模具设计课件

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1.1 塑料材料
工程塑料： 起源：
自1956 年杜邦推出Derlin 商名新塑料,宣称可取 代金属,工程塑料之名由此开始。
特性： 机械强度高而且有
适当平衡.耐热,耐久或 具特殊机能.加工性良好， 价格合理且工程性良好。
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1.1 塑料材料
1.1.4 塑料的性能
图1-3 热固性塑料的状态与温度的关系
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1.2 塑料的流变性
当温度和压力变更时，黏流态的塑料表观黏度会相 应地发生变化，这称为塑料的流变性。
1.2.1 牛顿型流体
流体在平直圆管内受切应力而发生的流动形式有层 流和湍流两种。 ➢ 层流：被看着一层层彼此相邻且平行的薄层流体沿外 力作用方向进行的相对滑移，而且各层之间无相互影响。 ➢ 湍流：流体各点的速度大小与方向都随时间而变化， 且流体内相互干扰严重。
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。
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1.3 塑料成型工艺性能
影响结晶的因素：
冷却速度：
宜采用中等冷却速度，即 将模具温度控制在Tg与Tvmax 之间。保证晶体生长良好， 结晶完整且生产周期短。
图1-9 结晶速度与温度的关系
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1.3 塑料成型工艺性能
②模具温度150℃± 5℃,并保温 5min；
③将圆锭放入拉西格模的加料室， 并在20s左右将压模增至30MPa， 保压3min；
④长度即为其流动值。
图1-8 拉西格流动性测定模
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1.3 塑料成型工艺性能
1.3.2 收缩性
造成成型收缩的原因：
➢ 热胀冷缩 ➢ 因弹性回复造成的收缩
非结晶性热塑性塑料
结晶性热塑性塑料
ABS、压克力（PMMA、PAN）、 聚缩醛树脂(POM)、尼龙
常用的材料 聚碳酸脂(PC)、聚苯乙烯
(PA,)、聚乙烯(PE)、聚丙烯
(PS)、聚氯乙烯(PVC)
(PP)、热塑性聚脂(PBT、PET)
分子在液相和固相都呈现杂 微观结构 乱的配向性
分子在液相呈现杂乱的配向 性，在固相则形成紧密堆砌 的晶体。
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1.2 塑料的流变性
层流与湍流的区分以雷诺数（Re）为准，
D :管道直径； V :流体的平均速度； ρ:流体的密度； η:流体剪切粘度。 Re<2100~4000时为层流，Re>4000时为湍流。
塑料在成型加工过程中的流动基本上属于层流。
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1.2 塑料的流变性
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1.3 塑料成型工艺性能
1.3.5 聚合物降解与定向
聚合物降解：
聚合物分子在受到热、应力、微量水、酸、碱等杂 质以及空气中的氧作用，导致聚合物链断裂、分子变小、 相对分子质量降低的现象称为聚合物降解（也称裂解）。
聚合物降解的影响：
轻度降解会使聚合物变色；进一步降解会使聚合物 分解出低分子物质，使制品出现气泡和流纹弊病，削弱 制品各项物理、力学性能；严重的降解会使聚合物焦化 变黑并产生大量的分解物质。
影响：
➢ 塑料的流动性差时→缺料。
➢ 熔体流动性太好→溢料。
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1.3 塑料成型工艺性能
热塑性塑料的流动性的测量方法1： 热塑性塑料熔融指数(MI) 单位:g/10min
1—热电偶 2—料筒 3—出料孔 4—保温层 5—加热棒 6—柱塞 7—重锤（加柱塞共重2160g）
图1-7 熔融流动指数测定法
造成孔穴组织以降低材料密度
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1.1 塑料材料
1.1.3 塑料的分类
1.按塑料中树脂分子结构和受热后呈现的基本行为分类：
塑料
热塑性塑料 热固性塑料
非结晶型 结晶型
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1.1 塑料材料
热塑性塑料与热固性塑料的结构与性质的对比
受热行为图示
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1.1 塑料材料
c——模具型腔在常温下的单向尺寸（mm)
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1.3 塑料成型工艺性能
1.3.3 结晶性
热塑性塑料按其冷却时是否出现结晶现象可将其分 为结晶型与非结晶型（或称无定型）。
结晶型塑料是不透明的或半透明的，而非结晶型塑 料是透明的（少数例外）。
结晶度对制品质量的影响：
结晶度大的塑件密度大，强度、硬度高，刚度、耐 磨性好，耐化学性和电性能好。
影响因素：塑料的品种、塑件壁厚及形状、模具预 热温度。
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2420 .10.24Saturday , October 24, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。1 2:38:08 12:38:0 812:38 10/24/2 020 12:38:08 PM
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图1-5 不同类型流体表观黏度 与剪切速率的关系
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1.2 塑料的流变性
图1-6 温度对表观黏度的影响
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1.3 塑料成型工艺性能
1.3.1 流动性
定义：在成型过程中，塑料熔体在一定的温度与压 力作用下充填型腔的能力。
实质：实质是由于分子间产生相互滑移，而熔体分 子间的滑移又是通过分子链段运动来实现的,取决于分子 组成、相对分子质量大小及其结构。
第1章 塑料材料及成型工艺性能
1.1 塑料材料 1.2 塑料的流变性 1.3 塑料成型工艺性能
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1.1 塑料材料
1.1.1 塑料的概念
塑料是以高分子聚合物为主要成分，加入一定量添 加剂而组成的一种混合物。
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1.1 塑料材料
1.1.2 塑料的填充剂 填充剂：改善塑料性能（粉状、片状、纤维）。
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1.3 塑料成型工艺性能
热塑性塑料的流动性分为三类： 流动性好的：PE、PP、PS、 流动性中等的：改性聚苯乙烯、ABS、AS、有机玻璃、POM、
流动性差的：PC、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料。
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1.3 塑料成型工艺性能
热固性塑料的流动性的测量方法： ①称取7.5g塑料粉，20℃±5℃ 温度下并以50MPa的压力下在内 径为28mm的模子内预压成圆锭。
牛顿流动定律： 在一定温度下，当剪切力τ作用于两个相距为dr的
液体平行层面并以相对速度dv移动时，则剪切力τ与剪 切速率dv/dr(也称速度梯度）之间呈下列直线关系：
其中：η为牛顿黏度，单位:Pa·s(N·s/m2)。
符合上式的流体都称为牛顿型流体。 液体流动时不服从上式规律的均称为非牛顿体。
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1.2 塑料的流变性
非牛顿流体 “黏度” 称为非牛顿黏度或称表观黏度
（1-2
非牛顿型流体原则上包括黏性流体、黏弹性流体及 时间依赖性流体。可以将非牛顿型流体当作黏性流体看 待，黏性流体又分为： ➢ 宾哈流体 ➢ 膨胀性流体 ➢ 假塑性流体。
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1.2 塑料的流变性
图1-4 不同类型流体的流动曲线
➢ 增塑剂：提高可塑性、流动性、柔韧性、降低脆性。
➢ 稳定剂：热稳定剂 、光稳定剂 、抗氧化剂。
➢ 润滑剂：对塑料的表面起润滑作用，防止塑料在成型 加工时黏模。
➢ 着色剂 ：无机颜料 、无机颜料、染料。
➢ 其它：发泡剂、阻燃剂、固化剂、防静电剂、导电剂 和导磁剂等 。
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1.1 塑料材料
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1.1 塑料材料
1.1.5 塑料的可加工性
1.1.5.1 热塑性塑料的温度力学状态及成型加工的关系
Ⅰ—非结晶 Ⅱ—结晶型 Tg-玻璃化温度 Tm-结晶型熔点 Tf-非晶型流动温度 Td-分解温度
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1.1 塑料材料
1.1.5.2 热固性塑料的状态与温度的关系
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1.3 塑料成型工艺性能
聚合物定向：
塑料在成型加工过程中分子发生不同程度的定向排 列，即为定向（或称取向）。
影响聚合物定向的因素：
①随着模具温度、成型温度及塑件型腔深度的增加， 分子定向程度也随之增加。
②为了减少分子定向程度，通常可将浇口开设在型 腔深度较大的部位。
③增加浇口长度、充模压力及充模时间，分子定向 程度也随之增加。
受热反应
具有软化温度范围，但没有 明显的熔点
具有明确的熔点
性质
透明 抗化学性差 成形时体积收缩率低 通常强度不高 一般具有高熔胶粘度 热含量低
半透明或不透明 抗化学性佳 成形时体积收缩率高 强度高 熔胶粘度低 热含量高
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1.1 塑料材料
2.按塑料的性能及用途分： ➢ 通用塑料：指产量大、用途广且价廉的塑料。 ➢ 工程塑料：在工程技术中常作为结构材料来使用。 ➢ 特殊功能塑料：具有特殊性能的塑料（用于医药、光 敏及液晶方面的氟塑料 ）。
提高电气性质 提高热传导性
Silanes、titanates 改善聚合物与纤维接口之键结力
氯、溴、硫、金属盐 降低燃烧发生率及扩散速度Leabharlann 碳酸钙、硅、粘土 降低材料成本
单体液体、低分子量 改善熔胶的流动性
材料
加强挠曲性
金属氧化物、铬酸盐、 提供耐久的颜色
碳黑