項目1塑料原料與塑料制品的工藝性

任務1.1塑料原料的分析與選擇任務1.2塑料制品的結構工藝性分析

任務1.1塑料原料的分析與選擇1.1.1塑料的組成與分類1.1.2塑料的工藝性能

任務引入：圖中所示生活中常見的藥瓶內蓋，其材料如何選擇?1.1.1塑料的組成與分類1.塑料的組成包括：樹脂、填料、增塑劑、穩定劑、潤滑劑、著色劑、固化劑

塑料是以合成樹脂為主要成分，加入適量的添加劑組成的。

（1）樹脂

從石油煤、空氣、水和農副產品等物質中提煉出來的化學物質，它是塑料的主要成分，約占材料總重量的（40%～60%）。

塑料之所以具有可塑性或流動性，就是樹脂所賦予的。（2）填料

填料在充填過程中的主要功能：一是增加容量，降低塑料成本；二是能夠改善塑料性能，即用以塑料改性，提高塑料的物理性能、加工性能和塑件的質量等。（3）增塑劑

樹脂中加入增塑劑后，使塑料能在較低的溫度下具有良好的可塑性和柔軟性。

（4）穩定劑

作用：提高樹脂在受外界因素作用時的穩定性。樹脂在成型加工和使用過程中，由于受外界因素的作用，性能會變差，即所謂“老化”。加入少量穩定劑可以減緩這種情況的發生。對穩定劑的要求是：除對聚合物的穩定效果好外，還應能耐水、耐油、耐化學藥品，并與樹脂相溶，在成型過程中不分解、揮發小、無色。（5）潤滑劑

添加潤滑劑的目的：對塑料表面起潤滑作用，改進塑料熔體的流動性，減少或避免塑料對模具型腔的摩擦和黏附，從而使塑料制品的表面更加光潔，也有助于延長模具的使用壽命。（6）著色劑作用：著色劑是能使塑料制件具有各種顏色的物質。著色劑還可改善塑件的性能，如可以提高耐候性、力學強度、電性能及光學性能等。著色劑一般有無機顏料、有機顏料及染料三大類。（7）固化劑

固化劑又稱硬化劑、交聯劑。

作用：促使合成樹脂進行交聯反應而形成體型網狀結構或加快交聯反應速度，成為較堅硬和穩定的塑料制件。

塑料還可以制成“合金”，即把不同品種不同性能的塑料用機械的方法均勻溶合起來，或者將不同單體的塑料通過化學處理得到新性能的塑料。例如：ABS塑料就是由苯乙烯、丁二烯、丙烯腈組成，經共聚和混合而制成的三元“合金”。1）熱塑性塑料

熱塑性塑料主要由合成樹脂（分子為線型或者帶有支鏈的線型結構）制成，其成型過程是物理變化。其變化過程是可逆的。熱塑性塑料受熱可軟化或熔融，成型加工后冷卻固化，再加熱仍可軟化，可回收利用。注意：如果溫度過高而且保溫時間過長，材料也將被破壞。

2.塑料的分類（1）按照塑料樹脂的大分子類型和特性分類2）熱固性塑料

熱固性塑料主要是以縮聚樹脂（分子為立體網狀結構）為主，加入各種助劑制成的，但它的成型過程不僅是物理變化，更主要是化學變化。熱固性塑料成型加工時也可受熱軟化或熔融，但一旦成型固化后便不能夠再次軟化，也不可回收利用。（2）按塑料的用途分類

1）通用塑料

這類塑料主要是指產量大、用途廣、價格低的一類塑料，主要包括六大品種：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料。它們的產量約占塑料總產量的80%，構成了塑料工業的主體。2）工程塑料

在工程技術中用作結構材料的塑料。它除具有較高的機械強度外，還具有很好的耐磨性、耐腐蝕性、自潤滑性及尺寸穩定性等，具有某些金屬性能，因而可以代替金屬作某些機械構件。目前常用的工程塑料包括聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS、聚砜、聚苯醚、聚四氟乙烯等幾種。3）特殊塑料

特殊塑料指具有某些特殊性能的塑料。這類塑料有高的耐熱性或高的電絕緣性及耐腐蝕性等性能，如氟塑料、聚酰亞胺塑料、有機硅樹脂、環氧樹脂等。特殊塑料還包括為某些專門用途而改性制得的塑料，如導磁塑料和導熱塑料。1.1.2塑料的工藝性能

概念：塑料制品自模具中取出冷卻到室溫后，其尺寸或體積會發生收縮，這種性質稱為收縮性。1.塑料的成型收縮性

收縮性的大小以單位長度塑料制品收縮量的百分數來表示，稱為收縮率。

影響因素：塑料品種、塑件結構、模具結構、成型工藝2.塑料的流動性

概念：在成型加工中，塑料熔體在一定的溫度與壓力作用下充填模腔的能力，即為塑料的流動性。高聚物中加入填料會降低樹脂的流動性；加入增塑劑、潤滑劑可以提高流動性。影響因素：溫度:一般情況料溫高，流動性大，但不同塑料也各有差異。壓力:注射壓力增大，流動性也增大。

模具結構:澆注系統的形式、尺寸、結構、冷卻系統的設計和流動阻力等。3．塑料的相容性

概念：兩種或兩種以上不同品種的塑料，在熔融狀態不產生相互分離現象的能力。

塑料的相容性又俗稱為共混性。通過塑料的這一性質，可以得到類似共聚物的綜合性能，是改進塑料性能的重要途徑之一.◆熱固性塑料的流動性的測定：

圖1-3拉西格流動指數測定示意圖1-組合凹模2-模套3-流料槽4-加料室采用拉西格壓模測定◆熱塑性塑料的流動性的測定：

圖1-2熔融指數測定儀結構示意圖1-熱電偶測溫管2-料簡3-出料孔4-保溫層5-加熱棒6-柱塞；7-重錘(注：6、7相加總重2160g)采用熔融指數測定儀測定

4.塑料的吸濕性

概念：吸濕性是指塑料對水分的親疏程度。

分類：

（1）具有吸濕或黏附水分傾向的塑料，如：聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚砜等；（2）吸濕或黏附水分極小的材料，如：聚乙烯、聚丙烯等。5.塑料的熱敏性和水敏性

熱敏性概念：是指某些熱穩定性差的塑料，在高溫下受熱時間較長或澆口截面過小及剪切作用大時，料溫增高就易發生變色、降解、分解的傾向。

水敏性概念：

在高溫下，熔體對水降解的敏感性，稱為水敏性。具有水敏性的塑料，稱為水敏性塑料，如聚碳酸酯。6.塑料的比體積和壓縮率

◆

比體積和壓縮率主要針對熱固性塑料而言。

◆

比體積是指單位質量的松散塑料所占有的體積，其單位為cm3／ｇ；

◆壓縮率是指塑料的體積與塑件的體積之比，其值恒大于１。

◆比體積和壓縮率都表示粉狀和纖維狀塑料的松散性，在熱固性塑料壓縮或壓注成型時，用它們來確定模具加料室的大小。任務實施：

藥瓶內蓋是日常生活中的常見塑料制品，市場制造需要求量大，根據其使用性能要求分析，該內蓋用于藥品的密封，因而選用無毒無味且透明的PE（聚乙烯）塑料：可回收塑料，通過再循環處理可再生利用。樹立綠色設計、綠色制造的職業理念任務1.2塑料制品的結構工藝性分析

1.2.1塑料制品的尺寸、尺寸公差和表面粗糙度1.2.2塑料制品的結構形狀1.2.3塑料螺紋和齒輪任務引入：分析藥瓶內蓋的結構工藝性，確定此塑料制品是否適合注射成型。塑件結構工藝性設計時，應考慮以下幾方面的因素：◆

塑料的成型方法

不同塑料制品的工藝性要求有所不同。◆

塑料的各項性能特點

如:物理力學性能、成型工藝性能等；在保證各項使用性能的前提下，塑件的結構形狀力求簡單，且有利于充模流動、排氣、補縮和高效冷卻硬化（熱塑性塑料制件）或快速受熱固化（熱固性塑料制件）。◆

模具結構及加工工藝性模具的總體結構應使模具零件易于制造，特別是抽芯和脫模機構。1.2.1塑料制品的尺寸、尺寸公差和表面粗糙度

1.塑料制品的尺寸

尺寸是指制品的總體尺寸，不是壁厚、孔徑等結構尺寸。塑料制品尺寸的大小取決于塑料本身的流動性。壓縮成型和壓注成型的塑料制品，尺寸受到壓力機最大壓力及臺面尺寸的限制；注射成型的塑料制品，尺寸受到注射機的公稱注射量、鎖模力、模板尺寸及脫模距離的限制。2.塑料制品的尺寸公差影響因素主要有：模具的類型、結構與制造誤差及磨損，尤其是成型零件的制造和裝配誤差、使用中的磨損；塑料收縮率的波動；模塑工藝條件的變化；塑料制品的形狀及成型工藝性；飛邊厚度的波動；脫模斜度及成型后制品的尺寸變化等。塑件尺寸公差的代號為MT，公差等級分為7級，每一級又可分為A、B兩部分。3.塑料制品的表面粗糙度

塑料制件的表面粗糙度決定其表面質量。塑件的表面粗糙度主要取決于模具型腔表面的粗糙度。

一般模具的表面粗糙度值要比塑件的低１～２級；

塑料制件的表面粗糙度Ra值一般為0.8～0.2μm。一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的。

1.2.2塑料制品的結構形狀1.形狀

應盡量不采用側向抽芯機構，因此塑件設計時應盡可能避免側向凹凸形狀或側孔。

塑件設計應盡可能避免側向凹凸或側孔，盡量不采用側向抽芯機構。當塑件內側凹較淺并帶有圓角時，可以采取強制脫模的方法使塑件從凸模上脫下。多數情況下，不可強制脫模，此時應采用側向分型抽芯結構的模具。

圖1-5可強制脫模的側向凹凸結構2.壁厚

塑件壁厚的最小尺寸應滿足以下要求：具有足夠的剛度和強度，脫模時能經受脫模機構的沖擊，裝配時能承受緊固力。一般而言，在滿足使用要求的前提下，制件壁厚盡量取小些。同一塑件的壁厚應盡可能均勻一致；對于注射及壓注成型塑件，壁厚變化一般不應超過１∶３。

此外，壁厚與流程有密切的關系。所謂流程是指塑料熔料從進料口起流向型腔各處的距離。各種塑料在常規工藝參數下，流程長短與塑料制品壁厚成比例關系。塑料制品的壁厚越大，則允許的流程越長。因此塑料制品的壁厚也可根據經驗公式來確定。3.脫模斜度

為了便于從成型零件上順利脫出塑件，必須在塑件內外表面沿脫模方向設計足夠的斜度，稱為脫模斜度。◆塑料的收縮率大，壁厚，斜度應取偏大值，反之取偏小值。◆塑件結構比較復雜，脫模阻力就比較大，應選用較大的脫模斜度。◆當塑件高度不大（一般小于２ｍｍ）時，可以不設斜度；對型芯長或深型腔的塑件，斜度取偏小值。◆塑件外表面的斜度取值可比內表面的小些；◆熱固性塑料的收縮率一般較熱塑性塑料的小一些，故脫模斜度也相應取小一些。4.加強肋

加強肋的作用：在不增加壁厚的情況下，增加塑料制品的強度和剛度，

防止塑料制品翹曲變形；

布置加強肋時，

應盡量減少塑料的局部集中，以免產生縮孔和氣泡。加強肋的厚度不應大于塑料制品的壁厚，否則壁面會因肋根的內切圓處的縮孔而產生凹陷；

加強肋與塑料制品壁的連接處應采用圓角過渡；

加強肋的端面高度不應超出塑料制品的高度。加強肋設計實例

合理不合理合理不合理合理不合理合理不合理

通常采用的是底腳（三點或四點）或邊框來做支撐面。

5.支承面

不合理合理合理6．圓角

設置圓角的目的：避免局部應力集中；增加塑件的美觀程度；增加塑件的強度；改善充模流動特性；增加模具的堅固性；便于脫模。圖1-12R/8與應力集中的關系7．孔的設計

塑件上常見的孔有通孔和盲孔兩類。孔的位置應設置在不易削弱塑件強度的地方，在孔與孔之間、孔與邊壁之間應留有足夠的距離。一般孔與孔的邊緣或孔邊緣與制件外壁的距離應不小于孔徑。兩孔間距或孔邊距過小，改進孔的設計。

塑件上固定用孔和其他受力孔的周圍可設計凸邊或凸臺來加強。

為便于設置型芯，固定孔建議采用a)

圖和C）圖的形式。

（1）通孔的成型方法

（2）盲孔的成型方法盲孔只能用一端固定的一端固定的型芯來成型，因此其深度應淺于通孔。注射成型或壓注成型時，孔深應不超過孔徑的４倍；壓縮成型時，孔深應更淺些：平行于壓縮方向的孔深一般不超過孔徑的２.５倍，垂直于壓縮方向的孔深不超過孔徑的２倍。對于直徑小于１.５ｍｍ的孔或深度太大的孔最好用成型后再機加工的方法獲得。

（3）異形孔的成型方法采用拼合方式成型來成型，可避免側向抽芯。

8.塑料制品的花紋、標記、符號及文字

（1）紋向應與脫模方向一致，并有適當的脫模斜度。◆圖1-21a所示制品及圖1-21d所示制品脫模麻煩，模具結構復雜；◆圖1-21c所示制品在分型面處的飛邊不易清除；◆圖1-21b所示制品、圖1-21e所示制品則脫模方便，模具結構簡單，制造方便，而且分型面處的飛邊為一圓形，容易去除。

（2）標記、符號和文字有3種形式：凸字、凹字、凹坑凸字。1.2.3塑料螺紋和齒輪1.塑料螺紋塑件上螺紋應選用較大的公稱直徑螺紋過細影響其使用強度。塑料螺紋的精度也不能要求太高，一般低于３級。一般塑料螺紋的外螺紋直徑不應小于4ｍｍ，內螺紋直徑不應小于２ｍｍ。當不考慮螺紋螺距收縮率時，塑件螺紋與金屬螺紋的配合長度不能太長，一般不大于螺紋直徑的１.５~2倍（或７～８牙)。（2）螺紋始末端留臺階為增加塑件螺紋的強度，防止最外圈螺紋可能產生的崩裂或變形，應使其始末端留出一定距離，同時，始末端不要突然開始和結束，須留有一定的過渡段l。

a)錯誤