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常用塑料的成型加工特點

一, 概論 

    塑料制品生產主要有原料準備,成型,后處理機械加工,修飾,裝配等過程組成。一般我們涉及到的是前兩個過程。 成型是將各種形態的塑料(粉料,粒料,溶液或分散體)制成所需形狀的制品或配件的過程,成型過程大體包括原料的塑化,賦形,固化三個階段。 聚合物成型加工的本質就是一個定構的過程,也就是使聚合物結構確定,并獲得一定性能的過程,這里所說的結構,主要指聚合物的聚集態結構,即結晶,取向以及其他特殊微觀結構,如支化,交連,連轉移等。而這些直接影響制品的性能,因此聚合物成型加工的重要任務就是通過定構過程,在滿足制品形狀,外觀要求的同時,滿足制品的使用性能。與加工性能。 聚合物成型加工,整個體系包括,確定合理的原料配方,選擇合適的成型方法,確定合理的工藝條件,對工藝設備提出合理的要求,從而獲得最佳性能的制品。 

二, 塑料的性能 

    一般來講,要考慮塑料的成型加工,首先與塑料的性能密不可分,塑料的性能主要包括: 

1.物理性能:如密度,玻璃化轉變溫度,融化溫度,降解溫度吸水性,透氣性,結晶性,

2.力學性能:拉伸,壓縮,沖擊,彎曲強度,摸量,斷裂伸長率,耐長期應力開裂等。

3.成型加工性能:流變性能,熱傳導性能,結晶性能,大分子取向性能,降解交連性能。 

4.電性能:相對介電常數,表面及體積電阻,介質損耗,擊穿電壓等。

5.耐化學腐蝕性能:對酸,堿,有機溶劑等的耐受性。 

6.熱性能:熱變形溫度,長期使用溫度。 

7.耐環境老化性能。 

    而第3點:成型加工性能,是我們重點考慮的因素。在加工過程中,制品的硬度,結晶度,熔體流動性是否易于流動充模,收縮率大小,是否發生分解,降解,交連等都是我們關心的。 

⑴.流變性能 

    聚合物的流變性能是聚合物成型加工過程中最基本的特征,主要指應力作用下,塑料產生彈性,塑性和粘性變形的行為,以及這些行為與塑料的結構,性質,溫度,壓力和作用方式,作用時間等的關系。直接對聚合物材料的選用,加工工藝條件,加工設備,成型模具,產品質量等產生重要影響。 

⑵. 熱傳導性能 

    塑料的成型一般先加熱,成型后,再冷卻定型。加熱與冷卻的實質就是塑料的熱傳導。塑料在傳熱中,可能獲得的溫度梯度受到限制,由于塑料是熱的不良導體,熱源與被加熱的塑料之間溫差太大,就會導致局部溫度過高,而引起塑料降解。塑料也不能冷卻的過快,冷卻介質與熔體之間溫差太大,就會導致制品內部產生較大的內應力。引起制品變形。 塑料熔體的粘度很高,難于對流傳熱,而流動過程中會產生剪切摩擦熱,使熔體溫度升高,有時會造成制品表面燒焦。 許多塑料呈半結晶型,當受熱熔融時,具有相態轉變,從而吸收較多的熱量,當其冷卻時,結晶度與冷卻速度具有密切關系。 

⑶.結晶性能 

    通常,將塑料分成兩類:一類是結晶型聚合物,另一類是非結晶型聚合物。塑料的結晶具有不完善性而且結晶速率,結晶度以及結晶結構等受諸多因素影響。在成型加工中,通過調整工藝參數,選用合適的成型加工設備來控制塑料的結晶條件,從而獲得優良的制品,是非常重要的。 

⑷.大分子取向性能 

    塑料成型加工過程中,不可避免的會有不同程度的取向作用,一般有兩種取向過程,一種是聚合物熔體中大分子,鏈段,再拉伸或剪切流動是,沿流動方向的流動取向。另一種是聚合物在受到外力拉伸時,大分子,鏈段或微晶等這些單元沿受力方向拉伸取向。 

三 成型加工工藝特點 

我們所涉及到的主要是粒料的加工,其工藝性能特點主要有: 

1. 收縮率  以粉料或粒料生產塑料制品常是在高溫,熔融狀態下在模具中成型的,當制品冷卻到室溫后,其尺寸將發生收縮。為了保證制品尺寸的準確性,在規定模具行腔的尺寸時 應結合收縮率而定出適當的放大系數。  一般收縮率太大的制品容易發生翹曲,開裂。 

2. 流動性,塑料在受熱和受壓下充滿整個行腔的能力稱為流動性。 

3. 水分,塑料中?;蚨嗷蛏俚暮兴?。塑料中的水分過多時,使其流動性增大,成型周期增加,制品收縮率增大,多孔以及易于出現翹曲,表面帶有波紋和悶光現象降低了制品的力學性能和介電性能。 

四 下面就我們所常用的塑料(HDPE,PP,PET),分別探討一下: 

l.PE具有規整的分子空間排列,且鏈節又小,這是其為結晶型聚合物的內在條件。由于聚合方法不同,PE主鏈上有支鏈長短和多少的差別。 HDPE近乎線形分子(分子鏈上平均每1000個碳原子中有5個甲基0.5個乙基),分子鏈能規整排列,堆砌緊密,易形成結晶結構,因而密度大(0.94—0.96/g,/cc),結晶度高(80%--95%)熔融溫度(126--136℃ ),硬度,強度,剛性,韌性也相對較高。還有優良的耐熱性(軟化溫度124--127℃,連續耐熱溫度120℃,分解溫度為350℃),較好的耐溶劑性,耐蒸汽滲透性。 一般,結晶度隨溫度升高而降低,HDPE驟冷時可使結晶度下降40%,從而改變它的性能。 熔體流動速率,指在規定的條件下,一定時間內,擠出熔融物料 的量。它反映熔體粘度的大小,是加工流動性的量度。對于HDPE,由于分子量較大(相對分子質量由十幾萬至幾十萬),密度大,粘度高,故熔體流動速率較低(0.1—4/g/10min),多以比濃粘度表示。 HDPE吸水率很低(0.03%),故而在加工時,不需要干燥處理。 HDPE擠出溫度為165--260℃壓力為35—140MPa。注射時,成型溫度180--250℃,模溫50--70℃,注射壓力為80--100 MPa。成型線收縮率為2%—5% 

2 .PP,聚丙烯和聚乙烯同屬聚烯烴,必然有一定的共性,,都是線形高分子化合物,幾乎不含雙鍵結構。仍為飽和的脂肪烴長鏈聚合物而且也是非極性的結晶高聚物。尤其在溶脹性,溶液性能(耐,酸,堿,有機溶劑和對水分的吸收膨脹等),以及電性能方面,很相似。 但PP與PE在主鏈結構上有一定差異,PP主鏈碳原子上交替存在著甲基,甲基的存在使主鏈略顯僵硬,也使分子對稱性下降,碳原子活化,使PP對氧更敏感,更不穩定。過熱會導致PP分子鏈的斷裂,而不是膠聯。(通常添加復合抗氧劑,防老劑)。一般工業用PP的相對分子質量比PE相應數值要高,在22萬—70萬之間。影響PP性能的另一個重要因素是等規度。即分子鏈上甲基排列順序。(無規PP是一種無定形粘稠物,不能結晶,沒有強度。) 

    綜合以上因素,等規PP的強度,剛性,硬度在常態下比PE要高。熱氧化穩定性比PE差。PP的耐熱性比PE高,一般工業用PP(等規度90%--95%)的熔融溫度為165--170℃,長期使用溫度可為100--120℃, 熱變形溫度/℃(1.86MPa)為56--67℃。PP(2401燕山牌)的熔體流動速率為2—3.5/g/10min,比PE大,流動性好。加工時,較之易于充模。 由于PP熔融溫度高,熱氧化更敏感-,所以,應盡量縮短它在成型過程中的受熱時間。PP注塑成型時,注射溫度200--230℃ 模溫20--60℃,注射壓力70--100℃ PP的密度0.9—0.91g/cc,吸水率0.02—0.03%(加工時,無須干燥),成型收縮率1.0—2.5%。 一般HDPE高密度聚乙烯注塑加工過程中,如果塑件不滿,可適當增加他的溫度,壓力,保壓時間。相反的,如果塑件飛毛邊,則相應減小以上的參數。而PP聚丙烯由于對溫度敏感,通常以調節壓力為主要辦法。 

3 .PET聚對苯二甲酸乙二酯 

① PET樹脂分子中含有酯基,使其具有一定的吸水性(吸水率大于0.08%),制品吸水后性能變化不大。但料粒吸濕后,將其熔融時,即使少量水分的存在,也會導致樹脂降解,導致分子鏈斷裂,強度降低。因此,成型前必須干燥處理。建議130℃--150℃干燥3到5小時,150--170℃干燥2小時。干燥后,應放在干燥機中備用,防止再次吸水。 

② PET是具有明顯熔點(258℃)的結晶聚合物,熔融后,具有良好的流動性,但可加工溫度范圍較窄(270--290℃)超過304℃時,樹脂降解,制品發黑。 

③ PET成型收縮率較大1.5—2%。
 
2009年6月11日

022-86342893