第七章塑料及加工工艺.pptx
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1、1,第七章 塑料及加工工艺,塑料作为一种具有多种特性的使用材料,在世界各国获得迅速的发展,其主要原因是塑料的原料广,性能优良(质轻、具有电绝缘性、耐腐蚀性、绝热性等),加工成型方便,具有装饰性和现代质感,而且塑料的品种繁多,价格比较低廉,广泛应用于仪器、仪表、家用电器、交通运输、轻工、包装等各个部门(图71)。据有关资料预测,到2010年世界塑料的产量将与钢铁产量相等,“以塑代钢”,“以塑代木”,使塑料迅速成为与钢铁、有色金属、无机非金属材料同步发展的基础材料。,2,第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,高分子聚合物又叫做高聚物,是由千万个原子彼此以共价键连接的大分子化合物。是
2、各种塑料、橡胶、纤维等有机非金属材料的总称。1高分子聚合物的特点 高分子具有和低分子截然不同的结构特征。归纳比较如下:,3,第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,(1)具有可分割性 低分子物质的分子不能用一般的机械方法把它分开,如果把它分开,其性质就发生了变化,成为另外的物质。而高分子则不然,因为它的分子很大,当用外力把分子拉断或切开变成两个分子后,高分子聚合物的性质一般没有明显的改变。高分子结构的这种特征称为可分割性。(2)具有弹性 所谓弹性是指材料形变的可恢复性。高分子聚合物在外力作用下发生形变,当外力解除,这种形变就可以恢复到原状。弹性是高分子聚合物重要的特性之一。,4,
3、第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,(3)具有可塑性. 高分子聚合物受热达到一定温度后,先是经过一个较长的软化过程,而后才能变为粘流状态。这是由于高分子聚合物是由很长的大分子链所构成,当链的某一部分受热时,须经过一定的时间和温度间隔,整个大分子链才会变软,这时高分子聚合物具有可塑性。这一特点对聚合物的加工成型十分重要。(4)具有绝缘性. 高分子聚合物对电、热、声具有良好的绝缘性能。从结构上看这是因为高分子化合物大都是有机化合物,分子中的化学键都是共价键,不能电离,因此不能传递电子;又因为大分子链呈蜷曲状态,互相纠缠在一起,在受热、受声作用之后,分子不易振动起来,因而它对热、声
4、也具有绝缘性。,5,第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,2高分子聚合物的组成和结构 (1)高分子聚合物的组成 高分子聚合物虽然分子量很大,但化学组成比较简单,都是由简单的结构单元以重复的方式连接而成,例如,聚乙烯是由乙烯单体聚合而成,可以写作(CH2-CH2)n。它是由许多结构单元 (CH2-CH2)重复连接的,这种重复结构单元称为“链节”,重复的次数称为“聚合度”。聚合度和高分子的分子量有如下关系:M=mn M 高分子的分子量; n 高分子的聚合度; m 链节的分子量。,6,第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,(2)高分子聚合物的结构 高分子聚合物的结构包
5、括分子链结构和聚集态结构。分子链结构通常分为线型结构、枝链型结构和网型结构。线型结构的高分子在拉长或低温下易呈直线形状,而在较高温度下或稀溶液中,则易成蜷曲形状,如图72(a)和图72(b)。这种长链形状分子的特点是可溶和可熔。它可以溶解在一定的溶剂中,而加热时又可以熔化。基于这一特点,线型分子易于加工,可以反复使用;枝链型结构的高分子好象一根“节上生枝”的树干一样,如图7-2(c)。它的性质和线型结构基本相同;网型结构的高分子是在长链大分子之间有若干支链把它们交联起来,构成一种网似的形状,如图7-2(d)。如果这种支链向空间伸展的话,便得到体型大分子结构。这种聚合物在任何状况下都不熔化,也不
6、溶解。,7,第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,8,第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,3 高分子聚合物的分类 聚合物的种类非常繁多,品种更是数不胜数,可以按照不同的原则,或不同的角度把聚合物加以分类,见表7-1,9,第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,10,第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,4高分子聚合物的力学状态 随着温度的变化,聚合物可以呈现不同的力学状态。在应用上,材料的耐热性(变形或变质温度),耐寒性(变硬或易脆裂的温度)有着重要意义,而热性能取决于大分子的分子结构及聚集态结构。由于温度和聚合物形变的关系能比较
7、全面的反映高分子运动的状态,因此通过形变一温度曲线和特征温度的讨论,可了解热性能与结构的关系。在线型聚合物中,由于链段热运动程度不同,一般可出现三种不同的力学状态:玻璃态、高弹态和粘流态,见图73。,11,12,第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,(1)玻璃态 玻璃态相当于小分子物质的固态。在玻璃态时由于温度较低,大分子链和链段都不能产生运动。在外力的作用下,只能使大分子中的原子作轻微的振动,从而产生较小的可逆形变,如图74所示。,13,第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,(2)高弹态 随着温度继续增加,到达玻璃化温度时,聚合物进入高弹态。分子链段获得足够的
8、能量而发生运动产生较大的形变高弹形变,这种形变具有可逆性,如图7-5所示。在常温下处于高弹态的聚合物,可作为弹性材料使用。,14,第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,(3) 粘流态 当温度继续增加达到软化温度时,聚合物进入粘流态,整个大分子链开始运动,产生相对滑移,形成很大的形变,这种形变具有不可逆性,如图7-6所示。聚合物的粘流态不同于玻璃态和高弹态,它不是一种使用状态,而是工艺状态。,15,第七章 塑料及加工工艺 7.1高分子聚合物的基本知识,综上所述,聚合物在各状态的力学行为特征和分子机理如表7-2所示。,16,第七章 塑料及加工工艺 7.2 塑料的基本特性,1. 塑料
9、的组成 (1)合成树脂 人工合成的高分子化合物,是塑料的基本原料,起着胶粘作用,能 将其他组分胶结成一个整体。并决定塑料的基本性能。 (2)添加剂 添加剂的加入,可改善塑料的某些性能,以获得满足使用要求的塑 料制品。 a. 填料 提高塑料的机械性能、耐热性能和电性能。同时降低成本, 通常填料的加入量为40一70。主要是一些在塑料配方 中相对呈惰性的粉状材料或纤维材料。 b. 增塑剂改进塑料的可塑性、柔软性,降低其刚性和脆性,并使塑 料易于加工成型。,17,第七章 塑料及加工工艺 7.2 塑料的基本特性,c. 稳定剂防止塑料在加工和使用过程中,因受热、氧气和光线作用而 变质、分解,以延长塑料的使
10、用寿命。稳定剂在塑料成型过 程中应不分解,应耐水、耐油、耐化学腐蚀,并易与树脂混 溶。 d. 润滑剂提高塑料在加工成形中的流动性和脱模性。润滑刑还可以使 塑料制品的表 面光亮美观。 e. 着色剂使塑料具有一定的色彩,以满足使用要求。 f. 固化剂与树脂起化学作用,形成不溶不熔的交联网状结构。为得到 热固性塑料,则须加入固化剂。 g. 其他添加剂有的塑料制品使用中因摩擦产生静电,这种静电积蓄不 散会影响制品 的使用安全性,同时也易吸尘、沾污,并影响 外观,对此类塑料须加入抗静电剂。其他如发泡剂、阻燃 剂、荧光剂等,则根据塑料制品的需要而添加。,18,第七章 塑料及加工工艺 7.2 塑料的基本特性
11、,2. 塑料的分类 塑料按热行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。 (1)热塑性塑料:在特定温度范围内受热软化(或熔化),冷却后 硬化,并且能多次反复,其性能也不发生显著 变化的塑料。常见的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙 稀、聚氯乙烯、ABS、聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜。(2)热固性塑料:在一定温度压力下或在固化剂、紫外光等条件 作用下固化生成不溶不熔性能的塑料。常见的热固 性塑料有:酚醛塑料、环氧塑料、氨基树脂、有机 硅塑料等。,19,第七章 塑料及加工工艺 7.2 塑料的基本特性,塑料按其应用可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。 (1)通用塑料:一般是指使用广泛,产量大,用途多,价格低廉 的塑料,如聚乙
12、烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、 酚醛树脂及氨基树脂等。 (2)工程塑料:工程塑料通常是指性能优良,能承受一定外力作用 和具有较高的机械强度,适用作工程材料或结构材 料的塑料,如聚酰胺、聚碳酸a:、ABS、聚甲醛、 聚砜、聚苯醚等。 (3)特种塑料:特种塑料又称功能塑料,是指具有特殊功能,能满 足特殊使用要求的 塑料,如医用塑料、导电塑料等。,20,第七章 塑料及加工工艺 7.2 塑料的基本特性,3塑料的一般特性 (1) 塑料质轻,比强度高(比强度是指强度与密度的比值) ,一般塑料 密度在0.9-2.3gcm3之间,聚乙烯、聚丙烯的密度最小,约为 0.9 gcm3,最重的聚四氟乙烯的密度不超过
13、2.3gcm3。表7-3 所列为几种金属与塑料的比强度。(2) 多数塑料制品有透明性,并富有光泽,能着鲜艳色彩大多数塑 料可制成透明或半透明制品,可以任意着色,且着色坚固,不 易变色。表7- 4是各种塑料的透光率与玻璃比较。(3) 优异的电绝缘性。大多数塑料在低频低压下具有良好的电绝缘 性能,有的即使在高频高压下也可以作电器绝缘材料或电容介 质材料。(4) 塑料的导热率极小,只有金属的16001200,泡沫塑料的 导热率与静态空气相当,被广泛用作绝热保温材料或建筑节能、 冷藏等绝热装置材料。,21,22,第七章 塑料及加工工艺 7.2 塑料的基本特性,(5) 耐磨、自润滑性能好。大多数塑料具有
14、优良的减磨、耐磨和自润滑 特性,可以在无润滑条件下有效工作。(6) 塑料有耐化学药品性,多数塑料对一般浓度的酸、碱、盐等化学药 品具有良好的耐腐蚀性能,其中最突出的是聚四氟乙烯。连“王水” 也不能腐蚀,是一种优良的防腐蚀材料。(7) 塑料成型加工方便,能大批量生产。塑料通过加热、加压可塑制成 各种形状的制品,易进行切削、焊接、表面处理等二次加工,精加 工成本低,用塑料制品代替金属制品,可以节约大量金属材料。缺点:塑料不耐高温,低温容易发脆。燃烧时放出有毒气体。塑料制品易变形。塑料有“老化”现象。,23,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性,塑料成型加工的方法大体可分为三种:1. 处于
15、玻璃态的塑料,可以采用车、铣、钻、刨等机械加工方法和电镀、 喷涂等表面处理方法。2. 当塑料处于高弹态时,可以采用热压、弯曲、真空成型等加工方法。3. 把塑料加热到粘流态,可以进行注射成型、挤出成型、吹塑成型等加工。 塑料成型方法的选择取决于塑料的类型(热塑性或热固性)、特性、始状 态及制成品印结构、尺寸和形状等。,24,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,1注射成型 注射成型又称注塑成型,是热塑性塑料的主要成型方法之一。其原理是利用注射机中螺杆或柱塞的运动,将料筒内已加热塑化的粘流态塑料用较高的压力和速度注入到预先合模的模腔内,冷却硬化后成为所需的制品。,25,注
16、射机种类,26,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,注射成型方法有以下优点:能一次成型出外形复杂、尺寸精确和带嵌件的制品;可以极方便的利用一套模具,成批生产得尺寸、形状、性能完全相同的产品;生产性能好,成型周期短,一般制件只需3060秒可成型,而且可实现自动化或半自动化作业,具有较高的生产效率和技术经济指标。图7 11为采用一次性注射成型的塑料椅。,27,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,2挤出成型 挤出成型又称挤塑成型,主要适合热塑性塑料成型,也适合一部分流动性较好的热固性塑料和增强塑料的成型。其原理是利用机筒内螺杆的旋转运动,使熔融
17、塑料在压力作用下连续通过挤出模的型孔或口模,待冷却定型硬化后而得各种断面形状的制品。,28,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,3压制成型 压制成型主要用于热固性塑料制 品的生产,有模压法和层压法两 种。(1)模压成型:模压成型又称压塑成型。 其原理是将定量的塑料原料置于金 属模具内,闭合模具,加热加压, 使塑性原料塑化流动并充满模腔, 同时发生化学反应而固化成型,是 热固性塑料和增强塑料成型的主要 方法,部分热塑性塑料的成型也可 采用此法,,29,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,(2)层压成型将浸渍过树脂的片状材料叠合至所需厚度后放
18、入层压机中,在一定的温度和压力下使之粘合固化成层状制品,如图7-15所示。分为连续式层压成型和间歇式层压成型。层压成型制品质地密实,表面平整光洁,生产效率高。多用于生产增强塑料板材管材棒材和胶合板等层压材料。,30,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,4吹塑成型 用挤出、注射等方法制出管状型坯,然后将压缩空气通入处于热 塑状态的型坯内腔中,使其膨胀成为所需形状的塑料制品。分薄 膜吹塑和中空吹塑成型。用于制造塑料薄膜、中空塑料制品(如: 瓶子、包装桶、油箱、玩具等)。 (1)薄膜吹塑 薄膜吹塑成型是将熔融塑料从挤出机机头口模的环行间隙中呈 圆筒形薄管挤出,同时从机头中
19、心孔向薄管内腔吹入压缩空气, 将薄管吹胀成直径更大的管状薄膜(俗称泡管),冷却后卷取。薄 膜吹塑成型主要用于生产塑料薄膜。图7-16为薄膜吹塑成型示 意图。,31,32,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,(2)中空吹塑,33,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,(3)压延成型. 利用一对或数对相对旋转的加热辊筒,将热塑性塑料塑化并延展成一定厚度 和宽度的 薄型材料,如图720所示。压延成型产品质量好,实产能力大, 多用于生产塑料薄膜、薄板、片材及人造革、壁纸、地板革等。,34,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工
20、艺,(4)滚塑成型 把粉状或糊状塑料置于模具中,加热并沿两垂直轴旋转模具,使模内物料熔融并均匀散布到模腔表面,经冷却脱模而得制品,如图7 21所示。滚塑成型所用模具及设备成本低,可同时生产多个制件,但生产效率较低。多用于生产各种形状的中空塑料制件,加大型容器、汽车零部件、玩具等。,35,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,(5)铸塑成型 铸塑成型又称浇铸成型。将加有固化剂和其他助剂的液态树脂混合物料倒八成型模具中,在常温或加热条件下使其逐渐固化而成为具有一定形状的制品,如图7-22所示。铸塑成型工艺简单,成本低,可以生产大型制件,适用于流动性大而又有收缩性的塑料,如
21、有机玻璃、尼龙、聚氨酯等热塑性塑料和酚醛树脂、不饱和聚酯、环氧树脂等热固性塑料成型采用,36,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,(6)搪塑成型 将配置好的塑料糊注入预热的阴模中,使整个模具内壁均为该糊所湿润附着,待接触模壁的部分糊料胶凝时,倒出多余的未胶凝糊料,将模具加热使其中印糊料层完成胶凝,经冷却脱模而得制件。多用于生产中空软质塑料制品。(7)醮涂成型 将醮涂用的预热阳模浸入配置好的塑料糊料或粉料内,一段时间后慢慢提起阳模,阳模表面便均匀地附上一层塑料,经过热处理和冷却,从阳模上可剥下中空的成型制件。用粉末物料醮涂时,先将粉末物料变为沸腾状态,再将加热的阳模浸
22、入,此法称为硫化床醮涂法。多用来制作防护手套、把手、玩具、柔性管等。,37,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,(8)流延成型 流延成型是生产薄膜的方法之一。将流动性好的塑料糊料均匀地流布在运行的载体(如金属滚筒或传送带)上,随即用适当方法将其固化、干燥,然后从载体上剥取薄膜。此法模具成本低,产品表面光洁,适合小批量产品的生产。 (9)传递模塑成型 传递成型又称传递压铸成型,热固性塑料的成型方法之一。将热固性塑料原料在加料腔中加热熔化。然后加压注入成型模腔中使其固化成型,如图7-23所示。传递模塑成型与模压成型相似,但又具有注射成型的特点,如制品尺寸精礁,生产周期短
23、,所用模具结构复杂(设有浇口和流道),适合生产形状复杂和带嵌件的制品。多用于酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料等热固性塑料成型。,38,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,39,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的成型工艺,(10)手糊成型 手糊成型是增强塑料成型方法之一,以手工作业为主。 工艺流程: 在涂有脱模剂的模具上均匀地刷一层树脂,再将按要求剪裁成一定形状的 片状增强材料(如纤维增强织物),铺贴到模具上,然后再涂刷树脂,再铺 贴增强材料,如此重复直至达到所需厚度和预定形状,然后和热固化,脱 模目口得制品,如图724所示。成型时要求铺贴平整、无皱折
24、,涂刷树 脂要均匀浸透织物层并排出气泡。手糊成型工艺简单、操作方便,不需专 用设备,适用性强,不受形状和尺寸限制,但制品精度低,劳动条件差、 效率低。多用来制作大型物品,也是制作玻璃钢模型的主要方法。,40,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的二次加工,1塑料机械加工 塑料机械加工包括锯、切、车、铣、磨、刨、钻、喷砂、抛光、螺 纹加工等。塑料的机械加工与金属材料的切削加工大致相同,仍可 沿用金属材料加工的一套切削工具和设备。 注意: 塑料的导热性很差,加工中散热不良,一旦温度过高易造成软化发 粘、以至分解烧氟制件的回弹性大,易变形,加工表面较粗糙,尺 寸误差大;加工有方向性的
25、层状塑料制件时易开裂、分层、起毛或 崩落。,41,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑料的工艺特性 塑料的二次加工,2. 塑料热成型 将塑料板材(或管材、棒材)加热软化进行成型的方法。 主要成型方法有模压热成型(图728)和真空成型(图729)。 a. 热成型:方法适用范围广,多用于热塑性塑料、热塑性复合材料的成型。b. 真空成型:又称真空抽吸成型,是将加热的热塑性塑料薄片或薄板置于 带有小孔的模具上,四周固定密封后抽取真空,片材被吸附 在模具的模壁上而成型,脱模后即得制品。阳模真空成型(图730(a);贴合在阴模上的阴模真空成型(图730(b)。,42,43,第七章 塑料及加工工艺 7.3 塑
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- 第七 塑料 加工 工艺
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