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河南机电高等专科学校：杨占尧内容简介：本模块主要讲述塑料及其应用；塑料的组成；塑料的分类；塑料成型的工艺特性（包括热塑性塑料和热固性塑料的工艺特性）；塑料的注塑成型中要注意的一些问题等。模块一塑料及其性能河南机电高等专科学校：杨占尧学习目的和要求：了解塑料的用途和其特殊优点。掌握塑料的组成和分类。具备分析塑料产品的工艺性，并在此基础上找出工艺难点，提出解决问题的方法的能力。重点：热塑性塑料和热固性塑料的工艺特性。模块一塑料及其性能河南机电高等专科学校：杨占尧模块一塑料及其性能1.1塑料及其应用1.2塑料的组成1.3塑料的分类1.4塑料成型的工艺特性1.5塑料的注塑成型河南机电高等专科学校：杨占尧1.1塑料及其应用塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力条件下具有流动性，可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状不发生变化。河南机电高等专科学校：杨占尧树脂分为天然树脂和合成树脂两大类型，塑料大多采用合成树脂。各种合成树脂都是人工将低分子化合物单体通过合成方法生产出的高分子化合物，它们的相对分子质量一般都大于1万，有的甚至可以达到百万级，所以化学上也常将它们称为聚合物或高聚物。聚合物虽然是塑料中的主要成分，但是单纯的聚合物性能往往不能满足成型生产中的工艺要求和成型后的使用要求，欲要克服这一缺陷，必须在聚合物中添加一定数量的助剂，并通过这些助剂来改善聚合物的性能。例如，添加增塑剂可以改善聚合物的流动性能和成型性能等等。因此，可以认为塑料是一种由聚合物和某些助剂结合而成的高分子化合物。河南机电高等专科学校：杨占尧作为日常用品，塑料的用途已经广为人知，但由于它们的一些特殊优点，塑料在工业中的应用也已经非常普遍，主要有以下几个方面：1密度小、质量轻塑料的密度约为0.9～2.3g／cm3，但大多数都在1.0～1.4g／cm3左右，其中聚4-甲基丁烯-1的密度最小，大约0.83g／cm3，只相当于钢材密度的0.11和铝材的0.5左右，如果采用发泡工艺生产泡沫塑料，则塑料的密度将会更小，其数值可以小到0.01～0.5g／cm3。河南机电高等专科学校：杨占尧2比强度高按单位质量计算的强度称为比强度，由于塑料的密度小，所以其比强度比较高，若按比强度大小来评价材料的使用性能，则一些特殊的塑料品种将会名列前茅。例如，一般钢材的拉伸比强度约160MPa，而用玻璃纤维增强的塑料拉伸比强度可高达170～400MPa。河南机电高等专科学校：杨占尧3绝缘性能好、介电损耗低金属导电是其原子结构中自由电子和离子作用的结果，而塑料原子内部一般都没有自由电子和离子，所以大多数塑料都具有良好的绝缘性能以及很低的介电损耗。因此，塑料是现代电工行业和电器行业不可缺少的原材料，许多电器用的插头、插座、开关、手柄等等，都是用塑料制成的。河南机电高等专科学校：杨占尧4化学稳定性高生产实践和科学试验已经表明，绝大多数塑料的化学稳定性都很高，它们对酸、碱和许多化学药物都具有良好的耐腐蚀能力，其中聚四氟乙烯塑料的化学稳定性最高，它的抗腐蚀能力比黄金还要好，可以承受“王水”（镪酸）的腐蚀，所以称为“塑料王”。由于塑料的化学稳定性高，所以它们在化学工业中应用很广泛，可以用来制作各种管道、密封件和换热器等。河南机电高等专科学校：杨占尧5减摩、耐磨性能好如果用塑料制作机械零件，并在摩擦磨损的工作条件下应用，那么大多数塑料都具有良好的减摩和耐磨性能，它们可以在水、油或带有腐蚀性的液体中工作，也可以在半干摩擦或者完全干摩擦的条件下工作，这是一般金属零件无法与其相比的。因此，现代工业中已有许多齿轮、轴承和密封圈等机械零件开始采用塑料制造，特别是对塑料配方进行特殊设计后，还可以使用塑料制造自润滑轴承。河南机电高等专科学校：杨占尧6减振、隔音性能好塑料的减振和隔音性能来自于聚合物大分子的柔韧性和弹性。一般来讲，塑料的柔韧性要比金属大得多，所以当其遭到频繁的机械冲击和振动时，内部将产生粘性内耗，这种内耗可以把塑料从外部吸收进来的机械能量转换成内部热能，从而也就起到了吸振和减振的作用。塑料是现代工业中减振隔音性能极好的材料，不仅可以用于高速运转机械，而且还可以用作汽车中的一些结构零部件（如保险杠和内装饰板等），据报导，国外一些轿车已经开始采用碳纤维增强塑料制造板簧。河南机电高等专科学校：杨占尧除了上述几点之外，许多塑料还都具有透光和绝热性能，或可以与金属一样进行电镀、着色和焊接，从而使得塑料制品能够具有丰富的色彩和各种各样的结构形式。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射以及耐瞬时烧蚀等特殊性能。河南机电高等专科学校：杨占尧塑料虽然具有以上诸多优点和广泛用途，但它们还有一些比较严重的缺陷至今未能克服（如不耐热、容易在阳光、大气、压力和某些介质作用下老化等等）。这些缺陷的存在，严重地影响了塑料应用范围进一步扩大，使得塑料制品在许多领域还不能从根本上取代金属制品。从精度方面讲，塑料制品的使用范围也受到一定限制。换句话说就是，如果采用成型加工的方法生产塑料制品，要达到某一精度所遇到的加工难度要比金属制品成形时来得大。因此，在目前的塑料成型加工行业中，塑料制品的精度（即公差等级）有其自己单独的标准，一般都不套用金属制品的精度。河南机电高等专科学校：杨占尧1.2塑料的组成塑料是以聚合物为主体，添加各种助剂的多组分材料。根据不同的功能，塑料所用的助剂可分为：增塑剂、稳定剂、润滑剂、填充剂、增强剂、交联剂、着色剂、发泡剂等等。河南机电高等专科学校：杨占尧1聚合物聚合物是塑料配方中的主要成分，它在塑料制品中为均匀的连续相，其作用在于将各种助剂粘合成一个整体，使制品能获得预定的使用性能。在成型物料中，聚合物应能与所添加的各种助剂共同作用，使物料具有较好的成型性能。聚合物的品种类别很多，而且就某一种聚合物而言，它们的各种特性也会因为合成方法不同而有差异。河南机电高等专科学校：杨占尧2增塑剂为了改善聚合物熔体在注塑成型过程中的流动性，常常需要在聚合物中添加一些能与聚合物相溶并且不易挥发的有机化合物，这些化合物统称为增塑剂。增塑剂加入聚合物后，其分子可插入到大分子链之间，并因此而削弱聚合物大分子之间的作用力，从而导致聚合物的粘流温度和玻璃化温度下降，粘度也随之减小，故流动性可以提高。增塑剂加入聚合物后，还能提高塑料的伸长率、抗冲击性能以及耐寒性能，但其硬度、强度和弹性模量却有所下降。河南机电高等专科学校：杨占尧向聚合物中添加增塑剂经常需要在保证相溶性好和不易挥发的两项基本要求前提下，再去考虑如何满足其它要求。在满足制品性能的前提下，为了降低生产成本，解决某些增塑剂供不应求的现象，以及为了弥补某些增塑剂的缺陷等问题，常常可以将某种聚合物所用的多种增塑剂分为主增塑剂、次增塑剂和增量剂。主增塑剂应与聚合物之间具有足够的相溶性，甚至在一定范围内可完全相溶，且能单独加入聚合物，配比可达1:1。次增塑剂与聚合物的亲合力可以差一些，一般不能单独使用，只能与主增塑剂共用，配比最多为1:3。使用次增塑剂的主要目的是为了代替部分主增塑剂。增量剂一般不溶于聚合物，更不能单独使用，只能混入主增塑剂中使用，目的是为了减少主、次增塑剂用量，降低生产成本。河南机电高等专科学校：杨占尧3稳定剂为了防止或抑制不正常的降解和交联，需要在聚合物中添加一些能够稳定其化学性质的物质，这些物质称为稳定剂。根据发挥作用的不同可分为热稳定剂、抗氧化剂和光稳定剂。生产中，稳定剂的添加量一般大于2%，也有少数情况下高达5%。（1）热稳定剂（2）抗氧化剂（3）光稳定剂河南机电高等专科学校：杨占尧4润滑剂为了改善塑料在注塑成型过程中的流动性能，并减少或避免塑料熔体对设备及模具的粘附和摩檫，常常需要在聚合物中添加一些必要的物质，这些物质统称为润滑剂。它还能使塑料表面保持光洁。河南机电高等专科学校：杨占尧5填充剂填充剂又称填料，通常对聚合物呈惰性。在聚合物中添加填充剂的主要目的是为了改善塑料的成型性能、减小塑料中的聚合物用量以及提高塑料的某些性能。6增强剂增强剂是填充剂中的一个类型，多用于热固性塑料，可以提高塑料制品的物理性能和力学强度。河南机电高等专科学校：杨占尧7交联剂亦称硬化剂，添加在聚合物中能促使聚合物进行交联反应或加快交联反应速度，一般多用在热固性塑料中。可以促使制品加速硬化。8着色剂添加在聚合物中可使塑料着色的物质统称为着色剂。它们可以分为无机颜料、有机颜料和染料三种类型。着色剂用量一般为0.01%～0.02%,一味提高用量并不能加重色泽和鲜艳程度。河南机电高等专科学校：杨占尧9发泡剂添加在聚合物中，可使塑料形成蜂窝状泡孔结构的物质叫做发泡剂。它主要用来增大塑料制品的体积和减轻重量，同时也可提高防振性能。发泡机理可分为物理发泡和化学发泡两种类型。物理发泡通过液体发泡剂蒸发膨胀实现，化学发泡通过发泡剂受热分解产生气体实现。河南机电高等专科学校：杨占尧10其他助剂（1）阻燃剂：添加在聚合物中可以阻止或延缓塑料燃烧的物质。（2）驱避剂：添加在聚合物中防止老鼠、昆虫、细菌和霉菌危害的物质。（3）防静电剂：添加在聚合物中能防止塑料遭静电危害的物质。（4）偶联剂：添加在聚合物中能提高聚合物和增强剂、填充剂界面间结合力的物质。（5）开口剂：添加在聚合物中防止塑料薄膜层之间粘连的物质。河南机电高等专科学校：杨占尧1.3塑料的分类塑料有两个特点：第一个特点是在一定温度下具有可塑性；第二个特点是它的全部或主要成分都是高分子的合成树脂，合成树脂约占塑料总重量的40～100％。塑料的基本性能主要取决于树脂的本性，因此，塑料的组成可分为简单组分和复杂组分两类。简单组分的塑料，基本上是由合成树脂组成，其中仅加入少量辅助材料，这一类塑料主要有聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等；也有的塑料除树脂外不加任何添加剂，如聚四氟乙烯(PTTE)。复杂组分的塑料，则由多种组分所组成，除树脂外，还加入填充剂、增塑剂、着色剂、稳定剂、润滑剂、促进剂等，这一类塑料主要有聚氯乙烯(PVC)、酚醛塑料(PF)等。河南机电高等专科学校：杨占尧塑料是一个庞大的家族，分支多，分类方法也很多。最常用的分类方法是根据合成树脂在受热后所表现的性能不同来划分，一般分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。线型或支链型大分子链比较容易活动，受热时分子间可以互相移动，具有较好的塑性，固化成型后如再加热又可变软，如此可反复进行多次，这种特性的树脂或塑料叫热塑性树脂或热塑性塑料。而网状结构的合成树脂，加热初期具有一定的可塑性，软化后可制成各种形状的制品，但是过一段时间，随着网状交联的逐渐形成，便会固化而失去塑性，冷却后再加热也不会再软化，再受高热即被分解破坏，这种特性的树脂或塑料叫做热固性树脂或称热固性塑料。河南机电高等专科学校：杨占尧常见的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS、有机玻璃(聚甲基丙烯酸酯)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)(尼龙)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯—丙烯腈(SAN)等。这类塑料的优点是成型工艺简单，具有相当高的物理和机械性能，并能反复回炉，但缺点是耐热性和刚性较差。常见的热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂(EP)、氨基树脂、醋酸树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯、聚氨基甲酸酯(PUR)等。这类塑料的成型工艺比较麻烦，不利于连续生产和提高生产率，而且不能反复利用。但一般具有较高的耐热性和受压不易变形的特点。河南机电高等专科学校：杨占尧另外，若按塑料的用途分类，又可分为通用塑料和工程塑料两大类。通用塑料，—般指产量大、用途广、价格低廉的一类塑料，它包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛、氨基等六大品种。工程塑料，一般指机械强度高，可代替金属而用作工程材料的塑料，如制作机械零件、电子仪器仪表、设备结构件等。这类塑料包括聚苯醚(PP0)、ABS、尼龙、聚甲醛、聚砜(PSF)、聚对二甲苯、聚酰亚胺(PI)等。通用塑料和工程塑料的划分范围并不很严格，如ABS是一种主要的工程塑料，但由于其产量大，所以也可划入通用塑料；聚丙烯