塑料材料及其成型工艺性能

造成孔穴组织以降低材料密度
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1.1 塑料材料
1.1.3 塑料的分类
1.按塑料中树脂分子结构和受热后呈现的基本行为分类：
塑料
热塑性塑料 热固性塑料
非结晶型 结晶型
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1.1 塑料材料
热塑性塑料与热固性塑料的结构与性质的对比
受热行为图示
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1.1 塑料材料
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1.1 塑料材料
工程塑料： 起源：
自1956 年杜邦推出Derlin 商名新塑料,宣称可取 代金属,工程塑料之名由此开始。
特性： 机械强度高而且有
适当平衡.耐热,耐久或 具特殊机能.加工性良好， 价格合理且工程性良好。
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1.1 塑料材料
1.1.4 塑料的性能
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1.2 塑料的流变性
非牛顿流体 “黏度” 称为非牛顿黏度或称表观黏度
（1-2
非牛顿型流体原则上包括黏性流体、黏弹性流体及 时间依赖性流体。可以将非牛顿型流体当作黏性流体看 待，黏性流体又分为： ➢ 宾哈流体 ➢ 膨胀性流体 ➢ 假塑性流体。
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1.2 塑料的流变性
图1-4 不同类型流体的流动曲线
➢ 增塑剂：提高可塑性、流动性、柔韧性、降低脆性。
➢ 稳定剂：热稳定剂 、光稳定剂 、抗氧化剂。
➢ 润滑剂：对塑料的表面起润滑作用，防止塑料在成型 加工时黏模。
➢ 着色剂 ：无机颜料 、无机颜料、染料。
➢ 其它：发泡剂、阻燃剂、固化剂、防静电剂、导电剂 和导磁剂等 。
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1.1 塑料材料
非结晶性热塑性塑料
结晶性热塑性塑料
ABS、压克力（PMMA、PAN）、 聚缩醛树脂(POM)、尼龙
常用的材料 聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯
(PA,)、聚乙烯(PE)、聚丙烯
(PS)、聚氯乙烯(PVC)
(PP)、热塑性聚脂(PBT、PET)
分子在液相和固相都呈现杂 微观结构 乱的配向性
分子在液相呈现杂乱的配向 性，在固相则形成紧密堆砌 的晶体。
图1-3 热固性塑料的状态与温度的关系
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1.2 塑料的流变性
当温度和压力变更时，黏流态的塑料表观黏度会相 应地发生变化，这称为塑料的流变性。
1.2.1 牛顿型流体
流体在平直圆管内受切应力而发生的流动形式有层 流和湍流两种。 ➢ 层流：被看着一层层彼此相邻且平行的薄层流体沿外 力作用方向进行的相对滑移，而且各层之间无相互影响。 ➢ 湍流：流体各点的速度大小与方向都随时间而变化， 且流体内相互干扰严重。
牛顿流动定律： 在一定温度下，当剪切力τ作用于两个相距为dr的
液体平行层面并以相对速度dv移动时，则剪切力τ与剪 切速率dv/dr(也称速度梯度）之间呈下列直线关系：
其中：η为牛顿黏度，单位:Pa·s(N·s/m2)。
符合上式的流体都称为牛顿型流体。 液体流动时不服从上式规律的均称为非牛顿体。
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➢ 密度小 (重量轻，塑料比重0.9~2，铝2.7，铁7.8)。
➢ 比强度(b/ρ)和比刚度(E/ρ)高。
➢ 化学稳定性好。 ➢ 电气性能优良。 ➢ 减摩、耐磨和自润滑性好。 ➢ 成型和着色性能好。 ➢ 多种防护性能：除防腐外，塑料还具有防水、防潮、 防透气、防振、防辐射等。 ➢ 耐热性差、受载荷易蠕变、老化现象。
1.1.2 塑料的填充剂
添加剂、填充料及补强料
常用村料
对聚合物性质的影响
强化纤维
导电性填充料 耦合剂 抗燃剂
混合填充料 塑化剂
着色剂（色料或染料） 发泡剂
百度文库
碳素、碳、矿物质纤 维、玻璃、kevlar
增加拉伸强度 增加弯曲模数(flexural modulus)
提高热变形温度 提升抗收缩与抗翘曲能力
铝粉、碳纤维、石墨
提高电气性质 提高热传导性
Silanes、titanates 改善聚合物与纤维接口之键结力
氯、溴、硫、金属盐 降低燃烧发生率及扩散速度
碳酸钙、硅、粘土 降低材料成本
单体液体、低分子量 改善熔胶的流动性
材料
加强挠曲性
金属氧化物、铬酸盐、 提供耐久的颜色
碳黑
防止热裂解或紫外线造成裂解
气体、氮复合物、联 氨衍生物
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1.1 塑料材料
1.1.5 塑料的可加工性
1.1.5.1 热塑性塑料的温度力学状态及成型加工的关系
Ⅰ—非结晶 Ⅱ—结晶型 Tg-玻璃化温度 Tm-结晶型熔点 Tf-非晶型流动温度 Td-分解温度
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1.1 塑料材料
1.1.5.2 热固性塑料的状态与温度的关系
第1章 塑料材料及成型工艺性能
1.1 塑料材料 1.2 塑料的流变性 1.3 塑料成型工艺性能
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1.1 塑料材料
1.1.1 塑料的概念
塑料是以高分子聚合物为主要成分，加入一定量添 加剂而组成的一种混合物。
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1.1 塑料材料
1.1.2 塑料的填充剂 填充剂：改善塑料性能（粉状、片状、纤维）。
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1.1 塑料材料
五大泛用塑料及用途： ➢ 低密度聚乙烯(LDPE)容器、塑料袋、胶膜、管子…等。 ➢ 高密度聚乙烯(HDPE)胶管、胶布、胶膜…等。 ➢ 聚苯乙烯(PS)外壳、玩具、壁砖…等。 ➢ 聚氯乙烯(PVC)瓶子、塑料管、薄膜、保鲜膜…等。 ➢ 聚丙烯(PP)汽车保险杆、仪表板、纤维…等。
受热反应
具有软化温度范围，但没有 明显的熔点
具有明确的熔点
性质
透明 抗化学性差 成形时体积收缩率低 通常强度不高 一般具有高熔胶粘度 热含量低
半透明或不透明 抗化学性佳 成形时体积收缩率高 强度高 熔胶粘度低 热含量高
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1.1 塑料材料
2.按塑料的性能及用途分： ➢ 通用塑料：指产量大、用途广且价廉的塑料。 ➢ 工程塑料：在工程技术中常作为结构材料来使用。 ➢ 特殊功能塑料：具有特殊性能的塑料（用于医药、光 敏及液晶方面的氟塑料 ）。
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1.2 塑料的流变性
层流与湍流的区分以雷诺数（Re）为准，
D :管道直径； V :流体的平均速度； ρ:流体的密度； η:流体剪切粘度。 Re<2100~4000时为层流，Re>4000时为湍流。
塑料在成型加工过程中的流动基本上属于层流。
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1.2 塑料的流变性