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常见的塑料性能及应用

点击次数:  更新时间:2017-11-06 16:06:24  【打印此页】  【关闭

塑料的定义及来源 
塑料为高分子聚合物的总称,它是由乙烷、甲烷、丙烷等经过转化为亚甲基、乙烯和丙烯等中间体(也叫基体或单体),再由中间体经聚合反应形成的高分子聚合物通称塑料(塑胶或者树脂),它的英文名为“plastics”,原意为可任意制作各种形状的材料(可塑材料),它能在一定的条件下塑化成型,成型后的产品能在通常环境下保持形状不变。另外强调一点:现在大多数塑料还含有一定量的添加剂(如填充剂、增塑剂、稳定剂、增强剂、润滑剂、防静电剂、着色剂、阻燃剂、芳香剂、发泡剂、发光剂等等),以加强它的特殊性能,达到它的使用目的。
塑料的分类 
A、热塑性塑料:在受热时会软化,经冷却会固化,若再加热又可以软化。
1、泛用塑料:ABS. PVC. PS. PE
2、泛用工程塑料:PA. PC. PBT. POM. PET 
3、超级工程塑料:PPS. LCP
B、热固性塑料:在受热时最初也是软化。射入模内在加热进行中,塑料分子会化合而硬化,当硬化成形后,若再次加熟,也不会软化。
  DAP. UP. EP
我们下文讲的塑料均为热塑性塑料。
塑料的主要性能
1)良好的稳定性,耐腐蚀性、耐候性好,经久耐用。如 PTFE(聚四氟乙烯)在“王水”中也难被腐蚀。 
2)一般塑料的密度都比金属小,轻巧美观。 
3)电气绝缘性好,大多数塑料都具有优良的电绝缘性,因此塑料被广泛应用于电子、电气、通讯、仪器等领域。 
4)塑料的力学性能好,可制作许多结构性构件。 
5)阻隔性好,能制作各种容器,有很好的防潮防水功能。 
6)加工性好,通过注射成型,能在很短时间可制成形状复杂、尺寸稳定、品质优良的制品。 
另外,塑料还有很好的耐磨性、自润性、减震性、绝热性、电镀性、焊接性、透光性等等。总之,塑料已应用各行各业之中。
塑料的热力学三态(玻璃态、高弹态、粘流态)
玻璃态:相当于无机物的固态,处于玻璃态的塑料分子链段基本上处于停止的状态,分子只在自身的位置上振动。在这种形态下,塑料件可以进行削、切、刨等机械加工。大多数 塑料常温下都处在玻璃态形态下,如:POM、PC、PBT、ABS等等。 
高弹态:处于高弹态下的塑料分子,动能增加,分子的运动维持在小链段的旋转,链与链之间不会发生位移。在这种形态下,当塑料件受到外力的作用时会发生缓慢形变,外力除去后又慢慢恢复原来的形状。大多数塑料只有在热加工过程中出现塑料的高弹态,在常温下处于高弹态的塑料有TPE、TPU等弹性体塑料。 
粘流态:所有塑料只有在热加工过程中才会出现粘流态。处于粘流态的塑料分子,网状结构已解体,大分子链与链之间、链段与链段之间都能自由移动。外力很容易使塑料体变形,除去外力后不再恢复原形。 
注塑成型过程可以这样讲:通过加热和外力的作用,让塑料从室温的玻璃态(或高弹态),经高弹态转变为粘流态,注射入具有一定形状的封闭模腔,然后在模腔中逐渐冷却,从粘流态返回常态的玻璃态或高弹态,最后取出与模腔形状一致的塑料制品。
塑料的取向
塑料在加工过程中,在力的作用下,流动的大分子链段存在的方向或区域上造成的性质差异;熔体在模腔的取向过程,直接影响制品的品质;我们下来谈谈工艺参数对取向应力及其对制品性能的影响: 
A、熔体温度高,粘度低,剪切力降低则取向度减少; 
B、在浇口封闭前,延长保压时间,回导致取向应力增加; 
C、提高射出压力或保压压力,会增大取向应力; 
D、模具温度高可使制品缓慢冷却,减缓取向作用; 
E、加强制品厚度可降低取向应力。 
制品中内应力的存在会严重影响制品的力学性能和使用性能;由于内应力的存在及分布不均,会造成制品会使用中裂纹、变形、翘曲,还会引起制品表面泛白、浑浊及光学性能变坏。 
塑料的粘度塑及其他因素对其的影响
粘度就是塑料熔体的粘稠程度。从剪切的意义上讲粘度可以理解为熔体试图流动时在熔体层或熔体内部遇到的阻力。下面是影响它的因素:
A、剪切速率、剪切应力对粘度的影响:剪切应力随剪切速率的提高而增加;而粘度随它们的提高而下降,如:PE、PP、POM等; 
B、温度对粘度的影响:在一定范围的温度内,温度升高会造成塑料粘度下降,如CA、PS、PE、PP等; 
C、压力对粘度的影响:压力的升高会造成粘度上升; 
D、塑料分子量对粘度的影响:分子量增加会造成粘度上升。
塑料的结晶、结晶度及特征
结晶是物质分子或分子链之间呈有序、规则的排列结构。塑料按其高分子排列结构可分为结晶型塑料和非结晶型塑料(无定型塑料)。结晶度是反映结晶型塑料的结晶程度。
 

结晶性塑胶特性PE、PP、Nylon、PBT、POM、PPS、LCP、SPS、PET、TPx 非结晶性塑胶特性PVC、PS AS ABS CA PMMA、PC、PES
( A )固体时分子呈规则排列,强度较强,拉力也较强;
( B )熔解时比容积变化大,膨胀30 %左右,PE在20℃   时为1.03 cm3/g,在200℃时为1.33cm3/g,增加率为29%
( C )熔解后密度值变低,所以固化后较易收缩;
( D )分子链排列很紧密,故内应力不易释放出来;
( E )冷却成形俊结混度增高,故成品呈不透明;
( F )成形中散热较慢,故成品离模后特别烫手;
( G )冷模生产时,当时收缩率较小,乃因结晶化度低,造成日后收缩较大;
( H )热模生产时,当时收缩率较大,乃因结晶化度高,日后收缩较小;
( I )热模生产冷却较慢,则结晶化程度越高物性状态也愈良好,呈现越不透明状;
( J )具备耐热性、耐药品性等特征。 ( K )有明显熔点。
 
( A )无明显熔点
( B )固体时分子呈不规则排列、强度、拉力匀较弱。
( C )熔解时比容积不大,膨胀8%左右,PS 在20℃时为0.97cm3/g · 在200℃时为1.04 cm3/g增加率为8.3%
( D )熔解后密度值变化较小,固化后较不易收缩
( E )透明性乃因结晶化度低
( F )成形中散热较快,故成品离模后较不烫手。
( G )料温越高,色泽越黄 ·
 

 
玻璃化温度、熔化温度及热分解温度
玻璃化温度:聚合物的玻璃化温度是指线性非结晶型聚合物由玻璃态向高弹态或由高弹态向玻璃态的转化温度。 
熔化温度:是指结晶型聚合物从高分子链结构的三维有序态转化为无序的粘流态时的温度。 
热分解温度:热分解温度是指在有氧气存在的条件下,高分子聚合物受热后开始分解的温度。 
注塑成型时的温度介于玻璃化温度和热分解温度之间。具体还应根据制品的大小、厚薄、复杂程度、有无嵌件、着色剂的稳定性及注塑机的情况选择合适的加工温度。
常见的塑料的应用
1、PE 聚乙烯
化学和物理特性:聚乙烯(PE)是日常生活中最常用的高分子材料之一。聚乙烯为白色蜡状半透明材料,柔而韧,比水轻,无毒,具有优越的介电性能。易燃烧且离火后继续燃烧。透水率低,对有机蒸汽透过率则较大。聚乙烯的透明度随结晶度增加而下降在一定结晶度下,透明度随分子量增大而提高。高密度聚乙烯熔点范围为132-135oC,低密度聚乙烯熔点较低(112oC)且范围宽。常温下不溶于任何已知溶剂中,70oC以上可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三率乙烯等溶剂中。聚乙烯有优异的化学稳定性,室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、胺类、氢氧化钠、氢氧化钾等各种化学物质,硝酸和硫酸对聚乙烯有较强的破坏作用。聚乙烯容易光氧化、热氧化、臭氧分解,在紫外线作用下容易发生降解,碳黑对聚乙烯有优异的光屏蔽作用。受辐射后可发生交联、断链、形成不饱和基团等反映。
典型应用范围:子量达到3,000,000-6,000,000的线性聚乙烯称为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。超高分子量聚乙烯的强度非常高,可以用来做防弹衣。
高压聚乙烯:一半以上用于薄膜制品,其次是管材、注射成型制品、电线包裹层等。
中低、压聚乙烯:以注射成型制品及中空制品为主。
超高压聚乙烯:由于超高分子聚乙烯优异的综合性能,可作为工程塑料使用。
聚乙烯为蜡状,有蜡一样的光滑感,不染色时,低密度聚乙烯透明,而高密度聚乙烯不透明,最大用途是在农业大棚、食品袋等方面。它不怕水,也不怕油,抗化学腐蚀性强,且美观实用。
 2、PP 聚丙烯
化学和物理特性: PP是一种半结晶性材料。它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。 由于结晶度较高,这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。 PP不存在环境应力开裂问题。通常,采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。 由于结晶,PP的收缩率相当高,一般为1.8~2.5%。加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。 均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。 
典型应用范围: 汽车工业,器械(洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等),日用消费品(草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等)。 
注塑模工艺条件: 
干燥处理:如果储存适当则不需要干燥处理。 
熔化温度:220~275C,注意不要超过275C。 
模具温度:40~80C,建议使用50C。结晶程度主要由模具温度决定。 
注射压力:可大到1800bar。 
注射速度:通常,使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷,,那么应使用较高温度下的低速注塑。 
流道和浇口: 对于冷流道,典型的流道直径范围是4~7mm。建议使用通体为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是1~1.5mm,但也可以使用小到0.7mm的浇口。 对于边缘浇口,最小的浇口深度应为壁厚的一半;最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。 PP材料完全可以使用热流道系统。 
3、PVC (聚氯乙烯)
化学和物理特性:刚性PVC是使用最广泛的塑料材料之一。PVC材料是一种非结晶性材料。PVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、辅助加工剂、色料、抗冲击剂及其它添加剂。PVC材料具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。PVC对氧化剂、卫生泵还原剂和强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。PVC在加工时熔化温度是一个非常重要的工艺参数,如果此参数不当将导致材料分解的问题。PVC的流动特性相当差,其工艺范围很窄。特别是大分子量的PVC材料更难于加工(这种材料通常要加入润滑剂改善流动特性),因此通常使用的都是小分子量的PVC材料。
典型应用范围:供水管道,家用管道,房屋墙板,商用机器壳体,电子产品包装,医疗器械,食品包装等
注塑模工艺条件
干燥处理:通常不需要干燥处理。
熔化温度:185~205C
模具温度:20~50C
注射压力:可大到1500bar
保压压力:可大到1000bar
注射速度:为避免材料降解,一般要用相当地的注射速度。
流道和浇口:所有常规的浇口都可以使用。如果加工较小的部件,最好使用针尖型浇口或潜入式浇口;对于较厚的部件,最好使用扇形浇口。针尖型浇口或潜入式浇口的最小直径应为1mm;扇形浇口的厚度不能小于1mm。
 4、PBT 聚对苯二甲酸丁二醇酯
 化学和物理特性: PBT是最坚韧的工程热塑材料之一,它是半结晶材料,有非常好的化学稳定性、机械强度、电绝缘特性和热稳定性。这些材料在很广的环境条件下都有很好的稳定性。 PBT吸湿特性很小。一般材料收缩率在1.5%~2.8%之间。含30%玻璃添加剂的材料收0.3%~1.6%之间。 由于PBT的结晶速度很高,因此它的粘性很低,塑件加工的周期时间一般也较低。 
典型应用范围: 家用器具、电器元件开关、汽车工业部件等。 
注塑模工艺条件: 
干燥处理:这种材料在高温下很容易水解,因此加工前的干燥处理是很重要的。建议在空气中的干燥条件为120C,6~8小时,湿度必须小于0.03%。
熔化温度:225~275C,建议温度:250C 。 
模具温度:对于未增强型的材料为40~60C。要很好地设计模具的冷却腔道以减小塑件的弯曲。热量的散失一定要快而均匀。建议模具冷却腔道的直径为12mm。 
注射压力:中等(最大到1500bar)。 
注射速度:应使用尽可能快的注射速度(因为PBT的凝固很快)。 
流道和浇口: 建议使用圆形流道以增加压力的传递,可以使用各种型式的浇口,也可以使用热流道。 
浇口直径应该在0.8~1.0*t之间,这里 t是塑件厚度。如果是潜入式浇口,建议最小直径为0.75mm。 
 5、PC 聚碳酸酯 
化学和物理特性: PC是一种非晶体工程材料,具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性。PC的缺口伊估德冲击强度(otched Izod impact stregth)非常高,并且收缩率很低,一般为0.1%~0.2%。 
PC有很好的机械特性,但流动特性较差,因此这种材料的注塑过程较困难。在选用何种品质的 PC材料时,要以产品的最终期望为基准。如果塑件要求有较高的抗冲击性,那么就使用低流动率的PC材料;反之,可以使用高流动率的PC材料,这样可以优化注塑过程。 
典型应用范围: 电气和商业设备(计算机元件、连接器等),器具(食品加工机、电冰箱抽屉等),交通运输行业 (车辆的前后灯、仪表板等)。 
注塑模工艺条件: 
干燥处理:PC材料具有吸湿性,加工前的干燥很重要。建议干燥条件为100C到200C,3~4小时。加工 
前的湿度必须小于0.02%。 
熔化温度:260~340C。 
模具温度:70~120C。 
注射压力:尽可能地使用高注射压力。 
注射速度:对于较小的浇口使用低速注射,对其它类型的浇口使用高速注射。 
6、POM 聚甲醛
化学和物理特性: POM是一种坚韧有弹性的材料,即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击特性。POM既有均聚物材料也有共聚物材料。均聚物材料具有很好的延展强度、抗疲劳强度,但不易于加工。共聚物材料有很好的热稳定性、化学稳定性并且易于加工。无论均聚物材料还是共聚物材料,都是结晶性材料并且不易吸收水分。 POM的高结晶程度导致它有相当高的收缩率,可高达到2%~3.5%。对于各种不同的增强型材料有不同的收缩率。 
典型应用范围: POM具有很低的摩擦系数和很好的几何稳定性,特别适合于制作齿轮和轴承。由于它还具有耐高温特性,因此还用于管道器件(管道阀门、泵壳体),草坪设备等。 
注塑模工艺条件: 
干燥处理:如果材料储存在干燥环境中,通常不需要干燥处理。 
熔化温度:均聚物材料为190~230C;共聚物材料为190~210C。 
模具温度:80~105C。为了减小成型后收缩率可选用高一些的模具温度。 
注射压力:700~1200bar 
注射速度:中等或偏高的注射速度。 
流道和浇口: 可以使用任何类型的浇口。如果使用隧道形浇口,则最好使用较短的类型。对于均聚物材料建议使用热注嘴流道。对于共聚物材料既可使用内部的热流道也可使用外部热流道。 
7、ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
化学和物理特性:ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性:丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性;丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性;苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看,ABS是非结晶性材料。 三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物,一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相,另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性,并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性,例如从中等到高等的抗冲击性,从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。 ABS材料具有超强的易加工性,外观特性,低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。 
典型应用范围: 汽车(仪表板,工具舱门,车轮盖,反光镜盒等),电冰箱,大强度工具(头发烘干机,搅拌器,食品加工机,割草机等),电话机壳体,打字机键盘,娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。 
注塑模工艺条件: 
干燥处理:ABS材料具有吸湿性,要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件 
为80~90C下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 
熔化温度:210~280C;建议温度:245C。 
模具温度:25…70C。(模具温度将影响塑件光洁度,温度较低则导致光洁度较低)。 
注射压力:500~1000bar。 
注射速度:中高速度。
8、PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯 
化学和物理特性: PMMA具有优良的光学特性及耐气侯变化特性。白光的穿透性高达92%。PMMA制品具有很低的双折射,特别适合制作影碟等。 PMMA具有室温蠕变特性。随着负荷加大、时间增长,可导致应力开裂现象。PMMA具有较好的抗冲击特性。 
典型应用范围: 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(影碟、灯光散射器),日用消费品(饮料杯、文具等)。 
注塑模工艺条件: 
干燥处理:PMMA具有吸湿性因此加工前的干燥处理是必须的。建议干燥条件为90C、2~4小时。 
熔化温度:240~270C。 
模具温度:35~70C。 
注射速度:中等