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工业材料及成型工艺1.塑料概述2.塑料的组成3.塑料的分类4.塑料的一般特性5.塑料的成型工艺6.塑料产品的面饰工艺7.塑料制品设计原则8.常见塑料代号第二章塑料与加工工艺塑料加工方法灵活，造型美观，色彩多样，为人类社会生活提供了丰富多彩的产品，因而广泛应用于机械制造、建筑、轻纺、化工、电器、汽车、造船和国防工业中。2.1塑料概述图2-1塑料收纳盒图2-2塑料地铺图2-3塑料衣架图2-4塑料家电最早的改性塑料是用硝酸处理过的纤维素，成为硝酸纤维素，俗称“赛璐珞”。1869年，美国的海厄特把硝化纤维、樟脑和乙醇的在高压下共热，然后在常压下硬化成型，制成了“赛璐珞”。“赛璐珞”中含有硝酸银，极易着火。“赛璐珞”是由天然的纤维素加工而成的，并不是完全人工合成的塑料。第一种合成塑料是将酚醛树脂加热模压制得，是在20世纪初，由美籍比利时化学家（LeoBaekeland）制成。1905年美国化学家贝克兰用苯酚和甲醛放在烧2.1塑料概述瓶里，以酸做催化剂，然后进行加热反应，发现里面生成了一种粘稠的东西，这东西就是现在的酚醛树脂，她不渗水，受热不变形，有一定的机械强度，易于加工，而且有很好的绝缘性，这对于刚兴起的电器工业来说，是非常及时的材料。人们在酚醛树脂里加进木屑、石棉或陶土等混合后，在高温下用木子压出成品。广泛用来生产电灯开关、灯头、灯座、电话机等电器用品，因此称为“电木”。现在电木仍是普遍使用一种塑料。使其衍生的建材粘合剂含甲醛，造成污染。2.1塑料概述1920年以后塑料工业获得了迅速发展。其主要原因首先是德国化学家齐格勒（KarlZiegler）提出高分子链是由结构相同的重复单元以共价键连接而成的理论和不溶性热固性树脂的交联网状结构理论。1929年美国化学家华莱士·卡罗泽斯（WallaceH.Carothers）提出了缩聚理论，均为高分子化学和塑料工业的发展奠定了基础。第一个无色的树脂是脲醛树脂。1928年，由英国氰胺公司投入工业生产。1911年，英国韦斯利·马修斯(WesleyMatthews)制成了聚苯乙烯，但存在工艺复杂、树脂老化等问题。2.1塑料概述1930年，德国法本公司解决了上述问题，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，扩展了他的应用范围。1931年，美国罗姆-哈斯公司以本体法生产聚甲基苯烯酸甲酯，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工业化的大门，成为五大通用树脂中最早工业化的产品2.1塑料概述塑料工业发展历程1868硝酸纤维素（赛璐珞）1909酚醛树脂（电木）1931聚丙烯酸甲酯1933聚乙烯（PE）1936聚氯乙烯（PVC）1936聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）1936聚乙烯醇缩醛1938聚苯乙烯1938聚酰胺1940聚酯、有机硅树脂、氟树脂、环氧树脂、聚氨酯1955聚丙烯1956聚苯乙烯1970聚甲醛、聚碳酸酯、ABS树脂2.1塑料概述塑料的优点：①塑料比较轻：这是相对于金属和无机玻璃而言的，轻的原因不是因为它是高分子化合物，而是因为他们是有机化合物，即由碳、氢、氧、氮等较轻的元素组成的；②塑料易于加工：塑料具有可塑性，即在加热或加压后变形，在降温或压力小时候维持原形不变；可以通过挤出、注射等方式加工成各自形状的产品；③塑料不会腐烂也不会生锈：但是，这类材料也给人类带来一个严重的问题：由于塑料不易腐烂，大量的塑料废弃物无法被自然界吸收、分解，从而造成一定程度的环境污染。2.1塑料概述塑料的定义塑料是以高分子合成树脂为主要成分，在一定温度和压力下可塑制成一定形状，且在一定条件（常温、常压）下保持不变的材料塑料的组成高分子聚合物（合成树脂）+辅助材料（填料、增塑剂、稳定剂、着色剂、润滑剂）2.2塑料的组成合成树脂是塑料的最主要成分，其在塑料中的含量一般在40%~100%。人工合成的高分子化合物，是塑料的基本原料，起着胶粘作用，能将其他组分胶结成一个整体；并决定塑料的基本性能。生产合成树脂的原料来源丰富，早期以煤焦油产品和电石碳化钙为主，现多以石油和天然气的产品为主，如乙烯、丙烯、苯、甲醛及尿素等。2.2.1合成树脂①填料填料又叫填充剂，它可以提高塑料的机械性能、耐热性能和电性能，同事降低成本，通常填料的加入量为40%~70%。主要是一些在塑料配方中相对成惰性的粉状材料和纤维材料。②增塑剂增塑剂可增加塑料的可塑性和柔软性，降低脆性，使塑料易于加工成型。增塑剂一般是能与树脂混溶，无毒、无臭，对光、热稳定的高沸点有机化合物，最常用的是邻苯二甲酸脂类。2.2.2添加剂③稳定剂防止塑料在加工和使用过程中，因受热、氧气和光线作用而变质、分解和破坏，延长塑料制品的使用寿命，而在塑料中加入稳定剂。稳定剂在塑料成型过程中应不分解，应耐水、耐油、耐化学腐蚀，并已与树脂混溶。④着色剂着色剂可使塑料具有各种鲜艳、美观的颜色。常用有机染料和无机颜料作为着色剂。2.2.2添加剂⑤润滑剂润滑剂的作用是防止塑料在成型时黏在金属模具上，同时可使塑料的表面光滑美观。常用的润滑剂有硬脂酸机器钙镁盐等。除了上述助剂外，塑料中还可加入阻燃剂、发泡剂、抗静电剂等，以满足不同的使用要求。2.2.2添加剂2.3塑料的分类-按塑料用途分类定义实例通用塑料产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚氯乙烯（PVC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、环氧树脂（EP）、酚醛树脂（PF）、聚氨酯（PU）、不饱和聚酯泛用工程塑料能承受一定外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料聚酰胺（PA）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、聚苯醚（PPO）特种塑料具有特种功能（耐热、自润滑等），应用于特殊要求的塑料聚苯硫醚（PPS）、聚砜（PSU）、聚醚砜（PES）、聚四氟乙烯（PTFE）表2-1塑料分类-按塑料用途分类2.3塑料的分类-按塑料热行为分类定义特点实例热塑性塑料在特定温度范围内受热软化（或熔化），冷却后硬化，能反复加热软化和反复冷却硬化，且在软化状态通过流动能模塑成型塑性好，耐热性差，刚性差聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、ABS、聚丙烯、聚氯乙烯（PVC）、有机玻璃、尼龙热固性塑料初加热时软化，可塑造成形，但固化后（加入固化剂、用紫外线辐射）再加热不再软化，也不溶于溶剂较高的耐热性，不易变形，刚度大，硬度高环氧塑料、酚醛塑料、氨基树脂、不饱和聚酯表2-2塑料分类-按塑料热行为分类2.3塑料的分类-按塑料成型方法分类表2-3塑料分类-按塑料成型方法分类分类定义模压塑料供模压用的树脂混合料，如一般的热固性塑料层压塑料浸有树脂的纤维织物，可经叠合、热压结合而成为整体材料注射、挤出和吹塑塑料能在料筒温度下熔融、流动，在模具中迅速硬化的树脂混合料，如一般的热塑性塑料浇铸塑料能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料，如MC尼龙反应注射模塑料液态原材料，加压注入模腔内，使其反应固化制得成品，如聚氨酯2.3塑料的分类-按塑料半制品和制品分类表2-4塑料分类-按塑料成型方法分类分类定义模塑粉供模压用的树脂混合料，如一般的热固性塑料增强塑料加有增强材料而某些力学性能比原树脂有较大提高的一类塑料泡沫塑料整体内含有无数微孔的塑料薄膜一般指厚度在0.25mm以下的平整而柔软的塑料制品2.4塑料的一般特性—优点（1）多数塑料制品有透明性．并富有光泽，能着鲜艳色彩，大多数塑料可制成透明或半透明制品，可以任意着色，且着色坚固，不易变色。表2-5各种塑料的透光率与玻璃的比较2.4塑料的一般特性—优点图2-5有机玻璃及有机玻璃制品图2-4塑料家电2.4塑料的一般特性—优点（2）塑料质轻，耐振动和冲击，比强度高(比强度是指强度与密度的比值)。一般塑料比金属轻，比重在0.9~2.3之间（一般泡沫塑料的比重在0.01~0.5之间），具有良好的耐振动和冲击能力，适合用作其他产品的包装材料。强度比木材高，可以制成很薄很坚固的制品。图2-6泡沫塑料及泡沫塑料制品2.4塑料的一般特性—优点表2-6几种金属和塑料的比强度2.4塑料的一般特性—优点（3）塑料具有良好的电、热绝缘性。因此被广泛用作电绝缘不见和绝热保温材料。图2-7绝缘塑料及绝缘塑料制品2.4塑料的一般特性—优点（4）化学性能稳定。大部分塑料耐化学腐蚀性大于金属和木材，对一般酸、碱、盐及普通化学药品具有良好的抗蚀能力。所以是一种优良的防腐蚀材料，很适合制作各种包装。图2-8绝缘塑料及绝缘塑料制品2.4塑料的一般特性—优点（5）良好的成型加工性能。塑料质地细腻，具有适当的弹性及耐磨损性，容易加工，成型较快。可大批量生产，某些塑料品种还可进行机械加工，焊接及表面电镀处理。图2-9超声波塑料焊接机2.4塑料的一般特性—缺点（1）塑料不耐高温，低温容易发脆。多数塑料虽不易燃烧，但在300℃左右发生变形，燃烧时放出有毒气体。由于耐热性较差，使塑料的用途受到限制。（2）塑料制品易变形。温度变化时尺寸稳定性较差，成型收缩较大，即使在常温负荷下也容易变形。（3）塑料有“老化”现象。塑料在使用过程中，受周围环境如光、热、辐射等因素影响，色泽会改变、化学构造收到破坏，机械性能下降，变得硬脆或软黏而无法正常使用。2.5塑料的成型工艺在塑料成型生产中，塑料原料、成型设备和成型所用模具是3个必不可少的物质条件，必须运用一定的技术方法，使这三者联系起来形成生产能力，这种方法称为塑料成型工艺。表2-7常用的成型加工方法与模具2.5.1注射成型1.原理注射成型又称注塑成型，是热塑性塑料的主要成型方法之一。其原理是利用注射机中螺杆或柱塞的运动，将料筒内已加热塑化的粘流态塑料用较高的压力和速度注入到预先合模的模腔内，冷却硬化后成为所需的制品。2.成型过程整个成型是一个循环的过程，每一成型周期包括：定量加料—熔融塑化—施压注射—充模保压—冷却—脱模取件等步骤。2.5.1注射成型3.特点①生产性能好，成型周期短，一般制件只需30~60秒可成型，而且可实现自动化或半自动化作业，具有较高的生产效率和技术经济指标；②能一次成型出外形复杂、尺寸精确的制品；③成型各种塑料的适应性强，可以极方便的利用一套模具，成批生产尺寸、形状、性能完全相同的产品；④设备价格高，模具制造费用较高，不适合单件及小批量塑件的生产。2.5.1注射成型4.注射机的结构注射机是注射成型的主要设备．按外形特征可分为卧式、立式和角式注射机。注射成型设备由合模装置，注射装置和注塑模具三部分组成。图2-10卧式注射成型机1-合模装置，2-注射装置，3-注塑模具图2-11立式注射成型机1-合模装置，2-注射装置，3-注塑模具图2-12角式注射成型机1-合模装置，2-注射装置，3-注塑模具2.5.1注射成型注射装置是注射机的主要部分，将塑料加热塑化成流动状态，加压注射入模具。合模装置泳衣闭合模具的定模和动模，并实现模具开闭动作及顶出成品。注射模具简称注模，它由浇铸系统、成型零件和结构零件所组成。①浇注系统指自注射机喷嘴到型腔的塑料流动通道；②成型零件是指构成模具型腔的零件，由阴模、阳模组成；③结构零件，包括导向、脱模、抽芯、分型等各种零件。2.5.1注射成型图2-13卧式注射成型机1-锁模液压缸，2-料斗，3-移动模板，4-顶杆，5-固定板，6-控制台，7-料筒，8-料斗，9-定量供料装置，10-注射液压缸图2-14卧式注射成型机2.5.2挤出成型1.原理挤出成型又称挤塑成型，主要适合热塑性塑料成型，也适合一部分流动性较好的热固性塑料和增强塑料的成型。其原理是料自料斗进入料筒，在螺杆旋转作用下，通过料筒内壁和螺杆表面摩擦剪切作用向前输送到加料段，在此松散固体向前输送同时被压实；在压缩段，螺槽深度变浅，进一步压实，同时在料筒外加热和螺杆与料筒