【正文】 型 20 七 、 塑料的特性 ? 1． 塑料的 優(yōu)點(diǎn) ： ? （ 1） 易于加工 、 易于制造 （ 易于成型 ） ? 即使制品的幾何形狀相當(dāng)復(fù)雜 ， 只要能從模具中脫模 ， 都比較容易制作 。 ? （ 6） 既能制做 導(dǎo)電 部件 ， 又能制作 絕緣 產(chǎn)品 ? 塑料本身是很好的絕緣物質(zhì) ， 目前可以說沒有哪一種電氣制品不使用塑料的 。 ? （ 4） 易于受特殊溶濟(jì)及藥品的腐蝕 ? 一般來說 ， 塑料比較不容易受化學(xué)藥品的腐蝕 ， 但有些塑料 （ 如： PC、 ABS、 PS等 ） 這方面的性質(zhì)特別差；在一般情況下 ， 熱固性樹脂耐腐蝕性相當(dāng)強(qiáng) 。隨著客戶對(duì)塑件顏色的要求越來越苛刻，色母粒或拉粒的應(yīng)用越來越廣。 ? 高分子聚合物的 粘流態(tài) 是一種獨(dú)特的“ 液態(tài) ”，在某個(gè)溫度范圍內(nèi)，具有既可以流動(dòng)又有別于普通低分子液體的力學(xué)性質(zhì)。 ? 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 。 ? 一般 非結(jié)晶形塑料 （ 如：聚苯乙烯 、 有機(jī)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) 。 ? （ 2） 高彈形變并非瞬間發(fā)生 ， 而是隨 時(shí)間 逐漸發(fā)展 。如果這個(gè)范圍寬，加工將比較容易，如果這個(gè)范圍窄，可選擇的加工溫度限制就大，加工就較為困難。 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(zhǎng)時(shí)間受熱而發(fā)生了分解 。 顯然 ， 當(dāng)這種取向強(qiáng)烈時(shí) ，制件很可能出現(xiàn) 翹曲變形 或開裂 。 當(dāng)熔融溫度或施加的壓力所引起速度變化時(shí) ， 將對(duì)加聚物或 55 ? 縮聚物的熔融粘度產(chǎn)生影響 。 61 塑料熔體粘度對(duì)剪切速率的敏感度 序 號(hào) 塑 料 敏 感 度 1 ABS(最敏感 ) 對(duì)剪切的敏感 度依次降低 2 P C 3 PMMA 4 PVC 5 P A 6 P P 7 P S 8 LDPE(最不敏感 ) 62 ? 聚苯乙烯 （ PS） 之所以是最容易成型加工的樹脂，就是因?yàn)槟芎?jiǎn)單地通過提高熔融溫度，或通過提高熔融樹脂注入到模具時(shí)的速度（注射速度）的方法來降低其樹脂粘度。而且結(jié)晶化的 差異 越大，聚合物其拉伸特性的變化幅度也越大。此外，希望提高制品的結(jié)晶度時(shí)，也可以在這個(gè)溫度范圍中進(jìn)行處理。 ? 塑料的 蠕變 現(xiàn)象或 應(yīng)力松弛 現(xiàn)象常引起一些意外的事故 。 根據(jù)對(duì)樹脂內(nèi)部的觀察 ， 在低溫下保持不變的自由體積 （ 分子間的自由間隙 ） ， 一旦進(jìn)入玻璃化溫度后就會(huì)隨溫度升高而急劇增大 。 80 ? 吸水性及揮發(fā)物含量 ? 在熱塑性塑料中或多或少地含有水分及揮發(fā)物 ， 適量的水分有 增塑 的作用 。 無定型塑料的收縮率小于 1%，結(jié)晶型塑料的收縮率均超過 1%， 結(jié)晶性塑料注塑的制品 ， 具有 后收縮現(xiàn)象 ， 需在冷卻 24小時(shí)后進(jìn)行測(cè)量其尺寸 ， 精確度可達(dá) 。左右 （ 稍大于水 ） ， 稱為標(biāo)準(zhǔn)塑料 ， 流動(dòng)性好 ， 吸水率低 （ 小于%） ， 是一種易于成型加工的 透明 塑料 。左右 ， 分子中含有 5～ 15%橡膠成份 ， 其韌性比 PS提高了四倍左右 ，沖擊強(qiáng)度大大提高 ， 可做結(jié)構(gòu)性材料使用 （ 如：制品上可做扣位 、 柱位 ） ， 但易老化 。 收 縮 率（ %） ～ 149 苯乙烯 丙烯腈共聚物（ A S或 S A N） ? AS的性能： ? AS為丙烯腈－苯乙烯的共聚體 ， 也稱作 SAN， 密度 179。透明、無味、無毒、密度為 179。左右 ， 具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和良好 “ 豎 、 韌 、 鋼 ” 的綜合性能 。 ? （ 4） ABS采用 中等注射速度 啤貨效果好 (除非形狀復(fù)雜 、 薄壁制件需用較高的注射速度 )， 產(chǎn)品水口位易產(chǎn)生 氣紋 。 163 ?３ 、 PMMA的工藝特點(diǎn)： ? PMMA的加工要求較嚴(yán)格 ， 它對(duì)水份和溫度很敏感 ， 加工前要充分 干燥 ， 其熔體粘度較大 ， 需在較高溫度 （ 215～ 240℃ ） 和壓力下成型 ， 模溫在65～ 80℃ 較好 。 PE料吸水性小 ， 可不用干燥 。 收 縮 率（ %） ～ 171 聚 丙 烯（ P P） ? PP的性能： ? PP為 結(jié)晶型 高聚物 ， 密度僅為 (比水小 )，常用塑料中 PP最輕 。因?yàn)?PP的粘度隨著剪切速率的提高有明顯的降低 ，所以提高注射壓力和注射速度會(huì)提高其流動(dòng)性；若要改善收縮變形和凹陷，模溫宜控制在35～ 65℃ 范圍內(nèi)， PP的結(jié)晶溫度為 120～ 125℃ 。 PP的 缺點(diǎn) ：尺寸精度低 、 剛性不足 、耐候性差 ， 易產(chǎn)生 “ 銅害 ” ， 它具有 后收縮 現(xiàn)象 ，制品易老化 、 變脆和變形 。 在結(jié)晶過程中 ， 因收縮的 各向異性 ， 造成內(nèi)部應(yīng)力集中 ， PE制件易 變形 和 開裂 。 PE是一典型的 結(jié)晶型 高聚物且有后收縮 現(xiàn)象 。 ? ABS的加工條件： 干燥溫度（ ℃ ） 70～ 80 干燥時(shí)間約（ hr） 模具溫度（ ℃ ） 45～ 80 殘 料 量（ mm） 2～ 8 熔膠溫度（ ℃ ） 190～ 235 背 壓（ MPa） ９～ 1８ 注射壓力（ MPa） 90～ 140 鎖模力約（ ton/in2） 2～ 注 塑 速 度 中 等 回 料 轉(zhuǎn) 速 (rpm) 70～ 100 螺 桿 類 別 標(biāo) 準(zhǔn) 螺 桿（直 通 式 噴 嘴） 停 機(jī) 處 理 關(guān)料閘啤清即可 碎料翻用（ %） 20～ 30 161 ? ABS的模具制作： 合適壁厚（ mm） ～ 3 澆 口 設(shè) 計(jì) 大多數(shù)入水均可采用；可扁側(cè)入水、直接入水、扇形入水、潛水、薄膜入水、點(diǎn)水口可減少蛇紋。 ? （ 2） ABS樹脂的熔融粘度對(duì) 溫度 的 敏感性較低 (與其它無定型樹脂不同 )。 ? K料的工藝特點(diǎn)： ? K料的 吸水性低 ， 加工前可不用干燥 ， 如果 K料長(zhǎng)時(shí)間在濕度大的環(huán)境中敞開式存放 ， 則需干燥（ 65℃ 以下 ） ， 而且 流動(dòng)性好 ， 易于加工 ， 其加工溫度范圍較寬 ， 一般為 170～ 250℃ 之間 ， 不結(jié)晶 ，收縮率低 （ ～ %） 。 150 ? AS的工藝特點(diǎn)： ? AS加工溫度一般在 210～ 250℃ 為宜 。 其冷卻速度比 PS慢 ， 故需足夠的保壓壓力 、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間 。 ? PS的工藝特點(diǎn)： ? PS的熔點(diǎn)為 166℃ ， 加工溫度一般在 185～ 220℃ 為宜 ， 分解溫度約為 280℃ ， 故其加工溫度范圍較寬 。溫度指示控制儀上顯示的溫度并非料筒內(nèi)熔料的實(shí)際溫度，而是間接的、局部性的溫度。 82 常用塑料的含水量與干燥溫度 （實(shí)例） 塑 料 名 稱 允許含水分量（ %） 干 燥 溫 度（ ℃ ） 聚 乙 烯 71 聚苯乙烯 ～ 71～ 79 纖維素塑料 最高 65～ 87 聚氯乙烯 60～ 93 聚碳酸脂 最高 121 聚 丙 烯 71～ 82 酯類纖維塑料 76～ 87 尼 龍 ～ 71 83 ? 收縮率 ? 產(chǎn)生收縮率的主要 原因 有以下三個(gè)方面： ? A、 塑料具有比金屬大得多的熱收縮 （ 大一個(gè)數(shù)量級(jí) ， 約十倍 ） 。 ? 同一種類不同牌號(hào)的塑料的 流動(dòng)性 均不相同 ， 不同結(jié)構(gòu)的塑件對(duì)塑料的流動(dòng)性提出不同的要求 ， 塑料的流動(dòng)性與成型溫度和壓力等條件密切相關(guān) 。 例如 ， 在其他種類的樹脂表面上用熱塑性樹脂涂覆時(shí) ， 或把金屬和熱塑性樹脂組合在一起使用時(shí) ， 由于各自膨脹系數(shù)的不同 ，有時(shí)會(huì)造成彎曲 、 龜裂 、 松弛等問題 。 這種現(xiàn)象在鋼鐵 、 陶瓷或熱固性樹脂中是見不到的 ， 熱塑性樹脂之所以發(fā)生這種現(xiàn)象 ， 與線狀巨大分子隨時(shí)間順其應(yīng)力方向 滑移 有關(guān) 。 六 、 玻璃化溫度 ? 在熱塑性樹脂中有一個(gè) 玻璃化溫度 （玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn)）的現(xiàn)象，即：聚合物在隨溫度增高的過程中，在其熔融前會(huì)在某一溫度范圍內(nèi)處于既非固體又非粘性液體的 橡膠態(tài) ，我們把出現(xiàn)橡膠態(tài)的開始溫度 68 ? 稱為其 玻璃化溫度 （ Tg）。一般聚合物的實(shí)際結(jié)晶度比其固有的結(jié)晶度要低，因此， 其 結(jié)晶度 可以通過 熱處理或 提高模溫 的方法得到提高 。從圖 12可知，聚苯乙烯及各種聚乙烯樹脂的 熔體粘度隨速度的增加表現(xiàn)出急劇下降的傾向 ，而尼龍、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯及聚碳酸酯的熔體粘度則對(duì)速度不敏感。 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(gè)彎曲位 A， 由于通道突然收縮變窄，塑料充盈時(shí)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(shí)，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。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(qiáng) 強(qiáng) 弱 流動(dòng) 塑料的方向性 型腔內(nèi)熔體流動(dòng)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(huì)存在 分子取向 。 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 ?？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 。 受外力作用時(shí)可產(chǎn)生緩慢形變 ， 當(dāng)外力除去后 ， 又慢慢恢復(fù)原狀 。 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(yùn)動(dòng)基本上處于停止的狀態(tài)，分子在自身的位置上振動(dòng)，分子鏈纏繞成團(tuán)狀或卷曲狀，相互交錯(cuò)，紊亂無序。 ? 當(dāng)外界溫度 、 壓力發(fā)生變化并達(dá)到某種水平時(shí) ，高分子聚合物將改變?cè)械臓顟B(tài)而轉(zhuǎn)變成另外的狀態(tài) 。 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) 。 ? （ 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 。 ? 2． 塑料的 缺點(diǎn) ： ? （ 1） 耐熱性差 、 易于燃燒 ? 這是塑料最大的 缺點(diǎn) ， 與金屬和玻璃制品相比 ，其耐熱性遠(yuǎn)為低劣 ， 溫度稍高 ， 就會(huì)變形 ， 而且易于燃燒 。 ? 另外 ， 由于塑料質(zhì)量輕 ， 可節(jié)約能源 ， 故其制品亦日趨輕量化 。 ? 4． 玻璃化溫度 ★ ? 塑料由熔融可流動(dòng)溫度降低至固態(tài)時(shí)的溫度稱為 玻璃化溫度 ； 此時(shí)分子鏈段基本上不能運(yùn)動(dòng) ， 鏈節(jié)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)扣緊也很困難 ， 只有原子之間的少許移動(dòng)拉伸及有普通的彈性變形 ， 所以此時(shí)的塑料會(huì)有很大的 脆性 。 10 4． 按塑料的 透光性 分類 ? 一般分為 透明塑料 、 半透明塑料 和 不透明塑料 。 1． 按塑料的應(yīng)用領(lǐng)域分類 ? 一般分為 通用塑料 和 工程塑料 ： ? 通用塑料 只可作為一般非結(jié)構(gòu)性材料使用 ， 其產(chǎn)量大 、 價(jià)格相對(duì)低廉 、 性能一般 ， 多用于制做日用品 。 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(fù)原狀的性質(zhì) 。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(fù)原狀 ,這種性質(zhì)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(shí)所產(chǎn)生的可塑性 ，加工成各種形狀的 。（ 如 :PE、 PP、 PVC 、 PS 、 PMMA 、 EVA等 ） ? 工程塑料 是指具有較高力學(xué)性能及耐高溫 、 耐腐蝕 ，可以作為 結(jié)構(gòu)性 材料 ， 具有優(yōu)異的綜合性能 （ 包括：機(jī)械性能 、 電性能 、 耐熱性能 、 耐化學(xué)性能等 ） ，可在較寬闊的溫度范圍內(nèi)和較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi) 8 能良好地保持這種性能，并能在承受機(jī)械應(yīng)力和較為苛刻的化學(xué)、物理環(huán)境中長(zhǎng)期使用 。 ? 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 。 16 ? 5. 分解溫度 ★ ? 分