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第一章 概述
1.1 塑料及其塑料工业的发展
塑料是以树脂为主要成分的高分子有机物，简称高聚物，一般相对分子质量都大于一万，有的甚至可达百万级。在一定温度和压力下具有可塑性，可以利用模具成型为一定几何形状和尺寸的塑料制件。塑料的其余成分包括有增塑剂、稳定剂、增强剂、固化剂、填料及其他配合剂。
塑料制件在工业中的应用日趋普遍，这是由于它们具有一系列特殊的优点所决定的。塑料密度小、质量轻，大多数塑料密度在1.0—1.4g/cm3之间，相当于钢材密度的0.11和铝材密度的0.5左右，即在同样的体积下，塑料制件要比金属制件轻的多，这就是“以塑代钢”的优点。据美国80年代统计，汽车上采用塑料零件后，平均每辆汽车的重量可减轻180kg，这样，每升汽油可使汽车多行驶0.4km，美国每年可节约1400万桶汽油；塑料拉伸比强度高，钢的拉伸比强度约为160MPa，而玻璃纤维增强的塑料拉伸比强度高可高达170—400MPa；塑料的绝缘性能好，介电损耗低，是电子工业不可缺少的原材料；塑料的化学稳定性高，对酸、碱和许多化学药品都有良好的耐腐蚀能力，其中聚四氟乙烯塑料化学稳定性最高，“王水”对它也无可奈何，所以称之为“塑料王”。此外，塑料减磨、耐磨及减震、隔音性能也较好。因此，塑料已从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，并跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大传统材料之列，在国民经济中，塑料制件已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。
塑料工业是一门新兴的工业，是随着石油工业发展应运而生的。塑料工业的发展大致分为以下几个阶段。
1.初创阶段 30年代以前，科学家研制成了酚醛、硝酸纤维素及醋酸纤维素等塑料，它们的工业化特征仅是间歇法、小批量生产。
2.发展阶段 30年代，低密度聚乙烯、聚苯乙烯和聚酰胺等热塑性塑料相继工业化，奠定了塑料工业的基础，为其进一步发展开辟了道路。
3.飞跃发展阶段 50年代中期到60年代末，石油化工的高速发展为塑料
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工业提供了丰富而廉价的原料。齐格勒—纳塔用有机金属络合物定向催化体系聚合工艺的创立、高分子学科的进一步发展及聚合技术的开拓，使得高密度聚乙烯和聚丙烯工业化。工程塑料也因聚碳酸酯和聚甲醛、聚酰亚胺等的相继出现并实现工业化生产，使得塑料向耐高温的领域发展。增强及复合材料的出现使塑料步入高强度、耐高温的尖端材料领域。这一阶段，塑料的产量和品种不断增加，成型加工技术更趋完善。
4.稳定增长阶段 70年代以来，由于石油危机和资本主义周期性的经济危机，原材料价格猛涨，塑料的增长速度显著下降。这一阶段塑料工业的特点是通过共聚、交联、共混、复合、增强、填充和发泡等方法来改进塑料的性能，提高产品的质量，扩大应用领域，生产技术更趋合理。塑料工业向着生产工艺自动化、连续化，产品系列化，以及不断开拓功能性塑料的新领域发展。
我国的塑料工业起步较晚，40年代只有酚醛和赛璐珞两种塑料，年产量仅200t。50年代末，由于万吨级聚氯乙烯装置的投产和70年代中期几套引进石油化工装置的建成投产，使塑料工业有了两次跃进，与此同时，塑料成型加工机械和工艺方法也得到迅速发展，各种加工工艺都已齐全。
塑料作为一种新的工程材料，由于其不断被开发与应用，加之成型工艺不断成熟与完善，极大地促进了塑料成型模具的开发与制造。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量日益增加，而且产品的更新换代周期也越来越短，对塑料的产量和质量提出了越来越高的要求。
1.2 塑料成型在工业生产中的重要性
模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。塑料模是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一种类型。 模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的优劣，直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的动力”。事实上，在仪器仪表、家用电器、交通、通讯和轻工业等各行业的产品零件中，有70%以上是采用模具加工而成的。工业先进的发达国家，其模具工业年产值早已超过机床行业的产值。据1991年统计，日本模具
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工业已实现了高度的专业化、标准化和商品化，在全国一万多家企业中，生产塑料模和生产冲压模的企业各占40%。新近统计的韩国模具工业情况表明，全国模具专业厂中，生产塑料模的占43.9%，生产冲压模的占44.8%。新加坡全国有460家企业，60%生产塑料模，35%生产冲压模和夹具。由以上事实可以看出，由于塑料成型工业的发展，到目前为止，塑料模具已处于同冲压模具并驾齐驱的地位。 近年来，我国各行各业对模具工业的发展十分重视。1989年，国务院颁布了“当前产业政策要点的决定”，在重点支持技术改造的产业、产品中，把模具制造列为机械工业技术改造序列的第一位，它确定了模具工业在国民经济中的重要地位，也提出了振兴模具工业的主要任务。总之要尽快提高我国模具工业的整体技术水平并迎头赶上发达国家的模具技术水平。
1.3 塑料成型技术的发展趋势
在现代塑料制件的生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、满足塑料制件的使用要求、降低塑料制件的成本起着重要的作用。一副好的注射模可成型上百万次，一副优良的压缩模大约能成型25万次，这与模具的设计、模具的材料及模具的制造有着很大的关系。从塑料模的设计、制造及模具的材料等方面考虑，塑料成型技术的发展趋势可以简单地归纳为以下几个方面。 1.3.1 模具的标准化
为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要，模具的标准化工作十分重要，目前我国模具标准化程度只达到20%。注射模方面关于模具零部件、模具技术条件和标准模架等有以下14个国家标准： GB4169.1—84 推杆 GB4169.2—84 直导套 GB4169.3—84 带头导套 GB4169.4—84 带头导柱 GB4169.5—84 有肩导柱 GB4169.6—84 垫块 GB4169.7—84 推板 GB4169.8—84 模板 GB4169.9—84 限位钉 GB4169.10—84 支承板 GB4169.11—84 圆锥定位件 GB4169.12—84 技术条件
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GB/T12555—90 大型注射模架标准 GB/T12556—90 中小型注射模架标准 当前的任务是重点研究开发热流道标准元件和模具温控标准装置；精密标准模架、精密导向件系列；标准模板及模具标准件的先进技术和等向性标准化模块等。
1.3.2 加强理论研究
随着塑料制件是大型化和复杂化，模具的重量达数吨至十多吨，这样大的模具，若只凭借经验来设计，往往会因设计不当而造成模具报废，数十万元的费用将毁于一旦，所以设计模具已逐渐向理论设计方面发展，这些理论设计包括模板刚度、强度的计算和充型流动理论的建立。到目前为止，有关挤出成型的流动理论和数学模型已基本建立，并且在生产实际中得到应用。有关注射成型的流动理论尚在进行探讨，注射成型的塑料熔体在一维和二维简单模腔中的充型流动理论和数学模型已经解决，今后的工作是如何将理论与生产实际相结合，并进一步加强对塑料熔体在三维模腔中流动行为的研究。 1.3.3 塑料制件的精密化、微型化和超大型化
为了满足各种工业产品的使用要求，塑料成型技术正朝着塑料制件的精密化、微型化和超大型化等方面发展。精密注射成型是能将塑料制件尺寸公差保持在0.01—0.001mm之内的成型工艺方法，其制件主要用于电子、仪表工业。微型化的塑料制件要求在微型的设备上生产。目前，德国已经研究出注射量只有0.1g的微型注射机，可生产0.05g左右的微型注射成型塑件。国内目前已有0.5g的注射机，可以生产0.1g左右的微型注射成型塑件。注射塑件的大型化要求有大型的、超大型的注射成型设备。目前，法国已拥有注射量为17万g的超大型注射机，合模力为150MN；美国和日本也已经分别生产出注射量为10万g和9.6万的超大型注射机；国产注射机的注射量也已达3.5万g，合模力为80MN。 1.3.4 新材料、新技术、新工艺的研制、开发和应用
随着塑料成型技术的不断发展，模具新材料、模具加工新技术和模具新工艺方面的开发已成为当前模具工业生产和科研的主要任务之一。十多年来，国内外
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