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一、塑料的概念和组成

（一）什么是塑料

塑料的主要成分是树脂。早期的树脂是从树木中分泌出的一种脂状物，如松香；也可以从一些昆虫中提取，如虫胶；还可以从石油中提取，如沥青等。这些是天然树脂，在塑料制品行业没有太多实际价值。

现在广泛应用于实际生产的树脂是一种聚合物，属于合成树脂。但塑料和聚合物是不同的，单纯的聚合物性能往往不能满足加工成型和实际使用的要求，一般不单独使用，只有在加入添加剂后在工业中才有使用价值。因此，塑料是以合成树脂为主要成分，再加入其他各种各样的添加剂（也称助剂）制成的。合成树脂决定了塑料制品的基本性能。其作用是将各种助剂黏结成一个整体。添加剂是为改善塑料的成型工艺性能、制品的使用性能或降低成本而加入的一些物质。

塑料中的添加剂品种很多，如填充剂、增塑剂、着色剂、稳定剂、固化剂、抗氧剂等。在塑料中，树脂虽然起决定性的作用，但添加剂也有着不可忽视的作用。

（二）塑料的组成

1.树脂

树脂在受热时软化，在外力作用下有流动倾向。它是塑料中最重要的成分，在塑料中起黏结作用，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、力学性能及电性能等）。

2.添加剂

（1）填充剂

填充剂又称填料，是塑料中的重要成分，但并非必不可少。填充剂与塑料中的其他成分机械混合，与树脂牢固胶粘在一起，但它们之间不发生化学反应。

在塑料中填充剂不仅可以减少树脂用量，降低塑料成本，而且能改善塑料某些性能，扩大塑料的使用范围。例如，在酚醛树脂中加入木粉后，既克服了它的脆性，又降低了成本；聚乙烯、聚氯乙烯等树脂中加入钙质填充剂，便成为价格低廉且刚性强、耐热好的钙塑料；用玻璃纤维作为塑料的填充剂，可以大幅度提高塑料的力学性能；有的填充剂还可以使塑料具有树脂所没有的性能，如导电性、导磁性、导热性等。

填充剂分为无机填充剂和有机填充剂。常用填充剂的形态有粉状、纤维状和片状三种。粉状填充剂有木料、纸浆、大理石、滑石粉、云母粉、石棉粉、石墨等。纤维状填充剂有棉花、亚麻、玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、硼纤维和金属须等。片状填充剂有纸张、棉布、麻布和玻璃布等。填充剂的含量通常为塑料的40%以下。

形态为球状、正方体状的填充剂通常可提高成型加工性能，但机械强度差，而鳞片状的填充剂则相反。粒子越细，对塑料制品的刚性、冲击性、拉伸强度、稳定性和外观等的改进作用越大。

（2）增塑剂

增塑剂是能与树脂相溶的、低挥发性的高沸点有机化合物，能够增强塑料的可塑性和柔软性，改善其成型性能，降低刚性和脆性。其作用是降低聚合物分子间的作用力，使树脂高分子容易产生相对滑移，从而使塑料在较低的温度下具有良好的可塑性和柔软性。例如，聚氯乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯，可变为像橡胶一样的软塑料。

但加入增塑剂在改善塑料成型加工性能的同时，有时也会降低树脂的某些性能，如塑料的稳定性、介电性能和机械强度等。因此，在塑料中应尽可能地降低增塑剂的含量，大多数塑料一般不添加增塑剂。

对增塑剂的要求包括：与树脂有良好的相溶性；挥发性弱，不易从塑件中析出；无毒、无色、无臭味；对光和热比较稳定；不吸湿。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯、樟脑等。

（3）着色剂

大多数合成树脂是白色半透明或无色透明的。为使塑件获得各种所需颜色，在工业生产中常常加入着色剂来改变合成树脂的本色。有些着色剂还能提高塑料的光稳定性和热稳定性。例如，本色聚甲醛塑料用炭黑着色后能在一定程度上防止光老化。

着色剂主要分颜料和染料两种。颜料是不能溶于普通溶剂的着色剂，所以要获得理想的着色性能，需要用机械方法将颜料均匀分散于塑料中。颜料按结构可分为有机颜料和无机颜料。无机颜料热稳定性、光稳定性优良，价格低，但着色力相对较差，相对密度大，如钠猩红、黄光硫靛红棕、颜料蓝、炭黑等。有机颜料着色力强，色泽鲜艳，色谱齐全，相对密度小，缺点是耐热性、耐候性和遮盖力不如无机颜料，如铬黄、氧化铬、铅粉末等。染料是可用于大多数溶剂和被染色塑料的有机化合物，优点为密度小、着色力强、透明度好，但一般分子结构小，着色时易发生迁移。

对着色剂的一般要求包括：着色力强；与树脂有很好的相溶性；不与塑料中其他成分发生化学反应；性质稳定，成型过程中不因温度、压力变化而分解变色，而且在塑件的长期使用过程中能够保持稳定。

另外，需要指出的是，我们所看到的电子产品塑件的丰富多彩的颜色，如手机面板和后盖的亮丽色彩，大多并不是通过添加着色剂得到的，而是通过塑件注射成型后喷油（喷漆）得到的。

（4）稳定剂

树脂在加工和使用过程中会产生老化或降解。所谓降解是指聚合物在热、力、氧、水、光、射线等作用下，大分子断链或化学结构发生有害变化的反应。为防止塑料在热、光、氧和霉菌等外界因素的作用下产生降解和交联，需要在聚合物中添加能够稳定其化学性质的添加剂，这类添加剂称为稳定剂。

稳定剂根据所发挥的作用的不同，可分为热稳定剂、光稳定剂和抗氧化剂。

① 热稳定剂：主要作用是抑止塑料成型过程中可能发生的热降解反应，保证塑料制件顺利成型并得到良好的质量。例如，有机锡化合物常用于聚氯乙烯，无毒，但价格高。

② 光稳定剂：为防止塑料在阳光、灯光和高能射线辐照下出现降解和性能降低而添加的物质。其种类有紫外线吸收剂、光屏蔽剂等。苯甲酸酯类及炭黑等常用做紫外线吸收剂。

③ 抗氧化剂：防止塑料在高温下氧化降解的添加物。酚类及胺类有机物常用做抗氧化剂。

在大多数塑料中都要添加稳定剂，稳定剂的含量一般为塑料的0.3%～0.5%。

对稳定剂的要求包括：与树脂有很好的相溶性，对聚合物的稳定效果好，能耐水、耐油、耐化学药品腐蚀，并且在成型过程中不分解、挥发少、无色。

（5）固化剂

固化剂又称硬化剂、交联剂，用于成型热固性塑料。线型高分子结构的合成树脂通过发生交联反应转变成体型高分子结构。添加固化剂的目的是促进交联反应。例如，在环氧树脂中加入乙二胺、三乙醇胺等。

此外，在塑料中还可加入一些其他的添加剂，如发泡剂、阻燃剂、防静电剂、导电剂和导磁剂等。阻燃剂可降低塑料的燃烧性。加入发泡剂可制成泡沫塑料。防静电剂可使塑件具有适度的导电性能，从而消除带静电的现象。并不是每一种塑料中都要加入所有这些添加剂，而是依塑料品种和塑件使用要求有选择地加入某些添加剂。

二、塑料的一般工艺特性

（一）高聚物的高分子结构特点

塑料的主要成分树脂属于高分子聚合物，简称高聚物。其分子结构特点如下。

① 高分子含有的原子数很多。低分子含有的原子数都很少，如一个水分子H2O含有1个氧原子和2个氢原子，酒精分子C2H5OH含有9个原子，比较复杂的有机物三硬脂酸甘油酯C57H110O6也不过含有173个原子。高聚物则不同，一个高分子中含有几千个、几万个甚至几百万个原子。例如，尼龙分子中大约含有4000个原子，天然橡胶分子中大约含有5万～6万个原子。

② 平均相对分子质量很大。一般的低分子物质的相对分子质量仅为几十至几百。例如，水的相对分子质量为18，石灰石为100，酒精为46，蔗糖为324。而高分子化合物的相对分子质量比低分子化合物高得多，一般为几万至几十万，有的甚至可达几百万、上千万。例如，尼龙分子的相对分子质量约为2.3万，天然橡胶的相对分子质量为40万。高聚物没有准确、固定的相对相对分子质量，因此只能采用平均相对分子质量来表述。例如，低密度聚乙烯的平均相对分子质量为15万～25万，高密度聚乙烯的平均相对分子质量为7万～8万。

③ 分子长度很长。例如，低分子乙烯的分子长度约为0.0005μm，而高分子聚乙烯的分子长度则为6.8μm，后者是前者的13600倍。

由此可见，高分子和低分子存在着如此悬殊的差异，使得高聚物具有许多与低分子化合物不同的特性。而同种或不同种高聚物由于相对分子质量的不同，其材料的性能也有很大的差异。

（二）高聚物的分子结构

高聚物一般都是由一种或多种结构并不复杂的“基本单元”按照一定的排列方式，通过化学链重复连接而成的，犹如珍珠串链一样。例如，聚乙烯分子里的基本单元为C2H4，每个聚乙烯分子里含有n个连接起来的基本单元：

……—C2H4—C2H4—C2H4—C2H4—……

这些基本单元C2H4称为链节，简写为nCH2=CH2→。聚乙烯分子中含有这种链节的数目n称为聚合度，表示高分子化合物中链节的重复次数。n越大，相对分子质量就越大。聚合物分子就是由许多链节构成的一个很长的分子链。其链状结构如一根细丝，易弯曲。分子之间的长链在无外力作用时呈自由卷曲状，相互交缠；在外力作用下发生相对移动和自由旋转，使聚合物具有一定的柔软性并富有弹性。高分子聚合物在受热时不像一般低分子物质那样有明显的熔点，因为从长链的一端加热到另一端需要时间，即需要经历一段软化的过程，这使聚合物具有了可塑性。高分子聚合物没有明确、固定的相对分子质量，因此只能采用平均相对分子质量来表述。高分子聚合物的相对分子质量不同，其材料的性能也存在着很大的差异。

聚合物的分子链结构有三种形式：线型、带有支链的线型、体型。如果聚合物的分子链呈不规则的线状（或者团状），聚合物是由一根根的分子链组成的，则称为线型聚合物，如图1-1（a）所示。在聚合物的大分子主链上带有一些或长或短的小支链，整个分子链呈枝状，如图1-1（b）所示，称为带有支链的线型聚合物。如果在大分子的链之间还有一些短链把它们连接起来，形成立体网状结构，则称为体型聚合物，如图1-1（c）所示。

（三）聚合物加工性质

聚合物聚集态的多样性导致其成型加工的多样性。聚合物聚集态转变取决于聚合物的分子结构、体系的组成以及所受应力和环境温度。当聚合物及其组成一定时，聚集态的转变主要与温度有关。温度变化时，塑料的受力行为发生变化，呈现出不同的物理状态和力学性能特点。如图1-2所示为线型无定型聚合物和完全线型结晶型聚合物受恒定压力时变形程度与温度的关系曲线，也称热力学曲线。

Tb称为聚合物的脆化温度，是聚合物保持高分子力学特性的最低温度。

Tg称为玻璃化温度，是聚合物从玻璃态转变为高弹态（或相反）的临界温度。

Tf称为黏流温度，是无定型聚合物从高弹态转变为黏流态（或相反）的临界温度。

Tm称为熔点，是结晶型聚合物由晶态转变为熔融态（或相反）的临界温度。

Td称为热分解温度，是聚合物在加热时高分子主链发生断裂开始分解的临界温度。

从图1-2中可以看出，线型无定型聚合物在受热时常存在三种物理状态：玻璃态（结晶型聚合物也称结晶态）、高弹态和黏流态。

1.玻璃态

聚合物处于温度Tg以下的状态时，曲线基本是水平的，变形程度小，并且是可逆的，弹性模量较高，聚合物呈现刚性固体状，聚合物受力变形符合胡克定律，应力和应变成正比。处于玻璃态的聚合物可作为结构材料，能进行车、铣、锯、削、刨等机械加工。多数聚合物的玻璃化温度都高于室温，只有极少数聚合物的玻璃化温度低于室温，如高密度聚乙烯的玻璃化温度为-80℃。玻璃态是大多数聚合物的使用状态。Tg是多数聚合物使用温度的上限。Tb是聚合物使用温度的下限。当温度低于Tb时，聚合物在很小的外力作用下就会发生断裂，失去使用价值。从聚合物的使用角度来看，Tb和Tg之间的范围显然越大越好。

2.高弹态

当聚合物受热温度超过Tg时（Tg至Tf之间），曲线开始急剧变化，聚合物进入柔软而富有弹性的高弹态。这时聚合物变形能力显著增强，弹性模量显著降低，但变形仍然具有可逆性。

在高弹态下，可进行弯曲、吹塑、真空成型、冲压等成型加工，成型后会产生较大的内应力。进行上述成型加工时，应考虑到高弹态具有的可逆性。由于高弹态形变比普弹态形变大一万倍左右，且属于对时间有依赖性的可逆形变，因此，必须将成型后的塑料制件迅速冷却到Tg以下，以保证得到符合产品质量要求的塑件。

3.黏流态

当聚合物受热温度超过Tf时，分子热运动能量进一步增大，直至能解开分子链间的缠结而发生整个大分子的滑移，变形迅速发展，聚合物开始有明显的流动，逐渐进入黏流态并变成液体，具有了流动性，通常称之为熔体。在这种状态下聚合物的变形不具有可逆性，一经成型和冷却后，其形状就能永久保持下来。

Tf是塑料成型加工的最低温度，在这种黏流态下，聚合物熔体形变在不太大的外力作用下就能引起宏观流动，可进行注射、挤出、压注、纺丝等成型加工，成型后应力较小。

升高温度将使塑料的黏度大大降低，流动性增强，有利于塑料熔体充型。但不适当地增强流动容易导致诸如注射成型过程中的溢料、挤出成型塑件形状的扭曲、收缩和纺丝过程中纤维的毛细断裂等现象。当温度升高到分解温度Td附近时，还会引起聚合物分解，以致降低塑件的物理力学性能或引起外观不良等缺陷。因此，Tf和Td可用来衡量聚合物的成型性能，温度区间大时，聚合物熔体的热稳定性好，可在较大的温度范围内受形和流动，不易发生热分解。Tf和Td都是聚合物材料进行成型加工的重要参考温度。

三、聚合物在成型过程中的流动性能

（一）聚合物流动特点

聚合物在一定的温度和压力条件下具有流动性，流体在平直圆管内流动的形式有层流和湍流两种，如图1-3所示。图1-3（a）为层流，层流是一层层相邻的薄层液体沿外力作用方向进行的滑移。流体的质点沿着许多彼此平行的流层运动，同一流层以同一速度向前移动，各流层的速度虽不一定相等，但各流层之间不存在明显的相互影响。图1-3（b）为湍流，又称紊流，流体的质点除向前运动外，各点速度的大小、方向都随时间而变化，质点的流线呈紊乱状态。层流和湍流以临界雷诺数（Re）来判定，一般Re小于2100时为层流，大于4000时为湍流。在成型过程中，聚合物熔体流动时的雷诺数常小于10，聚合物分散体的雷诺数也不会大于2100，所以其流动基本上属于层流。

层流可以看成是一层层相邻的薄层流体沿外力作用方向进行的相对滑移，流层是完全平行、平直的平面。如图1-4所示是层流滑移示意图。F为外部作用于整个流体的恒定剪切力。

在剪切应力作用下发生的形变称为剪切应变γ。

γ=dx/dr

单位时间内的剪切应变则称为剪切速率，以v表示，单位为s-1。

切应力τ和剪切速率存在一定的关系：

式（1-2）称为牛顿流动定律或牛顿流变方程，液层单位面积上施加的切应力与液层间的剪切速率（速度梯度）成正比。η是一个比例常数，称为牛顿黏度，单位为Pa·s。它表征流体在外力作用下抵抗剪切变形的能力，仅与流体分子结构和温度有关，与剪切应力和剪切速率的变化无关。凡流动行为符合牛顿流动定律的流体统称为牛顿流体。

牛顿流动定律有一定的局限性，只适用于低分子化合物的液体或溶液。而对于聚合物熔体、分散体，只有聚碳酸酯、聚酰胺和聚对苯二甲酸乙二酯等少数聚合物熔体和牛顿流体相近，绝大多数聚合物熔体只是在剪切应力很小或很大时表现为牛顿流体。在成型过程中，聚合物熔体大多处于中等剪切速率范围（γ=10～104s-1），流体的流动行为不遵从牛顿流动定律，即切应力与剪切速率不成正比，熔体的黏度也不再是一个常数，而是和剪切速率有关，通常把流动行为不符合牛顿流体定律的流体统称为非牛顿流体。

式中，ηa——非牛顿黏度或表观黏度，单位为Pa·s；

K——流体稠度，由实验测定，K值越大，流体黏度越高；

n——非牛顿指数，与聚合物和温度有关的常数，由实验测定，可反映聚合物熔体性质偏离牛顿流体性质的程度。

表观黏度ηa表征非牛顿流体抵抗外力引起的流动变形的能力，和牛顿黏度一样都是剪切黏度，但其不仅与流体本身性质和温度有关，还和剪切速率有关。

n=1时，ηa=η，非牛顿流体转变为牛顿流体。n＞1时，非牛顿流体的黏度会随剪切速率的增大而升高，称之为膨胀性流体。它所表现的流动曲线是非直线的，属于这一类型的流体大多数是固体含量高的悬浮液，如含有增塑剂的塑料糊、少数有填料的塑料熔体等。n＜1时，非牛顿流体的黏度却会随剪切速率的增大而降低，称之为假塑性流体。这种流体是非牛顿流体中最为普通的一种，它所表现的流动曲线也是非直线的。多数聚合物的熔体（也是塑料成型中应用最多的一类物料）以及所有聚合物在良溶剂中形成的溶液，其流动行为都具有假塑性流体的特征。

（二）影响黏度的主要因素

聚合物熔体的黏度不仅与聚合物的结构有关，而且与成型工艺有关。从成型工艺出发，黏度主要取决于温度、剪切速率及压力。

1.温度对黏度的影响

温度与黏度的关系可用下式表示：

式中，η——流体在温度T时的剪切黏度；

η0——流体在某一基准温度T0时的剪切黏度；

e——自然对数的底；

α——常数，由实验得出。在温度范围不大于50℃时，对大多数流体来说都是常数，超出此范围则变化较大。

式（1-4）对聚合物熔体、溶液都适用；对于剪切速率对黏度影响大的熔体，则只在剪切速率保持恒定时才成立。

通过调节温度可以改变高分子的加工性能。随着温度的升高，聚合物大分子的热运动加剧，分子间的距离增大，熔体黏度逐步降低。但不同熔体的黏度对温度的敏感程度并不相同。如图1-5所示为表观黏度与温度的关系。图中直线斜率越大，表示黏度对温度的敏感程度越大。从图中可以看出，醋酸纤维（CA）、聚苯乙烯（PS）比聚甲醛（POM）、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）对温度更敏感，而聚丙烯（PP）熔体的黏度随温度变化不大。

对于表观黏度随温度变化不大的聚合物，在成型过程中不能仅通过提高加工温度来提高其流动性。因为即使温度升高幅度再大，其黏度降低也有限；而温度过高又会引起熔体降解，导致塑件的质量下降，同时成型设备等的损耗也较大。对于那些对温度敏感的塑料熔体，只要不超过分解温度，提高加工温度都能很快降低熔体黏度，提高熔体的流动性。但需要注意的是如果塑料黏度对温度非常敏感，那么成型过程中料筒、喷嘴或模具中任何微小的温度变化，都有可能使塑料熔体黏度发生较大的改变，从而也会影响塑件成型质量的稳定性。因此，要求注射机和模具都必须具有精度很高的温度调节系统。

2.压力对黏度的影响

一般低分子物质的流体，其压缩性都很有限，压力的增加对其黏度的影响不大。但是对于聚合物熔体，由于其具有长链结构和分子链内旋转，熔体的可压缩性比普通流体大得多。尤其是聚合物成型时处在高压下，如注射成型时受压达35～300MPa，体积收缩较大，分子间作用力增大，聚合物熔体的黏度也随之增大，有些甚至会增大十倍以上，如当压力从56MPa升高到183MPa时，高密度聚乙烯黏度会增大5.7倍，而聚苯乙烯的黏度可增大135倍。聚合物熔体的黏度和其自身的分子结构有关。对于不同的聚合物熔体，其黏度对压力的敏感程度也不同。如图1-6所示是在应力与温度恒定时几种聚合物黏度和压力的关系。由图1-6可见，黏度与压力成正比。在成型时单纯依靠提高压力来增强聚合物熔体的充模能力是不合适的。因为压力增高，聚合物熔体的黏度增大，流动性降低，反而影响了其充模能力。同时过大的压力还会造成设备功率消耗过大，以及设备的过度磨损。

实际生产中，压力和温度是共同作用的，增大压力和降低温度都可以使聚合物熔体的黏度降低，提高流动性，改善充模能力。在塑料正常的加工温度范围内，增加压力对黏度的影响和降低温度对黏度的影响具有相似性。这种在生产过程中通过改变压力和温度都能获得同样的黏度变化的效应称为压力—温度的等效应。例如，对于一些聚合物，当压力增加到100MPa时，熔体黏度的变化相当于温度下降30～50℃。

一般在黏度不变的情况下，聚合物温度变化和压力变化的等效值为（0.3～0.9℃）/MPa，这一数值不依赖于相对分子质量。

3.剪切速率对黏度的影响

多数聚合物的熔体属于非牛顿流体中的假塑性流体，黏度随剪切速率的增大而降低，不同种类的塑料对剪切速率的敏感程度也有差别。如图1-7所示为几种热塑性聚合物的表观黏度与剪切应力的关系。在聚合物成型中，对于黏度对剪切速率敏感的一类聚合物，如聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）等，可以通过调整剪切速率来改变熔体的黏度。但需要注意的是，对剪切速率敏感程度高的熔体，剪切速率的波动对熔体的流动性影响大，会造成塑件质量的显著差别。提高剪切速率的方法有增大注射压力或减小浇口尺寸。对剪切速率不敏感的聚合物，如聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）和聚酰胺（PA）等，可通过调整对其黏度影响更大的其他工艺参数（温度、压力）来改变熔体的黏度。

在聚合物成型加工中，一般塑料的剪切速率范围是固定的，表1-1列出了塑料在成型时的剪切速率范围。如何合理控制各种因素，使黏度保持在一个合理范围是成型加工中的关键。

在一定的成型工艺条件下，黏度是描述塑料熔体在成型过程中流动与变形的最重要的参数，聚合物熔体黏度的大小直接影响塑料成型过程的难易。如果黏度过大，则塑件的大小受到限制，而且充型困难；如果黏度过小，则溢料现象严重，影响塑件的成型质量。生产中应根据聚合物的种类及性能，选择最佳成型温度、压力、剪切速率以及模具结构等工艺条件，以保证成型能在最佳条件下进行。

四、塑料的工艺性能

塑料与成型工艺、成型质量有关的各种性能，统称为塑料的工艺性能。塑料的工艺性能直接关系到塑料成型和塑件质量，同时也影响着模具的设计要求。下面分别介绍热塑性塑料和热固性塑料的主要工艺性能。

（一）热塑性塑料的工艺性能

热塑性塑料的工艺性能除了热力学性能、结晶性、取向性外，还有收缩性、流动性、热敏性、水敏性、吸湿性、相容性等。

1.收缩性

塑料通常在高温熔融状态下充满模具型腔而成型，当塑件从塑模中取出冷却到室温后，其尺寸会比原来在塑模中的尺寸减小，这种特性称为收缩性。它可用单位长度塑件收缩量的百分数来表示，即收缩率（S）。

由于这种收缩不仅是塑件本身的热胀冷缩造成的，而且还与各种成型工艺条件及模具因素有关，因此成型后塑件的收缩称为成型收缩。可以通过调整工艺参数或修改模具结构，改变塑件尺寸的变化情况。

成型收缩分为尺寸收缩和后收缩两种形式，两者都具有方向性。

① 塑件的尺寸收缩是指由于塑件的热胀冷缩以及塑件内部的物理、化学变化等原因，导致塑件脱模冷却到室温后发生的尺寸缩小现象。在设计模具的成型零部件时必须通过设计对尺寸收缩进行补偿，从而避免塑件尺寸出现超差。

② 塑件的后收缩是指塑件成型时，因其内部物理、化学及力学变化等因素产生一系列应力，塑件成型固化后存在残余应力，塑件脱模后各种残余应力的作用使塑件尺寸再次缩小的现象。通常，一般塑件脱模后10h内的后收缩较大，24h后基本定型，但要达到最终定型，则需要很长时间。一般热塑性塑料的后收缩大于热固性塑料。注射和压注成型的塑件后收缩大于压缩成型的塑件。

为稳定塑件成型后的尺寸，有时根据塑料的性能及工艺要求，塑件在成型后需要进行热处理，热处理也会导致塑件的尺寸发生收缩，称为后处理收缩。在设计高精度塑件的模具时应补偿后收缩和后处理收缩产生的误差。

③ 塑件收缩的方向性。塑料在成型过程中高分子沿流动方向的取向效应会导致塑件的各向异性，塑件的收缩必然会因方向的不同而不同。通常沿料流的方向收缩大、强度高，而与料流垂直的方向收缩小、强度低。同时，由于塑件各个部位添加剂分布不均匀，密度不均匀，故收缩也不均匀，从而产生收缩差。这容易造成塑件翘曲、变形甚至开裂。

塑件成型收缩率分为实际收缩率与计算收缩率。实际收缩率表示模具或塑件在成型温度下的尺寸与塑件在常温下的尺寸之间的差别。计算收缩率则表示在常温下模具的尺寸与塑件的尺寸之间的差别。计算公式如下：

式中，S′——实际收缩率；

S——计算收缩率；

LC——塑件或模具在成型温度下的尺寸；

LS——塑件在常温下的尺寸；

Lm——模具在常温下的尺寸。

因为实际收缩率与计算收缩率相差很小，所以在普通中、小模具设计中常采用计算收缩率来计算型腔及型芯等的尺寸。而在大型、精密模具设计中一般采用实际收缩率来计算型腔及型芯等的尺寸。

在实际成型时，不仅不同塑料品种的收缩率不同，而且同一品种塑料的不同批号或同一塑件的不同部位的收缩率也常不同。影响收缩率的主要因素有以下4个。

（1）塑料的品种

各种塑料都有其各自的收缩率范围。即使是同一种塑料，由于相对分子质量、填料及配比等不同，其收缩率及各向异性也各不相同。

（2）塑件结构

塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、嵌件数量及布局等，对收缩率有很大影响。一般塑件壁厚越大，收缩率越大；形状复杂的塑件的收缩率小于形状简单的塑件的收缩率；有嵌件的塑件因嵌件阻碍和激冷，导致收缩率减小。

（3）模具结构

塑模的分型面、加压方向及浇注系统的结构形式、布局及尺寸等直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成型时间，对收缩率及方向性影响很大，挤出和注射成型更为突出。

（4）成型工艺条件

模具的温度、注射压力、保压时间等成型条件对塑件收缩率均有较大影响。模具温度高，熔料冷却慢，密度大，收缩率大。尤其是结晶塑料，因其体积变化大，故其收缩率更大。模具温度是否分布均匀也直接影响塑件各部分收缩量的大小和方向性。此外，注射压力高，熔料黏度小，脱模后弹性恢复大，收缩率减小。保压时间长则收缩率小，但方向性明显。

由于收缩率不是一个固定值，而是在一定范围内波动，收缩率的变化将引起塑件尺寸变化，因此，在模具设计时应根据塑料的收缩范围、塑件壁厚、形状、进料口形式、尺寸、位置成型因素等综合确定塑件各部位的收缩率。对精度高的塑件应选取收缩率波动范围小的塑料，并留有修模余地，试模后逐步修正模具，以达到塑件尺寸、精度要求。

2.流动性

在成型过程中，塑料熔体在一定的温度、压力下充填模具型腔的能力称为塑料的流动性。塑料的流动性在很大程度上直接影响成型工艺的参数，如成型温度、压力、周期、模具浇注系统的尺寸及其他结构参数。在确定塑件大小和壁厚时，也要考虑流动性的影响。

流动性的大小与塑料的分子结构有关，具有线型分子而没有或很少有交联结构的树脂流动性大。塑料中加入填料，会降低树脂的流动性；而加入增塑剂或润滑剂，则可提高塑料的流动性。塑件合理的结构设计也可以改善流动性，如在流道和塑件的拐角处采用圆角结构，可以改善熔体的流动性。

塑料的流动性对塑件质量、模具设计以及成型工艺影响很大。流动性差的塑料，不容易充满型腔，易产生缺料或熔接痕等缺陷，因此需要较大的成型压力才能成型。相反，流动性好的塑料，可以用较小的成型压力充满型腔。但流动性太好，会在成型时产生严重的溢料飞边。因此，在塑件成型过程中，选用塑件材料时，应根据塑件的结构、尺寸及成型方法选择流动性适当的塑料，以获得满意的塑件。此外，模具设计时应根据塑料流动性考虑分型面和浇注系统及进料方向，选择成型温度时也应考虑塑料的流动性。

塑料流动性的测定采用统一的方法，对热塑性塑料通常有熔融指数测定法和螺旋线长度试验法。熔融指数测定法是将被测塑料装入如图1-8所示的熔体流动速率测试仪内，在一定温度和负荷下，测定其熔体在10min内通过标准毛细管（直径为2.09mm的出料孔）的质量，该值称为熔融指数。它是反映塑料在熔融状态下流动性的一个量值，熔融指数越大，流动性越好。熔融指数的单位是g/10min，通常以MI表示。

按照模具设计要求，热塑性塑料可分为以下三类：

① 流动性好的塑料，如聚酰胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素和聚甲基戊烯等。

② 流动性中等的塑料，如改性聚苯乙烯（HIPS）、ABS、AS、聚甲基乙烯酸甲酯、聚甲醛和氯化聚醚等。

③ 流动性差的塑料，如聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜和氟塑料等。

塑料流动性的影响因素主要有：

① 温度。料温高，则塑料流动性好，但料温对不同塑料的流动性影响各不相同，聚苯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS、AS、聚碳酸酯、醋酸纤维素等塑料的流动性受温度变化的影响较大，而聚乙烯、聚甲醛的流动性受温度变化的影响较小。

② 压力。注射压力大，则熔料受剪切作用大，流动性好，尤其是聚乙烯、聚甲醛对此十分敏感。但过高的压力会使塑件产生应力，并且会降低熔体黏度，形成飞边。

③ 模具结构。浇注系统的形式、尺寸、布置、型腔表面粗糙度、浇道截面厚度、型腔形式、排气系统和冷却系统设计、熔料流动阻力等因素都直接影响熔料的流动性。

凡是促使熔料温度降低、流动阻力增大的因素（如塑件壁厚太小，转角处采用尖角等），就会降低熔料的流动性。表1-2列出了成型方法与适宜的熔融指数。

3.热敏性

各种塑料的化学结构在热量作用下均有可能发生变化，某些热稳定性差的塑料，在料温高和受热时间长的情况下就会发生降解、分解、变色，这种对热量的敏感程度称为塑料的热敏性。热敏性很强的塑料（即热稳定性很差的塑料）通常简称为热敏性塑料，如硬聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚甲醛等。这种塑料在成型过程中很容易在不太高的温度下发生热分解、热降解，或在受热时间较长的情况下发生过热降解，从而影响塑件的性能和表面质量。

热敏性塑料熔体在发生热分解或热降解时，会产生各种分解物，有的分解物会对人体、模具和设备产生刺激、腐蚀或带有一定毒性；有的分解物还是加速该塑料分解的催化剂，如聚氯乙烯分解产生氮化氢，能起到进一步加剧高分子分解的作用。

为了避免热敏性塑料在加工成型过程中发生热分解现象，在成型时，可在塑料中加入热稳定剂，也可采用合适的设备（螺杆式注射机），严格控制成型温度、模温、加热时间、螺杆转速及背压等。另外还要及时清除分解产物，设备和模具应采取防腐等措施。

4.水敏性

塑料的水敏性是指塑料在高温、高压下对水降解的敏感性。例如，聚碳酸酯即是典型的水敏性塑料，即使含有少量水分，在高温、高压下也会发生分解。因此，水敏性塑料成型前必须严格控制水分含量，进行干燥处理。

5.吸湿性

吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。根据吸湿性，塑料大致可分为两类：一类是具有吸水或黏附水分性能的塑料，如聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜、ABS等；另一类是既不吸水也不易黏附水分的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。

凡是具有吸水倾向的塑料，如果在成型前水分没有去除，含量超过一定限度，那么在成型加工时，水分将会变为气体并促使塑料发生分解，导致塑料起泡和流动性降低，造成成型困难，而且使塑件的表面质量和机械性能降低。因此，为保证成型的顺利进行和塑件的质量，对吸水性和黏附水分倾向大的塑料，在成型前必须除去水分，进行干燥处理，必要时还应在注射机的料斗内设置红外线加热。

6.相容性

相容性是指两种或两种以上不同品种的塑料，在熔融状态下不产生相分离现象的能力。如果两种塑料不相容，则混熔时制件会出现分层、脱皮等表面缺陷。不同塑料的相容性与其分子结构有一定关系，分子结构相似者较易相容，如高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯彼此之间的混熔等；分子结构不同者较难相容，如聚乙烯和聚苯乙烯之间的混熔。塑料的相容性又称为共混性。通过塑料的这一性质，可以得到类似共聚物的综合性能，是改进塑料性能的重要途径之一。

（二）热固性塑料的工艺性能

热固性塑料和热塑性塑料相比，塑件具有尺寸稳定性好、耐热性好和刚性大等特点。热固性塑料的工艺性能明显不同于热塑性塑料，其主要性能指标有收缩率、流动性、比容（比体积）与压缩率、水分和挥发物的含量、固化特性等。

1.收缩率

同热塑性塑料一样，热固性塑料经成型冷却也会发生尺寸收缩，其收缩率的计算方法与热塑性塑料相同。产生收缩的主要原因有以下几个。

（1）热收缩

热收缩是由于热胀冷缩而使塑件成型冷却后所产生的收缩。塑料的主要成分是树脂，其线膨胀系数比钢材大几倍至几十倍，塑件从成型加工温度冷却到室温时，会产生远远大于模具尺寸收缩的收缩，收缩量可以用塑料的线膨胀系数来判断。热收缩与模具的温度成正比，是成型收缩中主要的收缩因素之一。

（2）结构变化引起的收缩

热固性塑料在成型过程中由于发生了交联反应，分子由线型结构变为网状结构，分子链间距缩小，结构变得紧密，故产生了体积变化。这种由结构变化引起的收缩，在进行到一定程度时就不会继续产生了。

（3）弹性恢复

塑件从模具中取出后，作用在塑件上的压力消失，由于塑件固化后并非刚性体，脱模时会产生弹性恢复，从而造成塑件体积的负收缩（膨胀）。在成型以玻璃纤维和布为填料的热固性塑料时，这种情况尤为明显。

（4）塑性变形

塑件脱模时，成型压力迅速降低，但模壁紧压在塑件的周围，使其产生塑性变形。发生变形部分的收缩率比没有变形部分的大，因此塑件往往在平行于加压方向收缩较小，在垂直于加压方向收缩较大。为防止两个方向的收缩率相差过大，可采用迅速脱模的方法补救。

影响收缩率的因素与热塑性塑料也相同，有原材料、模具结构、成型方法及成型工艺条件等。塑料中树脂和填料的种类及含量，也直接影响收缩率。当所用树脂在固化反应中放出的低分子挥发物较多时，收缩率较大；放出的低分子挥发物较少时，收缩率较小。

凡有利于提高成型压力、增大塑料充模流动性、使塑件密实的模具结构，均能减小塑件的收缩率，如压缩或压注成型的塑件比注射成型的塑件收缩率小。凡能使塑件密实、成型前使低分子挥发物溢出的工艺因素，都能使塑件收缩率减小，如成型前对酚醛塑料的预热、加压等。

2.流动性

流动性的意义与热塑性塑料的流动性类似，但热固性塑料的流动性通常以拉西格流动性来表示。

拉西格流动性试验法示意图如图1-9所示。将一定质量的欲测塑料预压成圆锭，将圆锭放入压模中，在一定温度和压力下，测定它从模孔中挤出的长度（粗糙部分不计在内），此即拉西格流动性。拉西格流动性的单位为mm，其数值越大，则流动性越好；反之，则流动性越差。

每一种塑料的流动性可分为三个不同等级：

① 拉西格流动性值为100～131mm，用于压制无嵌件、形状简单、厚度一般的塑件。

② 拉西格流动性值为131～150mm，用于压制中等复杂程度的塑件。

③ 拉西格流动性值为150～180mm，用于压制结构复杂、型腔很深、嵌件较多的薄壁塑件或用于压注成型。

塑料的流动性除了与塑料性质有关外，还与模具结构、表面粗糙度、预热及成型工艺条件有关。

3.比容（比体积）与压缩率

比容是单位质量的松散塑料所占的体积，单位cm3/g。压缩率为塑料与塑件两者体积的比值，其值恒大于1。比容与压缩率均表示粉状或短纤维塑料的松散程度，均可用来确定压缩模加料腔容积的大小。

比容和压缩率较大时，要求加料腔容积大，同时也说明塑料内充气多，排气困难，成型周期长，生产率低；比容和压缩率较小时，有利于压锭和压缩、压注。但比容太小，则以容积法装料会造成加料量不准确。各种塑料的比容和压缩率是不同的。同一种塑料，其比容和压缩率又因塑料形状、颗粒度及均匀性不同而异。

4.水分和挥发物的含量

塑料中的水分和挥发物来自两方面，一是生产过程中遗留下来及成型之前在运输、保管期间吸收的，二是成型过程中化学反应产生的副产物。塑料中的水分和挥发物含量大，会促使流动性升高，易产生溢料，成型周期增长，收缩率增大，塑件易产生气泡、组织疏松、变形翘曲、波纹等缺陷。塑料中的水分和挥发物含量过小，会造成流动性降低，成型困难，同时也不利于压锭。

对于第一种来源的水分和挥发物，可在成型前进行预热干燥；而对于第二种来源的水分和挥发物（包括预热干燥时未除去的水分和挥发物），应在模具设计时采取相应措施（如开排气槽或压制操作时设排气工步等）。

水分和挥发物的含量，采用12±0.12g实验用料在103～105℃烘箱中干燥30min后，测其前后质量差求得，其计算公式为：

式中，X——水分和挥发物的含量；

Δm——塑料干燥的质量损失（g）；

M——塑料干燥前的质量（g）。

5.固化特性

固化特性是热固性塑料特有的性能，是指热固性塑料成型时完成交联反应的过程。固化速度通常以塑料试样固化1mm厚度所需要的秒数来表示，单位为s/mm，数值越小，固化速度就越快。合理的固化速度不仅与塑料品种有关，而且与塑件形状、壁厚、模具温度和成型工艺条件有关，如采用预压的锭料、预热、提高成型温度、增加加压时间都能显著加快固化速度。此外，固化速度还应适应成型方法的要求。例如，压注或注射成型时，应要求在塑化、填充时交联反应慢，以保持长时间的流动状态；但当充满型腔后，在高温、高压下应快速固化。固化速度慢的塑料，会使成型周期变长，生产率降低；固化速度快的塑料，则不易成型大型复杂的塑件。

五、常用塑料

（一）塑料的分类

塑料的品种很多，目前，世界上已制造出300多种可加工的塑料原料（包括改性塑料），常用的有30多种。塑料分类的方法也很多，常用的分类方法有以下两种。

1.根据塑料中树脂的分子结构分类

（1）热塑性塑料

热塑性塑料中树脂的分子结构呈线型或支链型，常称为线型聚合物。它在加热时可制成一定形状的塑件，冷却后保持已定型的形状。如再次加热，又可软化熔融，可再次制成一定形状的塑件，还可反复多次进行，具有可逆性。在上述成型过程中一般无化学变化，只有物理变化。由于热塑性塑料具有上述可逆的特性，因此在塑料加工中产生的边角料及废品可以回收粉碎成颗粒后掺入原料中利用。但是，这种可逆性的次数是有限的，塑料每回收熔化一次，其脆化温度Tb就会上升，则成型塑件的脆性就会增加，性能下降。因此，对于重要塑件一般不掺入回收料，即使是一般塑件，为保证塑件质量，掺入的回收料一般也不能超过30%。

（2）热固性塑料

热固性塑料在受热之初也具有链状或树枝状结构，同样具有可塑性和可熔性，可制成一定形状的塑件。当继续加热时，这些链状或树枝状分子主链间形成化学键结合，逐渐变成网状结构（称为交联反应）。当温度升高到一定值后，交联反应进一步进行，分子最终变为体型结构，成为既不熔化又不溶解的物质（称为固化）。当再次加热时，由于分子的链与链之间产生了化学反应，塑件形状固定下来不再变化。塑料不再具有可塑性，直到在很高的温度下被烧焦炭化，其具有不可逆性。在成型过程中，既有物理变化，又有化学变化。由于热固性塑料具有上述特性，故加工中的边角料和废品不可回收再利用。

显然，热固性塑料的耐热性能比热塑性塑料好。常用的酚醛、不饱和聚酯等均属于热固性塑料。

热塑性塑料常采用注射、挤出、吹塑等方法成型。热固性塑料常采用压缩成型，也可以采用注射成型。

塑料的主要成分是高分子聚合物，塑料常常用聚合物的名称命名，因此，塑料的名称大多烦琐，说与写均不方便，所以常用国际通用的英文缩写字母来表示。

2.根据塑料性能及用途分类

（1）通用塑料

通用塑料指的是产量大、用途广、价格低、性能普通的塑料，通常用做非结构材料。世界上公认的六大类通用塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料，其产量约占世界塑料总产量的75%以上。

（2）工程塑料

工程塑料是指能成型产品结构零件的塑料。除具有较高的机械强度外，这类塑料的耐磨性、耐腐蚀性、耐热性、自润滑性及尺寸稳定性等均比通用塑料优良。它们具有某些金属特性，因而在机械制造、轻工、电子、日用等工程技术部门得到广泛应用。

（3）特殊塑料（功能塑料）

特殊塑料指那些具有特殊功能、适合某种特殊场合使用的塑料，主要有医用塑料、光敏塑料、导磁塑料、超导电塑料、耐辐射塑料、耐高温塑料等。其主要成分是树脂，有些是专门合成的树脂，也有一些是采用通用塑料和工程塑料用树脂进行特殊处理或改性后获得特殊性能。这类塑料产量小，性能优异，价格昂贵。

随着塑料应用范围越来越广，工程塑料和通用塑料之间的界限已难以划分，而通用塑料经过改性，也具有工程塑料的性能，可作为结构零件使用，如改性聚苯乙烯（HIPS）可用做电子产品结构零件。

（二）塑料的选用

1.热塑性塑料

1）聚乙烯（PE）

（1）基本特性

聚乙烯塑料由乙烯单体经聚合而成，按聚合时采用的生产压力的高低可分为高压、中压和低压聚乙烯三种。低压聚乙烯又称高密度聚乙烯（HDPE），具有较高的刚性、强度和硬度，但柔韧性、透明性较差。高压聚乙烯又称低密度聚乙烯（LDPE），具有较好的柔软性、耐寒性、耐冲击性，但耐热、耐光、耐氧化能力差，易老化。

聚乙烯无毒、无味，外观上是白色蜡状固体，微显角质状，柔而韧，比水轻；除薄膜外，其他制品皆不透明；有一定的机械强度，但与其他塑料相比除冲击强度较高外，其他力学性能绝对值在塑料材料中都是较低的。聚乙烯有优良的介电绝缘性，介电性能稳定；化学稳定性好，能耐稀硫酸、稀硝酸及其他任何浓度的酸、碱、盐的侵蚀；除苯及汽油外，一般不溶于有机溶剂；其透水汽性能较差，而透氧气、二氧化碳及许多有机物质蒸气的性能好；聚乙烯极易燃烧，是最易燃烧的塑料品种之一。聚乙烯制品受到日光照射后，最终会老化变脆。聚乙烯的耐低温性能较好，在-60℃下仍具有较好的力学性能，但其使用温度不高，一般LDPE的使用温度在80℃左右，HDPE的使用温度在100℃左右。

（2）主要用途

聚乙烯是产量最大、应用最广的塑料品种之一，高密度聚乙烯可用于制造塑料管、各种型材、单丝以及承载不高的零件，低密度聚乙烯常用于制造塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和电线、电缆包皮等。

（3）成型特点

聚乙烯的成型加工是在熔融状态下进行的。成型时，收缩率大，在流动方向与垂直方向上的收缩差异大，易产生变形和缩孔。成型时的熔体温度一般高出聚乙烯熔融温度30～50℃。它可采用多种成型加工，如注塑、挤出、中空吹塑、薄膜压延、大型中空制品滚塑、发泡成型等。聚乙烯质软易脱模，制品有浅的侧凹时可强行脱模。

2）聚氯乙烯（PVC）

（1）基本特性

聚氯乙烯树脂是白色或淡黄色的粉末，纯聚合物的透气性和透湿率都较低。硬聚氯乙烯不含或少含增塑剂，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能；软聚氯乙烯含有较多的增塑剂，柔软性、断裂伸长率较好，但硬度、抗拉强度较低。聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，聚氯乙烯电性能受电场频率的影响，只可以用做低频绝缘材料。其化学稳定性也较好，但在现有的塑料材料中，聚氯乙烯是热稳定性较差的材料之一，对光及机械作用都比较敏感。

（2）主要用途

聚氯乙烯是世界上产量最大的塑料品种之一。由于聚氯乙烯的化学稳定性好，所以可用于制造防腐管道等。聚氯乙烯电气绝缘性能优良，在电气、电子工业中用于制造插座、插头、开关、电缆等。聚氯乙烯在日常生活中用于制造门窗框架、室内地板装饰材料、各种板材，以及家具、玩具、运动器材、包装涂层等。

（3）成型特点

聚氯乙烯可以采用注塑、挤出、吹塑、压延、搪塑、发泡等成型工艺。聚氯乙烯在成型温度下容易分解，所以必须加入稳定剂和润滑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间。与一般热塑性塑料不同，聚氯乙烯原料通常是粉末状的，注射前必须造粒，才可加入注射机料斗。

3）聚丙烯（PP）

（1）基本特性

聚丙烯无味、无毒，外观似聚乙烯，呈白色的半透明蜡状，是通用塑料中最轻的聚合物。聚丙烯强度比聚乙烯高，特别是经定向后的聚丙烯具有极高的抗弯曲疲劳强度，可制造铰链。聚丙烯耐热性好，可在107～121℃下长期使用，无外力作用时，使用温度可达150℃。聚丙烯是通用塑料中唯一能在水中煮沸且在135℃蒸汽中消毒而不被破坏的塑料，因此可用于制造医疗器具。聚丙烯不受环境湿度及电场频率改变的影响，是优良的介电和电绝缘材料。聚丙烯低温脆性明显。在有铜存在的情况下，很快发生氧化降解，使聚丙烯脆化（称为铜害作用），一般在聚丙烯中都要加入抑铜剂。

（2）主要用途

聚丙烯可用于制造医疗器具，如注射器、盒、输液袋、输血工具；一般机械零件以及自带铰链、盖体合一的箱壳类制件，如汽车方向盘、蓄电池壳等。

（3）成型特点

聚丙烯有良好的注塑成型工艺性，可以挤出成型管材、板材等型材，也可以挤成单丝，还可以挤出吹塑薄膜，特别是双轴拉伸薄膜。聚丙烯吸湿性弱，仅为0.01%～0.03%，成型加工前一般不需要对粒料进行干燥。聚丙烯受热时容易氧化降解，应尽量缩短受热时间，并尽量避免受热时与氧接触。

4）聚苯乙烯（PS）

（1）基本特性

聚苯乙烯是由苯乙烯聚合而成的，是无色、无味、无毒的透明刚性硬固体，具有优良的光学性能，易燃烧。聚苯乙烯易于着色，具有良好的电学性能，尤其是高频绝缘性。导热率较小，是较良好的绝热保温材料。聚苯乙烯在热塑性塑料中是典型的硬而脆塑料，并具有较高的热膨胀系数。近几十年来，发展了改性聚苯乙烯和以苯乙烯为基体的共聚物HIPS（俗称不碎胶），扩大了聚苯乙烯的实际用途。

（2）主要用途

聚苯乙烯由于价廉易得、透明、加工性能好、绝缘性优、易印刷与着色，所以用途广泛。在工业上，可用于制造仪器仪表零件、灯罩、透明模型、绝缘材料、接线盒、绝热保温材料、冷藏冷冻装置绝热层、建筑用绝热构件等。在日用品方面，可用于制造包装材料、装饰材料、各种容器、玩具等。HIPS正越来越多地用于制造电子产品的重要塑件，如空调机外壳、低端手机面板及后盖、收音机和录音机外壳及玩具外壳等，有效降低了电子产品的成本。

（3）成型特点

聚苯乙烯可以采用挤出、热成型、旋转模塑、吹塑、发泡等多种成型工艺，其中注塑、挤出、发泡是最常采用的工艺方法。聚苯乙烯吸湿率很小，成型加工前一般不需要专门的干燥工序。流动性和成型性优良，成品率高，但容易产生内应力而出现裂纹。成型制品的脱模斜度不宜过小，顶出要均匀。由于热膨胀系数大，制品中不宜有嵌件。宜用高料温、低注射压力成型并延长注射时间，以防止缩孔及变形，但料温过高，容易出现银丝。因流动性好，模具设计中大多采用点浇口形式。

5）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）

（1）基本特性

ABS是由丙烯腈（A）、丁二烯（B）、苯乙烯（S）共聚生成的三元共聚物，外观上是淡黄色非晶态树脂，不透明。ABS具有良好的综合力学性能，俗称超不碎胶。丙烯腈使ABS有较好的耐热性、耐化学腐蚀性及较高的表面硬度；丁二烯使ABS具有良好的弹韧性、耐寒性以及较高的抗冲击强度和抗拉强度；苯乙烯使ABS具有良好的成型加工性、着色性和介电特性，使ABS制品的表面光洁。ABS有较高的机械强度和抗冲击强度，有一定的耐油性以及稳定的化学性能和电气性能。ABS具有可燃性，引燃后可缓慢燃烧。

（2）主要用途

ABS具有良好的综合力学性能、精良的外观和优良的喷油着色性，多用于制造高档电子产品的塑料外壳，如高档音响设备、数码电子产品、高档运动器材和高档玩具等。

（3）成型特点

ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理。注射是ABS最重要的成型方法，可采用柱塞式注射机。ABS在升温时黏度增高，易产生熔接痕，成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大。

6）聚酰胺（PA）

（1）基本特性

聚酰胺又称尼龙，无毒、无味，是白色或淡黄色的角质状固体。聚酰胺具有优良的力学性能，抗拉、抗压、耐磨。其抗冲击强度比一般塑料有显著提高，其中以尼龙66最优。作为机械零件材料，聚酰胺具有良好的消音效果和自润滑性能。聚酰胺还具有良好的耐化学性、气体透过性、耐油性和电性能。但当温度超过60℃时，性能下降明显，主要变化是发暗、变脆、力学性能下降。在100℃的户外环境下暴露，寿命仅为4～6周。炭黑是聚酰胺的有效防老化剂。聚酰胺是塑料中吸湿性最强的品种之一，收缩率大，常常因吸水而引起尺寸的变化。

（2）主要用途

聚酰胺在工业上被广泛地用来制造轴承、齿轮等机械零件和降落伞、刷子、梳子、拉链、球拍等。

（3）成型特点

聚酰胺吸湿性强，成型加工前必须充分干燥。聚酰胺常采用注塑成型和挤出成型，熔融黏度低，流动性好，注塑中会有流涎现象，容易产生飞边。易吸潮，制品尺寸变化大。成型时排出的热量多，模具上应设计冷却均匀的冷却回路。熔融状态的尼龙热稳定性较差，高温下易氧化降解，超过300℃就会分解，因此，不允许尼龙在高温料筒内停留时间过长。

7）聚四氟乙烯（PTFE）

（1）基本特性

聚四氟乙烯是较柔软的白色结晶型聚合物，是现有塑料材料中密度最大的品种。聚四氟乙烯是典型的软而脆聚合物，刚度、硬度、强度都较小。受载时容易出现蠕变现象，是典型的具有冷流性的塑料。摩擦系数是现有塑料中最小的。具有极优良的耐高、低温性能，在-250～260℃之间可长时间工作。具有优良的介电和电绝缘性，且基本上不受电场频率的影响。吸湿性极小，耐大气老化性很突出。

（2）主要用途

聚四氟乙烯可用于制造防腐零部件和电线、电缆包覆外层，在印刷线路板中以覆铜层压板的形式应用。聚四氟乙烯还可用于制造各种密封圈、密封垫、活塞环、轴承、支撑滑块、导向环等。聚四氟乙烯也可以用于塑料加工及食品工业，以及制造医疗用高温消毒用品、外科手术的代用血管、消毒保护品、贵重药品包装、耐高温的蒸汽软管。

（3）成型特点

聚四氟乙烯只能采用类似粉末冶金的方法加工，冷压成坯后再进行烧结，属于结晶型聚合物，结晶度大小对制品成型性能影响颇大。热导率较小，烧结时需要将冷压的坯料从室温升至较高的烧结温度，加热速率过快易造成部分材料过热分解。聚四氟乙烯分解会产生有毒气体氟。聚四氟乙烯线膨胀系数大，坯料加热至烧结温度以及热结后的制品冷却至室温，尺寸变化比较大。

8）聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）

（1）基本特性

聚甲基丙烯酸甲酯俗称有机玻璃，又称亚加力，在热塑料中透明度是最高的，白光的穿透性高达92%。PMMA制品具有很低的双折射率和室温蠕变特性。随着负荷加大、时间增长，可产生应力开裂现象。PMMA具有较好的抗冲击特性，其密度只有无机玻璃的一半，抗冲击强度却是它的10倍。耐气候变化特性优良。黏度大，吸水性小，对制品的尺寸影响很大。表面强度不高，易划伤，质脆，易开裂。燃烧时无火焰，最大允许含水量为0.05%。

（2）主要用途

PMMA主要应用于汽车工业（信号灯设备、仪表盘等）、医药行业（储血容器等）、工业应用（光盘、灯光散射器）、日用消费品（饮料杯、文具等）等。电子产品方面主要用于制造导光柱及低端照相机的镜头等。

（3）成型特点

PMMA具有吸湿性，加工前必须进行干燥处理。PMMA黏度大，流动性稍差，因此必须高料温、高注射压力注塑成型，其中注射温度的影响大于注射压力，但注射压力提高，有利于改善产品的收缩率。注射温度范围较大，熔融温度为160℃，而分解温度达270℃，因此料温调节范围大，工艺性较好。从注射温度着手，可改善流动性；提高模温，可改善冷凝过程，克服抗冲击性差、耐磨性不好、易划花、易脆裂等缺陷。

9）聚碳酸酯（PC）

（1）基本特性

聚碳酸酯是无色或微黄色透明的坚韧固体，俗称防弹胶。该聚合物透光率可达89%，无味、无毒，硬度大于聚甲基丙烯酸甲酯，作为透明材料，表面不易划伤。具有良好的综合力学性能，但耐疲劳性差，缺口敏感性较明显。耐热性能好，热变形温度和连续使用温度高于几乎所有的热塑性通用塑料。耐寒性强，脆化温度为-100℃，可以在-70℃条件下长时间工作。可在较大温度范围内保持良好的电性能。有较强的氧化稳定性、耐臭氧性，但在潮湿环境及强烈日照条件下会产生表面裂纹并发暗。聚碳酸酯是良好的紫外光吸收剂，升高温度会使其老化加速。

（2）主要用途

聚碳酸酯具有非常优越的机械性能，并具有透光性好的优良外观性能，所以通常用于制造高档计算机显示器、键盘、鼠标外壳和高端手机面板、后盖，也可制造耐冲击、耐热的防弹玻璃、高档室外灯具外壳。由于克服了聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）表面易划伤的缺陷，聚碳酸酯广泛用于生产树脂镜片。

（3）成型特点

聚碳酸酯虽然吸水性小，但由于其在高温时对水较敏感，所以加工前必须干燥。可以采用注射、挤出、吹塑、旋塑、热成型和发泡等成型方法。熔融黏度对温度比较敏感，熔融黏度大，流动性低，成型时要求有较高的成型温度和压力。

10）聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物混合物（PC/ABS）

（1）基本特性

PC/ABS具有PC和ABS两者的综合特性，如ABS的易加工特性、PC的优良机械特性和热稳定性。二者的比例影响PC/ABS材料的热稳定性。PC/ABS这种混合材料还显示出了优良的流动特性。

（2）主要用途

PC/ABS由于兼顾了PC的优良机械性能和ABS的成型工艺性，现在广泛用于制造高档电子产品的外壳，如计算机机箱面板和侧板、显示器外壳、数码相机和摄像机外壳、手机面板和后盖等。

（3）成型特点

PC/ABS加工前必须进行干燥处理，湿度应小于0.04%。熔化温度为230～300℃。模具温度为50～100℃。注射压力比PC相应降低，注射速度要求比较高。

11）聚甲醛（POM）

（1）基本特性

聚甲醛为白色粉末状固体或粒状固体，表面光滑且有光泽和滑腻感，硬而致密，呈现出半透明或不透明的特点。它的硬度大，弹性模量高，刚性好，冲击强度、弯曲强度和疲劳强度高，耐磨性优良，有较小的蠕变性和吸水性，所以俗称赛钢。聚甲醛的热分解温度较低，属热敏性塑料，最高连续使用温度不高。在室温下具有较好的耐溶剂性。在潮湿的环境中能保持尺寸和形状的稳定性。聚甲醛的热稳定性和热氧稳定性差，耐候性不好，经大气老化后性能一般都要下降。

（2）主要用途

PC/ABC广泛应用于代替各种有色金属和合金制造汽车、机械、仪表、农机、化工等行业的各种零部件。

（3）成型特点

聚甲醛吸湿性较小，水分对其成型工艺影响较小，一般可不干燥。聚甲醛最主要的加工方法是注射和挤出，还可以进行吹塑、焊接、机械加工、表面施彩等。聚甲醛熔融温度范围小，热稳定性差，加工温度不宜超过250℃，熔体不宜在料筒中停留过长时间。在保证物料充分塑化的条件下应尽量降低温度，并提高注射压力和速度，增强熔料充模能力。结晶度高，体积收缩率大，需要采用保压补料方式防止收缩。聚甲醛熔体凝固速度很快，会造成充模困难，以及制品表面出现褶皱、毛斑、熔接痕等缺陷。制品有浅的侧凹时可强行脱模。

12）聚砜（PSF）

（1）基本特性

聚砜是分子主链中含有支链的热塑性树脂，有聚芳砜和聚醚砜两种。PSF是略带琥珀色非晶型透明或半透明聚合物，力学性能优异，刚性大，耐磨，耐高强度，在高温下保持优良的机械性能是其突出的优点。其工作温度范围为-100～150℃，长期使用温度为160℃，短期使用温度为190℃，热稳定性高，耐水解，尺寸稳定性好，能进行一般机械加工和电镀。PSF抗蠕变性能比聚碳酸酯还好。无毒，耐辐射，耐燃，有自熄性。在较大的温度和频率范围内有优良的电性能。化学稳定性好，在无机酸、碱的水溶液、醇、脂肪烃中不受影响，但对酮类、氯化烃不稳定，不宜在沸水中长期使用。耐紫外线和耐气候性较差，耐疲劳强度低。

（2）主要用途

PSF主要用于电子电气、食品和日用品、汽车、航空、医疗和一般工业等部门，制作各种接触器、接插件、变压器绝缘件、可控硅帽、绝缘套管、线圈骨架、接线柱、印刷电路板、轴套、罩、电视系统零件、电容器薄膜、电刷座、碱性蓄电池盒、电线和电缆包覆。PSF还可用于制造防护罩元件、电动齿轮、蓄电池盖、飞机内外部零配件、宇航器外部防护罩、灯具部件、传感器。PSF可代替玻璃和不锈钢制造蒸汽餐盘、咖啡盛器、微波烹调器、牛奶盛器、挤奶器部件、饮料和食品分配器。在卫生及医疗器械方面，PSF可用于制造外科手术盘、喷雾器、加湿器、牙科器械、流量控制器、起槽器和实验室器械，也可用于镶牙。PSF还可用于化工设备、食品加工设备、奶制品加工设备、环保控制传染设备。

（3）成型特点

聚砜成型前要预干燥至水分含量小于0.05%。可进行注射、压缩、挤出、热成型、吹塑等成型加工。聚砜为非结晶型塑料，成型收缩率小，熔体黏度高。聚砜熔融料流动性差，对温度变化敏感，冷却速度快，控制黏度是加工关键，加工后宜进行热处理，消除内应力。聚砜可做成精密尺寸塑件。

2.热固性塑料

1）酚醛塑料（PF）

（1）基本特性

酚醛塑料以酚醛树脂为基础制得，酚醛树脂本身很脆，呈琥珀玻璃态，没有明确的熔点，固体树脂可在一定温度范围内软化或熔化，能溶于酒精、丙酮、苯和甲苯，不溶于矿物油和植物油。刚性好，变形小，耐热，耐磨，能在150～200℃的温度范围内长期使用，在水润滑条件下，有极低的摩擦系数。酚醛塑料有良好的电性能，它在常温下有较好的绝缘性能，是一种优良的工频绝缘材料。缺点是质脆，冲击强度低。

（2）主要用途

酚醛塑料主要用于制造齿轮、轴瓦、导向轮、轴承、电器绝缘件、汽车电器和仪表零件。

（3）成型特点

酚醛塑料的成型工艺主要有压缩成型、注射成型和压注成型。成型性能好，模温对流动性影响较大，一般当温度超过160℃时，流动性迅速变差；硬化时放出大量热，厚壁大型制品易发生硬化不匀及过热现象。

2）环氧树脂

（1）基本特性

环氧树脂是含有环氧基的高分子化合物，具有很强的黏结能力，是人们熟悉的“万能胶”的主要成分。环氧树脂耐化学药品，耐热，有良好的电气绝缘性能，收缩率小，力学性能比酚醛树脂好。其缺点是耐气候性和耐冲击性差，质地脆。

（2）主要用途

环氧树脂可用做金属和非金属材料的黏合剂，用来制造日常生活用品和文教用品，封闭各种电子元件，可在湿热条件下使用。可用环氧树脂配以石英粉等来浇铸各种模具。环氧树脂还可以作为各种产品的防腐涂料。

（3）成型特点

环氧树脂的成型工艺主要有压缩成型和压注成型两种，流动性好，硬化速度快；用于浇注时，浇注前应加脱模剂，因为环氧树脂热刚性差，硬化收缩小，难于脱模；硬化时不析出任何副产物，成型时不需要排气。

3）氨基塑料

氨基塑料由氨基化合物与醛类（主要是甲醛）经缩聚反应得到，主要有脲甲醛（UF）、三聚氰胺甲醛（MF）等。

（1）基本特性

脲甲醛塑料是脲甲醛树脂和漂白纸浆等制成的压缩粉，着色性好，色泽鲜艳，外观光亮，无特殊气味，不怕电火花，有灭弧能力，防霉性良好，耐热、耐水性比酚醛塑料弱，在水中长期浸泡后电气绝缘性能会下降。三聚氰胺甲醛是由三聚氰胺甲醛树脂和石棉、滑石粉等制成的。着色性好，色泽鲜艳，外观光亮，无毒，耐弧性和点绝缘性良好，耐水、耐热性较强。在-20～100℃的温度范围内性能变化小，质轻，不易碎，能耐茶、咖啡等污染性强的物质。

（2）主要用途

脲甲醛用于制造日用品、航空设备和汽车的装饰件，以及电气照明用设备的零件、开关插座和电气绝缘零件。三聚氰胺甲醛主要用于制造餐具、航空茶杯、电器开关、灭弧罩及防爆电器等矿用电器的配件。

（3）成型特点

氨基塑料含水分及挥发物多，使用前需要预热干燥。主要成型方法有压缩成型、压注成型，收缩率大，且成型时有弱酸性分解及水分析出，流动性好，硬化速度快。因此，预热及成型温度要适当，装料、合模及加工速度要快；带嵌件的塑件易产生应力集中，尺寸稳定性差。

3.塑料原材料选用原则

塑料原材料品种很多，如何根据产品的使用要求正确选用合适的塑料原材料至关重要。塑料原材料的选用总体原则是，在满足产品使用性能的基础上，选用成本较低的塑料品种并兼顾塑料成型工艺性。主要从以下几个方面考虑。

（1）满足产品使用的力学性能

塑件必须有足够的强度、刚度以保证产品在使用中安全可靠，如耐冲击性和耐磨性等。例如，电子产品外壳塑件必须具有一定的机械强度和刚度，以确保在承受一定外力时能保证产品结构的稳定性和完整性，表面要求有一定的耐磨性，所以一般选用热塑性工程塑料，如ABS、PC、PC+ABS等。

（2）满足塑件的尺寸精度

为了保证产品装配质量，要求塑件有比较高的装配精度。例如，电子产品的前、后盖装配缝隙大小和均匀程度直接影响产品质量。这类重要塑件应该选择收缩率较小的塑料品种，工程塑料中ABS、PC、PC+ABS等收缩率较小。

（3）满足产品外观要求

现代电子产品如手机、笔记本电脑等都有比较高的外观质量要求，如要求外观时尚、色彩丰富等。这些塑件一般成型后需要进行喷漆处理，因此对塑件的着色性有较高的要求，工程塑料中的ABS、PC、HIPS具有较好的着色性。

（4）考虑产品的经济性

随着电子产品的普及，电子产品的竞争也越来越激烈，降低生产成本是生产企业立于不败之地的重要手段，因此一些低端或普及性家电产品外壳普遍采用改性的通用塑料，如改性聚苯乙烯。

此外，还要适当考虑产品使用环境要求，如温度、湿度、防火和绝缘性能等。