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• 聚丙烯的力学性能如拉伸强度、屈服强度、压缩强 度和弹性模量等都优于HDPE，可作机械零件材料， 如齿轮、法兰、风扇叶轮和等。
• 聚丙烯具有良好的绝缘性、化学稳定性和成型工艺 性，可制作电器元件、化工管道等。
• 聚丙烯遇火容易燃烧，使用时应注意。
PP树脂及器件
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• 聚苯乙烯（PS） • 聚苯乙烯密度为1.04-1.16g/cm3； • 聚苯乙烯主链上带结构庞大的苯环，柔顺性差，质
线型无定形聚合物的聚集态
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• 线型无定形聚合物处于不同温度时的力学状态可用 形变温度曲线表示。
线型无定形聚合物的形变-温度曲线
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• Tx-Tg温度范围：高分子聚合物的玻璃态。
温度较低，大分子具有的能量较少，大分子链之间的 运动不能进行，分子内的链段运动也很难进行，聚合 物表现出像玻璃一样的刚硬。
粉末颗粒环境污染小，表面干净。
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• 氧化还原是一种重要的化学反应法，实际生产中很 多粉末是通过氧化还原法来制备的，使用较细、净 化的氧化物粉末，在还原性气体如CO、H2等参与 下进行热化学反应。
注射成形用W粉可用氧化还原制取，将研磨的WO3 粉末在干燥H2中还原制得，粉末粒径为2-3µm。
传统粉末压制成型制品
粉末注射成型制品
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• PIM用一定比例的高分子粘结剂与金属粉末、陶瓷 粉末等制成具有良好流动性的均匀粒料，能像塑料 注射一样成形复杂形状的零部件，再经脱脂烧结得 到最终产品，如外螺纹、锥形外表面、交叉孔与盲 孔，凹台与键销、加强筋板、表面滚花等，这类零 件都无法用常规粉末冶金方法得到。
注塑时加入增塑剂，也可达到类似目的； 提高注塑温度可降低粘度，但粘度太小易产生溢流；温度
接近或超过Tf，热塑性树脂 • 受热软化，温度升高至一定数值时呈现粘流态，当
温度降低时塑料变得坚硬，再次加热又再变软，冷 却后又变硬，可以如此多次反复。 • 热塑性树脂除能多次反复加热冷却外，还能溶于某 些溶剂，这种现象称为可熔可溶。 • 常用热塑性树脂：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚 苯乙烯、ABS塑料、聚甲醛、聚酰胺、聚四氟乙烯 、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等。
• ABS兼有三种组分的优点，而且三种组分的比例可 按需要任意调整，使ABS塑料具有所需的性能。
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• ABS塑料具有优良的综合性能：力学性能、电绝 缘性、化学稳定性、成型工艺性和着色性等都很 优良，吸水率也很小。
有若干短支链，结晶度最小，强度较差，而柔顺 性、抗冲击性和透明性较好。 • 高密度聚乙烯(HDPE)：大分子链支链较少，相对 分子量和结晶度较大，柔顺性较差，质地坚硬。
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• 聚乙烯呈乳白色半透明状态，遇火会燃烧。 • 聚乙烯分子中只有碳、氢元素，没有极性基团，常
温下耐酸、碱，也不易溶有机溶剂，吸水性小，耐 蚀性和绝缘性好，是优良的高频电绝缘材料。
H还原得到的W粉
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• 雾化法是利用高速射流将液态金属粉碎成粉。
熔融材料注入喷嘴中，形成液滴喷射出来，击碎熔融金 属流的流体可是空气、氮气、氦气、氩气，也可采用水 或油。
这种方法可将合金化材料制成小颗粒粉末，并且可获得 理想的颗粒形状和高的填充密度。
注射用雾化不锈钢粉末
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• 雾化法颗粒形状为球形，粒度分布较宽，具有较 高的振实密度。
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• 热固性塑料 • 第一次受热时软化，冷却固化并呈现刚硬状态；重
新加热不再软化，温度超过一定值时发生分解。 • 固化后的树脂不溶于溶剂，称为不熔不溶。 • 常用的热固性树脂有酚醛树脂、氨基树脂、环氧树
脂和不饱和聚酯等。
热固性环氧树脂
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• 聚乙烯（PE） • 低密度聚乙烯(LDPE)：分子量较小，大分子链含
材料制备新技术
New Technologies of Preparing Materials
材料科学与工程学院 李军
金属粉末的注射成型
Poweder Injection Moulding
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主要内容
金属粉末注射成型的特点 金属粉末注射成型的材料 金属粉末注射成型的过程 金属粉末注射成型的原理 金属粉末注射成型的应用
金属粉末注射成型复杂件
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• （3）PIM可根据零件性能要求进行大范围的成分 设计，可制取复合材料零件，充分发挥不同材料的 优异性能，适应性广，生产成本低。
材料的复合设计
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• （4）PIM适合大批量自动化生产。
PIM可采用一模多腔模具，成形效率高，模具使用寿 命长，更换调整模具快，产品转向周期短。
致粉末堆积性和流动性下降，导致粉末注射困难， 球磨制粉还有污染问题。
球磨后具有尖角的不规则形状SiC粉末形貌
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塑料
• 塑料是以有机高分子化合物为基础，加入若干其他 材料(添加剂)制成的固体材料。
• 高分子化合物是由相对分子量较小的低分子化合物 经聚合反应后得到的相对分子量较大的化合物。
• 不是所有低分子化合物都能成为单体，如食盐、水 、甲烷等都不能成为单体，这些化合物的分子处于 饱和状态，不能进行聚合反应。
• 目前可作为单体的低分子化合物主要是含双键的不 饱和碳氢化合物。
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• 高分子化合物的大分子以某种方式(通过范德华力的 作用)聚集在一起时，成为各种各样的树脂。
线型无定形聚合物： 大分子不规则排列在 一起，彼此交叉缠绕呈 无序排列； 存在某些近程有序区 域，在微小范围内大分 子呈规则排列，但这种 有序范围小、数量少， 对树脂性能影响不大。
聚合物具有较好的力学性能，施加外力产生微小变形 ，去除外力能恢复原状（普弹形变）。
• 温度低于Tx时，不仅链段运动不能进行，分子局部 的热振动也不能进行，聚合物呈脆性状态。
• 温度高于Tg时，外力作用下聚合物产生较大变形。
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• Tg-Tf温度范围：高分子聚合物的高弹态。
温度较高，大分子链能在较大范围内自由地进行链 段运动，
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• 分子结构复杂，相对分子量大的聚合物粘度大，粘 流温度高。
分子结构复杂，链段运动较因难，分子间相对滑动困难； 相对分子量大，聚合物分子链较长，大分子间彼此缠绕点
较多，引力也较大，大分子之间滑动困难。
• 降低粘度方法：
降低大分子聚合度(保证力学性能的前提下，采用低分子量 或线型结构的树脂)，可降低粘流温度和粘度；
3
• 随着技术进步和创新速度的加快，材料加工 技术朝高性能、低成本、短流程、近终成型 的方向发展，涌现出不少集设计、制备、加 工于一体的新型制备技术，如金属粉末注射 成型技术。
慢走丝机床
精密铸造技术
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• 粉末注射成形（Powder injection molding,PIM）是 传统粉末冶金工艺与现代塑料注射成形工艺相结合 而形成的一门新型近终成形技术。
模腔内各点压力基本一致，消除传统粉末冶金压制 成形中不可避免的沿压制方向密度梯度问题，一定 程度上克服传统粉末冶金存在的密度、组织、性能 不均匀现象。
金属粉末注射成型制品
单向压制Ni粉压坯密度分布
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• （2）粉末注射成型能制造传统工艺不能制造的具 有复杂形状的零部件。
传统粉末成形是外力把粉末压成生坯后烧结，粉末通过 颗粒重排、塑性流动而致密化。由于粉末流动性较差， 一些具有外部切槽、横孔、盲孔、外螺纹、凹台、表面 滚花等形状的零部件，难以一次成形。
PVC树脂及器件
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• 聚丙烯（PP） • 聚丙烯的分子链上每隔一个碳原子就连接一个甲
基基团。 • 聚丙烯的密度为0.90-0.91g/cm3，是常用塑料中密
度最小的品种之一。 • 聚丙烯具有良好的耐热性，在无外力作用环境中
150℃也不变形，故聚丙烯可在水中煮沸，制作需 经煮沸消毒的医疗器械，如注射针筒等。
• 金属粉末注射成型是将金属粉末在模具中快速注射 成型，并通过脱脂烧结，快速制造出高密度、高精 度、三维形状结构复杂零件的新技术。
传统粉末冶金
塑料注塑成型
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• 粉末注射成形是粉末冶金学、金属材料学、塑料成 型学和高分子材料学等多学科交叉复合的技术。
金属粉末注射成型
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粉末注射成形特点 • （1）注射成形中，熔融粒料均匀地填充模腔成形，
自动化注塑生产车间一角
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注塑成型材料
金属粉末
• 理想的注射成形用金属粉末：
粉末颗粒尺寸在0.5-20µm之间，D50在4-6µm之间； 粉末颗粒的粒度分布范围处于非常窄或非常宽的范
围内，其分布斜率的理想值为2或8；
粉末颗粒无团聚现象；
粉末颗粒近似为球形、等轴；
粉末颗粒致密，内部无孔洞；
• 聚苯乙烯具有很小的吸水率，在潮湿环境中形状和 尺寸变化很小，适于制造要求尺寸稳定的制品。
• 聚苯乙烯具有优良的电绝缘性，尤其在高频下介电 损耗仍然很小，是优良的高频绝缘材料。
PS树脂及器件
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• ABS塑料是一种三元共聚物，由丙烯腈 (A)、丁二 烯(B)和苯乙烯(S)三种单体组成，
丙烯腈具有良好的耐蚀性和耐热性； 丁二烯具有高韧性和低温弹性； 苯乙烯具有良好的成型工艺性、着色性和刚性。
羰基粉末粒径较小，纯度可达99.95%。颗粒形状为近 球形或链状。
羰基镍粉形貌
羰基铁粉形貌
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• 对脆性材料来说，粉碎研磨是制粉的常用方法。
旋转装有一定量硬球和粗粉的容器，粉未经研磨球不 断撞击、研磨制得粒度较小的颗粒；
粉末粒度越小，所需研磨时间越长； 机械粉碎后粉末呈不规则形状，粉末之间尖锐接触导
粘流变形是聚合物中大分子的相对滑动，这种变形是 不可逆的，也正是由于这种不可逆变形，才能通过注 塑制造各种制品。
模塑制造各种塑料制品
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• 粘流变形伴随着高弹形变。 • 高弹形变是链段运动，所以注塑时必须将原料加热