《塑料成型工艺与模具设计》上册电子教案完全版.docx

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《塑料成型工艺与模具设计》上册电子教案完全版

JSZ024-1

广东省高级技工学校

教

案

本

授课日期：

2009年09月~2010年01月

课程名称：

《塑料成型工艺与模具设计》（上册）

授课班级：

高模33、34班

授课教师：

汪立胜

课题：

§1绪论

【组织教学】

【讲授新课】

§1绪论

一、塑料成型在塑料工业中的地位

（一）塑料工业的生产过程

塑料工业包含塑料生产和塑料制品生产两个系统。

（二）塑料制品生产及塑料成型的重要性

1、塑料制品生产的组成

（1）预处理；

（2）塑料的成型；

（3）机械加工；

（4）修饰；

（5）装配。

2、模塑成型的种类

（1）注塑成型；

（2）压制成型；

（3）压铸成型；（4）中空吹塑成型；

（5）挤出成型；（6）喷射成型等。

二、四大工业材料

1、钢材2、木材（纤维素类）3、水泥（硅酸盐类）4、塑料

三、塑料与金属材料相比较，有以下的优点

1、质轻（密度小）

2、比强度、比刚度高

3、耐腐蚀

4、绝缘性好

5、易着色

6、制品可加工成任意形状（易成型加工）

7、生产率高，价格低，应用广泛

四、塑料模塑成型技术的发展动向

（一）要加深工艺理论的研究；

（二）要实现成型设备和模具生产的高效率、自动化；

（三）模具要向超大型、微型、高精度方向发展；

（四）要发展高寿命和简易经济模具；

（五）模具制造先进设备及先进工艺；

（六）要实现模具的标准化与专业化生产；

（七）要发展和应用模具CAD/CAM/CAE技术。

CAD-------ComputerAidedDesign（计算机辅助设计）

CAM-------ComputerAidedManufacture（计算机辅助制造）

CAE-------ComputerAidedEngineering（计算机辅助工程）

五、模具的定义

用特定的外形去成型具有特定形状、尺寸、大小的制品的工具称之为模具。

六、模具工业在国民经济中的重要性

1、模具是“效益放大器”。

2、美国工业界认为：

模具工业是美国工业的基石。

3、日本：

模具是促进社会繁荣富裕的动力。

七、学习本课程的目的、内容及方法

（一）学习本课程的目的

掌握和了解模具的结构及其设计的方法。

（二）学习内容

塑料的基本知识、模塑成型方法的种类、注塑模的基本结构及其设计原理、塑料模的选材等。

（三）学习本课程的方法

多读书+多实践+多思考+多总结=经验

【课后小结】

1、塑料成型在塑料工业中的地位

2、塑料与金属材料相比较的优点

3、塑料模塑成型技术的发展动向

4、模具工业在国民经济中的重要性

【练习与作业】

1、塑料工业包含和两个系统。

2、塑料制品生产由哪几部分组成？

3、塑料模塑成型技术的发展动向如何？

4、什么是模具？

模塑成型有哪些？

课题：

§2·1聚合物的分子结构与热力学性能

【组织教学】

【回顾旧课】

1、塑料与金属材料相比较，有哪些优点?

2、模具CAD/CAM/CAE的含义。

【讲授新课】

§2·1聚合物的分子结构与热力学性能

一、树脂与塑料的概念

（一）树脂的概念及类型

1、早期的定义：

树脂是指从树木中分泌出的脂物。

如：

松香是从松树分泌出的乳液状松脂中分离出来的。

虫胶、沥青等因具有相同的分子结构，也属于此类。

2、类型：

（1）天然树脂

（2）人工合成树脂

（二）塑料

1、定义

塑料是指以树脂为主要成分，添加其它的一些物质所组成的物质。

二、高分子与低分子的区别

1、一切物质均由分子构成，而分子又由原子构成。

3、高分子与低分子的区别如下表：

比较项目

高分子

低分子

分子中含有的原子数目

多

少

相对分子质量

大

小

分子长度

长

短

例：

低分子物质有：

H2O、CaCO3、C2H5OH（酒精）、C12H22O11（蔗糖）、C57H110O6（三硬脂酸甘油酯）（分子长度为0.0005um）

高分子物质有：

聚乙烯（分子长度为6.8um）

三、高聚物的分子结构与特性

（一）高聚物的分子结构类型

1、线型

2、带有支链线型

3、体型

（二）高聚物的特性

1、热塑性线型高聚物具有可溶性和可熔性，成型后性质不变，可多次成型，反复使用。

2、热固性体型高聚物在成型前是具有可溶性和可熔性，但是成型后变成既不溶解又不熔融的固体，不能再次成型。

四、结晶型与非结晶型高聚物的结构及性能

（一）结晶的定义

结晶是指聚合物从熔融状态到冷凝时，分子由独立移动的、完全处于无秩序状态变成分子停止自由移动，取得一个略微固定的位置，并有一个使它们自己排列成为正规模型倾向的一种现象。

（二）结晶型和非结晶型的定义

1、结晶型

聚合物由高温熔体向低温固态转变过程中，若分子链能够稳定规整排列，则称为结晶型。

2、聚合物由高温熔体向低温固态转变过程中，若分子链不能得到规整排列，则称为非结晶型。

【课后小结】

1、树脂与塑料的概念

2、高分子与低分子的区别

3、高聚物的分子结构与特性

4、结晶型与非结晶型高聚物的结构及性能

【练习与作业】

P381、2、3

课题：

§2·4聚合物在成型过程中的物理和化学变化

【组织教学】

【回顾旧课】

1、高分子与低分子有何区别?

2、高聚物的分子结构类型有哪些？

各有什么特性？

【讲授新课】

§2·4聚合物在成型过程中的物理和化学变化

一、高聚物的热力学性能

高聚物的分子结构决定了分子运动的多样性，即物理状态。

影响高聚物物理状态的因素很多，但其分子运动的程度及规模主要受温度影响，随温度的变化，分子热运动表现出三种不同的力学状态，即玻璃态、高弹态和粘流态。

高聚物的物理状态与温度的关系如下图：

Tb---脆化温度Tg---玻璃化温度Tf---粘流温度

Tm---熔点Td---热分解温度

二、高聚物的加工工艺性能

（一）玻璃态下的加工工艺性能

主要表现为适宜进行机加工。

如车、铣、刨、磨、锯等。

（二）高弹态下的加工工艺性能

主要表现为适宜进行拉伸和压延成型。

如真空成型、压力成型、压延成型、弯曲成型等。

（三）粘流态下的加工工艺性能

主要表现为适宜进行成型加工。

如注射成型、挤出成型等。

三、高聚物的结晶、取向、降解、交联

（一）高聚物的结晶

1、高聚物是否易于结晶，取决于分子链的结构。

2、具有结晶倾向的聚合物，在成型的塑料制品中，会不会出现结晶形结构，由成型时塑料制品的冷却速率来决定。

3、结晶的过程：

晶坯晶核的形成与长大晶体

（二）高聚物的取向

1、取向的定义：

聚向物的取向是指树脂的分子链在外力作用下（如剪切流动），会有不同方式和不同程度的平行排列。

2、取向的类型：

（1）流动取向

（2）拉伸取向

3、取向的作用

聚合物取向后会出现明显的各向异性。

在取向方向的抗拉强度和冲击强度显著提高；在垂直于取向方向的强度则明显下降。

、

（三）高聚物的降解

1、降解的定义：

聚合物在热、力、氧和辐射等因素作用下而发生的相对分子质量降低或大分子结构改变等称为降解。

2、降解的类型

（1）热降解

（2）力降解

（3）氧化降解（4）水降解

（四）高聚物的交联

1、交联的定义

聚合物的交联是指聚合物在成型过程中，由线型结构交联为体型结构的化学反应过程，通常也称为“硬化”或“熟化”。

【课后小结】

1、高聚物的热力学性能

2、高聚物的加工工艺性能

3、高聚物的结晶、取向、降解、交联

【练习与作业】

P484、5、6

课题：

§2·5塑料的组成与工艺特性

【组织教学】

【回顾旧课】

1、高聚物的热力学性能及加工性能如何？

2、什么是高聚物的结晶、取向、降解、交联？

【讲授新课】

§2·5塑料的组成与工艺特性

一、塑料的定义及类型

（一）定义：

塑料一般由树脂和添加剂组成，添加剂也叫做助剂。

（二）类型

按塑料中的组成成分的不同，分：

1、简单组分塑料----以树脂为主要成分，不加或加入少量助剂。

2、多组分塑料----除树脂外，还需要加入敬而其它的一些助剂。

二、塑料的主要成分

（一）树脂

树脂是塑料中主要的必不可少的成分，属于高分子化合物。

作用：

使塑料具有可塑性和流动性，并决定塑料的类型和主要性能。

（二）填充剂（也叫填料）

　　作用：

１、减少树脂的含量，降低塑料的成本，起增量的作用；

　　　　　２、改善塑料的性能，扩大塑的应用范围，起改性的作用。

类型：

按其形状分，可分为：

粉状、纤维状、层状（片状）。

常用填料有：

CaCO3，粘土，碳，金属粉等。

（三）增塑剂

　1、作用：

增加塑料的塑性、流动性和柔韧性，改善成型性能，降低刚性和脆性。

2、对增塑剂的要求

能与树脂很好地混溶而不起化学反应；不易从制品中析出及挥发；不降低制品的主要性能；无毒、无害、无色、不燃、成本低等。

（四）着色剂（色料）

　1、作用：

主要起装饰美观作用，同时还能提高塑料的光稳定性、热稳定性和耐候性。

（五）润滑剂

1、作用：

防止塑料在成型过程中粘模，同时还能改善塑料的流动性以及提高塑料表面光泽程度。

2、常用的润滑剂有：

石蜡、硬脂酸、金属皂类、脂类及醇类等。

（六）稳定剂

　1、作用：

抑制和防止树脂在加工过程或使用过程中产生降解。

　2、根据稳定剂的作用分类，可分为以下三种：

　（１）热稳定剂　

　　（２）光稳定剂

　　（３）抗氧化剂

（七）其它添加剂

防静电剂、阻燃剂、增强剂、驱避剂、发泡剂、交联剂、固化剂等。

三、塑料的分类方法及其分类

（一）按塑料的性能及用途分类

　　　１、通用塑料（六大品种）

（1）特点

指产量大、用途广、价格低的塑料。

（2）类型：

聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料

　　　２、工程塑料

　　　　　指在工程技术中作为结构材料的塑料。

　　　３、功能塑料（特殊性能塑料）

　　　　　指用于特定的环境中，具有某一方面特殊性能的塑料。

如：

在塑料中加入玻璃纤维等填料作为增强材料，以进一步改善塑料的力学、电气性能等的复合材料通常称为增强塑料。

（二）按塑料中合成树脂分子结构及热性能分类

１、热塑性塑料

　　特点：

这种塑料在未加热时，树脂分子呈线型或支链型结构；在加热之后软化并熔融，成为可以流动的粘稠液体，可成型一定的形状，冷却后保持已成型的形状。

如果对已成型的制品又加热，又可以熔融，可以再次成型为一定形状的制品，如此可以反复。

２、热固性塑料

　　特点：

这种塑料在未加热时，树脂分子呈线型或支链型结构；在加热之后软化并熔融，成为可以流动的粘稠液体，当加热到一定时候时，会发生交联反应，形成体型结构而固化成型；对已成型的制品又加热，不可以熔融。

类型：

酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱合聚酯塑料、三聚氰胺塑料等。

塑料的工艺性能

一、热固性塑料的工艺性能

（一）收缩性

1、产生的原因

2、影响收缩的基本因素

（1）塑料的种类

（2）化学结构的变化

（3）热收缩

（4）弹性恢复

（5）成型工艺

（6）成型工艺

（7）塑料变形

（8）其他因素（残余应力而引起塑件的再收缩称为后收缩。

塑料制品在成型后需进行热处理，由热处理引起的收缩称为后处理收缩。

）

补充：

绝大多数塑料，成型收缩率在10-3~10-2数量级，很少在10-4数量级，常见的如下：

聚乙烯（1.5~3.5）x10-2

聚碳酸酯（0.5~0.7）x10-2

尼龙6（0.6~1.6）x10-2

聚甲醛（2~2.5）x10-2

尼龙1010（1.0~2.5）x10-2

PET（含15~40%玻璃纤维）（0.8~0.9）x10-2

（二）流动性

1、定义

塑料在一定的温度与压力下充满模具型腔的能力称之为流动性。

2、衡量塑料流动性的指标---------拉西格流动性

3、拉西格流动性的测定方法

将一定质量的塑料预压杨圆锭，放在标准压模中，在一定的温度与压力条件下，测定塑料自模孔中挤出的长度（单位：

mm），其值大，流动性好；值小，则流动性差。

（三）比容与压缩率

定义：

比容----单位质量塑料所占的体积。

压缩比-------塑料的体积与塑料制品的体积之比。

（四）水分和挥发物的含量

产生的原因：

1、生产过程中及成型之前的运输保管之中吸收的水份；

2、成型过程中化学瓜的副产物。

（五）固化特性

固化------成型过程辊，树脂发生交联反应，分子结构由线型变为，塑料由既可熔又可溶变为既不熔又不溶的这一过程称之为固化。

二、热塑性塑料的工艺性能

（一）收缩性（与热固性塑料相同）

（二）塑料状态与加工性

1、玻璃态

2、高弹态

3、粘流态

（三）粘度与流动性

粘度------指塑料熔体内部抵抗流动的阻力。

（四）吸水性

（五）结晶性

（六）热敏性

（七）应力开裂

（八）熔体破裂

【课后小结】

1、塑料的组成与分类

2、塑料的工艺性能

【练习与作业】

P487、8、9、10

课题：

§2·6常用塑料

（1）

【组织教学】

【回顾旧课】

1、塑料的主要组成成分有哪些？

2、塑料如何分类？

【讲授新课】

§2·6常用塑料

（1）

一、热塑性塑料

（一）特点：

优点：

1、质轻，密度小（0.83~2.20g/cm3）

2、电绝缘好,不导电及耐电弧等；

3、化学稳定性好，能耐一般的酸、碱、盐及有机溶剂；

4、耐磨和自润滑性好；

5、比强度高、比刚度高；

　　6、着色性好；

　7、成型性能好，生产率高。

缺点：

1、耐热性差，热膨胀系数大，尺寸稳定性差；

2、在载荷作用下，易老化等。

（二）常见的热塑性塑料

1、聚乙烯（PE）

1939年实现工业化生产，产量最大，用途最广，约占世界塑料总产量的30%，为塑料工业之冠。

（1）特性

①无臭，无味，无毒

②呈可燃性白色粉末状

③ρ=0.91~0.98g/cm3

（2）类型：

按聚合时采用的压力不同，分：

高压聚乙烯、中压聚乙烯、低压聚乙烯。

按聚乙烯的密度不同，分：

高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯。

（3）用途

①高频通信电缆和海底电费的绝缘层；

②化工设备的零部件、管道及容器；

③而低温至-600C，使用温度不高，800C。

2、聚丙烯（PP）

1957年实现工业化生产，产量位居第三位。

（1）特性

①白色，无味，无毒，可燃的魄蜡状透明塑料；

②ρ=0.90~0.91g/cm3，是通用塑料中最轻的一种塑料；

③具优良的耐热性，化学稳定性、电性能、力学性能好；

④熔点：

1680C~1700C，可在1070C~1210C下长期使用；

⑤使用温度达1500C，可在热水中煮沸，1350C蒸汽中消毒；

⑥而低温性不好，脆化温度-100C~-300C。

（2）用途

洗衣机、电冰箱内箱、电风扇、吸尘器壳类；食品用薄膜及容器；机械零件；挤线、管、袋等。

3、聚氯乙烯（PVC）

1932年左右实现工业化生产，产量居第二位。

（1）类型

①硬聚氯乙烯②软聚氯乙烯

（2）用途

①硬管、硬板、地板、门窗及棚板、唱片等

②台布、雨衣、玩具、窗帘、电线、绳等

（3）成型特性

模具中应开设冷却系统。

成型范围窄。

吸湿性小。

4、聚苯乙烯（PS）

1920年开始工业化生产，产量居第4位。

（1）特性

①ρ=1.05g/cm3，

②无色透明，无毒，易着色，无味

③易燃烧

④透光率为88%~92%。

（2）用途

制作仪表外壳，灯罩、光学仪器等

（3）成型特性

吸湿性小；溢边值约为0.03mm，对压力变化敏感；塑料制品壁厚就均匀；可采用各种形式的浇口。

5、聚酰胺----尼龙（PA）

1940年实现工业化生产，居五大工程塑料之首。

我国商品名叫“涤沦”。

6、聚甲醛（POM）

1959年实现工业化生产。

产量仅次于尼龙。

（1）特性

①ρ=1.42g/cm3，

②半透明到不透明的白色粉末或粒料

③易燃烧，着色性好

（2）用途

主要用来制作齿轮、弹簧、螺栓、螺母等。

长期使用温度：

-400~1000C。

【课后小结】

1、热塑性塑料的特性

2、常见的热塑性塑料

【练习与作业】

1、简述PE、PP、PS、PVC、PA、POM的特性及用途。

2、热塑性塑料的优缺点有哪些？

课题：

§2·6常用塑料

（2）

【组织教学】

【回顾旧课】

1、热塑性塑料的优缺点有哪些？

2、PE、PP、PS、PVC、PA、POM的中文名称？

【讲授新课】

§2·6常用塑料

（2）

一、热塑性塑料

7、聚碳酸酯（PC）

1958年实现工业化生产。

（1）特性

①ρ=1.2~1.52g/cm3，

②无色或呈淡黄色的透明塑料，透光率接近PMMA，

③无臭，无味，无毒，不易燃烧，离火后自熄。

④长期使用温度为1300C，脆化温度为-1000C；

（2）用途

主要用来制作齿轮、弹簧、螺栓、螺母等。

仪器、仪表外壳。

门窗玻璃、路灯、安全罩等。

8、ABS塑料

丙烯腈A-丁二烯B和苯乙烯S组成的三元共聚物。

（1）特性

（2）用途

主要用作壳体类，电视机、电话机外壳等。

（3）成型特性

9、聚砜（PSU）

1965年实现工业化生产。

10、聚苯醚（ PPO）

1965年实现工业化生产。

11、氟塑料

1940年实现工业化生产。

12、热塑性聚酯（PBT和PET）

13、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）

1933年实现工业化生产。

俗称“有机玻璃”。

（1）特性

①透光率最高，几乎可以透过99%的光线。

②硬度较低，易拉伤，擦毛。

（2）用途

主要用作光学透镜，仪表壳、汽车风挡等。

（3）成型特性

二、热固性塑料

1、酚醛塑料

1909年实现工业化生产。

（1）特性

（2）用途

（3）成型特性

2、氨基塑料

1926年实现工业化生产。

（1）特性

（2）用途

（3）成型特性

3、环氧树脂（EP）

1947年实现工业化生产。

（1）特性

（2）用途

主要用来生产“万能胶”。

（3）成型特性

4、不饱合聚酯（UP）

1942年实现工业化生产。

（1）特性

（2）用途

（3）成型特性

三、塑料改性的发展方向

（一）开发新型塑料

（二）塑料的改性

改性的方法：

1、增强改性

2、填充改性

3、共聚改性

4、共聚改性（高分子合金）

5、低发泡改性

6、电镀改性

【课后小结】

1、常见的热塑性塑料

2、常见的热固性塑料

【练习与作业】

1、简述PC、ABS、PMMA塑料的特性及用途。

2、常用的热固性塑料有哪些？

课题：

§3·1塑料成型原理与成型工艺特性

（1）

【组织教学】

【回顾旧课】

1、常见的热塑性塑料有哪些？

热固性塑料又有哪些？

2、PE、PP、PS、PVC、PA、POM、PMMA、PC、ABS的中文名称？

【讲授新课】

§3·1塑料成型原理与成型工艺特性

（1）

一、注射成型原理和特点

1、注射模塑又称注射成型，通过注射机实现。

2、注射机的基本作用：

（1）加热熔融塑料，使其达到粘流状态；

（2）对粘流的塑料施加高压，使其射入模具型腔。

（一）柱塞式注射机的注射成型

1、模塑周期（讲解）

2、注射成型中存在的问题

（1）塑化不均匀（塑化的定义）

（2）注射压力损失大

（3）注射量的提高受到限制（讲解）

（二）螺杆式注射机的注射成型

首先，动模与定模闭合，液压缸活塞带动螺杆按要求的压力和速度，将已经熔融并积存于料筒端部的塑料经喷嘴射入模具型腔中，此时螺杆不转动，保压一段时间后，活塞的压力消失，螺杆开始转动，进入预塑阶段。

在预塑过程或再稍长一些时间内，已成型的塑件在模具内冷却硬化，完全硬化后，模具打开，在推出机构作用下，塑料制品被顶出模具，完成一个工作循环。

（三）螺杆式注射成型同柱塞式注射成型相比：

1、螺杆式注射模塑可使塑料在料筒内得到良好的混合与塑化，改善了模塑工艺，提高了制品的质量；

2、扩大了注射成型塑料品种的范围和最大注射量，对于热敏性塑料和流动性差的塑料以及大、中型塑料制品，一般可用移动螺杆式注射机注射成型。

（四）注射成型的特点

优点：

1、生产周期短；

2、生产率高；

3、易采用微机控制；

4、易实现自动化生产；

5、制品精度易保证；

6、适用范围广。

缺点：

设备昂贵，模具复杂。

二、注射成型工艺过程

（一）注射成型前的准备工作

1、原料的检验和预处理

2、嵌件预热

3、料筒的清洗

4、脱模剂的选用

（二）注射过程

完整的注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模。

（三）塑料制品的后处理

1、退火处理

2、调湿处理

主要用于聚酰胺类塑料制品。

方法是将刚脱模的制品放入热水中处理，不仅隔绝空气，防止氧化，消除内应力，还可加速达到吸湿平衡，稳定其尺寸。

三、注射成型工艺条件的选择和控制

（一）温度

1、料筒温度

2、喷嘴温度

3、模具温度

（二）压力

1、塑化压力

2、注射压力

（三）时间（成型周期）

充模时间

注射时间保压时间

成型周期闭模冷却时间

其它时间（指开模、脱模、涂拭脱模剂、安放嵌件和闭模等时间）

补充知识：

四、注射成型的发展

（一）热固性塑料的注射模塑

（二）共注射成型

1、双色注射；2、双层注射

（三）无流道凝料注射模塑

（四）流动注射模塑

（五）其余的模塑方法

1、排气式注射成型

2、动力熔融注射成型

3、低发泡塑料注射成型

4、高效的多层注射和气体辅助注射成型等

【课后小结】

1、注射成型原理和特点

2、注射成型工艺过程

3、注射成型工艺条件的选择和控制

【练习与作业】

P891、2、3

课题：

§3·1塑料成型原理与成型工艺特性

（2）

【组织教学】

【回顾旧课】

1、简述注射成型原理和特点？

2、简述注射成型工艺过程？

3、注射成型工艺条件有哪些？

【讲授新课】

§3·1塑料成型原理与成型工艺特性

（2）

一、压缩成型原理及特点

（一）原理

压缩模塑又叫模压成型或压制。

其成型方法是：

先将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的塑料放入成型温度下的模具加料腔中，然后合模加压，使其成型并固化从而获得所需要的塑料制品。

（二）压缩成型的特点

1、固态的塑料直接加入型腔；

2、压力机的压力是通过凸模直接传递给塑料；

3、模具是在最终成型时才完全闭合。

（三）压缩成型的优点：

1、无浇注系统，耗料少；

2、使用的设备为一般的压力机；

3、模具简单，可以压制较大平面的塑料制品或利用多型腔模，一次压制多个制品；

4、有利于模压成型流动性较差的以纤维为填料的塑料。

（四）压缩模塑的缺点：

1、生产周期长、效率低；

2、不易压制形状复杂、壁厚相差较大的塑料制品；

3、对于高度尺寸精度要求高的塑料制品不易获得；

4、