工程塑料及其加工工艺

– 分子量越高，PH-LD的流动特性越差，但是有更好的抗 冲击强度。
1．聚乙烯（PE塑料）
• 性能：
– 由于其在密度、结晶度、分子量方面的差异其性能 差异是较大的。
– 一般，低密度聚乙烯的机械性能较高密度聚乙烯稍 差，制品较高密度聚乙烯软。
通用工程塑料：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、 热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯 醇共聚物等
特种工程塑料：交联型：聚氨基双马来酰胺、聚三嗪、交 联聚酰亚胺、耐热环氧树指等。非交联型：聚砜、聚醚砜、 聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮（PEEK）等
具有较高物理机械性能，应用于工程技术领域
塑料的分类——4、其他分类方法
按密度分
低密度、中密度、高密度
按聚合压力分 高压聚乙烯、中压聚乙烯、低压聚乙烯
按分子量大小分 低分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯
常用塑料及其应用
• 热塑性塑料
– 五大品种：PE、PVC、PS、PP、ABS
• 氟塑料 • 高分子复合材料：玻璃钢、碳纤维增强塑料
1．聚乙烯（PE塑料）
塑料的缺点
• 塑料与金属及其它工业材料相比较有如 下缺点：
– 1 塑料不耐高温,低温容易发脆
• 多数塑料虽不易燃烧,但在300℃以上发生变形, 燃烧时放出有毒气体。由于耐热性较差,使塑料 的用途受到限制
塑料的缺点
2 塑料制品易变形
温度变化时尺寸稳定性较差,成型收缩较大,即使 在常温负荷下也容易变形。
• 强度较高，有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材。例 如合金钢材，其单位质量的拉伸强度为160兆帕，而用玻 璃纤维增强的塑料可达到170 ~ 400兆帕。
• 大多数塑料具有优良的减摩、耐磨和自润滑特性。如工程 塑料制造的耐摩擦零件；在耐磨塑料中加入某些固体润滑 剂和填料时，可降低其摩擦系数或进一步提高其耐磨性能。
3 塑料有“老化”现象
塑料在长时间使用或贮藏过程中,质量会是塑料制品性能的一个严重缺陷。
塑料的分类
• 塑料的分类体系比较复杂，各种分类方法也 有所交叉，按常规分类主要有以下三种：
– 一是按使用特性分类； – 二是按理化特性分类； – 三是按加工方法分类。
• 链节
– 大分子链由许多结构相同的基本单元重复连 接构成，组成大分子链的这种结构单元称作 链节。
高分子材料
高分子材料
聚合反应：加（成）聚合反应
• 一种或几种单体相互加成而链结成聚合物 的反应。（应用80%以上）
– 例：聚乙烯的反应方程式
缩（合）聚（合）反应
• 一种或几种单体相互混合而连结成聚合物， 同时析出（缩去）某种低分子物质（如：水、 氨、醇、卤化氢等）的反应。反应生成物成 份与单体不同，反应较复杂。少用。
塑料的组成
2．添加剂
(2)固化剂 它的作用在于通过交联使树脂具有体型网状
结构,成为较坚硬和稳定的塑料制品。 例如：
在酚醛树脂中加入六亚甲基四胺； 在环氧树脂中加入乙二氨、顺丁烯二酸酐等。
塑料的组成
2．添加剂
(3) 增塑剂
用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。常用的为 液态或低熔点的固体有机化合物。
例如：聚氯乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯, 可变为橡胶一样的软塑料。
塑料的组成
2．添加剂
(4)稳定剂 为了防止受热、光等的作用使塑料过早老化,加
入少量能起稳定化作用的物质。 例如：
能抗氧的物质有酚类和胺类等有机物; 炭黑则可作紫外线吸收剂。 其他一些添加剂,如润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静
– 层压塑料 指浸有树脂的纤维织物，经叠合、热压而结合成 为整体的材料；
– 注射、挤出和吹塑 多为物性和加工性能与一般热塑性塑料 相类似的塑料；
– 浇铸塑料 是指能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具 中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料，如MC尼龙 等；
– 反应注射塑料 是用液态原材料，加压注入膜腔内，使其反 应固化成一定形状制品的塑料，如聚氨酯等
按材质可分为
➢布基增强塑料（如碎布增强或石棉增强塑料） ➢无机矿物填充塑料（如石英或云母填充塑料） ➢纤维增强塑料（如碳纤维增强塑料）
塑料的分类——1、按使用特性分类
• 5) 泡沫塑料
– 可分为硬质、半硬质和软质泡沫塑料三种。 • 硬质泡沫塑料没有柔韧性，压缩硬度很大，只有达到 一定应力值才产生变形，应力解除后不能恢复原状； • 软质泡沫塑料富有柔韧性，压缩硬度很小，很容易变 形，应力解除后能恢复原状，残余变形较小； • 半硬质泡沫塑料的柔韧性和其他性能介于硬质他软质 泡沫塑料之间
塑料制品生产系统组成 成型、机械加工、修饰三个过程组成。
塑料的组成
• 1 合成树脂（高聚物）
– 是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的 高分子化合物,如酚醛树脂、聚乙烯等,是塑料的 主要组成,也起粘接剂作用。合成树脂在塑料中 的含量约占40%~100%，对塑料的性能起决定 性作用。
塑料的组成
• 2．添加剂 为改善性能而加入的其他组分,主要有以下几种：
塑料的分类——2、按按理化特性分类
• 1) 热固性塑料 指在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑
料，如酚醛塑料、环氧塑料等。又分两种：
– 甲醛交联型：包括酚醛塑料、氨基塑料（如脲－甲醛－三聚氰胺 －甲醛）
– 其他交联型：包括不饱和聚酯、环氧树脂、邻苯二甲二烯丙酯树 脂等
• 2) 热塑料性塑料
• 塑料的特点
– 比重小，比强度大；
易老化 耐热性差
– 耐腐蚀，耐磨，绝缘，减磨，消声，减震； 刚性差
– 易成型，易复合等优良的综合性能。
尺寸稳定性差
塑料生产
塑料工业 （树脂或半制品生产）
塑料制品的生产
（塑料成型工业 or 加工工业）
塑料制品的简单生产流程
原料
树脂
塑料生产
塑料
塑料制品
塑料制品生产
– 第二类：PE-LD
• 特点：在所有塑料中密度较低
1．聚乙烯（PE塑料）
• PE-HD是高结晶材料，高结晶度导致了它的高密 度、抗张力强度、高扭曲温度，粘性以及化学稳 定性
– PE-HD比PE-LD抗渗透性强、但抗冲击强度较低PH-HD 的特性主要由密度和分子量分布所控制
• PE-LD是半结晶材料，成型后收缩率较高，在 1.5%到4%之间。
– 指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，如聚乙 烯、聚四氟乙烯等
– 又分烃类、含极性基因的乙烯基类、工程类、纤维素类等多种类 型
热固性塑料和热塑料性塑料的温度依赖性
塑料的分类——3、按加工方法分类
• 根据不同成型方法，分膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸 塑料和反应注射塑料等
– 膜压塑料 多为物性和加工性能与一般热固性塑料相类似的 塑料；
分子链的形态对聚合物性能有显著影响。 大分子链可呈现不同的几何形状，主要有线
型、支化型、和体型（或网型）三类。
大分子链的化学组成、形态和聚合态
高分子材料的聚合态：
晶态 部分结晶态 非晶态（玻璃态）
高分子材料的性能
• 机械性能：高聚物的物理、力学状态
– 线性非晶态高聚物的三种力学状态： – 线性非晶态高聚物在不同温度下表现出三种物
• (1)填料或增强材料
– 填料在塑料中主要起增强作用。有时也可改善或提高塑 料的某些特殊性能,以扩大其应用范围。填料的用量可 达20%~50%, 是塑料改性最重要的组成。
– 例如：
• 加入石墨、石棉纤维或玻璃纤维等,可以改善塑料的机械 性能；
• 加人石棉粉可提高塑料的耐热性； • 加入云母粉可提高塑料的电绝缘性； • 加入二硫化钼等可提高塑料的自润滑性； • 加入铝粉可提高塑料对光的反射能力等。
理状态，即玻璃态、高弹态和粘流态。
塑料概念
以天然树脂或合成树脂（也称合成高分子化合物，因外 观似天然树脂如琥珀、松香、虫胶等而得名）为原料， 在一定温度和压力条件下，可以用模具使其成型为具有 一定形状和尺寸的塑料制件，当外力解除后，在常温下 其形状保持不变。多数以合成树脂为基本成分，一般含 有添加剂如：填料、稳定剂，增塑剂、色料或润化剂等。
• 在这个数量之间的根据其性能来确定。
高分子材料
• 一般性能：
– 高分子化合物一般有较好的弹性、塑性和强度， 低分子化合物这些性能较低。所以，高分子化合 物是相对分子量大到使其机械性能具有工程意义 的化合物。
高分子材料
• 几个概念： • 单体
– 高分子化合物由低分子化合物体通过聚核反 应获得，组成高分子化合物的低分子化合物 称作单体。
• 减震消音，具有柔韧性和弹性
塑料的特性
• 3 塑料电绝缘性、热物理性能好。
– 几乎所有塑料都具有优异的电绝缘性能，如极小 的介电损耗和优良的耐电弧特性，可与陶瓷媲美
– 导热率极小,只有金属的1/600~1/200,泡沫塑料的 导热率与静态空气相当,因此被广泛用作绝热保温 材料或建筑节能、冷藏等绝热装置材料。
– 天然高分子材料
• 蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡胶、淀粉、蛋 白质等
– 人工合成高分子材料
• 塑料、合成橡胶、合成纤维、胶粘剂、涂料等
– 工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
高分子材料
• 高分子化合物——是指相对分子质量很 大的化合物（5000以上乃至几百万）
• 低分子化合物——相对分子质量在500 以下。
塑料的特性
• 4 优良的化学稳定性能
– 一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐 腐蚀能力
– 特别的如，聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能 比黄金还要好，甚至能耐"王水"等强腐蚀 性电解质的腐蚀，被称为"塑料王"。
塑料的特性
• 5 塑料成型容易、加工方便,能大批量生 产