第一章:塑料成型工艺设计.ppt
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1、任务一 选择与分析塑料原料,项目二 塑料成型工艺设计,一、 项目引入,某企业大批量生产塑料灯座,要求灯座具有足够的强度和耐磨性能,外表面无瑕疵、美观、性能可靠,要求设计一套成型该塑件的模具。通过本项目,完成对塑件材料的选择及对材料使用性能和成型工艺性能的分析。,图1-1 灯座二维图形,图1-2 灯座三维图形,二、相关知识,塑料是指以树脂为主要成份、加入添加剂,在一定温度和压力下具有塑性和流动性,可被模塑制成一定形状,且在一定条件下保持形状不变的材料。 组成:聚合物合成树脂(高分子有机物、简称高聚物,40 100%)和添加剂,天然树脂:橡胶、松香、虫胶、沥青等 1)树脂 合成树脂 :PE、PVC
2、、PP、PC、ABS、PA、PF等(P13页),聚合反应、缩聚反应,2)添加剂(辅助材料) 填充剂即填料(增量、改性)、稳定剂(防降解)、增塑剂(塑性、柔性、流动性)、润滑剂(防粘模、改善流动性和表面光泽)、着色剂(装饰美观)、发泡剂、增强材料。,1. 塑料的组成,图1-3 塑料原料,(一) 塑料的组成及性能,2塑料的通用性能,(一) 塑料的组成及性能,(1) 塑料的优良性能 1)密度小,重量轻,比强度和比刚度高 2)多种优良的机械性能 3)耐化学作用好 4)电绝缘、绝热、隔声性能好 5)成型和着色能力好 6)加工性能好 7)自润滑性好 (2)塑料的不足性能 1)机械强度低、2)尺寸精度低、3
3、)耐热温度低 另外,高温下容易降解和老化;导热性能较差;吸湿性大,容易发生水解老化;使用寿命短。,1高聚物的结构特点,(二)高聚物的结构,单个高分子结构,线型 支链型 网状,2聚合物分子链的聚集状态,(二)高聚物的结构,结晶型塑料 非结晶型塑料(线性无定型),结构,结晶造成分子的紧密聚集状态,增强了分子间的作用力,使聚合物的抗拉强度、硬度、熔点、耐热性和耐化学性提高;弹性模量、伸长率和冲击强度则降低,表面粗糙度值增大,而且还会导致塑件的透明度降低甚至丧失。,1. 按塑料的成型性能分类,(三)塑料的分类,(1) 热塑性塑料 呈线型分子链或支链型结构 受热变软或熔化,成为可流动性的稳定黏性液体,在
4、此状态具有可塑性;冷却后保持既得的形状;再加热,又可变软并可制成另一形状。 可逆的 如:聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂)PMMA、 尼龙(聚酰胺)PA (2) 热固性塑料 网状分子链结构,固化后: 不可逆. 电木(酚醛树脂PF)、环氧树脂 EP 课本P9表1-1 常用塑料名称/代号,2. 按塑料的应用范围分类,(三)塑料的分类,(2)按用途 1) 通用塑料:指产量大,用途广。价格低廉的一类塑料。如:聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯,聚苯乙烯,醛酚塑料,氨基塑料6大类,占塑料产量的80% 2)工程塑料:指具有较高的机械性能、良好的耐磨性、耐腐蚀性、自润滑性及尺寸稳定性
5、,可替代金属而作某些机械构件,如:聚酰胺PA,聚甲醛POM,ABS 3)特种塑料:环氧树脂、光敏塑料、导磁塑料、耐高温塑料等。 (3)按聚集状态 结晶型塑料和非结晶型塑料(线性无定性型塑料) 结晶度,高聚物形变温度曲线,(四)聚合物的热力学性能和成型加工适应性,聚合物在恒定压力下,随着加工温度的变化,存在三种状态:,Tg: 玻璃化温度,Tf: 粘流化温度,Tb :称脆化温度,Td: 热分解温度,常温下玻璃态的典型材料:有机玻璃、聚乙烯; 常温下高弹态的典型材料:橡胶; 常温下粘流态的典型材料:环氧树脂(如胶黏剂等)。,(四)聚合物的热力学性能和成型加工适应性,图1-6 聚合物的温度、力学状态及
6、成型加工适应性 1线形无定形 2结晶型,1黏度与剪切稀化效应,(五)聚合物的黏性流动,流体在管内一般有两种流动状态:层流和湍流,(1)牛顿流体(低分子物质及少部分聚合物如PC、PA等): 低分子流体,剪切力与剪切速率间存在线性关系 牛顿流体的流变方程式为 : 切应力,单位Pa 剪切速率:单位时间的切应变,一般称为剪切速率,s-1, 比例常数(黏度),也称牛顿黏度,反应了牛顿流体抵抗外力引起流动变形的能力, Pas,1黏度与剪切稀化效应,(五)聚合物的黏性流动,(2 )非牛顿流体(大部分聚合物): 流变方程式为 :, 非牛顿流体的表观黏度。非常数,为变量 表征: 在外力的作用下抵抗剪切变形的能力
7、。 与流体本身和温度以及剪切速率有关 n 与聚合物和温度有关的常数,可以反映聚合物熔体偏离牛顿流体性质的程度。 K 与聚合物和温度有关的常数,反映聚合物熔体的粘稠性,称为黏度系数。,1黏度与剪切稀化效应,(五)聚合物的黏性流动,在注射成型中,除了热固性聚合物和少数热塑性聚合物外,大多数聚合物熔体均有近似假塑性液体流变学的性质。 注塑成型中近似具有假塑性流体性质的高聚物有聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲脂、聚丙烯、ABS、聚苯乙烯等,不同类型流体的流变曲线 1 膨胀性流体; 2 牛顿流体; 3 假塑性流体,剪切变稀,(3) 假塑性液体的流变学性质,3聚合物熔体在模内的流动现象,(五)聚合物的黏性
8、流动, 入口效应:聚合物熔体在管道入口端因出现收敛流动,消耗能量突增,使压力降突然增大的现象。, 离模膨胀效应:聚合物熔体流出流道或者浇口时,熔体发生体积膨胀的现象。其实质是一种由弹性回复而引起的失稳流动。,图1-8 聚合物熔体在管道入口区和出口区的流动,(1)端末效应,3聚合物熔体在模内的流动现象,(五)聚合物的黏性流动,图1-9 聚合物失稳流动时的 熔体概貌(PMMA 170),(2)失稳流动和熔体破裂, 失稳流动:假塑性聚合物熔体在极高的剪切作用下,大分子链会被拉直,继续变形就会呈现很大的弹性性质,熔体将陷入弹性紊乱状况,各点流速将相互干扰,这种现象称为失稳流动。, 熔体破裂:聚合物熔体
9、在失稳状态下通过模内流道后,将变得粗细不均、没有光泽,表现出粗糙的鲨鱼皮状。 此时,如继续增大剪切力,熔体将呈波浪、足片形等,更严重时,断裂成碎块,这种现象称为熔体破裂。,3聚合物熔体在模内的流动现象,(五)聚合物的黏性流动,图1-11 熔体充模速度不同时的表现,(3)聚合物熔体的充模流动,浇口截面高度与型腔厚度相差很大时,容易喷射,熔体高速充模,受离模膨胀影响,易 形成蛇形流,表面粗糙,甚至破裂。 b. 浇口截面高度与型腔厚度相差不太大时,中速充模,熔体平稳扩展。 c. 浇口截面高度与型腔厚度相差接近时,当制件厚度很小时出现这种情况,熔体一般不会发 生喷射,充模更平稳。,浇口截面高度与型腔厚
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