第2章 塑料及其成型工艺

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1、第2章塑料与塑料成型工艺知识目标l掌握塑料的组成、分类及其热力学性能。l掌握常用塑料的名称、牌号、性能及其典型用途。l掌握常用塑料的成型方法，熟悉各种成型方法的优缺点和使用范围。l掌握常见塑料模具的种类及名称。l掌握塑料制品设计的原则与要点。技能目标l具备为塑料制品选择合理牌号塑料的能力。l具备为常见塑料制品选择合理成型方法的能力。l针对注射成型工艺，具备为其选择合理工艺参数的能力。l针对已有的塑料件，具备分析其结构合理与否的能力l具备设计中等复杂程度塑料制品的能力。主要理论及工程应用导航：手机底

2、盖与自来水管的比较图2-1的塑料制品，分别是某款式手机底盖和某规格自来水水管，它们功能和用途各不相同，您知道这两类塑料产品是用什么牌号的塑料生产出来的吗？它们的成型方法是相同的吗？答案是，这两种塑料产品所使用的塑料是不相同的，手机底盖使用的是一种称为ABS的塑料，而自来水管使用的是一种称为PVC的塑料。它们的成型方法也相差很大，前者采用的是一种称为注射成型的方法，后者采用的是一种称为挤出成型的方法。事实上，除了上述两种塑料外，在工业上，还有很多种性能千差万别的其它牌号的塑料；成型方法也不仅仅局限于

3、注射成型和挤出成型。下面，就让我们从开始从塑料及其成型的相关知识讲起吧。(a)手机底盖(b)自来水水管图2-1塑料制品242.1塑料的基础知识2.1.1塑料的由来塑料的历史可以追溯到1832年，当时法国的科学家发现，把硝酸均匀而集中地倒在棉花或木质纤维上，就会得到一层很硬的防水薄膜，这层薄膜有着与传统材料，如木材、石材金属等不一样的性能，但限于当时的科技手段，人们无法进一步研究其机理，也没有将其作进一步的利用。历史上第一种完全由人工合成的塑料是酚醛塑料，它的发明与19世纪后期一种天然的绝缘材料——

4、虫胶有关。当时刚刚萌芽的电力工业蕴藏着绝缘材料的巨大市场，但产自于东南亚的虫胶由于供不应求而价格飞涨，当时化学家已经开始认识到很多可用作涂料、黏合剂和织物的天然树脂和纤维都是聚合物，即结构重复的大分子，从而开始有意识地寻找能合成聚合物的成分和方法。如果谁能发明一种能代替虫胶的廉价商品，那无疑将获得巨大成功。美国科学家列奥•贝克兰（LeoBaekeland,原籍比利时）经过多年的努力终于成为这个幸运者。贝克兰于1889年开始到美国从事化学研究，从1904年开始，贝克兰开始研究苯酚和甲醛的反应。尽管早

5、在1872年，德国化学家拜尔就发现了这个反应能产生一些粘糊糊的东西，但拜尔的兴趣在合成染料上，对这种东西不感兴趣。后来的科学家也对这个反应进行过研究，但因为无法精确控制化学反应没找到它的利用价值。而贝克兰解决了这个问题。他发明了一种实验装置，可以精确调节加热温度和压力，能有效控制化学反应。贝克兰用这种装置成功得到了酚醛树脂，将其模压后得到半透明的硬塑料，这种塑料不易燃烧，成型后不再熔化，也不能溶解到溶剂甚至是酸液中去，是良好的绝缘材料。他用自己的名字给这种新材料命名为贝克利特（Bakelite，即

6、现在的酚醛塑料），并于1907年７月14日申请了专利。从这一天起，世界上第一种人工合成的塑料——酚醛塑料诞生了。酚醛塑料是人类所制造的第一种全合成材料，它的诞生标志着人类社会正式进入了塑料时代。它的发明被认为是20世纪的炼金术，贝克兰也因此于1924年被选为美国化学学会会长，并被1940年５月20日出版的《时代》周刊称为“塑料之父”。到了20世纪30年代，美国科学家又发明了一种被称为尼龙的塑料，这种塑料被称为是“由煤炭、空气和水合成，比蜘蛛丝细，比钢铁坚硬，优于丝绸的纤维”。尼龙的发明，是塑料发展

7、历史上的里程碑事件，它的出现，为此后各种塑料的发明和生产奠定了基础。紧接着，由于第二次世界大战中石油化学工业的发展，塑料的原料以石油取代了煤炭，塑料制造业也得到飞速的发展。直至今天，塑料工业已经成为现代工业的重要组成部分。2.1.2塑料的组成事实上，通常的塑料并不是一种纯物质，它是由许多材料配制而成的。其中的合成树脂是塑料的主要成分；此外，为了改进塑料的性能，还要在合成树脂中添加各种的辅助材料，如填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂等，才能满足塑料的使用或生产要求。1.合成树脂合成树脂是由一种或几

8、种简单化合物通过聚合反应而生成的一种高分子化合物，也叫聚合物，合成树脂是塑料的主要成分，它决定了塑料的类型和基本性能（如热性能、物理性能、化学性能、力学性能等），它联系或胶黏着其它成分，并使塑料具有可塑性和流动性，从而具有成型性能。2.填充剂24填充剂又称填料，是塑料中的重要的但并非每种塑料必不可少的成分。填充剂与塑料中的其它成分机械混合，它们之间不起化学作用，但与树脂牢固地胶黏在一起。填充剂在塑料中的作用有两个：一是减少树脂用量，降低塑料成本；二是改善塑料某些性能，扩大塑料的应用