注塑成型基础知识讲解

作者: cnpim CNPIM 2017年02月12日

注塑成型材料

 

01 塑料的定义


塑料(plastics)是一种简单的单体(monomers)经由化学聚合反应(polymerization)而成的长链状高分子聚合物(polymers)。

 

根据美国塑料工业协会对于塑料的定义:「将全部或部分由碳、氧、氢和氮及其它有机或无机元素使用加热、加压、或两者并用的方式聚合而成,在制造中的阶段是液体,在制造的最后阶段成为固体,此庞大而变化多端的材料族群称为塑料。」高分子聚合物加工成为塑件的制程主要包括热塑性塑料之熔化与凝固的物理相态变化或热固性塑料之固化的化学反应两种。

 

02 塑料的分类

 

根据塑料受热后表现的不同行为,塑料可以区分为热塑性塑料(thermoplastics)和热固性塑料(thermosets)。 

 

(1)热塑性塑料

热塑性塑料受热软化、熔融,当温度降低时,能变硬定形,若再次受热,仍能软化熔融,冷却软化熔融,冷却变硬定形,这一过程能反复的多次进行;

 

(2)热固性塑料

热固性塑料受热后,开始软化并具有一定的可塑性,在更高的温度及压力下,固化成型。此后,不再具有可塑性,若在继续加热,也不能熔化,而只能分解碳化,热固性塑料不溶于任何溶剂,热固性塑料在成型过程中,不仅有物理变化,还有化学变化。

 

03 塑料的力学三态

 

在自然界中,我们将所有的物质在常温下聚集的状态分为三种:即液态,气态和固态

         

以非晶态线形高聚物为代表的高分子聚合物,由于分子结构的连续性以及其巨大的分子量,所以他们的聚集态不同于一般低分子化合物,而是在不同的热力条件下,以其独特的三种形态存在, 即玻璃态、高弹态、和粘流态

        

高分子聚合物是不存在气态的,在受热而可能气化之前,分子结构已受到彻底的破坏,成为低分子的气化物或碳化物

        

高分子聚合物的玻璃态实际上是固态的一种表现形式,特点是在一定的温度范围内,呈现出固态物质普遍的具有的性质,在某些力学特性上类似于普通的玻璃

        

高分子聚合物的粘流态是一种独特的液态,在某个温度范围内,具有既可以流动又有别于普通的低分子液体的力学性质

       

高分子聚合物的高弹态时介乎玻璃态和粘流态温度范围的独有的形态

        

高分子聚合物的和其他的物质一样,在特定的温度压力下有一个相对稳定的形态,比如,在普通的使用条件下,可以将有机玻璃视为玻璃态的代表,而将液体树脂视为粘流态的代表

 

(1)玻璃态

处于玻璃态的塑料分子链段运动基本上处于停止的状态,分子在自身的位置上震动,分子链缠绕成团状或卷曲状,互相交错,紊乱无序;

         

当受到外力作用时,分子链段将作瞬时间微小的伸缩和键角改变,整个塑料形体具有一定的刚性和强度,在这种形态下,塑胶件可以被使用或进行机械加工

           

一般非结晶形塑料,其玻璃化温度高于室温,我们可以将塑料原料颗粒,定形了的制件视为玻璃态。

 

(2)高弹态

处于高弹态下的塑料分子,动能增加,链段展开成网状,但分子的运动仍维持在小链段的选装,链与链之间不发生位置移动,受外力作用时可产生缓慢性变,当外力除去后,又是慢慢恢复原状,在这种状态下,塑料具有一种类似橡胶的弹性,所以又称橡胶态,通常称为弹性或橡胶体的高聚物,便是之在室温下处于高弹态的高聚物,

 

高弹态有两个特点

a.在较小的作用力下可以产生较大的变形,外力接触后能恢复原状

b.高弹态性变并非瞬间发生,而是随时间逐渐发展,与普通的弹性形变不同,在同样的外力作用下,形变要延迟一段时间才能完成,而且形变量达,松弛性也较明显-塑料的高弹态其实只有在热加工过程中才出现

 

(3) 粘流态

处于粘流态下的塑料分子,网状结构已经解体,大分子链与链之间,连段与链段之间都有能够自由移动,这是塑料的液体存在的形式,只是粘度大,物理构成不同,力学性质不同,当给与外力时,分子间很容易相互滑动,造成塑性体的变形,除去外力便不再恢复原状

         

塑料热成型过程中可以这样描述,通过热和力的作用,让塑料从室温的玻璃态,经历高弹态状便为粘流态,注射入具有一定形状的密闭模腔,然后再模腔内逐渐冷却,从粘流态转回玻璃态,最后形成与模腔形状一致的制品

         

塑料只能在粘流态下才能注射充填成型,即是说,塑料的加工温度范围只能是从粘流温度(或结晶型塑料的熔点)到分解温度之间,如果这个范围宽,加工将比较容易,如果这个范围窄,可选择的加工温度限制就大,加工就较为困难,前者以聚乙烯为代表,后者以聚氯乙烯为代表,经常用的ABS也属于这类范围宽的

 

04 注塑机基础知识

 

塑料注射机是注射成型的主要设备,它可将热塑性塑料或热固性塑料在塑化料筒中加热,混炼,塑化,达到熔融状态,向已经塑化好的物料施加压力,射出并注入模具型腔,经冷却固化得到成型制品。


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