项目一塑料及其成型工艺性能分析

固化剂称为硬化剂 用于交联反应的塑料制件中，热固性塑料在成 型时，使其原来的线型分子结构变为网状型分子 结构，硬化过程加速，故又称为硬化剂。 在环氧树脂中加入乙二胺，在酚醛树脂中加入 六甲基四胺，就是这个道理。 发泡剂：在树脂中加入某种物质，如石油醚等， 使树脂膨胀，这些物质就称为发泡剂。 添加剂还有阻燃剂、防静电剂、导电剂和导磁 剂，塑料是根据需要才加入相应的添加剂。 由几种聚合物混合组成的复合聚合物 的塑料 ， 如 ABS、聚苯乙烯等
容易聚集为液态或固体而不形成气态。固体聚合 物的结构按照分子排列的几何特征，可分为结晶 型和非结晶型（或无定型）两种。结晶型聚合物 由“晶区”（分子做有规则紧密排列的区域）和 “ 非晶区”（ 分子处于无序状态的区域）所组 成，如图1-2所示。晶区所占的质量百分数称为 结晶度，例如低压聚乙烯在室温时的结晶度为 85%～90%。通常聚合物的分子结构简单，主链 上带有的侧基体积小、对称性高，分子间作用力 大，有利于结晶；反之，则对结晶不利或不能形 成结晶区。结
常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲 酸二辛酯、癸二酸二丁酯、癸二酸二辛酯、磷酸 三苯酯等。
常用的增塑剂是液态或低熔点固体有机物。
增塑剂作用： 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。
稳定剂 凡能阻缓材料变质的物质称为稳定剂。 1、光稳定剂：它的主要作用就是抑制或防止 树脂在加工或使用过程中受热而降解。 2、热稳定剂：它的主要作用是阻止树脂在光 的作用下降解（塑料变色、力学性能下降等等）。 3、抗氧剂：延缓或抑制塑料氧化速度。 为防止塑件较快变质变性，需在塑料中加入某 些物质，这些物质称为稳定剂。 稳定剂分为光稳定剂、热稳定剂、抗氧剂等。 常用的稳定剂有硬脂酸盐、环氧化合物等
种性能的塑料，即塑料是以各种树脂为基础，加 入各种添加剂组成的。
（一）树脂 树脂是塑料的主要成分， 决定塑料的类型和性能， 作用： 是联系或胶粘着塑料中的其他一切组成部分； 赋予塑料可塑性和流动性。
树脂的几何结构示意图
填充剂又称填料。 填充剂又称填料，是塑料中重要的但不是必
要的成分。 作用：减少树脂用量，降低塑料成本；改善塑
对于非结晶聚合物的结构，过去一直认为其分
子排列是杂乱无章的、相互穿插交缠的。但在电 子显微镜下观察，发现无定型聚合物的质点排列 不是完全无序的，而是大距离范围内无序，小距
离范围内有序，即“ 远程无序，近程有序”。体
⑤耐磨和自润滑性能好。塑料的摩擦系数小， 耐磨性好，有很好的自润滑性，加上比强度高， 传动噪声小，可以在液体介质、半干甚至干摩擦 条件下有效地工作。塑料轴承、齿轮、凸轮和滑 轮等机器零件，适用于转速不高、载荷不大的场 合。
⑥粘结性能好。塑料一般都具有一定的粘结 性能，如俗称“万能胶”的环氧树脂，可以粘结 木材、橡胶、皮革、玻璃、陶瓷等非金属材料， 还可以粘结钢、铜、铝等金属材料。
⑦成型性能好。塑料在一定条件下具有良好 的可塑性，可高效加工成复杂形状的制品。
⑧着色性能好。大多数塑料易着色，而且着 色范围广，可制成五颜六色的产品。
⑨多种防护性能。除耐锈蚀和绝缘性能外，
塑料还具有防水、防潮、防透气、防振、防辐射 等多种防护性能。
塑料具有的较多优良性能，使它能够广泛地 应用于各个领域。
料某些性能，扩大塑料的应用范围 加入填充剂的目的:一是增量;二是改性。如
酚醛树脂中加入木粉后，克服了脆性，提高了弹 性;聚乙烯中加入钙质填料，提高了耐热性和刚度 等。用玻璃纤维作为填充剂，能使塑料的机械性 能大幅度提高。
填充剂（填料）
分类：
按化学性能可分为 按形状可分为：
粉状
有机填料 无机填料
纤维状
项目一塑料及其成型 工艺性能分析
❖ [能力目标] ❖ 1.会合理选择塑料制品的原材料。 ❖ 2.会分析常用塑料的成型工艺性能。 ❖ [知识目标] ❖ 1.掌握塑料的概念，熟悉常用塑料代号、性能及
用途。
❖ 2.掌握热力学性能与成型加工方法制件的关系。 ❖ 3.掌握热塑性塑料和热固性塑料的工艺性能。
❖ 一、任务引入
层状（片状）
填充剂的形状一般为粉状，也有纤维状和层状。 常用的填充剂有:木粉、滑石粉、石墨、金属粉、 玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维等。
增塑剂 增塑剂可改进塑料的可塑性。能改善其加工性能。
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。 如聚氯乙烯树脂中加入增塑剂邻苯二甲酸二丁酯 后，变为如同橡胶一样柔软的塑料。
（2）塑料的不良性能 ①机械强度和硬度低。与传统的工程材料相
比，塑料的机械强度和硬度较低。
②尺寸精度低。由于塑料材料的成型收缩率
大而且不稳定，部分塑料吸水性大，易老化，热 膨胀系数大且有蠕变特性等，因此，塑料制品的 尺寸精度不高，很难生产高精度产品。
③耐热和导热性差。塑料的最高使用温度一 般不超过400℃，而且大多数塑料的使用温度都在 100℃～260℃范围以内。在高温下容易降解和老 化。
状），则聚合物是一根根的分子链组成的，称为 线型聚合物，如图1-1a(a)所示。如果在大分子 的链之间还有一些短链把它们连接起来，成为立 体结构，则称为体型聚合物，如图1-1b(b) 所示。
此外，还有一些聚合物的大分子主链上带有一些 或长或短的小支链，整个分子链呈枝状，如图11c(c) 所示，称为带有支链的线型聚合物。 线型分子结构的特点是分子密度大，流动性好，
❖ 你是否知道电器塑料外壳、塑料管道、插座、开 关等产品的塑料原料为何物？该如何选择塑料原 料？
❖ 随着塑料工业的迅速发展，塑料制品得到了广泛 应用。不同的塑料制件，有着不同的性能与功用， 其原料的种类与性能也有异同点。
❖ 本项目主要分析和选用常用塑料原料。
二、相关知识 塑料的组成 塑料是以树脂为主要成分，加入具有特殊性能 的添加剂，在特定的温度和压力下可以模塑成型 出一定结构形状，且在常温下能保持形状尺寸不 变制件的高分子原材料。 塑料的主要成分是树脂。树脂即为高分子化合 物，有天然树脂和合成树脂。 树脂决定了塑料的类型和基本性能，它联系或 胶粘着塑料其他成分，并使其具有一定的可塑性 和流动性。 除了树脂之外，塑料中还含有多种能改善其 加工和使用性能的添加剂 。
具有弹性、塑性以及可溶性和可熔性。线型聚合 物在适当的溶剂中可溶解或溶胀，在温度升高时 则可软化至熔融状态而流动，且这种特性在成型 前后都存在，因此可反复成型。
支链型属于线型的一种，只是在线型分子链的
主链上，带有一些或长或短的小支链，整个分子 链呈支链状，因此称为带有支链的线型聚合物。 其特点是分子密度较线型低，结晶度低，其力学
这类塑料在成型过程中发生了化学变化，分子结构也 发生变化。 （2）热塑性塑料：是指在特定温度围内能够反复加热 和冷却硬化的塑料，既能够重复使用。
这类塑料在成型过程中只发生物理变化，无化学变化。
塑料米 塑料的分子结构
塑料的主要成分
塑料 —— “树脂＋添加剂”组成
在合成树脂中加入某些添加剂，则可以得到各
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。 润滑剂对塑料的表面起润滑作用，防止塑料 在成型过程中黏附在成型设备或模具上，同时还 能改善塑料熔体的流动性以及提高塑件表面的光 亮度。 常用的润滑剂有硬脂酸、石蜡、金属皂类（硬 脂酸钙、硬脂酸锌）等
1-晶区；2-非晶区 图1-2 结晶型聚合物结构示意图
晶只发生在线性聚合物和含交联不多的体型聚合 物中。 结晶对聚合物的性能有较大影响。由于结晶造
成了分子紧密聚集状态，增强了分子间的作用力， 所以使聚合物的强度、硬度、刚度及熔点、耐热 性和耐化学性等性能有所提高，但与链运动有关 的性能，比如弹性、伸长率和冲击强度等则有所 降低。
星、火箭等强度和刚度要求高而重量轻的结构零 件。
③化学稳定性好。绝大多数塑料都有良好的
耐酸、碱、盐、水和气体的性能，不易锈蚀。因 此，广泛应用于化工设备、在腐蚀条件下工作的 设备及日常用品中。
④电绝缘、绝热、隔声性能好。塑料具有优
良的电绝缘性能和耐电弧形，可用于做绝缘材料， 如电线电缆、旋钮插座、电器外壳等；塑料的热 导率低，具有良好的绝热保温性能，可用于隔热、 保温产品中；泡沫塑料、复合材料具有良好的隔 声性能。
成型用物料及其配置简介 常用的有粉料、粒料、溶液和分散体， 1、粉料、粒料 2、溶液 3、分散体：为树脂与非水液体形成的悬浮体通称为溶胶塑料
3.聚合物的分子结构 （1）聚合物的分子结构特点 合成树脂是由一种或几种简单化合物通过聚合
反应生成的一种高分子化合物，也叫聚合物。与 低分子结构相比，聚合物的高分子结构有如下特 点：
什么是塑料？ 塑料是一种以合成树脂为主要成分，加入适量添加剂制 成的高分子有机化合物。 什么是塑料模？ 用于成形塑料制品所用的模具就称为塑料模。 塑料的分类，分热固性和热塑性塑料两大类。 （1）热固性塑料：是指第一次受热时变软，可以制成一 定形状，加热一定时间后或加入固化剂后，就开始硬化 定型，再加热就不熔融也不溶解，形成体型结构物质的 塑料。
2.塑料的性能与应用 （1）塑料的优良特性 ①质轻。塑料一般都比较轻，密度一般在 0.83～2.2kg/ccm3之间，仅是钢材的1/8～1/4。 泡沫塑料的密度更小，一般小于0.01 kg/ccm3。 此特性对于减轻机械设备的重量和节能具有重要 的意义。 ②比强度（σ/ρ）和比刚度（E/ρ）高。尤其 是各种高强度的纤维状、片状和粉末状的金属或 非金属为填料的增强塑料，比强度和比刚度比金 属还高。此特性在空间技术领域等具有重要的意 义，如碳纤维和硼纤维增强塑料可用于人造卫
塑料的这些缺陷使其在某些特定领域的应用
受到限制，但是随着新品种塑料的问世以及塑料 改性技术的发展，塑料的这些缺陷都将会得到改 进的。
塑料的特性及用途 塑料的特性主要有： 1、密度小，质量轻：密度一般在00.8-2.2g/mmm，密度只有铝 的1/2，钢的1/5， 2、比强度和比刚度高：重量与强度的比值； 3、化学稳定性好：对酸、碱、盐等化学药品，均有良好的抗腐 蚀能力； 4、电性能优良：绝缘性好，耐电弧性能强； 5、减摩、耐磨性能好，自润滑性好：摩攃系数小，耐磨； 6、有多种防护性能，吸震和消声性能好； 7、成型性能好，成型加工方便； 8、粘结性能好 缺点：刚性差，收缩率大，尺寸精度低，耐热性差，易老化等。
性能与成型性能与线型类似。 体型结构是大分子链之间还有一些短链把它们
相互交联起来，成为立体结构。其物理特性是脆 性大，弹性较高但塑性很低，成型前可溶且可熔， 但一经成型硬化后，就成为既不能溶解也不熔融 的固体，所以不能再次成型（即成型是不可逆 的）。
图1-1 聚合物分子链结构示意图
（2）聚合物分子链的聚集状态 聚合物由于分子特别大且分子间引力也较大，
① 低分子所含原子数都很少，而一个高分子中 含有几千个、几万个，甚至几百万个原子。
② 相对分子质量。低分子化合物如水的相对 分子质量为18，石灰石的相对分子质量为100， 酒精的相对分子质量为46，蔗糖的相对分子质量 为324，这些低分子化合物的相对分子质量只有 几十
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或几百。而高分子化合物的相对分子质量比低分 子高得多，一般可自几万至几十万、几百万甚至 上千万。例如尼龙分子的相对分子质量为二万三 千左右，天然橡胶为四十万。 ③ 分子长度。低分子例如乙烯的长度约为 0.005µm，而高分子聚乙烯的长度为6.8µm，后 者是前者的13600 倍。 如果聚合物的分子链呈不规则的线状（或者团
着色剂
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。
无机颜料特点：着色能力、透明性、鲜艳性较
差，但耐光型、耐热性、化学稳定性较好，不易 褪色。染料：色彩鲜艳、颜色齐全，着色能力、 透明性好。性能与无机颜料相反。 着色剂又称色料，主要起美观和装饰作用。
着色剂还兼有其他作用:炭黑着色剂有助于防止 塑料受光变脆老化;二盐基性亚磷酸酯能防止紫外 线射入;在塑料中加入珠光色 料、萤光色料，可使 之具有特殊的光学性能。