塑料成型性能1.docx

1、塑料成型性能1塑料成型性能塑料是以高分子量合成树脂为主要成分，在一定条件下如温度、压力等可塑制成一定形状且在常温下保持形状不变的材料。 塑料按受热后外表的性能，可分为热固性塑料与热塑性塑料两大类。前者的特点是在一定温度下，经一定时间加热、加压或参加硬化剂后，发生化学反响而硬化。硬化后的塑料化学结构发生变化、质地坚硬、不溶于溶剂、加热也不再软化，如果温度过高那么就分解。后者的特点为受热后发生物态变化，由固体软化或熔化成粘流体状态，但冷却后又可变硬而成固体，且过程可屡次反复，塑料本身的分子结构那么不发生变化。 塑料都以合成树脂为根本原料，并参加填料、增塑剂、染料、稳定剂等各种辅助料而组成。因此，不

2、同品种牌号的塑料，由于选用树脂及辅助料的性能、成分、配比及塑料生产工艺不同，那么其使用及工艺特性也各不相 同。为此模具设计时必须了解所用塑料的工艺特性。第一节 热固性塑料 返 回 顶 部 常用热固性塑料有酚醛、氨基三聚氰胺、脲醛聚酯、聚邻苯二甲酸二丙烯酯等。主要用于压塑、挤塑、 注射成形。硅酮、环氧树脂等塑料，目前主要作为低压挤塑封装电子元件及浇注成形等用。 一、工 艺 特 性(一)收 缩 率 塑件自模具中取出冷却到室温后，发生尺寸收缩这种性能称为收缩性。由于收缩不仅是树脂本身的热胀冷缩，而且还与各成形因素有关，所以成形后塑件的收缩应称为成形收缩。 1、成形收缩的形式成形收缩主要表现在以下几方

3、面： 1塑件的线尺寸收缩由于热胀冷缩，塑件脱模时的弹性恢复、塑性变形等原因导致塑件脱模冷却到室温后其尺寸缩小，为此型腔设计时必须考虑予以补偿。 2收缩方向性成形时分子按方向排列，使塑件呈现各向异性，沿料流方向即平行方向那么收缩大、强度高，与料流直角方向即垂直方向那么收缩小、强度低。另外，成形时由于塑件各部位密度及填料分布不匀，故使收缩也不匀。产生收缩差使塑件易发生翘曲、变形、裂纹，尤其在挤塑及注射成形时那么方向性更为明显。因此，模具设计时应考虑收缩方向性按塑件形状、流料方向选取收缩率为宜。 3后收缩塑件成形时，由于受成形压力、剪切应力、各向异性、密度不匀、填料分布不匀、模温不匀、硬化不匀、塑性

4、变形等因素的影响，引起一系列应力的作用，在粘流态时不能全部消失，故塑件在应力状态下成形时存在剩余应力。当脱模后由于应力趋向平衡及贮存条件的影响，使剩余应力发生变化而使塑件发生再收缩称为后收缩。一般塑件在脱模后10小时内变化最大，24小时后根本定型，但最后稳定要经30-60天。通常热塑性塑料的后收缩比热固性大，挤塑及注射成形的比压塑成形的大。 4后处理收缩有时塑件按性能及工艺要求，成形后需进行热处理，处理后也会导致塑件尺寸发生变化。故模具设计时对高精度塑件那么应考虑后收缩及后处理收缩的误差并予以补偿。 2、收缩率计算塑件成形收缩可用收缩率来表示，如公式1-1及公式1-2所示。 (1-1) Q实=

5、a-b/b100 (1-2) Q计=c-b/b100 式中：Q实实际收缩率% Q计计算收缩率% a 塑件在成形温度时单向尺寸mm b 塑件在室温下单向尺寸mm c 模具在室温下单向尺寸mm 实际收缩率为表示塑件实际所发生的收缩，因其值与计算收缩相差很小，所以模具设计时以Q计为设计参数来计算型腔及型芯尺寸。 3、影响收缩率变化的因素在实际成形时不仅不同品种塑料其收缩率各不相同，而且不同批的同品种塑料或同一塑件的不同部位其收缩值也经常不同，影响收缩率变化的主要因素有如下几个方面。 1塑料品种各种塑料都有其各自的收缩范围，同种类塑料由于填料、分子量及配比等不同，那么其收缩率及各向异性也不同。 2塑件

6、特性塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件，嵌件数量及布局对收缩率大小也有很大影响。 3模具结构模具的分型面及加压方向，浇注系统的形式，布局及尺寸对收缩率及方向性影响也较大，尤其在挤塑及注射成形时更为明显。 4成形工艺 挤塑、注射成形工艺一般收缩率较大，方向性明显。预热情况、成形温度、成形压力、保持时间、填装料形式及硬化均匀性对收缩率及方向性都有影响。 如上所述模具设计时应根据各种塑料的说明书中所提供的收缩率范围，并按塑件形状、尺寸、壁厚、有无嵌件情况、分型面及加压成形方向、模具结构及进料口形式尺寸和位置、成形工艺等诸因素综合地来考虑选取收缩率值。对挤塑或注射成形时，那么常需按塑件各部位的形状、尺寸

7、、壁厚等特点选取不同的收缩率。 另外，成形收缩还受到各成形因素的影响，但主要决定于塑料品种、塑件形状及尺寸。所以成形时调整各项成形条件也能够适当地改变塑件的收缩情况。 二流 动 性 塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性。这是模具设计时必须考虑的一个重要工艺参数。流动性大易造成溢料过多，填充型腔不密实，塑件组织疏松，树脂、填料分头聚积，易粘模、脱模及清理困难，硬化过早等弊病。但流动性小那么填充缺乏，不易成形，成形压力大。所以选用塑料的流动性必须与塑件要求、成形工艺及成形条件相适应。模具设计时应根据流动性能来考虑浇注系统、分型面及进料方向等等。热固性塑料流动性通常以拉西格流动性以毫米计来

8、表示。数值大那么流动性好，每一品种的塑料通常分三个不同等级的流动性，以供不同塑件及成形工艺选用。一般塑件面积大、嵌件多、型芯及嵌件细弱，有狭窄深槽及薄壁的复杂形状对填充不利时，应采用流动性较好的塑料。挤塑成形时应选用拉西格流动性150mm以上的塑料，注射成形时应用拉西格流动性200mm以上的塑料。为了保证每批塑料都有相同的流动性，在实际中常用并批方法来调节，即将同一品种而流动性有差异的塑料加以配用，使各批塑料流动性互相补偿，以保证塑件质量。常用塑料的拉西格流动性值详见表1-1，但必须指出塑料的注动性除了决定于塑料品种外，在填充型腔时还常受各种因素的影响而使塑料实际填充型腔的能力发生变化。如粒度

9、细匀尤其是圆状粒料，湿度大、含水分及挥发物多，预热及成形条件适当，模具外表光洁度好，模具结构适当等那么都有利于改善流动性。反之，预热或成形条件不良、模具结构不良流动阻力大或塑料贮存期过长、超期、贮存温度高尤其对氨基塑料等那么都会导致塑料填充型腔时实际的流动性能下降而造成填充不良。 三比容及压缩率比容为每一克塑料所占有的体积以厘米3/克计。压缩率为塑粉与塑件两者体积或比容之比值其值恒大于1。它们都可被用来确定压模装料室的大小。其数值大即要求装料室体积要大，同时又说明塑粉内充气多，排气困难，成形周期长，生产率低。比容小那么反之，而且有利于压锭，压制。各种塑料的比容详见表1-1。但比容值也常因塑料的

10、粒度大小及颗粒不均匀度而有误差。 四硬化特性 热固性塑料在成形过程中在加热受压下转变成可塑性粘流状态，随之流动性增大填充型腔，与此同时发生缩合反响，交联密度不断增加，流动性迅速下降，融料逐渐固化。模具设计时对硬化速度快，保持流动状态短的料那么应注意便于装料，装卸嵌件及选择合理的成形条件和操作等以免过早硬经或硬化缺乏，导致塑件成形不良。 硬化速度一般可从保持时间来分析，它与塑料品种、壁厚、塑件形状、模温有关。但还受其它因素而变化，尤其与预热状态有关，适当的预热应保持使塑料能发挥出最大流动性的条件下，尽量提高其硬化速度，一般预热温度高，时间长在允许范围内那么硬化速度加快，尤其预压锭坯料经高频预热的

11、那么硬化速度显著加快。另外，成形温度高、加压时间长那么硬化速度也随之增加。因此，硬化速度也可调节预热或成形条件予以适当控制。 硬化速度还应适合成形方法要求，例注射、挤塑成型时应要求在塑化、填充时化学反响慢、硬化慢，应保持较长时间的流动状态，但当充满型腔后在高温、高压下应快速硬化。 五水分及挥发物含量 各种塑料中含有不同程度的水分、挥发物含量，过多时流动性增大、易溢料、保持时间长、收缩增大，易发生波纹、翘曲等弊病，影响塑件机电性能。但当塑料过于枯燥时也会导致流动性不良成形困难，所以不同塑料应按要求进行预热枯燥，对吸湿性强的料，尤其在潮湿季节即使对预热后的料也应防止再吸湿。 由于各种塑料中含有不同

12、成分的水分及挥发物，同时在缩合反响时要发生缩合水分，这些成分都需在成形时变成气体排出模外，有的气体对模具有腐蚀作用，对人体也有刺激作用。为此在模具设计时应对各种塑料此类特性有所了解，并采取相应措施，如预热、模具镀铬，开排气槽或成形时设排气工序。 二、成 形 特 性 在模具设计必须掌握所用塑料的成形特性及成形时的工艺特性。 1、工艺特性 常用热固性塑料工艺特性见表1-1 2、成形特性常用热固性塑料成形特性见表1-2。各种塑料成形特性与各塑料品种有关外，还与所含有填料品种和粒度及颗粒均匀度有关。细料流动性好，但预热不易均匀，充入空气多不易排出、传热不良、成形时间长。 粗料塑件不光泽，易发生外表不均

13、匀。过粗、过细还直接影响比容及压缩率、模具加料室容积。颗粒不均匀的那么成形性不好、硬化不匀，同时不宜采用容量法加料。填料品种对成形特性的影响见表1-3 第二节 热塑性塑料 热塑性塑料品种极多，即使同一品种也由于树脂分子及附加物配比不同而使其使用及工艺特性也有所不同。 另外，为了改变原有品种的特性，常用共聚、交链等各种化学聚合方法在原有的树脂结构中导入一定百分比量的异种单体或高分子相等树脂，以改变原有树脂的结构成为具有新的使用及工艺特性的改性品种。例如，ABS即为在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈、丁二烯等异种单体后成为改性共聚物，也可称为改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯优越的使用，工艺特性。由于热塑性塑

14、料品种多、性能复杂，即使同一类的塑料也有仅供注射用或挤出用之分，故本章节主要介绍各种注射用的热塑性塑料。一、工 艺 特 性 一收 缩 率 热塑性塑料成形收缩的形式及计算如前所述，影响热塑性塑料成形收缩的因素如下 1、塑料品种热塑性塑料成形过程中由于还存在结晶化形起的体积变化,内应力强,冻结在塑件内的剩余应力大，分子取向性强等因素，因此与热固性塑料相比那么收缩率较大，收缩率范围宽、方向性明显,另外成形后的收缩、退火或调湿处理后的收缩一般也都比热固性塑料大。 2、塑件特性成形时融料与型腔外表接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。由于塑料的导热性差,使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。所以

15、壁厚、冷却慢、高密度层厚的那么收缩大。另外,有无嵌件及嵌件布局,数量都直接影响料流方向,密度分布及收缩阻力大小等,所以塑件的特性对收缩大小,方向性影响较大 3、进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成形时间。直接进料口、进料口截面大尤其截面较厚的那么收缩小但方向性大,进料口宽及长度短的那么方向性小。距进料口近的或与料流方向平行的那么收缩大。 4、成形条件模具温度高,融料冷却慢、密度高、收缩大,尤其对结晶料那么因结晶度高,体积变化大,故收缩更大。模温分布与塑件内外冷却及密度均匀性也有关,直接影响到各局部收缩量大小及方向性。另外,保持压力及时间对收缩也影响较大,压

16、力大、时间长的那么收缩小但方向性大。注射压力高,融料粘度差小,层间剪切应力小, 脱模后弹性回跳大,故收缩也可适量的减小,料温高、收缩大,但方向性小。因此在成形时调整模温、压力、注射速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情况。 模具设计时根据各种塑料的收缩范围,塑件壁厚、形状,进料口形式尺寸及分布情况,按经验确定塑件各部位的收缩率,再来计算型腔尺寸。对高精度塑件及难以掌握收缩率时,一般宜用如下方法设计模具： 1对塑件外径取较小收缩率，内径取较大收缩率，以留有试模后修正的余地。 2试模确定浇注系统形式、尺寸及成形条件。 3要后处理的塑件经后处理确定尺寸变化情况测量时必须在脱模后24小时以后。

17、4按实际收缩情况修正模具。 5再试模并可适当地改变工艺条件略微修正收缩值以满足塑件要求。 二流 动 性 1、热塑性塑料流动性大小,一般可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺旋线长度、表现粘度及流动比流程长度/塑件壁厚等一系列指数进行分析。分子量小,分子量分布宽,分子结构规整性差,熔融指数高、螺旋线长度长、表现粘度小,流动比大的那么流动性就好,对同一品名的塑料必须检查其说明书判断其流动性是否适用于注射成形。按模具设计要求我们大致可将常用塑料的流动性分为三类： 1流动性好尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚4甲基戍烯； 2流动性中等改性聚苯乙烯例ABSAS、有机玻璃、聚甲醛、聚氯醚； 3流

18、动性差聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。 2、各种塑料的流动性也因各成形因素而变,主要影响的因素有如下几点： 1温度料温高那么流动性增大,但不同塑料也各有差异,聚苯乙烯尤其耐冲击型及MI值较高的、聚丙烯尼龙、有机玻璃、改性聚苯乙烯例ABSAS、聚碳酸酯、醋酸纤维等塑料的流动性随温度变化较大。对聚乙烯、聚甲醛、那么温度增减对其流动性影响较小。所以前者在成形时宜调节温度来控制流动性。 2压力注射压力增大那么融料受剪切作用大,流动性也增大,特别是聚乙烯、聚甲醛较为敏感,所以成形时宜调节注射压力来控制流动性。 3模具结构浇注系统的形式,尺寸,布置,冷却系统设计,融料流动阻力如型面光洁

19、度,料道截面厚度,型腔形状,排气系统等因素都直接影响到融料在型腔内的实际流动性,凡促使融料降低温度,增加流动性阻力的那么流动性就降低。 模具设计时应根据所用塑料的流动性,选用合理的结构。成形时那么也可控制料温,模温及注射压力、注射速度等因素来适当地调节填充情况以满足成形需要。 有的塑料对应力敏感,成形时易产生内应力并质脆易裂,塑件在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂现象。 为此,除了在原料内参加附加剂提高抗裂性外,对原料应注意枯燥,合理的选择成形条件,以减少内应力和增加抗裂性。并应选择合理的塑件形状,不宜设置嵌件等尽量减少应力集中。模具设计时应增大脱模斜度,选用合理的进料口及顶出机构,成形时应

20、适当的调节料温、模温、注射压力及冷却时间,尽量防止塑件过于冷脆时脱模,成形后塑件还宜进行后处理提高抗裂性,消除内应力并禁止与溶剂接触。 2、当一定融熔指数的聚合物熔体,在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后,熔体外表发生明显横向裂纹称为熔融破裂,有损塑件外观及物性。故在选用熔融指数高的聚合物等,应增大喷嘴、浇道、进料口截面,减少注射速度,提高料温。 六热性能及冷却速度 1、各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。比热高的塑化时需要热量大,应选用塑化能力大的注射机。热变形温度高的冷却时间可短,脱模早,但脱模后要防止冷却变形。热传导率低的冷却速度慢如离子聚合物等冷却速度极慢必须充分冷却,要

21、加强模具冷却效果。热浇道模具适用于比热低,热传导率高的塑料。 比热大、热传导率低,热变形温度低、冷却速度慢的塑料那么不利于高速成形,必须用适当的注射机及加强模具冷却。 2、各种塑料按其品种特性及塑件形状,要求必须保持适当的冷却速度。所以模具必须按成形要求设置加热和冷却系统,以保持一定模温。当料温使模温升高时应予冷却,以防止塑件脱模后变形,缩短成形周期,降低结晶度。 当塑料余热缺乏以使模具保持一定温度时,那么模具应设有加热系统,使模具保持在一定温度,以控制冷却速度,保证流动性,改善填充条件或用以控制塑件使其缓慢冷却,防止厚壁塑件内外冷却不匀及提高结晶度等。对流动性好,成形面积大、料温不匀的那么按

22、塑件成形情况有时需加热或冷却交替使用或局部加热与冷却并用。为此模具应设有相应的冷却或加热系统。各种塑料成形时要求的模温及热性能见表1-4及表1-5。 七吸 湿 性 塑料中因有各种添加剂，使其对水分各有不同的亲疏程度，所以塑料大致可分为吸湿、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的两种，料中含水量必须控制在允许范围内，不然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用，使树脂起泡、流动性下降、外观及机电性能不良。所以吸湿性塑料必须按要求采用适当的加热方法及标准进行预热，在使用时还需用红外线照射以防止再吸湿。 二、成 形 特 性 常用热塑性塑料成形特性及成形条件见表1-4及表1-5。 第三节 增 强 塑 料 为

23、了进一步改善热固及热塑性塑料的机电性能。常在塑料中参加玻璃纤维填料简称玻纤,作为增强材料,以树脂为粘结剂而组成新型复合材料,通称为增强塑料热固性塑料的增强塑料又称为玻璃钢。由于塑料配方的玻璃纤维的品种、长度、含量等不同,其工艺性及使用特性也各不相同。本节主要介绍模压用的热固性增强塑料及注射用的热塑性增强塑料。 一、热固性增强塑料 热固性增强塑料是以树脂、增强材料、辅助剂等组成。其中树脂作为粘结剂,它要求有良好的流动性、适宜的固化速度、副产物少,易调节粘度和良好的互溶性,并需满足塑件及成形要求。增强材料起骨架作用,其品种规格繁多主要用玻璃纤维,一般含量为60%、长度为15-20mm。辅助剂包括调

24、节粘度的稀释剂用以改良玻纤与树脂的粘结、用以调节树脂-纤维界面状态的玻纤外表处理剂、用以改良流动性,降低收缩,提高光泽度及耐磨性等用的填料和着色颜料等。由于选用的树脂,玻纤的品种规格长度、直径,无碱或含碱,支数,股数,加捻或无捻,外表处理剂,玻纤与树脂混制工艺预混法或预浸法,塑料配比等不同那么其性能也各不相同)。 一工 艺 特 性 1、流动性增强料的流动性比一般压塑料差,流动性过大时易产生树脂流失与玻纤分头聚积。过小那么成形压力及温度将显著提高。影响流动性的因素很多,要评定某种料的流动性,必须按组成作具体分析。影响流动性的因素 见表1-6。 2、收缩率增强塑料的收缩率比一般压塑料小,它主要由热

25、收缩及化学结构收缩组成。影响收缩的因素首先是塑料品种。一般酚醛料比环氧、环氧酚醛、不饱和聚酯等料要大,其中不饱和聚酯料收缩最小。其它影响收缩的因素是塑件形状及壁厚,厚壁那么收缩大,塑料中所含填料及玻纤量大那么收缩小,挥发物含量大那么收缩也大,成形压力大,装料量大那么收缩小,热脱模比冷脱模的收缩大,固化缺乏收缩大,当加压时机及成形温度适当,固化充分而均匀时那么收缩小。同一塑件其不同部位的收缩也各不相同,尤其对薄壁塑件更为突出。一般收缩率为0-0.3%， 而0.1-0.2%的那么居多,收缩大小还与模具结构有关,总之选择收缩时应综合考虑。 3、压缩比增强料的比容,压缩比都较一般压塑料大,预混料那么更

26、大,因此在模具设计时需取较大的装料室,同时向模内装料也较困难,尤其预混料更为不便,但如采用料坯预成形工艺那么压缩比就可显著减小。 装料量一般可预先估算，经试压后再作调整。估算装料量的方法可由如下四种： 1计算法装料量可按公式1-3计算： A = V G1+3-5%1-3 式中A-装料量克V-塑件体积cm3G-所用塑料比重克/cm33-5%-物料按发物、毛刺等损耗量补偿值 2形状简化计算法将复杂形状塑件简化成由假设干个简单形状组成,同时将尺寸也相应变更再按简化形状进行计算 3比重比拟法当按金属或其它材料的零件仿制塑件时,那么可将原零件的材料比重及重量与所选用的增强塑料比重之比求得装料量 4注型比

27、拟法用树脂或石蜡等浇注型材料注入模具型腔成形后再以此零件按比重比拟法求得装料量 4、物料状态增强料按其玻纤与树脂混合制成原料的方式可分为如下三种状态。 1预混料是将长达15-30mm的玻纤与树脂混合烘干而成,它比容大,流动性比预浸料好,成形时纤维易受损伤,质量均匀性差,装料困难,劳动条件差。适用于压制中小型、复杂形状塑料及大量生产时,不宜用于压制要求高强度的塑件。使用预混料时要防止料“结使流动性迅速下降。该料互溶性不良,树脂与玻纤易分头聚积。 2预浸料是将整束玻纤浸入树脂,烘干切短而成。它流动性比预混料差,料束间相溶性差,比容小,玻纤强度损失小,物料质量均匀性良好,装模时易按塑件形状受力状态进

28、行合理辅料,适用于压制形状复杂的高强度塑料。 3浸毡料是将切短的纤维均匀地铺在玻璃布上浸渍树脂而成的毡状料,其性能介于上述两者之间。适用压制形状简单,厚度变化不大的薄壁大型塑件。 5、硬化速度及贮存性增强塑料按其硬化速度可分为快速和慢速两种。快速料固化快,装料模温高,为适用于压塑小型塑件及大量生产时常用原料。慢速料适用于压制大型塑件,形状复杂或有特殊性能要求及小批量生产时,慢速料必须慎重选择升温速度,过快易发生内应力,硬化不匀,填充不良。过慢那么降低生产效率。所以模具设计时应预先了解所用料的要求。 各种料都有其允许贮存期及贮存条件。凡超期或贮存条件不良者都会导致塑料变质,影响流动性及塑件质量,

29、故试模及生产时都应注意。 二成 形 条 件 热固性增强塑料的成形条件见表1-7。 四模具设计考前须知 1、塑件形状及壁厚特别应考虑有利于料流畅通填充型腔,尽量防止尖角、缺口。 2、脱模斜度应取大,含玻璃纤维15%的可取1-2,含玻璃纤维30%的可取2-3。当不允许有脱模斜度时那么应防止强行脱模,宜采用横向分型结构。 3、浇注系统截面宜大,流程平直而短,以利于纤维均匀分散。 4、设计进料口应考虑防止填充缺乏,异向性变形,玻璃纤维分布不匀,易产生熔接痕等因素。进料口宜取薄膜,宽薄，扇形,环形及多点形式进料口以使料流乱流,玻璃纤维分散,以减少异向性,最好不取针状进料口,进料口截面可适当增大,其长度应短。 5、模具型芯、型腔应有足够刚性及强度。 6、模具应