第3章塑料材料实用性能(第一部分)
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(PPT-1)第4章_塑料包装材料及其包装容器
性高分子化合物。
28
特点： n PS透明度高，有很好的光泽。 n 质地坚硬，脆性大，耐冲击性差。 n 成型加工性好，易着色和表面印刷， n 无毒、无味，卫生安全性好，可用于食品包装，但PS
树脂中残留单体苯乙烯等物质有低毒，单体残留量应在 1%以下。 n 可制成薄膜、瓶和泡沫塑料。
29
四、K-树脂
3、印刷适应性 印刷油墨与塑料的相容性，印刷精度、清晰度， 印刷层耐磨性等。
18
第二节： 食品包装常用的塑料树脂
19
一、聚乙烯（PE） 聚乙烯树脂是由乙烯单体经加成聚合而成的高分子化合
物，无毒，外观呈乳白色蜡状固体. 聚乙烯塑料由PE树脂加入少量的润滑剂和抗氧化剂等
添加剂构成。
20
1．PE的包装性能
塑料在介质中经一定时间后的质量、体积、 强度、色泽等的变化情况。 （3）抗老化性 指塑料在加工、贮存、使用过程中受到光、 热、氧、水、生物等外界因素作用下，保持 其化学结构和原有性能而不破坏的能力。
15
（二） 卫生安全性
1、无毒性 塑料由于其成分组成、材料制造、成型加 工以及与之相接触的食品之间的相互关系等 原因，存在着有毒物的溶出和对食品的污染 问题。
2
优点： 具有许多优良的物理性能（强度、弹性、
耐折、阻隔性等），化学稳定性好，质轻， 易加工成型等。 致命缺陷： 某些塑料材料存在着卫生安全方面问题； 塑料包装废弃物对环境污染的问题。
3
一、塑料的组成
塑料是以一种高分子聚合物---树脂为基本成 分，在加入一些用来改善性能的各种添加剂制成的 高分子材料。
1、填充剂： 弥补树脂某些性能的不足，以改善塑 料的使用性能。用量一般为20— 50%。
2、增塑剂： 提高树脂可塑性和柔软性的添加剂。
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特点： n PS透明度高，有很好的光泽。 n 质地坚硬，脆性大，耐冲击性差。 n 成型加工性好，易着色和表面印刷， n 无毒、无味，卫生安全性好，可用于食品包装，但PS
树脂中残留单体苯乙烯等物质有低毒，单体残留量应在 1%以下。 n 可制成薄膜、瓶和泡沫塑料。
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四、K-树脂
3、印刷适应性 印刷油墨与塑料的相容性，印刷精度、清晰度， 印刷层耐磨性等。
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第二节： 食品包装常用的塑料树脂
19
一、聚乙烯（PE） 聚乙烯树脂是由乙烯单体经加成聚合而成的高分子化合
物，无毒，外观呈乳白色蜡状固体. 聚乙烯塑料由PE树脂加入少量的润滑剂和抗氧化剂等
添加剂构成。
20
1．PE的包装性能
塑料在介质中经一定时间后的质量、体积、 强度、色泽等的变化情况。 （3）抗老化性 指塑料在加工、贮存、使用过程中受到光、 热、氧、水、生物等外界因素作用下，保持 其化学结构和原有性能而不破坏的能力。
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（二） 卫生安全性
1、无毒性 塑料由于其成分组成、材料制造、成型加 工以及与之相接触的食品之间的相互关系等 原因，存在着有毒物的溶出和对食品的污染 问题。
2
优点： 具有许多优良的物理性能（强度、弹性、
耐折、阻隔性等），化学稳定性好，质轻， 易加工成型等。 致命缺陷： 某些塑料材料存在着卫生安全方面问题； 塑料包装废弃物对环境污染的问题。
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一、塑料的组成
塑料是以一种高分子聚合物---树脂为基本成 分，在加入一些用来改善性能的各种添加剂制成的 高分子材料。
1、填充剂： 弥补树脂某些性能的不足，以改善塑 料的使用性能。用量一般为20— 50%。
2、增塑剂： 提高树脂可塑性和柔软性的添加剂。
塑料的性能及应用培训教材(DOC 51页)
塑料的性能及应用培训教材(DOC 51页)塑料的性能及应用工程塑料(Engineering plastics)是二十世纪50年代以后，随着电子电器、汽车、航天、通讯及国防工业等高技术产业的发展，在以泛用塑料为基础之下，崛起的新类型的高分子材料。
工程塑料一般而言是指【在较宽的温度范围和较长期的使用时间，能够保持优良性能，并能承受机械应力做为结构材料使用的一种塑料】。
因此，工程塑料不仅可以代替金属作为结构性的材料，随着高科技产业的发展，工程塑料的发展将成为未来不可缺少的高分子材料。
工程塑料的分类工程塑料的分类如同其它的高分子材料一样，有很多种方法，例如耐热特性、化学组成、结晶特性、应用领域或是特殊用途；但是最常用的是以耐热性作为分类，简单叙述如下:l 依耐热性分类，一般以长期使用温度(以美国UL相对温度指数(RTI)表示):n RTI在100℃～150℃以上，称为泛用工程塑料。
n RTI在150℃以上称为高性能工程塑料或称超级工程塑料。
另外也有人以热变形温度(HDT)来分类。
l 依化学组成分类，工程塑料可以分类为n 聚酰胺类(俗称尼龙):为目前使用数量最多、种类最多的工程塑料材料。
常用的尼龙材料有—尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙11、尼龙12、尼龙6T、尼龙9T、尼龙610等超过二十几种尼龙。
n 聚酯类:聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、液晶聚合物(LCP)、聚苯酯(PHB)、聚芳酯(PAR)。
n 聚醚类:三大类；内酰胺开环聚合、二元胺和二元酸聚缩合反应、与对苯二甲酸聚缩合反应而得。
其中以尼龙66和尼龙6为最大量约占92%，尼龙11和尼龙12次之约占6%，其余尼龙类约占2%。
但是因为电子业耐热温度的要求越来越高，所以近年来高温尼龙的用料量逐年持续增加。
所谓高温尼龙计有尼龙46、聚对苯芳香族尼龙(尼龙6T、尼龙9T、MXD尼龙)等在本章节会叙述说明。
以下先介绍最常使用的尼龙6和尼龙66，至于高温尼龙归类为高性能工程塑料，留待高性能工程塑料材料再行介绍:PA66 (Polyamide 6,6聚酰胺66)为目前用料量最多的尼龙类材料。
第3章塑件的结构工艺性
第3章 塑料制件的结构工艺性 *
3.1塑件的尺寸、精度 2.影响塑件尺寸精度的因素: ①模具因素：模具类型、浇口数量与位置、多腔模与单腔模、
模具制造精度等（占总误差1／3）；
②工艺因素：成型操作条件（温度、压力、时间）、填料、
成型工艺条件、收缩率的波动（占总误差1／3）；
③模具磨损 等因素会造成模具尺寸不断变化； ④配合间隙的变化、脱模斜度。 ⑤小尺寸制品，制造误差是主因；大尺寸制品，收缩 率波动是主因。
塑件工艺性设计包括 :塑料材料选择、尺寸精 度和表面粗糙度、塑件结构
塑件工艺性设计的特点：满足使用性能和成形 工艺的要求，力求做到结构合理、造型美观、 便于制造。
第3章 塑料成型制件的结构工艺性 * 3.1塑件的尺寸、精度
1.塑件的尺寸 塑件的尺寸受下面两个因素影响： 塑料的流动性（大而薄的塑件充模困难） 设备的工作能力（注射量、锁模力、工作台面）
加强筋的底部与壁连接应圆弧过渡，以防外 力作用时，产生应力集中而被破坏。
平板类零件加强筋方 向与料流方向平行
第3章 塑料制件的结构工艺性 * 3.6加强筋 1.塑件的加强筋 ⑵加强筋设计要点：
加强筋厚度小 于壁厚
加强筋与支承 面间留有间隙
第3章 塑料制件的结构工艺性 * 3.6加强筋
1.塑件的加强筋
第3章 塑料制件的结构工艺性 * 3.8圆 角 设计
在满足使用要求的前提下,制件的所有的转角尽 可能设计成圆角，或者用圆弧过渡。
⑴圆角的作用：
可避免应力集中，提高制 件强度
有利于充模和脱模 有利于模具制造，提高模 具强度
第3章 塑料制件的结构工艺性 * 3.8圆 角 设计
⑵圆角的确定：
内壁圆角半径应为壁厚的一半 外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍 一般圆角半径不应小于0.5mm 壁厚不等的可按平均壁厚确定内、外圆角半径
塑料产品工业设计基础1
建筑材料 汽车工业
塑料 ——工业设计的首选材料
1.3 塑料-工业设计的首选材料
对于产品设计者来说，设计材料的 实用性体现在以下几个方面。
基本物性以及可 选择范围
物理、化学、电学等
成型加工性
可设计性
可通过多种技术手段，
适用加工方法、成本、难 使性能得到加强、实
易程度、可否批量生产
现功能的拓展
经济性
来源丰富、成本低廉
1200 670
200
汽车 电气 建材 包装
1.需求大，产量高
产量地区分布集中在东南沿海 广东、浙江、江苏、山东产量位居全国前列
2.低端产品为主
高端的产品还比较缺乏，差别化的产品也比较少 更多依靠制造业产业，才带动整个材料行业产业 发展
2009年国内塑料需求量
小常识： 五大通用树脂-----聚氯乙烯（PVC）与聚乙烯（PE）、聚丙 烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和ABS
1930年，德国法本公司解决了 上述问题，在路德维希港用本 体聚合法进行工业生产。在对
聚苯乙烯改性的研究和生产过
程中，已逐渐形成以苯乙烯为 基础，与其他单体共聚的苯乙 烯系树脂，扩展了它的应用范 围。 1931年,美国罗姆-哈斯公司以
本体法生产聚甲基丙烯酸甲酯，
制造出有机玻璃。
1926年，美国W.L.西蒙把尚未 找到用途的聚氯乙烯粉料在加 热下溶于高沸点溶剂中,在冷却 后,意外地得到柔软、易于加工、 且富于弹性的增塑聚氯乙烯。 这一偶然发现打开了聚氯乙烯 得以工业生产的大门。
药用包装
2. 铝塑泡罩包装：聚偏二 氯乙烯（PVDC，对水蒸 气及某些气体的阻隔性能 均优于PVC）或其复合材 料代替PVC
3.口服液类塑料瓶包装：避光并 有计量刻度或计量杯的塑瓶（ PET、PC）代替低质落后的玻璃 瓶或塑料瓶
第3章-塑料助剂详解
防霉增塑剂：能赋予被增塑物抵抗霉菌破坏的能力，主 要有磷酸酯类。 无毒性增塑剂：毒性很小或无毒，如磷酸二苯辛酯、环 氧大豆油。
耐候性增塑剂：使被增塑物耐光、耐射线能力提高，如
环氧大豆油、环氧硬脂酸丁/辛酯。
按化学结构分类
苯二甲酸酯类
脂肪族二元酸酯类 磷酸酯类
多元醇酯
3.2 润滑剂
聚合物熔体通常具有较高的粘度，在加工过程中通过窄缝、 浇口等流道时，必定要与加工机械表面产生摩擦，使熔体流动性 降低，严重的会使薄膜表面变得粗糙，缺乏光泽或出现流纹。需 加入提高润滑性、减少摩擦、降低界面粘附性的助剂。
增塑剂分类及常用增塑剂性能
按与被增塑物相容性分类
主增塑剂：与被增塑物相容性良好，质量比可达1:1，可 单独使用。
辅助增塑剂：与被增塑物相容性差，质量比约为1:3，需 与主增塑剂配合使用。 增量剂：与被增塑物相容性很差，质量比约为1:20，用 以降低成本和改善某些性能。
按增塑剂相对分子质量大小分类
苯多酸酯 柠檬酸酯
环氧化合物
含氯化合物 聚合物及石油酯 反应型增塑剂：顺丁烯二酸二丁酯
增塑剂的选择
相容性
相容性是选择增塑剂首要考虑的因素，增塑剂与聚合物相 容性好，则增塑效率高，增塑剂不离析、不渗出，制品柔韧性 好、寿命长。 观察法
溶度参数法：增塑剂与聚合物δ越接近，两者相容性越好 介电常数法
选择助剂的基本要求
助剂与聚合物的相容性 助剂对加工条件的适应性 助剂的协同作用 制品用途对助剂的制约
3.1 增塑剂
定义 增塑剂是添加到聚合物中，使其增加可塑性，改善加工 性能，并赋予制品一定柔韧性的物质。 通常是对热和化学试剂都较稳定的有机化合物：在一定范围内
耐候性增塑剂：使被增塑物耐光、耐射线能力提高，如
环氧大豆油、环氧硬脂酸丁/辛酯。
按化学结构分类
苯二甲酸酯类
脂肪族二元酸酯类 磷酸酯类
多元醇酯
3.2 润滑剂
聚合物熔体通常具有较高的粘度，在加工过程中通过窄缝、 浇口等流道时，必定要与加工机械表面产生摩擦，使熔体流动性 降低，严重的会使薄膜表面变得粗糙，缺乏光泽或出现流纹。需 加入提高润滑性、减少摩擦、降低界面粘附性的助剂。
增塑剂分类及常用增塑剂性能
按与被增塑物相容性分类
主增塑剂：与被增塑物相容性良好，质量比可达1:1，可 单独使用。
辅助增塑剂：与被增塑物相容性差，质量比约为1:3，需 与主增塑剂配合使用。 增量剂：与被增塑物相容性很差，质量比约为1:20，用 以降低成本和改善某些性能。
按增塑剂相对分子质量大小分类
苯多酸酯 柠檬酸酯
环氧化合物
含氯化合物 聚合物及石油酯 反应型增塑剂：顺丁烯二酸二丁酯
增塑剂的选择
相容性
相容性是选择增塑剂首要考虑的因素，增塑剂与聚合物相 容性好，则增塑效率高，增塑剂不离析、不渗出，制品柔韧性 好、寿命长。 观察法
溶度参数法：增塑剂与聚合物δ越接近，两者相容性越好 介电常数法
选择助剂的基本要求
助剂与聚合物的相容性 助剂对加工条件的适应性 助剂的协同作用 制品用途对助剂的制约
3.1 增塑剂
定义 增塑剂是添加到聚合物中，使其增加可塑性，改善加工 性能，并赋予制品一定柔韧性的物质。 通常是对热和化学试剂都较稳定的有机化合物：在一定范围内
材料性能与测试-第3章材料的冲击韧性和低温脆性
低温脆性的危害
❖ 发生脆变时，裂纹的扩展速度可高达1000~3000m/s，无法加以 阻止，无任何征兆。
❖ 1938 年和1940 年, 在比利时的哈塞尔特城和海伦赛贝斯城先后 发生了两次钢桥坍塌事故。经研究，这些事故正是材料的冷脆 造成的。
§3.2 低温脆性
❖ 定义：体心立方或某些密排六方晶体金属及其合金，特别是工程上常用的 中、低强度结构钢，在试验温度低于某一温度tk时，会由韧性状态变为脆 性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集型变为穿晶解理，断
§3.1 冲击载荷下金属变形和断裂特点 §3.2 冲击弯曲和冲击韧性 §3.3 低温脆性 §3.4 影响韧脆转变温度的因素
§3.1 冲击载荷下金属变形和断裂特点
冲击载荷和静载荷的区别
加载速率的不同
加载速率：载荷施加于试样或机件时的速率，用单位时间内应力增加
的数值表示。
形变速率可间接反应加载速率的变化。
口特征由纤维状变为结晶状，这就是低温脆性。
屈服强度/MPa
840
700 W
560 Mo
420 Байду номын сангаасe
280
140 Ni
几类不同冷脆倾向的材料
0 200 400 600 800 1000
温度/℃
❖ 测量不同温度下冲击韧性aK(AK)与温度t的关系曲线(AK～t)。tk称为韧脆转
变温度或冷脆转变温度，是安全性指标之一。
(3) FTE(fracture transition elastic)：低阶能和高阶能平均值对应的温度。
➢ 冲击弯曲试验，冲击吸收功-温度曲线 Ak急剧减小；
(4) 以Akv为 20.3 N·m对应的温度作为韧脆转变温度，记为 V15TT。
第3章 塑件的设计.
为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑 件，在塑件的内外表面沿脱模方向应设计足够的斜 度，在模具上称为脱模斜度。
脱模斜度取决于塑件的形 状、壁厚及塑料的收缩率， 一般取30 ′～1°30′。
斜度的取向原则是： 1)内孔（塑件内表面）以小端为准，符合图纸要，斜度由扩大方向得到； 2)外形(塑件外表面）以大端为准，符合图纸要求，斜度由缩小方向得到。 3)脱模斜度值一般不包括在塑件尺寸公差范围内，但对精度要求高的塑件， 脱模斜度应包括在公差范围内。
壁厚与流程有关
塑料品种 t—L计算公式
L t 0.5 0.6 100
流动性好的 （如PE、PA等） 流动性中等 （如PMMA、POM等） 流动性差 （如PC、PSU等）
L t 0.8 0.7 100
为了制得理想的塑料制品，除选用合适的塑料品种以外， 还必须考虑塑料制品的模塑工艺性。塑料制品的模塑工艺性与 模具设计有着密切的关系，然而模具是根据制品设计的，因此 制品设计能适应模塑工艺要求，才能设计出合理的模具结构。 由此可见，根据模塑工艺要求设计制品关系到制品的顺利 制造、提高制品质量和生产效率及降低成本等问题。 设计原则： 应考虑原材料的成型工艺性； 应考虑模具的总体结构，使模具型腔易于制造，模具抽芯和 推出机构简单； 在保证塑件使用性能、物理性能与力学性能、电性能等的前 提下，力求结构简单，壁厚均匀，使用方便。
通常，塑件的几何形状复杂而且很不规 则，其脱模斜度取大些，塑件内表面的脱模 斜度应大于其外表面的脱模斜度。当考虑到 要保证塑件尺寸精度时，其长度愈长、内腔 愈深，则其脱模斜度应适当的减小；反之， 则取大些。
开模脱出塑件时，希望塑件留在有脱模装臵 的模具一侧。要求塑件留在型芯上，则该塑件内 表面脱模斜度应比其外表面小。反之，若要求塑 件留在型腔内，则其外表面的脱模斜度应小于其 内表面的脱模斜度。如果希望塑件留于型腔内， 但塑件内腔形状复杂，有留于型芯的可能性，此 时若沿脱模方向塑件外表面长度不大于10～15mm, 就可不给该表面设臵脱模斜度。如果该塑件外表 面的长度小于3～4mm时，则可取与其脱模方向相 反的脱模斜度。 塑件上脱模斜度可以用线性尺寸、角度、比例等 三种方式来标注,如图3-4所示。
脱模斜度取决于塑件的形 状、壁厚及塑料的收缩率， 一般取30 ′～1°30′。
斜度的取向原则是： 1)内孔（塑件内表面）以小端为准，符合图纸要，斜度由扩大方向得到； 2)外形(塑件外表面）以大端为准，符合图纸要求，斜度由缩小方向得到。 3)脱模斜度值一般不包括在塑件尺寸公差范围内，但对精度要求高的塑件， 脱模斜度应包括在公差范围内。
壁厚与流程有关
塑料品种 t—L计算公式
L t 0.5 0.6 100
流动性好的 （如PE、PA等） 流动性中等 （如PMMA、POM等） 流动性差 （如PC、PSU等）
L t 0.8 0.7 100
为了制得理想的塑料制品，除选用合适的塑料品种以外， 还必须考虑塑料制品的模塑工艺性。塑料制品的模塑工艺性与 模具设计有着密切的关系，然而模具是根据制品设计的，因此 制品设计能适应模塑工艺要求，才能设计出合理的模具结构。 由此可见，根据模塑工艺要求设计制品关系到制品的顺利 制造、提高制品质量和生产效率及降低成本等问题。 设计原则： 应考虑原材料的成型工艺性； 应考虑模具的总体结构，使模具型腔易于制造，模具抽芯和 推出机构简单； 在保证塑件使用性能、物理性能与力学性能、电性能等的前 提下，力求结构简单，壁厚均匀，使用方便。
通常，塑件的几何形状复杂而且很不规 则，其脱模斜度取大些，塑件内表面的脱模 斜度应大于其外表面的脱模斜度。当考虑到 要保证塑件尺寸精度时，其长度愈长、内腔 愈深，则其脱模斜度应适当的减小；反之， 则取大些。
开模脱出塑件时，希望塑件留在有脱模装臵 的模具一侧。要求塑件留在型芯上，则该塑件内 表面脱模斜度应比其外表面小。反之，若要求塑 件留在型腔内，则其外表面的脱模斜度应小于其 内表面的脱模斜度。如果希望塑件留于型腔内， 但塑件内腔形状复杂，有留于型芯的可能性，此 时若沿脱模方向塑件外表面长度不大于10～15mm, 就可不给该表面设臵脱模斜度。如果该塑件外表 面的长度小于3～4mm时，则可取与其脱模方向相 反的脱模斜度。 塑件上脱模斜度可以用线性尺寸、角度、比例等 三种方式来标注,如图3-4所示。
鲁科版第三章重要的化合物第四节塑料 橡胶 纤维1
看看我们的母亲河——黄河！
4.塑料与白色污染
⑴由于合成材料的广泛应用和发展，一些塑料制品带来的环境 污染称为“白色污染”。
⑵白色污染的危害：填埋经久不烂，破坏土壤结构和肥力，污 染地下水。焚烧污染大气。 ⑶白色污染的治理 A．废弃塑料的再利用（如直接作为材料、制作单体和燃 料油、制作气体等）； B．制造易降解材料。
蔬菜箱 汽水箱 塑料大棚
卫生盒
奖品 礼品
宇航服花瓶 可降解塑料
二、塑料
1.主要成分：
是被称为合成树脂的有机高分子化 合物。 还有具有某些特定用途的添加剂如 增塑剂、防老剂等。 注意： ⑴塑料是由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、 色料、防老剂等添加剂组成的。 ⑵有些塑料基本上是由合成树脂所组成的，不 含或少含其它添加剂，如有机玻璃等。
【知识点击P-90页】
高分子的线性结构和体型结构：
[实验1]观察乳胶管在水中以及汽油中的溶解
情况。
[实验2]用镊子取一小块聚乙烯塑料碎片，用酒
精灯缓缓加热直至熔化，熔化后立即停止加热， 冷却后观察；然后再点燃，观察变化的全过程。
[实验3]用镊子取一小块电木放于酒精灯火焰上加
热片刻，观察现象
实验 1
（1）溶解性
高分子化合物难溶于水, 在适当的有机 溶剂中能很缓慢地溶解，或者只是有一定程 度的溶胀
（2）热塑性与热固性 ①热塑性：
有些高分子化合物（如聚乙烯）具有热塑性， 在一定温度范围内可软化、熔化，冷却又硬化。
②热固性： 有些高分子化合物（如酚醛塑料，即电木） 具有热固性，经加工成型后受热不会熔化。
阅读P93 “身边的化学”P-93页
人们给聚四氟乙烯冠以“塑料王”的美称。
家庭主妇的福音
第3章材料塑性成形,思考题
思考题
▪ 1、金属为什么容易塑性变形？生产塑性变形的本质？ ▪ 2、金属常见的塑性成形方法有哪些？ ▪ 3、金属的冷变形和热变形是如何区分的？各有何特征？ ▪ 4、什么是金属的可煅性？其影响因素有哪些？ ▪ 5、影响金属冷成形的主要力学性能参量有哪些？ ▪ 6、轧制的方法有哪些？如何提高轧制件的质量？
(1) 金属的成分：纯金属好于合金，低碳钢优于高碳钢，低碳低合金钢优于高碳高合金钢；有害杂 质元素一般使可锻性变坏。
(2) 金属的组织：单相组织好于多相组织；铸态下的柱状组织、粗晶粒组织、晶界上存在偏析、或 有共晶组织都会使可锻性变差。
(3) 加工条件 1) 变形温度：一般随变形温度的升高，可提高金属的可锻性；当温度接近熔点时，会引起过烧， 使可锻性急剧降低
2) 变形速度：一方面随着变形速度的增加，回复与再结晶过程来不及进行，不能及时消除加工硬 化现象，故使塑性降低，变形抗力增大，可锻性变坏。
另一方面随着变形 速度的增高，产生 热效应，使金属的 塑性升高，变形抗 力降低，又有利于 改善可锻性。
3) 应力状态：拉应力成分数量愈多，要求材料塑性愈好；压应力成分数量愈多，可降低对材料塑性 的要求。
▪ 若想保持材料本身的晶粒尺寸与晶型，选择冷轧更适合。
➢ 自由锻 定义：是指借助锻压设备上下砧块的压力使坯料成形的压力加工方法。在锻造过程中，金属 沿垂直于作用力的方向上自由变形；包括手工锻、锤上自由锻、液压机上自由锻等 基本工艺过程
视频
特点和应用 1、锻件的质量范围宽，操作工具简单； 2、生产效率低，劳动强度大，金属损耗大； 3、锻件尺寸精度低，形状不太复杂； 4、适于单件、小批量生产和锻造大型零件毛坯。
▪ 正挤压：挤压模出口处的金属流动方向与凸模运动方向相同； ▪ 反挤压：挤压模出口处的金属流动方式与凸模运动方向相反； ▪ 复合挤压：挤压过程中，在挤压模的不同出口处。一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，
▪ 1、金属为什么容易塑性变形？生产塑性变形的本质？ ▪ 2、金属常见的塑性成形方法有哪些？ ▪ 3、金属的冷变形和热变形是如何区分的？各有何特征？ ▪ 4、什么是金属的可煅性？其影响因素有哪些？ ▪ 5、影响金属冷成形的主要力学性能参量有哪些？ ▪ 6、轧制的方法有哪些？如何提高轧制件的质量？
(1) 金属的成分：纯金属好于合金，低碳钢优于高碳钢，低碳低合金钢优于高碳高合金钢；有害杂 质元素一般使可锻性变坏。
(2) 金属的组织：单相组织好于多相组织；铸态下的柱状组织、粗晶粒组织、晶界上存在偏析、或 有共晶组织都会使可锻性变差。
(3) 加工条件 1) 变形温度：一般随变形温度的升高，可提高金属的可锻性；当温度接近熔点时，会引起过烧， 使可锻性急剧降低
2) 变形速度：一方面随着变形速度的增加，回复与再结晶过程来不及进行，不能及时消除加工硬 化现象，故使塑性降低，变形抗力增大，可锻性变坏。
另一方面随着变形 速度的增高，产生 热效应，使金属的 塑性升高，变形抗 力降低，又有利于 改善可锻性。
3) 应力状态：拉应力成分数量愈多，要求材料塑性愈好；压应力成分数量愈多，可降低对材料塑性 的要求。
▪ 若想保持材料本身的晶粒尺寸与晶型，选择冷轧更适合。
➢ 自由锻 定义：是指借助锻压设备上下砧块的压力使坯料成形的压力加工方法。在锻造过程中，金属 沿垂直于作用力的方向上自由变形；包括手工锻、锤上自由锻、液压机上自由锻等 基本工艺过程
视频
特点和应用 1、锻件的质量范围宽，操作工具简单； 2、生产效率低，劳动强度大，金属损耗大； 3、锻件尺寸精度低，形状不太复杂； 4、适于单件、小批量生产和锻造大型零件毛坯。
▪ 正挤压：挤压模出口处的金属流动方向与凸模运动方向相同； ▪ 反挤压：挤压模出口处的金属流动方式与凸模运动方向相反； ▪ 复合挤压：挤压过程中，在挤压模的不同出口处。一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，
第3章塑料制品的结构设计
圆角可有利于充模和 脱模。
4.圆角：
大小： 外圆角：R=1.5t; 内圆角：r=0.5t
4.圆角：
5.孔：
⑴塑件的孔三种成型加工方法： 直接模塑出来； 模塑成盲孔再钻通孔； 塑件成型后再钻孔。
当通孔孔径﹤1.5mm，由于型芯易弯曲折断，不适于模塑成型。 肓孔的深度：h ﹤（3～5）d
d﹤1.5mm时， h ﹤3d
较困难。 塑件壁厚过大，则不但浪费塑料原料，而且还给成型带来困难，尤其降低了
塑件的生产率，还给塑件带来内部气孔、外部凹陷等缺陷。 所以正确设计塑件的壁厚非常重要。壁厚取值应当合理。
常用：2-4mm（最小：0.25，最大：8-10）
原则：1、满足装配使用收力要求要求下,取小壁厚；
2、脱模顶出时零件不变形；
平板类零件加强筋方
2.
向与料流方向平行
加强筋设计要点：
3.
加强筋厚度小 于制品壁厚
4.
加强筋与支承 面间留有间隙
间距（2-3）t
加强筋设计要点：
增加刚性减少变形的其他措施:
①将薄壳状的塑件设计为球面，拱曲面等，可以有效地增加刚性、减少变形。
增加刚性减少变形的其他措施:
②薄壁容器的沿口是强度、刚性薄弱处赐于开裂变形损坏，故应
～ ～
二、塑料制品的结构设计
主要：
脱模斜度、壁厚、加强筋、圆角、孔、支撑面、 装饰标志、嵌件、分型面、强制脱模等。
1.脱模斜度：减小开模力和脱模力。
当塑件成型后因塑料收缩而包紧型芯，若塑件外形较 复杂时，塑件的多个面与型芯紧贴，从而脱模阻力较大。 为防止脱模时塑件的表面被檫伤和推顶变形，需设脱模斜度。
油
行喷涂处理
不同的光泽状
明显提高塑料件表面的外观档次，
4.圆角：
大小： 外圆角：R=1.5t; 内圆角：r=0.5t
4.圆角：
5.孔：
⑴塑件的孔三种成型加工方法： 直接模塑出来； 模塑成盲孔再钻通孔； 塑件成型后再钻孔。
当通孔孔径﹤1.5mm，由于型芯易弯曲折断，不适于模塑成型。 肓孔的深度：h ﹤（3～5）d
d﹤1.5mm时， h ﹤3d
较困难。 塑件壁厚过大，则不但浪费塑料原料，而且还给成型带来困难，尤其降低了
塑件的生产率，还给塑件带来内部气孔、外部凹陷等缺陷。 所以正确设计塑件的壁厚非常重要。壁厚取值应当合理。
常用：2-4mm（最小：0.25，最大：8-10）
原则：1、满足装配使用收力要求要求下,取小壁厚；
2、脱模顶出时零件不变形；
平板类零件加强筋方
2.
向与料流方向平行
加强筋设计要点：
3.
加强筋厚度小 于制品壁厚
4.
加强筋与支承 面间留有间隙
间距（2-3）t
加强筋设计要点：
增加刚性减少变形的其他措施:
①将薄壳状的塑件设计为球面，拱曲面等，可以有效地增加刚性、减少变形。
增加刚性减少变形的其他措施:
②薄壁容器的沿口是强度、刚性薄弱处赐于开裂变形损坏，故应
～ ～
二、塑料制品的结构设计
主要：
脱模斜度、壁厚、加强筋、圆角、孔、支撑面、 装饰标志、嵌件、分型面、强制脱模等。
1.脱模斜度：减小开模力和脱模力。
当塑件成型后因塑料收缩而包紧型芯，若塑件外形较 复杂时，塑件的多个面与型芯紧贴，从而脱模阻力较大。 为防止脱模时塑件的表面被檫伤和推顶变形，需设脱模斜度。
油
行喷涂处理
不同的光泽状
明显提高塑料件表面的外观档次，
第3章聚烯烃塑料
第三章 聚烯烃塑料
1
聚烯烃主要指聚乙烯和聚丙烯； 其中聚乙烯树脂产量居世界第一位； 聚丙烯是常用树脂密度最低的品种，综合性能好， 改性品种多，是树脂中发展相对快的品种之一。
聚乙烯
聚丙烯
2
第一节 聚乙烯（PE）
纯净PE乳白色蜡状物，无味、无毒、无臭，易燃， 燃烧时有蜡味，并伴有熔融滴落现象。
一、分类 低密度聚乙烯（LDPE）：高压法合成 高密度聚乙烯（HDPE）：低压法合成
接剂、涂层，也可作为着色剂的载体的树脂。 EVA中乙酸乙烯酯含量低于5％ 时可制造具有中
等韧性和较好透明的薄膜，利用其低温韧性可制作冰 袋、冷冻食品的包装。
33
EVA slipper
EVA乳E液 VA乳液)
EVA膜)
EVA片材)
EVA 背包
34
EVA伞
第二节 聚丙烯（PP）
PP树脂大多为乳白色粒状物，无味、无臭、无 毒，密度低、透明性好，密度为0.89~0.91g/cm3是常 用树脂中最轻的一种。
等规PP分子链具有高度的立体规整性，容易结晶，具有较 高的力学强度，目前占PP产量的95％左右
间规PP：甲基交替排列在主链构成的平面的两侧
36
2. 聚丙烯的结晶性 PP结晶能力强，等规度越高，结晶速率越大，
结晶度越高； 结晶度提高，拉伸强度、刚度、硬度、熔点也提
高，但冲击强度降低。 冷却速度与性能的关系：
PP与HDPE相比，不但具有较高的拉伸强度、刚 度、硬度、耐应力开裂性和耐热性，而且具有突出 的延伸性和抗弯曲疲劳性，成型加工性能极为优良。
一、聚丙烯的合成（略）
35
二、聚丙烯的结构特征 1.聚丙烯的化学结构： 根据PP分子链上甲基的空间排列方式不同，可将 其分为等规、间规、无规三种立体结构。
1
聚烯烃主要指聚乙烯和聚丙烯； 其中聚乙烯树脂产量居世界第一位； 聚丙烯是常用树脂密度最低的品种，综合性能好， 改性品种多，是树脂中发展相对快的品种之一。
聚乙烯
聚丙烯
2
第一节 聚乙烯（PE）
纯净PE乳白色蜡状物，无味、无毒、无臭，易燃， 燃烧时有蜡味，并伴有熔融滴落现象。
一、分类 低密度聚乙烯（LDPE）：高压法合成 高密度聚乙烯（HDPE）：低压法合成
接剂、涂层，也可作为着色剂的载体的树脂。 EVA中乙酸乙烯酯含量低于5％ 时可制造具有中
等韧性和较好透明的薄膜，利用其低温韧性可制作冰 袋、冷冻食品的包装。
33
EVA slipper
EVA乳E液 VA乳液)
EVA膜)
EVA片材)
EVA 背包
34
EVA伞
第二节 聚丙烯（PP）
PP树脂大多为乳白色粒状物，无味、无臭、无 毒，密度低、透明性好，密度为0.89~0.91g/cm3是常 用树脂中最轻的一种。
等规PP分子链具有高度的立体规整性，容易结晶，具有较 高的力学强度，目前占PP产量的95％左右
间规PP：甲基交替排列在主链构成的平面的两侧
36
2. 聚丙烯的结晶性 PP结晶能力强，等规度越高，结晶速率越大，
结晶度越高； 结晶度提高，拉伸强度、刚度、硬度、熔点也提
高，但冲击强度降低。 冷却速度与性能的关系：
PP与HDPE相比，不但具有较高的拉伸强度、刚 度、硬度、耐应力开裂性和耐热性，而且具有突出 的延伸性和抗弯曲疲劳性，成型加工性能极为优良。
一、聚丙烯的合成（略）
35
二、聚丙烯的结构特征 1.聚丙烯的化学结构： 根据PP分子链上甲基的空间排列方式不同，可将 其分为等规、间规、无规三种立体结构。
第3章塑料材料实用性能(第一部分)
• 杨氏模量是应力—应变曲线起始直线部份的斜率。定义为：
杨氏模量（E）
应力（） 应变（）
杨氏模量经常被用作材料强度
指标，也是材料刚性(rigidity)的
指标，它可以应用于工程上简
化的线性运算，例如决定塑件
的劲度(stiffness)。
P 点是比例极限，曲线从这点开始 偏离其线性行为。弹性极限是图 33的 I 点，它是材料承受应变而仍 能够回复原形的最大限度。假如应 变量超过弹性极限，并且继续增加， 则材料可能发生拉伸现象而无法回 复原形，或者可能发生破坏 。
等 • d: 成型后制品的二次加工
• 3.1.3.2 制件设计因素 • （1）工艺性设计 • 制件设计必须满足加工要求。包括： • a: 分型面设计 • b:浇口设计 • c:熔合线设计 • d:脱模斜度 • （2）功能性设计 • a:几何形状的设计 • b:结构性设计 • 壁厚，加强筋，孔，嵌件，螺纹等。
• 结晶使分子链段排列紧密（结晶过程中分子链的 敛聚作用使）
• 结晶度越大，体积↓，比容↓，密度↑；
•
力学性能↑，屈服强度，模量，硬度↑，抗
张强度↑，耐热性↑，对化学溶剂的稳定性↑，脆性
↑，冲击强度↓，耐应力龟裂能力↓
• 结晶聚合物成型过程中的收缩性比非晶聚合物大， 收缩率亦随结晶度提高而增加。
• 非晶聚合物制品透明性好，韧性好。
拉伸试验
应力(σ)与应变(ε)的定义为：
应力（）
载荷（F） 截面面积（A）
应变（） L L0
L0
图3-1 (a) 拉伸实验棒截面面积A，原 始长度L0；(b) 于固定负荷下拉长至 长度L。
可以获得杨氏模数、比例 极限，弹性极限、屈服点、 延展性、断裂强度和断裂 伸长量等材料性质
中山大学 塑料胶体 考试题答案
思考题答案第三章1.（1）溶胀：溶剂小分子渗透进入聚合物内部，使之体积膨胀。
（出现溶胀的原因：聚合物分子和溶剂小分子运动速度差别悬殊，小分子扩散快，进入到大分子内部。
）无限溶胀和有限溶胀。
（2）溶解：溶质分子分散到了溶剂分子当中，以分子状态存在。
形成的溶液是处于热力学平衡状态的真溶液。
（3）聚合物的溶解过程：非结晶线形结构的聚合物，先溶胀，再溶解；结晶聚合物，先熔融，再溶解对于交联聚合物，只溶胀，不溶解。
2.溶度参数：2/11)(VE∆=δ，内聚能密度的平方根。
表示：高分子与溶剂分子之间的相互作用能力大小的参数。
两溶度参数越相近越容易溶解。
如何测定溶度参数：线性聚合物：取使溶液特性粘度为极大值的溶剂的溶度参数；（将不同系列的溶剂溶解了高分子后，粘度最大的的溶剂的溶度参数即为聚合物的溶度参数）交联聚合物：取平衡溶胀度最大的溶剂的溶度参数为聚合物的溶度参数；（溶胀在一系列溶剂中，用溶胀度最大的溶剂的溶度参数作为它的溶度参数）3.非晶态高聚物：先溶胀，再溶解。
非极性晶态高聚物：先熔融，再溶解。
极性晶态高聚物：由于高聚物的极性基团与溶剂之间的强相互作用而放热，破坏了晶体结构，然后按非晶态高聚物一样，先溶胀，后溶解。
低交联度的高聚物：只溶胀，不溶解。
4.溶剂选择原则：极性相近原则；溶剂化原则；溶度参数相近原则（仅对非极性聚合物有效，对极性无效）。
5. θ温度：对每一种溶剂，均能找到使高分子与高分子，和高分子与溶剂，和溶剂与溶剂这些作用力达到平衡的温度，此温度即为θ温度；θ溶剂：在一定温度下，使高分子与高分子，和高分子与溶剂，和溶剂与溶剂这些作用力达到平衡的溶剂。
6.哈金斯参数，又叫相互作用参数，表示高分子与溶剂混合时相互作用能的变化大小。
和溶液性质和温度关系：在θ溶剂下，当x1=1/2时，随着T↑，x1↓。
第四章1.高聚物的转变：聚合物有运动单元的多重性，当T、频率变化，不同的运动单元开始运动，聚合物的力学性能、电学性能等发生变化。
第3章 第4节 塑料 橡胶 纤维
的断键原子结合，依次重复形成高聚物，如丙烯的聚合： nCH3—CH===CH2引发剂 ――→ 。
高中同步新课标·化学
创新方案系列丛书
小结：单烯烃型单体加聚时“断开双键，键分两端，添上括 号， n 写后面”。 (2)二烯烃的加聚： 当一个分子中存在两个 时，断键原子与其他分子中的
断键原子相结合，而内部其他的断键原子再结合成不饱和键。如 顺丁橡胶的生成： nCH2===CH—CH===CH2引发剂 ――→ 。 小结：二烯烃型单体加聚时“单变双，双变单，破两头，移 中间，添上括号， n 写后面”。
高中同步新课标·化学
创新方案系列丛书
解析：由 D 为聚四氟乙烯可推知 C 为四氟乙烯，再根据 B、 D 名称可写出对应的结构简式。结合合成路线图和各产物。推知①为 取代反应，③为加聚反应。
(3)取代反应 加聚反应
高中同步新课标·化学
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(1)相对分子质量为几万到几百万， 甚至高达几千万的有机 物称为有机高分子化合物，简称高分子或聚合物。 (2)有机高分子化合物分线型结构和体型结构； 线型结构的 有机高分子化合物具有热塑性， 体型结构的有机高分子化合物 具有热固性。 (3)由相对分子质量小的化合物生成相对分子质量很大的 有机高分子化合物的反应，叫做聚合反应。像乙烯生成聚乙烯 这样的聚合反应叫做加成聚合反应，简称加聚反应。
Ⅰ
Ⅱ Ⅲ
高中同步新课标·化学
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3．分类
天然高分子 合成高分子
线型高分子
体型高分子
热塑性高分子
热固性高分子
高中同步新课标·化学
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4．基本性质 结构特点 实 溶解 性
基 本 性 质
例
线型结构 聚乙烯 (非支链 型) 聚氯乙烯(带支链 型) 缓慢溶解
《材料性能学》(第2版)5-硬度
莫氏硬度顺序法，
挫刀法
8
硬度： 材料表面上小体积内抵抗变形或破裂的能力。
特点：
设备简单，操作方便 →检验工件质量；
压痕小，无损检测 →检验成品。
18:42
9
5.2 布氏硬度（Brinell Hardness）
1、原理：1900年，瑞典J.B.Brinell工程师
直径D的淬火钢球（硬质合金球）
20~88
用途 硬质合金，浅表面硬化钢
100 kgf 150 kgf
40~77 20~70
中等表面硬化钢，P可锻铸铁 淬火钢，调质钢，硬铸钢等
60kgf 60~100 退火铜合金，软质薄板合金
100 kgf 150 kgf 60kgf
20~100 30~94 80~100
铜合金，软钢，铝合金 可锻铁，铜-镍-锌合金
Properties of Materials
材料性能学
绪论
授课方法：
第1章 材料的弹性变形 第2章 材料的塑性变形
第1-3章：教师主讲。
第3章 材料的断裂与断裂韧 性
第4-11章：课堂讨论为主。 第4章 材料的扭转/弯曲/压缩性能
下载视频
第5章 材料的硬度
第12-15章：理论简介。 案例应用
第6章 材料的冲击韧性及低温脆 性
淬火钢球 HBS （硬质合金球 HBW ）
HBS=（≤450） HBW（450～650）
280HBS10/3000/30
500 HBW5/750
①材料不同，厚薄不同→→→载荷、钢球大小不同
②对同一材料，如何保证不同的D和F下， 布氏硬度相同？
18:42
压痕几何相似条件
11
压痕几何相似条件：
塑料的性能及应用培训教材
塑料的性能及应用培训教材塑料是一种重要的工程材料，它具有多种性能和应用，是许多制造业的首选材料。
本文将详细介绍塑料的性能和应用领域，并为初学者提供简单易懂的培训教材。
一、塑料的基本性能1、化学性能塑料在化学性质上十分稳定，与酸、碱、盐等化学试剂接触时不会发生腐蚀或变质。
在常温下，常见的溶剂对塑料亦无影响，具有较高的化学稳定性。
2、物理性能塑料的物理性质主要有：密度小，重量轻；硬度低，易加工；耐磨、耐腐蚀、耐热、耐寒、耐水、耐油、绝缘性好等。
相比于其他材料，塑料的物理性能更加优秀，因此在许多领域应用十分广泛。
3、机械性能塑料的机械性能表现为拉伸、压缩、弯曲、剪切等方面。
塑料通常具有较好的抗拉强度、弹性模量和耐张伸性能，但在紫外线照射下易老化，影响其力学性能。
塑料的机械性能对材料的选用十分重要，如零部件的耐久性、刚度、强度等都需要考虑该方面因素。
二、塑料的应用领域1、包装行业在包装行业中，常用的塑料材料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚塑乙烯(PVC)等。
这些塑料材料具有价格低廉、耐腐蚀、防潮、易成型等特点，多用于包装食品、化妆品、医药等。
2、汽车行业塑料在汽车工业中的应用也十分广泛，如车身、车窗、车灯等部件多采用塑料材料制造。
相比于金属部件，塑料部件具有质量轻、成本低、不易腐蚀、易成型、外观颜色丰富等优点。
3、电子行业在电子领域中，塑料是常用的制造材料。
如塑料外壳、电器游艺器具等，还可以制造防静电塑料，用于制造电子产品的人体安全。
三、塑料的加工工艺1、注塑成型注塑成型是塑料制品生产中最常用的成型方法之一。
将加热、熔融的塑料材料注入模具中，顺着流道充填模腔后，冷却后便可得到所需形状和尺寸的塑料制品。
2、挤出成型挤出成型适用于生产管材、板材、棒材等形状简单的塑料制品。
塑料熔融在螺杆内，通过模具中的模孔、压糊出及冷却装置冷却，以获得所需的尺寸和形状。
3、压延成型压延成型是将熔融塑料放在进料轮上，不断地压缩并反复转动，使塑料材料逐渐压缩成所需的厚度和长度，是生产薄板或薄膜的常用方法。
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• 具有柔性链的聚合物具有柔软性、高弹性，受力 是材料容易变形。
• 刚性链的聚合物 可抵抗形变和破坏，耐热性好 。
• 3.1.2.5 结晶与取向
• （1）结晶
• 具有化学规整性和几何规整性，且又柔顺易于运 动的大分子链，在一定温度条件下都能趋于结晶 排列，形成结晶聚合物。
• 聚合物结晶对制品性能的影响
拉伸试验
应力(σ)与应变(ε)的定义为：
应力（）
载荷（F） 截面面积（A）
应变（） L L0
• >0.5极性聚合物 PVC PA PMMA • >0.7强极性聚合物 PET 酚醛树脂
• 3.1.2.4 分子链的柔性和刚性
• 由于高分子链中的单键存在内旋转，使得大分子 链具有卷曲起来并不断改变其形状的能力。即为 高分子链的柔性：
• 但是，单键不受阻力，完全自由的内旋转是不可 能的。会受到其它的原子或取代基团的干扰和排 斥，因此又具有一定的刚性。
化学键力，聚合物中最重要的化学键是共价键。 • 次价力是作用于分子间的内聚力，是物理力。 • 主价力大于次价力，它们之间的作用力的大小以
键能来表示，见表3-1。 • 主价力和次价力的大小是衡量材料抵抗破坏与形
变的重要尺度。 • 主价键的破坏可改变化学结构，不可逆的。如热
降解 • 次价键的断裂是可逆的。如聚合物受热软化、变
• 材料的特征性能能够定量化的、以数值的 形式来表征，对于特定应用条件下材料的 预选及产品的设计具有重要的意义。
• 测试标准
• 国际标准ISO
• 美国ASTM
• 中国 GB
• 由标准的测试方法所给出的数据有很大的 局限性。
3.1.2 材料性能与结构
• 3.1.2.1分子量和分子量分布 • 聚合物的分子量对性能有很大的影响，聚合物的
• 双轴取向时（相当于两个方向的单向拉伸，使两 方向的强度都有所提高），若两方向拉伸倍数相 同时，平面内的各向异性很小；若一个方向拉伸 倍数大于另一个方向，在一个方向强度增加，另 一个方向强度减弱。
• 3.1.2.6 多相结构与复合体系 • （1）共聚物 • 两种或两种以上的单体进行共聚而成的聚合物。 • 如ABS • （2）共混物（高分子合金） • 两种或两种以上聚合物进行物理混合，其组分通
形，溶解。
3.1.2.3极性与非极性
• 共价键中，电子对不是平均为两原子所共有，而 是偏属于其中的某一个原子时，即成为极性键。
• 偶极矩表示分子的极性或键的极性的大小。可判 断材料的刚度、耐热性和电性能，而且对判断材 料的抗溶剂性和抗渗透性时也有指导意义。
• 0非极性聚合物 如PE PP • 0.5弱极性聚合物 PS
• （2）取向
• 聚合物的大分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒 子在流动方向或应力作用下形成的有序排列。
• 如果取向只朝一个方向的就称为单轴取向，如果 取向单元同时朝两个方向的就称为双轴取向。
• 非晶聚合物取向后，沿应力方向取向的分子链大 大提高了取向方向的力学性能，但垂直于取向方 向上的力学性能则显著降低。取向度↑，拉伸强度 ↑，冲击强度↑。
机械强度随分子量的增加而增加。 • 由于分子量的不均一性，提出分子量分布的概念。 • 分子量分布较宽的聚合物中，低分子量的存在是
使用性能遭到破坏的薄弱点； • 分子量分布较窄的聚合物中，有较好的耐冲击强
度和耐动态疲劳性。
• 3.1.2.2 主价力和次价力 • 主价力是键合原子间的内聚力，是化学力，也称
• 3.1.3.3环境因素
• 自然环境因素：气候炎热和寒热，氧化和 辐射，雨水，海水的侵蚀，潮湿空气等
• 工作环境因素：因特定的应用对象而不同。
工业传动齿轮受到循环载荷，接触应力， 摩擦热，油等环境因素影响。循环载荷容 易使制件产生疲劳破坏，摩擦生热使制件 软化变形。
3.2塑料的力学性能
• 3.2.1 引言 • 力学性能是反映材料在力的作用下变形与
• 结晶使分子链段排列紧密（结晶过程中分子链的 敛聚作用使）
• 结晶度越大，体积↓，比容↓，密度↑；
•
力学性能↑，屈服强度，模量，硬度↑，抗
张强度↑，耐热性↑，对化学溶剂的稳定性↑，脆性
↑，冲击强度↓，耐应力龟裂能力↓
• 结晶聚合物成型过程中的收缩性比非晶聚合物大， 收缩率亦随结晶度提高而增加。
• 非晶聚合物制品透明性好，韧性好。
破坏行为的性能。 • 塑料的力学性能的特点： • （1）变化范围非常广泛 • （2）力学性能对温度和力的作用时间具有
明显的依赖性 塑料是粘弹性材料有应力-应变曲线入手。
• 材料的应力--应变行为决定其强度或劲度。 影响材料强度的因素包括塑件的几何形状、 负荷、约束条件、成形过程导致的残留应 力。根据施加在塑件的负荷或约束条件的 不同，必须考虑不同种类的强度性质，包 括拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、冲击 强度和剪切强度等。
过次价键而粘附在一起。
• 如PS、PVC加入韧性材料，提高抗冲击性能。 • （3）配混料 • 聚合物主体材料中含有多种添加剂组分的一种复
合材料体系。
• 如大多数塑料
3.1.3 影响性能的其他因素
• 3.1.3.1 加工因素 • a: 制造方法和加工过程 • b: 工艺参数的变化 • c: 成型后制品的后处理 热处理消除内应力
第3章 塑料材料实用性能
3.1 性能的要义及影响因素
• 3.1.1 性能的含义与表征 • 材料性能：取决于材料的化学结构和物理结构，
它反映了材料所包含的各组分的基本属性。 • 产品性能：材料通过不同的加工方法，成为具有
一定形状和尺寸的适用产品所具有的性能。是材 料的内在性能，材料加工过程中决定了的性能， 以及产品设计所赋予了的性能等一系列性能表现 的总和。 • 材料的性能包括：力学性能，化学性能，热性能， 电性能等。
等 • d: 成型后制品的二次加工
• 3.1.3.2 制件设计因素 • （1）工艺性设计 • 制件设计必须满足加工要求。包括： • a: 分型面设计 • b:浇口设计 • c:熔合线设计 • d:脱模斜度 • （2）功能性设计 • a:几何形状的设计 • b:结构性设计 • 壁厚，加强筋，孔，嵌件，螺纹等。
• 刚性链的聚合物 可抵抗形变和破坏，耐热性好 。
• 3.1.2.5 结晶与取向
• （1）结晶
• 具有化学规整性和几何规整性，且又柔顺易于运 动的大分子链，在一定温度条件下都能趋于结晶 排列，形成结晶聚合物。
• 聚合物结晶对制品性能的影响
拉伸试验
应力(σ)与应变(ε)的定义为：
应力（）
载荷（F） 截面面积（A）
应变（） L L0
• >0.5极性聚合物 PVC PA PMMA • >0.7强极性聚合物 PET 酚醛树脂
• 3.1.2.4 分子链的柔性和刚性
• 由于高分子链中的单键存在内旋转，使得大分子 链具有卷曲起来并不断改变其形状的能力。即为 高分子链的柔性：
• 但是，单键不受阻力，完全自由的内旋转是不可 能的。会受到其它的原子或取代基团的干扰和排 斥，因此又具有一定的刚性。
化学键力，聚合物中最重要的化学键是共价键。 • 次价力是作用于分子间的内聚力，是物理力。 • 主价力大于次价力，它们之间的作用力的大小以
键能来表示，见表3-1。 • 主价力和次价力的大小是衡量材料抵抗破坏与形
变的重要尺度。 • 主价键的破坏可改变化学结构，不可逆的。如热
降解 • 次价键的断裂是可逆的。如聚合物受热软化、变
• 材料的特征性能能够定量化的、以数值的 形式来表征，对于特定应用条件下材料的 预选及产品的设计具有重要的意义。
• 测试标准
• 国际标准ISO
• 美国ASTM
• 中国 GB
• 由标准的测试方法所给出的数据有很大的 局限性。
3.1.2 材料性能与结构
• 3.1.2.1分子量和分子量分布 • 聚合物的分子量对性能有很大的影响，聚合物的
• 双轴取向时（相当于两个方向的单向拉伸，使两 方向的强度都有所提高），若两方向拉伸倍数相 同时，平面内的各向异性很小；若一个方向拉伸 倍数大于另一个方向，在一个方向强度增加，另 一个方向强度减弱。
• 3.1.2.6 多相结构与复合体系 • （1）共聚物 • 两种或两种以上的单体进行共聚而成的聚合物。 • 如ABS • （2）共混物（高分子合金） • 两种或两种以上聚合物进行物理混合，其组分通
形，溶解。
3.1.2.3极性与非极性
• 共价键中，电子对不是平均为两原子所共有，而 是偏属于其中的某一个原子时，即成为极性键。
• 偶极矩表示分子的极性或键的极性的大小。可判 断材料的刚度、耐热性和电性能，而且对判断材 料的抗溶剂性和抗渗透性时也有指导意义。
• 0非极性聚合物 如PE PP • 0.5弱极性聚合物 PS
• （2）取向
• 聚合物的大分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒 子在流动方向或应力作用下形成的有序排列。
• 如果取向只朝一个方向的就称为单轴取向，如果 取向单元同时朝两个方向的就称为双轴取向。
• 非晶聚合物取向后，沿应力方向取向的分子链大 大提高了取向方向的力学性能，但垂直于取向方 向上的力学性能则显著降低。取向度↑，拉伸强度 ↑，冲击强度↑。
机械强度随分子量的增加而增加。 • 由于分子量的不均一性，提出分子量分布的概念。 • 分子量分布较宽的聚合物中，低分子量的存在是
使用性能遭到破坏的薄弱点； • 分子量分布较窄的聚合物中，有较好的耐冲击强
度和耐动态疲劳性。
• 3.1.2.2 主价力和次价力 • 主价力是键合原子间的内聚力，是化学力，也称
• 3.1.3.3环境因素
• 自然环境因素：气候炎热和寒热，氧化和 辐射，雨水，海水的侵蚀，潮湿空气等
• 工作环境因素：因特定的应用对象而不同。
工业传动齿轮受到循环载荷，接触应力， 摩擦热，油等环境因素影响。循环载荷容 易使制件产生疲劳破坏，摩擦生热使制件 软化变形。
3.2塑料的力学性能
• 3.2.1 引言 • 力学性能是反映材料在力的作用下变形与
• 结晶使分子链段排列紧密（结晶过程中分子链的 敛聚作用使）
• 结晶度越大，体积↓，比容↓，密度↑；
•
力学性能↑，屈服强度，模量，硬度↑，抗
张强度↑，耐热性↑，对化学溶剂的稳定性↑，脆性
↑，冲击强度↓，耐应力龟裂能力↓
• 结晶聚合物成型过程中的收缩性比非晶聚合物大， 收缩率亦随结晶度提高而增加。
• 非晶聚合物制品透明性好，韧性好。
破坏行为的性能。 • 塑料的力学性能的特点： • （1）变化范围非常广泛 • （2）力学性能对温度和力的作用时间具有
明显的依赖性 塑料是粘弹性材料有应力-应变曲线入手。
• 材料的应力--应变行为决定其强度或劲度。 影响材料强度的因素包括塑件的几何形状、 负荷、约束条件、成形过程导致的残留应 力。根据施加在塑件的负荷或约束条件的 不同，必须考虑不同种类的强度性质，包 括拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、冲击 强度和剪切强度等。
过次价键而粘附在一起。
• 如PS、PVC加入韧性材料，提高抗冲击性能。 • （3）配混料 • 聚合物主体材料中含有多种添加剂组分的一种复
合材料体系。
• 如大多数塑料
3.1.3 影响性能的其他因素
• 3.1.3.1 加工因素 • a: 制造方法和加工过程 • b: 工艺参数的变化 • c: 成型后制品的后处理 热处理消除内应力
第3章 塑料材料实用性能
3.1 性能的要义及影响因素
• 3.1.1 性能的含义与表征 • 材料性能：取决于材料的化学结构和物理结构，
它反映了材料所包含的各组分的基本属性。 • 产品性能：材料通过不同的加工方法，成为具有
一定形状和尺寸的适用产品所具有的性能。是材 料的内在性能，材料加工过程中决定了的性能， 以及产品设计所赋予了的性能等一系列性能表现 的总和。 • 材料的性能包括：力学性能，化学性能，热性能， 电性能等。
等 • d: 成型后制品的二次加工
• 3.1.3.2 制件设计因素 • （1）工艺性设计 • 制件设计必须满足加工要求。包括： • a: 分型面设计 • b:浇口设计 • c:熔合线设计 • d:脱模斜度 • （2）功能性设计 • a:几何形状的设计 • b:结构性设计 • 壁厚，加强筋，孔，嵌件，螺纹等。