塑料成型工艺与模具设计 2

第二章塑料成型基础塑料成型工艺及模具设计第2章塑料成型基础本章基本内容塑料成型基础理论注射工艺过程及主要成型工艺参数塑料的成型特性第2章塑料成型基础学习目的与要求掌握高聚物的三种物理、力学状态及其应用。掌握塑料成型基本理论、注射工艺过程及主要成型工艺参数。充分了解塑料的成型特性，使塑料成型工艺性与模具结构相匹配。第2章塑料成型基础本章重点对塑料的特征温度的理解牛顿型流体与非牛顿型流体的区别注射工艺过程对成型工艺条件的选择和控制第2章塑料成型基础本章难点对塑料的特征温度的理解，以及如何使用这些温度。对成型工艺条件的选择和控制。第2章塑料成型基础2.1塑料成型基础理论2.2注射工艺过程及主要成型工艺参数2.3塑料的成型特性2.4思考题2.1塑料成型基础理论2.1.1高聚物的三种物理、力学状态及其应用2.1.2成型加工中塑料受到的应力和应变2.1.3塑料熔体的流变性能2.1.4对塑料粘度的调节2.1.5分子定向2.1.6热固性塑料流变学2.1.1高聚物的三种物理、力学状态及其应用塑料的物理状态：玻璃态、高弹态和粘流态塑料的物理状态与它本身的温度有关。如图2-1所示。A塑料呈现刚性固体状，为玻璃态。C高聚物呈现柔软的弹性状，称高弹态。E继续升高温度，分子热运动能量进一步增大，至能解开分子链间的缠结而发生整个大分子的滑移，在外力作用下便发生粘性流动，称粘流态。Tb称为脆化温度，是高聚物保持高分子力学特性的最低温度。Td称为分解温度，在温度高于Td后，高分子主链发生断裂，这现象称为降解。图2-2是结晶型高聚物的温度—形变曲线。2.1.2成型加工中塑料受到的应力和应变只有在受到外力作用而产生应变时，塑料才会流动和变形。应力有三种类型：剪切应力、拉伸应力、压缩应力，因而对应产生三种应变（在应力作用下产生的形状与尺寸变化叫做应变）：剪切应变、拉伸应变和压缩应变。剪切应力对塑料的成型最为重要。如图2-32.1.3塑料熔体的流变性能研究物质形变与流动的科学称为流变学⑴牛顿型流体⑵非牛顿型流体2.1.3塑料熔体的流变性能⑴牛顿型流体符合下式的流体称为牛顿型流体：τ=η（dv/dr）=η(dr/dv)=ηﻵ以切应力τ对剪切速率ﻵ或者以粘度η对剪切速率ﻵ作用所得到的曲线称为流体的流动（或流变）曲线，它是确定塑料成型加工工艺条件的重要依据。图2-4牛顿型流体的的流动曲线特点：图2-5、图2-62.1.3塑料熔体的流变性能⑵非牛顿型流体非牛顿型流体包括粘性流体、粘弹性流体和时间依赖性流体。粘性流体又分为宾哈流体、膨胀性流体和假塑性流体.实际中，几乎绝大多数聚合物熔体和熔液的流动行为都接近于假塑性流体。见图２-７2.1.3塑料熔体的流变性能用于描述假塑性流体定律的是一幂律函数方程：τ=ηaﻵ（ηa=Kﻵn-1）n—流动行为指数，对牛顿流体n=1,假塑性流体n＜1,n值越小则流体的非牛顿性越强。K—流体稠度，k值越高，流体粘度越大。如图2-８2.1.4对塑料粘度的调节从成型工艺出发，欲获得理想的粘度，主要取决于对温度、剪切速率及压力。1.温度提高其温度不超过分解温度，粘度可下降。但是,将温度调节，对有的塑料效果颇佳，有的则差。如图2-92.剪切速率绝大多数塑料熔体属于塑性流体，具有表现粘度随剪切速率或切应力的增大而减小的流变性能。与温度一样，各种假塑性塑料的粘度对其所受剪切速率发生改变的敏感性亦不一致。如图2-10、2-112.1.4对塑料粘度的调节3.压力提高压力（注射压力和挤压压力）对塑料粘度起增大作用。粘度对压力的敏感性也因塑料品种而异。成型制品时，应注意模具温度状况和浇注系统结构同样对塑料熔体充模流动粘度发生重要影响，要真正实现合理的粘度，还必须包括这部分的设计要合理。2.1.5分子定向1.分子取向机理塑料中的聚合物大分子、细而长的纤维状填料分子在成型过程中由于受到应力作用而产生分子整齐、平行排列的现象，这种现象称之为分子取向。如图2-122.1.5分子定向2.分子定向作用有定向分子存在将对制品的力学性能、收缩与变形产生重要影响。2.1.5分子定向3.影响分子定向的因素定向方向在流动取向下，分子方向沿着料流方向平行排列。料流方向又取决于料流进入型腔的位置即浇口位置，故在型腔一定时影响分子定向方向的因素是浇口位置。定向程度分子定向程度与塑料的类别和塑料制品的壁厚大小有关。此外，分子定向程度还与注射工艺条件及模具的浇口设计关系密切，现将其各项影响及相互关系归纳列于表2—2中。2.1.6热固性塑料流变学热固性塑料的流变性与热塑性塑料的有着本质差异，因其粘度是随分子的交联反应而发生变化，在成型热固性塑料制品过程中的粘度变化是不可逆转的，因此在制订成型工艺条件和模具设计时要十分重视对温度的合理选择和控制。图2-13热固性塑料制品分子定向现象是无法消除的。为此，在设计模具对应该考虑这样一个问题：浇口的位置和形状能左右塑料的流动方向和定向程度，应使塑料在模内流动所产生的分子取向方向与制品在使用中的受力方向保持一致。2.2注射工艺过程及主要成型工艺参数2.2.1注塑工艺过程2.2.2主要成型工艺参数2.2.1注塑工艺过程（1）.注射前的准备（2）注射成型过程（3）制品的后处理图2-142.2.2主要成型工艺参数（1）.温度：料筒温度、喷嘴温度、模具温度、脱模温度（2）.压力：塑化压力、注射压力、保压压力、模腔压力（3）.时间：注射时间、保压时间、冷却时间模塑周期：它由注射时间、保压时间、冷却时间和辅助时间四部分组成。图2-15表示了它们的关系。2.3塑料的成型特性2.3.1流动性2.3.2收缩性、收缩率、比容和压缩2.3.3结晶性、相容性、热敏性、固化和熔体破裂2.3.4熔结痕、内应力、制品的后处理2.3.1流动性1、合理选择流动性遇到成型形状复杂、壁薄或尺寸较大的制品时，产品设计者应考虑在满足制品使用性能的前提下，优先选择流动性好的塑料来成型。２、流动性等级测定流动性的方法用标准测试模具（仪器），测定值越高，表明流动性越好。人们习惯引用与塑料流动性相关的塑料溢料间隙（溢边值）概念。所谓溢料间隙是指熔体塑料在成型高压下不得流过的最大间隙值。2.3.2收缩性、收缩率、比容和压缩率１、收缩性和收缩率造成收缩的因素及各种收缩现象如：(1).热胀冷缩(2).塑料品种(3).成型工艺｛收缩率受工艺条件（压力、温度、时间）的影响很大)｝(4).模具结构(5).塑件结构注:由于收缩率与塑件结构有关,所以设计模具时，需根据模塑收缩率来计算型腔的尺寸。２、比容和压缩率比容是单位重量的松散塑料所占有的体积。压缩率是松散塑料的体积与同重量塑料的体积之比。用它们可计算出每模塑料需要的注射量（cm3）或模具加料腔的容积尺寸。注射量是决定设备的主要条件。2.3.3结晶性、挥发物含量、相容性、热敏性、固化和熔体破裂１、结晶性结晶性即指聚合物分子能做空间规则排列生成结晶的能力。聚合物的结晶性与它们的结晶度能力大小有关。２、挥发物含量塑料中的挥发物包括水、氯、空气、甲醛等低分子物质３、相容性、热敏性热敏性系指塑料的热稳定性差的性能。５、固化6、熔体破裂2.3.4熔结痕、内应力、制品的后处理１、熔结痕减少熔结痕可选用流动性较好的塑料，或增加浇口数量，缩短流程，以较快时间充模；适当提高料温或模温等；增强模具排气措施；改变浇口位置使熔结痕产生在塑件的次要部位；尽量不用脱模剂等。２、内应力产生内应力的一个重要因素是注射及补料时的剪切应力。减少应力措施：注射压力不宜取得过高，使用较高的料温和模温，保压时间要适度，可采取降压保压方法，成型后将制品进行热处理。３、制品的后处理（热处理）（1）退火处理（2）调温处理1.塑料有哪几种物理力学状态？（答案）2.何为分子定向？（答案）3.收缩率的影响因素有哪些？（答案）4.塑料的成型特性有哪些？（答案）思考题１、塑料的物理力学状态有：玻璃态、高弹态、粘流态２、分子定向是指：塑料中的聚合物大分子、细而长的纤维状填料分子在成型过程中由于受到应力作用而产生分子整齐、平行排列的现象，这种现象称之为分子取向。３、收缩率的影响因素有：压力、温度、时间４、塑料的成型特性有：流动性、收缩性和收缩率、比容和压缩率、结晶性、挥发物含量、相容性、热敏性、固化、熔体破裂、熔结痕、内应力、制品的后处理。101010234210310101（Pa.s)PC（315℃）PS（200℃）PSU（350℃）¦Ηaγ(s)图2-10剪切速率对聚合物熔体粘度的影响-1.123287℃220℃220℃图2-11粘度与剪切速率关系曲线1、2-聚乙烯；3-醋酸纤维素γ.02006001000200400600800¦Ηa(Pa?S)(S-1)ABTgT(→）0A-交联密度低时的高聚物；B-交联密度高时的高聚物。图2-13交联对高聚物温度-形变曲线的影响。123TgTfTm形变温度图2-2结晶型高聚物的温度--形变曲线表2-2成型条件与模具浇口对分子定向程度的影响影响因素定向程度增大减小成型物料温度充模温度注射压力塑料充模时间模具温度制品冷却速度条件冷热慢快高低长短冷热快慢模具浇口位置选择浇口截面大小浇口选较薄处选较厚处大小