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1、任務(wù)一 選擇與分析塑料原料,項(xiàng)目二 塑料成型工藝設(shè)計(jì),一、 項(xiàng)目引入,某企業(yè)大批量生產(chǎn)塑料燈座，要求燈座具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性能，外表面無(wú)瑕疵、美觀、性能可靠，要求設(shè)計(jì)一套成型該塑件的模具。通過(guò)本項(xiàng)目，完成對(duì)塑件材料的選擇及對(duì)材料使用性能和成型工藝性能的分析。,,圖1-1 燈座二維圖形,,圖1-2 燈座三維圖形,二、相關(guān)知識(shí),塑料是指以樹(shù)脂為主要成份、加入添加劑，在一定溫度和壓力下具有塑性和流動(dòng)性，可被模塑制成一定形狀，且在一定條件下保持形狀不變的材料。 組成：聚合物合成樹(shù)脂（高分子有機(jī)物、簡(jiǎn)稱高聚物，40 100%）和添加劑,天然樹(shù)脂：橡膠、松香、蟲(chóng)膠、瀝青等 1）樹(shù)脂 合成樹(shù)脂 ：
2、PE、PVC、PP、PC、ABS、PA、PF等（P13頁(yè)）,聚合反應(yīng)、縮聚反應(yīng),,2）添加劑（輔助材料） 填充劑即填料（增量、改性）、穩(wěn)定劑（防降解）、增塑劑（塑性、柔性、流動(dòng)性）、潤(rùn)滑劑（防粘模、改善流動(dòng)性和表面光澤）、著色劑（裝飾美觀）、發(fā)泡劑、增強(qiáng)材料。,,1. 塑料的組成,,,圖1-3 塑料原料,(一) 塑料的組成及性能,2塑料的通用性能,(一) 塑料的組成及性能,（1） 塑料的優(yōu)良性能 1）密度小，重量輕，比強(qiáng)度和比剛度高 2）多種優(yōu)良的機(jī)械性能 3）耐化學(xué)作用好 4）電絕緣、絕熱、隔聲性能好 5）成型和著色能力好 6）加工性能好 7）自潤(rùn)滑性好 （2）塑料的不足性能
3、 1）機(jī)械強(qiáng)度低、2）尺寸精度低、3）耐熱溫度低 另外，高溫下容易降解和老化；導(dǎo)熱性能較差；吸濕性大，容易發(fā)生水解老化；使用壽命短。,,,1高聚物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),（二）高聚物的結(jié)構(gòu),,,單個(gè)高分子結(jié)構(gòu),線型 支鏈型 網(wǎng)狀,2聚合物分子鏈的聚集狀態(tài),（二）高聚物的結(jié)構(gòu),,,結(jié)晶型塑料 非結(jié)晶型塑料（線性無(wú)定型),,結(jié)構(gòu),結(jié)晶造成分子的緊密聚集狀態(tài)，增強(qiáng)了分子間的作用力，使聚合物的抗拉強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)、耐熱性和耐化學(xué)性提高；彈性模量、伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度則降低，表面粗糙度值增大，而且還會(huì)導(dǎo)致塑件的透明度降低甚至喪失。,1. 按塑料的成型性能分類,（三）塑料的分類,,,（1） 熱塑性
4、塑料 呈線型分子鏈或支鏈型結(jié)構(gòu) 受熱變軟或熔化，成為可流動(dòng)性的穩(wěn)定黏性液體，在此狀態(tài)具有可塑性；冷卻后保持既得的形狀；再加熱，又可變軟并可制成另一形狀。 可逆的 如：聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC、有機(jī)玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）PMMA、 尼龍（聚酰胺）PA （2） 熱固性塑料 網(wǎng)狀分子鏈結(jié)構(gòu)，固化后： 不可逆. 電木（酚醛樹(shù)脂PF）、環(huán)氧樹(shù)脂 EP 課本P9表1-1 常用塑料名稱/代號(hào),2. 按塑料的應(yīng)用范圍分類,（三）塑料的分類,,,（2）按用途 1） 通用塑料：指產(chǎn)量大，用途廣。價(jià)格低廉的一類塑料。如：聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，醛酚塑料，氨基塑料6大類
5、，占塑料產(chǎn)量的80% 2）工程塑料：指具有較高的機(jī)械性能、良好的耐磨性、耐腐蝕性、自潤(rùn)滑性及尺寸穩(wěn)定性，可替代金屬而作某些機(jī)械構(gòu)件，如：聚酰胺PA，聚甲醛POM，ABS 3）特種塑料：環(huán)氧樹(shù)脂、光敏塑料、導(dǎo)磁塑料、耐高溫塑料等。 （3）按聚集狀態(tài) 結(jié)晶型塑料和非結(jié)晶型塑料（線性無(wú)定性型塑料） 結(jié)晶度,高聚物形變溫度曲線,（四）聚合物的熱力學(xué)性能和成型加工適應(yīng)性,聚合物在恒定壓力下，隨著加工溫度的變化，存在三種狀態(tài)：,Tg: 玻璃化溫度,Tf: 粘流化溫度,Tb ：稱脆化溫度,Td: 熱分解溫度,常溫下玻璃態(tài)的典型材料：有機(jī)玻璃、聚乙烯； 常溫下高彈態(tài)的典型材料：橡膠； 常溫下粘流態(tài)的典型材料
6、：環(huán)氧樹(shù)脂（如膠黏劑等）。,（四）聚合物的熱力學(xué)性能和成型加工適應(yīng)性,圖1-6 聚合物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工適應(yīng)性1線形無(wú)定形 2結(jié)晶型,1黏度與剪切稀化效應(yīng),（五）聚合物的黏性流動(dòng),流體在管內(nèi)一般有兩種流動(dòng)狀態(tài)：層流和湍流,（1）牛頓流體（低分子物質(zhì)及少部分聚合物如PC、PA等）： 低分子流體，剪切力與剪切速率間存在線性關(guān)系 牛頓流體的流變方程式為 : 切應(yīng)力，單位Pa 剪切速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間的切應(yīng)變，一般稱為剪切速率，s-1, 比例常數(shù)（黏度），也稱牛頓黏度，反應(yīng)了牛頓流體抵抗外力引起流動(dòng)變形的能力， Pas,1黏度與剪切稀化效應(yīng),（五）聚合物的黏性流動(dòng),（2 ）非牛頓流體（大部
7、分聚合物）： 流變方程式為 :, 非牛頓流體的表觀黏度。非常數(shù)，為變量 表征： 在外力的作用下抵抗剪切變形的能力。 與流體本身和溫度以及剪切速率有關(guān) n 與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，可以反映聚合物熔體偏離牛頓流體性質(zhì)的程度。 K 與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，反映聚合物熔體的粘稠性，稱為黏度系數(shù)。,1黏度與剪切稀化效應(yīng),（五）聚合物的黏性流動(dòng),在注射成型中，除了熱固性聚合物和少數(shù)熱塑性聚合物外，大多數(shù)聚合物熔體均有近似假塑性液體流變學(xué)的性質(zhì)。 注塑成型中近似具有假塑性流體性質(zhì)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,不同類型流體的流變曲線 1 膨脹性流體； 2 牛
8、頓流體； 3 假塑性流體,剪切變稀,（3） 假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì),3聚合物熔體在模內(nèi)的流動(dòng)現(xiàn)象,（五）聚合物的黏性流動(dòng),, 入口效應(yīng)：聚合物熔體在管道入口端因出現(xiàn)收斂流動(dòng)，消耗能量突增，使壓力降突然增大的現(xiàn)象。, 離模膨脹效應(yīng)：聚合物熔體流出流道或者澆口時(shí)，熔體發(fā)生體積膨脹的現(xiàn)象。其實(shí)質(zhì)是一種由彈性回復(fù)而引起的失穩(wěn)流動(dòng)。,圖1-8 聚合物熔體在管道入口區(qū)和出口區(qū)的流動(dòng),（1）端末效應(yīng),3聚合物熔體在模內(nèi)的流動(dòng)現(xiàn)象,（五）聚合物的黏性流動(dòng),,圖1-9 聚合物失穩(wěn)流動(dòng)時(shí)的 熔體概貌（PMMA 170）,（2）失穩(wěn)流動(dòng)和熔體破裂, 失穩(wěn)流動(dòng)：假塑性聚合物熔體在極高的剪切作用下，大分子鏈會(huì)被拉直，繼
9、續(xù)變形就會(huì)呈現(xiàn)很大的彈性性質(zhì)，熔體將陷入彈性紊亂狀況，各點(diǎn)流速將相互干擾，這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)流動(dòng)。, 熔體破裂：聚合物熔體在失穩(wěn)狀態(tài)下通過(guò)模內(nèi)流道后，將變得粗細(xì)不均、沒(méi)有光澤，表現(xiàn)出粗糙的鯊魚(yú)皮狀。 此時(shí)，如繼續(xù)增大剪切力，熔體將呈波浪、足片形等，更嚴(yán)重時(shí)，斷裂成碎塊，這種現(xiàn)象稱為熔體破裂。,3聚合物熔體在模內(nèi)的流動(dòng)現(xiàn)象,（五）聚合物的黏性流動(dòng),圖1-11 熔體充模速度不同時(shí)的表現(xiàn),（3）聚合物熔體的充模流動(dòng),澆口截面高度與型腔厚度相差很大時(shí)，容易噴射，熔體高速充模，受離模膨脹影響，易 形成蛇形流，表面粗糙，甚至破裂。 b. 澆口截面高度與型腔厚度相差不太大時(shí)，中速充模，熔體平穩(wěn)擴(kuò)展。 c. 澆
10、口截面高度與型腔厚度相差接近時(shí)，當(dāng)制件厚度很小時(shí)出現(xiàn)這種情況，熔體一般不會(huì)發(fā) 生噴射，充模更平穩(wěn)。,澆口截面高度與型腔厚度對(duì)充模流動(dòng)的影響,3聚合物熔體在模內(nèi)的流動(dòng)現(xiàn)象,（五）聚合物的黏性流動(dòng),圖1-12 聚合物熔體繞不同斷面形狀障礙物時(shí)的速度變化與流動(dòng)情況,（3）聚合物熔體的充模流動(dòng), 熔接痕,熔接痕處往往是塑件強(qiáng)度最弱的地方。 設(shè)計(jì)澆口尺寸和選擇澆口位置時(shí)，應(yīng)綜合考慮模腔內(nèi)型芯結(jié)構(gòu)、鑲件安放等，避免出現(xiàn)料流分流、熔體噴射和蛇形流引起的熔合縫。,兩股料流的結(jié)合處產(chǎn)生熔接痕,1熱塑性塑料的工藝特性,（六）塑料的工藝特性,,,1）影響收縮的基本因素是： (1)塑料種類：不同塑料收縮率不同，詳見(jiàn)
11、課本P31表2-3 (2)塑料制品結(jié)構(gòu)：制品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁薄、嵌件多且均勻分布的，則收縮率小。如塑料加強(qiáng)筋 (3)模具結(jié)構(gòu)：澆口的型式、尺寸及位置(注射模塑與傳遞模塑)熱收縮 (4)成型工藝：有預(yù)熱，成型溫度不高，成型壓力較大，保壓時(shí)間較長(zhǎng) 的，收縮率較小。,,（1）收縮性 塑料的膨脹系數(shù)比鋼大，塑料件冷卻收縮比模具大,1熱塑性塑料的工藝特性,（六）塑料的工藝特性,,,實(shí)際收縮率 2）收縮率 計(jì)算收縮率 a----成型溫度下塑料尺寸 b ----室溫下塑件尺寸 c -----室溫下模具尺寸 在普通中小模具成型零件尺寸計(jì)算時(shí)，計(jì)算收縮率和實(shí)
12、際收縮率相差很小。常用計(jì)算收縮率； 在大型、精密模具成型零件尺寸計(jì)算時(shí)常用實(shí)際收縮率 。 注意: **收縮率是一個(gè)范圍值(查手冊(cè)可得Sman Smin)，設(shè)計(jì)時(shí)收縮率一般取平均值，但精確確定收縮率需反復(fù)實(shí)驗(yàn)求其平均值。,,1熱塑性塑料的工藝特性,（六）塑料的工藝特性,（2）流動(dòng)性 指在成型過(guò)程中，塑料熔體在一定的溫度與壓力下充填模腔的能力。 線性分子結(jié)構(gòu)的聚合物流動(dòng)性好。 塑料流動(dòng)性的好壞，很大程度上影響成型工藝參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)。 料溫高、注射壓力大，流動(dòng)性好。 各種塑料流動(dòng)好壞常分三類，見(jiàn)課本P33(P22) （3）相容性 相容性又稱共混性，指兩種或兩種以上不同品種塑料，在熔融狀態(tài)下不產(chǎn)生相
13、分離現(xiàn)象的能力。 分子結(jié)構(gòu)相似者相容性好,常用熱塑性塑料的流動(dòng)性：（書(shū)P24表2.2） 流動(dòng)性好： 尼龍PA、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、聚丙烯PP、醋酸纖維素CA。 流動(dòng)性中等： ABS、有機(jī)玻璃PMMA、聚甲醛POM、氯化聚醚CPT。 流動(dòng)性差 ： 聚碳酸酯PC、硬聚氯乙烯、聚苯醚PPO、聚砜PSU、氟塑料。,吸濕性 ：表明塑料對(duì)水分的敏感程度 具有吸濕或粘附水分傾向的塑料：PA、PC、PSU、ABS等； 既不吸濕也不易粘附水分的塑料，如PE、PP、POM等。 注： 凡是具有吸濕或粘附水分傾向的塑料，如成型前水分未去除，則在成型過(guò)程中由于水分在成型設(shè)備的高溫料筒中變?yōu)闅怏w并促使
14、塑料發(fā)生水解，成型后塑料出現(xiàn)氣泡、銀絲等缺陷。因此，對(duì)吸濕性和粘附水分傾向大的塑料，在成型之前應(yīng)進(jìn)行干燥，使水分控制在0.50 .2%以下,1熱塑性塑料的工藝特性,（六）塑料的工藝特性,（4）吸濕性 吸濕性是指塑料對(duì)水分的親疏程度。親疏性好壞分兩種，見(jiàn)課本P33(P23) 塑料在加工成型前，一般都要經(jīng)過(guò)干燥，使水分含量在0.2%以下。 （5）取向性 在應(yīng)力作用下，聚合物分子鏈或纖維填料隨著應(yīng)力（流動(dòng)）方向作平行排列的現(xiàn)象。取向會(huì)使塑料產(chǎn)生明顯的各向異性，易使塑料翹曲變形，甚至在垂直取向方向上產(chǎn)生裂紋。但塑件鉸鏈結(jié)構(gòu)有效使用了取向性能。 （6）降解和熱敏性 降解指聚合物在某些特定條件下發(fā)生的大分
15、子鏈斷裂及分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象，主有熱降解、水降解、氧化降解等，輕度降解使塑料變色，進(jìn)一步降解使塑料制品出現(xiàn)氣泡、流紋，甚至焦化變黑。 熱敏性指塑料在高溫下受熱時(shí)間長(zhǎng)、澆口截面過(guò)小或者剪切作用力過(guò)大，塑料制品變色、降解、分解的傾向。,熱敏性：某些熱穩(wěn)定性差的塑料，在料溫高和受熱時(shí)間長(zhǎng)的情況下就會(huì)產(chǎn)生降解、分解、變色的特性。 熱敏性塑料： 硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯（PCTFE）、聚甲醛（POM）等。 解決方法： 添加抗熱敏的熱穩(wěn)定劑； 注射機(jī)筒內(nèi)壁、流道和模腔表壁鍍鉻（避免過(guò)大摩擦熱） 生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)格控制成型工藝條件,2熱固性塑料的工藝特性,（六）塑料的工藝特性,（1）
16、收縮性,同熱塑性塑料的收縮性,1）定義： 2）測(cè)定值： 衡量熱固性塑料流動(dòng)性的指標(biāo)通常用拉西格流動(dòng)性表示。,（2） 流動(dòng)性,每一品種的塑料分為三個(gè)不同等級(jí)的流動(dòng)性 流動(dòng)性較差(2580mm),適用于壓制無(wú)嵌件、形狀簡(jiǎn)單、厚度一般的塑 件； 流動(dòng)性中等(81131mm)，用于壓制中等復(fù)雜程度的塑件； 流動(dòng)性好(131180mm)，可用于壓制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、型腔很深、嵌件較多的薄壁塑 件，或用于壓注成型。200mm以上，注射成型。,2熱固性塑料的工藝特性,（六）塑料的工藝特性,（1）收縮性,同熱塑性塑料的收縮性,1）定義： 2）測(cè)定值： 衡量熱固性塑料流動(dòng)性的指標(biāo)
17、通常用拉西格流動(dòng)性表示。,（2） 流動(dòng)性,每一品種的塑料分為三個(gè)不同等級(jí)的流動(dòng)性 流動(dòng)性較差(2580mm),適用于壓制無(wú)嵌件、形狀簡(jiǎn)單、厚度一般的塑 件； 流動(dòng)性中等(81131mm)，用于壓制中等復(fù)雜程度的塑件； 流動(dòng)性好(131180mm)，可用于壓制結(jié)構(gòu)復(fù)雜、型腔很深、嵌件較多的薄壁塑 件，或用于壓注成型。200mm以上，注射成型。,2熱固性塑料的工藝特性,（六）塑料的工藝特性,（3）比體積與壓縮率 1) 定義：比體積（比容）是單位質(zhì)(重)量塑料所占的體積； 壓縮率是塑料的體積與塑料制品體積之比，其值恒大于1。 2）功用：比體積和壓縮率都表示了各種塑
18、料的松散程度，它們都可以作為確定加料腔大小的依據(jù)；比體積和壓縮率大，內(nèi)部充氣多，成型時(shí)排氣困難，成型周期長(zhǎng)，生產(chǎn)率低。 （4）水分和揮發(fā)物的含量 1）來(lái)源： 2）作用 3）相應(yīng)措施： 成型前預(yù)熱干燥；模具中開(kāi)排氣槽或壓制操作時(shí)設(shè)排氣工步；模具表面鍍鉻是防止腐蝕。,（5）交聯(lián)與硬化速度(固化特征),硬化是指塑料成型時(shí)完成交聯(lián)反應(yīng)的過(guò)程。 硬化速度通常以塑料試樣硬化每1mm厚度所需的秒數(shù)來(lái)表示 此值越小，硬化速度越快,三、項(xiàng)目實(shí)施,燈座為電器類零件，需大批量生產(chǎn)，通過(guò)查P28表2-1（1-4）及表(1-5)對(duì)多種塑料的性能與應(yīng)用進(jìn)行綜合比較，材料品種可選擇聚碳酸酯（PC）。,（一）
19、選擇制件材料,（二）分析制件材料使用性能,PC屬熱塑性非結(jié)晶型塑料，為無(wú)色透明粒料，密度為1.021.05g/cm3. PC是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，韌而剛，抗沖擊性在熱塑性塑料中名列前茅。成型零件可達(dá)到很好的尺寸精度并在很寬的溫度范圍內(nèi)保持其尺寸穩(wěn)定性；成型收縮率穩(wěn)定在0.5%0.8%；抗蠕變、耐熱、耐磨、耐寒；PC吸水率較低，能在較寬的范圍內(nèi)保持良好的電性能。 其缺點(diǎn)是耐疲勞性能較差，成型后制件的內(nèi)應(yīng)力較大，容易開(kāi)裂；不耐堿、酮等溶劑；水敏性強(qiáng)（含水量不得超過(guò)0.2%），且吸水后會(huì)降解。用玻璃纖維可以克服以上缺點(diǎn)，使聚碳酸酯具有更好的力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性以及更小的成型收縮率，并可提高耐熱性，降低成本。,（三）分析塑料工藝性能,三、項(xiàng)目實(shí)施,PC性能特點(diǎn)歸類得表2-5,P39,燈座制件為日常生活用品，要求具有一定的強(qiáng)度和耐磨性能，中等精度，外表面無(wú)瑕疵、美觀、性能可靠。采用PC材料，產(chǎn)品的使用性能基本能滿足要求，但在成型時(shí)，要注意選擇合理的成型工藝，對(duì)原料充分干燥，采用較高的溫度和壓力。,（四）結(jié)論,
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