塑胶材料知识

2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page1OOCOCH2CH2CH2CHCH3OCROCOROCOCH3CH3COONNHArCCCOOO塑胶材料知识2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page2课程内容塑料概述塑料的分类塑料的改良塑料成型理论基础常见塑料特性及应用常见塑料的识别特征塑料的选择2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen塑料概述2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page4塑料(Plastic)塑料来源丰富、成本低廉，而且密度小、比强度高、绝缘性能好、化学稳定、减震和耐磨，在现代工业和日常生活中得到了日益广泛的应用。塑料是由可形成高相对分子质量聚合物的单体化学聚合而成的合成材料。低分子化合物单体经过聚合反应转变成大分子物质，其原子以共价键的方式形成大分子结构，相对分子质量一般不低于104。塑料概述2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page5塑料的组成聚合物大分子基本都呈长链状结构，由添加的化学成分沿着主要的分子“脊椎”形成分枝。虽然术语塑料(plastic)经常被随意地当做聚合物(polymer)树脂(resin)的同义词，但是塑料通常是一种混合物，其主要成分为合成树脂，还含有助于成型的润滑剂、改进机械性能的增塑剂、抗老化的稳定剂、降低配方成本的填充剂、改进物理性能的阻燃剂、提高光学性能的成核剂和其它的添加剂等。聚合物单体、塑料组成、聚合过程塑料概述2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page6塑料产品制造方法总体来讲，将塑料制成最终产品主要通过物理相变如熔化和凝固（对热塑性塑料）或化学反应（对热固性塑料）两种方式。下图是各种制造方法占塑料总量的比例。塑料概述2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen塑料的分类2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page8按用途分类按用途分类普通塑料工程塑料定义日常使用范围最广的塑料（占热塑性塑料的90%以上）泛指一些具有能制造机械零件或工程结构材料等工业品质的塑料特点性能要求不高，成本低，易于取得其机械性能、电气性能、对化学环境的耐受性、对高温低温的耐受性等方面都具有较优异的特点，能在工程技术上替代某些金属如铜、铝、锌、部分合金钢或其它材料使用。价格比金属高常用塑料聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、改性聚苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺(尼龙PA(N))、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚缩醛、聚酯树脂、聚砜(PSF)、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃PMMA)、改性聚苯醚及氟素树脂塑料的分类2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page9按成型性能分类按成型性能分类热塑性塑料热固性塑料微观结构呈线型或支链性，分子间无化学粘结经化学反应后，分子间以化学粘结的网状结构。热反应受热后具有可塑性，软化或熔融，冷却后固化，再加热仍可软化在开始受热时可以软化或熔融，一旦固化成型就不会再软化，即使加热到接近分解温度也无法软化一般特性抗冲强度高易于成型适合于复杂的设计机械强度高尺寸稳定性良好耐热性和耐湿性好不溶于溶剂常用塑料PE、PP、PS、ABS、PMMA、PPO、PA(N)、PC、PSF、PVC、POMPF、EP、UP、UF、MFThermoset热固性塑料Thermoplastic热塑性塑料塑料的分类2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page10热塑性塑料循环原理热塑性塑料的成型过程在理论上为仅发生诸如相变的物理过程，就好像加热时冰变成水，然後冷却时水又变成冰一样。故此类塑料应该很容易加以重复再生利用，如注射成型中的废料（注道、浇道等）。但在成型过程中由于常常发生某些轻微的化学变化（如氧化降解、热降解），这就可能使第二代再生塑料的性能与初次所用的新塑料不尽相同。热塑性塑料循环原理塑料的分类2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page11塑料的分类Polymer塑料Thermoplastic热塑性塑料Thermoset热固性塑料(Semi-)Crystalline(半)结晶热塑性塑料Amorphous无定型热塑性塑料结晶区ABS,PC,PS,PVC,PAN,PMMA,PEI,PPO,SAN,AES,AS,ASA,….PPS,PE,PP,PBT,PET,Nylon(PA),POM,PEEK,...Liquidcrystalpolymers液晶热塑性塑料(LCPs)聚合物链的构象或形态不同2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page12塑料的微观构造及受热冷的影响ThermosetThermoplastic塑料的分类2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page13Amorphous和Crystalline的比较坚硬固态柔软固态熔融液态TG:玻璃转化温度TM:熔融温度坚硬固态柔软固态熔融液态CrystallineAmorphous加热时慢慢软化加热时迅速熔融象黄油象冰块塑料的分类2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page14Amorphous和Crystalline的比较AmorphousCrystallineTemperatureSpecificHeat(Cp)TgTemperatureSpecificHeat(Cp)TgTm塑料的分类2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page15Amorphous和Crystalline的比较塑料的分类2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page16Amorphous和Crystalline的比较CrystallineAmorphous一般特性o透明o较低的耐化学品性o低成型收缩率o通常低强度o通常高熔融粘度o较低的热含量o半透明或不透明o极好的耐化学品性o高成型收缩率o通常高强度o通常低熔融粘度o较高的热含量（有结晶热）塑料的分类2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen塑料的改良2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page18原料聚合物BlendsHomo-polymersCo-polymers冲击改性物,刚性增强物添加剂•冲击改性物有非常低的Tg（玻璃转化温度）•刚性增强物有非常高的硬度和强度GlassFiberCarbonFiberGlassFiber+Talc•稳定剂-抗氧剂-紫外线稳定剂-抗热稳定剂•阻燃剂•着色剂（颜料）•润滑剂•隔离剂塑料的改良2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page19塑料改性与增强的影响冲击改性物刚性增强物(Fiber)增加抗冲击力增加韧性降低硬度降低强度增加硬度和强度降低韧性增加翘曲各向异性减少热膨胀塑料的改良2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen塑料成型理论基础2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page21塑料的热力学状态塑料的物理状态与温度的关系玻璃态：0~Tg分子在冻结状态，硬而脆，遇压力则易破裂；高弹态：Tg~Tf受外力可变形，未达熔化状态，不易成型；粘流态：Tf~Td可随意加工成型；分解：Td~塑料开始裂解，出现气体分解物，甚至达烧焦状态。变形玻璃态高弹态粘流态分解0TgTfTd温度金属结晶型聚合物Tx非结晶型聚合物塑料成型理论基础2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page22塑料的流变性塑料流体的流动曲线与流变曲线在塑料熔体中，聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)等少数几种熔体的粘度对剪切应变速率不敏感，可近似为牛顿流体。而绝大多数塑料熔体的流动都接近于假塑性流体，只是在剪切应力很小或很大时才表现为牛顿流体。假塑性流体的剪切应力与剪切速率曲线在弯曲的起始阶段有类似塑性流动的行为，其粘度与剪切速率曲线偏离牛顿流体曲线向下弯曲，粘度随剪切速率的增大而降低。塑料成型理论基础2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page23剪切流动剪切流动是熔融流体在外力下的相对滑动。固定移动固定固定(1)剪切流动(ShearFlow)剪切速率是熔融流体剪切流动的速率。(2)剪切速率(ShearRate)固定慢速移动低剪切速率固定快速移动高剪切速率剪切应力是熔融流体剪切流动的抵抗力，高粘度造成高剪切应力。(3)剪切应力(ShearStress)固定慢速移动低剪切应力固定快速移动高剪切应力塑料成型理论基础2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page24粘度Viscosity=ShearStress/ShearRate低粘度高粘度剪切速率影响粘度高剪切速率导致低粘度ViscosityShearRate塑料成型理论基础粘度(Viscosity)是抵抗运动的能力，熔体流动依赖于Viscosity特性，Viscosity又依赖于Shearrate、Temperature、Pressure、Residencetime2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page25塑料的成型窗口要成型好品质的塑料产品必须使用一个合适的成型窗口温度缺料成型区域热劣化毛边0压力熔解塑料成型理论基础2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen常见塑料的特性及应用2002CradleTechnologyGroupTaiDaoComputerCo.,Ltd./ArthurChen2020/1/20Page27常见热塑性塑料ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物PA12聚酰胺