产品造型设计材料与工艺第七讲.pptx
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1、We are polymers!第三章第三章 工程塑料及其加工技术塑料工程塑料及其加工技术塑料 轻巧、艳丽、优雅轻巧、艳丽、优雅 本章主要内容n第一节第一节 常用工程塑料及其性质常用工程塑料及其性质n第二节第二节 工程塑料的成型技术与工艺工程塑料的成型技术与工艺n第三节第三节 表面处理与装饰技术表面处理与装饰技术n n第一节第一节 常用工程塑料及其性质常用工程塑料及其性质高分子材料高分子材料n塑料属高分子材料塑料属高分子材料,高分子材料高分子材料又称高分子又称高分子化合物或高分子聚合物(高聚物),是以高化合物或高分子聚合物(高聚物),是以高分子化合物为主要成份的有机材料。分子化合物为主要成份的
2、有机材料。n高分子材料高分子材料分两类:分两类:n n天然高分子材料天然高分子材料天然高分子材料天然高分子材料n蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡胶橡胶、淀粉、蛋、淀粉、蛋白质等白质等n n人工合成高分子材料人工合成高分子材料人工合成高分子材料人工合成高分子材料n塑料塑料、合成橡胶、合成纤维、胶粘剂、涂料等、合成橡胶、合成纤维、胶粘剂、涂料等n工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。n高分子化合物高分子化合物是指相对分子质量很是指相对分子质量很大的化合物(大的化合物(5000以上乃至几百万)以上乃至几百万)n低分子化合物低分子
3、化合物相对分子质量在相对分子质量在500以下。以下。n 在这个数量之间的根据其性能来确定。在这个数量之间的根据其性能来确定。高分子材料高分子材料n一般性能:一般性能:n高分子化合物一般有较好的弹性、塑性和强度,高分子化合物一般有较好的弹性、塑性和强度,低分子化合物这些性能较低。低分子化合物这些性能较低。所以,高分子化合物是相对分子量大到使其机械性能具有工程意义的化合物。高分子材料高分子材料n几个概念:几个概念:n单体单体n高分子化合物高分子化合物由由低分子化合物体低分子化合物体通过聚核反通过聚核反应获得,组成高分子化合物的低分子化合物应获得,组成高分子化合物的低分子化合物称作单体。称作单体。n
4、链节链节n大分子链由许多结构相同的基本单元重复连大分子链由许多结构相同的基本单元重复连接构成,组成大分子链的这种结构单元称作接构成,组成大分子链的这种结构单元称作链节。链节。高分子材料高分子材料高分子材料高分子材料高分子材料高分子材料n一种或几种单体相互加成而链结成聚合物的反应。(应用80%以上)n例:例:聚乙烯的反应方程式聚合反应:加(成)聚合反应聚合反应:加(成)聚合反应n一种或几种单体相互混合而连结成聚合物,同时析出(缩去)某种低分子物质(如:水、氨、醇、卤化氢等)的反应。反应生成物成份与单体不同,反应较复杂。少用。缩(合)聚(合)反应缩(合)聚(合)反应n n化学组成化学组成n组成大分
5、子链的化学元素主要是碳、氢、氧,组成大分子链的化学元素主要是碳、氢、氧,另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等元素,另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等元素,其中碳是形成大分子链的主要元素。其中碳是形成大分子链的主要元素。n大分子链的原子以共价键结合,其组成元素大分子链的原子以共价键结合,其组成元素不同,原子间共价键力就不同,高分子材料不同,原子间共价键力就不同,高分子材料的性能亦不同。的性能亦不同。大分子链的化学组成、形态和聚合态大分子链的化学组成、形态和聚合态n形态:形态:n分子链的形态对聚合物性能有显著影响。分子链的形态对聚合物性能有显著影响。n大分子链可呈现不同的几何形状,主要有线大分子链可呈现
6、不同的几何形状,主要有线型、支化型、和体型(或网型)三类。型、支化型、和体型(或网型)三类。大分子链的化学组成、形态和聚集态大分子链的化学组成、形态和聚集态n高分子材料的聚合态:高分子材料的聚合态:n晶态晶态n部分结晶态部分结晶态n非晶态(玻璃态)非晶态(玻璃态)大分子链的化学组成、形态和聚合态大分子链的化学组成、形态和聚合态高分子材料的性能高分子材料的性能n机械性能:高聚物的物理、力学状态机械性能:高聚物的物理、力学状态n线性非晶态高聚物的三种力学状态:线性非晶态高聚物的三种力学状态:n 线性非晶态高聚物在不同温度下表现出三种物理状态,即玻璃态、高弹态和粘流态。n n塑料概念塑料概念塑料概念
7、塑料概念n n以天然树脂或以天然树脂或以天然树脂或以天然树脂或合成树脂(也称合成高分子化合物合成树脂(也称合成高分子化合物合成树脂(也称合成高分子化合物合成树脂(也称合成高分子化合物,因外,因外,因外,因外观似天然树脂如琥珀、松香、虫胶等而得名)为原料,观似天然树脂如琥珀、松香、虫胶等而得名)为原料,观似天然树脂如琥珀、松香、虫胶等而得名)为原料,观似天然树脂如琥珀、松香、虫胶等而得名)为原料,在一定温度和压力条件下,可以用模具使其成型为具有在一定温度和压力条件下,可以用模具使其成型为具有在一定温度和压力条件下,可以用模具使其成型为具有在一定温度和压力条件下,可以用模具使其成型为具有一定形状和
8、尺寸的塑料制件,当外力解除后,在常温下一定形状和尺寸的塑料制件,当外力解除后,在常温下一定形状和尺寸的塑料制件,当外力解除后,在常温下一定形状和尺寸的塑料制件,当外力解除后,在常温下其形状保持不变。其形状保持不变。其形状保持不变。其形状保持不变。多数以合成树脂为基本成分多数以合成树脂为基本成分多数以合成树脂为基本成分多数以合成树脂为基本成分,一般含,一般含,一般含,一般含有添加剂如:填料、稳定剂,增塑剂、色料或润化剂等。有添加剂如:填料、稳定剂,增塑剂、色料或润化剂等。有添加剂如:填料、稳定剂,增塑剂、色料或润化剂等。有添加剂如:填料、稳定剂,增塑剂、色料或润化剂等。塑料的特点塑料的特点塑料的
9、特点塑料的特点 比重小,比强度大;比重小,比强度大;比重小,比强度大;比重小,比强度大;耐腐蚀,耐磨,绝缘,减磨,消声,减震;耐腐蚀,耐磨,绝缘,减磨,消声,减震;耐腐蚀,耐磨,绝缘,减磨,消声,减震;耐腐蚀,耐磨,绝缘,减磨,消声,减震;易成型,易复合等优良的综合性能。易成型,易复合等优良的综合性能。易成型,易复合等优良的综合性能。易成型,易复合等优良的综合性能。易老化易老化易老化易老化耐热性差耐热性差耐热性差耐热性差刚性差刚性差刚性差刚性差尺寸稳定性差尺寸稳定性差尺寸稳定性差尺寸稳定性差塑料生产塑料生产(树脂或半制品生产)(树脂或半制品生产)塑料制品的生产塑料制品的生产(塑料成型工业(塑料
10、成型工业 or 加工工业)加工工业)塑料工业塑料工业塑料制品的简单生产流程塑料制品的简单生产流程塑料制品生产系统组成塑料制品生产系统组成成型、机械加工、修饰三个过程组成。成型、机械加工、修饰三个过程组成。成型、机械加工、修饰三个过程组成。成型、机械加工、修饰三个过程组成。原料原料原料原料树脂树脂树脂树脂塑料生产塑料生产塑料生产塑料生产塑料制品塑料制品塑料制品塑料制品塑料塑料塑料塑料塑料制品生产塑料制品生产塑料制品生产塑料制品生产n1 合成树脂(高聚物)合成树脂(高聚物)n是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物高分子化合物,如酚醛树脂、聚乙烯等
11、,是塑料的主要组成,也起粘接剂作用。合成树脂在塑料中的含量约占40%100%,对塑料的性能起决定性作用。塑料的组成塑料的组成n2添加剂添加剂 为改善性能而加入的其他组分,主要有以下几种:n n(1)(1)填料或增强材料填料或增强材料n填料在塑料中主要起增强作用。有时也可改善或提高塑料的某些特殊性能,以扩大其应用范围。填料的用量可达20%50%,是塑料改性最重要的组成。n例如:n加入石墨、石棉纤维或玻璃纤维等,可以改善塑料的机械性能;n加人石棉粉可提高塑料的耐热性;n加入云母粉可提高塑料的电绝缘性;n加入二硫化钼等可提高塑料的自润滑性;n加入铝粉可提高塑料对光的反射能力等。塑料的组成塑料的组成n
12、2添加剂添加剂n n(2)(2)固化剂固化剂n它的作用在于通过交联使树脂具有体型网状它的作用在于通过交联使树脂具有体型网状结构结构,成为较坚硬和稳定的塑料制品。成为较坚硬和稳定的塑料制品。n例如:例如:n在酚醛树脂中加入六亚甲基四胺;在酚醛树脂中加入六亚甲基四胺;n在环氧树脂中加入乙二氨、顺丁烯二酸酐等。在环氧树脂中加入乙二氨、顺丁烯二酸酐等。塑料的组成塑料的组成n2添加剂添加剂n(3)增塑剂增塑剂n用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。常用的为用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。常用的为液态或低熔点的固体有机化合物。液态或低熔点的固体有机化合物。n例如:聚氯乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯例如:聚氯
13、乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯,可变为橡胶一样的软塑料。可变为橡胶一样的软塑料。塑料的组成塑料的组成n2添加剂添加剂n(4)稳定剂稳定剂n为了防止受热、光等的作用使塑料过早老化为了防止受热、光等的作用使塑料过早老化,加加入少量能起稳定化作用的物质。入少量能起稳定化作用的物质。n例如:例如:n能抗氧的物质有酚类和胺类等有机物能抗氧的物质有酚类和胺类等有机物;n炭黑则可作紫外线吸收剂。炭黑则可作紫外线吸收剂。n其他一些添加剂其他一些添加剂,如如润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂和发泡剂等电剂和发泡剂等。塑料的组成塑料的组成塑料的特性塑料的特性n n塑料能自由成型并易加工塑
14、料能自由成型并易加工。虽然塑料制品的性能,根据其种类、成型条件及使用环境等变化较大,但与其它材料相比较,塑料具有良好的综合特性。1 多数塑料制品有透明性,并富有光泽,能着鲜艳色彩。2 质轻,耐振动与冲击,比强度高(按单位质量计算的强度)n塑料比金属轻,一般塑料比重在0.92.3之间(各种泡沫塑料的比重在0.010.5之间);n强度较高,有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材。例如合金钢材,其单位质量的拉伸强度为160兆帕,而用玻璃纤维增强的塑料可达到170 400兆帕。n大多数塑料具有优良的减摩、耐磨和自润滑特性。如工程塑料制造的耐摩擦零件;在耐磨塑料中加入某些固体润滑剂和填料时,可降低其摩擦系
15、数或进一步提高其耐磨性能。n减震消音,具有柔韧性和弹性塑料的特性塑料的特性n3 塑料电绝缘性、热物理性能好。n几乎所有塑料都具有优异的电绝缘性能,如极小的介电损耗和优良的耐电弧特性,可与陶瓷媲美n导热率极小,只有金属的1/6001/200,泡沫塑料的导热率与静态空气相当,因此被广泛用作绝热保温材料或建筑节能、冷藏等绝热装置材料。塑料的特性塑料的特性n4 优良的化学稳定性能n一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐腐蚀能力n特别的如,聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能比黄金还要好,甚至能耐王水等强腐蚀性电解质的腐蚀,被称为塑料王。塑料的特性塑料的特性n5 塑料成型容易成型容易、加工方便,能大批量生产n容易进
16、行切削、焊接、表面处理等二次加工,精加工成本低,用塑料制品代替金属制品,可以节约大量金属材料。塑料的特性塑料的特性n塑料与金属及其它工业材料相比较有如塑料与金属及其它工业材料相比较有如下缺点:下缺点:n1 塑料不耐高温,低温容易发脆n多数塑料虽不易燃烧,但在300以上发生变形,燃烧时放出有毒气体。由于耐热性较差,使塑料的用途受到限制塑料的缺点塑料的缺点n2 塑料制品易变形n温度变化时尺寸稳定性较差,成型收缩较大,即使在常温负荷下也容易变形。n3 塑料有“老化”现象n塑料在长时间使用或贮藏过程中,质量会逐渐下降。这是由于受周围环境如氧气、光、热、辐射、它是塑料制品性能的一个严重缺陷。塑料的缺点塑
17、料的缺点塑料的分类塑料的分类n塑料的分类体系比较复杂,各种分类方法也有所交叉,按常规分类主要有以下三种:n一是按使用特性分类按使用特性分类;n二是按理化特性分类按理化特性分类;n三是按加工方法分类按加工方法分类。n通常分通用塑料、工程塑料和特种塑料三种。n1)通用塑料 一般是指原料来源丰富、产量大、应用面广原料来源丰富、产量大、应用面广原料来源丰富、产量大、应用面广原料来源丰富、产量大、应用面广、成型性好成型性好成型性好成型性好、价格便宜价格便宜价格便宜价格便宜的塑料如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等塑料的分类塑料的分类1、按使用特性分类n2)工程塑料 一般指能承受一定外力作用,具有良好的机械性能和耐高
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