塑膠模具基礎課程講義

廣義的塑膠定義指具有塑性行為的材料，所謂塑性是指受外力作用時，發生形變，外力取消後，仍能保持受力時的狀態。塑膠的彈性模量介於橡膠和纖維之間，受力能發生一定形變。軟塑膠接近橡膠，硬塑膠接近纖維。狹義的塑膠定義是指以樹脂（或在加工過程中用單體直接聚合）為主要成分，以增塑劑、填充劑、潤滑劑、著色劑等添加劑為輔助成分，在加工過程中能流動成型的材料。塑膠為合成的高分子化合物，可以自由改變形體樣式。塑膠是利用單體原料以合成或縮合反應聚合而成的材料。

塑膠分類

一、按使用特性分類

根據名種塑膠不同的使用特性，通常將塑膠分為通用塑膠、工程塑膠和特種塑膠三種類型。

①通用塑膠

一般是指產量大、用途廣、成型性好、價格便宜的塑膠。通用塑膠有五大品種，即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及ABS。它們都是熱塑性塑膠。

②工程塑膠

一般指能承受一定外力作用，具有良好的機械性能和耐高、低溫性能，尺寸穩定性較好，可以用作工程結構的塑膠，如聚醯胺、聚碸等。

在工程塑膠中又將其分為通用工程塑膠和特種工程塑膠兩大類。

通用工程塑膠包括：聚醯胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、熱塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等。

特種工程塑膠又有交聯型的非交聯型之分。交聯型的有：聚氨基雙馬來醯胺、聚三嗪、交聯聚醯亞胺、耐熱環氧樹指等。非交聯型的有：聚碸、聚醚碸、聚苯硫醚、聚醯亞胺、聚醚醚酮（PEEK）等

③特種塑膠

一般是指具有特種功能，可用於航空、航天等特殊套用領域的塑膠。如氟塑膠和有機矽具有突出的耐高溫、自潤滑等特殊功用，增強塑膠和泡沫塑膠具有高強度、高緩衝性等特殊性能，這些塑膠都屬於特種塑膠的範疇。

a、強塑膠

增強塑膠原料在外形上可分為粒狀（如鈣塑增強塑膠）、纖維狀（如玻璃纖維或玻璃布增強塑膠）、片狀（如雲母增強塑膠）三種。按材質可分為布基增強塑膠（如碎布增強或石棉增強塑膠）、無機礦物填充塑膠（如石英或雲母填充塑膠）、纖維增強塑膠（如碳纖維增強塑膠）三種。

b、泡沫塑膠

泡沫塑膠可以分為硬質、半硬質和軟質泡沫塑膠三種。硬質泡沫塑膠沒有柔韌性，壓縮硬度很大，只有達到一定應力值才產生變形，應力解除後不能恢復原狀；軟質泡沫塑膠富有柔韌性，壓縮硬度很小，很容易變形，應力解除後能恢復原狀，殘餘變形較小；半硬質泡沫塑膠的柔韌性和其他性能介於硬質他軟質泡沫塑膠之間。

二、按理化特性分類

根據各種塑膠不同的理化特性，可以把塑膠分為熱固性塑膠和熱塑膠性塑膠兩種類型。

1、熱塑膠性塑膠

熱塑膠性塑膠是指在特定溫度範圍內能反覆加熱軟化和冷卻硬化的塑膠，如聚乙烯、聚四氟乙烯等。熱塑膠性塑膠又分烴類、含極性基因的乙烯基類、工程類、纖維素類等多種類型。受熱時變軟，冷卻時變硬，能反覆軟化和硬化並保持一定的形狀。可溶於一定的溶劑，具有可熔可溶的性質。熱塑性塑膠具有優良的電絕緣性，特別是聚四氟乙烯（PTFE）、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)都具有極低的介電常數和介質損耗，宜於作高頻和高電壓絕緣材料。熱塑性塑膠易於成型加工,但耐熱性較低,易於蠕變,其蠕變程度隨承受負荷、環境溫度、溶劑、濕度而變化。為了克服熱塑性塑膠的這些弱點,滿足在空間技術、新能源開發等領域套用的需要，各國都在開發可熔融成型的耐熱性樹脂，如聚醚醚酮（PEEK）、聚醚碸(PES)、聚芳碸(PASU)、聚苯硫醚(PPS)等。以它們作為基體樹脂的複合材料具有較高的力學性能和耐化學腐蝕性，能熱成型和焊接，層間剪下強度比環氧樹脂好。如用聚醚醚酮作為基體樹脂與碳纖維製成複合材料，耐疲勞性超過環氧/碳纖維。它的耐衝擊性好，在室溫下具有良好的耐蠕變性，加工性好，可在240～270℃連續使用，是一種非常理想的耐高溫絕緣材料。用聚醚碸作為基體樹脂與碳纖維製成的複合材料在 200℃具有較高的強度和硬度,在-100℃尚能保持良好的耐衝擊性;無毒，不燃，發煙最少，耐輻射性好，預期可用它作航天飛船的關鍵部件，還可模塑加工成雷達天線罩等。

甲醛交聯型塑膠包括酚醛塑膠、氨基塑膠（如脲－甲醛－三聚氰胺－甲醛等）。

其他交聯型塑膠包括不飽和聚酯、環氧樹脂、鄰苯二甲二烯丙酯樹脂等。

2、熱固性塑膠

熱固性塑膠是指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑膠，如酚醛塑膠、環氧塑膠等。熱固性塑膠又分甲醛交聯型和其他交聯型兩種類型。熱加工成型後形成具有不熔不溶的固化物，其樹脂分子由線型結構交聯成網狀結構。再加強熱則會分解破壞。典型的熱固性塑膠有酚醛、環氧、氨基、不飽和聚酯、呋喃、聚矽醚等材料，還有較新的聚苯二甲酸二丙烯酯塑膠等。它們具有耐熱性高、受熱不易變形等優點。缺點是機械強度一般不高，但可以通過添加填料，製成層壓材料或模壓材料來提高其機械強度。

以酚醛樹脂為主要原料製成的熱固性塑膠，如酚醛模壓塑膠（俗稱電木），具有堅固耐用、尺寸穩定、耐除強鹼外的其他化學物質作用等特點。可根據不同用途和要求，加入各種填料和添加劑。如要求高絕緣性能的品種，可採用雲母或玻璃纖維為填料；如要耐熱的品種，可採用石棉或其他耐熱填料；如要求抗震的品種，可採用各種適當的纖維或橡膠為填料及一些增韌劑以製成高韌性材料。此外還可以採用苯胺、環氧、聚氯乙烯、聚醯胺、聚乙烯醇縮醛等改性的酚醛樹脂以滿足不同用途的要求。用酚醛樹脂還可以製成酚醛層壓板，其特點是機械強度高，電性能良好，耐腐蝕，易於加工，廣泛套用於低壓電工設備。

氨基塑膠有脲甲醛、三聚氰胺甲醛、脲素三聚氰胺甲醛等。它們具有質地堅硬、耐刮痕、無色、半透明等優點，加入色料可製成彩色鮮艷的製品，俗稱電玉。由於它耐油,不受弱鹼和有機溶劑的影響（但不耐酸），可在70℃下長期使用，短期可耐110～120℃，可用於電工製品。三聚氰胺甲醛塑膠比脲甲醛塑膠硬度高，有更好的耐水、耐熱、耐電弧性，可作耐電弧絕緣材料。

以環氧樹脂為主要原料製成的熱固性塑膠品種很多，其中以雙酚A型環氧樹脂為基材的約占90%。它具有優良的粘接性、電絕緣性、耐熱性和化學穩定性，收縮率和吸水率小，機械強度好等特點。

不飽和聚酯和環氧樹脂都可以製成玻璃鋼，具有優異的機械強度。如不飽和聚酯的玻璃鋼，其機械性能良好,密度小（只有鋼的1/5至1/4，鋁的1/2），易於加工成各種電器零件。以苯二甲酸二丙烯酯樹脂製成的塑膠的電性能和機械性能均優於酚醛和氨基熱固性塑膠。它吸濕性小，製品尺寸穩定，成型性能好，耐酸鹼及沸水和一些有機溶劑。模塑膠適於製造結構複雜的、既耐溫又有高絕緣性的零件。一般可在-60～180℃的溫度範圍長期使用，耐熱等級可達F級到H級，比酚醛和氨基塑膠的耐熱性都高。

聚矽醚結構形式的有機矽塑膠在電子、電工技術中的套用較多。有機矽層壓塑膠多以玻璃布為補強材料；有機矽模壓塑膠多以玻璃纖維和石棉為填料，用以製造耐高溫、高頻或潛水電機、電器、電子設備的零部件等。這類塑膠的特點是介電常數和tgδ值較小，受頻率影響小，用於電工和電子工業中耐電暈和電弧，即使放電引起分解，產物是二氧化矽而不是能導電的碳黑。這類材料有突出的耐熱性,可以在250℃連續使用。聚矽醚的主要缺點是機械強度低，膠粘性小，耐油性差。已開發出許多改性有機矽聚合物，例如聚酯改性有機矽塑膠等在電工技術上得到套用。有的塑膠既是熱塑性又是熱固性的塑膠。例如聚氯乙烯,一般為熱塑性塑膠,日本已研製出一種新型液態聚氯乙烯是熱固性的，模塑溫度為60～140℃；美國一種叫倫德克斯的塑膠,既有熱塑性加工的特徵，又有熱固性塑膠的物理性能。

①烴類塑膠。屬非極性塑膠，具有結晶性和非結晶性之分，結晶性烴類塑膠包括聚乙烯、聚丙烯等，非結晶性烴類塑膠包括聚苯乙等。

②含極性基因的乙烯基類塑膠。除氟塑膠外，大多數是非結晶型的透明體，包括聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯等。乙烯基類單體大多數可以採用游離基型催化劑進行聚合。

③熱塑性工程塑膠。主要包括聚甲醛、聚醯胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碸、聚醚碸、聚醯亞胺、聚苯硫醚等。聚四氟乙烯。改性聚丙烯等也包括在這個範圍內。

④熱塑性纖維素類塑膠。主要包括醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素、塞璐珞、玻璃紙等。