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常用塑料的成型加工特点

时间: 2011-07-08 10:00 来源: 作者: 点击:
一, 概论

制品生产主要有原料准备,成型,后处理机械加工,修饰,装配等过程组成。一般我们涉及到的是前两个过程。 成型是将各种形态的塑料(粉料,粒料,溶液或分散体)制成所需形状的制品或配件的过程,成型过程大体包括原料的塑化,赋形,固化三个阶段。 聚合物成型加工的本质就是一个定构的过程,也就是使聚合物结构确定,并获得一定性能的过程,这里所说的结构,主要指聚合物的聚集态结构,即结晶,取向以及其他特殊微观结构,如支化,交连,连转移等。而这些直接影响制品的性能,因此聚合物成型加工的重要任务就是通过定构过程,在满足制品形状,外观要求的同时,满足制品的使用性能。与加工性能。 聚合物成型加工,整个体系包括,确定合理的原料配方,选择合适的成型方法,确定合理的工艺条件,对工艺设备提出合理的要求,从而获得最佳性能的制品。

二, 塑料的性能

一般来讲,要考虑塑料的成型加工,首先与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,玻璃化转变温度,融化温度,降解温度吸水性,透气性,结晶性,
2,力学性能:拉伸,压缩,冲击,弯曲强度,摸量,断裂伸长率,耐长期应力开裂等。
3,成型加工性能:流变性能,热传导性能,结晶性能,大分子取向性能,降解交连性能。
4,电性能:相对介电常数,表面及体积电阻,介质损耗,击穿电压等。5,耐化学腐蚀性能:对酸,碱,有机溶剂等的耐受性。
6,热性能:热变形温度,长期使用温度。
7,耐环境老化性能。

而第3点:成型加工性能,是我们重点考虑的因素。在加工过程中,制品的硬度,结晶度,熔体流动性是否易于流动充模,收缩率大小,是否发生分解,降解,交连等都是我们关心的。

⑴.流变性能

聚合物的流变性能是聚合物成型加工过程中最基本的特征,主要指应力作用下,塑料产生弹性,塑性和粘性变形的行为,以及这些行为与塑料的结构,性质,温度,压力和作用方式,作用时间等的关系。直接对聚合物材料的选用,加工工艺条件,加工设备,成型模具,产品质量等产生重要影响。

⑵. 热传导性能

塑料的成型一般先加热,成型后,再冷却定型。加热与冷却的实质就是塑料的热传导。塑料在传热中,可能获得的温度梯度受到限制,由于塑料是热的不良导体,热源与被加热的塑料之间温差太大,就会导致局部温度过高,而引起塑料降解。塑料也不能冷却的过快,冷却介质与熔体之间温差太大,就会导致制品内部产生较大的内应力。引起制品变形。 塑料熔体的粘度很高,难于对流传热,而流动过程中会产生剪切摩擦热,使熔体温度升高,有时会造成制品表面烧焦。 许多塑料呈半结晶型,当受热熔融时,具有相态转变,从而吸收较多的热量,当其冷却时,结晶度与冷却速度具有密切关系。

⑶.结晶性能

通常,将塑料分成两类:一类是结晶型聚合物,另一类是非结晶型聚合物。塑料的结晶具有不完善性而且结晶速率,结晶度以及结晶结构等受诸多因素影响。在成型加工中,通过调整工艺参数,选用合适的成型加工设备来控制塑料的结晶条件,从而获得优良的制品,是非常重要的。

⑷.大分子取向性能

塑料成型加工过程中,不可避免的会有不同程度的取向作用,一般有两种取向过程,一种是聚合物熔体中大分子,链段,再拉伸或剪切流动是,沿流动方向的流动取向。另一种是聚合物在受到外力拉伸时,大分子,链段或微晶等这些单元沿受力方向拉伸取向。

三 ,成型加工工艺特点

我们所涉及到的主要是粒料的加工,其工艺性能特点主要有:

1. 收缩率 以粉料或粒料生产塑料制品常是在高温,熔融状态下在模具中成型的,当制品冷却到室温后,其尺寸将发生收缩。为了保证制品尺寸的准确性,在规定模具行腔的尺寸时 应结合收缩率而定出适当的放大系数。 一般收缩率太大的制品容易发生翘曲,开裂。
2. 流动性,塑料在受热和受压下充满整个行腔的能力称为流动性。
3. 水分,塑料中常或多或少的含有水分。塑料中的水分过多时,使其流动性增大,成型周期增加,制品收缩率增大,多孔以及易于出现翘曲,表面带有波纹和闷光现象降低了制品的力学性能和介电性能。

四,下面就我们所常用的塑料(HDPE,PP,PET),分别探讨一下:

lPE具有规整的分子空间排列,且链节又小,这是其为结晶型聚合物的内在条件。由于聚合方法不同,PE主链上有支链长短和多少的差别。 HDPE近乎线形分子(分子链上平均每1000个碳原子中有5个甲基0.5个乙基),分子链能规整排列,堆砌紧密,易形成结晶结构,因而密度大(0.94—0.96/g,/cc),结晶度高(80%--95%)熔融温度(126--136℃ ),硬度,强度,刚性,韧性也相对较高。还有优良的耐热性(软化温度124--127℃,连续耐热温度120℃,分解温度为350℃),较好的耐溶剂性,耐蒸汽渗透性。 一般,结晶度随温度升高而降低,HDPE骤冷时可使结晶度下降40%,从而改变它的性能。 熔体流动速率,指在规定的条件下,一定时间内,挤出熔融物料 的量。它反映熔体粘度的大小,是加工流动性的量度。对于HDPE,由于分子量较大(相对分子质量由十几万至几十万),密度大,粘度高,故熔体流动速率较低(0.1—4/g/10min),多以比浓粘度表示。 HDPE吸水率很低(0.03%),故而在加工时,不需要干燥处理。 HDPE挤出温度为165--260℃压力为35—140MPa。注射时,成型温度180--250℃,模温50--70℃,注射压力为80--100 MPa。成型线收缩率为2%—5%

2PP,聚丙烯和聚乙烯同属聚烯烃,必然有一定的共性,,都是线形高分子化合物,几乎不含双键结构。仍为饱和的脂肪烃长链聚合物而且也是非极性的结晶高聚物。尤其在溶胀性,溶液性能(耐,酸,碱,有机溶剂和对水分的吸收膨胀等),以及电性能方面,很相似。 但PP与PE在主链结构上有一定差异,PP主链碳原子上交替存在着甲基,甲基的存在使主链略显僵硬,也使分子对称性下降,碳原子活化,使PP对氧更敏感,更不稳定。过热会导致PP分子链的断裂,而不是胶联。(通常添加复合抗氧剂,防老剂)。一般工业用PP的相对分子质量比PE相应数值要高,在22万—70万之间。影响PP性能的另一个重要因素是等规度。即分子链上甲基排列顺序。(无规PP是一种无定形粘稠物,不能结晶,没有强度。)

综合以上因素,等规PP的强度,刚性,硬度在常态下比PE要高。热氧化稳定性比PE差。PP的耐热性比PE高,一般工业用PP(等规度90%--95%)的熔融温度为165--170℃,长期使用温度可为100--120℃, 热变形温度/℃(1.86MPa)为56--67℃。PP(2401燕山牌)的熔体流动速率为2—3.5/g/10min,比PE大,流动性好。加工时,较之易于充模。 由于PP熔融温度高,热氧化更敏感-,所以,应尽量缩短它在成型过程中的受热时间。PP注塑成型时,注射温度200--230℃ 模温20--60℃,注射压力70--100℃ PP的密度0.9—0.91g/cc,吸水率0.02—0.03%(加工时,无须干燥),成型收缩率1.0—2.5%。 一般HDPE高密度聚乙烯注塑加工过程中,如果塑件不满,可适当增加他的温度,压力,保压时间。相反的,如果塑件飞毛边,则相应减小以上的参数。而PP聚丙烯由于对温度敏感,通常以调节压力为主要办法。

3 PET聚对苯二甲酸乙二酯

① PET树脂分子中含有酯基,使其具有一定的吸水性(吸水率大于0.08%),制品吸水后性能变化不大。但料粒吸湿后,将其熔融时,即使少量水分的存在,也会导致树脂降解,导致分子链断裂,强度降低。因此,成型前必须干燥处理。建议130℃--150℃干燥3到5小时,150--170℃干燥2小时。干燥后,应放在干燥机中备用,防止再次吸水。
② PET是具有明显熔点(258℃)的结晶聚合物,熔融后,具有良好的流动性,但可加工温度范围较窄(270--290℃)超过304℃时,树脂降解,制品发黑。
③ PET成型收缩率较大1.5—2%。(end)

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