热塑料的性能

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3.4 1塑料的主要性能

关于工程塑料的性能内容很多，见图3-4,同注射成型和模具无关的其他特性，一般了 解就可以，这里不作描述。我们必须关注和了解同注塑模具设计、制造及成型工艺有关的物 理特性（在图3-4中物理性能中的左上角打有*记号的性能）。

3.4.2塑料的物理性能

(1)塑料的收缩性

热塑性塑料的特性是在加热后熔融膨胀，冷却后收缩，加压以后体积缩小。在注塑成型 过程中，首先将塑料熔体注射人模具型腔内，充填结束后熔体冷却固化，从模具中取出塑件 时即出现收缩，此收缩称为成型收缩。

成型收缩的形式有以下四种。

① 线性尺寸收缩。

② 方向性收缩。

① 后收缩：使用时再收缩，一般30〜60d尺寸才能稳定。

② 后处理收缩，需热处理时效工艺。

塑件从模具取出到稳定这一段时间内，尺寸仍会出现微小的变化。一种变化是继续收 缩，此收缩称为后收缩；另一种变化是某些吸湿性塑料因吸湿而出现膨胀。例如PA610吸 水量在1.5%〜2.0%时，尺寸增加0. 1%〜0.2%;玻璃纤维增强PA66的含水量为40%时， 尺寸增加0.3%，其中起主要作用的是成型收缩。

塑件从注塑模具中取出，冷却到室温后，塑件的各部分尺寸都比原来在塑料模中的尺寸 有所缩小，这种性能称为塑料的收缩性，其收缩量视树脂的种类、成型条件、模具设计变量 等不同而有所差异。常用塑料的计算收缩率及其他性能见附表2。

(2) 黏度与流动性

① 黏度是指塑料熔体内部抵抗流动的阻力。

② 在一定温度、压力下，塑料能够充分充满模具型腔各部分的性能，称作流动性，各 种塑料的流动性能见图3-5。流动性太差，注射成型时需较大的注射压力或者较高的料筒温 S;流动性太好，容易发生流延及造成制件吃边。通常可以用熔体流动速率（MFR)来直 观地表示塑料的流动性，熔体流动速率大，流动性好；熔体流动速率小，流动性差。若要精 确地表达塑料熔体的流动性，还可以用螺旋流动长度来表示：螺旋流动长度越长，表示塑料 溶体在型腔中的流动性越好；反之，越差。

③ 按模具设计要求大致可将常用塑料的流动性分为三等，如图3-5所示。

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④ 影响熔料流动性的因素同塑料的性能有关料温高、流动性增强，较敏感的塑料有 PP、PA、PMMA、PC、HIPS、CA。

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压力增大、流动性增强，较敏感的塑料有PE、POM。玻璃纤维含量高的增强塑料流动 性差。

浇注系统、冷却系统、排气系统、成型面表面粗糙度、注射速度等因素对塑料种类的性 能均有影响。

(3) 吸水性

塑料根据吸水性的不同大致可分为两类：一类是具有吸水或黏附水分倾向的塑料，如聚 甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜、ABS等；一类是既不吸水也不易黏附水分的 塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。

凡是具有吸水或黏附水分倾向的塑料，尤其像聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯 等，如果在成型之前水分没有去除，那么在成型时，由于水分在成型设备的高温料筒中变为 气体并促使塑料发生水解，导致塑料起泡和流动性下降，这样，不仅给成型增加难度，而且 使塑料件的表面质量和力学性能下降。为保证成型的顺利进行和塑料制品的质量，对吸水性 和黏附水分倾向大的塑料，在成型之前应进行干燥处理，以去除水分。水分一般控制在允许 范围内。有些塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，在高温、高压下也容易发生分解，这 种性能称为水敏性。因此，必须严格控制塑料的含水量。常用塑料的吸水率及其干燥条件见

(4) 熔化温度（熔点Tm)

熔化温度是指结晶型聚合物从高分子链结构的三维有序态转变为无序的流态时的温度。 例如PP的熔融从153°C左右开始，到1651左右达到熔融的峰值，我们把165°C称为PP的 熔点，到170°C左右熔融完全结束。

改变制品形状的加工处理等可以在玻璃化转变温度以上进行。此外，希望提髙制品的结 晶度时，也可以在玻璃化转变温度以上进行处理。热塑性塑料开始转变为橡皮状弹性体的温 度称为玻璃化转变温度。常用塑料的成型温度范围见表

        

       (5) 热敏性

热敏性是指某些塑料对热较为敏感的特性。某些稳定性差的塑料在料温高和受热时间较 长情况下会产生分解，或进料口截面过小、剪切作用大时，料温升高易产生变色、降解的倾 向，具有这种特性的塑料称为热敏性塑料，如PVC (聚氯乙烯）、POM (聚甲醛）等塑料。 热敏性塑料在分解时产生的气体对人体、设备、模具都有刺激、腐蚀作用或有毒性。

(6) 流长比和型腔压力

熔体流动长度与制品壁厚的比值叫流长比。流长比和型腔压力，这两个参数都很重要， 前者可以用来考虑制品最多能做多宽多薄，后者为锁模力计算提供了参考。详见第8章 “8.6.2浇口的位置选择原则”内容。

(7) PVT特性

塑料会随着压力和温度的变化而发生体积上的变化（收缩和膨胀）：在充填和保压过程 中，塑料会随着压力的增加而膨胀；在冷却过程中，塑料会随着温度的降低而收缩。

(8) 填充属性

工程塑料的填充改性对改善成型加工性，提高制品的力学性能以及降低成本有着显著的 效果。为了改善塑料的性能或者降低成本，釆用一些无机矿粉作为填充剂。填充剂一般都是 粉末状的物质，而且对聚合物都呈惰性。常用的填充剂有如下几类：碳酸钙、黏土 [硅酸盐 类黏土、高岭土（陶土、瓷土），硅灰石的来源有天然物质精制、锻烧、粉碎等]、滑石粉、 石棉、云母、炭黑、二氧化硅、硫酸钙（石膏）、亚硫酸钙、金属粉或纤维、二硫化钼、石 墨、聚四氟乙烯粉或纤维等。

(9) 结晶性

根据塑料内部分子排列是否有序可将热塑性塑料分为（半）结晶型塑料与非结晶型（也 称无定形）塑料两大类。（半）结晶型塑料内部大部分分子排列规则，而非结晶型塑料内部 分子排列无规则。常见（半）结晶型塑料和非结晶型塑料见表

厚壁塑件的透明性可作为判别这两类塑料的外观标准。一般（半）结晶型塑料为不透明 或半透明（如聚甲醛等），非结晶型塑料为透明（如有机玻璃等）。但也有例外情况，如 聚-4-甲基戊烯为（半）结晶型塑料却有髙透明性，ABS为非结晶型塑料却不透明。结晶型 聚合物与非结晶型聚合物的典型特点见表

     

     结晶型塑料对模具设计及注塑机选择有下列要求：

① 结晶型塑料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

② 结晶型塑料冷凝时放出热量多，要充分冷却。        ’        °

③ 结晶型塑料熔融态与固态的密度差大，成型收缩率大，易产生缩孔、气孔

④ 结晶型塑料冷却快，结晶度低，收缩率小，透明度高；结晶度与塑件壁厚有关，壁
- q, U8 D  f1 c: n5 l+ f厚冷却慢，结晶度高，收缩率大，物理性能好，所以结晶型塑料必须按要求控制模具温度二

⑤ 结晶型塑料各向异性显著，内应力大。脱模后未结晶的分子有继续结晶的倾向，^
于能量不平衡状态，易发生变形、翘曲。

⑥ 结晶型塑料熔融温度范围窄，未熔粉料易注入模具或堵塞进料口。

(10) 塑料与温度有关的热性能

① 玻璃化转变温度指高聚物由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度，是聚
' S8 G2 \" ?- B3 ]1 L6 M" o合物大分子链锻自由运动的最低温度，通常用：Tg表示。没有很固定的数值，往往随着测定
的方法和条件而改变。高聚物的一种重要的工艺指标。如聚氯乙烯的玻璃化温度是80°C,
但是，它不是制品工作温度的上限。比如，橡胶的工作温度必须在玻璃化温度以上，否则就
失去高弹性。

② 耐热性指随着温度的升高，塑料变软、变形的性能。分子内运动单元（链段）无

规热运动超过了分子间内聚作用。分子间作用力越强、分子间距离越小，分子链刚性越大，
所需平衡的无规热运动程度（温度）就越高，耐热性就越好。        ,

③ 耐寒性塑料麵雜腦化温度表示，所有塑料都会随着温度降低变得#

④ 熔体流动速率是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值。让塑
8 H- {  i1 {) q  e0 g会（ASTM)根据美国杜邦公司惯用的鉴定塑料特性的方法制定而成鬥其^ ^化成塑料流
料粒在一定时间（lOmin)内、一定温度及压力（各种材料标准不5 ^苄浐塑胶材料的加
体，然后通过一直径为2. 1mm圆管所流出的克（g)数。其值越大’

工流动性越佳，反之则越差。        时，便会使分子链的

⑤ 分解温度分解温度指处于黏流态的聚合物当温度进j明显’降解时的温度为分
/ p- J$ i. z% w5 n: N8 k链结构被破坏，由此导致塑料的整体性能下降，升至使聚合物分千

解温度，通常用:Td表示。

⑥ 阻燃性材料所具有的减慢、终止或防止有焰燃烧的特性。

(11)应力敏感性力

应力敏感性是指成型时易产生内应力并质脆易裂，塑件在 发生开裂现象的特性。

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(12) 熔体破裂

聚合物熔体在失稳状态下通过模内的流道后，将会变得粗细不均，没有光泽，表面呈现 粗糙的鲨鱼皮状。在这种情况下，如果继续增大切应力或剪切速率，熔体将呈现波浪形、竹 节形或周期螺旋形，更严重时将互相断裂成不规则的碎片或小圆柱块，这种现象称为熔体破 裂。克服办法：①调整熔体在注塑机机筒内的线速度；②提高温度，使引起熔体流动失稳时 的极限应力和极限剪切速率提高；③在大截面向小截面流道的过渡处，减小流道的收敛角， 使过渡的表壁呈现流线状，可提高失稳流动时的极限剪切速率。

(13) 合金化

把两种以上的聚合物混合在一起各取其所长，互相弥补其所短的方法叫做合金化。为了 达到预期的目的，必须使体系像两种以上的金属经熔融混合得到的金属合金那样具有较稳定 的微分散结构。如果两种聚合物具有相容性，则可以达到分子水平的混合，这种混合物在成 型时其性能相当于一种聚合物，其成型品中各部分的微观结构也是完全均一的。如聚苯醚 (PPO)和聚苯乙烯（PS)、AS和PMMA有较好的相容性，经混合后制成的AT30具有较 好的表面硬度、透明性和耐冲击性。

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