工程塑料成型加工

工程塑料及其应用青岛科技大学塑料工程教研室第一章工程塑料性能一第二章工程塑料成型加工二第三章工程塑料改性三第四章工程塑料在机械中的应用四目录工程塑料由于熔点较高、熔融粘度较大，成型加工比较困难，各有特点。2工程塑料成型2.1ABS成型加工（1）ABS吸水，所以加工前必须干燥处理，方法：80℃环境干燥8小时左右。（2）非结晶的无定形聚合物，没有固定熔点，加工温度范围较宽，注射230℃左右，挤出200℃左右。（3）成型收缩率与GPS相似，0.5%左右。（4）非常容易出现应力开裂，必要时进行退火处理，70℃干燥2-4小时。52.2聚碳酸酯成型加工苯环—刚性基团醚氧键—提高链柔性极性基团—提高分子间作用力，吸水。总体来讲，双酚A型的聚碳酸酯是以刚性为主兼有一定柔性的材料。Tg～145oC，黏流温度~300oC。异丙撑基—柔性1、化学结构2.2聚碳酸酯成型加工由于PC分子链的刚性和苯环的体积效应，导致结晶能力变差，其熔融温度和玻璃化温度均超过模具温度，很快降至熔融温度和玻璃化温度之下，完全来不及结晶，只能得到无定形的透明制品。PC虽然吸湿性很小，但因为容易高温水解，即使微量的水分也要在加工前尽量去除（含水率要0.02％）；PC分子链刚性大，熔体黏度高；PC的熔体更接近牛顿流体，提高温度比增大压力更能降低熔体黏度；由于分子量的不同，熔融粘度以高粘度、中粘度和低粘度采用的加工工艺有所区别，注射成型温度从250℃-300℃，挤出时控制在250℃左右。PC的分子链刚硬，成型冷却后易残余很大的内应力（如何消除？）。2.2PC成型加工2.3PET成型加工透明瓶或膜加工要点：1、干燥（130℃左右干燥8小时），防止水产生雾度。2、由于结晶温度高（130左右）、结晶速度慢可采取急冷，冻结晶核生成。2.4PMMA成型加工浇铸成型：用于成型有机玻璃板材、棒材等型材，即用本体聚合方法成型型材。注塑成型：采用悬浮聚合所制得的颗粒料，成型在普通的柱塞式或螺杆式注塑机上进行。挤出成型：用悬浮聚合生产的颗粒料制备有机玻璃板材、棒材、管材、片材等，但这样制备的型材，特别是板材，由于聚合物分子量小，力学性能、耐热性、耐溶剂性均不及浇注成型的型材，其优点是生产效率高。热成型：是将有机玻璃板材或片材制成各种尺寸形状制品的过程，将裁切成要求尺寸的坯料夹紧在模具框架上，加热使其软化，再加压使其贴紧模具型面，得到与型面相同的形状，经冷却定型后修整边缘即得制品。耐疲劳性能好，并且其耐疲劳性是再常见的热塑性塑料中最好，能耐107次以上反复负荷的作用。POM即使交变次数达107次，其疲劳强度仍保持在35MPa，而PC和PA经104次交变试验后，疲劳强度只有28MPa。特别适合受外力反复作用的齿轮类制品和持续振动下的部件。2.5POM成型加工POM稳定性差。均聚甲醛端基中含有不稳定的―OH结构，POM的Td(235～240℃)较低，当温度高于270℃时—C—O—键将断裂，引起大分子热分解。甲醛在高温有氧时会被氧化成甲酸，而甲酸对POM的降解反应有自动加速催化作用，因此常在均聚甲醛树脂中加入热稳定剂、抗氧剂、甲醛吸收剂等以满足成型加工的需要。2.5POM成型加工2.5POM成型加工成型前干燥：100℃×4h。加工温度范围窄：熔点为175℃(均聚)或165℃(共聚)，温度大于190℃就开始降解；热敏性塑料，严格控制成型温度。熔融状态下为非牛顿型流体，熔体粘度对剪切敏感，受温度影响不大。模温控制在适当，80℃左右，结晶充分；收缩率较大，模具设计应考虑尺寸；热处理消除内应力；1）因为易吸水，高温下氧化变色，所以加工时应进行干燥处理，一般情况100℃左右烘干8-12小时，使其含水量不超过0.1％，特殊制品应在真空干燥箱中进行。2）还熔体粘度较小，容易产生“流涎现象“，所以在注塑时应采用自锁式喷嘴。另一方面，熔融温度范围较窄，喷嘴必须加热，以免堵塞。3）收缩率较大，2%以上，尺寸最终稳定时间较长。4）制件调湿处理，提高韧性和尺寸稳定性。2.6PA成型加工2.7.1成型加工特性1)PPO是无定型的非晶材料，在成型时无结晶过程，残留内应力会造成应力开裂，在选定成型条件时应认真考虑。2)聚苯醚的熔点高，其晶体部分的熔融温度高达262～267℃，而且，在300℃以下其熔体粘度很高，给聚苯醚的成型加工带来困难。3)聚苯醚和改性聚苯醚的熔融体属非牛顿型流体，熔体的粘度与温度的关系很大，随着温度的提高粘度直线下降。这种粘度大，流动性差的特性致使加工时必须采用很高的温度，因此，加工困难，能耗过大。2.7聚苯醚成型加工4)成型收缩率很低，蠕变小，尺寸稳定，可成型精密制品。5)吸水率很小，通常物料不经干燥就能进行成型加工(如需干燥，物料厚度为50mm时，一般在l30℃左右干燥2h即可。)。2.7.1PPO加工特性螺杆长径比应大于15：1；压缩比一般采用2.5～.5)。螺杆形式多采用渐变式的等距变深。喷嘴采用直通式模具应装有加热装置，模具与注射机模板之间要有绝热板。成型温度：料筒温度一般控制在280～340℃的范围内，超过340℃，物料降解。2.7.2PPO注射成型模具温度应在100-150℃范围内，能使应力减至最小，有利于降低表面粗糙度和充满薄壁部分。超过150℃容易引起气泡并延长成型周期；低于100℃，会产生较高的残留应力，以及使制品产生充模不足和分层脱皮等缺点。聚苯醚注射成型的废料可反复使用，一般重复3次，其力学性能没有明显的下降。2.7.2PPO注射成型聚苯硫醚(PPS)树脂白色，硬而脆,跌落于地上有金属响声，密度1.36g/cm3，成型收缩率0.7%。透光率仅次于PMMA,着色性、耐水性好。加工性能好，可以制成粒料、纤维、薄膜、涂料、注塑制品、挤出制品和压塑制品等，用途极广。PPS的热变形温度在260℃以上，连续使用温度200-240℃，是耐热性极佳的特种工程塑料PPS树脂本身具有很好的阻燃性，无需添加任何阻燃剂即可达到UL-94V-0。(无滴落)级，且燃烧过程中发烟量很低。PPS树脂经复合后成型收缩率极小，吸水率低，线膨胀系数小，即使在高温或高湿度条件下也显示优异的尺寸稳定性。PPS树脂的流动性很好，可用各种方法加工成型，可注射成型复杂和薄壁的精密制件。2.8PPS成型加工2.8.1注射成型1)PPS有良好的流动性,2)干燥:145℃,3-4h3)料筒温度为315～360℃。典型的注射压力为5.5-8.2MPa。4）模具的温度应控制制在133-162℃之间，使PPS能充分结晶。低于这个温度范围，部件PPS不能结晶，这样当制件在超过原先模具温度以上的温度下工作时，没有充分结晶的PP5制件就会产生结晶。引起收缩，尺寸精度就会发生变化。较高的模具温度，使制品表面发生所谓“富树脂化”，表面光泽性提高，相反，冷模具注塑时，填料将在制品表面富集，结果制品的光泽性降低，耐化学性降低。2.8PPS成型加工2.8.2模压成型适合于量小的特殊制品或大型制品。用于模压成型的PPS树脂应为低流动性。将配好的原料加入模具进行预成型冷压，压力为15-20MPa，然后加热至熔融温度以上，一般为360℃，再加7-40MPa的压力进行二次压缩，时间为3-5min。冷压：以2℃/min的速度缓慢冷却至230℃，再稍快冷至150℃，即得成品。2.8PPS成型加工2.9UHMWPE成型加工2.9.1成型特性UHMWPE分子质量极高，成型加工困难。(1)物料熔融时粘度极高，不成粘流态而是处于高粘弹态。熔体质量流动速率几乎为零，所以很难直接进行挤出或注射成型(2)临界剪切速率低，熔体易破裂。通常把熔体刚出现破裂时的剪切速率称为临界剪切速率。实践让明它随聚乙烯的相对分子质量增大而减小。对于相对分子质量极高的UHMWPE来说，在剪切速率很低时，就可能产生熔体裂，在较低剪切速率下，就会产生滑流或喷流现象。因此，在超高相对分子质量聚乙烯挤出加工时，会遇到由于容易破裂而产生裂纹现象；在超高相对分子质量聚乙烯注塑时，会出现咬流而致使制品出现多孔状或脱层现象。这是热塑性方法加工超高相对分子质量聚乙烯的难题。(3)UHMWPE的摩擦因数极低，使粉料在进料过程中极易打滑。(4)成型温度范围窄，易氧化降解。2.9.2UHMWPE模压成型自由烧结法和烧结压制法(1)自由烧结法自由烧结法也叫压制-烧结-压制法(先高压压制成毛坯，然后把毛坯放入加热炉中加热，加热一定时间后取出制品再放到另一个模具中加压冷却，然后取出制品.具体工艺为：首先称取UHMWPE配好的粉料装入毛坯成型模具，高压成型，压力一般为42MPa，保压30-90秒后取出制品，放人情性气体保护加热炉中，在173℃下加热，加热时间根据制品的厚度按3-4℃/min确定。压制模具先涂脱模剂，再把加热好的毛坯放入，加压至28MPa，然后保压冷却到制品温度为65-85℃时，取出制品。(2)烧结压制法烧结压制法与自由烧结法基本相同，在模具中装料加压后，将模具和原料一起放到加热炉中加热；原料装到模具后虽然加压，但所施加的压力要低得多，施加压力主要目的是排除模具里面粉料中的空气，使原料密实增加料的热导率等。2.9.2UHMWPE压制成型2.9.2UHMWPE压制成型具体加工工艺为：1）称取配好的UHMWPE粉料，放入涂有脱模剂的模具中，加压5MPa左右，因为不是为了成型，仅仅是为了排除原料中的空气，使原料密实，增加热导率，减少烧结时间；2）把模具放入加热炉中进行加热，加热温度为195℃左右，加热时间t(min)根据制品厚度H(mm)由以下公式计算:t=40×(H/10)4/3取出模具放到压力机上，压力8-12MPa进行冷压，冷却到65-75℃开模取出制品，修整飞边，多数制品需要定型模具进行定型，这样就完成了一个制品(或称毛坯)的加工过程。2.9.3UHMWPE的挤出成型，可采用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和柱塞挤出机，其中以双螺杆挤出机为最常用。(1)单螺杆挤出单螺杆挤出机挤出UHMWPE管材技术是通过螺杆的塑化和推进作用，实现UHMWPE管材的连续挤出，设备和配方技术是关键。工艺与通用塑料管材一样，UHMWPE熔体通过过滤板由旋转运动变为直线运动，进入管材模具，经定径后冷却后定型。2.9.3UHMWPE挤出成型2.3.3UHMWPE挤出成型(2)柱塞挤出柱塞推压成型是一种住复间歇性的挤出方法。其过程是将粉料加入加料室和模具中，由施加高压使压缩粉料移动、连续烧结和冷却定型三个步骤实现半连续挤出成型。优点在于，成型过程中无现剪切，降解少，质量好，此外该方法成型时不受分子质量高低的限制，即使分子量高达1000×104，也能够实现挤出加工。具体加工工艺：按配方混料，温度应低于120℃，混匀的物料加入料斗中，不能断流。推压塞端部不能有刃和毛刺，烧结时物料为半粉状半固体状的弹性体，此时温度太高就会使物料局部粘附，制品表面会形成沟痕和不均匀现象，管子倾斜变弯，造成推出困难；烧结后的物料进入定型段后温度逐渐下降，不能出现温度剧变，但温度不能低于130℃，太低就会使物料收缩到芯棒上以至推进困难，定型温度太高会使物料粘附到模具上，也会造成推进的困难，产生变形等；从定型段端部推出的管子，温度较高，很容易造成变形，为此，定型段端部接冷却水套进行冷却，挤出速度低时也可采用风冷。2.9.3UHMWPE挤出成型(3)双螺杆挤出同向旋转的双螺杆挤出机，为避免材料降解，保证物料稳定流动及保证产品质量，螺杆的转速不宜太高(一般为10r/min)。流动性差，粘度高挤出压力大，所以要采用高强度止推轴承，螺杆的螺槽要深些。2.9.3UHMWPE挤出成型4．注射成型技术UHMWPE注射成型基本上采用普通的单螺杆注射机，但在螺杆和模具设计上需经过特殊的改进，以保证物料在料筒内均匀移动，并装备压力储存器用来加速注入。UHMWP在注射成型时，高压下的喷射流动有利于充模，制品尺寸稳定性也好，因此，注射压力一般控制在12Mpa以上。螺杆转速以（40-60r）/min为宜，转速过高，导致摩擦加大，物料温度升高，容易发生热降解