【正文】 塑料的表面硬度都比較低 ， 故易受損傷；另外 ， 由于是絕緣體 ， 故帶有靜電 ， 因此容易沾染灰塵 。 ? （ 7） 尺寸穩(wěn)定性差 ? 與金屬相比 ， 塑料收縮率很高 ， 故難于保證尺寸精度 。 在使用期間受潮 、 吸濕或溫度發(fā)生變化時 ， 尺寸易隨時間發(fā)生變化 。 26 八 、 塑料的著色 ?著色劑 的應(yīng)用品種有： 干粉 （ 色粉 ）、 色種 、色母粒 、 液態(tài)色漿 等，分為 有機顏料 和 無機顏料 兩大類。著色劑需要具有以下良好的性能：著色力強、遮蓋力強、分散性（相容性）好、耐熱性好、耐光性好、耐遷移性好、耐溶劑性好、耐藥品性好、收縮率低等。隨著客戶對塑件顏色的要求越來越苛刻，色母?；蚶５膽?yīng)用越來越廣。 27 九 、 水口料的回收利用 ?一般熱塑性塑料的 水口料 均可回收利用，實驗證明水口料的添加比例在 25%以內(nèi)，對其塑料的性能（強度）影響不明顯（ 10%以下）。水口料的控制及回收利用是塑料工業(yè)的研究課題，熱流道模具的使用就是減少水口料的創(chuàng)舉。水口料的回收利用次數(shù)及比例，對塑料制品的顏色、強度等均有不同程度的影響， 生產(chǎn)時要嚴(yán)格控制添加水口料量 。 28 熱塑性樹脂的諸性質(zhì) 一 、 塑料的熱力學(xué)三態(tài) ? 在自然界中 ， 我們把物質(zhì)在常溫中的聚集狀態(tài)分成三種：即 氣態(tài) 、 液態(tài) 和 固態(tài) 。 ? 以非晶態(tài)線型高聚物為代表的高分子聚合物 ， 由于分子結(jié)構(gòu)的連續(xù)性 ， 以及其巨大分子量 ， 所以它們的聚集狀態(tài)不同于一般低分子化合物 ， 而是在不同的熱力條件下 ， 以其獨特的三種形態(tài)存在：即 玻璃態(tài) 、 高彈態(tài) 和 粘流態(tài) 。 29 ? 高分子聚合物是不存在 氣態(tài) 的 ，在受熱而可能氣化之前，分子結(jié)構(gòu)已受到徹底的破壞，成為低分子的氣化物質(zhì)或碳化物。 ? 高分子聚合物的 玻璃態(tài) 實際上是 固態(tài) 的一種表現(xiàn)形式，特點是在一定的溫度范圍內(nèi)，呈現(xiàn)出固態(tài)物質(zhì)普遍具有的性質(zhì)，在某些力學(xué)特性上類似于普通的玻璃。 ? 高分子聚合物的 粘流態(tài) 是一種獨特的“ 液態(tài) ”，在某個溫度范圍內(nèi)，具有既可以流動又有別于普通低分子液體的力學(xué)性質(zhì)。 ? 高分子聚合物的 高彈態(tài) 是介乎玻璃態(tài)和粘流態(tài)溫度范圍的獨有的形態(tài)。 30 ? 高分子聚合物和其他物質(zhì)一樣 ， 在特定的溫度 、壓力條件下都有一個相對穩(wěn)定的形態(tài) 。 比如 ， 在普通使用條件下 ， 可以將 有機玻璃 視為玻璃態(tài)的代表 ， 而將液體樹脂視為粘流態(tài)的代表 。 ? 當(dāng)外界溫度 、 壓力發(fā)生變化并達(dá)到某種水平時 ，高分子聚合物將改變原有的狀態(tài)而轉(zhuǎn)變成另外的狀態(tài) 。 注塑加工廠的任務(wù)就是提供這些變化的條件 ， 在加工過程中 ， 塑料原料 （ 以高分子聚合物為基體 ） 受溫度 、 壓力 、 剪切作用時 ， 其粘度 、物理結(jié)構(gòu) 、 形態(tài)等等都會出現(xiàn)變化 ， 其中以溫度影響最大 ， 這是塑料熱成型的理論依據(jù) 。 31 模量 剛性 溫 度 Tg Tm 非結(jié)晶性塑料的 Tg以及 Tm 模量 剛性 溫 度 Tg 結(jié)晶性塑料的 Tg 32 分解 玻璃態(tài) 高彈態(tài) 粘流態(tài) Tx 脆化溫度 Tg 玻璃化溫度 Tf 粘度溫度 Td 分解溫度 Tx Tg100 Tf160 Td280 溫度 （ ℃ ） 形 變 圖 A 聚苯乙烯 樹脂的三態(tài)變化 33 Tx 脆化溫度 Tm 熔點 Td 分解溫度 Tx Tm Td 溫度 （ ℃ ） 形 變 圖 B 聚乙烯 結(jié)晶型樹脂的三態(tài)變化 34 ? 非晶態(tài)線型高聚物在一定的壓力 、 不同溫度條件下 ，上述三種聚集態(tài)及其轉(zhuǎn)變條件如圖 A所示 ， 這是以相對形變率來表達(dá)的三態(tài)區(qū)間的劃分 。 圖中標(biāo)示的溫度為聚苯乙烯試樣的溫度 。 ? 高分子聚合物 ， 包括有結(jié)晶傾向的高聚物 ， 不管是熱塑性的還是熱固性的 ， 都有這樣類似的區(qū)間劃分 ，只是曲線的形狀各不相同 。 例如聚乙烯 、 聚丙烯等有結(jié)晶傾向的高聚物 ， 其形變曲線如圖 B所示 ， 這類高聚物在進(jìn)入熔點后即出現(xiàn)粘流態(tài) ， 粘度迅速下降 ，不可逆形變在整體中發(fā)生 。 在圖 A、 圖 B中形變曲線上有一個 脆化溫度 Tx， 低于這個溫度 ， 分子鏈段的自我振動被 “ 凍結(jié) ” 下來 ， 不可拉伸 、 扭轉(zhuǎn) ， 亦無法吸收和分散外力 。 在外力作用下 ， 鏈段很快斷裂 ，塑料制品將顯得象普通玻璃那樣易于擊碎 。 35 二、塑料三態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)和工藝特性 ? 玻璃態(tài) ?處于 玻璃態(tài) 下的塑料分子，鏈段運動基本上處于停止的狀態(tài)，分子在自身的位置上振動，分子鏈纏繞成團(tuán)狀或卷曲狀，相互交錯，紊亂無序。在玻璃態(tài)時分子的聚集狀態(tài)如下圖所示： 36 非結(jié)晶性材料的形態(tài) 非結(jié)晶性材料隨溫度變化的形態(tài) 37 結(jié)晶性材料的形態(tài) 結(jié)晶性材料隨溫度的變化形態(tài) 38 ? 當(dāng)受到外力作用時 ， 分子鏈段僅作瞬間微小伸縮和鍵角改變 。 整個塑料形體具有一定的 剛性 和 強度 （ 抗張強度 、 抗彎強度等 ） 。 在這種形態(tài)下 ，塑膠件可以被使用或進(jìn)行機械加工 （ 如：切削 、鉆孔 、 銑刨等 ） 。 ? 一般 非結(jié)晶形塑料 （ 如：聚苯乙烯 、 有機玻璃 、聚碳酸酯等 ） ， 其玻璃化溫度高于室溫 ， 我們可以將原料顆粒 、 定型了的制件視為 玻璃態(tài) 。 至于聚乙烯 、 聚丙烯等 “ 軟 ” 性塑料 ， 事實上也存在著 “ 硬 ” 性的玻璃態(tài) 。 這類塑料中的非結(jié)晶部分 ，玻璃態(tài)溫度比室溫低很多 （ 123～ 85℃ ） ， 在玻璃 39 態(tài)溫度以上處于高彈態(tài) ， 表現(xiàn)為 柔性 ， 而結(jié)晶部分熔點又比室溫為高 （ 137℃ ） ， 因晶格能的束縛 ，鏈段不能自由活動 ， 表現(xiàn)為 剛性 ， 所以也能作為具有固定形狀的塑料使用 。 ? 高彈態(tài) ? 處于高彈態(tài)下的塑料分子 ， 動能增加 ， 鏈段展開成網(wǎng)狀 ， 但分子的運動仍維持在小鏈段的旋轉(zhuǎn) ， 鏈與鏈之間不發(fā)生位置移動 。 受外力作用時可產(chǎn)生緩慢形變 ， 當(dāng)外力除去后 ， 又慢慢恢復(fù)原狀 。 在這種狀態(tài)下 ， 塑料具有一種類似橡膠的彈性 ， 所以又稱 橡膠態(tài) 。 通常稱為彈性或橡膠體的高聚物 ， 便是在室溫下處于高彈態(tài)的高聚物 。 40 ? 高彈態(tài)有兩個 特點 ： ? （ 1） 在較小作用力下可產(chǎn)生較大變形 ， 外力解除后能恢復(fù)原狀 。 ? （ 2） 高彈形變并非瞬間發(fā)生 ， 而是隨 時間 逐漸發(fā)展 。 與普通的彈性形變不同 ， 在同樣外力作用下 ，形變要延遲一段時間 才能完成 ， 而且形變量大 ，松弛性也較明顯 。 ? 塑料的高彈態(tài)其實只有在 熱加工 過程中才出現(xiàn) 。 41 加工溫度 使用溫度 Tg Tm 彈性模量 溫 度 塑料的使用溫度 、 加工溫度和彈性模量的關(guān)系 42 ? 粘流態(tài) ? 處于粘流態(tài)下的塑料分子 ， 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)已經(jīng)解體 ， 大分子鏈與鏈之間 ， 鏈段與鏈段之間都能夠自由移動 ?？梢哉f ， 這是塑料的 “ 液體 ” 存在的形式 ， 只是粘性大 ， 物理構(gòu)成不同 ， 力學(xué)性質(zhì)不同 。 當(dāng)給予外力時 ， 分子間很容易相互滑動 ， 造成塑性體的變形 ，除去外力便不再恢復(fù)原狀 。 ? 塑料熱成型過程可以這樣描述： 通過熱和力的作用 ，讓塑料從室溫的 玻璃態(tài) ， 經(jīng)歷 高彈態(tài) 轉(zhuǎn)變?yōu)?粘流態(tài) ，注射入具有一定形狀的封閉模腔 ， 然后在模腔內(nèi)逐漸冷卻 ， 從粘流態(tài)轉(zhuǎn)回玻璃態(tài) ， 最后形成與模腔形狀一致的制品 。 43 ? 塑料只能在 粘流態(tài) 下才能注射充填成型，即是說，塑料的 加工溫度范圍 只能是 從粘流溫度（或結(jié)晶型塑料的 熔點 ）到分解溫度之間 。如果這個范圍寬，加工將比較容易，如果這個范圍窄，可選擇的加工溫度限制就大，加工就較為困難。前者以聚乙烯為代表，后者以聚氯乙烯為代表。經(jīng)常應(yīng)用的聚苯乙烯、 ABS等亦屬于范圍寬的一類，所以在設(shè)定注塑機料筒溫度時，能夠比較隨意；如果不需 考慮色粉對高溫的敏感性 ，溫度調(diào)高些或調(diào)低些，對生產(chǎn)影響不大。 44 ? 塑料在加熱料筒中經(jīng)歷的熱力學(xué)變化如圖 C所示： 進(jìn)料 出料 粘流態(tài) 高彈態(tài) 玻璃態(tài) 圖 C 塑料在加熱料筒中的三態(tài)變化 45 ? 從圖中可以看出 ， 在熱的作用下 ， 塑料是從玻璃態(tài)經(jīng)歷高彈態(tài)轉(zhuǎn)化為粘流態(tài) 。 正常的加工溫度應(yīng)保證這種轉(zhuǎn)化順利進(jìn)行 ， 從進(jìn)料段往前到射嘴段 ，溫度逐漸遞增 ， 如若破壞了這種遞增 ， 將使操作不穩(wěn)定 。 即使有時在實際生產(chǎn)中 ， 調(diào)校的射嘴溫度比其前段料筒溫度略低 ， 但前段料筒位置內(nèi)的料事實上已完全進(jìn)入粘流態(tài) ， 稍低溫度的射嘴起著保溫及出料均勻的作用 。 ? 塑料的 粘流態(tài) 溫度范圍有一定極限 ， 超過了這種極限 ， 即超過了 分解溫度 ， 塑料將產(chǎn)生 分解 ， 會破壞原來的化學(xué)結(jié)構(gòu) ， 成為低分子化合物 ， 甚至碳化 。 46 ? 有時噴嘴對空注射發(fā)出 爆鳴聲 ， 就是由于氣態(tài)低分子生成物從料筒內(nèi)的高壓突然轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪哼M(jìn)入大氣 ， 瞬間膨脹造成 。 這種現(xiàn)象的出現(xiàn) ， 說明料筒內(nèi) 部分 塑料不堪高溫或長時間受熱而發(fā)生了分解 。 ? 正常生產(chǎn)過程中的塑料，一般不會超過分解溫度，但如果料筒內(nèi)壁或螺桿損傷后有死角，造成長時間停滯或受到劇烈的擠壓剪切，就有可能發(fā)生分解，注塑出來的制件，往往帶有焰火狀黃斑。 47 三、塑料分子的取向 ?塑料成型加工過程中，有一個 取向 現(xiàn)象值得注意。我們先看一下塑料實際上是如何流入成型模具的，這將有助于了解塑膠表面和芯部 方向性 的產(chǎn)生原因。如下圖所示： 48 表層高度取向 速度分布 澆口 融體前端 拉伸造成的 外延取向?qū)? 模壁附近高剪切引起近表層取向 內(nèi)部剪切產(chǎn)生的芯部取向 松馳的聚合物 放大 強 強 弱 流動 塑料的方向性 型腔內(nèi)熔體流動的模型 49 ? 非晶態(tài)高聚物的 玻璃態(tài) 、 高彈態(tài) 和 粘流態(tài) 以及結(jié)晶型高聚物的非晶態(tài)部分 ， 在一定條件下 ， 會存在 分子取向 。 當(dāng)液體狀態(tài)下的塑料在注塑機中受力的作用下 ， 高速通過噴嘴及模具的流道時 ， 長線形的高分子會順著流動方向作相互平行的排列 ，一旦這些排列在塑料冷卻固化之前來不及消除而留在了固態(tài)塑料制件之中 ， 分子的取向及因此而形成的取向效應(yīng)便保持下來 。 ? 一般來說 ， 取向作用 會使制件的整體性遭受削弱 ，表現(xiàn)為塑件內(nèi)部各處的物理機械性能不均衡 。 由于分子排列的結(jié)果 ， 與分子鏈相垂直的方向 ， 強度將差于平行方向 。 顯然 ， 當(dāng)這種取向強烈時 ，制件很可能出現(xiàn) 翹曲變形 或開裂 。 50 ? 下表列舉了幾種常用塑料分子取向后其橫、直兩個方向上的抗張強度及伸長率的比較： 塑 料 抗張強度 (Mpa） 伸 長 率 （ %） 橫 向 直 向 橫 向 直 向 聚 苯 乙 烯 高沖擊聚苯乙烯 A B S 低壓聚乙烯 聚 碳 酸 酯 —— —— 51 ? 塑料的 取向 作用在有些制品上是比較容易注意到的 。如圖 D中 的透明 聚苯乙烯 圓形面蓋制品 ， 粗的直澆口設(shè)在中央 ， 由于注塑時起始射壓不高 ， 后來的塑料在較大的壓力梯度下緩慢進(jìn)入模腔 ， 造成分子輻射狀的取向排列 ， 加上 冷卻過程太快 ， 定向作用便被保留下來 。 結(jié)果 ， 經(jīng)過一段不長時間的使用或靜置 ， 機械強度的差異便以應(yīng)力破壞的方式暴露出來 ，從中央開始沿輻射方向出現(xiàn)眾多裂紋 。 圖 D 制件的輻射方向裂紋 注入澆口 龜裂紋 52 ? 圖 E是黑色的改性聚苯乙烯及聚苯乙烯共混料制件，在料流方向上出現(xiàn)一個彎曲位 A， 由于通道突然收縮變窄，塑料充盈時壓力梯度大， 分子取向作用大 ，當(dāng)注射接近結(jié)束發(fā)生輕微脹模時，熱熔料擠開基本冷固了的排列有序的分子鏈，于是出現(xiàn)了 A位置 應(yīng)力發(fā)白 的缺陷。 注入澆口 料流方向 A 圖 E 制件出現(xiàn)應(yīng)力發(fā)白現(xiàn)象 53 1注塑機料筒； 2樹脂注入模具 （ 實際上由主流道 、 澆口組成 ） ； 3模具 （ 型腔內(nèi)部 ） 4中心處流速較快的部分； 5沿模腔壁面而流速極慢的部分； 6取向而拉伸展開的樹脂分子； 7纏繞在一起的樹脂分子 1 2 3 4 5 6 7 取向 圖 F 注塑時發(fā)生的熔料流動引起的分子取向 （ 定向 作用 ） 54 ? 克服取向作用的一個途徑是采用較充分的注射條件（ 如：加快注射速度 ， 提高 料溫 和 模溫 ） ， 必要時讓制件在接近塑料軟化溫度下進(jìn)行 “ 退火 ” 。 ? 備注： 退火 是在低于 Tm而高于 Tg的溫度下 （ 一般