【正文】 工程塑料 ： ? 通用塑料 只可作為一般非結構性材料使用 ， 其產量大 、 價格相對低廉 、 性能一般 ， 多用于制做日用品 。一般塑料分子中都含有碳（ C ） 原子和氫（ H ） 原子，有的塑料分子結構中含有少量的氧（ O ）、 硫（ S ） 原子。 3 ? 所謂 可塑性 ， 是指象 黏土 那樣 ， 加力就變形 ， 而撤除外力之后不恢復原狀的性質 。1 塑膠性能與應用 主講人：吳遠華 2 塑 料 概 述 一 、 塑料的定義 ? 塑料 是一種具有 可塑性 的 人造 高分子 有機化合物 （ 樹脂 ） 。所謂 彈性 （ 彈力 ） ， 是指施加 一定程度 的力就變形 ， 但撤去所施加的力則恢復原狀 ,這種性質叫 彈性 （ 例如：橡膠 ） ， 具有彈性的物體叫做 彈性體 （ 如：松緊帶 ） ；塑料就是利用這種加熱時所產生的可塑性 ，加工成各種形狀的 。塑料的基本原料是低分子碳、氫化合物，它是從 石油 、 天然氣 或 煤裂解物 中提煉和合成出來的人造樹脂。（ 如 :PE、 PP、 PVC 、 PS 、 PMMA 、 EVA等 ） ? 工程塑料 是指具有較高力學性能及耐高溫 、 耐腐蝕 ，可以作為 結構性 材料 ， 具有優(yōu)異的綜合性能 （ 包括：機械性能 、 電性能 、 耐熱性能 、 耐化學性能等 ） ，可在較寬闊的溫度范圍內和較長的時間內 8 能良好地保持這種性能，并能在承受機械應力和較為苛刻的化學、物理環(huán)境中長期使用 。 無定型塑料是指分子形狀和分子相互排列不呈晶體結構 9 而呈 無序狀態(tài) 的塑料（如： ABS、 PC、 PVC、 PS、PMMA、 EVA、 AS等），非結晶性塑料在各個方向上表現(xiàn)的 力學特性 是相同的（ 各向同性 ） 。 ? 透光率在 88% 以上的塑料稱為 透明 塑料 （ 如： PMMA、 PS、 PC 、 Z聚酯等 ） ， 常用的 半透明 塑料有： PP、 PVC、 PE、 AS、 PET、 MBS、 PSF等 ，不透明 的塑料主要有： POM、 PA、 ABS、 HIPS、PBT、 PPO等 。 2） ℃ 的蒸餾水中 ， 經過 24小時 后所吸收的水份量；吸收水份以后影響其尺寸及形狀 ， 吸水率用重量表達時 ， 常以 %表示 。 16 ? 5. 分解溫度 ★ ? 分解溫度 是指塑料在受熱時大分子鏈斷裂時的溫度 ，同時是鑒定塑料耐熱性的指標之一；當熔料溫度超過分解溫度時 ， 大部分熔料會呈現(xiàn)發(fā)黃的顏色 ， 且制品的強度會大大降低 。 因而其效率遠勝于金屬加工 ， 特別是注塑成型制品 ， 經過一道工序 ， 即可制造出很復雜的成品 。 ? （ 4） 不生銹 、 不易腐蝕 ? 塑料一般都耐各種化學藥品的腐蝕 ， 不會象金屬那樣易生銹或受到腐蝕 。 但如果在塑料中填充金屬粉末或碎屑加以成型 ， 也可制成導電良好的產品 。 燃燒時多數(shù)塑料能產生大量的熱 、 煙和有毒氣體；即使是熱固性樹脂 ， 超過 200攝氏度也會冒煙 ， 并產生剝落 。 25 ? （ 5） 耐久性差 ， 易老化 ? 無論是強度 、 表面光澤或透明度 ， 都不耐久 ， 受負荷有蠕變現(xiàn)象 。 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 。 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，對其塑料的性能（強度）影響不明顯（ 10%以下）。 ? 以非晶態(tài)線型高聚物為代表的高分子聚合物 ， 由于分子結構的連續(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) 。 ? 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)。 注塑加工廠的任務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 、物理結構 、 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) 。 例如聚乙烯 、 聚丙烯等有結晶傾向的高聚物 ， 其形變曲線如圖 B所示 ， 這類高聚物在進入熔點后即出現(xiàn)粘流態(tài) ， 粘度迅速下降 ，不可逆形變在整體中發(fā)生 。在玻璃態(tài)時分子的聚集狀態(tài)如下圖所示： 36 非結晶性材料的形態(tài) 非結晶性材料隨溫度變化的形態(tài) 37 結晶性材料的形態(tài) 結晶性材料隨溫度的變化形態(tài) 38 ? 當受到外力作用時 ， 分子鏈段僅作瞬間微小伸縮和鍵角改變 。 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) 。 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) 。 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 。 當給予外力時 ， 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原狀 。前者以聚乙烯為代表，后者以聚氯乙烯為代表。 即使有時在實際生產中 ， 調校的射嘴溫度比其前段料筒溫度略低 ， 但前段料筒位置內的料事實上已完全進入粘流態(tài) ， 稍低溫度的射嘴起著保溫及出料均勻的作用 。 ? 正常生產過程中的塑料，一般不會超過分解溫度，但如果料筒內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。 當液體狀態(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便保持下來 。 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 。 注入澆口 料流方向 A 圖 E 制件出現(xiàn)應力發(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行 “ 退火 ” 。 圖 11和圖 12為各種樹脂的熔融粘度和溫度 、 壓力的關系 。圖 13中把熱塑性聚酯和聚丙烯作了比較，如在 100cm/S的低速度區(qū)域，當剪切速度改變時熱塑性聚酯的粘度幾乎不變，而 聚丙烯 樹脂的粘度則隨剪切速度的增加而急劇下降 。象 尼龍 含有官能團的樹脂其最佳成型溫度（實際的注射溫度）都在熔融溫度附近，而且其溫度可調范圍較小；由不活潑原子團組成的加聚物，其最佳成型溫度高得多，溫度可調范圍大，通過提高注射速度的方法等都可降低其熔體粘度，加聚物樹脂的特性通過多級注射速度的注塑機會得到更好的發(fā)揮。 65 結晶型聚合物的聚集態(tài)結構 ? 結晶度高的聚合物其強度增加、伸長率下降、體積減小。 66 熱塑性樹脂的結晶部分和非結晶部分的模型 纖維 薄膜 結晶部分 非結晶部分 微晶 球晶 結晶部分進 一步聚集 67 ? 結晶性較好的聚合物會因其結晶化的進行而產生體積收縮 ， 進而 影響其制品的尺寸穩(wěn)定性 。 在這個溫度范圍里聚合物的 熱膨脹 會突然變大，而且所發(fā)生的形變和橡膠不同，是 不可逆 的形變。 69 七、蠕變及應力松弛 ? 如果把一個由熱塑性樹脂制成的細長板的一端掛上重物 ， 在放置了一個較長的時間后 ， 就會發(fā)現(xiàn)板的長度在隨時間一點一點地增大 ， 而且即使把重物取下來 ， 板的長度也 不會再恢復 ， 我們把這種現(xiàn)象稱為 蠕變 。 ? 因此 ， 為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生 ， 就應該增加大分子和大分子之間的橫向束縛力 。 如把一個是凹形 ， 一個是凸形的兩個制品 ，強制壓在一起組合成 “ 子母扣配合 ” 的形式時 ， 由于是強制壓入 ， 在接合部兩制品必然要分別受到壓應力和拉應力的作用 ， 時間一長接合部就會松動而影響裝配品的繼續(xù)使用 。 而且 ， 把其制品作為機械零部件使用時 ， 也會因發(fā)生熱膨脹等引起尺寸變化 ， 造成配合不良等問題 。 塑件變形加工必須在 Tg溫度以上進行 ， 正是因為自由體積增大后分子易于運動 ， 所以有利于改變其形狀的加工 。 通常 ， 若流動性太大 ， 一方面會使熔料充填不緊密 ， 79 造成制品的疏松，影響產品質量；另一方面流動性太大，注塑件周邊容易出現(xiàn) 披鋒 （毛邊）、粘模及噴嘴 流涎 ，造成水口堵塞。 如果塑料中的水份及揮 ? 發(fā)物超過一定的比例時 ， 則會在注塑時出現(xiàn)很多問題 （ 如：降解 、 發(fā)霧 、 強度降低等 ） ， 嚴重時可產生氣泡 （ 銀紋 ） 、 表面粗糙 ， 對于透明制品透光性被破壞 （ 渾濁不清 ） 等不良現(xiàn)象 ， 對精密塑件很難保證其精度 。 ? B、 塑料制品在硬化后并非剛體 ， 在脫模后塑件有一定的彈性回復 。 84 類 別 塑 料 名 稱 成型收縮率（ %） 非增強 玻璃纖維增強 非 結 晶 性 塑 料 聚苯乙烯 ～ —— 苯乙烯 丁二烯共聚物（ SB） ～ —— 苯乙烯 丙烯腈共聚物（ SAN） ～ ～ ABS樹脂 ～ ～ 有機玻璃（ PMMA） ～ —— 聚碳酸酯 ～ ～ 硬聚氯乙烯 ～ —— 苯乙烯改性（ PPO） ～ ～ 聚 砜 ～ ～ 纖維素塑料 ～ —— 聚合物的成型收縮率 85 類 別 塑 料 名 稱 成型收縮率（ %） 非增強 玻璃纖維增強 結 晶 性 塑 料 聚 乙 烯 ～３ .8 —— 聚 丙 烯 ～ ～ 聚 甲 醛 ～ ～ 聚酰胺（尼龍 6） * ～ ～ 聚酰胺（尼龍 66） * ～ —— 聚酰胺（尼龍 610） * ～ —— 聚酰胺（尼龍 11） * ～ —— PET樹脂 ～ ～ PBT樹脂 ～ ～ 86 ? 塑料的加工溫度 ? 塑料的 加工溫度 就是達到粘流態(tài)的溫度 ， 加工溫度不是一個點而是一個 范圍 （ 從熔點到分解溫度之間 ） 。 ? 注塑成型前需了解的塑料性能 ? 每個注塑工作者在設定注塑工藝條件時 ， 需要徹底了解所用塑料的相關性能 ， 才能科學地設定工藝條件和分析注塑生產過程中出現(xiàn)的問題 。 其制品透光率達 88～ 91%， 著色力強 ， 硬度高 。PS料在加工前 ， 可不用干燥 ， 由于其 MI較大 、 流動性好 ， 流動阻力小 ， 故其注射壓力可低些 。 它也具有 PS易于成型加工 、 著色力強的優(yōu)點 ， HIPS制品為不透明性；HIPS吸水性低 ， 加工時可不需預先 干燥 。 成型周期會比 PS稍長一點 ，其加工溫度一般在 175～ 230℃ 為宜 。左右 ， 它不易產生內應力開裂 。 該料較易 吸濕 ， 加工前需干燥一小時以上 ， 其流動性比 PS稍差一點 ， 故注射壓力亦略高一些 ，模溫控制在 45～ 75℃ 較好 。左右（比 PS、 AS的低），耐沖擊性能比 AS高，透明性（ 88～ 90%）好，熱變形溫度為 77℃ ，耐化學性較差，易受油、酸、堿及活性強的有機溶劑侵蝕。 K料在高于 260℃ 時 ， 若熔料在料筒中停留時間長 （ 20分鐘以上 ） ， 會引致熱降解 ， 影響其透明度 ， 甚至會變色變脆 。 ABS是一種應用廣的工程塑料 ， 其品種多樣 ， 用途廣泛 ， 也稱 “ 通用工程塑料 ” ，（ MBS稱為透明 ABS） ， 易于成型加工 ， 耐化學腐蝕性差 ， 制品 易電鍍 。 ABS的注射溫度雖然比 PS稍高 ,但不能像 PS那樣有較寬松的升溫范圍 ,不能 159 用盲目升溫的辦法來降低其粘度 ,可用增加螺桿轉速或提升注射壓力 /速度的辦法來提高其流動性 。 ? （ 5） ABS成型溫度較高 ， 其模