1、第二章第二章 塑料成型技術基礎塑料成型技術基礎2022-3-4塑料成型工藝與模具設計2 l塑料是一種混合物：合成樹脂添加劑 l合成樹脂 合成樹脂是由低分子有機化合物經聚合反應或縮聚反應，所獲得的高分子化合物，又稱聚合物或高聚物。它是以原低分子物結構為基本單元，按照一定方式重復排列，相對分子質量可達幾萬至幾百萬，分子長度是原低分子長度的幾萬至十幾萬倍。l合成樹脂的性能決定了塑料的基本性能。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計3聚合物分子結構形式線型帶支鏈線型體型2022-3-4塑料成型工藝與模具設計4線型聚合物：分子鏈呈線狀；升高溫度軟化及熔化，降低溫度硬化，再升高溫度可重新軟化，因此可反復多

2、次熔化成型；性能上彈性塑性較好，可溶解。體型聚合物：大分子鏈相互交聯成空間立體網狀；初次加熱可熔化，一經成型硬化后，既不溶解也不熔化，因此不能再次成型；性能上硬度高脆性大。帶支鏈線型聚合物：性能與線型聚合物相近。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計5聚合物分子排列聚集態l結晶型聚合物：聚合物的分子有規則緊密地排列 l非結晶型聚合物：聚合物的分子排列處于無序狀態 結晶型聚合物由“晶區”和“非晶區”構成結晶區所占質量分數稱“結晶度”結晶度彈性、伸長率、沖擊韌度強度、硬度、剛度、熔點、耐蝕性2022-3-4塑料成型工藝與模具設計6塑料是一種混合物：合成樹脂添加劑添加劑的作用是調整塑料的物理化學性能

3、，提高材料強度，擴大使用范圍，以及減少合成樹脂的用量，降低塑料的成本，包括填充劑、增塑劑、穩定劑、潤滑劑、著色劑和固化劑等 。 l 增塑劑增塑劑用來提高塑料的可塑性和柔軟性。增塑劑的加入會降低塑料的穩定性、介電性能和機械強度。因此在塑料中應盡可能地減少增塑劑的含量。大多數塑料一般不添加增塑劑。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計7l穩定劑為了抑制和防止塑料在加工和使用過程中因受熱、光及氧等作用而分解變質，以使加工順利并保證塑件具有一定的使用壽命，常在塑件中加入穩定劑。l 固化劑固化劑又稱硬化劑，它的作用是促使合成樹脂進行交聯反應而形成體型網狀結構，或加快交聯反應速度，一般多用在熱固性塑料中。

4、2022-3-4塑料成型工藝與模具設計8l填充劑填充劑又稱填料，是塑料中一種重要但并非必要的成分。在塑料中加入填充劑可減少貴重樹脂含量，降低成本 。l 著色劑在塑料中加入有機顏料、無機顏料或有機染料時，可以使塑料制件獲得美麗的色澤，美觀宜人，提高塑件的使用品質。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計9l質量輕塑料是一種輕質材料。普通塑料的密度約在0.832.3g/cm，大約是鋁材的1/2，鋼材的1/5。如果用發泡法得到的泡沫塑料，其密度可以小到0.010.5g/cm ，特別適合制造輕巧的日用品和家用電器零件。 l 電氣絕緣性能好 塑料具有優良的電氣絕緣性能，無論是在高頻、還是在低頻；在高壓、

5、還是在低壓下，絕緣性能都十分優良。且耐電弧性好，介電損耗極小，所以被廣泛用于電機、電器、電子工業中。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計10l比強度比剛度高 塑料的力學性能相對金屬要差。塑件的剛度與木材相近，拉伸強度一般為10500MPa。但由于塑料的密度小，所以按單位質量計算的強度和剛度，即比強度和比剛度(強度與密度之比稱為比強度；彈性模量與密度之比稱為比剛度)比較高。通常，塑料的比強度接近或超過普通的金屬材料，因此可用于制造受力不大的一般性結構件。 l 化學穩定性能好 一般塑料均具有一定的抗酸、堿、鹽等化學腐蝕的能力。有些塑料除此之外還能抗潮濕空氣、蒸汽的腐蝕作用，在這方面它們大大地超

6、過了金屬，常用作耐腐蝕材料。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計11l減摩、耐磨性能優良，減振消聲性好 塑料的摩擦系數小，具有良好的減摩、耐磨性能。一般塑料的柔韌性比金屬要大得多，當其受到頻繁機械力沖擊與振動時，因阻尼較大而具有良好的吸振與消聲性能。l 導熱率低，一些塑料具有良好的光學性能 一些塑料具有良好的光學性能，塑料的熱導率比金屬低得多,塑料可以用來制作需要保溫和絕熱的器皿或零件。有些塑料具有良好的透明性，可用于制造光學透鏡、航空玻璃、透明燈罩，以及光導纖維材料等。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計12缺點l成型時收縮率較高，有的高達3%以上，并且影響塑料成型收縮率的因素很多，

7、這使得塑料制件要獲得高的精度難度很大，故塑件精度普遍不如金屬零件。 l塑料制件的使用溫度范圍較窄，容易老化。l難以分解，環保性差。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計13一、塑料的分類（一）按照合成樹脂的分子結構和受熱的行為分類1.熱塑性塑料 合成樹脂分子結構：線型或帶有支鏈線型。 受熱變軟進而成為可流動的粘稠液體，具有可塑性，可塑制成一定形狀塑件，并可經冷卻定型；再加熱可重新變軟可塑，在受熱過程中只發生物理變化。 即：可反復加熱塑化成型。 常用塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、ABS2022-3-4塑料成型工藝與模具設計14一、塑料的分類（一）按照合成樹脂的分子結構和受熱的行為分類2.熱固性

8、塑料 合成樹脂分子結構：體型網狀結構。 初次加熱之初，分子呈線型結構，加熱時可軟化具有可塑性，繼續加熱，線型結構分子相互交聯成體型網狀結構，使形狀固定下來，如再加熱不再軟化，不再具有可塑性。 受熱過程中既有物理變化又有化學變化，其變化過程不可逆。 常用塑料：酚醛塑料（PF）、氨基塑料2022-3-4塑料成型工藝與模具設計15(二)按塑料的應用范圍分類通用塑料 一種非結構用塑料。它的產量大，價格低，性能一般。 工程塑料 可作為結構材料。和通用塑料相比，它們產量較小，價格較高，但具有優異的力學性能、電性能、化學性能以及耐熱性、耐磨性和尺寸穩定性等。 特殊塑料 具有某些特殊性能的塑料。這類塑料有高的

9、耐熱性或高的電絕緣性及耐腐蝕性等。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計16(一)熱塑性塑料1.聚乙烯（PE） 基本特性 無毒、無味，呈乳白色。密度為0.91 0.96g/cm3。 主要用途 低壓聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料繩以及承載不高的零件，如齒輪、軸承等；高壓聚乙烯常用于制作塑料薄膜、軟管、塑料瓶以及電氣工業的絕緣零件和包覆電纜等。 成型特點 在流動方向與垂直方向上的收縮差異較大，注射方向的收縮率大于垂直方向的收縮率。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計17(一)熱塑性塑料2.聚丙烯（PP） 基本特性 聚丙烯無味、無色、無毒。比聚乙烯更透明。密度為0.900.91 g/cm3。

10、熔點為164170，耐熱性好。 主要用途 各種機械零件如法蘭、接頭、泵葉輪、汽車零件和自行車零件。輸送管道，化工容器和其它設備的襯里、表面涂層。蓋和本體合一的箱殼，各種絕緣零件，并用于醫藥工業中。 成型特點 成型收縮范圍大，易發生縮孔、凹痕及變形；聚丙烯熱容量大，注射成型模具必須設計能充分進行冷卻的冷卻回路。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計18(一)熱塑性塑料3.聚氯乙烯（PVC） 基本特性 產量最大的塑料品種之一。白色或淺黃色粉末。純聚氯乙烯的密度為1.4 g/cm3。 主要用途 防腐管道、管件、輸油管、離心泵、鼓風機等。板材廣泛用于化學工業上制作各種貯槽的襯里，建筑物的瓦楞板，門窗結

11、構，墻壁裝飾物等建筑用材。插座、插頭、開關、電纜、涼鞋、雨衣、玩具、人造革等。 成型特點 聚氯乙烯在成型溫度下容易分解放出氯化氫。所以必須加入穩定劑和潤滑劑，并嚴格控制溫度及熔料的滯留時間。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計19(一)熱塑性塑料4.聚苯乙烯（PS） 基本特性 聚苯乙烯是僅次于聚氯乙烯和聚乙烯的第三大塑料品種。聚苯乙烯無色透明、無毒無味，落地時發出清脆類似金屬的聲音，密度為1.054 g/cm3。熱變形溫度7098，只能在不高的溫度下使用。質地硬而脆，有較高的熱膨脹系數，因此，限制了它在工程上的應用。 主要用途 儀表外殼、燈罩、化學儀器零件、透明模型等。絕緣材料、接線盒、電池

12、盒等。包裝材料、各種容器、玩具等。 成型特點 流動性和成型性優良，成品率高，但易出現裂紋。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計205.丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS） 基本特性 丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成。具有良好的綜合力學性能：丙烯腈使ABS有良好的耐化學腐蝕及表面硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。 ABS無毒、無味，呈微黃色，塑件光澤好。密度為1.021.05g/cm3。 主要用途 齒輪、泵葉輪、軸承、電機外殼、儀表殼等。汽車工業上制造汽車擋泥板、熱空氣調節導管、加熱器、小轎車車身等。ABS還可用來制作水表殼、電器零件、玩具、電子琴及收錄機殼體等。

13、成型特點 ABS在升溫時粘度增高，所以成型壓力較高。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計21(二)熱固性塑料1.酚醛樹脂（PF） 基本特性 以酚醛樹脂為基礎而制得。通常由酚類化合物和醛類化合物縮聚而成。本身很脆，呈琥珀玻璃態。加入各種纖維或粉末狀填料后才能獲得具有一定性能要求的酚醛塑料。剛性好，變形小，耐熱耐磨，能在150200的溫度范圍內長期使用。在水潤滑條件下，有極低的摩擦系數。其電絕緣性能優良。缺點是質脆，沖擊韌度差。 主要用途 制造齒輪、軸瓦、導向輪、無聲齒輪、軸承及電工結構材料和電氣絕緣材料。木質層壓塑料適用于作水潤滑冷卻下的軸承及齒輪等。石棉布層壓塑料主要用于高溫下工作的零件。各

14、種線圈架、接線板、電動工具外殼、風扇葉子、耐酸泵葉輪、齒輪、凸輪等。 成型特點 成型性能好，特別適用于壓縮成型。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計22(二)熱固性塑料2.氨基塑料 氨基塑料是由氨基化合物與醛類（主要是甲醛）經縮聚反應而制得的塑料，主要包括脲-甲醛、三聚氰胺-甲醛等 主要用途 脲-甲醛塑料(UF) 是脲-甲醛樹脂和漂白紙漿等制成的壓塑粉。可染成各種鮮艷的色彩，外觀光亮，部分透明，表面硬度較高，耐電弧性能好，耐礦物油、耐霉菌的作用。但耐水性較差，在水中長期浸泡后電氣絕緣性能下降。大量用于壓制日用品及電氣照明用設備的零件、電話機、收錄機、鐘表外殼、開關插座及電氣絕緣零件。 三聚氰

15、胺-甲醛塑料(MF) 由三聚氰胺-甲醛樹脂與石棉滑石粉等制成。可制成各種色彩，耐光、耐電弧、無毒的塑件，在-20100的溫度范圍內性能變化小，能耐沸水而且耐茶、咖啡等污染性強的物質。能像陶瓷一樣方便地去掉茶漬一類污染物，且有重量輕、不易碎的特點。主要用作餐具、航空茶杯及電器開關、滅弧罩及防爆電器的配件。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計231.一般結構零件用塑料性能要求：具有較低的強度和耐熱性能，有時還要求外觀漂亮 。工藝要求：有較高的生產率和低廉的成本 。常用塑料： ABS、聚丙烯、低壓聚乙烯改性聚苯乙烯。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計242.耐磨損傳動零件用塑料性能要求： 有較

16、高的強度、剛性、韌性、耐磨損和耐疲勞性，并有較高的熱變形溫度 。常用塑料：優先選用的塑料有尼龍、聚甲醛、聚碳酸酯。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計253減摩自潤滑零件用塑料性能要求：減摩自潤滑零件一般受力較少，對機械強度要求往往不高，但運動速度較高，要求具有低的摩擦系數。常用塑料：聚四氟乙烯和各種填充的聚四氟乙烯。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計264.耐腐蝕零、部件用塑料 性能要求：既要求耐強酸或強氧化性酸，同時又要求耐堿。常用塑料：氟塑料如聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計275耐高溫零件用塑料 性能要求：耐熱。常用塑料：氟塑料。 6光學用塑

17、料 性能要求：良好的光學性能，即透射率、折射率、散射及對光的穩定性。 常用塑料：聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計28一、聚合物的熱力學性能與加工工藝（一）聚合物的熱力學性能 1.線型無定型聚合物 熱力學曲線：受恒應力作用時變形量與溫度的關系曲線。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計291.線型無定型聚合物 （熱塑性塑料）Tb：脆化溫度Tg：玻璃化溫度Tf：粘流溫度Td：分解溫度2022-3-4塑料成型工藝與模具設計302.線型結晶型聚合物 （熱塑性塑料）Tg：玻璃化溫度Tm：熔點溫度Tf：粘流溫度TmTf稱“熔限”2022-3-4塑料成型工藝與模

18、具設計31車、銑、刨等機械加工吹塑、彎曲等加工注射、擠出、模壓等TfTd越寬，成型加工越容易。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計32（一）熱塑性塑料成型工藝性1.流動性 塑料熔體在一定溫度與壓力作用下充填模腔的能力。 對成型工藝過程影響：成型溫度、壓力、澆注系統尺寸、塑料結構。 流動性的影響因素：相對分子質量、填料與增塑劑、潤滑劑的含量。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計33熱塑性塑料流動性表示：熔體流動速率指數，簡稱熔融指數。設計模具時常用反映塑料的流動性參數：溢料間隙數值大小溢料間隙：指塑料熔體在成型壓力下不得溢出的最大間隙值 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計34溢料間隙/

19、mm 流動性等級塑料類型0.03好 尼龍、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纖維素0.030.05中等 改性聚苯乙烯、ABS、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯0.050.08差 聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚砜、聚苯醚2022-3-4塑料成型工藝與模具設計35（一）熱塑性塑料成型工藝性2.收縮性 塑料在成型及冷卻過程中發生了體積收縮 。產生原因：熱脹冷縮聚集態變化收縮率：單位長度塑件收縮量的百分率 。 %mLLmLS1002022-3-4塑料成型工藝與模具設計36根據塑件尺寸計算模具型腔時需加以補償：一般精度：高精度：)1 (SLLmSLLm12022-3-4塑料成型工藝與模具設計37（一）熱塑性塑料成型工藝性

20、3.熱穩定性 是指塑料受熱時性能上發生的變化程度。 主要是塑料成型加工過程中受熱在高溫下發生降解、變色等性能變化，影響到加工的難易程度。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計38（一）熱塑性塑料成型工藝性4.吸濕性 是指塑料與水分的親疏程度。吸水傾向大的塑料：ABS、聚酰氨。吸水傾向小的塑料：聚乙烯、聚丙烯。吸附水分對成型加工工藝過程的影響：促使塑料高溫水解。處理措施：成型加工前烘干處理。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計39（一）熱塑性塑料成型工藝性5.相容性 指兩種或兩種以上不同品種的塑料，在熔融狀態下產生相互分離的能力，又稱共混性。 相容性好的不同種類塑料相容可得到不同種類塑料的綜合

21、性能，改進塑料性能。 相容性對成型加工過程影響：改用不同品種塑料時首先確定清洗料筒的方法（一般用清洗法或拆洗法）。相容性塑料，只需要將所要加工的原料直接加入成型設備中清洗即可；如果是不相容的塑料，就應更換料筒或徹底清洗料筒。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計40（二）熱固性塑料成型工藝性1.收縮率 因成型加工引起的尺寸減小。 產生原因：1)熱收縮（熱脹冷縮） 2)結構變化引起的收縮（分子鏈 交聯） 3)彈性恢復 4)塑性變形2022-3-4塑料成型工藝與模具設計41（二）熱固性塑料成型工藝性2.流動性流動性對成型工藝過程及塑件質量影響：過大：溢料過多填充不密實。過小：填充不足不易成型，所

22、需成型壓力大。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計42（二）熱固性塑料成型工藝性2.流動性影響流動性因素：塑料原料：樹脂分子支鏈少，填料顆粒小，加入潤滑劑及適當含量水分，流動性好。模具及成型工藝條件：型腔形狀，表面粗糙度，模具溫度，原料預熱，有利于提高流動性。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計43（二）熱固性塑料成型工藝性3.水分及揮發物含量來源：吸附水分及化學反應副產品對成型工藝過程及塑件質量影響： 適當水分及揮發物含量，可起到增塑作用，提高流動性，有利于成型。過多，則會促使流動性過大，使成型周期增長，制件收縮率增大，易發生區翹曲、變形，出現裂紋及表面粗糙。 2022-3-4塑料成型工

23、藝與模具設計44（二）熱固性塑料成型工藝性4.硬化速度 指熱固性塑料交聯反應速度。 通常以硬化1mm厚試樣所用時間來表示，單位為min/mm。 對成型工藝影響：硬化速度太小，會使塑件成型周期延長；硬化速度太高，不易于用來成型形狀復雜的塑件。 調整硬化速度措施：預熱、預壓、提高成型溫度和壓力。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計451.端末效應 聚合物熔體流經截面變化的模腔時，因彈性產生的收斂或膨脹現象 。 產生后果：導致塑件變形、撓曲、尺寸不穩定。入口效應 離模膨脹2022-3-4塑料成型工藝與模具設計462.失穩流動和熔體破裂 失穩流動：失穩流動：當熔體的粘度降到某一臨界值時，當熔體的粘

24、度降到某一臨界值時，流動呈非穩定的層流，各點的流速將發生互流動呈非穩定的層流，各點的流速將發生互相干擾的現象相干擾的現象 。 熔體破裂：熔體破裂：如果繼續增大切應力或剪切速率，如果繼續增大切應力或剪切速率，熔體就呈更不規則的形態，變成碎片或小段熔體就呈更不規則的形態，變成碎片或小段塊塊 。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計47 充模流動：在壓力作用下聚合物熔體經模具的流道和澆口，進入模腔并成型的過程 。 合理的充模流動方式：料流連續平穩。通常充模流動的形式 ：（1）快速充模 模腔內形成蛇形流， 因料流折疊產生波紋狀痕跡或表面癖瘢。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計48（2）中速充模 當

25、澆口截面的尺度與模腔深度相差不大時，熔體噴射可能性小，以中速充模，熔體作比較平穩的擴展流動。塑件質量較好。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計49（3）慢速充模 當澆口截面的尺度與模腔深度接近時，熔體一般不會發生噴射，以慢速平穩的擴展流動充模。 2022-3-4塑料成型工藝與模具設計50（一）聚合物的結晶 （1）聚合物的結晶 是聚合物中形成具有穩定規整排列分子鏈的過程。 二次結晶：是指發生在初晶結構不完善的部位，或者在初結晶區以外非晶區內的結晶現象 。 后結晶：是指在初晶界面上所生長的結晶。 二次結晶和后結晶特點：非常緩慢（幾年至十幾年）對塑件質量影響：會影響塑件尺寸的穩定性。 2022-

26、3-4塑料成型工藝與模具設計51（2）結晶度 聚合物內結晶組織的質量（或體積）占總質量（或總體積）的比例 。（3）結晶對塑件性能的影響 性能上： 成型工藝上：收縮率增大，可能產生二次結晶和后結晶影響塑件精度。結晶度彈性、伸長率、沖擊韌度強度、硬度、剛度、熔點、耐蝕性2022-3-4塑料成型工藝與模具設計52 取向：聚合物大分子及其鏈段在應力作用下形成的有序排列過程。 分類：流動取向和拉伸取向。 分布：表層大于心部（原因：表層受型腔壁冷卻粘度變大對繼而流入的熔體產生很大摩擦切應力，產生分子鏈很強的取向排列）。 影響：使塑件材質呈現明顯各向異性，在取向方位力學性能顯著提高，垂直取向方位力學性能顯著下降。2022-3-4塑料成型工藝與模具設計53纖維狀填料在扇形制件中流動取向：2022-3-4塑料成型工藝與模具設計54 降解：是聚合物大分子斷鏈、交聯、改變結構或側基的化學過程 。（1）熱降解 成型中因高溫受熱時間過長而引起的降解反應稱為熱降解。 防止措施：溫度上限不能超過d且存在時間不能