工业材料及成型工艺-第二章(塑料与加工工艺)

2.1 塑料概述
塑料工业发展历程
1868 1909 1931 1933 1936 1936 1936 1938 1938 1940 1955 1956 1970 硝酸纤维素（赛璐珞） 酚醛树脂（电木） 聚丙烯酸甲酯 聚乙烯（PE） 聚氯乙烯（PVC） 聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃） 聚乙烯醇缩醛 聚苯乙烯 聚酰胺 聚酯、有机硅树脂、氟树脂、环氧树脂、聚氨酯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚甲醛、聚碳酸酯、ABS树脂
2.1 塑料概述
1930年，德国法本公司解决了上述问题，逐渐形 成以苯乙烯为基础，与其他单体共聚的苯乙烯系树脂 ，扩展了他的应用范围。 1931年，美国罗姆-哈斯公司以本体法生产聚甲 基苯烯酸甲酯，制造出有机玻璃。
1926年，美国W.L.西蒙把尚未找到用途的聚氯乙 烯粉料在加热下溶于高沸点溶剂中，在冷却后，意外 地得到柔软、易于加工、且富于弹性的增塑聚氯乙烯 。这一偶然发现打开了聚氯乙烯工业化的大门，成为 五大通用树脂中最早工业化的产品
（2）塑料制品易变形。温度变化时尺寸稳定性 较差，成型收缩较大，即使在常温负荷下也容易变 形。 （3）塑料有“老化”现象。塑料在使用过程中 ，受周围环境如光、热、辐射等因素影响，色泽会 改变、化学构造收到破坏，机械性能下降，变得硬 脆或软黏而无法正常使用。
2.5 塑料的成型工艺
在塑料成型生产中，塑料原料、成型设备和成 型所用模具是3个必不可少的物质条件，必须运用 一定的技术方法，使这三者联系起来形成生产能力 ，这种方法称为塑料成型工艺。
工业材料及成型工艺
第二章 塑料与加工工艺
1. 塑料概述
2. 塑料的组成
3. 塑料的分类 4. 塑料的一般特性 5. 塑料的成型工艺 6. 塑料产品的面饰工艺 7. 塑料制品设计原则 8. 常见塑料代号
2.1 塑料概述
塑料加工方法灵活，造型美观，色彩多样，为 人类社会生活提供了丰富多彩的产品，因而广泛应 用于机械制造、建筑、轻纺、化工、电器、汽车、 造船和国防工业中。
④ 着色剂
着色剂可使塑料具有各种鲜艳、美观的颜色。常用有 机染料和无机颜料作为着色剂。
2.2.2 添加剂
⑤ 润滑剂
润滑剂的作用是防止塑料在成型时黏在金属模具上， 同时可使塑料的表面光滑美观。常用的润滑剂有硬脂酸机 器钙镁盐等。
除了上述助剂外，塑料中还可加入阻燃剂、发 泡剂、抗静电剂等，以满足不同的使用要求。
2.1 塑料概述
1920年以后塑料工业获得了迅速发展。其主要原 因首先是德国化学家齐格勒（Karl Ziegler）提出高分 子链是由结构相同的重复单元以共价键连接而成的理 论和不溶性热固性树脂的交联网状结构理论。 1929年美国化学家华莱士· 卡罗泽斯（Wallace H. Carothers）提出了缩聚理论，均为高分子化学和塑料 工业的发展奠定了基础。 第一个无色的树脂是脲醛树脂。1928年，由英国 氰胺公司投入工业生产。1911年，英国韦斯利· 马修 斯(Wesley Matthews)制成了聚苯乙烯，但存在工艺复 杂、树脂老化等问题。
2.2 塑料的组成
塑料的定义 塑料是以高分子合成树脂为主要成分，在一定 温度和压力下可塑制成一定形状，且在一定条件 （常温、常压）下保持不变的材料 塑料的组成
高分子聚合物（合成树脂）+辅助材料（填料、 增塑剂、稳定剂、着色剂、润滑剂）
2.2.1 合成树脂 合成树脂是塑料的最主要成分，其在塑料中 的含量一般在40% ~ 100%。人工合成的高分子 化合物，是塑料的基本原料，起着胶粘作用， 能将其他组分胶结成一个整体；并决定塑料的 基本性能。
泛用工程塑料
特种塑料
具有特种功能（耐热、自 聚苯硫醚（PPS）、聚砜（PSU）、 润滑等），应用于特殊要 聚醚砜（PES）、聚四氟乙烯 求的塑料 （PTFE）
2.3 塑料的分类-按塑料热行为
表2-2 塑料分类-按塑料热行为分类
分类
定义
在特定温度范围内受热 软化（或熔化），冷却 后硬化，能反复加热软 化和反复冷却硬化，且 在软化状态通过流动能 模塑成型
2.1 塑料概述 塑料的优点：
① 塑料比较轻：这是相对于金属和无机玻璃而言的 ，轻 的原因不是因为它是高分子化合物，而是因为他们是 有机化合物，即由碳、氢、氧、氮等较轻的元素组成的； ② 塑料易于加工：塑料具有可塑性，即在加热或加 压后变形，在降温或压力小时候维持原形不变；可以通过 挤出、注射等方式加工成各自形状的产品； ③塑料不会腐烂也不会生锈：但是，这类材料也给人 类带来一个严重的问题：由于塑料不易腐烂，大量的塑料 废弃物无法被自然界吸收、分解，从而造成一定程度的环 境污染。
增塑剂可增加塑料的可塑性和柔软性，降低脆性，使 塑料易于加工成型。增塑剂一般是能与树脂混溶，无毒、 无臭，对光、热稳定的高沸点有机化合物，最常用的是邻 苯二甲酸脂类。
2.2.2 添加剂
③ 稳定剂
防止塑料在加工和使用过程中，因受热、氧气和光线 作用而变质、分解和破坏，延长塑料制品的使用寿命，而 在塑料中加入稳定剂。稳定剂在塑料成型过程中应不分解 ，应耐水、耐油、耐化学腐蚀，并已与树脂混溶。
反应注射模塑料
2.3 塑料的分类-按塑料半制品和制品分类
表2-4 塑料分类-按塑料成型方法分类
分类
模塑粉
增强塑料 泡沫塑料 薄膜
定义
供模压用的树脂混合料，如一般的热固性塑料 加有增强材料而某些力学性能比原树脂有较大 提高的一类塑料
整体内含有无数微孔的塑料 一般指厚度在0.25mm以下的平整而柔软的塑料 制品
2.4 塑料的一般特性—优点
（1）多数塑料制品有透明性．并富有光泽，能着鲜艳 色彩，大多数塑料可制成透明或半透明制品，可以任意着 色，且着色坚固，不易变色。
表2-5 各种塑料的透光率与玻璃的比较
2.4 塑料的一般特性—优点
图2-5 有机玻璃及有机玻璃制品
图2-4 塑料家电
2.4 塑料的一般特性—优点
图2-12 角式注射成型机 1-合模装置，2-注射装 置，3-注塑模具
2.5 .1注射成型
注射装臵是注射机的主要部分，将塑料加热塑 化成流动状态，加压注射入模具。合模装臵泳衣闭 合模具的定模和动模，并实现模具开闭动作及顶出 成品。注射模具简称注模，它由浇铸系统、成型零 件和结构零件所组成。 ① 浇注系统指自注射机喷嘴到型腔的塑料流动 通道； ② 成型零件是指构成模具型腔的零件，由阴模 、阳模组成； ③结构零件，包括导向、脱模、抽芯、分型等 各种零件。
2.5 .1注射成型
4. 注射机的结构 注射机是注射成型的主要设备．按外形特征可 分为卧式、立式和角式注射机。注射成型设备由合 模装置，注射装置和注塑模具三部分组成。
图2-10 卧式注射成型机 1-合模装置，2-注射装 置，3-注塑模具
图2-11 立式注射成型机 1-合模装置，2-注射装 置，3-注塑模具
2.1 塑料概述
瓶里，以酸做催化剂，然后进行加热反应，发现里 面生成了一种粘稠的东西，这东西就是现在的酚醛 树脂，她不渗水，受热不变形，有一定的机械强度 ，易于加工，而且有很好的绝缘性，这对于刚兴起 的电器工业来说，是非常及时的材料。
人们在酚醛树脂里加进木屑、石棉或陶土等混 合后，在高温下用木子压出成品。广泛用来生产电 灯开关、灯头、灯座、电话机等电器用品，因此称 为“电木”。现在电木仍是普遍使用一种塑料。使 其衍生的建材粘合剂含甲醛，造成污染。
图2-8 绝缘塑料及绝缘塑料制品
2.4 塑料的一般特性—优点
（5）良好的成型加 工性能。塑料质地细腻 ，具有适当的弹性及耐 磨损性，容易加工，成 型较快。可大批量生产 ，某些塑料品种还可进 行机械加工，焊接及表 面电镀处理。
图2-9 超声波塑料焊接机
2.4 塑料的一般特性—缺点
（1）塑料不耐高温，低温容易发脆。多数塑料 虽不易燃烧，但在300℃左右发生变形，燃烧时放 出有毒气体。由于耐热性较差，使塑料的用途受到 限制。
2.3 塑料的分类-按塑料成型方法分类
表2-3 塑料分类-按塑料成型方法分类
分类
模压塑料 层压塑料 注射、挤出和吹 塑塑料 浇铸塑料
定义
供模压用的树脂混合料，如一般的热固性塑料 浸有树脂的纤维织物，可经叠合、热压结合而 成为整体材料 能在料筒温度下熔融、流动，在模具中迅速硬 化的树脂混合料，如一般的热塑性塑料 能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中 能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料，如 MC尼龙 液态原材料，加压注入模腔内，使其反应固化 制得成品，如聚氨酯
表2-6 几种金属和塑料的比强度
2.4 塑料的一般特性—优点
（3）塑料具有良好的电、热绝缘性。因此被广泛用作 电绝缘不见和绝热保温材料。
图2-7 绝缘塑料及绝缘塑料制品
2.4 塑料的一般特性—优点
（4）化学性能稳定。大部分塑料耐化学腐蚀性大于金 属和木材，对一般酸、碱、盐及普通化学药品具有良好的 抗蚀能力。所以是一种优良的防腐蚀材料，很适合制作各 种包装。
生产合成树脂的原料来源丰富，早期以煤焦油产品 和电石碳化钙为主，现多以石油和天然气的产品为主 ，如乙烯、丙烯、苯、甲醛及尿素等。
2.2.2 添加剂
① 填料
填料又叫填充剂，它可以提高塑料的机械性能、耐热 性能和电性能，同事降低成本，通常填料的加入量为40% ~ 70%。主要是一些在塑料配方中相对成惰性的粉状材料 和纤维材料。 ② 增塑剂
（2）塑料质轻，耐振动和冲击，比强度高(比强度是 指强度与密度的比值)。一般塑料比金属轻，比重在 0.9~2.3之间（一般泡沫塑料的比重在0.01~0.5之间），具 有良好的耐振动和冲击能力，适合用作其他产品的包装材 料。强度比木材高，可以制成很薄很坚固的制品。
图2-6 泡沫塑料及泡沫塑料制品
2.4 塑料的一般特性—优点
特点
塑性好，耐热 性差，刚性差
实例
聚乙烯（PE）、聚苯 乙烯（PS）、ABS、 聚丙烯、聚氯乙烯 （PVC）、有机玻璃、 尼龙