1、1.塑料的概念塑料是以树脂为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分，在一定温度和压力的作用下能流动成型的高分子有机材料。树脂是一种高分子有机化合物，其特点是无明显的熔点，受热后逐渐软化，可溶解于有机溶剂，不溶解于水。树脂分天然树脂和合成树脂两种。松树分泌出的松香、从热带昆虫分泌物中提取的虫胶、石油中的沥青等都属于天然树脂。天然树脂不仅在数量上，而且在性能上都远远不能满足工业产品的生产需要。于是人们根据天然树脂的分子结构和特性，用化学合成的方法制取了各种合成树脂。合成树脂既保留了天然树脂的优点，同时又改善了成型加工工艺性能和使用性能，因此在现代工业生产中得到了广泛应用。常用
2、的合成树脂有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂等。1.1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性通常，合成树脂由低分子有机物经化学聚合反应或缩聚反应制成，故又称为高分子聚合物。合成树脂具有很高的分子量，那些低分子有机物也称为单体。高分子不是原子任意排列而成的，而是某些结构单元有规则重复排列而成的，这些基本单元称为链节，如聚乙烯。nCH2=CH2聚合反应CH2CH2n（乙烯单体）（聚乙烯）聚乙烯的链节是CH2CH2，重复次数n称为聚合度。由此可知，聚合物是原子数很多、相对分子质量很高、分子链很长的高分子有机化合物。聚合物的分子链结构有线型、带支链线型及体型三种形式，如图
3、11所示。1.1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性1）线型线型聚合物具有弹性和塑性，在适当的溶剂中可膨胀或溶解，温度升高时则软化，直至熔化而流动，而且可反复多次熔化成型，见图11（a）。高密度聚乙烯、聚苯乙烯等聚合物分子链属此种结构形式。1.1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性2）带支链的线型一些聚合物的大分子主链上带有一些或长或短的小支链，整个分子链呈枝状，称为带支链的线型聚合物，见图11（b）。因为存在支链，结构不太紧密，因此，聚合物的机械强度较低，但溶解能力和塑性较强。低密度聚乙烯等聚合物分子链属于此种结构形式。1.1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性
4、3）体型如果在大分子链之间有一些短链把它们相互交联起来，成为立体网状结构，称为体型聚合物（或网型聚合物），见图11（c）。体型聚合物脆性大、硬度高，成型前是可溶与可熔的，一经成型硬化后，就成为既不溶解又不熔融的固体，所以不能再次成型。1.1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性聚合物不但分子链很长，具有不同的结构，而且其分子的排列也具有不同的几何特点。据此可将聚合物的分子排列分为两种聚集态：一种是聚合物的分子排列有规则且紧密，称为结晶型聚合物；另一种是聚合物的分子排列处于无序状态，称为无定形非结晶型聚合物。结晶对聚合物的性能影响很大，由于结晶造成了分子的紧密聚集状态，增强了分子间的作用
5、力，所以使聚合物的强度、硬度、刚度及熔点、耐热性和耐化学性等性能都有所提高，而与大分子链运动有关的性能，如弹性、伸长率和抗冲击强度等则降低。1.1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性2.塑料的成分在工业生产和应用上，单纯的树脂往往不能满足加工成型和实际使用的要求，需加入添加剂来改善其工艺性能、使用性能或降低成本。因此，塑料由树脂和各种添加剂组合而成，其中以树脂为主要成分，塑料的类型和基本性能取决于树脂。1）树脂树脂占塑料总质量的40%100%，其作用是使塑料具有可塑性和流动性，将各种添加剂黏结在一起，并决定塑料的类型（热固性和热塑性）和主要性能（物理性能、化学性能、力学性能等）。1.
6、1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性2）添加剂（1）填充剂。填充剂又称为填料，是塑料中重要但并非必要的成分。在聚合物中加入填充剂的目的是改善塑料性能，提高强度，扩大其使用范围；同时，减少贵重树脂的使用，降低成本。对填充剂的一般要求是：易被树脂浸润，与树脂有很好的黏附性，本身性质稳定，价格便宜，来源丰富。填充剂有粉状、纤维状和片状三种形态。常用的粉状填充剂有木粉、大理石粉、滑石粉、石墨粉、金属粉等；纤维状填充剂有石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维、金属须等；片状填充剂有纸张、麻布、石棉布、玻璃布等。填充剂一般不超过塑料总质量的40。1.1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性1.1塑
7、 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性（2）增塑剂。增塑剂是指能改善树脂成型时的流动性和提高塑件柔顺性的添加剂，它的作用是降低聚合物分子之间的作用力。对增塑剂的要求是：与树脂有较好的相溶性，性能稳定，挥发性小，不降低塑件的主要性能，无毒、无害，成本低。常用的增塑剂有甲酸酯类、磷酸酯类和氯化石蜡等。增塑剂的使用应适量，过多会降低塑件的力学性能和耐热性能。3）稳定剂。稳定剂是指能阻缓塑料变质的物质，添加稳定剂的目的是阻止或抑制树脂受热、光、氧和霉菌等外界因素作用而发生质量变化和性能下降。对稳定剂的要求是：耐水、耐油、耐化学药品，并与树脂相溶；在成型过程中不分解，挥发小，无色。常用的稳定剂有硬
8、脂酸盐、铅的化合物及环氧化合物等。稳定剂可分为光稳定剂、热稳定剂、抗氧剂等。（4）固化剂。固化剂是指能促使树脂固化、硬化的添加剂，又称硬化剂。它的作用是使树脂大分子链受热时发生交联，形成硬而稳定的体型网状结构。（5）着色剂。在塑料中加入有机颜料、无机颜料或有机染料后，可以使塑料制件美观宜人，提高塑件的使用品质。对着色剂的要求是：性能稳定，不易变色，不与其他成分（增塑剂、稳定剂等）起化学反应，着色力强；与树脂有很好的相溶性。日常生活用塑料制品应注意选用无毒、无味的着色剂。有些着色剂兼有其他作用，如本色聚甲醛塑料用炭黑着色后可防止光老化。塑料添加剂除上述几种外，还有润滑剂、发泡剂、阻燃剂、防静电剂
9、、导电剂和导磁剂等，实际生产塑料制件时可根据需要选择适当的添加剂。3.塑料的特性塑料的特性包括使用性能、加工性能和技术性能，其中技术性能是物理性能、化学性能、力学性能等的统称。塑料品种繁多，性能、用途也各不相同，但其主要特性有下面几个方面。1）质量轻塑料是一种轻质材料。普通塑料的密度约为0.832.3 g/cm3，大约是铝材的1/2，钢材的1/5。如用发泡法得到的泡沫塑料，其密度可以小到0.010.59 g/cm3。塑料质量轻这一特点，对于需要减轻自重的飞机、船舶、建筑、宇航工业等具有特别重要的意义。塑料还特别适合制造轻巧的日用品和家用电器零件。1.1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、
10、特性2）电气绝缘性能好塑料具有优良的电气绝缘性能，大多数塑料都有较高的介电强度，无论是在高频还是低频、在高压还是低压下，绝缘性能都十分优良；且耐电弧性好，介电损耗极小，所以被广泛用于电机、电器、电子工业中。1.1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性3）比强度和比刚度高塑料的力学性能相对金属要差。塑件的刚度与木材相近，抗拉强度一般为10500 MPa。但由于塑料的密度小，所以按单位质量计算相对的强度和刚度，即比强度（强度与相对密度之比称为比强度）和比刚度（弹性模量与相对密度之比称为比刚度）比较高。一些特殊塑料如纤维增强塑料拉伸比强度可达170400 MPa，比一般钢材（约为160 MP
11、a）要高得多。4）化学稳定性能好一般塑料均具有一定的抗酸、碱、盐等化学腐蚀的能力，有些塑料除此之外还能抗潮湿空气、蒸汽的腐蚀作用，在这方面它们大大地超过了金属。其中最突出的是聚四氟乙烯，它对强酸、强碱及各种氧化剂等腐蚀性很强的介质都完全稳定，甚至在沸腾的“王水”中也不会发生任何变化。由于塑料具有优越的化学稳定性，因此在化工设备制造中有极其广泛的用途，如做各种管道、密封件、换热器和在腐蚀介质中有相对运动的零部件等。1.1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性5）减摩、耐磨性能优良，减振消声性好塑料的摩擦系数小，具有良好的减摩、耐磨性能。一些塑料摩擦副、传动副可以在水、油和带有腐蚀性的溶液
12、中工作，也可以在半干摩擦、全干摩擦条件下工作，具有良好的自润滑性能。同时，一般塑料的柔韧性比金属要大得多，当其受到频繁机械力冲击与振动时，因阻尼较大而具有良好的吸振与消声性能，这对高速运转的摩擦零部件以及受冲击载荷作用的零件具有重要意义。如一些高速运转的仪表齿轮、滚动轴承的保持架、机构的导轨等都可采用塑料制造。1.1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性6）热导率低，具有良好的光学性能塑料的热导率比金属低得多，它们之间相差数百倍。利用热导率低的特点，可以用塑料来制作需要保温和绝热的器皿或零件。有些塑料具有良好的透明性，透光率为90以上，如有机玻璃、聚碳酸酯、聚苯乙烯等都具有良好的透明性
13、，它们可用于制造光学透镜、航空玻璃、透明灯罩以及光导纤维材料等。此外，塑料还具有良好的成型加工性、焊接性、可电镀性和着色能力。但与其他材料相比，塑料也有一定的缺陷，如塑料成型时收缩率较高，并且影响塑料成型收缩率的因素很多，这使得塑料制件要获得高的精度难度很大，故塑件精度普遍不如金属零件；塑料制件的使用温度范围较窄，塑料对温度的敏感性远比金属或其他非金属材料大，如热塑性塑料制件在高温下易变软产生热变形；塑料制件在光和热的作用下容易老化，使性能变差；塑料制件若长时间受载荷作用，即使温度不高，其形状也会产生“蠕变”，且这种变形是不可逆的，从而导致塑料制件尺寸精度的丧失。这些缺陷，使塑料的应用受到了一
14、定限制。1.1塑 料 概 论1.1.1塑料的概念、成分、特性（1）热塑性塑料。热塑性塑料受热变软，成为可流动的黏稠液体。在此状态下具有可塑性，可塑制成一定形状的塑件，冷却后保持已成型的形状；如再加热，又可变软塑制成一定形状，如此可以反复进行多次。在成型加工过程中，一般只有物理变化，因而其变化过程是可逆的。聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、有机玻璃、聚酰胺、聚甲醛、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS）、聚碳酸酯、聚砜等塑料均属此类。1.1塑 料 概 论（2）热固性塑料。热固性塑料在加热时可塑制成一定形状的塑件。继续加热，当温度达到一定程度时，分子会呈现网状结构，树脂会变成不熔或不溶的体型结构，形
15、状也会固定下来不再变化。如再加热，也不会再软化，不再具有可塑性。在这一变化过程中既有物理变化，又有化学变化，因而其变化过程是不可逆的。酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、有机硅塑料、不饱和聚酯塑料等均属此类。1.1.2常用塑料分类及用途1.塑料的分类1）按树脂分子结构和热性能分类（1）通用塑料。通用塑料主要是指产量大、用途广、价格低的一类塑料。其中，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料合称为五大通用塑料；其他如聚烯烃、乙烯基塑料，丙烯酸塑料，氨基塑料等也都属于通用塑料。它们的产量占塑料总产量的一半以上，构成了塑料工业的主体。1.1塑 料 概 论（3）特种塑料。特种塑料是指具有某种特殊功能的塑
16、料，如用于导电、压电、热电、导磁、感光、防辐射、光导纤维、液晶、高分子分离膜、减摩耐磨等用途的塑料。特种塑料一般是由通用塑料或工程塑料用树脂经特殊处理或改性获得的，但也有一些是由专门合成的特种树脂制成的。1.1.2常用塑料分类及用途2）按塑料的性能及用途分类按塑料的性能及用途，塑料可以分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三类。（2）工程塑料。工程塑料是指那些具有突出的力学性能和耐热性，或具有优异的耐化学试剂、耐溶剂性，或在变化的环境条件下可保持良好绝缘介电性能的塑料。工程塑料一般可作为承载结构件、耐热件、耐腐蚀件、绝缘件等使用。工程塑料的生产批量小，价格较昂贵，用途范围相对狭窄。从广义来说，几乎所
17、有的塑料都可作为工程塑料使用，但实际上目前常用的工程塑料仅包括聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚四氟乙烯等几种。1.热塑性塑料受热时的物理状态热塑性塑料在恒定压力下，随着受热温度的变化，表现出三种物理状态和两个转变，如图12所示。1.1塑 料 概 论1.1.3塑料受热时的物理状态1）玻璃态塑料在Tg（玻璃态与高弹态间的转变温度）以下的状态是坚硬的固体，称之处于玻璃态（结晶型树脂为结晶态），它是大多数塑件的使用状态。处于此状态的塑料受外力作用有一定的变形能力，其变形是可逆的，即外力消失后，其形变也随之消失。在这种状态下，可进行车、铣、钻等切削加工。Tg是大多数塑料成型
18、加工的最低温度，也是合理选用塑料的重要参数，是多数塑料使用温度的上限。在Tg以下某一温度，塑料受力容易发生断裂破坏，这一温度称为脆化温度，它是塑料使用温度的下限。1.1塑 料 概 论1.1.3塑料受热时的物理状态2）高弹态当塑料受热温度超过Tg时，由于聚合物的链段运动，塑料进入高弹态。处于这一状态的塑料类似橡胶状态的弹性体，仍具有可逆的形变性质。在这种状态下，可进行真空成型、压延成型、中空成型、冲压、锻造等加工。但进行上述成型加工时，为得到所需形状和尺寸的塑件，成型后必须将塑件迅速冷却到Tg以下的温度。由图12中的曲线1可知，线型非结晶型高聚物有明显的高弹态，而由曲线2知，线型结晶型高聚物无明
19、显的高弹态，这是因为完全结晶的高聚物无高弹性，即在高弹态温度下也不会有明显的弹性变形，但结晶型高聚物一般不可能完全结晶，都含有非结晶的部分，所以它们在高弹态温度阶段仍能产生一定程度的变形，只不过比较小而已。1.1塑 料 概 论1.1.3塑料受热时的物理状态3）黏流态当塑料受热温度超过Tf（Tm）（高弹态与黏流态的转变温度）时，由于分子链的整体运动，塑料开始有明显的流动，塑料开始进入黏流态变成黏性流体，通常也称之为熔体。在这种状态下可进行注射、挤出、吹塑等成型加工。当塑料继续加热，温度至Td（塑料开始分解温度）附近时，聚合物开始分解变色，所以，Tf（Tm）是塑料成型加工重要的参考温度，Tf（Tm
20、）Td的范围越宽，塑料成型加工就越容易进行。1.1塑 料 概 论1.1.3塑料受热时的物理状态2.热固性塑料受热时的物理状态热固性塑料受热时，由于伴随着化学反应，它的物理状态变化与热塑性塑料明显不同。开始加热时，由于树脂是线型结构，与热塑性塑料相似，加热到一定温度时树脂分子链运动的结果使之很快由固态变成黏流态，这使它具有成型的性能。但这种流动状态存在的时间很短，很快由于化学反应的作用，分子结构变成网状，分子运动停止，塑料硬化变成坚硬的固体。再加热分子运动仍不能恢复，化学反应继续进行，分子结构变成体型，塑料还是坚硬的固体。当温度升到一定值时，塑料开始分解。1.1塑 料 概 论1.1.3塑料受热时
21、的物理状态1.流动性塑料熔体在一定温度与压力作用下充填模腔的能力称为流动性。所有塑料都是在熔融塑化状态下加工成型的，因此，流动性是塑料加工为塑件过程中所应具备的基本特性。塑料流动性的好坏，在很大程度上影响着成型工艺的许多参数，如成型温度、压力、模具浇注系统的尺寸及其他结构参数等。在设计塑件大小与壁厚时，也要考虑流动性的影响。1.2塑料成型的工艺性能1.2.1热塑性塑料成型的工艺性能塑料熔体的流动性与塑料的分子结构和添加剂有关。只有线型分子结构而没有或很少有交联结构的塑料流动性好，而具有体型结构高分子的塑料一般不产生流动。塑料中加入填料会降低树脂的流动性，加入增塑剂、润滑剂可以提高流动性。流动性
22、差的塑料，在注射成型时不易充满模腔，使塑件产生“缺肉”。当采用多个浇口时，塑料熔体的汇合处会因熔接不好而产生“熔接痕”。这些缺陷甚至会导致塑件报废。相反，若塑料的流动性太好，注射时又容易产生流涎和造成塑件溢边，成型的塑件容易变形。因此，成型过程中应适当控制塑料熔体的流动性，以获得满意的塑料制件。1.2塑料成型的工艺性能1.2.1热塑性塑料成型的工艺性能塑料的流动性和成型工艺参数是互相影响和作用的。在实际成型过程中，还可以通过改变温度、压力和模具结构等工艺参数来改变塑料的流动性，如提高成型温度和压力、合理设计浇口的位置与尺寸、降低模腔表面粗糙度值等，都能大大提高流动性。塑料的流动性采用统一的方法
23、来测定。对于热塑性塑料的流动性常用熔体流动速率指数，简称熔融指数来表示。如图13所示，将被测塑料装于标准装置熔融指数测定仪的塑化室3内，加热到使塑料熔融塑化的要求温度，然后在一定压力下使塑料熔体通过标准毛细管（2.09 mm的口模4），在10 min内挤出塑料的质量值即为要测定塑料的熔融指数。熔融指数的单位为g/（10 min），通常用MI表示。熔融指数越大，塑料熔体的流动性越好。1.2塑料成型的工艺性能1.2.1热塑性塑料成型的工艺性能为方便起见，在设计模具时，人们常用塑料熔体溢料间隙（溢边值）来反映塑料的流动性。所谓溢料间隙，是指塑料熔体在成型压力下不得溢出的最大间隙值。根据溢料间隙大小，
24、塑料的流动性大致可划分为好、中等和差三个等级，它对设计者确定流道类型及浇注系统的尺寸、控制镶件和推杆等与模具孔的配合间隙等具有实用意义。常用塑料的流动性与溢料间隙见表12。1.2塑料成型的工艺性能1.2.1热塑性塑料成型的工艺性能表1-2常用塑料的流动性与溢料间隙溢料间隙/mm流动性等级塑料类型0.03好聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维素0.030.05中等改性聚苯乙烯、ABS、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯0.050.08差聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚砜、聚苯醚2.收缩性一定量的塑料在熔融状态下的体积总比其固态下的体积大，说明塑料在成型及冷却过程中发生了体积收缩，这种性质称为收缩性。影响塑料
25、收缩性的因素很多，主要有塑料的组成及结构、成型工艺方法、工艺条件、塑件几何形状及金属镶件的数量、模具结构及浇口形状与尺寸等。收缩性的大小以单位长度塑件收缩量的百分率来表示，称为收缩率。其公式为SLmLsLm100%（11）式中，S为塑料的收缩率（%）；Lm为模具在室温时的型腔尺寸（mm)；Ls为塑件在室温时的尺寸（mm）。1.2塑料成型的工艺性能1.2.1热塑性塑料成型的工艺性能塑件产生收缩的原因除热胀冷缩外，往往还与聚合物固化过程中高分子堆砌密度的不同以及聚集状态的改变等因素有关。不同聚集状态的塑料其收缩率亦不同。一般结晶塑料制件的收缩率为1.24，非结晶塑料制件的收缩率为0.31。熔融状态
26、的塑料有明显的可压缩性，利用这种可压缩性，成型时对塑料熔体施加压力，可以预防塑件的凹痕和缩孔的形成，提高塑件的尺寸精度。1.2塑料成型的工艺性能1.2.1热塑性塑料成型的工艺性能由于塑料收缩性影响着塑件的尺寸精度，所以在设计模具时必须考虑收缩率的大小。又由于塑件的收缩是体积收缩，所以模具各项尺寸均应考虑其收缩的补偿问题。由式（11）得模具在室温时的型腔尺寸Lm为Lm=Ls1-S（12）根据幂级数展开公式为11S=1+S+S2+S3+由于S相对尺寸很小，故S的高次项可以忽略，因此有Lm=Ls(1+S)（13）式（13）是模具型腔尺寸计算时经常应用的基本公式。但对于收缩率较大的大型模塑件，则建议采
27、用式（12）。1.2塑料成型的工艺性能1.2.1热塑性塑料成型的工艺性能3.热稳定性热稳定性是指塑料在受热时性能上发生变化的程度。有些塑料在长时间处于高温状态下时会发生降解、分解和变色等现象，并使性能发生变化。如聚氯乙烯、聚甲醛、ABS等塑料在成型时，如在料筒停留时间过长，就会有一种气味放出来，塑件颜色变深，所以它们的热稳定性不好。因此，这类塑料成型加工时必须正确控制温度及周期，选择合适的加工设备或在塑料中加入稳定剂。1.2塑料成型的工艺性能1.2.1热塑性塑料成型的工艺性能4.吸湿性吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。据此，塑料大致可分为两种类型：一类是具有吸湿或黏附水分倾向的塑料，如聚酰胺、聚
28、碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚砜等；第二类是吸湿或黏附水分倾向极小的塑料，如聚乙烯、聚丙烯等。造成这种差别的主要原因是其组成及分子结构的不同。在成型过程中如果水分含量超过一定限度，则水分会在成型机械的高温料筒中变成气体，促使塑料高温水解，从而导致塑料降解、起泡、黏度下降，给成型带来困难，使塑件外观质量及机械强度明显下降。因此，塑料在加工成型前，一般都要经过干燥，使水分含量（质量分数）控制在0.20.5以下。如聚碳酸酯，要求水分含量在0.2以下，可用循环鼓风干燥箱，在110 干燥12 h以上，而且在加工过程中要继续保温，以防重新吸潮。1.2塑料成型的工艺性能1.2.1热塑性塑料成型的工艺性能5.相容
29、性相容性是指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态不产生相互分离的能力。如果两种塑料不相容，则混熔时制件会出现分层、脱皮等表面缺陷。不同种塑料的相容性与其分子结构有一定关系，分子结构相似者较易相容，如高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯彼此之间的混熔等；分子结构不同时较难相容，如聚乙烯和聚苯乙烯之间的混熔等。塑料的相容性俗称为共混性。通过塑料的这一性质，可以得到类似共聚物的综合性能，是改进塑料性能的重要途径之一。例如，聚碳酸酯与ABS塑料相容，在聚碳酸酯中加入ABS能改善其成型工艺性。塑料的相容性对成型加工操作过程有影响。当改用不同品种的塑料时，应首先确定清洗料筒的方法（一般用清洗法或拆洗法）。如
30、果是相容性塑料，只需要将所要加工的原料直接加入成型设备中清洗即可；如果是不相容的塑料，就应换料筒或彻底清洗料筒。1.2塑料成型的工艺性能1.2.1热塑性塑料成型的工艺性能1.2塑料成型的工艺性能1.2.2热固性塑料成型的工艺性能2）结构变化引起的收缩热固性塑料在成型加工过程中发生了交联反应，分子由线型结构变为网状结构，即产生交联结构。分子交联使分子链间距离缩小，结构紧密，引起体积收缩。这种收缩所引起的体积减小是不可逆的，在进行到一定程度时不会继续产生。3）弹性恢复塑件脱模时成型压力迅速降低，体积会略有膨胀，形成一定的弹性恢复，即产生负收缩（膨胀）。这种现象在成型玻璃纤维和布质为填料的热固性塑料
31、时尤为明显。4）塑性变形塑性变形主要表现在当制件脱模时，成型压力迅速降低，但模壁仍紧压着制件的周围，产生塑性变形。发生变形部分的收缩率比没有发生变形部分的收缩率大，因此，制件往往在平行于加压方向收缩较小，而垂直于加压方向收缩较大。为防止两个方向的收缩率相差过大，可采用迅速脱模的办法补救。1.收缩性 同热塑性塑料一样，热固性塑料也具有因成型加工而引起的尺寸减小，其收缩率计算方法与热塑性塑料相同。产生收缩的主要原因有以下几种。1）热收缩这是因热胀冷缩而引起的尺寸变化。由于塑料线胀系数比钢材大几倍甚至十几倍，制件从成型加工温度冷却到室温时，就会产生远大于模具尺寸收缩量的收缩。它是成型收缩中主要的收缩
32、因素之一。影响热固性塑料收缩率的因素主要有原材料、模具结构、成型方法及成型工艺条件等。塑料中树脂和填料的种类及含量，会直接影响收缩率的大小。当所用树脂在固化反应中放出的低分子挥发物较多时，收缩率较大；放出低分子挥发物较少时，收缩率较小。在同类塑料中，填料含量多，收缩率小；填料中无机填料比有机填料所得的塑件收缩率小，如有机填料（如木粉）的酚醛塑料的收缩率，就比相同数量无机填料（如硅粉）的酚醛塑料收缩率大。凡有利于提高成型压力、增大塑料充模流动性、使制件密实的模具结构，均能减少制件的收缩率，如用压缩成型工艺模塑的塑件比注射成型工艺模塑的塑件收缩率小；凡能使制件密实、成型前使低分子挥发物逸出的工艺因
33、素，都能使制件收缩率减少，如成型前对酚醛塑料的预热、加压等。1.2塑料成型的工艺性能1.2.2热固性塑料成型的工艺性能2.流动性流动性的意义与热塑性塑料流动性类同，但热固性塑料通常以拉西格流动性来表示，而不是用熔融指数表示。其测定原理如图14所示，将一定量的被测塑料预压成圆锭，然后将圆锭放入加料腔4中，在一定的温度和压力下，测定塑料从流料槽3中挤出的长度（只计算光滑部分，单位为mm），此即为拉西格流动值，数值大则流动性好。1.2塑料成型的工艺性能1.2.2热固性塑料成型的工艺性能流动性过大容易造成溢料过多、填充不密实、塑件组织疏松、树脂与填料分头聚积、易粘模而使脱模和清理困难、早期硬化等缺陷；
34、流动性过小则填充不足，不易成型，成型压力增大。影响热固性塑料流动性的主要因素有塑料原料和模具及工艺条件两方面。1）塑料原料组成塑料的树脂和填料的性质及配比等对塑料的流动性都有影响，如树脂分子支链化程度低，流动性好；填料颗粒小，流动性好；加入的润滑剂及水分、挥发物含量高时，流动性好。2）模具及工艺条件模具型腔表面光滑，型腔形状简单，采用有利于提高型腔压力的模具结构，在成型加工时进行适当的预热、预压，选择合适的模温等，都有利于提高热固性塑料的流动性。3.水分及挥发物含量塑料中水分及挥发物的含量主要来自两个方面：一是来自热固性塑料在制造中未除尽的水分或贮存过程中由于包装不当而吸收的水分；二是来自塑料
35、成型时化学反应的副产物。1.2塑料成型的工艺性能1.2.2热固性塑料成型的工艺性能4.硬化速度硬化速度又称为固化速度。它是指热固性塑料在压制标准试样时，于模内变为坚硬而不熔、不溶状态的速度。通常以硬化1 mm厚试样所用的时间来表示，单位为min/mm。每一种热固性塑料都有一定的硬化速度。硬化速度太低，会使塑件成型周期延长；硬化速度太高，不易于用来成型形状复杂的塑件。硬化速度与所用塑料的性能、预压、预热、成型温度和压力的选择有关，采用预热、预压、提高成型温度和压力时，有利于提高硬化速度。热固性塑料成型工艺性能除上述指标外，还有颗粒度、比体积、压片性等。成型工艺条件不同，对塑料的工艺性能要求也不同
36、，可参照有关资料和具体成型要求进行选择确定。1.2塑料成型的工艺性能1.2.2热固性塑料成型的工艺性能1.塑件的尺寸塑件尺寸的大小与塑料的流动性有关。在注射成型和传递成型中，流动性差的塑料（如布基塑料、玻璃纤维增强塑料等）及薄壁塑件等的尺寸不能设计得过大。大而薄的塑件在塑料未充满型腔时已经固化，或勉强能充满，但塑料的前锋已不能很好熔融而形成冷接缝，影响塑件外观和结构强度；注射成型的塑件尺寸还要受到注射机的注射量、锁模力和模板尺寸的限制；压缩和压注成型的塑件尺寸要受到压力机最大压力和压力机工作台面最大尺寸的限制。1.3塑件的设计1.3.1塑件的尺寸、精度和表面粗糙度2.塑件的精度塑件的尺寸精度是
37、指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即塑件尺寸的准确度，可用塑件允许的尺寸公差来表示。影响塑件尺寸精度的因素很多，首先是模具的制造精度和模具的磨损程度，其次是塑料收缩率的波动以及成型时工艺条件的变化，塑件成型后的时效变化和模具的结构形状等。因此，塑件的尺寸精度往往不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。塑件的尺寸公差可依据GB/T 144862008塑料模塑件尺寸公差确定，见附录B。该标准将塑件分成7个精度等级，MT1级精度要求较高，一般不采用。附录B只列出了公差值，基本尺寸的上、下偏差可根据工程的实际需要分配。附录B还分别给出了受模具活动部分影响的尺寸公差值和不受模具活动
38、部分影响的尺寸公差值。此外，对于塑件上孔的公差可采用基孔制，可取表中数值冠以“+”号；对于塑件上轴的公差可采用基轴制，可取表中数值冠以“”号。塑件的精度要求要根据使用要求来确定，一般配合部分尺寸精度高于非配合部分尺寸精度，受塑料收缩率波动的影响，小尺寸易达到高精度。塑件的精度要求越高，模具的制造精度要求也越高，模具的制造难度及成本亦越高，同时塑件的废品率也会增加。因此，在塑件材料和工艺条件一定的情况下，应参照表13合理地选用精度等级。1.3塑件的设计1.3.1塑件的尺寸、精度和表面粗糙度3.塑件的表面粗糙度塑件的外观要求越高，表面粗糙度值应越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点
39、来保证外，主要取决于模具型腔的表面粗糙度。一般模具粗糙度要比塑件的要求低12级。模具在使用过程中，由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大，所以应随时予以抛光复原。透明塑件要求型腔和型芯的表面粗糙度相同，而不透明塑件则根据使用情况决定它们的表面粗糙度。塑件的表面粗糙度可参照GB/T 142341993塑料件表面粗糙度选取，见表14。一般取Ra1.60.2 m。1.3塑件的设计1.3.1塑件的尺寸、精度和表面粗糙度1.塑件的表面形状塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型。由于侧抽芯和瓣合凹模或凸模不但使模具结构复杂，制造成本提高，而且还会在分型面上留下飞边，增加塑件的修整量。因此，塑件设计时应尽可能
40、避免侧向凹凸，如果有侧向凹凸，模具设计时应在保证塑件使用要求的前提下，适当改变塑件的结构，以简化模具结构。通过改变塑件形状以利于成型的典型实例见表15。1.3塑件的设计1.3.2塑件的几何形状塑件内侧凹较浅并允许带有圆角时，则可以用整体凸模采取强制脱模的方法使塑件从凸模上脱下，如图15（a）所示，但此时塑件在脱模温度下应具有足够的弹性，以使塑件在强制脱模时不会变形，如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等能适应这种情况。塑件外侧凹凸也可以强制脱模，如图15（b）所示。但是，多数情况下塑件的侧向凸凹不可能强制脱模，此时应采用侧向分型抽芯结构的模具。强制脱模的内侧凸凹深度计算公式为ABB100%5%可强制脱模的
41、外侧凸凹深度计算公式为ABC100%5%1.3塑件的设计1.3.2塑件的几何形状2.塑件的壁厚塑件的壁厚对塑件质量有很大影响，壁厚过小，成型时流动阻力大，大型复杂塑件就难以充满型腔。塑件壁厚的最小尺寸应满足以下要求：具有足够的强度和刚度；脱模时能经受推出机构的推出力而不变形；能承受装配时的紧固力。塑件最小壁厚值随塑料品种和塑件大小不同而异。壁厚过大，不但造成原料的浪费，而且对热固性塑料成型来说增加了模压成型时间，并易造成固化不完全；对热塑性塑料则增加了冷却时间，降低了生产率，另外也影响产品质量，如产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。所以，塑件的壁厚应有一个合理的范围。1.3塑件的设计1.3.2塑件的几
42、何形状热固性塑料的小型塑件，壁厚取0.62.5 mm；热固性塑料的大型塑件，壁厚取3.28 mm；布基酚醛塑料件等流动性差者壁厚应取大些，但一般不宜大于10 mm；脆性塑料如矿物填充的酚醛塑料件壁厚应不小于3.2 mm。根据外形尺寸推荐的热固性塑件壁厚值，见表16。热塑性塑料易于成型薄壁塑件，最小壁厚能达到0.25 mm，但一般不宜小于0.60.9 mm，常取24 mm。各种热塑性塑件壁厚常用值见表17。1.3塑件的设计1.3.2塑件的几何形状同一塑料零件的壁厚应尽可能一致，否则会因冷却或固化速度不同产生附加内应力使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂。塑件局部过厚，外表会出现凹痕，内部会产生气泡
43、。改善塑件壁厚的典型实例见表18。如果结构要求必须有不同壁厚时，不同壁厚的比例不应超过13，且应避免厚薄过渡部分的突然变化。1.3塑件的设计1.3.2塑件的几何形状3.塑件的脱模斜度塑件冷却时的收缩会使它包紧模具型芯或型腔中的凸起部分，因此，为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时擦伤塑件，在设计塑件时，必须使塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度，在模具上即称为脱模斜度，如图16所示。1.3塑件的设计1.3.2塑件的几何形状脱模斜度脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率，一般取30130。成型型芯较长或型腔较深，则斜度应取偏小值；反之可选用偏大值。塑件高度不大（小于23 m
44、m）时可不设计脱模斜度。当使用上有特殊要求时，脱模斜度可采用外表面（型腔）为5，内表面（型芯）为1020。沿脱模方向有几个孔或矩形槽而使脱模阻力增大时，宜采用较大的脱模斜度。侧壁带有皮革花纹时应留有46的脱模斜度。在一般情况下，若脱模斜度不妨碍塑件的使用，则可将斜度值取大些。有时开模后为了使塑件留在凹模内或凸模上，在设计模具时往往有意地减小凹模或凸模的脱模斜度。热固性塑料一般较热塑性塑料收缩率要小一些，故脱模斜度也相应小一些。压缩成型较大的塑件时，内表面的脱模斜度应比外表面的大些，以保证顶缘部分的密度。一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。常用塑件的脱模斜度见表19。1.3塑件的设计1
45、.3.2塑件的几何形状4.塑件的圆角塑件除了使用上要求采用尖角之外，其余所有转角处应尽可能采用圆角过渡，因为带有尖角的塑件，往往会在尖角处产生应力集中，在受力或受冲击振动时发生破裂，甚至在脱模过程由于成型内应力而开裂，特别是塑件的内角处。如图17所示为塑件受应力作用时应力集中系数与相对圆角半径R/的关系。从图中可以看出，理想的内圆角半径应为壁厚的1/3以上。1.3塑件的设计1.3.2塑件的几何形状塑件上转角处采用圆角过渡，不仅避免了应力集中，提高了强度，而且还使塑件变得美观，有利于塑料充模时的流动。此外，有了圆角，模具在淬火或使用时不至于因应力集中而开裂。但是采用圆角会使凹模型腔加工复杂化，使
46、钳工劳动量增大。通常，内壁圆角半径应是壁厚的1/2，而外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍，一般圆角半径不应小于0.5 mm。壁厚不等的两壁转角,可按平均壁厚确定内、外壁圆角半径。对于塑件的某些部位，在成型必须处于分型面、型芯与型腔配合处等位置时，则不便制成圆角，而采用尖角。1.3塑件的设计1.3.2塑件的几何形状5.塑件的加强筋为了确保塑件的强度和刚度而又不至于使塑件的壁厚过大，可在塑件适当的位置上设置加强筋。有的加强筋还能改善成型时熔体的流动状况。加强筋的厚度比塑件壁厚t小，加强筋的尺寸如图18所示。1.3塑件的设计1.3.2塑件的几何形状在塑件上设置加强筋有以下要求：（1）布置加强筋时，应尽量
47、减少塑料的局部集中，以免产生缩孔和气泡。（2）加强筋的尺寸不宜过大，以矮一些、多一些为好。（3）加强筋之间中心距应大于两倍壁厚，这样既可以避免缩孔产生，又可以提高塑件的强度和刚度。（4）加强筋布置的方向尽量与熔体流动的方向一致，以利于熔体充满型腔，避免熔体流动受到搅乱。（5）加强筋的端面不应与塑件支承面平齐，应有一定距离。1.3塑件的设计1.3.2塑件的几何形状6.塑件的支承面及凸台以塑件的整个底面作为支承面是不合理的，因为塑件稍许翘曲或变形就会使底面不平。通常采用的是底脚（三点或四点）支承或边框支承，见表111中的序号1。凸台是用来增强孔或装配附件的凸出部分的。设计凸台时，除应考虑前面所述的
48、一般问题外，在可能情况下，凸台应当位于边角部位，其几何尺寸应小，高度不应超过其直径的两倍，并应具有足够的脱模斜度。设计固定用凸台时，除应保证有足够的强度以承受紧固时的作用力外，在转折处不应有突变，连接面应局部接触，见表111中的序号2和序号3。1.3塑件的设计1.3.2塑件的几何形状7.塑件上孔的设计塑件上的孔有通孔、不通孔、形状复杂的孔、螺纹孔，对这些孔的设计有以下要求：（1）孔的形状宜简单。形状复杂的孔，模具制造较困难。（2）孔与孔之间、孔与壁之间均应有足够的距离,见表112。表112热固性塑料件孔间距、孔边距与孔径的关系单位：mm孔 径 d1.51.533661010181830孔间距、
49、孔边距b11.51.5223344557注：热塑性塑料为热固性塑料的75%，增强塑料取大值，如两孔孔径不一致时，则以小孔孔径查表。（3）孔径与孔的深度也有一定关系，见表113。塑件上紧固用的孔和其他受力的孔，应设计出凸台予以加强，如图19所示。固定孔建议采用如图110（a）所示沉头螺钉孔形式，一般不采用如图110（b）所示的形式。如果必须采用图 110（b）所示形式时，则应采用如图110（c）所示的形式，以便设置型芯。1.3塑件的设计1.3.2塑件的几何形状互相垂直的孔或斜交的孔，在压缩成型塑件中不宜采用，而在注射模塑和传递模塑中可以采用，但两个孔的型芯不能采用如图111（a）所示的互相嵌合结
50、构，而应采用如图111（b）所示的结构形式。成型时，先将小孔型芯从两边抽出后，再抽大孔型芯。需要设置侧壁孔时，应尽可能避免侧抽芯装置，以使模具结构简化。孔的设计应便于模塑成型。1.3塑件的设计1.3.2塑件的几何形状8.塑件上的花纹、文字及符号塑件上的花纹（如凸纹、凹纹、皮革纹等），有的是使用上的需要，有的则是为了装饰。设计的花纹应易于成型和脱模，便于模具的制造，因此，纹向应与脱模方向一致。如图112（a）和图112（d）所示，塑件脱模麻烦，模具结构复杂；如图112（c）所示，在分型面处的飞边不易清除；而如图112（b）和图112（e）所示，则脱模方便，模具结构简单，制造方便，而且分型面处的飞
