塑料的基本概念

塑料的基本概念 塑料的基本概念: 〈一〉、塑料的定义及组成, 塑料是指以高分子合成树脂为主要成份、在一定温度和压力下具有塑性(和物体在外力下变形而不断裂的性质)和流动性,可被塑制成一定形状,且在一定条件下保持形状不变的材料。 组成:聚合物合成树脂(40 ~ 100%) 辅助材料:增塑剂、填充剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、发泡剂、增强材料。 助材料作用:改善材料的使用性能与加工性能,节约树脂材料(贵). 〈二〉塑料的分类: 300余品种,常用的是40余种 名称是以所使有的合成树脂作为名称来称呼:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、氧树脂,俗称:电木(酚醛树脂),有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲脂),玻璃钢(热固性树脂用玻璃纤维增强);英文名称:尼龙(聚酰胺)PA 聚乙烯 PE 分类:热固性塑料与热塑性塑料(按塑料的分子结构) 1、热塑性塑料 具有线型分子链成支架型结构加热变软,泠却固化不可逆的 2、热固性塑料: 具有网状分子链结构加热软化,固化后不可逆. 通用塑料:指产量大,用途广。价格低廉的一类塑料。如:聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯,聚苯乙烯,醛酚塑料,氨基塑料占塑料产量的60% 工程塑料:指机械性能高,可替代金属而作工程材料的一类,尼龙,聚磷酸脂,聚甲醛,ABS 特种塑料:隙氧树脂 〈三〉塑料的性能 1、质量轻,密度 0.9~0.23g /cm^ 泡沫塑料 0.189g/cm 2、比强度高:是金属材料强度的1/10 。玻璃钢强度更高 3、化学稳定性好 4、电气绝缘性能优良 5、绝热性好 6、易成型加工性,比金属易 7、不足:强度,刚度不如金属,不耐热。 100C以下热膨胀系数大,易蠕变,易老化 热塑料的成型加工性能 热塑性塑料成型加工性能: 〈一〉吸湿性:吸水的(ABS.尼龙,有机中玻璃)懦水的(聚乙烯)含水量大,易起泡,需干燥。 〈二〉塑料物态: 1、玻璃态:一般的塑料状态 TG 高于室温。 2、高弹态:温度商于 TG ,高聚物变得像橡胶那样柔软,有弹性。 3、粘流态:沾流化温度以上,高聚物相继出现塑料流动性与粘性液体流动区移,塑料成型加工就在材料的粘流态进引。 〈三〉流动性: 塑料在一定温度压力作用下,能够充分满模具型腔各部分的性能,称作流动性。 流动性差,注射成型时需较大的压力;流动性太好,容易发生流涎及造成制件溢边。 〈四〉流变性:高聚物在外加作用下产生流动性与变形的性质叫流变性。 牛顿型流体与非牛顿型流体。 牛顿流体:主要取决于(流变形为)剪切应力,剪切速率和绝对粘度,低分子化合物的液体或溶液流体属于牛顿流体。 大多数高聚物熔体在成型过程中表现为非牛顿流体。 〈五〉结晶性:冷凝时能否结晶。 无定型塑料与结晶型塑料。 结晶型:尼龙,聚丙烯,聚乙烯,无定型塑料:ABS 〈六〉热敏性与水敏性。 〈七〉相熔性:熔融状态下,两种塑料能否相熔到一起,不能则会分层,脱皮。 〈八〉应力开裂及熔体破裂。 〈九〉热性能及冷却速度。 〈十〉分子定向(取向)。 〈十一〉收缩性。 〈十二〉毒性,刺激性,腐蚀性。 热塑料制品设计原则 一、尺寸,精度及表面精粗糙度 〈一〉尺寸 尺寸主要满足使用要求及安装要求,同时要考虑模具的加工制造,设备的性能,还要考虑塑料的流动性。〈二〉精度 影响因素很多,有模具制造精度,塑料的成份和条件等。 〈三〉表面粗糙度 由模具表面的粗糙度决定,故一般模具表面粗糙比制品要低一级,模具表面要进引研磨抛光,透过制品要求模具型腔与型芯的表面光洁度要一致 Ra 〈 0.2 um 塑件圈上无公差要求的仍由尺寸,一般采用中的8 级,对孔类尺寸可以标正公差,而轴类各件尺寸可以标负出差。中心距尺寸可以棕正负公差,配合部分尺寸要高于非配合部分尺寸。 二、脱模斜度 由于塑件在模腔内产生冷却收缩现象,使塑件紧抱模腔中的型芯和型腔中的凸出部分,使塑件取出困难,强行取出会导至塑件表面擦分,拉毛,为了方便脱模,塑件设计时必须考虑与脱模(及轴芯)方向平行的内、外表面,设计足够的脱模斜度,一般1°——1°30`。 一般型芯斜度要比型腔大,型芯长度及型腔深度越大,则斜度不减小。 三、壁厚 根据塑件使用要求(强度,刚度)和制品结构特点及模具成型工艺的要求而定 壁厚太小,强度及刚度不足,塑料填充困难 壁厚太大,增加冷却时间,降低生产率,产生气泡,缩孔等。 要求壁厚尽可能均匀一致,否则由于冷却和固化速度不一样易产生内应力,引起塑件的变形及开裂。 四、加强筋 设计原则: 〈一〉中间加强筋要低于外壁 0.5 mm 以上,使支承面易于平直。 〈二〉应避免或减小塑料的局部聚积。 〈三〉筋的排例要顺着在型腔内的流动方向。 五、支承面 塑件一般不以整个平面作为支承面,而取而代之以边框,底脚作支承面。 六、圆角 要求塑件防有转角处都要以圆角(圆弧)过渡,因尖角容易应力集中。 塑件有圆角,有利于塑料的流动充模及塑件的顶出,塑件的外观好,有利于模具的强度及寿命。 七、孔(槽) 塑件的孔三种成型加工方法: (1)模型直接模塑出来。 (2)模塑成盲孔再钻孔通。 (3)塑件成型后再钻孔。先模塑出浅孔好。 1、模塑通孔要求孔径比(长度与孔径比)要小些,当孔径〈1.5MM,由于模芯易弯曲折断,不适于模塑模塑型芯的三种方式。 2、肓孔的深度:h 〈(3—5)d d〈 1.5时, h 〈 3d 3、异形孔(槽)设计 塑件如有侧孔或凹槽,则需要活动块或抽芯机构"平行射成原则"确定塑件侧孔(槽)是否适合于脱模。 热塑性塑料中软而有弹性的,如聚乙烯,聚丙烯,聚甲醛导制品,内孔与外像浅的可强制脱模。 八、螺纹 塑件中的螺纹可用模塑成型出来,或切削方法获得通常折装或受力大的,要采用 金属螺纹嵌件来成型。 九、嵌件 为了增加塑料制品整体或某一部位的强度与刚度,满足使用的要求,常在塑件体内设置金属嵌件。 由于装潢或某些特殊需要,塑料制品的表面常有文字图案。 1、标志 2、凹凸纹:如把手,旋钮,手轮制品的固边,以增加摩擦力,凹凸纹要做成直纹,以便于脱模。 3、花纹:凹凸纹,皮革纹,桔皮纹,纹浪纹,点格纹,菱形纹。 加工花纹方法:电火花加工,照像化学磨蚀,雕刻冷挤压。 注射成型概述 一、注射成型原理与过程: 是热塑性塑料成型的一种主要加工方法 1、合模,加料,加热,塑化,挤压 2、注射,保压,冷却,固化,定型 3、螺杆嵌塑,脱模顶出 二、注射成型设备 〈一〉注射成型机的分类: 〈1〉按用途:热塑性塑料注射成型机,热固性塑料注射成型机 〈2〉按外形:立式,卧式,角式 〈3〉按能力:小型(〈50cm注射量,中型(50~1000cm^)大型〉1000cm^ 〈4〉按塑化分:有塑化装置,有塑化装置 〈5〉按操作:手动,半回动,自动 〈6〉按绕动:机械绕动,液压绕动,机械液压绕动 〈二〉注射成型的结构组成 1、注射紧绕:料斗,塑化部件(料筒,螺杆,电热圈)喷嘴。 2、锁模紧绕:实现模具的启闭,锁紧,塑件顶出。 3、传动操作控制紧绕。 〈三〉注射机的型号,规格,基本参数 1、一般以注射量表示注射机的容量,Xs - ZY ,25表示:一次最大注射量为 1- 25CM^的倒式螺杆注射成型机. 2、基本参数:公称注射量,合模压力,注射压力,注射速度,注射功率,塑化能力,合模与开模速率,机器盾隙次数,最大成型面积,模板尺寸,模板间距离,模板过程。 〈四〉注射成型机的工作过程 注射成型模具基本结构及分类 一、分型面: 分开模具能取出塑件的面,称作分型面,其它的面称作分离面或称分模面,注射模只有一个分型面。 分型面的方向尽量采用与注塑机开模是垂直方向,形状有平面,斜面,曲面。选择分型面的位置时,〈1〉分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处 〈2〉使塑件留在动模一边,利于脱模 〈3〉将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧,以保征同心度 〈4〉轴芯机构要考虑轴芯距离 〈5〉分型面作为主要排气面时,分型面设于料流的末端。 一般在分型面凹模一侧开设一条深0.025 ~ 0.1mm 宽1.5~6 mm的排气槽。亦可以利用顶杆,型腔,型芯镶块排气 二、浇注系统 浇注系统是指模具中从注射机喷嘴接触处到型腔为止的塑料熔体的流动通道。作用:〈1〉输送流体〈2〉传递压力 〈一〉浇注系统的组成及设计原则 1、组成:由主流道,分流道,内浇口,冷料穴等结构组成。 2、浇注系统的设计原则: 〈1〉考虑塑料的流动性,保征流体流动顺利,快,不紊乱。 〈2〉避免熔体正面冲出小直径型芯或脆弱的金属镶件。 〈3〉一模多腔时,防止大小相差悬殊的制件放一模内。 〈4〉进料口的位置和形状要结合塑件的形状和技术要求确定。 〈5〉流道的进程要短,以减少成型周期及减少废料。 〈二〉主流道设计 指喷嘴口起折分流道入口处止的一段,与喷嘴在一轴线上,料流方向不改变。 (1)便于流道凝料从主流道衬套中拔出,主流道设计成圆锥形。 7-15 锥角=2°~ 4°粗糙度Ra≤0.63 与喷嘴对接处设计成半球形凹坑,球半径略大于喷嘴头半经。 (2)主流道要求耐高温和摩擦,要求设计成可拆卸的衬套,以便选用优质材料单独加工和热处理。 (3)衬套大端高出定模端面5~10mm ,并与注射机定模板的定位孔成间隙配合,起定位隙作用。 (4)主流道衬套与塑料接触面较大时,由于腔体内反压力的作用使衬套易从模具中退出,可设计定住。 (5)直角式注射机中,主流道设计在分型面上,不需沿轴线上拔出凝料可设计成粗的圆柱形。 〈三〉分流道设计 指塑料熔体从主流道进入多腔模各个型腔的通道,对熔体流动起分流转向作用,要求熔体压力和热量在分流道中损失小。 (1)分流道的截面形式: a、图形断面:比表面积小(流道表面积与其体积之比),热损失小,但加工制造难,直径5~10mm b、梯形:加工较方便,其中h/D = 2/3 ~ 4/5 边斜度5~15° c、u形:加工方便,h/R=5/4 d、半圆形:h/R=0.9 (2)分流道的断面尺寸要视塑件的大小,品种注射速度及分流道的长度而定。 一般分流道直经在5~6mm以下时,对流动性影响较大,当直经大于8mm 时,对流动性影响较小。 (3)多腔模中,分流道的排布: a、平衡式和非平衡式: 平衡式:分流道的形状尺寸一致。 非平衡式:a、靠近主流道浇口尺寸设计得大于远离主流道的浇口尺寸。 b、分流道不能太细长,太细长,温度,压加体大会使离主流道较远的型腔难以充满。 c、一般需要多次修复,调理达到平衡。 d、即使达到料流和填充平衡,但材料时间不相同,制品出来的尺寸和性能有差别,对要求高的制品不宜采用。 e、非平衡式分布,分流道长度短。 f、如果分流道较长,可将分流道的尺寸头沿熔体前进方向稍征长作冷料穴,使冷料不致于进入型腔。 g、分流道和型腔布置时,要使用塑件投影面积总重心与注塑机锁模力的作用线重合。 型腔分型面及浇注系统(二) 〈四〉浇口的类型和设计 浇口指流道末端与型腔之间的细小通道。 〈1〉作用: a、使熔体快速进入型腔,按顺序填充。 b、冷却材料作用 〈2〉浇口参数: a、形状一般为圆形或矩形。 b、面积与分流道比为0.03~0.09。 c、长度一般:0.5~2.0mm。 〈3〉小浇口的优点: a、改变塑料非牛顿流体的表观粘度,增剪切速率。 b、小浇口改变流体流速,产生热量,温度升高。 c、易冻结,防止型腔内熔体的倒流。 d、便于塑件与浇注系统的分高。 <五>浇口的常见形式: 1、针点式浇口 ① 结构形式 ② 圆弧尺的作用:增大浇口入料口处截面积,截小熔体的冷却速度,有利于补料。 ③ 多腔模中用(C)形式的针点式浇口。 ④ 当塑件较大时,用多点进料。 ⑤ 当熔体流径浇口时,受剪切速率的影响,造成分子的高度定向,增加局部应力,开裂,可将浇口对面壁厚增加并呈圆弧过渡。 ⑥ 模具采用三板式(双分模面) 2,潜伏式浇口 又名隧道式浇口 进料部位选在制品较隐蔽的地方,以免影响制品的外观,顶出时,流道与塑件自动分开,故需大的顶出力,以对于过分强韧的塑料,不适合于潜伏式浇口。 3.侧浇口 又称边像浇口。 一般开于分型面上,从塑料边像进料,形状长短形或接近短形。 4.直接式浇口 又称中心浇口或称主流道型浇口。 特点: ①尺寸较大,冷凝时间较长。 ② 压力直接作用于制件上,易产生线余应力。 ③ 浇口凝料的除去较困难。 ④ 流动的阻力小,进料的速度快,用于大型长流程式的单腔制品,可以较好地补缩。 5.圆隙形浇口 用于圆向形或中间带有孔的塑件。 <六>冷料穴与拉料杆的设计 1、带Z型头拉料杆的冷料穴 2、带球形头拉料杆的冷料穴 3、无拉料杆的冷料穴 注射成型模具的设计 一、模具设计要点及与注射机的关系。 <一>模具设计要点: <1>熔体的流动情况:流动阴力,速度,引程,重新融合,排气。 <2>熔体冷却收缩与补缩。 <3>模具的冷却与加热。 <4>模具的相关尺寸与注射机关系。 <5>模具的总体结构与零部件的结构,考虑模具安装与加工强度,精度。 <二>模具与注塑机的关系: 注塑机的技术:类型,最大注射量,最大注射压力,最大锁模力、最大成型面积、最大最小模厚、最大开模引程、定注孔尺寸、嘴喷的球面半径、注射机动模板的顶出孔、机床模板安装螺钉孔或丁字槽的位置与尺寸。 1、类型: 卧式、立式、直角式。 2、最大注射量的选择。 注射机一次注射聚本乙烯的最大熔料的重量或容积的量为注射机公称注射量。 塑件十浇注流的总量=0.8 公称注射量 3、注射面积核定。 最大注射面积指模具分型面上允许的塑件最大投影面积. 作用于该面积上的型腔总压力小于注射机允许的锁模力,否则会产出溢料。 4、注射机引程与模具的关系。 Hmin ≤ H ≤ Hmax Hmax = Hmin + L 其中H--模具的闭合高度 Hmin--注射机最小闭合高度 Hmax--注射机最大闭合高度 L--螺杆可调长度 S ≥H1+H2+(5~10)--卧式立式注射机 其中H--脱模距 H--塑件高度(包括浇口长度) S--注射杨允许开模引程 5、模具安装及顶出形式 可安装模具外形最大尺寸,取决于注射机模板尺寸和拉杆间距。 二、模具的设计程序 <一>塑件的技术要求: 用途,使用情况,工作要求,尺寸精度,粗糙度等小成型工艺性塑件设计原则,模具结构合理性等方面综合分析。 <二>结算塑件重量选择注射机的公称注射量,选择注射机,确定型腔数( 一套模具可成型不同的一套另件)。 <三>分析塑件确定成型 分型面,脱模方式,侧凹孔成型方法,浇注紧浇形式. 浇口位置,加热冷却系统及另件的加方法。 <四>绘制模具方案草图 初绘模具方案,并校验选注射机参数。 <五>计算 成型另件工作尺寸计算,受力另部件强度,刚度计算。 <六>画装配图 要求装配图要有尺寸(外形尺寸,特殊尺寸;定位圈尺寸)配合尺寸装配极限尺寸,技术编写时细表。 <七>画另件图 画如图形,注出尺寸,精度,粗糙度要求,,材料度要求.材料及热处理技术条件。 <八>穿核加工