塑料成型工艺及模具设计第一章.ppt
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1、 塑料成型工艺及模具设计塑料成型工艺及模具设计 xxxxxxxxxx机械工业出版社“十一五”国家级规划教材“十一五”国家级规划教材 1 1、本课件为了方便教师进行塑料模具教学而不以盈利为目的。、本课件为了方便教师进行塑料模具教学而不以盈利为目的。2 2、课件上绝大部分动画由张家界航空职业技术学院柏洪武老师、课件上绝大部分动画由张家界航空职业技术学院柏洪武老师制作,并授权本课件使用,动画所有权归柏洪武老师,未经其同制作,并授权本课件使用,动画所有权归柏洪武老师,未经其同意不得用于盈利性项目意不得用于盈利性项目,具体事宜请访问具体事宜请访问。3 3、本课件上大多数图片来自网络和其他图书,如有侵权,
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3、误及疏漏难以避免,敬请批评指正!联系人:王群;电子邮箱:联系人:王群;电子邮箱:课件使用说明课件使用说明 1.1 1.1 聚合物的结构和性能聚合物的结构和性能 1.2 1.2 聚合物的流变性质聚合物的流变性质 1.3 1.3 聚合物成型过程中的物理行为聚合物成型过程中的物理行为1.4 1.4 聚合物成型过程中的化学行为聚合物成型过程中的化学行为1.5 1.5 塑料组成、分类与用途塑料组成、分类与用途1.6 1.6 塑料成型工艺性能塑料成型工艺性能第1章 塑料成型基础知识 塑料的概念塑料的概念 塑料是以塑料是以高分子聚合物高分子聚合物为主要成分,加入一定量为主要成分,加入一定量添添加剂加剂而组成
4、的一种混合物。而组成的一种混合物。1.1 聚合物的结构和性能 将低分子化合物将低分子化合物单体单体转变成高分子物质的过程叫做转变成高分子物质的过程叫做聚合反应,单体经过这种化学反应之后,其原子便以共聚合反应,单体经过这种化学反应之后,其原子便以共价键的方式相结合,形成高分子结构。价键的方式相结合,形成高分子结构。1.1.1 聚合物高分子的形成1.1 聚合物的结构和性能 1.聚合物的长链结构聚合物的长链结构 组成聚合物的高分子呈链状结构,其链状结构有以下组成聚合物的高分子呈链状结构,其链状结构有以下三种类型:三种类型:1.1.2 聚合物高分子的结构1.1 聚合物的结构和性能 线型高分线型高分子子
5、支链型高支链型高分子分子体型高分体型高分子子 2.聚合物的聚集态结构聚合物的聚集态结构 高分子聚合物的聚集态结构是高分子聚合物的聚集态结构是指聚合物分子链之间的排列和堆砌结构,分三类:指聚合物分子链之间的排列和堆砌结构,分三类:1.1.2 聚合物高分子的结构1.1 聚合物的结构和性能 非晶态非晶态晶态晶态部分晶态部分晶态 1.1.3 聚合物高分子的物理状态、力学及加工适应性1.非结晶高聚物的温度、力学状态及成型加工的关系非结晶高聚物的温度、力学状态及成型加工的关系1.1 聚合物的结构和性能 图1-3 聚合物物理状态与温度的关系线型非结线型非结晶聚合物晶聚合物线型结晶线型结晶聚合物聚合物 1.1
6、.3 聚合物高分子的物理状态、力学及加工适应性1.非结晶高聚物的温度、力学状态及成型加工的关系非结晶高聚物的温度、力学状态及成型加工的关系1.1 聚合物的结构和性能 1.1.3 聚合物高分子的物理状态、力学及加工适应性2.线性结晶聚合物的物理状态、力学性能及加工状态线性结晶聚合物的物理状态、力学性能及加工状态1.1 聚合物的结构和性能 图1-3 聚合物物理状态与温度的关系相对分子质量相对分子质量较低(较低(TmTf)相对分子质量相对分子质量较高(较高(TmTf)1.成型过程中的应力和应变成型过程中的应力和应变 2.聚合物变形流动时的粘弹性质聚合物变形流动时的粘弹性质 3.塑料变形的滞后效应与松
7、弛塑料变形的滞后效应与松弛 1.2.1 聚合物的粘弹性质1.2 聚合物的流变性质 1.牛顿型流体牛顿型流体 1.2.2 聚合物的流动规律1.2 聚合物的流变性质 图1-3 聚合物物理状态与温度的关系 2.非牛顿型流体非牛顿型流体 1.2.2 聚合物的流动规律1.2 聚合物的流变性质 稠度系数稠度系数 非牛顿指数非牛顿指数 非牛顿流体聚合物熔体的表观黏度(或非牛顿黏度)非牛顿流体聚合物熔体的表观黏度(或非牛顿黏度)2.非牛顿型流体非牛顿型流体 1.2.2 聚合物的流动规律1.2 聚合物的流变性质 3.影响高分子聚合物黏度的因素影响高分子聚合物黏度的因素1.2.2 聚合物的流动规律1.2 聚合物的
8、流变性质 温度温度增塑剂或溶剂增塑剂或溶剂填充剂填充剂相对分子量相对分子量压力压力 1.聚合物熔体的弹性类型聚合物熔体的弹性类型(1)剪切弹性)剪切弹性 成型物料所受的切应力与其发生的剪切弹成型物料所受的切应力与其发生的剪切弹性变形的比称为剪切弹性模量,简称性变形的比称为剪切弹性模量,简称“切变模量切变模量”。1.2.3高分子聚合物的弹性1.2 聚合物的流变性质(2)拉伸弹性)拉伸弹性 成型物料所受的拉应力与其发生的拉伸弹成型物料所受的拉应力与其发生的拉伸弹性变形的比称为拉伸弹性模量。性变形的比称为拉伸弹性模量。2.聚合物熔体流动过程中的弹性行为聚合物熔体流动过程中的弹性行为(1)端末效应)端
9、末效应 在导管入口和出口端出现的与聚合物熔体弹性行为有紧在导管入口和出口端出现的与聚合物熔体弹性行为有紧密联系的现象称为入口效应和出口膨胀效应合称为端末效密联系的现象称为入口效应和出口膨胀效应合称为端末效应。应。(2)不稳定流动和熔体破裂现象)不稳定流动和熔体破裂现象 1)分子结构)分子结构 2)温度)温度 3)流道结构)流道结构 1.2.3高分子聚合物的弹性1.2 聚合物的流变性质 1.浇口和型腔对熔体充型流动的影响浇口和型腔对熔体充型流动的影响 1.2.4聚合物熔体的充型流动1.2 聚合物的流变性质 浇口的横截浇口的横截面高度和型面高度和型腔的深度相腔的深度相差很大差很大(高速(高速)浇口
10、的横截浇口的横截面高度和型面高度和型腔的深度相腔的深度相差不大差不大(中速)(中速)浇口的横截浇口的横截面高度和型面高度和型腔的深度接腔的深度接近近(低速)(低速)2.扩张流动充型与熔接痕扩张流动充型与熔接痕(1)充型运动过程的三个典型阶段)充型运动过程的三个典型阶段 1)前锋料流呈辐射状流动的起始阶段前锋料流呈辐射状流动的起始阶段2)前锋料流呈圆弧状的过渡阶段前锋料流呈圆弧状的过渡阶段3)以黏流性熔膜为前锋料头的匀整运动主阶段。以黏流性熔膜为前锋料头的匀整运动主阶段。(2)溶接痕)溶接痕 当熔体在型腔中流动的过程中遇到型芯和嵌件等障碍物当熔体在型腔中流动的过程中遇到型芯和嵌件等障碍物时,则熔
11、膜将被分成两股,最终在两股料流的汇合处产生时,则熔膜将被分成两股,最终在两股料流的汇合处产生熔接痕。熔接痕。1.2.4聚合物熔体的充型流动1.2 聚合物的流变性质 仅仅靠加热的方式来提高熔体的流动性往往会造成局部仅仅靠加热的方式来提高熔体的流动性往往会造成局部熔体的过热,从而导致聚合物的分解。一般将加热升温与熔体的过热,从而导致聚合物的分解。一般将加热升温与增加熔体的摩擦生热结合起来才能获得比较满意的效果。增加熔体的摩擦生热结合起来才能获得比较满意的效果。过分加大冷却速度也会由于塑件各部分由于冷却速度相过分加大冷却速度也会由于塑件各部分由于冷却速度相差太大而造成很大的内应力。差太大而造成很大的
12、内应力。结晶型聚合物在受热转变成熔体的过程中会因为要吸收结晶型聚合物在受热转变成熔体的过程中会因为要吸收结晶潜热,而比非结晶型聚合物要消耗更多的热量。结晶潜热,而比非结晶型聚合物要消耗更多的热量。1.3.1 聚合物的加热与冷却1.3 聚合物成型过程中的物理行为 1.聚合物的结晶现象聚合物的结晶现象(1)结晶的概念)结晶的概念(2)二次结晶和后结晶)二次结晶和后结晶(3)结晶速度和结晶度)结晶速度和结晶度 1)结晶速度)结晶速度 2)结晶度)结晶度 2.结晶对塑件质量的影响结晶对塑件质量的影响 通常结晶度大的塑件密度大,强度、硬度高,刚度、通常结晶度大的塑件密度大,强度、硬度高,刚度、耐磨性好,
13、耐化学性和电性能好;结晶度小的塑料,柔软耐磨性好,耐化学性和电性能好;结晶度小的塑料,柔软性、透明性较好,伸长率和冲击韧度较大。性、透明性较好,伸长率和冲击韧度较大。1.3.2聚合物的结晶 1.3 聚合物成型过程中的物理行为 1.取向及其机理取向及其机理 聚合物高分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应聚合物高分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作用下形成的有序排列即称为取向(或定向)。力作用下形成的有序排列即称为取向(或定向)。取向的分类:取向的分类:在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的流动取向;在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的流动取向;由拉应力引起的取向方位与应力方向一致的拉伸取向。
14、由拉应力引起的取向方位与应力方向一致的拉伸取向。1.3.3聚合物的取向1.3 聚合物成型过程中的物理行为 2.影响取向的因素影响取向的因素 注射成型中,凡是能改变熔体流动速度梯度和熔体停注射成型中,凡是能改变熔体流动速度梯度和熔体停止流动后在玻璃化温度以上的停留时间等因素都会影响聚止流动后在玻璃化温度以上的停留时间等因素都会影响聚合物的取向程度和分布。合物的取向程度和分布。(模温、塑件壁厚、注射压力、保压时间、浇口模温、塑件壁厚、注射压力、保压时间、浇口)3.取向对聚合物性能的影响取向对聚合物性能的影响 聚合物会呈现出明显的各向异性,沿着取向方向力学性聚合物会呈现出明显的各向异性,沿着取向方向
15、力学性能显著提高,与取向方向垂直的方向力学性能显著下降。能显著提高,与取向方向垂直的方向力学性能显著下降。1.3.3聚合物的取向1.3 聚合物成型过程中的物理行为 残余应力是由塑料在型腔内流动和冷却的过程中产生的。残余应力是由塑料在型腔内流动和冷却的过程中产生的。残余流动应力:在注射和保压阶段,塑料受到不均衡残余流动应力:在注射和保压阶段,塑料受到不均衡的剪切和正应力作用,产生了隐藏在塑件内部的残余应力。的剪切和正应力作用,产生了隐藏在塑件内部的残余应力。温度残余应力:由于注射型腔内快速的不均匀冷却固温度残余应力:由于注射型腔内快速的不均匀冷却固化而产生的热应力。化而产生的热应力。1.3.4
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