1、热塑性塑料成型的特性热塑性塑料成型的特性热塑性塑料成型 热塑性塑料品种每繁多，即使同一品种也由于树脂分子及附加物配比不同而使其使 用及工艺特性也有所不同。另外，为了改变原有品种的特性，常用共聚、交联等各种化学 方法在原有的树脂结构中导入一定百分比量的其它单体或高分子等，以改变原 有树脂的结构成为具有新的改进物性和加工性的改性产品。例如，ABS即为在聚苯乙烯分子 中导入了丙烯腈、丁二烯等第二和第三单体后成为改性共聚物，可看作称改性聚苯乙烯，具有比 聚苯乙烯优异综合性能，工艺特性。由于热塑性塑料品种多、性能复杂，即使同一类的塑料 也有仅供注塑用和挤出用之分，故本章节主要介绍各种注塑用的热塑性塑料。
2、 1、收缩率 热塑性塑料成型收缩的形式及计算如前所述，影响热塑性塑料成型收缩的因素如下： 1.1塑料品种热塑性塑料成型过程中由于还存在结晶化形起的体积变化，应力强， 冻结在塑件的残余应力大，分子取向性强等因素，因此与热固性塑料相比则收缩率较大， 收缩率围宽、方向性明显，另外成型后的收缩、退火或调湿处理后的收缩率一般也都比热 固性塑料大。 1.2塑件特性成型时熔融料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。由 于塑料的导热性差，使塑件层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。所以壁厚、冷却 慢、高密度层厚的则收缩大。另外，有无嵌件及嵌件布局、数量都直接影响料流方向，密 度分布及收缩阻力大小等，
3、所以塑件的特性对收缩大小、方向性影响较大。 1.3进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作 用及成型时间。直接进料口、进料口截面大（尤其截面较厚的）则收缩小但方向性大，进 料口宽及长度短的则方向性小。距进料口近的或与料流方向平行的则收缩大。 1.4成型条件模具温度高，熔融料冷却慢、密度高、收缩大，尤其对结晶料则因结晶 度高，体积变化大，故收缩更大。模温分布与塑件外冷却及密度均匀性也有关，直接影 响到各部分收缩量大小及方向性。另外，保持压力及时间对收缩也影响较大，压力大、时 间长的则收缩小但方向性大。注塑压力高，熔融料粘度差小，层间剪切应力小，脱模后弹性 回跳大，故收
4、缩也可适量的减小，料温高、收缩大，但方向性小。因此在成型时调整模温、 压力、注塑速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情况。 模具设计时根据各种塑料的收缩围，塑件壁厚、形状，进料口形式尺寸及分布 情况，按时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情况。 模具设计时根据各种塑料的收缩围，塑件壁厚、形状，进料口形式尺寸及分布 情况，按经验确定塑件各部位的收缩率，再来计算型腔尺寸。对高精度塑件及难以掌握收 缩率时，一般宜用如下方法设计模具： 对塑件外径取较小收缩率，径取较大收缩率，以留有试模后修正的余地。 试模确定浇注系统形式、尺寸及成型条件。 要后处理的塑件经后处理确定尺寸变化情况（测量时必须在脱模后2
5、4小时以后）。 按实际收缩情况修正模具。 再试模并可适当地改变工艺条件略微修正收缩值以满足塑件要求。 2、流动性 2.1热塑性塑料流动性大小，一般可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺旋线流动长 度、表现粘度及流动比（流程长度/塑件壁厚）等一系列指数进行分析。分子量小，分子量 分布宽，分子结构规整性差，熔融指数高、螺流动长度长、表现粘度小，流动比大的则流 动性就好，对同一品名的塑料必须检查其说明书判断其流动性是否适用于注塑成型。按模 具设计要求大致可将常用塑料的流动性分为三类： 流动性好 尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚（4）甲基戍烯； 流动性中等 聚苯乙烯系列树脂（如ABS、AS
6、）、有机玻璃、聚甲醛、聚苯醚； 流动性差 聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。 2.2各种塑料的流动性也因各成型因素而变，主要影响的因素有如下几点： 温度料温高则流动性增大，但不同塑料也各有差异，聚苯乙烯（尤其耐冲击 型及MFR值较高的）、聚丙烯、尼龙、有机玻璃、改性聚苯乙烯（如ABS、AS）、聚碳酸酯、醋 酸纤维素等塑料的流动性随温度变化较大。对聚乙烯、聚甲醛、则温度增减对其流动性影响 较小。所以前者在成型时宜调节温度来控制流动性。 压力注塑压力增大则熔融料受剪切作用大，流动性也增大，特别是聚乙烯、聚 甲醛较为敏感，所以成型时宜调节注塑压力来控制流动性。 模具结构浇注系统的形
7、式，尺寸，布置，冷却系统设计，熔融料流动阻力（如 型面光洁度，料道截面厚度，型腔形状，排气系统）等因素都直接影响到熔融料在型腔的 实际流动性，凡促使熔融料降低温度，增加流动性阻力的则流动性就降低。模具设计时应根据所用塑料的流动性，选用合理的结构。成型时则也可控制料温，模温及注塑压力、注塑速度等因素来适当地调节填充情况以满足成型需要。 3、结晶性 热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象可划分为结晶型塑料与非结晶型（又称无 定形）塑料两大类。 所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时，分子由独立移动，完全处于无次序 状态，变成分子停止自由运动，按略微固定的位置，并有一个使分子排列成为正规模型的 倾向的一
8、种现象。 作为判别这两类塑料的外观标准可视塑料的厚壁塑件的透明性而定，一般结晶性 料为不透明或半透明（如聚甲醛等），无定形料为透明（如有机玻璃等）。但也有例外情 况，如聚(4)甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性，ABS为无定形料但却并不透明。 在模具设计及选择注塑机时应注意对结晶型塑料有下列要求及注意事项： 料温上升到成型温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备。 冷却回化时放出热量大，要充分冷却。 熔融态与固态的比重差大，成型收缩大，易发生缩孔、气孔。 冷却快，结晶度低，收缩小，透明度高。结晶度与塑件壁厚有关，壁厚则冷却慢， 结晶度高，收缩大，物性好。所以结晶性料应按要求必须控制模温。 各向异性
9、显著，应力大。脱模后未结晶化的分子有继续结晶化倾向，处于 能量不平衡状态，易发生变形、翘曲。 结晶化温度围窄，易发生未熔粉末注入模具或堵塞进料口。 4、热敏性塑料及易水解塑料 4.1热敏性系指某些塑料对热较为敏感，在高温下受热时间较长或进料口截面 过小，剪切作用大时，料温增高易发生变色、降解，分解的倾向，具有这种特性的塑料称 为热敏性塑料。如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物，聚甲醛，聚三氟氯乙烯等。 热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等副产物，特别是有的分解气体对人体、设备、 模具都有刺激、腐蚀作用或毒性。因此，模具设计、选择注塑机及成型时都应注意，应选 用螺杆式注塑机，浇注系统截面
10、宜大，模具和料筒应镀铬，不得有死角滞料，必须严格控 制成型温度、塑料中加入稳定剂，减弱其热敏性能。 4.2有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，但在高温、高压下也会发生分解， 这种性能称为易水解性，对此必须预先加热干燥。 5、应力开裂及熔体破裂 5.1有的塑料对应力敏感，成型时易产生应力并质脆易裂，塑件在外力作用下或 在溶剂作用下即发生开裂现象。为此，除了在原料加入添加剂提高开抗裂性外，对原料应 注意干燥，合理的选择成型条件，以减少应力和增加抗裂性。并应选择合理的塑件形状， 不宜设置嵌件等措施来尽量减少应力集中。模具设计时应增大脱模斜度，选用合理的进料口及顶 出机构，成型时应适当的调节料温、
11、模温、注塑压力及冷却时间，尽量避免塑件过于冷脆 时脱模，成型后塑件还宜进行后处理提高抗开裂性，消除应力并禁止与溶剂接触。 5.2当一定融熔体流动速率的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后，熔 体表面发生明显横向裂纹称为熔体破裂，有损塑件外观及物性。故在选用熔体流动速率高的聚 合物等，应增大喷嘴、浇道、进料口截面，减少注塑速度，提高料温 6、热性能及冷却速度 6.1各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。比热高的塑化时需要 热量大，应选用塑化能力大的注塑机。热变形温度高塑料的冷却时间可短，脱模早，但脱模后 要防止冷却变形。热传导率低的塑料冷却速度慢（如离子聚合物等冷却速度极
12、慢），故必须充分冷 却，要加强模具冷却效果。热浇道模具适用于比热低，热传导率高的塑料。比热大、热传 导率低，热变形温度低、冷却速度慢的塑料则不利于高速成型，必须选用适当的注塑机及加 强模具冷却。 6.2各种塑料按其种类特性及塑件形状，要求必须保持适当的冷却速度。所以模具 必须按成型要求设置加热和冷却系统，以保持一定模温。当料温使模温升高时应予冷却， 以防止塑件脱模后变形，缩短成型周期，降低结晶度。当塑料余热不足以使模具保持一定 温度时，则模具应设有加热系统，使模具保持在一定温度，以控制冷却速度，保证流动性， 改善填充条件或用以控制塑件使其缓慢冷却，防止厚壁塑件外冷却不匀及提高结晶度等。 对流动
13、性好，成型面积大、料温不匀的则按塑件成型情况有时需加热或冷却交替使用或局 部加热与冷却并用。为此模具应设有相应的冷却或加热系统。各种塑料成型时要求的模温 及热性能见表1-4及表1-5。 7、吸湿性 塑料中因有各种添加剂，使其对水分有不同的亲疏程度，所以塑料大致可分为 吸湿、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的两种，料中含水量必须控制在允许围，不 然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用，使树脂起泡、流动性下降、外观及力学 性能不良。所以吸湿性塑料必须按要求采用适当的加热方法及规进行预热，在使用时还 需用红外线辐照以防止再吸湿。热固性增强塑料的特性热固性增强塑料 为了进一步改善热固性及热塑性塑料的
14、力学性能。常在塑料中加入玻璃纤维(简 称玻纤)，滑石粉、云母、碳酸钙、高岭土、碳纤维等作为增强材料，以树脂为母体及粘结剂而组成新型复合材料，称为增强塑料（如环氧树脂为母体树脂 塑料的增强塑料又称为玻璃钢）。 由于塑料混用玻璃纤维的品种、长度、含量等不同，其工艺性及物性也各 不相同。下面主要介绍模塑用的热固性增强塑料及注射用的热塑性增强塑料。 1、热固性增强塑料 热固性增强塑料是由树脂、增强材料、助剂等组成。其中树脂作为母体和粘结剂，它 要求有良好的流动性、适宜的固化速度、副产物少，易调节粘度和良好的相溶性，并需满 足塑件及成型要求。增强材料起骨架作用，其品种规格繁多，但常用玻璃纤维，一般用量为
15、 60%、长度为1520毫米。助剂包括调节粘度的稀释剂（用以改进玻纤与树脂的粘结）、 用以调节树脂-纤维界面状态的玻纤表面处理剂、用以改进流动性，降低收缩，提高光泽 度及耐磨性等用的填料和着色剂等。由于选用的树脂，玻纤的品种规格（长度、直径， 无碱或含碱，支数，股数，加捻或无捻），表面处理剂，玻纤与树脂混制工艺（预混法或 预浸法，塑料配比等不同则其性能也各不相同。 1.1加工特性 流动性 增强料的流动性比一般压塑料差，流动性过大时易产生树脂流失与玻 纤分头聚积。过小则成型压力及温度将显著提高。影响流动性的因素很多，要评定某种料 的流动性，必须按组成作具体分析。影响流动性的因素 收缩率增强塑料的
16、收缩率比一般压塑料小，它主要由 热收缩及化学结构收缩 组成。影响收缩的因素首先是塑料类种。一般酚醛比环氧、环氧酚醛、不饱和聚酯等 要大，其中不饱和聚酯料收缩最小。其它影响收缩的因素是塑件形状及壁厚，厚壁则收缩 大，塑料中含填料及玻纤量大则收缩小，挥发物含量大则收缩也大，成型压力大，装料 量大则收缩小，热脱模比冷脱模的收缩大，固化不足收缩大，当加压时机及成型温度适当， 固化充分而均匀时则收缩小。同一塑件其不同部位的收缩也各不相同，尤其对薄壁塑件更 为突出。一般收缩率为00.3%，以0.1%0.2%的居多，收缩大小还与模具结构有关，总 之确定收缩率时应综合考虑各种因素。 压缩比 增强料的比容，压缩
17、比都较一般压塑料大，预混料则更大，因此在模 具设计时需取较大的装料室，另外向模装料也较困难，尤其预混料更为不便，但如采用 料坯预成型工艺则压缩比就可显著减小。 装料量一般可预先估算，经试压后再作调整。估算装料量的方法可由如下四种： 计算法装料量可按公式（1-1）计算： A = V G1+(3%5%) （1-1） 式中:A-装料量（克）； V-塑件体积（厘米3）； G-所用塑料比重（克/厘米3）； 3%5%-物料挥发物、毛刺等损耗量补偿值。 形状简化计算法，将复杂形状塑件简化成由若干个简单形状组成，同时将 尺寸也相应变更，再按简化形状进行计算。 比重比较法，当按金属或其它材料的零件仿制塑件时，则
18、可将原零件的材 料比重与所选用的增强塑料比重之比及原零件重量求得装料量。 注型比较法用树脂或石蜡等浇注型材料注入模具型腔成型后再以此零件 按比重比较法求得装料量。 物料状态增强料按其玻纤与树脂混合制成原料的方式可分为如下三种状态。 预混料是将长达1530毫米的玻纤与树脂混合烘干而成，它比容大，流 动性比预浸料好，成型时纤维易受损伤，质量均匀性差，装料困难，劳动条件差。适用于 压制中小型、复杂形状塑料及大量生产时，不宜用于压制要求高强度的塑件。使用预混料 时要防止料结使流动性迅速下降。该料互溶性不良，树脂与玻纤易分头聚积。 预浸料是将整束玻纤浸入树脂，烘干切短而成。它流动性比预混料差， 料束间相
19、溶性差，比容小，玻纤强度损失小，物料质量均匀性良好，装模时易按塑件形状 受力状态进行合理辅料，适用于压制形状复杂的高强度塑料。 浸毡料是将切短的纤维均匀地铺在玻璃布上浸渍树脂而成的毡状料，其 性能介于上述两者之间。适用压制形状简单，厚度变化不大的薄壁大型塑件。 硬化速度及贮存性增强塑料按其硬化速度可分为快速和慢速两种。快速料固 化快，装料模温高，为适用于压塑小型塑件及大量生产时常用原料。慢速料适用于压制大 型塑件，形状复杂或有特殊性能要求及小批量生产时，慢速料必须慎重选择升温速度，过 快易发生应力，硬化不匀，填充不良。过慢则降低生产效率。所以模具设计时应预先了 解所用料的性能和要求。 各种料都
20、有其允许贮存期及贮存条件。凡超期或贮存条件不良者都会导致塑 料变质，影响流动性及塑件质量，故试模及生产时都应注意。 1.2成型条件（略） 热固性增强塑料的成型条件 1.3塑件及模具设计注意事项 塑件设计时应注意下列事项。 塑件光洁度可达7 9，精度一般宜取35级，但沿压制方向的精度不易保 证，宜取自由公差。 ，不易脱模，宜取较大脱模斜度。若不允许取较大脱模斜度时，则塑件径 向公差宜取大。 塑件宜取回转体对称外形，不宜过高。 谟 穸 龋 苊饧饨恰笨凇 鄣刃巫矗 髅嬗不 闪 右?防止应力集中、死角滞料，填充不良，物料集聚堵塞流道。 孔一般应取通孔，避免用5毫米以下的盲孔，盲孔底部应成半球面或圆 锥
21、面以利物料流动，孔径及深度比一般为1213，大型塑件尽量不设计小孔，孔间距、 孔边距宜取大，大密度排列的小孔不宜模压成型。 螺孔比螺纹易成型，M6以下螺纹不宜成型，齿形宜用半圆形及梯形，其 圆角半径应大于0.3毫米，并应注意半角公差，可以参照一般塑制的螺纹进行设计。当塑件 螺纹与其它材料螺纹零件接合时，要考虑其配合力，螺纹段长度应取最小尺寸。 成型压力大，嵌件应有足够强度，防止变形损坏，定位必须可靠。 收缩小，有方向性，易发生熔接不良，变形、翘曲、缩孔、裂纹及应力 集中，树脂填料分布不匀。薄壁塑件易碎，不易脱模，大面积塑件易发生波纹及物料聚积。 模具设计时应注意下列事项： 要便于装料，有利于物
22、料流动填充型腔。 脱模斜度宜取1以上。 宜选塑件投影面大的方向作为成型加压方向便于物料填充型腔，但不宜 把尺寸精度高的部位和嵌件、型芯轴线垂直方向作为成型加压方向。 物料渗入力强，导致飞边厚不易去除，选择分型面时应注意飞边方向。上下 模及并镶件宜取整体结构，组合结构装配间隙不宜取大，上下模可拆成型零件宜取34级 滑动配合。 收缩率为00.3%，一般取0.10.2%，物料体积一般取塑件体积的23倍。 成型压力大，物料渗挤力大。模具型芯嵌件应有足够强度、防止变形、 位移与损坏。尤其对细长型芯与型腔间空隙较小时更应注意。 模具应抛光、淬硬。 顶出力大，顶杆应有足够强度，顶出应均匀，顶杆不宜兼作型芯。
23、 快速成型料在成型温度下即可脱模，慢速成型料模具应设有加热及强迫 冷却措施。 2、热塑性增强塑料 热塑性增强塑料一般由树脂及增强材料组成。目前常用的树脂主要为尼龙、聚苯 乙烯、ABS、AS，聚碳酸酯、线型聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。增强材料一般为无碱 玻璃纤维（有长短两种，长纤维料一般与粒料长一致为23毫米，短纤维料长一般小于0.8 毫米）经表面处理后与树脂配制而成。玻纤含量应按树脂比重选用最合理的配比，一般为 20%40%之间。由于各种增强塑料所选用的树脂不同，玻纤长度、直径，有无含碱及表面处 理剂不同其增强效果不一，成型特性也不一。 如前所述增强料可改善一系列力学性能，但也存在一系列缺
24、点：冲击强度与冲击 疲劳强度低（但缺口冲击强度提高）；透明性、焊接点强度也降低，收缩、强度、热膨胀 系数、热传导率的异向性增大。故目前该塑料主要用于小型，高强度、耐热，工作环境 差及高精度要求的塑件。 2.1工艺特性 流动性差增强料熔融指数比普通料低30%70%故流动性不良，易发生填充不 良，熔接不良，玻纤分布不匀等弊病。尤其对长纤维料更易发生上述缺陷，并还易损伤纤 维而影响力学性能。 成型收缩小、异向性明显成型收缩比未增强料小，但异向性增大沿料流方向 的收缩小，垂直方向大，近进料口处小，远处大，塑件易发生翘曲、变形。 脱模不良、磨损大不易脱模，并对模具磨损大，在注射时料流对浇注 系统，型芯等
25、磨损也大。 易发生气体成型时由于纤维表面处理剂易挥发成气体、必须予以排出，不 然易发生熔接不良、缺料及烧伤等弊病。 2.2成型注意事项 为了解决增强料上述工艺弊病，在成型时应注意下列事项： 宜用高温、高压、高速注射。 模温宜取高（对结晶性料应按要求调节），同时应防止树脂、玻纤分头聚积， 玻纤外露及局部烧伤。 保压补缩应充分。 塑件冷却应均匀。 料温、模温变化对塑件收缩影响较大，温度高收缩大，保压及注射压力增 大，可使收缩变小但影响较小。 由于增强料刚性好，热变形温度高可在较高温度时脱模，但要注意脱模后均匀冷却。 应选用适当的脱模剂。 宜用螺杆式注射机成型。尤其对长纤维增强料必须用螺杆式注射机加
26、工，如果 没有螺杆式注射机则应在造粒后象短纤维料一样才可在柱塞式注射机上加工。 2.3成型条件 常用热塑性增强塑料成型条件见表（略）。 2.4模具设计注意事项 塑件形状及壁厚设计特别应考虑有利于料流畅通填充型腔，尽量避免尖角、缺口。 脱模斜度应取大，含玻璃纤维15%的可取12，含玻璃纤维30%的可取 23。当不允许有脱模斜度时则应避免强行脱模，宜采用横向分型结构。 浇注系统截面宜大，流程平直而短，以利于纤维均匀分散。 设计进料口应考虑防止填充不足，异向性变形，玻璃纤维分布不匀，易产 生熔接痕等不良后果。进料口宜取薄片，宽薄，扇形，环形及多点形式进料口以使料流乱流， 玻璃纤维均匀分散，以减少异向
27、性，最好不采用针状进料口，进料口截面可适当增大，其长度应短。 模具型芯、型腔应有足够刚性及强度。 模具应淬硬，抛光、选用耐磨钢种，易磨损部位应便于修换。 顶出应均匀有力，便于换修。 模具应设有排气溢料槽，并宜设于易发生熔接痕部位。 成型前的物料干燥 成型加工前，塑胶必须被充分的干燥。含有水分的材料进入模腔后，会使制件的表 面出现银绦状的瑕斑，甚至会在高温时发生加水分解的现象，致使材质劣化。因此在成型加 工前一定要对材料进行预处理，使得材料能保持合适的水分。以下为几种塑料的烘料条件及 成型时所能允许的适当水分： 塑料名称/ 干燥温度/ 干燥时间/ 初期水分/ 适合水分/ 热风/ 除湿 ABS/
28、80 /2hr/ 0.20.4%/ 0.07% / PS/ 7080/ 12hr/ 0.10.2% /0.07%/ PE/ 6080/ 12hr/ 0.10.2%/ 0.07%/ PP/ 6080 /12hr /0.10.2% 0.07%/ PVC/ 6070/ 12hr/ 0.10.2% /0.07%/ PMMA/ 8090/ 3hr/ 0.20.4% /0.07%/ / PA/ 80/ 46hr/ 0.52.0% /0.1%/ / PC/ 120/ 24hr/ 0.10.2% /0.02%/ / POM/ 80/ 2hr/ 0.20.4%/ 0.02%/ / MPPO/ 80100/ 24
29、hr/ 0.1%/ 0.02%/ / PBT/ 130/ 342hr/ 0.20.4%/ 0.02%/ / R-PET/ 130/ 45hr/ 0.20.4% /0.02%/ / PPS/ 130180 /13hr/ 0.10.2% /0.05%/ PES/ 180/ 3hr/ 0.4%/ 0.05%/ / PEEK/ 150/ 3hr/ 0.5%/ 0.06%/ / 注: 最佳；可接受；尽量避免；不好注塑加热筒温度的控制（Barrel Temperature）加热筒温度（Barrel Temperature） 虽然塑料的熔融，大约有6085%是因为螺杆的旋转所产生的热能，但是塑料 的熔融状态
30、仍然大受加热筒温度的影响，尤以靠近喷嘴前区的温度-前区的温度过高时易 发生滴料及取出制件时牵丝的现象。以下表格为几种塑料的适当料温、模温及成型收缩率等。 料别/ 适当模温 /料筒温度 /成型收缩率/ 射出压力 PA/ 4060/ 160260 /0.20.6% /5001000kg/cm2 ABS/ 5070/ 190260 /0.40.8% /5001500kg/cm2 AS/ 5070/ 170290 /0.20.6% /7001500kg/cm2 PMMA/ 5980 /180260 /0.20.8% /7001500kg/cm2 LDPE/ 3565 /140300 /1.55% 3001000kg/cm2 HDPE/ 4070 /150300 /1.55% /3001500kg/cm2 PP /2080 /180300 /0.82.5% /4001500kg/cm2
