第三節 熱塑性塑料

常用的熱塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈（ABS塑料）、改性聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃）、聚酰胺（尼龍）、聚甲醛、聚砜、聚苯醚、聚四氟乙烯等。

一、工藝特性

1.收縮性

熱塑性塑料成型收縮的形式與熱固性塑料類似。影響熱塑性塑料成型收縮的主要因素有以下幾個方面。

（1）塑料品種

熱塑性塑料在成型過程中由于存在結晶化引起的體積變化、內應力強、塑料制品內的殘余應力大、分子取向性強等因素，因此與熱固性塑料相比收縮率較大，方向性明顯。另外，熱塑性塑料脫模后收縮和后處理收縮也比熱固性塑料大。

（2）塑料制品特性

塑料制品成型時，熔料與型腔表面接觸外層立即冷卻，形成低密度的固態外殼。由于塑料導熱性差，使塑料制品內層緩慢冷卻而形成收縮大的高密度固態層。因此塑料制品壁越厚則收縮越大。

（3）澆口形式和尺寸

這些因素直接影響料流方向、密度方向、保壓補縮作用及成型時間。采用直接澆口，澆口截面大時則收縮小，但方向性明顯。

（4）成型條件

模具溫度、注射壓力、保壓時間等成型條件對塑料制品收縮均有直接影響。模具溫度高，熔料冷卻慢，密度高，收縮大，尤其是結晶料，因其體積變化大，故收縮更大。模溫分布是否均勻也直接影響塑料制品各部分收縮量的大小及方向性。注射壓力高，熔料黏度差小，層間剪切應力小，脫模后彈性回跳大，收縮減小。保壓時間對收縮也有影響，保壓時間長則收縮小，但方向性明顯。

在模具設計時，應根據各種塑料的收縮范圍、塑料制品壁厚、形狀、進料口形式尺寸，按經驗確定塑料制品各部位的收縮率，再計算模具型腔尺寸。對高精度塑料制品，在模具設計時應留有修模余地，通過試模后逐步修正模具，以達到塑料制品尺寸、精度要求，以及改善成型條件。

2.流動性

（1）流動性

塑料流動性的大小，可從塑料的相對分子質量、熔融指數、阿基米德螺旋線長度、表觀黏度及流動比（流程長度/塑料制品壁厚）等方面進行分析。塑料相對分子質量小，熔融指數高，螺旋線長度長，表觀黏度小，流動比大，則流動性好。按模具設計要求，可將常用塑料的流動性分為三類。

①流動性好

此類塑料常見的有尼龍、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纖維素、聚4-甲基戌烯等。

②流動性中等

此類塑料常見的有改性聚苯乙烯（如ABS，AS）、有機玻璃、聚甲醛、氯化聚醚等。

③流動性差

此類塑料常見的有聚碳酸酯、聚硬氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。

（2）影響流動性的主要因素

①溫度

料溫高則塑料流動性增大，料溫對流動性的影響視不同塑料而異，有的影響大，有的影響小。所以在成型時可通過調節溫度來控制流動性。

②壓力

注射壓力增大則熔融塑料受剪切作用大，其流動性也隨之增大。特別是聚乙烯、聚甲醛對壓力的反應十分敏感。所以成型時可以通過調節注射壓力控制流動性。

③模具結構

模具澆注系統的形狀、尺寸和布置，冷卻系統設計的合理性，熔料流動阻力（如型腔面粗糙度、流道截面厚度、型腔形狀和排氣系統設計）等因素都直接影響熔料在型腔內的設計流動性。凡促使熔料降低溫度和增加流動阻力的因素，都會使流動性降低。在模具設計時應根據所用塑料的流動性，選用合理的模具結構。

3.結晶性

熱塑性塑料按其冷凝時有無出現結晶現象可劃分為結晶性塑料和非結晶形（又稱無定形）塑料兩大類。

塑料的結晶現象是指塑料由熔融狀態到冷凝的過程中，分子由無次序的自由運動狀態而逐漸排列成為正規模型的傾向的一種現象。

一般來說，結晶性塑料是不透明和半透明的，非結晶性塑料是透明的。但也有例外，如聚4-甲基戌烯為結晶性塑料，卻有高透明性，ABS為非結晶性塑料，但卻不透明。

對結晶性塑料在模具設計及選擇注射機時應注意以下幾點：

①料溫上升到成型溫度所需的熱量多，要選用塑化能力大的設備；

②冷凝時放出熱量大，模具要充分冷卻；

③塑料制品成型后收縮大，易產生縮孔、氣孔；

④塑料制品壁薄，則冷卻快，結晶度低，收縮?。凰芰现破繁诤?，則冷卻慢，結晶度高，收縮大，物理性能好；因此，對結晶性塑料應按塑料要求控制模溫；

⑤塑料各向異性明顯，內應力大，脫模后塑料制品易發生變形、翹曲；

⑥塑料結晶熔點范圍窄，易發生未熔粉末注入模具或堵塞進料口。

4.熱敏性和水敏性

熱敏性是指某些塑料對熱較為敏感，在料溫高和受熱時間長的情況下就會產生變色、降聚、分解。具有這種特性的塑料稱為熱敏性塑料，如聚氯乙烯、聚甲醛、聚三氟氯乙烯等。為防止熱敏性塑料在成型過程中出現變色、分解現象，一方面可在塑料中加入熱穩定劑，另一方面應選用螺桿式注射機，正確控制成型溫度和成型周期，同時應及時清除分解產物，對模具和設備采取防腐措施。

水敏性是指某些塑料即使只含有少量水分，但在高溫、高壓下也會發生分解，如聚碳酸酯等。這類塑料必須進行預先加熱干燥。

5.應力開裂和熔融破裂

有些塑料對應力敏感，成型時易產生內應力且質脆易裂，塑料制品在外力作用下或在溶劑作用下會發生開裂現象。為此，除在原料內加入附加劑提高抗裂性外，對原料應注意干燥，同時選用合理的成型條件，使塑料制品形狀結構盡量合理。在模具設計時應增大脫模斜度，選用合理的進料口和頂出機構。在成型時應適當調節料溫、模溫、注射壓力及冷卻時間，盡量避免塑料制品在冷脆的情況下脫模。在塑料制品成型后要進行后處理以提高抗裂性，消除內應力。

當一定熔融指數的聚合物熔體，在恒溫下通過噴嘴孔時，其流速超過一定值后，擠出的熔體表面發生明顯的橫向裂紋稱為熔融破裂。發生熔融破裂會影響塑料制品的外觀和性能，故若選擇熔融指數高的聚合物，在模具設計時應增大噴嘴、流道和澆口截面，減小注射速度和提高料溫。

6.熱性能和冷卻速度

各種熱塑性塑料有不同的比熱容、熱導率、熱變形溫度等熱性能。比熱容高的塑料在塑化時需要熱量大，應選用塑化能力較強的注射機。熱變形溫度高的塑料的冷卻時間短，脫模早，但脫模后要防止冷卻變形。熱導率低的塑料冷卻速度慢，必須充分冷卻，要加強模具冷卻效果。

各種熱塑性塑料根據其品種特性及塑料制品形狀，要求保持適當的冷卻速度。因此模具設計時必須按成型要求設置加熱和冷卻系統，以控制模具溫度。

二、成型特性

常用熱塑性塑料的成型特性見表1.3.1。