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塑胶材料基础知识(1)

    第一篇 : 塑膠材料基礎
 
    一.概述 :
 
    1.塑料的定義:
 
    塑料是一種以合成的或天燃的高分子為主要成分的物質,通常含有添加劑等輔 助成分.廣義地說,它是一種在一定溫度及壓力下可塑造成一定形狀的高分子有 機材料,在1996年公布的新標(GB/T 2035-1996)對塑料重新定義為:以高聚物為 主要成分, 並在加工為成品的某個階段可流動成型的材料.
 
    2.塑料的組成:
 
    塑料的主要成分是合成樹脂,再加上一些添加劑及填充材料.
 
    2.1.合成樹脂:
 
    合成樹脂是人工合成的有機高分子化合物,其結構單元主要由碳原子,氫原子, 氧原子及其它如硫原子,硅原子等通過化學鍵(可以視為原子間的索鏈)等連接組成, 以PE(聚乙烯)為例:
 
    CH2=CH2
 
    聚乙烯分子單體結構
 
    CH2        PE單體結構模型
 
    CH2
 
    -CH2-CH2-CH2-CH2-CH2
 
    CH2
 
    CH2
 
    聚乙烯分子鏈結構        聚乙烯分子鏈模型
 
    2.2.填充材料:
 
    為滿足各種應用領域的性能要求,需加入些填充材料,以彌補樹脂本身性能的不 足,增加剛性,降低高溫蠕變性,收縮率,吸水率,提高尺寸的穩定性,沖擊強度,耐 磨性和阻燃性,常用的填充材料有玻璃纖維,碳素纖維,木粉,棉布,紙張,石棉,雲 母,石粉,硅藻土等,填充材料一般含量不高于40%.
 
    2.3.增塑劑:
 
    一類高分子量酯類物質,增加樹脂的柔韌性,改善加工性,降低熔融粘度及玻璃 化溫度,改善充模及脫模;
 
    2.4.穩定劑:
 
    一些無機及有機鉛鹽,金屬皂,有機錫化物等物質,防止樹脂在加工及使用過程 中由于受熱和光的作用而導致性能破壞;如熱穩定劑可減緩樹脂在高溫下氧化變脆.
 
    2.5.潤滑劑: 一些脂肪酸,酯類等,增加潤滑性,改善樹脂在成型過程中的加工性能,防止發生 粘附現象.
 
    2.6.其它添加劑:如:著色劑,抗靜電劑,阻燃劑,成核劑,抗UV劑等.
 
    3.塑料的分類:
 
    3.1.按分子結構特點分有非結晶類及半結晶類塑料:
 
    非結晶類塑料(又稱無定型料):非結晶類熱塑性塑料的硬度通常都很高,在沒有 添加填充劑的情況下,此類塑料大多數是透明且堅硬的,此類塑料沒有明顯的熔點, 較容易注塑成型;成型條件范圍一般都較寬,非結晶塑料的收縮率低,注塑件的收縮 差異較小,因原料顏色為無色透明或淺淡色,非结晶料著色容易;我司常用非結晶 料有:ABS,HIPS,PC,PVC,PMMA,PPO等.
 
    半結晶類塑料:半結晶類塑料通常都具有伸展性強,韌性高,耐用等特點,由于材 料內部的晶體結構阻礙了光線的通過,所以此類塑料大都不透明;半結晶類塑料有 明顯的熔點,成型溫度范圍較窄,因結晶導致收縮率大,注塑件的收縮變化大,同時 注塑件的特性在很大程度上取決于成型階段的結晶度;注塑過程中模溫的控制及 模具的冷卻是否均勻是非常重要的,由于注塑件內部結構並不足100%的結晶體,其 中亦有部分是非結晶體,所以稱為半結晶,實際上注塑行業將半結晶類塑料簡稱為 結晶類塑料.我司常用結晶類塑料有POM，PPS,PP,PA,PBT,PET,等。
 
    3.2. 按用途分: 通用塑料:PVC,PE,PP,PS等; 工程塑料:ABS,PC,PA,POM,PPO,PBT/PET; 特種工程塑料:PPS,PEI等.
 
    3.3.按物理化學性能分:
 
    熱塑性塑料:在加工過程中,一般只起物理變化,即在特定溫度范圍內能反復加 熱軟化和冷卻固化的一類高分子材料(如我們常用的ABS,PA,PBT等);
 
    熱固性塑料:在加工過程中起化學變化,受熱時開始軟化而具有一定的可塑性, 但隨著進一步加熱,樹脂(單體間發生交聯)硬化定型,再加熱亦不軟化的一類高分 子材料(如電木粉,電玉粉);
 
    熱固性塑料在加熱過程中,其線型分子結構互相交聯,連成綱狀結構和體型結 構,形成不溶不熔的物質.
 
    4.塑膠材料基本術語定義
 
    4.1 結晶料: 分子鏈規整排列,具一定形狀結構的聚合物.具有明顯容點,密度大,
 
    機械強度高,如PE,PP,PA,POM,PBT等;
 
    4.2無定形料:分子鏈不規則,無定形排列的聚合物,沒有明顯熔點,如ABS,PS,PVC等;
 
    4.3 聚合物:低分子鏈段通過縮水聚合等化學反應形成的高分子物質,為塑膠材料 的基本構成物,通常也稱合成樹脂.
 
    4.4 分子鏈:一般由碳、氫及其它如氧、硫、氮等原子通過化學鍵作用連成鏈狀,
 
    稱為分子鏈,為高分子聚合物的基本構成體.
 
    4.5 熔點:固體剛開始熔化時的溫度,即由三維有序態轉變為無序粘流態時的溫度.
 
    4.6 水解:在高溫下,高分子鏈與水分子作用,發生降解反應,高分子鏈被斷開為低 分子鏈段,材料強度下降.易發生水解反應的性質稱為水敏性,聚酯,如 PC、 PBT、PET等在高溫下极易水解.
 
    4.7 熱敏性:對溫度變化敏感的性質.溫度高,高分子鏈即發生斷裂分解產生低分 子鏈,气體及水份等,伴隨著變色,材料性能嚴重下降,熱敏性材料有  P O M ,P V C
 
    4.8 剪敏性:對剪切磨擦作用敏感的性質.當背壓大,回轉快,水口小,射速快時,高 分子鏈段易被大的剪切力及高的磨擦熱導致分解,剪敏性材料有POM,PVC等;
 
    4.9 定向:熱塑性塑料由很多很長的鏈狀大分子所組成,在自由狀態下,它們的排 列是任意的或卷曲的,假使我們把其中一個大分子放大來看,它的外貌將是 一串串的聚合物分子鏈互相混亂纏繞在一起(見圖1),當塑料在壓力下被推 進模腔內,它的分子鏈是按照流動方向排列的.為降低生產成本,模腔內的 熔料被急速冷凍,所有分子鏈並沒有足夠時間回復他們的自然卷曲狀態,而 是沿著壓力傳遞方向(即流動方向)展開排列形成定向(見圖2),定向是塑料 注塑過程中的必然現象.由于定向使注塑件在不同方向,不同部位的特性有 差異,這種差異稱為"各向異性".在很多方面,塑料件的結構和木材的紋理很 相似,其順向和橫向的特性可以有很大的差別,由于模腔內各點的流速和冷 卻速度不同,造成注塑件在結構上呈現各向異性和不均勻性.定向造成流動
 
    方向與垂直流動方向收縮有較大差異,收縮差異會使零件產生內應力集中而 發生翹曲變形,應力開裂等現象.
 
    4.10 收縮率:塑膠經過熱成型后,離模冷卻時,發生冷卻收縮的長度比例.
 
    4.11 吸水率:常溫下材料吸收的水份至飽和狀態時所占的重量比,尼龍的吸水率 高,可達3%,甚至更高,因此為穩定零件尺寸,尼龍成型后需作調濕處理.