《塑料工材料与工具》课件

塑料工材料与工具欢迎参加塑料工材料与工具课程！本课程将详细介绍塑料工业的核心内容，包括材料特性、加工工艺与专业工具的应用塑料工业作为现代制造业的重要组成部分，市场规模庞大据最新数据显示，年全球塑料工业市场规模已达万亿元中国作为全球塑料生产大

20248.72国，年产量达亿吨，稳居世界第一位

20241.2通过本课程，您将全面了解塑料行业的关键知识，掌握材料选择和加工技术的专业技能课程大纲塑料基础知识了解塑料的定义、分类和基本性质常见塑料材料分类与特性深入探讨各类塑料的特点和应用场景塑料加工工艺掌握注塑、挤出等主要加工方法专用工具与设备了解塑料加工所需的专业设备应用领域与案例探索塑料在各行业的实际应用行业发展趋势与可持续性关注环保与创新发展方向塑料的定义与历史化学定义早期发展中国发展全球增长塑料是一类高分子材料，由长链年，约翰卫斯理海厄特中国塑料工业自年代起步，塑料产量从年全球万1869··19501950150分子组成，具有可塑性发明赛璐珞，开启了塑料工业的改革开放后实现跨越式发展吨增长到年超亿吨20244先河塑料作为现代文明的重要材料，其发展史反映了人类对材料科学的不断探索从最初的天然高分子到今天的高性能工程塑料，这一演变过程体现了科技创新的力量塑料材料的基本特性

0.9-

2.2密度范围g/cm³大多数塑料的密度比金属轻倍5-710-100拉伸强度MPa可满足多种工程应用需求-60°C最低耐温特种工程塑料可在极低温环境下使用300°C最高耐温高性能塑料可承受较高温度环境塑料材料的基本特性决定了其在工业和日常生活中的广泛应用价值不同于传统金属材料，塑料具有独特的物理和化学特性，使其在许多领域具有不可替代的优势大多数塑料都是优良的电绝缘体，这使其在电子电气行业中得到广泛应用同时，塑料的密度低、易加工性好，使得产品设计更加灵活多样塑料材料的优缺点优点缺点重量轻，比金属轻倍耐热性较差，使用温度范围有限•5-7•加工成型简便，生产效率高强度低于金属，承载能力有限••良好的化学稳定性，耐腐蚀存在老化问题，长期使用性能下降••成本低，适合大规模生产环境降解周期长，造成污染••优良的电绝缘性能微塑料污染日益严重••塑料材料虽有诸多缺点，但通过添加各种改性剂可以有效改善其性能例如，添加玻璃纤维可增强强度，添加阻燃剂可提高阻燃性能，添加抗氧剂可延长使用寿命这些改性技术使塑料材料的应用范围不断拓展塑料材料的分类方法按化学结构按热性能聚烯烃类•聚酯类热塑性塑料••聚酰胺类热固性塑料••其他类型•按性能按来源通用塑料•石油基塑料•工程塑料•生物基塑料•特种工程塑料•塑料材料的分类方法多种多样，不同的分类方式反映了塑料材料的不同属性和用途了解这些分类方法有助于正确选择适合特定应用场景的塑料材料，提高产品设计和制造的效率热塑性塑料一定义特点分子结构加工特性热塑性塑料是一类可以重复加热软化、冷热塑性塑料分子呈线性或支链型结构，分由于其独特的热性能，热塑性塑料可采用却硬化的塑料材料这种可逆的热加工特子间通过次级键（如范德华力、氢键等）多种加工方式，包括注塑成型、挤出成型、性使其具有良好的回收再利用性能，理论连接在加热时，这些次级键断裂，使材吹塑成型、热成型等这种多样性使设计上可以回收利用，符合现代绿色制料变软；冷却后，次级键重新形成，材料师和制造商能够灵活选择最适合的工艺方100%造的要求恢复硬度法热塑性塑料在全球塑料生产中占据主导地位，约占塑料总产量的以上这主要得益于其加工简便、可回收性好以及广泛的应用范围80%热塑性塑料二通用塑料材料密度拉伸强度主要特点g/cm³MPa聚乙烯耐化学性好，绝PE

0.91-

0.9710-35缘性优聚丙烯耐热性好，质轻PP

0.90-

0.9230-40坚韧聚氯乙烯耐化学性强，难PVC

1.35-

1.4540-60燃聚苯乙烯透明度高，易加PS

1.0530-55工通用塑料因其价格低廉、性能稳定、加工简便等特点，在全球塑料消费中占据绝对主导地位其中，聚乙烯年产量高达亿吨，是最大宗的塑料品种，广泛应用于包装、容器、

1.1管道等领域这些材料虽然被称为通用塑料，但各自具有鲜明的特性和适用场景，了解它们的差异对于正确选择材料至关重要热塑性塑料三工程塑料聚酰胺PA/尼龙聚碳酸酯PC ABS树脂耐磨性优异，吸水率，透明度高达，耐冲击强度丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共2-8%90%--适合制造齿轮、轴承等机械部可达，是防弹玻璃聚物，综合性能优良，成型性800J/m件具有出色的机械强度和耐的重要材料具有优异的光学好表面光泽度高，着色性好，化学性，广泛应用于汽车、电性能和尺寸稳定性，应用于电是电器外壳、汽车零部件和玩子和工业领域子、医疗和安全设备等领域具的理想材料聚甲醛POM高结晶性工程塑料，耐磨性极佳，摩擦系数低具有金属塑料之称，可替代黄铜、锌等金属，用于制造精密齿轮和机械零件工程塑料与通用塑料相比，具有更优异的机械性能、热性能和化学稳定性，能够满足更严苛的工程应用需求尽管价格较高，但其性能优势和金属替代潜力使其市场需求不断增长热塑性塑料四特种工程塑料聚醚醚酮PEEK耐温可达°，塑料之王260C聚酰亚胺PI耐温可达°，电气性能优异400C聚砜PSU高透明度，耐辐射，医疗级应用液晶聚合物LCP流动性好，高强度，精密电子部件特种工程塑料是性能最优异的热塑性塑料，价格往往是通用塑料的数十倍甚至上百倍它们能在极端环境下长期稳定工作，满足航空航天、医疗器械、半导体等高端领域的苛刻要求虽然使用量相对较小，但特种工程塑料代表了塑料材料的技术前沿，其开发和应用对整个塑料工业具有引领作用随着科技进步和应用需求提升，这类材料将获得更广阔的发展空间热固性塑料分子结构三维网状交联结构，一旦固化不可逆主要特性耐热性好，硬度高，尺寸稳定性优异代表材料酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯典型应用4电气绝缘件、粘合剂、复合材料基体热固性塑料的加工成型与热塑性塑料完全不同，通常采用模压、注射模塑、传递模塑等方法在成型过程中，材料发生化学反应，形成永久性的三维网状结构，这使得热固性塑料具有优异的耐热性、尺寸稳定性和电绝缘性虽然热固性塑料不能像热塑性塑料那样熔融再加工，但它们在特定领域具有不可替代的优势，特别是在需要高温使用、高尺寸稳定性和高绝缘性能的场合塑料添加剂增塑剂提高塑料的柔韧性和延展性，在中含量可高达常用的增塑剂包括邻苯二甲酸PVC30-40%酯类、己二酸酯类等增塑后的材料加工性能更好，但可能会影响力学性能阻燃剂降低塑料的燃烧性能，使产品符合安全标准常用阻燃剂有溴系、磷系和无机系三大类UL94添加阻燃剂可显著提高材料安全性，但可能会影响机械性能和加工性能抗氧剂防止塑料在加工和使用过程中氧化降解，延长使用寿命倍主要包括初级抗氧剂和次级2-3抗氧剂，通常组合使用以获得协同效果，保护塑料长期使用性能着色剂与UV稳定剂着色剂添加比例通常为，分为有机颜料和无机颜料两大类稳定剂能有效防止紫

0.5-2%UV外线导致的塑料降解，显著延长户外使用寿命，对户外塑料制品至关重要添加剂是现代塑料工业不可或缺的组成部分，通过添加少量添加剂可以显著改善塑料的各种性能，拓展应用领域随着环保要求提高，环保型添加剂正成为研究热点塑料复合材料生物基塑料与可降解塑料聚乳酸与家族PLA PBSPBAT PHA完全生物基塑料，原料来源于玉米、甘蔗等聚丁二酸丁二醇酯是部分生物基可降聚羟基烷酸酯是通过微生物发酵制备PBSPHA农作物在工业堆肥条件下可完全降解，降解塑料，在土壤中可自然降解是一的生物聚合物，可在自然环境中完全生物降PBAT解产物为二氧化碳和水，对环境友好广泛种全石油基可降解塑料，柔性好，常与解具有优良的生物相容性，在医疗和食品PLA应用于包装材料和打印材料，是目前产混合使用改善其韧性这两种材料在农用地包装领域有特殊价值尽管成本较高，但其3D量最大的生物基塑料膜和包装领域有广泛应用独特性能使其具有广阔前景生物基塑料与可降解塑料代表了塑料工业的可持续发展方向，随着环保意识增强和技术进步，这类材料的市场规模正在快速增长然而，目前仍面临成本高、性能不稳定等挑战，需要进一步技术创新和产业化推进塑料加工工艺概述注塑成型挤出成型适用于复杂形状零件的大批量生产生产连续截面产品如管材、型材热成型吹塑成型加工薄片材料成型为浅容器、包装盒制造中空容器如瓶子、桶等塑料加工工艺的选择主要依据产品的形状、尺寸和材料特性不同工艺有各自的特点和适用范围，加工温度通常在°之间，根据材料种150-400C类而有所不同注塑成型是最常用的塑料加工方法，特别适合生产形状复杂的零部件加工周期从几秒到几十分钟不等，取决于产品壁厚、材料特性和工艺参数工艺选择直接影响产品质量和生产效率，因此在产品设计阶段就应考虑加工工艺的匹配性，实现设计与制造的有效结合注塑成型一原理与设备注射单元包括料斗、螺杆、加热料筒等，负责塑料的熔融和注射螺杆直径从到18mm不等，注射压力常用，注射速度最快可达300mm50-200MPa300mm/s合模单元包括固定模板、移动模板和锁模系统锁模力决定了注塑机的规格，小型机吨，50大型机可达吨以上锁模力必须大于注射压力产生的分型面张开力5000控制系统现代注塑机采用精密的电子控制系统，可精确控制温度、压力、速度等参数先进的控制系统还具备数据记录、远程监控和智能诊断功能，提高生产效率与产品质量注塑成型是将熔融塑料在高压下注入模腔，冷却固化后得到成型品的加工方法这一工艺适用于复杂形状塑料制品的大批量生产，是最重要的塑料加工方法之一选择合适规格的注塑机至关重要，一般要求注塑机的最大注射量为产品重量的，锁30-80%模力足以抵抗注射压力造成的开模力，以确保产品质量和设备安全注塑成型二工艺参数料筒温度模具温度°°•PE180-230C•HDPE20-60C°°•PP200-260C•PP20-80C°°•PA230-290C•PA60-90C°°•PC280-320C•PC80-120C温度过高会导致材料降解，温度过低会影模温过高影响脱模，过低影响表面质量响塑化质量注射与保压注射压力影响制品致密度和表面质量•注射速度影响制品内应力和熔接线•保压时间通常为冷却时间的•1/3冷却时间壁厚约需秒•1mm10-15注塑成型工艺参数的合理设置对产品质量至关重要工艺参数之间存在复杂的相互影响，需要综合考虑材料特性、产品结构和质量要求进行优化设置通常需要通过试模和调试来确定最佳工艺参数组合注塑成型三模具设计注塑模具是注塑成型的核心工具，其结构主要包括型腔、浇口系统、冷却系统和顶出系统四大部分型腔决定了产品的形状和尺寸；浇口系统包括主流道、分流道和浇口，影响塑料流动和成型；冷却系统控制模具温度，影响产品质量和生产效率；顶出系统则确保产品顺利脱模浇口类型主要有边浇口、点浇口、膜浇口和热流道系统等，选择取决于产品要求和生产效率分型面设计直接影响产品外观和顶出难易度冷却系统设计需要考虑冷却效率和温度均匀性，通常冷却孔距为，距型腔，以保证冷却效果10-15mm3-8mm注塑成型四常见缺陷及解决方案缺陷类型主要原因解决方案缩痕壁厚不均匀，保压不足增加保压，调整冷却，增加壁厚翘曲冷却不均匀，内应力优化冷却系统，调整脱模角度，设计加强筋熔接线多股料流交汇处调整浇口位置，增加模具温度银丝模温低，排气不良提高模具温度，降低注射速度黑点材料热降解，杂质清理料筒，控制温度，改善材料干燥注塑产品缺陷的出现常常是多种因素共同作用的结果，需要从材料、模具和工艺三方面综合分析解决缩痕主要出现在壁厚较大部位，通过增加保压时间和压力可以有效改善翘曲是最常见的缺陷之一，其根本原因是塑料收缩不均匀，可通过优化产品设计和调整工艺参数来控制熔接线、银丝和黑点等缺陷虽然不一定影响产品功能，但会降低美观性和感官质量针对这些缺陷，需要从模具设计、材料处理和工艺参数三方面协同优化，以获得高质量的注塑产品挤出成型进料区压缩区计量区模头成型塑料颗粒输送并预热塑料熔融和压缩稳定熔体压力和温度熔体挤出成型挤出成型是一种连续生产工艺，适用于生产横截面形状一致的产品，如管材、型材、薄膜、板材和电缆包覆层等设备主要由单螺杆或双螺杆挤出机和模头组成，其中螺杆是挤出机的核心部件，负责输送、熔融和均化塑料熔体挤出机螺杆的长径比通常为，这一比例影响熔融质量和生产效率挤出速度根据产品类型而异，一般在范围内与注塑成L/D25-30:11-10m/min型相比，挤出成型具有连续生产、能耗低、适用材料范围广等优点，是塑料加工的重要方法之一中空吹塑成型挤出吹塑注射吹塑拉伸吹塑首先挤出一个管坯，然后将其置于开启的模先通过注塑成型生产管坯预成型件，然后转在吹塑过程中同时进行轴向拉伸，使塑料分具中，合模后通入压缩空气使管坯膨胀贴合移到吹塑模具中进行吹塑这种方法尺寸精子定向排列，提高强度和阻隔性这种方法模腔内壁这种方法适用于大型容器如汽车度高，特别适合生产瓶口复杂的小型容器，主要用于生产饮料瓶，可大大减轻瓶重PET燃油箱、化工桶等，设备投资较低，但尺寸如化妆品瓶、医药瓶等，但设备复杂，投资同时保持足够强度，是饮料包装行业的主导精度相对较差较大技术中空吹塑成型是制造中空容器的主要方法，吹胀比成品直径与管坯直径之比通常为，取决于材料和产品要求适用材料主要包括、2-7PE、和等，产品范围从小型化妆品瓶到大型汽车油箱，应用十分广泛PP PVC PET热成型加热塑料片材将塑料片材加热至软化温度，通常在材料的玻璃化转变温度以上不同材料的加热温度不同，为PS°，为°，为°，为°，为140-160C PVC120-140CPET120-160C PMMA160-180C PP°150-165C成型方式选择根据产品特点选择适当的成型方式真空成型利用负压将软化片材吸附到模具表面；压力成型使用正压将片材压向模具；机械成型则通过机械力使片材贴合模具复杂产品常结合多种成型方式冷却固化成型后的塑料制品在模具中冷却至足够硬度后脱模冷却时间取决于材料厚度和热传导性能，通常为几秒至几十秒冷却过快会导致内应力增大，冷却不足则会造成变形修边处理将成型品从原始片材上分离，去除多余部分修边方式包括冲切、铣削、激光切割等现代化生产线常采用自动化修边设备，提高效率和精度，减少人工操作热成型是一种简单高效的塑料加工方法，特别适合生产大面积、薄壁的塑料制品，如食品包装盒、饮料杯盖、电器外壳等与注塑成型相比，热成型的模具成本低，适合中小批量生产，但材料利用率较低，表面细节表现力有限。