塑料基础教材

均豪精密工業（蘇州）有限公司塑料概論一．塑料基本概念二．塑料組成成分及作用三．塑料生產流程四．塑料分類五．塑料的特性及應用六．塑料成型原理七．塑料制品常見缺陷及一般品質標準八．塑料的发展历史及现状九．塑料的廣泛用途制定單位﹕品保部/周再文制定日期﹕2003/12/31塑料概論一．塑料基本概念塑料（plastics）是以高分子合成樹脂為主要成分，加入若幹其他材料（添加劑）制成﹑且在加工過程中能流動成型的固體材料﹐般為粉末或顆粒狀。塑料同金屬材料、陶瓷材料一起成為當今三大主要結構材料。優點：密度是三類材料中最小的，具有較高的比強度，具有優良的電絕緣性﹑熱絕緣性和良好的耐磨性﹑耐蝕性，以及優異的成型工藝性能。這些優點使塑料（制品）在日常生活中得到廣泛應用。缺點：強度、硬度較低，易老化等。二．塑料組成成分及作用A.合成樹脂：合成樹脂決定塑料的類型（熱固性或熱塑性）和基本性能（機械﹑物理﹑化學﹑電性能等）並且在成型過程中，將塑料的其他成分粘合在一起。B.填充劑﹕在塑料中起到增量及改性（能）作用，加入填充劑後，不僅能使塑料的成本大大降低，而且還能使塑料的性能得到顯著改善。如酚醛樹脂中加入木粉後，既克服它的脆性，又降低了成本。用玻璃纖維作填充劑能使塑料機械性能大幅度提高。有的填充劑可以使樹脂具有樹脂所沒有的性能，如導電性、導磁性等。填料分為﹕（1）粉狀：木粉、滑石粉、石墨、金屬粉等（2）纖維狀：玻璃纖維、石棉纖維、碳纖維等（3）片狀：玻璃布、石棉布等C.增塑劑：是為了改善塑料的性能和提高柔軟性而加入塑料中的一種高沸點的有機物質。樹脂中加入增塑劑後，增塑劑加大了塑料分子間的距離，因而削弱了分子間的作用力，樹脂在較低的溫度下易滑移而具有良好的可塑性和柔軟性。D.著色劑：主要起美觀和裝飾作用﹔還能改善塑件的耐候性，即提高抗紫外線能力，如用碳黑著色後就能在一定程度上有助於防止光老化。E.穩定劑：是指能阻緩材料變質的物質，分為光穩定劑、熱穩定劑、抗氧劑等。F.潤滑劑：為改進塑料熔體的流動性，減少塑料對設備、模具的磨擦以及改進塑件表面質量而加入的一類添加劑。如石蠟、硬脂酸等。G.其它﹕如阻燃劑﹑抗靜電劑、發泡劑、功能添加劑等。三．塑料生產流程塑料生產工藝一般為﹕從石油提煉得高分子化合物（樹脂）﹐再根據實際需要選用各種添加劑﹐把樹脂和添加劑按一定比例混合拌勻后進入機器中加熱熔融﹐熔融為液體后從眼模中擠壓出來（呈條狀）﹐經切模或壓模后成為顆粒（圓柱顆粒﹑小塊狀或其它形狀）或粉末狀﹐再進入干燥機烘干﹐而后密封包裝。四．塑料分類A．按其加工性能（受熱後的性能表現）不同分（1）熱塑性塑料﹕受熱時軟化，溫度升高到一定數值時，可呈現粘流態﹔當溫度降低時（一般室溫）塑料變得堅硬，再次加熱能再變軟，冷卻後又變硬可以如此多次反復，除了可反復加熱外，還能溶於某些熔劑（可熔可溶）。如聚丙烯（PP）﹑聚氯乙烯(PVC)﹑聚乙烯（PE）﹑聚碳酸脂（PC）﹑聚酵胺（PA）等。（2）熱固性塑料﹕第一次受熱時軟化,冷卻時固化並顯現剛硬狀態﹔重新加熱時不再軟化，溫度超過一定值時，會發生分解，這類塑料不溶於溶劑（不熔不溶）。如酚醛塑料等。B．按用途分（1）通用塑料：一般指產量大﹑用途廣、易成型、低廉的塑料，如聚丙烯（PP）聚氯乙烯(PVC)﹑聚乙烯（PE）等。（2）工程塑料：可作為結構材料的塑料，有良好的力學性能和尺寸穩定性能且有高溫下仍具有優良性能的塑料，如聚碳酸脂（PC）﹑PPD（聚釩）等。（3）特種塑料：一種具有特種功能（如耐熱、自潤滑）可應用於特殊要求的塑料。如氟塑料、有機硅塑料等C.按塑料成型方法分（1）模压塑料：供模压用的树脂混合料。如一般热固性塑料。（2）层压塑料：指浸有树脂的纤维织物，可经叠合、热压结合而成为整体材料。（3）注射、挤出和吹塑塑料：-般指能在料筒温度下熔融、流动，在模具中迅速硬化的树脂混合科。如一般热塑性塑料。（4）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。（5）反应注射模塑料：一般指液态原材料，加压注入模腔内，使其反应固化制得成品。如聚氨脂类。D．按塑料半制品和制品分(1)模塑粉：又称塑料粉，主要由热固性树脂（如酚醛）和填料等经充分混合、按压、粉碎而得。如酚醛塑料粉。(2)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：整体内合有无数微孔的塑料。薄膜：一般指厚度在O.25毫米以下的平整而柔软的塑料制品。五．塑料的特性及應用A．塑料一般使用特性1．质轻、比强度高。塑料质轻，一般塑料的密度都在0.9~2.3克／厘米3之间，只有钢铁的1／8~1／4、铝的1／2左右，而各种泡沫塑料的密度更低，约在0.01~O.5克／厘米3之间。按单位质量计算的强度称为比强度，有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材。例如合金钢材，其单位质量的拉伸强度为160兆帕，而用玻璃纤维增强的塑料可达到170~400兆帕。2．优异的电绝缘性能。几乎所有的塑料都具有优异的电绝缘性能，如极小的介电损耗和优良的耐电弧特性，这些性能可与陶瓷媲美。3．优良的化学稳定性能。一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐腐蚀能力，特别是聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能比黄金还要好，甚至能耐王水等强腐蚀性电解质的腐蚀，被称为塑料王。4．减摩、耐磨性能好。大多数塑料具有优良的减摩、耐磨和自润滑特性。许多工程塑料制造的耐摩擦零件就是利用塑料的这些特性，在耐磨塑料中加入某些固体润滑剂和填料时，可降低其摩擦系数或进一步提高其耐磨性能。5．透光及防护性能。多数塑料都可以作为透明或半透明制品，其中聚苯乙烯和丙烯酸酯类塑料象玻璃一样透明。有机玻璃化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯，可用作航空玻璃材料。聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜具有良好的透光和保暖性能，大量用作农用薄膜。塑料具有多种防护性能，因此常用作防护保装用品，如塑料薄膜、箱、桶、瓶等。6．减震、消音性能优良。某些塑料柔韧而富于弹性，当它受到外界频繁的机械冲击和振动时，内部产生粘性内耗，将机械能转变成热能，因此，工程上用作减震消音材料。例如，用工程塑料制作的轴承和齿可减小噪音，各种泡沫塑料更是广泛使用的优良减震消音材料。上述塑料的优良性能，使它在工农业生产和人们的日常生活中具有广泛用途；它已从过去作为金属、玻璃、陶瓷、木材和纤维等材料的代用品，而一跃成为现代生活和尖端工业不可缺少的材料。然而，塑料也有不足之处。例如，耐热性比金属等材料差，一般塑料仅能在100℃以下温度使用，少数200℃左右使用；塑料的热膨胀系数要比金属大3~10倍，容易受温度变化而影响尺寸的稳定性；在载荷作用下，塑料会缓慢地产生粘性流动或变形，即蠕变现象；此外，塑料在大气、阳光、长期的压力或某些质作用下会发生老化，使性能变坏等。塑料的这些缺点或多或少地影响或限制了它的应用。但是，随着塑料工业的发展和塑料材料研究工作的深入，这些缺点正被逐渐克服，性能优异的新颖塑料和各种塑料复合材料正不断涌现。常用的熱固性塑料酚醛壓縮粉一電木粉：在樹脂中加入木粉填料得到的塑料成本低，電絕緣性能好，大量用於制造電器開關儀外彀、變壓器骨架等。常用的熱塑性塑料:PE（聚乙烯）白色半透明的粒料、手觸似蠟。具有良好的電絕緣性能﹐耐大多數化學物侵蝕﹐質輕﹑耐寒耐沖擊。主要生產薄膜、管材、高頻電線電纜絕緣層。PP（聚丙烯）無色透明有一定光澤的剛性粒料。機械強度高、硬度高，具有優異的抗疲勞彎曲性能。廣泛用於食品容器、廚房用品、高檔玩具、包裝袋、繩索等。PS（聚苯乙烯）無化透明玻璃狀粒料，易燃，離開火後繼續燃燒，有濃煙，掉在地上或敲打時有清脆響聲。尺寸穩定性好，著色性能好，電絕緣性好﹐耐化學腐蝕性較好，廣泛用於家用器具、儀器殼體、燈罩、圓珠筆桿等PVC（聚氯乙烯）白色粉末狀形同面粉，燃燒時發出刺激性氣體，離火自動熄滅。有較高機械強度和恝性，抗酸碱性能好，電絕緣性能好。主要用於人造革、電線絕緣層、包扎帶、電線槽板、彎頭等。ABS（丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物）微黃色或白色不透明顆粒料，無毒無味。具有突出的力學性能和良好的綜合性能﹐表面可以電鍍。廣泛用於汽車內飾件、電器外銷彀、手機機殼、旋鈕等。PC（聚碳酸脂）無色透明顆粒狀、無毒無味。有較高耐熱性和耐寒性，透明度較好，其拉伸強度、彎曲強度、剛性及電氣絕緣性能也很突出。廣泛用於制造齒輪、軸承、接線板、骨架等。B．塑料成型工藝特性塑料原料在加工成為產品的過程中，會表現出一系列特性，這些特性與塑料品種，成型方法和條件及模具結構等密切相關。掌握它們有利於合理地選擇成型工藝和設計模具達到控制產品質量的目的。收縮性：塑件從模具中取出冷卻至室溫後尺寸發生縮小變化的特性稱為收縮性。衡量塑料收縮率大小的參數稱為收縮率。影響成型時收縮率波動的因素主要有以下方面：（1）塑料品種：熱塑性的塑料一般大於熱固性塑料（2）成型壓力：對注塑成型而言，提高注塑壓力可以使收縮率減小（3）熔體溫度：提高熔體溫度，有利於向模腔內傳遞成型壓力，將制品壓實，減少收縮率，但熔體溫度的提高會使熔體比容增大，熱脹冷縮大，收縮率大。（4）模具溫度﹕一般來說，提高模具溫度可使制品收縮率增大。（5）保壓時間延長可使制造收縮率減小（6）模具澆口尺寸：尺寸增大，有助於向模具內傳遞成型壓力將制品充實，減少收縮率，對於一個規定尺寸精度的制品，當塑料選定和模具設計完畢後，應在生產中對工藝參數進行正確調節和控制，減少收縮率和波動。流動性﹕塑料在一定溫度和壓力下填充模具型腔的能力稱為流動性。每一品種的塑料其流動性通常分為三個或三個以上不同的等級，以供不同塑件及成型工藝選用。按模具設計的要求可將常用熱塑性塑料的流動性分為三類：好的有NYLONPA（尼龍）、PS（聚苯乙烯）﹑PE（聚乙烯）、PP（聚丙烯）；中等的有：ABS（丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PET、PBT；差的有：PC（聚碳酸脂）、PPD（聚釩）影響流動性的因素主要有以下幾個方面：（1）塑料品種（2）模具結構---澆注系統的尺寸結構、冷卻系統的布局及模具結構的復雜程度等直接影響塑料在模具中的流動性（3）成型工藝（提高注塑壓力可增加流動性，料溫高，流動性也好）吸濕性﹕塑料中的水分在高溫下變成氣泡存在於塑件中使塑件變形，表面質量差，或機械強度下降。熱固性塑料成型時還會嚴重阻礙化學反應的發生。因此，生產前塑料原料要幹燥。熱敏性﹕有些塑料在料溫高或受熱時間長的情況下敏感，會產生變色甚至分解，這種特性叫熱敏性。應力開裂﹕有些在成型時易產生內應力，塑件在外力或溶劑作用下會發生開裂現象。為此，對塑料進行幹燥﹑合理選擇成型條件﹑正確設計塑件結構和模具結構﹐對塑件進行後處理等都有利於減少或消除內應力六塑料成型原理塑料模塑成型方法很多，主要包括：注塑成型、壓塑成型、擠出成型、吸塑成型等。下面簡單介紹幾種塑料模塑成型方法的原理A．注塑成型：是目前塑料加工中最普遍採用的方法之一。注塑成型制品約佔塑料制品總量的20％-30％，該方法適用於全部熱塑性塑料，其成型周期短，花色品種多，制品尺寸穩定，產品易更新換代，生產可自動化，高速化，具有極高的經濟效益。注塑成型所用的設備為注塑成型機和注塑模具。注塑模具依制品形狀而定。注塑成型機按結構分為柱塞式和螺桿式。按其外型特征可分為立式、臥式、角式等。以下介紹的是目前使用量最大的往復螺桿式注塑成型機﹕(1)注塑裝置：主要由塑化部件（螺桿、料筒及其加熱部件組成）以及料斗、計量裝置、傳動裝置、注塑油缸組成。主要作用將原料均勻塑化，並以合適壓力和速度將一定量的塑料熔體注射到模具型腔中。(2)合模裝置：主要由固定模板、移動模板、合模油缸、連桿機構、調模裝置、制品頂出裝置等組成。主要實現模具的開、合模及制品頂出。(3)液壓傳動和電氣控制系統：兩系統有機結合對機構提供動力和實施控制﹐保証注塑機按工藝要求（溫度、壓力、速度、時間）和動作順序準確有效工作。注塑成型的工藝過程先將塑料原料經過料斗加入注塑機筒內，由於料筒外有電熱筒加熱而使塑料熔融，在注塑機螺桿旋轉推進的高壓下熔融，塑料受到剪切和擠壓，進一步塑化成為具有良好的流動