材料使用性 能和成型工艺性能的分析。 能和成型工艺性能的分析。
（五）聚合物的黏性流动 3．聚合物熔体在模内的流动现象 ．
（3）聚合物熔体的充模流动 ）
两股料流的结合处产生熔接痕
② 熔接痕
图1-12 聚合物熔体绕不同断面形状障碍物时的速度变化与流动情况 熔接痕处往往是塑件强度最弱的地方。 熔接痕处往往是塑件强度最弱的地方。 设计浇口尺寸和选择浇口位置时，应综合考虑模腔内型芯结构、镶件安放等， 设计浇口尺寸和选择浇口位置时，应综合考虑模腔内型芯结构、镶件安放等，避免出 料流分流、熔体喷射和蛇形流引起的熔合缝 引起的熔合缝。 现料流分流、熔体喷射和蛇形流引起的熔合缝。
（六）塑料的工艺特性 1．热塑性塑料的工艺特性 ．
塑料的膨胀系数比钢大， （1）收缩性 塑料的膨胀系数比钢大，塑料件冷却收缩比模具大 ）
1）影响收缩的基本因素是： ）影响收缩的基本因素是：
图1-9 聚合物失稳流动时的 熔体概貌（ 熔体概貌（PMMA 170℃） ℃
（五）聚合物的黏性流动 3．聚合物熔体在模内的流动现象 ．
（3）聚合物熔体的充模流动 ）聚合物熔体的充模流动
①浇口截面高度与型腔厚度对充模流动的影响
图1-11 熔体充模速度不同时的表现
a. 浇口截面高度与型腔厚度相差很大时，容易喷射，熔体高速充模，受离模膨胀影响，易 浇口截面高度与型腔厚度相差很大时，容易喷射，熔体高速充模，受离模膨胀影响， 形成蛇形流，表面粗糙，甚至破裂。 形成蛇形流，表面粗糙，甚至破裂。 b. 浇口截面高度与型腔厚度相差不太大时，中速充模，熔体平稳扩展。 浇口截面高度与型腔厚度相差不太大时，中速充模，熔体平稳扩展。 c. 浇口截面高度与型腔厚度相差接近时，当制件厚度很小时出现这种情况，熔体一般不会发 浇口截面高度与型腔厚度相差接近时，当制件厚度很小时出现这种情况， 生喷射，充模更平稳。 生喷射，充模更平稳。
（三）塑料的分类 2. 按塑料的应用范围分类
（2）按用途 ） 1） 通用塑料：指产量大，用途广。价格低廉的一类塑料。如： ） 通用塑料：指产量大，用途广。价格低廉的一类塑料。 聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，醛酚塑料，氨基塑料6大类 大类， 聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，醛酚塑料，氨基塑料 大类， 占塑料产量的80% 占塑料产量的 2）工程塑料：指具有较高的机械性能、良好的耐磨性、耐腐蚀性、 ）工程塑料：指具有较高的机械性能、良好的耐磨性、耐腐蚀性、 自润滑性及尺寸稳定性，可替代金属而作某些机械构件， 自润滑性及尺寸稳定性，可替代金属而作某些机械构件，如：聚酰 胺PA，聚甲醛 ，聚甲醛POM，ABS ， 3）特种塑料：环氧树脂、光敏塑料、导磁塑料、耐高温塑料等。 ）特种塑料：环氧树脂、光敏塑料、导磁塑料、耐高温塑料等。 （3）按聚集状态 ） 结晶型塑料和非结晶型塑料 线性无定性型塑料） 非结晶型塑料（ 结晶型塑料和非结晶型塑料（线性无定性型塑料） 结晶度
（五）聚合物的黏性流动 1．黏度与剪切稀化效应 ． （3） 假塑了热固性聚合物和少数热塑性聚合物外， 在注射成型中，除了热固性聚合物和少数热塑性聚合物外，大多数 聚合物熔体均有近似假塑性液体流变学的性质。 假塑性液体流变学的性质 聚合物熔体均有近似假塑性液体流变学的性质。 注塑成型中近似具有假塑性流体性质的高聚物有聚乙烯、聚氯乙烯、 假塑性流体性质的高聚物有聚乙烯 注塑成型中近似具有假塑性流体性质的高聚物有聚乙烯、聚氯乙烯、 聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯、 聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯、ABS、聚苯乙烯等 、
•（2）塑料的不足性能 （ ）
1）机械强度低、2）尺寸精度低、3）耐热温度低 ）机械强度低、 ）尺寸精度低、 ） 另外，高温下容易降解和老化；导热性能较差；吸湿性大， 另外，高温下容易降解和老化；导热性能较差；吸湿性大，容易发 生水解老化；使用寿命短。 生水解老化；使用寿命短。