1 塑料成型基础-高分子简介

注塑成型基础知识讲解注塑成型材料一.塑料的定义塑料(plastics)是一种简单的单体(monomers)经由化学聚合反应(polymerization)而成的长链状高分子聚合物(polymers)。

根据美国塑料工业协会对于塑料的定义：「将全部或部分由碳、氧、氢和氮及其它有机或无机元素使用加热、加压、或两者并用的方式聚合而成，在制造中的阶段是液体，在制造的最后阶段成为固体，此庞大而变化多端的材料族群称为塑料。

」高分子聚合物加工成为塑件的制程主要包括热塑性塑料之熔化与凝固的物理相态变化或热固性塑料之固化的化学反应两种。

塑料的分类根据塑料受热后表现的不同行为，塑料可以区分为热塑性塑料(thermoplastics)和热固性塑料(thermosets)。

（1）热塑性塑料热塑性塑料受热软化、熔融，当温度降低时，能变硬定形，若再次受热，仍能软化熔融，冷却软化熔融，冷却变硬定形，这一过程能反复的多次进行；（2）热固性塑料热固性塑料受热后，开始软化并具有一定的可塑性，在更高的温度及压力下，固化成型。

此后，不再具有可塑性，若在继续加热，也不能熔化，而只能分解碳化，热固性塑料不溶于任何溶剂，热固性塑料在成型过程中，不仅有物理变化，还有化学变化。

塑料的力学三态在自然界中，我们将所有的物质在常温下聚集的状态分为三种：即液态，气态和固态。

以非晶态线形高聚物为代表的高分子聚合物，由于分子结构的连续性以及其巨大的分子量，所以他们的聚集态不同于一般低分子化合物，而是在不同的热力条件下，以其独特的三种形态存在，即玻璃态、高弹态、和粘流态高分子聚合物是不存在气态的，在受热而可能气化之前，分子结构已受到彻底的破坏，成为低分子的气化物或碳化物高分子聚合物的玻璃态实际上是固态的一种表现形式，特点是在一定的温度范围内，呈现出固态物质普遍的具有的性质，在某些力学特性上类似于普通的玻璃高分子聚合物的粘流态是一种独特的液态，在某个温度范围内，具有既可以流动又有别于普通的低分子液体的力学性质高分子聚合物的高弹态时介乎玻璃态和粘流态温度范围的独有的形态高分子聚合物的和其他的物质一样，在特定的温度压力下有一个相对稳定的形态，比如，在普通的使用条件下，可以将有机玻璃视为玻璃态的代表，而将液体树脂视为粘流态的代表（1）玻璃态处于玻璃态的塑料分子链段运动基本上处于停止的状态，分子在自身的位置上震动，分子链缠绕成团状或卷曲状，互相交错，紊乱无序；当受到外力作用时，分子链段将作瞬时间微小的伸缩和键角改变，整个塑料形体具有一定的刚性和强度，在这种形态下，塑胶件可以被使用或进行机械加工一般非结晶形塑料，其玻璃化温度高于室温，我们可以将塑料原料颗粒，定形了的制件视为玻璃态。

• 高分子化合物 及其应用： 天然高分子化合物 人工合成高分子化合物
• 天然高分子：
• 蛋白质~15万、纤维素~200万、 淀粉1~8万、天然橡胶20~30万
合成高分子：
高密度聚乙烯10~20万，HD-PE（化妆品包装） 线形低密度聚乙烯5-10万，LLD-PE（保鲜膜）
• （1）聚丙烯-PP，柔性好而有一定硬度，做器皿。印 刷中的BOPP，做覆膜材料。
CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2
Cl
Cl
Cl
Cl
Cl
氯乙烯：CH2=CHCl
因此说，高分子化合物是由许多结构相同而且简单的结构单元通过共价键 重复连接而成的。
二、注塑原料介绍
• 1、瓶胚原料
PET
• 聚对苯二甲酸乙二醇酯，化学式为 COC6H4COOCH2CH2O。（英文： Polyethylene terephthalate，简称PET）， 由对苯二甲酸二甲酯与乙二醇酯交换或以 对苯二甲酸与乙二醇酯化先合成对苯二甲 酸双羟乙酯，然后再进行缩聚反应制得。 属结晶型饱和聚酯，为乳白色或浅黄色、 高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽。是 生活中常见的一种树脂，可以分为APET、 RPET和PETG。
2、瓶盖、把手、提环原料 pp
3、瓶盖、把手、提环原料 色母
• 色母（Color Master Batch）的全称叫色母 粒，也叫色种，是一种新型高分子材料专 用着色剂，亦称颜料制备物。色母主要用 在塑料上。色母由颜料或染料、载体和添 加剂三种基本要素所组成，是把超常量的 颜料均匀载附于树脂之中而制得的聚集体， 可称颜料浓缩物，所以它的着色力高于颜 料本身。加工时用少量色母料和未着色树 脂掺混，就可达到设计颜料浓度的着色树 脂或制品。

2100 2300
聚合物流体的粘度大，流速低，Re<10，一般为层流。
当有剪切应力τ（N/m2或Pa）于定温下施加到两个相距为 dr的流体平行层面并以相对速度dυ运动，则剪切应力与剪切 速率dυ/ dr（s-1）之间呈直线关系。
牛顿流动定律：
d dr dr dt
结论：
①固态聚合物的导热系数范围是很窄的；
②结晶聚合物比无定形聚合物的导热系数偏高； ③多数结晶聚合物的导热系数随着密度和结晶度的增 大而增大； ④无定形聚合物的导热系数随着链长的增加而增大； ⑤某些聚合物的导热系数随着温度的升高而增大，另 一些聚合物则相反， ⑥由于聚合物的拉伸取向，会引起导热系数的各向导 性。
2.3
聚合物的流变行为
流变学—研究物质变形与流动的科
学。 粘流态的聚合物在外力作用下，相 互交缠卷曲的大分子链将会沿受力方向 发生解缠，伸直以及相对滑移，从而表 现出一种变形量很大的宏观流动。 聚合物的流变学主要研究聚合物在 外力作用下产生的应力、应变和应变速 率等力学现象与自身粘度之间的关系， 以及影响这些关系的各种因素。
等速拉仲条件下测得的非晶态聚 合物拉伸断裂状态图．
2.2 聚合物的加热与冷却
任何物料加热与冷却的难易程度是由温度或热量在物料中的 传递速度决定的，而传递速度又决定了物料的固有性能。
1.热扩散系数（热扩散率）：
c p
k：导热系数
cp：定压热容
ρ：密度
热能的传导，是通过加热时热振动振幅的增加而依一定速率 向对面扩散的。对聚合物来说，扩散速率强烈地依赖于邻近 原子的振动和结合的基团。因此，强烈共价键构成的结晶结 构，比极度无序结构的无定形物的导热系数高得多。
螺旋流动实验的意义在于帮助人们了解聚合物的流变性质， 确定压力、温度、模塑周期等最佳工艺条件，反映聚合物 相对分子质量和配方中各助剂的成分和用量以及模具结构， 尺寸对聚合物可模塑性的影响。 为求得较好的可模塑性，要注意各影响因素之间的相互 匹配和相互制约的关系；在提高可模塑性的同时，要兼 顾到诸因素对制品使用性能的影响。

5.高化学稳定性 高分子化合物均以共价键结合，不易电离，
没有自由电子，又由于分子链缠绕在一起，许多 分子链的基团被包裹在里面，使高分子材料的化 学稳定性好，在酸、碱等溶液中表现出优异的耐 腐蚀性能。被称为“塑料王”的聚四氟乙烯的化 学稳定性最好，即使在高温下与浓酸、浓碱、有 机溶液、强氧化剂都不起作用，甚至在沸腾的” 王水”冲也不受腐蚀。
（一）塑料的定义与分类 塑料是以合成的或天然的高分子化合物为基本成 分，可在一定温度和压力下塑化成型，而产品最 终形状能保持不变的材料。塑料的组成相当复杂， 是以各种各样的树脂为基础，再加入各种改善性 能的添加剂如填充剂、增塑剂、稳定剂、固化剂、 润滑剂等制成的。
树脂是塑料制品的主要成分，约占塑料制 品总质量的40%~100%，它决定了塑料的 类型(热塑性或热固性)和基本性质，因此塑 料的名称也多用其原料树脂的名称来命名， 如聚氯乙烯塑料、酚醛塑料等。
大分子之间的交联反应使大分子链从线型结 构变为体型结构，表现为高分子材料变硬、变脆、 出现龟裂等。
大分子链裂解是发生分子链断裂使高聚物变 为低分子物质的反应，有化学裂解、热裂解、机 械裂解和光裂解等，其老化表现为变软、变黏、 失去刚性，出现蠕变等。
三、高分子材料的分类 如表3-1
第二节 工程塑料及其成型工艺 一、塑料的分类与应用 塑料始创于1907年，首先在工业上合成了酚醛塑 料并使其成为一种极好的材料，以后很快形成一 个塑料工业行业。工程塑料(Engineering Plastic) 的发展历史则较短，最早出现的工程塑料是尼龙 66，它是由美国杜邦公司于1934年发明的，接着 又由该公司于1937年发明了尼龙6并于1938年投 入工业化生产。工程塑料真正得到迅速发展是在 20世纪50年代后期。今天，工程塑料已与工业陶 瓷、超导材料一起被称为科学技术发展的三大支 柱材料。