第三节 热塑性塑料

常用的热塑性塑料有聚乙烯、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（有机玻璃）、聚酰胺（尼龙）、聚甲醛、聚砜、聚苯醚、聚四氟乙烯等。

一、工艺特性

1.收缩性

热塑性塑料成型收缩的形式与热固性塑料类似。影响热塑性塑料成型收缩的主要因素有以下几个方面。

（1）塑料品种

热塑性塑料在成型过程中由于存在结晶化引起的体积变化、内应力强、塑料制品内的残余应力大、分子取向性强等因素，因此与热固性塑料相比收缩率较大，方向性明显。另外，热塑性塑料脱模后收缩和后处理收缩也比热固性塑料大。

（2）塑料制品特性

塑料制品成型时，熔料与型腔表面接触外层立即冷却，形成低密度的固态外壳。由于塑料导热性差，使塑料制品内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。因此塑料制品壁越厚则收缩越大。

（3）浇口形式和尺寸

这些因素直接影响料流方向、密度方向、保压补缩作用及成型时间。采用直接浇口，浇口截面大时则收缩小，但方向性明显。

（4）成型条件

模具温度、注射压力、保压时间等成型条件对塑料制品收缩均有直接影响。模具温度高，熔料冷却慢，密度高，收缩大，尤其是结晶料，因其体积变化大，故收缩更大。模温分布是否均匀也直接影响塑料制品各部分收缩量的大小及方向性。注射压力高，熔料黏度差小，层间剪切应力小，脱模后弹性回跳大，收缩减小。保压时间对收缩也有影响，保压时间长则收缩小，但方向性明显。

在模具设计时，应根据各种塑料的收缩范围、塑料制品壁厚、形状、进料口形式尺寸，按经验确定塑料制品各部位的收缩率，再计算模具型腔尺寸。对高精度塑料制品，在模具设计时应留有修模余地，通过试模后逐步修正模具，以达到塑料制品尺寸、精度要求，以及改善成型条件。

2.流动性

（1）流动性

塑料流动性的大小，可从塑料的相对分子质量、熔融指数、阿基米德螺旋线长度、表观黏度及流动比（流程长度/塑料制品壁厚）等方面进行分析。塑料相对分子质量小，熔融指数高，螺旋线长度长，表观黏度小，流动比大，则流动性好。按模具设计要求，可将常用塑料的流动性分为三类。

①流动性好

此类塑料常见的有尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚4-甲基戌烯等。

②流动性中等

此类塑料常见的有改性聚苯乙烯（如ABS，AS）、有机玻璃、聚甲醛、氯化聚醚等。

③流动性差

此类塑料常见的有聚碳酸酯、聚硬氯乙烯、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。

（2）影响流动性的主要因素

①温度

料温高则塑料流动性增大，料温对流动性的影响视不同塑料而异，有的影响大，有的影响小。所以在成型时可通过调节温度来控制流动性。

②压力

注射压力增大则熔融塑料受剪切作用大，其流动性也随之增大。特别是聚乙烯、聚甲醛对压力的反应十分敏感。所以成型时可以通过调节注射压力控制流动性。

③模具结构

模具浇注系统的形状、尺寸和布置，冷却系统设计的合理性，熔料流动阻力（如型腔面粗糙度、流道截面厚度、型腔形状和排气系统设计）等因素都直接影响熔料在型腔内的设计流动性。凡促使熔料降低温度和增加流动阻力的因素，都会使流动性降低。在模具设计时应根据所用塑料的流动性，选用合理的模具结构。

3.结晶性

热塑性塑料按其冷凝时有无出现结晶现象可划分为结晶性塑料和非结晶形（又称无定形）塑料两大类。

塑料的结晶现象是指塑料由熔融状态到冷凝的过程中，分子由无次序的自由运动状态而逐渐排列成为正规模型的倾向的一种现象。

一般来说，结晶性塑料是不透明和半透明的，非结晶性塑料是透明的。但也有例外，如聚4-甲基戌烯为结晶性塑料，却有高透明性，ABS为非结晶性塑料，但却不透明。

对结晶性塑料在模具设计及选择注射机时应注意以下几点：

①料温上升到成型温度所需的热量多，要选用塑化能力大的设备；

②冷凝时放出热量大，模具要充分冷却；

③塑料制品成型后收缩大，易产生缩孔、气孔；

④塑料制品壁薄，则冷却快，结晶度低，收缩小；塑料制品壁厚，则冷却慢，结晶度高，收缩大，物理性能好；因此，对结晶性塑料应按塑料要求控制模温；

⑤塑料各向异性明显，内应力大，脱模后塑料制品易发生变形、翘曲；

⑥塑料结晶熔点范围窄，易发生未熔粉末注入模具或堵塞进料口。

4.热敏性和水敏性

热敏性是指某些塑料对热较为敏感，在料温高和受热时间长的情况下就会产生变色、降聚、分解。具有这种特性的塑料称为热敏性塑料，如聚氯乙烯、聚甲醛、聚三氟氯乙烯等。为防止热敏性塑料在成型过程中出现变色、分解现象，一方面可在塑料中加入热稳定剂，另一方面应选用螺杆式注射机，正确控制成型温度和成型周期，同时应及时清除分解产物，对模具和设备采取防腐措施。

水敏性是指某些塑料即使只含有少量水分，但在高温、高压下也会发生分解，如聚碳酸酯等。这类塑料必须进行预先加热干燥。

5.应力开裂和熔融破裂

有些塑料对应力敏感，成型时易产生内应力且质脆易裂，塑料制品在外力作用下或在溶剂作用下会发生开裂现象。为此，除在原料内加入附加剂提高抗裂性外，对原料应注意干燥，同时选用合理的成型条件，使塑料制品形状结构尽量合理。在模具设计时应增大脱模斜度，选用合理的进料口和顶出机构。在成型时应适当调节料温、模温、注射压力及冷却时间，尽量避免塑料制品在冷脆的情况下脱模。在塑料制品成型后要进行后处理以提高抗裂性，消除内应力。

当一定熔融指数的聚合物熔体，在恒温下通过喷嘴孔时，其流速超过一定值后，挤出的熔体表面发生明显的横向裂纹称为熔融破裂。发生熔融破裂会影响塑料制品的外观和性能，故若选择熔融指数高的聚合物，在模具设计时应增大喷嘴、流道和浇口截面，减小注射速度和提高料温。

6.热性能和冷却速度

各种热塑性塑料有不同的比热容、热导率、热变形温度等热性能。比热容高的塑料在塑化时需要热量大，应选用塑化能力较强的注射机。热变形温度高的塑料的冷却时间短，脱模早，但脱模后要防止冷却变形。热导率低的塑料冷却速度慢，必须充分冷却，要加强模具冷却效果。

各种热塑性塑料根据其品种特性及塑料制品形状，要求保持适当的冷却速度。因此模具设计时必须按成型要求设置加热和冷却系统，以控制模具温度。

二、成型特性

常用热塑性塑料的成型特性见表1.3.1。