1、132/132HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/01.htm 第一章 緒論內容簡介塑料進展歷史；2、塑料的應用；3、塑料成型加工的方法；4、本課程學習要求。本章重點1.1 塑料制品生產的組成一、 塑料工業包含塑料原料的生產和塑料制品生產。 二、 塑料制品的生產是一種復雜的過程，它要緊由原料預備、成型、機械加工 、修飾和裝配等過程組成。成型是將各種形態的塑料(粉料、粒料、溶液或分散體)制成所需形樣的制品或坯件的過程，在整個過程中最為重要，是一切塑料制品或型材生產的必通過程。成型的種類專門多，如各種模塑、層壓以及壓延等。其它過程，通常差不多上依照制品的要求來取舍的，也

2、確實是講，不是每種制品都須完整地通過這些過程。機械加工是指在成型后的工件上鉆眼、切螺紋、車削或銑削等，用來完成成型過程所不能完成或完成得不夠準確的一些工作。修飾要緊是為美化塑料制品的表面或外觀。裝配是將各個差不多完成的部件連接或配套使其成為一個完整制品的過程。后三種過程有時統稱為二次加工或后加工。對比來講，二次加工過程常居于次要地位。在成型方法中，有 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/yasuo.htm 壓縮模塑 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/jichu.htm 擠出模塑 、 HYPERLINK /suliaogongyi/w

3、lkc/01/zhushe.htm 注射模塑 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/chuandi.htm 傳遞模塑 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/chuisu.htm 吹塑 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/re.htm 熱成型等三十多種 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/suliao.htm 塑料成型方法。1.2 塑料制品的應用一、塑料進展的歷史 塑料成型工業自1872年開始到現在已度過仿制、擴展和變革的時期。塑料最初品種不多、對它們的本質理解不足，在塑料制品

4、生產技術上，只能從塑料與某些材料 如橡膠、木材、金屬和陶瓷等制品的生產 有若干相似之處而進行仿制。此后在本世紀的20年代，塑料品種漸多，在生產技術和方法上都有顯著的改進。50年代以來，由于各項尖端科學技術以及工業、農業等進展的需要，對制品數量、結構、尺寸和準確程度上也提出了更高的要求。通過對新型塑料和制品生產上進行創新變革。至今，塑料制品的數量和應用種類都有了顯著的增長，塑料制品的生產已成為一個重要的生產部門。 二、塑料制品應用的要緊領域 1、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/nongye.htm 農業、漁業： 塑料在農業方面常用的材料有薄膜、管道、片板、繩索和

5、編織袋等。塑料溫室，農作物、肥料和藥物等的包裝,農田水利工程多選用塑料管，農舍建筑、畜牧愛護、農業機械及器具、魚網、養殖浮漂等。2、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/baozhuang.htm 包裝： 塑料作為一種新型包裝材料，在包裝領域中已獲得廣泛應用例如各種中空容器、注塑容器(周轉箱、集裝箱、桶等)包裝膜、編織袋、泡沫塑料、捆扎繩和打包帶等。 3、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/jiaotong.htm 交通運輸： 汽車、火車、輪船等交通工具及相應的附屬設施所用的塑料，按每輛或每艘計，逐年增加。品種有：燃油箱、保險杠、遮陽板

6、、車座、門把手、方向盤、儀表板等。 4、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/dinaqi.htm 電氣工業： 電線、電纜、絕緣體、家用電器、計算機及各種通訊設備等。 5、化學工業： 塑料耐腐蝕性使塑料化工設備方面得以廣泛應用，如制作塔器、貯槽、貯罐、反應器、電鍍電解槽、熱交換器、煙囪、管道、閥門、泵、襯里等 6、儀器儀表： 制造各種部件7、建筑工業： 給水管系統，排水管系統，雨水管、槽系統，電氣護套管系統，熱收縮管系統，塑料門窗系統，板材，壁紙，地板卷材，地板氈，披疊板系統，平托盤，發泡與實芯硬PVC多種異型材，防水材料，堵水材料，裝飾裝修材料，建筑涂料，外加劑，

7、粘接劑，衛生潔具，家具等等。 8、航空工業： 飛機用各種增強塑料作結構和覆面材料，常規武器中各種零部件。9、國防和尖端工業： 各種燒蝕材料、耐腐材料、增強材料等。10、家具： 家用、機關、工廠、學校和公共場所用家具。11、體育用具： 各種健身用品。12、日用品： 在人們的日常生活中，塑料的應用更廣泛，如市場上銷售的塑料涼鞋、拖鞋、雨衣、手提包、兒童玩具、牙刷、肥皂盒、熱水瓶殼等等。目前在各種家用電器，如電視機、收錄機、電風扇、洗衣機、電冰箱等方面也獲得了廣泛的應用。塑料作為一種新型包裝材料，在包裝領域中已獲得廣泛應用，例如各種中空容器、注塑容器(周轉箱、集裝箱、桶等)，包裝薄膜，編織袋、瓦楞箱

8、、泡沫塑料、捆扎繩和打包帶等。13、 醫療：醫用高分子分人工臟器、修復人體缺陷和制作醫療器械三大類。如人工血管、心臟瓣膜、食道、氣管等；人工耳朵、人工皮膚、人工關節等；輸液器、輸血袋、注射器、插管、檢驗用品、病人用具、手術室用品等1.3 本課程學習的要緊內容和要求一、學習重點本課程學習的重點章節是第二章、第五章和第六章。第二章塑料成型的理論基礎，是指導制品生產的理論依據；第五章擠出成型和第六章注射成型是最重要的塑料成型方法，絕大多數塑料制品差不多上用這兩種方法成型的。其次是第三章、第四章、第七章、第九章、第十一章、第十三章，第三章成型用的物料及其配制，涉及的是原料的配制；壓縮模塑、中空吹塑、泡

9、沫塑料成型、壓延成型和熱成型也是常見的成型加工方法。其它成型方法比較少見，對其成型加工要緊是了解工藝流程。二、學習要求在緊密結合工藝過程的前提下盡可能地結每種工藝所依據的原理、生產操縱因素以及在工藝過程中塑料所發生的物理與化學變化和它們對制品性能的阻礙具有清晰的概念，并進一步理解各種成型工藝所能適應的塑料品種及其優缺點。三、實踐教學塑料成型工藝是一門實踐性專門強的課程，除了課堂教學外，還需在實驗、實訓中聯系生產實際去理解和掌握，有些實際操作還需在實踐中逐步熟悉和掌握，如此學到的知識才能靈活運用，實際動手能力才能提高。 第二章 塑料成型的理論基礎內容簡介本章介紹了塑料進展歷史、塑料的應用、塑料成

10、型加工的方法，對本課程的學習提出了具體要求。本章重點2.1 聚合物的流變行為;2.3 聚合物的結晶;2.4 成型過程中的定向作用; 學習目標1、掌握聚合物流體流變行為的類型和特點。2、掌握阻礙流淌的因素。3、了解聚合物的彈性行為和不穩定流淌。 2.1 聚合物的流變行為本節內容包括以下三部分： HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/02/001/1.htm 2.1.1 流淌規律 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/02/001/2.htm 2.1.2 流淌的阻礙因素 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/02/001/3.htm 2.

11、1.3 流淌中的 彈性行為2.1.1 流淌規律大多數成型過程中都要求聚合物處于粘流狀態(塑化狀態)，因為在這種狀態下聚合物不僅易于流淌，而且易于變形，這給它的輸送和成型都帶來極大的方便。為使塑料在成型過程中易于流淌和變形，并不限定用粘流態的聚合物(聚合物熔體)，采納聚合物的溶液或分散體(懸浮液)等也是能夠的，熔體和分散體都屬于液體的范疇。 液體的流淌和變形差不多上在受有應力的情況下得以實現的。重要的應力有剪切、拉伸和壓縮應力三種。三種應力中，剪切應力對塑料的成型最為重要，因為成型時聚合物熔體或分散體在設備和模具中流淌的壓力降、所需功率以及制品的質量等都受到它的制約。拉伸應力在塑料成型中也較重要

12、，經常是與剪切應力共同出現的，例如吹塑中型坯的引伸，吹塑薄膜時泡管的膨脹，塑料熔體在錐形流道內的流淌以及單絲的生產等等。壓縮應力一般不是專門重要，能夠忽略不計。但這種應力對聚合物的其它性能卻有一定的阻礙，例如熔體的粘度等，因此在某些情況下應給予考慮。 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/pic/jianqie.avi 流體在平直管內受剪切應力而引發的流淌形式有層流和湍流兩種，聚合物流體由于粘度較大屬于層流。聚合物流體依照其流淌特點能夠分為以下幾類： 1、牛頓流體：剪切應力與剪切速率呈直線關系，粘度依靠于流體的分子結構和其它外界條件，與剪切應力和剪切速率的變化無關。事

13、實上，真正屬于流體的只是低分子化合物的液體或溶液，聚合物熔體除聚碳酸酯和偏二氯乙烯氯乙烯共聚物少數幾種與牛頓液體相近以外，絕大數都只能在剪切應力專門小或專門大時表現為牛頓流體。 2、賓漢流體：這種流體與牛頓流體相同的是，其剪切應力和剪切速率的關系表現為直線，不同的是它的流淌只有當剪切應力高至于一定值y后才發生塑性流淌。賓漢流體因此有這種形為，是因為流體在靜止時形成了凝膠結構，外力超過 y時這種三維結構即受以破壞。牙膏、油漆、潤滑脂、鉆井用的泥漿、下水污泥、聚合物在良溶劑中的濃溶液和凝膠性糊塑料等屬于或接近于賓哈流體。 3、假塑性流體：這種流體是非牛頓流體中最為一般的一種，它所表現的流淌曲線是非

14、直線的。流體的表觀粘度隨剪切應力的增加而降低。多數聚合物的熔體，也是塑料成型中處理最多的一類物料，以及所有聚合物在良溶劑中的溶液，其流淌行為都具有假塑性流體的特征。 典型的聚合物熔體流淌曲線 假塑性流體的粘度隨剪切應力或剪切速率的增加而下降的緣故與流體分子的結構有關。對聚合物溶液來講，當它承受應力時，原來由溶劑化作用而被封閉在粒子或大分子盤繞空穴內的小分子就會被擠出，如此，粒子或盤繞大分子的有效直徑即隨應力的增加而相應地縮小，從而使流體粘度下降。因為粘度大小與粒子或大分子的平均大小成正比，但不一定是線性關系。對聚合物熔體來講，造成粘度下降的緣故在于其中大分子彼此之間的纏結。當纏結的大分子承受應

15、力時，其纏結點就會被解開，同時還沿著流淌的方向規則排列，因此就降低了粘度。纏結點被解開和大分子規則排列的程度是隨應力的增加而加大的。顯然，這種 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/pic/jiechan.avi t _blank 大分子纏結的學講，也可用以講明聚合物熔體粘度隨剪切應力增加而降低的緣故。 幾種熱塑性塑料的表觀粘度與剪切應力關系 A 低密度聚乙烯 (170)；B 一乙丙共聚物 (230)；C 一聚甲基丙烯酸甲酯 (230；D 一甲醛共聚物 (200 )；E 一尼龍一 66(285 ) 4、膨脹性流體：這種流體的流淌曲線也不是直線，與假塑性流體不同的是它的

16、表觀粘度會隨剪切應力的增加而上升。屬于這一類型的流體大多數是固體含量高的懸浮液，處于較高剪切速率下的聚氯乙烯糊塑料的流淌行為就專門接近這種流體。 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/pic/pengzhang.avi 膨脹性流體因此有如此的流淌行為，多數的解釋是：當懸浮液處于靜態時，體系中由固體粒子構成的空隙最小，其中流體只能牽強充滿這些空間。當施加于這一體系的剪切應力不大時，也確實是剪切速率較小時，流體就能夠在移動的固體粒子間充當潤滑劑，因此，表觀粘度不高。但當剪切速率逐漸增高時，固體粒子的緊密堆砌就次第被破壞，整個體系就顯得有些膨脹?，F在流體不再能充滿所有的空隙

17、，潤滑作用因而受到限制，表觀粘度就隨著剪切速率的增長而增大。 流淌類型 流淌規律 符合的流體 備注 牛頓流體 ( 為常數)PC和PVDC接近 低分子多為此類 賓漢流體 ( y 和 為常數) 凝膠糊、良溶劑的濃溶液 在剪切力增大到一定值后才能流淌。 假塑性流體 n1 高固體含量的糊 剪切增加，粘度升高。 聚合物不同類型的流淌曲線 2.1.2 流淌的阻礙因素聚合物熔體粘度的大小直接阻礙塑料成型過程的難易。例如在注射成型過程中，假如粘度過大，就要求有較高的注射壓力，制品的大小受到限制，而且制品還容易出現缺陷；假如粘度過小，溢模現象嚴峻，產品質量也不容易保證。在擠出、壓延和其它成型工藝中，也同樣要求聚

18、合物有適宜的熔體粘度，粘度太大或太小都會給成型帶來困難。依照上述阻礙熔體粘度的各種因素的分析，可按不同的聚合物選擇適當的工藝條件，使熔體粘度達到成型操作的要求。 （一）外界因素： 1、溫度 升高溫度可使聚合物大分子的熱運動和分子間的距離增大, 從而降低熔體粘度。 式中為流體在 T 時的剪切粘度， 0 為某一基準溫度 T 0 時的剪切粘度， e 為自然對數的底， a 為常數。從實驗知，在溫度范圍不大于 50 時，對大多數流體來講差不多上常數，超出此范圍則誤差較大。 幾種熱塑性塑料的表觀粘度與剪切應力的關系 意義：能夠通過調節溫度來改變高分子的加工性。從表中可知：聚合物分子鏈剛性越大和分子間的引力

19、越大時，表觀粘度對溫度的敏感性也越大。表觀粘度對溫度的敏感性一般比它對剪切應力或剪切速率要強些。在成型操作中，對一種表觀粘度隨溫度變化不大的聚合物來講，僅憑增加溫度來增加其流淌性是不適合的，因為溫度即使升幅專門大，其表觀粘度卻降低有限 ( 如聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛等 ) 。另一方面，大幅度地增加溫度專門可能使它發生熱降解，從而降低制品質量，此外成型設備等的損耗也較大，同時會惡化工作條件。相對而言。在成型中利用升溫來降低聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚酰胺一 66 等聚合物熔體的粘度是可行的，因為升溫不多即可使其表觀粘度下降較多。 溫敏性塑料：溫度升高粘度下降明顯的塑料，要緊品種有PC、PMMA等

20、分子鏈剛性較大的聚合物。 2、剪切 意義：能夠通過調節剪切應力或剪切速率來改變流淌性。但注意假如聚合物的熔體粘度對剪切作用專門敏感，在操作中就必須嚴格操縱螺桿的轉速或壓力不變，否則剪切速率的微小變化都會引起粘度的顯著改變，致使制品出現表面不良，充模不均，密度不勻或其它弊病。 剪敏性塑料：剪切速率或剪切應力升高粘度明顯下降的塑料，要緊品種有PE PP PS等分子鏈柔性較大的聚合物。 3、壓力 一般低分子的壓縮性不專門大，壓力增加對其粘度的阻礙不大。然而，聚合物由于具有長鏈結構和分子鏈內旋轉，產生空洞較多，因此在加工溫度下的壓縮性比一般流體大得多。聚合物在高壓下 ( 注射成型時受壓達 35 300

21、MPa) 體積收縮較大，分子間作用力增大，粘度增大，有些甚至會增加十倍以上，從而阻礙了流淌性。 聚合物結構不同對壓力的敏感性不同。一般情況下帶有體積龐大的苯基的聚合物，分子量較在、密度較低者其粘度受壓力的阻礙較大。但壓力的阻礙比較復雜，規律并不明顯，因此在較低壓力下可忽略不計，壓力較在時要具體情況具體對待。 （二）原料的阻礙 1、分子鏈的極性：極性越大，粘度越高，流淌性越差。 2、分子量：分子量越大，粘度越高，流淌性越差。 3、分子量分布：分子量分布寬比分布窄的，剪切速率提高，粘度下降變化明顯。 4、添加劑（剛性添加劑，柔性添加劑）：剛性添加劑提高粘度，柔性添加劑降低粘度。2.1.3 流淌中的

22、彈性行為聚合物流體在流淌過程中，不僅有剪切流淌，而且存在拉伸流淌。由于流淌中的拉伸力，使聚合物分子產生彈性變形，這種彈性變形不能專門快恢復，有一定的滯后時刻。彈性形變恢復時會產生以下幾種 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/pic/tanxingxingwei.avi 彈性行為。 1、擠出脹大 聚合物分子在流淌中受到拉伸力的作用，彈性變形受到粘性阻滯，出口模后才能恢復，對制品的外觀、尺寸，對產量和質量都有阻礙。增加管子或口模平直部分的長度（即增加口模的長徑比），適當降低成型時的壓力和提高成型溫度，采納強制定型裝置，并對擠出物加以適當速度的牽引或拉伸等，均有利于減小或

23、消除彈性變形帶來的阻礙。 2、“鯊魚皮癥” “ 鯊魚皮癥 ” 是發生在擠出物表而上的一種缺陷。這種缺陷可自擠出物表面發生悶光起，變至表面呈現與流淌方向垂直的許多具有規則和相當間距的細微棱脊為止。其起因有認為是擠出口模對擠出物表面所產生的周期性張力，也有認為是口模對熔體發生時粘時滑的作用所帶來的結果。依照研究得知：這種癥狀不依靠于口模的進口角或直徑，而且只能在擠出物的線速度達到臨界值時才出現；這種癥狀在聚合物相對分子質量低、相對分子質量分布寬，擠出溫度高和擠出速率低時不容易出現；提高 El 模末端的溫度有利于減少這種癥狀，但與口模的光滑程度和模具的材料關系不大。 3、熔體破裂 塑料的擠出或注射成

24、列中常看到如此一種現象，在較低的剪切速率范圍內，擠出物的表而光滑，形狀均勻但當剪切速率過大超過一定極限值時，從?？诔鰜淼臄D以物，其表面變得粗糙、失去光澤、粗細不勻和彎曲，這種現象被稱為“鯊魚皮癥”。現在如再增大剪切速率，擠出物會成為波浪形、竹節形或周期件螺旋形，在極端嚴峻的情況下，會斷裂。這種現象稱為“熔體破裂”。我們把以上出現的情況都稱為 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/pic/buwendingliudong.avi 不穩定流淌。目前對“熔體破裂”的解釋是，在流淌中，中心部位的聚合物受到拉伸，由于它的粘彈性，在流場中產生了可回復的彈性形變。形變程度隨剪切速率

25、的增大而增大。當剪切速率增大到一定程度，彈性形變到達極限，熔體再不能夠承受更大的形變了，因此流線發生周期性斷開，造成“破裂”。另一種解釋是“粘一滑機理”，由于熔體與流道壁之問缺乏粘著力，在某一臨界切應力以上時，熔體產生滑動，流線出現不連續性，使得有不同形變歷史的熔體段錯落交替地組成擠出物。 熔體破裂只能在管壁處剪切應力或剪切速率達到臨界值后才會發生；臨界值隨著口模的長徑比和擠出溫度的提高而上升；對大多數塑料來講，臨界剪切應力約為 10s 10ePa 。塑料品種和牌號不同，此臨界值有所不同；臨界剪切應力隨著聚合物相對分子質量的降低和相對分子質量分布幅度的增大而上升；熔體破裂與口模光滑程度的關系不

26、大，但與模具材料的關系較大；假如使口模的進口區流線型化，常能夠使臨界剪切速度增大十倍或更多 某些聚合物，尤其是高密度聚乙烯，顯示有超流淌區，即在剪切速率高出平常臨界值時擠出物并不出現熔體破裂的現象。因此，這些聚合物采納高速加工是可行的。 I 2.2 聚合物的加熱與冷卻學習目標1、掌握聚合物熱擴散系數對其加熱和冷卻的阻礙2、注意結晶性聚合物熔融的特征2.2 聚合物的加熱與冷卻 1、塑料的熱擴散系數遠遠小于金屬、鋼材、玻璃等材料，這講明聚合物熱傳導的速率專門小，冷卻和加熱都不專門容易。 某些材料的熱性能 意義：聚合物加熱時有一項限制，確實是不能將推動傳熱速率的溫差提得過高，因為聚合物的傳熱既然不行

27、，則局部溫度就可能過高，會引起降解。聚合物熔體在冷卻時也不能使冷卻介質與熔體之間溫差太大，否則就會因為冷卻過快而使其內部產生內應力。因為聚合物熔體在快速冷卻時，皮層的降溫速率遠比內層為快，如此就可能使皮層溫度差不多低于玻璃化轉變溫度而內層依舊在這一溫度之上?，F在皮層就成為堅硬的外殼，彈性模量遠遠超過內層 ( 大至 l03 倍以上 ) 。當內層獲得進一步冷卻時，必會因為收縮而使其處于拉伸的狀態，同時也使皮層受到應力的作用。這種冷卻情況下的聚合物制品，其物理機械性能，如彎曲強度、拉伸強度等都比應有的數值低。嚴峻時，制品會出現翹曲變形以致開裂，成為廢品。 2、注意聚合物加熱中的外熱和內部剪切熱的配合

28、，防止局部過熱分解。 由于許多聚合物熔體的粘度都專門大，因此在成型過程中發生流淌時，會因內摩擦而產生顯著的熱量。此摩擦熱在單位體積的熔體中產生的速率 Q 為： 3、結晶性聚合物在熔融時需要大量的熱，成型中要注意這一點。 2.3 聚合物的結晶學習目標1、了解聚合物的結晶過程2、明確結晶度的概念3、明確結晶對性能阻礙4、注意成型中如何操縱結晶2.3 聚合物的結晶 一、聚合物的結晶能力：聚合物分子結構的規整性、分子鏈節的柔順性、分子間的作用力對結晶能力都有阻礙。常見的結晶性聚合物有：PE、PP、PA、PVDC、POM、PET等。 二、結晶過程的推測 鏈束鏈帶晶片單晶球晶 三、結晶度：由于聚合物結晶的

29、復雜性，因此聚合物不能完全結晶，存在一定的結晶度。 聚合物 結晶度 LDPE HDPE PP PET 45 74 65 95 55 60 20 60 測定聚合物結晶度的常用方法有量熱法、X射線衍射法，密度法，紅外光譜法以及核磁共振法等。 四、 結晶對性能的阻礙： 由于結晶作用使大分子鏈段排列規整，分子間作用力增強，因而使制品的密度、剛度、拉伸強度、硬度、耐熱性、抗溶性、氣密性和耐化學腐蝕性等性能提高，而依靠于鏈段運動的有關性能，如彈性、斷裂伸長率、沖擊強度則有所下降。制品中含一定量的無定形部分，可增加結晶制品的韌性和力學強度，但能使制品各部分的性能不均勻，甚至會導致制品翹曲和開裂。 結晶度升高

30、耐化學性、熔點也均有所提高，透明性下降。 晶粒對透明性阻礙專門大，小的球晶，透明性好。 五、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/01/pic/jiejing.avi t _blank 成型中阻礙結晶的因素： 1、 冷卻速度慢，聚合物的結晶過程接近于等溫靜態過程，結晶從均相成核作用開始，在制品中容易形成大的球晶。而大的球晶結構使制品發脆，力學性能下降，同時冷卻速度慢，加大了成型周期，并因冷卻程度不夠而易使制品扭曲變形。故大多數成型過程專門少采納緩慢的冷卻速度。 冷卻速度快，熔體的過冷程度大，驟冷甚至使聚合物來不及結晶而成為過冷液體的非晶結構，使制品體積松散。而在厚制品內部

31、仍可形成微晶結構，如此由于內外結晶程度不均勻，會使制品產生內應力。同時由于制品中的微晶和過冷液體結構不穩定，成型后的接著結晶會改變制品的形狀尺寸和力學性能。 2、 塑料在擠出、注射、壓延、模壓和薄膜拉伸等成型過程中，由于受到高應力的作用而使聚合物的結晶作用加快。這是因為在應力作用下聚合物熔體的取向，起到了誘發成核的作用 ( 在拉伸和剪切應力作用下，大分子沿力方向伸直并排成有序排列，有利于晶核形成和晶體的生長 )，使結晶速度增加。熔體的結晶度還隨壓力的增加而提高，同時壓力能使熔體結晶溫度升高。 此外，應力對晶體的結構和形態也有阻礙。例如在剪切應力或拉伸應力作用下，塑料熔體中往往生成一長串的纖維狀

32、晶體。壓力也能阻礙球晶的大小和形狀，低壓下形成的是大而完整的球晶，高壓下則生成小而形狀不規則的球晶。 3、在聚合物中加入成核劑可提高結晶度，提高定型速度，減小晶粒的直徑，提高透明度。 4、 HYPERLINK /suliaogongyi/xxzl/xxsc/cxjg/04.htm 退火 ( 熱處理 ) 的方法能夠使結晶聚合物的結晶趨于完善 ( 結晶度增加 ) ，比較不穩定結晶結構轉變為穩定的結晶結構，微小的晶粒轉變為較大的晶粒等。退火可明顯使晶片厚度增加，熔點提高，但在某些性能提高的同時又可能導致制品“凹陷”或形成空洞及變脆。此外退火也有利于大分子的解取向和消除注射成型等過程中制品的凍結應力。

33、2.4 成型過程中的定向作用學習目標1、能夠分析制品的流淌取向程度及對制品性能阻礙2、掌握拉伸取向的阻礙因素3、注意拉伸制品的生產原理2.4 成型過程中的定向作用1、 熱固性塑料模壓制品中纖維狀填料的定向 為探討填料的定向，可用成型扇形 (1 4 圓形，見圖 225) 片狀物為例來講明。實驗證明，扇形片狀試樣切線方向的機械強度總是大于徑線方向，而在切線方向的收縮率又往往小于徑向。基于這種測定和顯微分析的結果并結合以上討論的情況，可推斷出填料在模壓過程中的位置變更差不多上是按照圖示順次進行的。能夠看出，填料排列的方向要緊是順著流淌方向的，碰上阻斷力 ( 如模壁等 ) 后，它的流淌就改成與阻斷力成

34、垂直的方向。 2、 熱塑性塑料成型過程中聚合物分子的定向 用熱塑性塑料生產制品時，只要在生產過程中存在著熔體流淌，幾乎都有聚合物分子定向的問題，不管生產方法如何變化，阻礙定向的外界因素以及因定向在制品中造成的后果差不多上也是一致的。 圖示是長條形注射模塑制品的定向情況。從圖能夠看出，分子定向程度從澆口處起順著料流的方向逐漸增加，達至最大點 ( 偏近澆口一邊 ) 后又逐漸減弱。中心區與鄰近表面的一層，其定向程度都不專門高，定向程度較高的區域是在中心兩側次表層一帶。以上各區的定向程度差不多上依照實際試樣用雙折射法測量的結果 3、以長條形試樣為例分析流淌取向度。 聚向程度取決于剪切力大小、作用時刻和

35、解取向的程度。 (1) 分子定向是流淌速度梯度誘導而成的，而這種梯度又是剪應力造成的： (2) 當所加應力差不多停止或減弱時，分子定向又會被分子熱運動所摧毀(解取向）。分子定向在各點上的差異應該是這兩種對立效應的凈結果。 分析過程： 現在就以圖 226 所示試樣來分析這種情況。當熔融塑料由料筒通向澆口而向塑模流入時，凡與模壁 ( 模壁溫度較低 ) 接觸的一層都會凍結。導致塑料流淌的壓力在入模處應是最高，而在料的前鋒應是最低，即為常壓。由于誘導分子定向的剪應力是與料流中壓力梯度成正比的，因此分子定向程度也是在入模處最高，而在料的前鋒最低。如此前鋒料在承受高壓 ( 承受高壓應在塑料充滿模腔之后 )

36、 之前，與模壁相遇并行凍結時，凍結層中的分子定向就可不能專門大，甚至沒有。緊接表層的內層，由于冷卻較慢，因此當它在中心層和表層問淤積而又沒有凍結的時刻內是有機會受到剪應力的 ( 在型腔為塑料充滿之后 ) ，因此臨近表層處，分子就會發生定向。其次，再考慮型腔橫截面上各點剪應力的變化情況。假如模壁與塑料的溫度相等，則模壁處的剪應力應該最大，而中心層應是最小。但從貼近模壁一層差不多凍結的實際情況來看，在型腔橫截面上能受剪應力作用而造成分子定向的料層僅限于塑料仍處于熔態的中間一部分。這部分承受剪應力最大的位置，是在熔態塑料柱的邊緣，即表層與中心層的界面上。由此當不難想到分子定向程度最大的區域應該像圖示

37、的區域，而越向中心定向程度應該越低。再次，塑料注入型腔后，首先在橫截面上堵滿的地位既可不能在型腔的盡頭，也可不能在澆口的四周，而是在這兩者之問，這是專門明顯的。最先充滿的區域，它的凍結層應是最厚 ( 以塑料充滿型腔的瞬時計 ) ，而且承受剪應力的機會也最多，因為在充滿區的中間還要讓塑料通過，這確實是圖示定向程度最大的地點。 2、流淌取向會造成制品各向異性，存在內應力，一般不希望在制品中存在取向。 塑料試樣在分子定向的力學強度 阻礙取向的因素要緊有： 隨著塑模溫度、制品厚度 ( 即型腔的深度 ) 、塑料進模時的溫度等的增加，分子定向程度即有減弱的趨勢；增加澆口長度、壓力和充滿塑模的時問，分子定向

38、程度也隨之增加；分子定向程度與澆口安設的位置和形狀有專門大關系，為減少分子定向程度，澆口最好設在型腔深度較大的部位。 下圖為利用流淌取向的“鉸鏈”形制品 二、聚合物的 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/02/pic/quxiang.jpg 拉伸取向 成型過程中假如將聚合物分子在玻璃化溫度與熔點之間的溫度區域內，沿著一個方向拉伸，則其中的分子鏈將在專門大程度上沿著拉伸方向作整齊排列，也確實是分子在拉伸過程中出現了定向。由于定向以及因定向而使分子鏈間吸引力增加的結果，拉伸并經迅速冷至室溫后的制品在拉伸方向上的拉伸強度、抗蠕變等性能就會有專門大的提高。 對薄膜來講，拉伸假如是

39、在一個方向上進行的，則這種方法稱為單向拉伸 ( 或稱單軸拉伸 ) ；假如是在橫直兩向上拉伸的，則稱為雙向拉伸 ( 或稱雙軸拉伸 ) 。 1、拉伸溫度范圍應在玻璃化溫度到粘流溫度或熔點之間。 拉伸定向要在聚合物玻璃化溫度和熔點之問進行，分子在高于玻璃化溫度時才具有足夠的活動，如此，在拉應力的作用下，分子從無規線團中被拉伸應力拉開、拉直和在分子彼此之問發生移動。實質上，聚合物在拉伸定向過程中的變形可分為三個部分：瞬時彈性變形：這是一種瞬息可逆的變形，是由分子鍵角的扭變和分子鏈的伸長造成的。這一部分變形，在拉伸應力解除時，能全部恢復。分子排直的變形：排直是分子無規線團解開的結果，排直的方向與拉伸應力

40、的方向相同。這一部分的變形即所謂分子定向部分，是拉伸定向工藝要求的部分。它在制品的溫度降到玻璃化溫度以下后即行凍結而不能恢復。粘性變形：這部分的變形，與液體的變形一樣，是分子間的彼此滑動，也是不能恢復的。 2、無定型聚合物取向分子的凍結 取向分子和保持是通過把溫度降到玻璃化溫度之下來實現。 拉伸后的薄膜或其它制品，在重新加熱時，將會沿著分子定向的方向 ( 即原來的拉伸方向 ) 發生較大的收縮。 3、拉伸阻礙因素：拉伸溫度、拉伸速度、拉伸比、冷卻速度。 (1) 在給定拉伸比 ( 拉伸后的長度與原來長度的比 ) 和拉伸速度的情況下，拉伸溫度越低 ( 不得低于玻璃化溫度 ) 越好。其目的是增加排直變

41、形而減少粘性變形 ( 參見圖 227) 。 (2) 在給定拉伸比和給定溫度下，拉伸速度越大則所得分子定向的程度越高。 (3) 在給定拉伸速度和定溫下，拉伸比越薄膜的拉伸強度大，定向程度越高 (4) 不管拉伸情況如何，驟冷的速率越大，能保持定向的程度越高。 4、結晶性聚合物在拉伸 結晶對拉伸過程的阻礙是比較復雜的。首先，要求拉伸前的聚合物中不含有晶相， 含有晶相的聚合物，在拉伸時，不容易使其定向程度提高。 其次，具有結晶傾向的聚合物，在拉伸過程中，伴有晶體的產生、結晶結構的轉變 ( 指拉伸前已存有晶相的聚合物 ) 和晶相的定向。拉伸過程中的分子定向能夠加速結晶的過程這是晶體在較短時刻 ( 拉伸所

42、需時刻不長 ) 就能夠產生的緣故。 結晶常能限制分子的運動。因此，通過熱處理，聚合物形成高的結晶度以防止收縮。 5、 熱處理 假如將拉伸后的薄膜或其它制品在張緊的情況下進行熱處理，即在高于拉伸溫度而低于熔點的溫度區域內某一適宜的溫度下加熱若干時刻 ( 通常為幾秒鐘 ) ，而后急冷至室溫，則所得的薄膜或其它制品的收縮率就降低專門多。 2.5 聚合物的降解學習目標1、明確降解的類型2、注意不同聚合物對不同降解的敏感性3、如何有效的防止降解 2.5 聚合物的降解聚合物在熱、力、氧、水、光、超聲波和核輻射等作用下往往會發生降解的化學過程，從而使其性能劣化。降解的實質是：斷鏈；交聯；分子鏈結構的改變；側

43、基的改變；以上四種作用的綜合。在以上的許多作用中，自由基常是一個爽朗的中間產物。作用的結果差不多上聚合物分子結構發生變化。 對成型來講，在正常操作的情況下，熱降解是要緊的，由力、氧和水引起的降解居于次要地位，而光、超聲波和核輻射的降解則是專門少的。一、熱降解 熱降解與分子結構和有無促進降解的雜質有關，聚合物的熱降解首先是從分子中最弱的化學鍵開始的。關于化學鍵的強弱次序一致認為： C FCH( 烯和烷 )C C0 脂鏈 )CCl 在碳原子中：穩定性CCC 叔碳原子 季碳原子 容易發生熱降解的聚合物有PVC、PVDC、POM等。 有效防止的方法：加入熱穩定劑，盡量減少高溫停留的時刻。 二、力降解

44、聚合物在成型過程中常因粉碎、研磨、高速攪拌、混煉、擠壓等受到剪切和拉伸應力而降解。力降解的阻礙因素有以下幾個方面： (1) 聚合物相對分子質量越大的，越容易發生力降解。 (2) 施加的應力愈大時，降解速率也愈大，而最終生成的斷裂分子鏈段卻愈短。 (3) 一定大小的應力，只能使分子斷裂到一定的長度。當全部分子鏈都已斷裂到施加的應力所能降解的長度后，力降解將不再接著。 (4) 聚合物在增溫與添有增塑劑的情況下，力降解的傾向趨弱。 三、氧化降解 在常溫下，絕大多數聚合物都能和氧氣發生極為緩慢的作用，只有在熱、紫外輻射等的聯合作用下，氧化作用才比較顯著。降解歷程專門復雜，而且隨聚合物的種類不同，反應的

45、性質也不同。只是在大多數情況下，氧化是以鏈式反應進行的。聚合物首先通過熱或其它能源的引發形成自由基。隨之自由基與氧結合形成過氧化自由基，過氧化自由基又與聚合物作用形成過氧氫化物和另一個自由基。這兩步即為鏈傳遞作用。 有效防止的方法：加入光穩定劑、抗氧劑，防止高溫與氧接觸。 四、水解 含有酰胺基、酯基等基團的聚合物可能發生水解。防止的方法是干燥。 一次性降解制品 2.6 熱固性塑料的交聯作用學習目標、明確交聯過程的三個時期、注意硬化、熟化、交聯度之間的關系2.6 熱固性塑料的交聯作用熱固性塑料，在尚未成型時，其要緊組成物 ( 樹脂 ) 差不多上線型或帶有支鏈的聚合物。這些線型聚合物分子與熱塑性塑

46、料中線型聚合物分子的不同點在于：前者在分子鏈中都帶有反應基團 ( 如羥甲基等 ) 或反應活點 ( 如不飽和鍵等 ) 。成型時，這些分子通過自帶的反應基團的作用或自帶反應活點與交聯劑 ( 也稱硬化劑，是后加的 ) 的作用而交聯在一起。這些化學反應都稱為交聯反應。差不多發生作用的基團或活點對原有反應基團或活點的比值稱為交聯度。1、明確交聯過程的三個時期 工業上還適應將樹脂交聯過程分為三個時期： 甲階，這一時期的樹脂是既能夠溶解又能夠熔化的物質。乙階，現在樹脂在溶解與熔化的量上受到了限制。也確實是講有一部分是不溶解不熔化的，但依舊是可塑的。丙階，這一時期的樹脂是不熔不溶的物質，只是嚴格地講，丙階樹脂

47、中仍有少量能夠溶解的物質。 2、注意硬化、熟化、交聯度之間的關系 在成型工業中，交聯一詞常常用硬化、熟化等詞代替。所謂“硬化得好”或“硬化得完全”并不意味著交聯作用的完全，而是指交聯作用進展到一種最為適宜的程度，以制品的物理力學性能等達到最佳的境地。一般稱硬化程度大于 100 的為 “ 過熟”，反之則為“欠熟”。第三章成型用的物料內容簡介 本章介紹了塑料用樹脂、助劑的差不多性能，不同狀態原料的配制方法。 本章重點 3.1 粉料的配制3.2 粒料的配制 3.1 混合原理和效果評定1、混合理論分析 (1).擴散：靠各組分間濃度差推動微粒從濃度高向濃度低的區域遷移。（對固、液態物料，這種作用不明顯）

48、 (2).對流：靠各組分在外界因素下向其它組分所占空間流淌，達到各組分在空間上的均勻分布（要緊手段為機械攪拌） (3).剪切：機械作用產生剪切力使物料各組分的物料塊形變甚至分離崩潰，達到均一混合的目的（物料初混以對流為主，塑煉要緊靠剪切作用） 2、混合效果的評定 （1）均勻程度； （2）分散程度。 一方面是組成的均勻程度：從混合物中隨機取樣分析測定，所得某一組分的百分含量與理論或總體百分含量的差值；另一方面是看相鄰同一組分間的距離，越小分散得越好。3.2 粉料的配制學習目標1、熟悉原料的性能2、掌握物料配制方法，熟悉配制中常用的操作。3.2 粉料的配制 在塑料成型加工中，壓延和擠出都可采納粉料

49、。一般配制粉料是把各組分混合分散均勻，因此這種粉料也稱作干混料。一、粉料和粒料的組成不管是粉料依舊粒料，差不多上聚合物和助劑兩類物質組成的。其中聚合物是要緊成分，助劑則是為使復合物或其制品具有某種特性而加入的一些物質。常用的塑料助劑種類專門多，要緊有增塑劑、穩定劑、加工助劑、沖擊改性劑、填充劑、增強劑、著色劑、潤滑劑、防靜電劑、阻燃劑、防霉劑等20多類。加至塑料中的助劑是隨制品的不同要求而定的，并不是各類都需要，加入的各類助劑必須以相互發揮為要則，切忌彼此抑制。 1、聚合物(樹脂) 聚合物既是塑料的要緊成分，因此它決定了制品的差不多性能。在塑料制品中，聚合物應成為均一的連續相，其作用在于將各種

50、助劑粘結成一個整體，從而具有一定的物理力學性能。由聚合物與助劑配制成復合物需要有良好的成型工藝性能，例如，在成型過程中，一般應在一定的溫度、壓力下具有可塑性(連續流淌的行為)。 從配料的角度來考慮，對聚合物的選擇要求要緊是相對分子質量大小及其分布、顆粒大小、結構和它們與增塑劑、溶劑等相互作用的難易等。凡相對分子質量偏高，顆粒結構緊密，以及與增塑劑和溶劑作用較難的，則配制時即需較高的溫度、較強的外作用力和較長的作用時刻。 常用的聚合物樹脂有： HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/01.htm t _blank PE聚乙烯 、 HYPERLINK /suliao

51、gongyi/wlkc/03/002/02.htm t _blank PVC聚氯乙烯 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/03.htm t _blank PP聚丙烯 HYPERLINK /suliaogongyi/學習資源/PP塑料.htm 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/04.htm t _blank PS聚苯乙烯 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/05.htm t _blank ABS丙烯脯丁二烯苯乙烯共聚物 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wl

52、kc/03/002/06.htm t _blank PA聚酰胺 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/07.htm t _blank PC聚碳酸脂 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/08.htm t _blank PMMA聚甲基丙烯酯甲酯 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/09.htm POM聚甲醛 、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/10.htm PPO聚苯醚、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002

53、/11.htm PPS聚苯硫醚 、PUR聚氨酯、PSU聚砜、PF酚醛樹脂、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/12.htm PTFE聚四氟乙烯等。2、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/13.htm 增塑劑 為降低塑料的軟化溫度范圍和提高其加工性，柔韌性或延展性，加入的低揮發性或揮發性可忽略的物質稱為增塑劑，而這種作用則稱為增塑作用。增塑劑通常是一類對熱和化學試劑都專門穩定的有機物，大多是揮發性低的液體，少數則是熔點較低的固體，而且至少在一定范圍內能與聚合物相容(混合后可不能離析)。通過增塑的聚合物，其軟化點(或流淌溫

54、度)、玻璃化溫度、脆性、硬度、拉伸強度、彈性模量等均將下降，而耐寒性、柔順性、斷裂伸長率等則會提高。目前工業上大量應用增塑劑的聚合物只有聚氯乙烯、醋酸纖維、硝酸纖維等少數幾種。其中要緊是聚氯乙烯，所耗增塑劑占其總產量的80以上。因此，以下將著重討論聚氯乙烯的增塑劑。但所述的原理部分對其它塑料也同樣適用。 實際采納的增塑劑，除要求它們對聚合物的相容性好、增塑效率高、揮發度低、化學穩定性高、對光、熱穩定性好等外，還要求無色、無臭、無毒、不燃、吸水量低，在水、油、溶劑等中的溶解度和遷移性小、介電性能好，在室和氣低溫下制品外觀和手感好耐霉菌及污染以及價廉等。要求一種增塑劑同時兼具這些性能是困難的，但其

55、中相容性好和揮發度低是最差不多的要求，在使用時，應在滿足這兩項要求后再按具體情況作適當選擇，在多數情況下，常將幾種增塑劑混用來達到要求。 聚合物與增塑劑的相容性：由于增塑劑對聚合物的作用是發生在它們分子之間的。因此，最重要的要求是它們之間應該有相容性，即彼此之間有互溶性。 相容性好的可作為主增塑劑，能單獨使用；增塑劑不易析出。相容性差的對聚合物的親合力差，只能與主增塑劑共用。 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/14.htm 增塑劑的效率 ：它是從改變聚合物的一定量的物理性能所需加入增塑劑的量作為標記的。選擇的物理性能指標能夠不同，如用彈性模量、柔順性、玻璃

56、化溫度、脆折溫度、回彈量以及一切變形 ( 伸長、彎曲、扭曲、壓縮等 ) 等均可。 3、在塑料中加入穩定劑是制止或抑制聚合物因受外界因素(光、熱、氧、細菌、霉菌以至簡單的長期存放等)所引起的破壞作用。穩定劑可分為熱穩定劑、 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/15.htm 光穩定劑 (紫外線汲取劑，紫外線猝滅劑、光屏蔽劑等)及 HYPERLINK /suliaogongyi/wlkc/03/002/16.htm 抗氧劑 等。 4、填充劑（填料） 填充劑一般差不多上粉末狀的物質，配制塑料時加入填充劑的目的是改善塑料的成型加工性能，提高制品的某些性能，給予塑料新的

57、性能和 ( 或 ) 降低成本。通常用偶聯劑或表面活性劑處理，以改善填料在塑料中的分散程度。填充劑的加入量一般為塑料組成的 40 以下。近年來生產的一些高填充塑料制品等，填充劑的加入量則可能遠超過此范圍。 填充劑的大小和表面狀況對塑料性能有一定阻礙，球狀、立方體狀的通?？商岣叱尚图庸ば阅?，但機械強度差，而鱗片狀的則相反。粒子愈細時對塑料制品的剛性、沖擊性、拉伸強度、因次穩定性和外觀等改進作用愈大。 5、增強劑 加入聚合物中使其機械性能得到提高的纖維類材料，稱作增強劑。它實際上也是聚合物的填料，只是由于性能上的差不和目前有專門大的進展，因此特將其單獨列作一類。增強劑用量越高，增強效果也越大，但卻使

58、塑料流淌性下降，惡化成型加工性能，對設備的磨蝕也較嚴峻。 6著色劑(色料) 給予塑料以色彩或專門光學性能或使之具有易于識不等功能的材料稱為著色劑。塑料著色劑要緊有無機顏料、有機顏料和染料三類。 色料一般有粒狀、膏狀、粉狀之分。用前兩種在運輸上雖較方便，但在混合時比較費工：用后一種，操作時會引起粉塵飛揚，需要添加防塵措施，因此選擇色料時應該結合混合成本以及工廠所能提供的設備和環境愛護的要求作出合理的選擇。此外目前也有工廠專業生產一些高濃度 (50 200 倍或更高 ) 的色母料，供成型加工廠使用，因它清潔、方便又易于操縱，因而進展專門快。 7、潤滑劑 為改進塑料熔體的流淌性能，減少或幸免對設備的

59、摩擦和粘附(粘附也可能由其它助劑引起)以及改進制品表面光亮度等，而加入的一類助劑稱為潤滑劑。常用熱塑性塑料中需要加潤滑劑的有聚烯烴、聚苯乙烯、醋酸纖維素、聚酰胺、ABS、聚氯乙烯等，其中又以硬聚氯乙烯更為突出。常用的潤滑劑有脂肪酸及其皂類、脂肪酸酯類、脂肪醇類和酰胺類、石蠟、低相對分子質量聚乙烯、合成蠟、丙烯酸酯類及某些有機硅化合物。潤滑劑的用量常低于1。選用時應注意的是：潤滑劑的用量和品種對物料的配制及成型加工都有較大的阻礙。 8、防靜電劑 聚烯烴、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯等塑料制品的表面，常因在成型過程中與模具或設備表面分開而積有靜電，這種積電還會在制品后加工或運轉中增加。帶有靜電的制品

60、表面容易積灰，對生產與使用不利。靜電過大時常會震擊人身，假如靜電壓大至3000V時還會產生靜電火花，甚至引起火災。為使制品具有適量的導電能力以消除帶靜電的現象，可在塑料中加入少量防靜電劑。防靜電劑要緊有胺的衍生物、季胺鹽類、磷酸酯類和聚乙二醇酯類。 9、阻燃劑 許多塑料是可燃的，這給應用帶來許多限制。如在塑料中加入一些含磷、鹵素的有機物或三氧化二銻等物質常能阻止或減緩其燃燒，這類物質即稱為阻燃劑。此外在某些聚合物(如環氧、聚酯、聚氨酯、ABS等)合成時，引人一些難燃結構(基團)，也可起到降低其燃燒性能的作用，這些稱為反應型阻燃劑。 常用阻燃劑如磷酸酯類、含鹵磷酸酯類、有機鹵化物、無機阻燃劑。添