高分子材料及其成型技术注塑指导

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1、第三章高分子材料及其成型技术高分子材料(Polymermaterials)是以高分子化合物为主要组分的材料。所谓高分子化合物主要是指分子质量特别大的有机化合物。一般把相对分子质量小于500的化合物称为低分子化合物，简称化合物，如水、甲烷、石英(SiO2)等;相对分子质量大于500的化合物称为高分子化合物。如聚乙烯、有机玻璃、淀粉等。高分子化合物的相对分子质量虽然良大，但其化学组成一般都非常简单，通常由C、H、O、S、N等元素组成，其中主要是碳氢化合物及其衍生物。高分子材料与工业产品设计有密切关系，材料选用得当，可以获得高性价比的产品。虽然与金属、玻璃、

2、陶瓷等材料相比，高分子材料是一类相对新兴的材料，但由于其自身特殊的性能以及加工、成本等方面的优势，使得高分子材料在现代产品中应用的比例越来越高。以塑料为例。因其具有易加工、质轻、比强度高、耐冲击性好、绝缘性好、可任意着色且着色坚固等特点，广泛应用于家电、汽车、电子电器制造。例如，一台冰箱有13个零部件如门胆、内胆、蔬菜箱、冷冻室门、门把手、鸡蛋存放架、继电器罩壳、冷藏槽、冰块盘等)使用ABS、HIPS、PPO、POM等多种塑料。又如，为迎合电风扇造型美观和轻量化的发展趋势，电风扇中塑料零部件的使用越来越多，一台电风扇中约有70%的零部件为塑料零部件。第一节

3、高分子材料概述高分子材料可分为天然高分子材料、合成高分子材料及高分子复合材料。早在远古时期，人类就已经学会使用天然高分子材料，如木材、纤维素、棉花、蚕丝、皮毛等。合成高分子材料通常指塑料、橡胶、化学纤维、涂料、胶黏剂等。如今，高分子材料已成为人们生活和生产不可缺少的一部分，广泛应用于汽车、机械、电子电器、家用电器、医疗卫生、化工、能源、航空航天以及国防等各个领域。合成高分子材料的世界年产量已达到亿吨量级，若按体积计算，合成高分子材料的产量早在1985年就已超过当年世界钢铁、铝、铜、锌的总产量。可见高分子材料在国民经济建设和工农业生产中处于举足轻重的地位，几

4、乎所有工业均离不开高分子材料。由于高分子材料的品种繁多，在性能上各有千秋，因而通过适当选择可以满足各种不同设计的要求。如:若所设计的零部件是用于化工设备，则可选用聚四氟乙烯、氯化聚醚等耐腐蚀性极好的材料;若是制作轴承、齿轮等较精密的机械零部件，可选择POM、PI等具有优良机械强度、刚性、自润滑性和耐磨性的工程塑料;而对于要求足够强度、刚性、耐冲击性、耐震性及良好外观的汽车保险杠则应选用PP/EPDM、PC/PBT等具有高刚性、高耐冲击性、可焊接性、良好表面光泽性的材料。在工业产品设计中，合理使用高分子材料可获得事半功倍的效果。一、高分子材料的力学性能特点与

5、金属材料相比，高分子材料的力学性能具有以下特点:1.低强度和较高的比强度高分子材料的抗拉强度平均为100MPa左右，比金属低得多，即使是玻璃纤维增强的尼龙，其抗拉强度也只有200MPa，相当于普通灰铸铁的强度。但是高分子材料的密度小，只有钢的1/4～1/6，所以其比强度并不比某些金属低。2.高弹性和低弹性模量高弹性和低弹性模量是高分子材料所特有的性能。橡胶是典型的高弹性材料，其弹性变形率为100%～1000%，弹性模量仅为1MPa左右。为防止橡胶产生塑性变形，采用硫化处理，使分子链交联成网状结构。随着硫化程度增加，橡胶的弹性降低，弹性模量增大。轻度交联的

6、高聚物在飞以上温度有典型的高弹性，即弹性变形大，弹性模量小，而且弹性随温度升高而增大。而塑料因使用状态为玻璃态，故无高弹性，但其弹性模量也远比金属低。约为金属弹性模量的1/100。3.黏弹性高聚物在外力作用下，同时发生高弹性变形和黏性流动，其变形与时间有关，此种现象称黏弹性，高聚物的黏弹性表现为蠕变、应力松弛和内耗三种现象。蠕变是在恒定载荷下，应变随时间延长而增加的现象，它反映材料在一定外力作用下的形状稳定性。有些高分子材料在室温下的蠕变很明显，如架空的聚氯乙烯电线套管拉长变弯就是蠕变。对尺寸精度要求高的高聚物零件，为避免因蠕变而早期失效，应选用蠕变抗力

7、高的材料，如聚碸、聚碳酸酯等。应力松弛与蠕变的本质相同，它是在应变恒定的条件下，舒展的分子链通过热运动发生构象改变，回缩到稳定的卷曲态，而使应力随时间延长逐渐衰减的现象。例如连接管道的法兰盘中间的硬橡胶密封垫片，经一定时间后由于应力松弛而失去密封性。内耗是在交变应力作用下，处于高弹态的高分子，当其变形速度跟不上应力变化速度时，就会出现应变滞后应力的现象。这样就便有些能量消耗于材料中分子内摩擦并转化为热能放出，这种由于力学滞后使机械能转化为热能的现象称为内耗。内耗对橡胶制品不利，加速其老化。例如高速行驶的汽车轮胎，由内耗产生的热量有时可使轮胎温度升高至80

8、℃~100℃，加速轮胎老化，故应设法减少。但内耗对减震有利，可利用