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常用塑料的成型加工特點(diǎn)

 
 

一, 概論

  塑料制品生產(chǎn)主要有原料準(zhǔn)備,成型,后處理機(jī)械加工,修飾,裝配等過程組成。一般我們涉及到的是前兩個(gè)過程。 成型是將各種形態(tài)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(gè)階段。 聚合物成型加工的本質(zhì)就是一個(gè)定構(gòu)的過程,也就是使聚合物結(jié)構(gòu)確定,并獲得一定性能的過程,這里所說的結(jié)構(gòu),主要指聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu),即結(jié)晶,取向以及其他特殊微觀結(jié)構(gòu),如支化,交連,連轉(zhuǎn)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(wù)就是通過定構(gòu)過程,在滿足制品形狀,外觀要求的同時(shí),滿足制品的使用性能。與加工性能。 聚合物成型加工,整個(gè)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(shè)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(zhuǎn)變溫度,融化溫度,降解溫度吸水性,透氣性,結(jié)晶性,

2.力學(xué)性能:拉伸,壓縮,沖擊,彎曲強(qiáng)度,摸量,斷裂伸長率,耐長期應(yīng)力開裂等。

3.成型加工性能:流變性能,熱傳導(dǎo)性能,結(jié)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(shù),表面及體積電阻,介質(zhì)損耗,擊穿電壓等。

5.耐化學(xué)腐蝕性能:對酸,堿,有機(jī)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(huán)境老化性能。

  而第3點(diǎn):成型加工性能,是我們重點(diǎn)考慮的因素。在加工過程中,制品的硬度,結(jié)晶度,熔體流動(dòng)性是否易于流動(dòng)充模,收縮率大小,是否發(fā)生分解,降解,交連等都是我們關(guān)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(yīng)力作用下,塑料產(chǎn)生彈性,塑性和粘性變形的行為,以及這些行為與塑料的結(jié)構(gòu),性質(zhì),溫度,壓力和作用方式,作用時(shí)間等的關(guān)系。直接對聚合物材料的選用,加工工藝條件,加工設(shè)備,成型模具,產(chǎn)品質(zhì)量等產(chǎn)生重要影響。

⑵. 熱傳導(dǎo)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(shí)質(zhì)就是塑料的熱傳導(dǎo)。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(dǎo)體,熱源與被加熱的塑料之間溫差太大,就會導(dǎo)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(zhì)與熔體之間溫差太大,就會導(dǎo)致制品內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)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(dòng)過程中會產(chǎn)生剪切摩擦熱,使熔體溫度升高,有時(shí)會造成制品表面燒焦。 許多塑料呈半結(jié)晶型,當(dāng)受熱熔融時(shí),具有相態(tài)轉(zhuǎn)變,從而吸收較多的熱量,當(dāng)其冷卻時(shí),結(jié)晶度與冷卻速度具有密切關(guān)系。

⑶.結(jié)晶性能

  通常,將塑料分成兩類:一類是結(jié)晶型聚合物,另一類是非結(jié)晶型聚合物。塑料的結(jié)晶具有不完善性而且結(jié)晶速率,結(jié)晶度以及結(jié)晶結(jié)構(gòu)等受諸多因素影響。在成型加工中,通過調(diào)整工藝參數(shù),選用合適的成型加工設(shè)備來控制塑料的結(jié)晶條件,從而獲得優(yōu)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(dòng)是,沿流動(dòng)方向的流動(dòng)取向。另一種是聚合物在受到外力拉伸時(shí),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(diǎn)

我們所涉及到的主要是粒料的加工,其工藝性能特點(diǎn)主要有:

1. 收縮率 以粉料或粒料生產(chǎn)塑料制品常是在高溫,熔融狀態(tài)下在模具中成型的,當(dāng)制品冷卻到室溫后,其尺寸將發(fā)生收縮。為了保證制品尺寸的準(zhǔn)確性,在規(guī)定模具行腔的尺寸時(shí) 應(yīng)結(jié)合收縮率而定出適當(dāng)?shù)姆糯笙禂?shù)!∫话闶湛s率太大的制品容易發(fā)生翹曲,開裂。

2. 流動(dòng)性,塑料在受熱和受壓下充滿整個(gè)行腔的能力稱為流動(dòng)性。

3. 水分,塑料中常或多或少的含有水分。塑料中的水分過多時(shí),使其流動(dòng)性增大,成型周期增加,制品收縮率增大,多孔以及易于出現(xiàn)翹曲,表面帶有波紋和悶光現(xiàn)象降低了制品的力學(xué)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(guī)整的分子空間排列,且鏈節(jié)又小,這是其為結(jié)晶型聚合物的內(nèi)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(gè)碳原子中有5個(gè)甲基0.5個(gè)乙基),分子鏈能規(guī)整排列,堆砌緊密,易形成結(jié)晶結(jié)構(gòu),因而密度大(0.94—0.96/g,/cc),結(jié)晶度高(80%--95%)熔融溫度(126--136℃ ),硬度,強(qiáng)度,剛性,韌性也相對較高。還有優(yōu)良的耐熱性(軟化溫度124--127℃,連續(xù)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(jié)晶度隨溫度升高而降低,HDPE驟冷時(shí)可使結(jié)晶度下降40%,從而改變它的性能。 熔體流動(dòng)速率,指在規(guī)定的條件下,一定時(shí)間內(nèi),擠出熔融物料 的量。它反映熔體粘度的大小,是加工流動(dòng)性的量度。對于HDPE,由于分子量較大(相對分子質(zhì)量由十幾萬至幾十萬),密度大,粘度高,故熔體流動(dòng)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(shí),不需要干燥處理。 HDPE擠出溫度為165--260℃壓力為35—140MPa。注射時(shí),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(jié)構(gòu)。仍為飽和的脂肪烴長鏈聚合物而且也是非極性的結(jié)晶高聚物。尤其在溶脹性,溶液性能(耐,酸,堿,有機(jī)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(jié)構(gòu)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(wěn)定。過熱會導(dǎo)致PP分子鏈的斷裂,而不是膠聯(lián)。(通常添加復(fù)合抗氧劑,防老劑)。一般工業(yè)用PP的相對分子質(zhì)量比PE相應(yīng)數(shù)值要高,在22萬—70萬之間。影響PP性能的另一個(gè)重要因素是等規(guī)度。即分子鏈上甲基排列順序。(無規(guī)PP是一種無定形粘稠物,不能結(jié)晶,沒有強(qiáng)度。)

  綜合以上因素,等規(guī)PP的強(qiáng)度,剛性,硬度在常態(tài)下比PE要高。熱氧化穩(wěn)定性比PE差。PP的耐熱性比PE高,一般工業(yè)用PP(等規(guī)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(dòng)速率為2—3.5/g/10min,比PE大,流動(dòng)性好。加工時(shí),較之易于充模。 由于PP熔融溫度高,熱氧化更敏感-,所以,應(yīng)盡量縮短它在成型過程中的受熱時(shí)間。PP注塑成型時(shí),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(shí),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(dāng)增加他的溫度,壓力,保壓時(shí)間。相反的,如果塑件飛毛邊,則相應(yīng)減小以上的參數(shù)。而PP聚丙烯由于對溫度敏感,通常以調(diào)節(jié)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(shí),即使少量水分的存在,也會導(dǎo)致樹脂降解,導(dǎo)致分子鏈斷裂,強(qiáng)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(shí),150--170℃干燥2小時(shí)。干燥后,應(yīng)放在干燥機(jī)中備用,防止再次吸水。

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

③ PET成型收縮率較大1.5—2%。

 
     
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