塑料性能及應(yīng)用

1、塑膠性能及應(yīng)用,塑料的定義及來源 塑料為高分子聚合物的總稱，它是由乙烷、甲烷、丙烷等經(jīng)過轉(zhuǎn)化為亞甲基、乙烯和丙烯等中間體（也叫基體或單體），再由中間體經(jīng)聚合反應(yīng)形成的高分子聚合物通稱塑料（塑膠或者樹脂）它的英文名為“plastics”，原意為可任意制作各種形狀的材料（可塑材料），它能在一定的條件下塑化成型，成型后的產(chǎn)品能在通常環(huán)境下保持形狀不變。另外強調(diào)一點：現(xiàn)在大多數(shù)塑料還含有一定量的添加劑（如填充劑、

2、增塑劑、穩(wěn)定劑、增強劑、潤滑劑、防靜電劑、著色劑、阻燃劑、芳香劑、發(fā)泡劑、發(fā)光劑等等），以加強它的特殊性能，達到它的使用目的。,我們以后講的塑料均為熱塑性塑料。,塑料的分類,塑料的主要性能,1）良好的穩(wěn)定性，耐腐蝕性、耐候性好，經(jīng)久耐用。如 PTFE（聚四氟乙烯）在“王水”中也難被腐蝕。2）一般塑料的密度都比金屬小，輕巧美觀。3）電氣絕緣性好，大多數(shù)塑料都具有優(yōu)良的電絕緣性，因此塑料被廣泛應(yīng)用于電子、電氣、通訊、儀器等領(lǐng)域。

3、4）塑料的力學(xué)性能好，可制作許多結(jié)構(gòu)性構(gòu)件。5）阻隔性好，能制作各種容器，有很好的防潮防水功能。6）加工性好，通過注射成型，能在很短時間可制成形狀復(fù)雜、尺寸穩(wěn)定、品質(zhì)優(yōu)良的制品。 另外，塑料還有很好的耐磨性、自潤性、減震性、絕熱性、電鍍性、焊接性、透光性等等?？傊?，塑料已應(yīng)用各行各業(yè)之中。,塑料的熱力學(xué)三態(tài)（玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)）,玻璃態(tài)：相當于無機物的固態(tài)，處于玻璃態(tài)的塑料分子鏈段基本上處于停止的狀態(tài)，分

4、子只在自身的位置上振動。在這種形態(tài)下，塑料件可以進行削、切、刨等機械加工。大多數(shù) 塑料常溫下都處在玻璃態(tài)形態(tài)下，如：POM、PC、PBT、ABS等等。高彈態(tài)：處于高彈態(tài)下的塑料分子，動能增加，分子的運動維持在小鏈段的旋轉(zhuǎn)，鏈與鏈之間不會發(fā)生位移。在這種形態(tài)下，當塑料件受到外力的作用時會發(fā)生緩慢形變，外力除去后又慢慢恢復(fù)原來的形狀。大多數(shù)塑料只有在熱加工過程中出現(xiàn)塑料的高彈態(tài)，在常溫下處于高彈態(tài)的塑料有TPE、TPU等彈性體塑料。。粘

5、流態(tài) ：所有塑料只有在熱加工過程中才會出現(xiàn)粘流態(tài)。處于粘流態(tài)的塑料分子，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)已解體，大分子鏈與鏈之間、鏈段與鏈段之間都能自由移動。外力很容易使塑料體變形，除去外力后不再恢復(fù)原形。 注塑成型過程可以這樣講：通過加熱和外力的作用，讓塑料從室溫的玻璃態(tài)（或高彈態(tài)），經(jīng)高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，注射入具有一定形狀的封閉模腔，然后在模腔中逐漸冷卻，從粘流態(tài)返回常態(tài)的玻璃態(tài)或高彈態(tài)，最后取出與模腔形狀一致的塑料制品。,塑料的

6、取向,塑料在加工過程中，在力的作用下，流動的大分子鏈段存在的方向或區(qū)域上造成的性質(zhì)差異；熔體在模腔的取向過程，直接影響制品的品質(zhì)；我們下來談?wù)劰に噮?shù)對取向應(yīng)力及其對制品性能的影響：A、熔體溫度高，粘度低，剪切力降低則取向度減少；B、在澆口封閉前，延長保壓時間，回導(dǎo)致取向應(yīng)力增加；C、提高射出壓力或保壓壓力，會增大取向應(yīng)力；D、模具溫度高可使制品緩慢冷卻，減緩取向作用；E、加強制品厚度可降低取向應(yīng)力。 制品中內(nèi)應(yīng)

7、力的存在會嚴重影響制品的力學(xué)性能和使用性能；由于內(nèi)應(yīng)力的存在及分布不均，會造成制品會使用中裂紋、變形、翹曲，還會引起制品表面泛白、渾濁及光學(xué)性能變壞。,料的粘度塑及其他因素對其的影響,粘度就是塑料熔體的粘稠程度。從剪切的意義上講粘度可以理解為熔體試圖流動時在熔體層或熔體內(nèi)部遇到的阻力。下面是影響它的因素：,A、剪切速率、剪切應(yīng)力對粘度的影響：剪切應(yīng)力隨剪切速率的提高而增加；而粘度隨它們的提高而下降，如：PE、PP、POM等；B、溫度對

8、粘度的影響：在一定范圍的溫度內(nèi)，溫度升高會造成塑料粘度下降，如CA、PS、PE、PP等；C、壓力對粘度的影響：壓力的升高會造成粘度上升；D、塑料分子量對粘度的影響：分子量增加會造成粘度上升。,塑料的結(jié)晶、結(jié)晶度及特征,結(jié)晶是物質(zhì)分子或分子鏈之間呈有序、規(guī)則的排列結(jié)構(gòu)。塑料按其高分子排列結(jié)構(gòu)可分為結(jié)晶型塑料和非結(jié)晶型塑料（無定型塑料）。結(jié)晶度是反映結(jié)晶型塑料的結(jié)晶程度。,玻璃化溫度、熔化溫度及熱分解溫度,玻璃化溫度：聚合物的玻璃化溫度

9、是指線性非結(jié) 晶型聚合物由玻璃態(tài)向高彈態(tài)或由高彈態(tài)向玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)化溫度。熔化溫度：是指結(jié)晶型聚合物從高分子鏈結(jié)構(gòu)的三維有序態(tài)轉(zhuǎn)化為無序的粘流態(tài)時的溫度。熱分解溫度：熱分解溫度是指在有氧氣存在的條件下，高分子聚合物受熱后開始分解的溫度。 注塑成型時的溫度介于玻璃化溫度和熱分解溫度之間。具體還應(yīng)根據(jù)制品的大小、厚薄、復(fù)雜程度、有無嵌件、著色劑的穩(wěn)定性及注塑機的情況選擇合適的加工溫度。,塑料的加工助劑及對

10、塑料性能的影響,ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,化學(xué)和物理特性: ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。 三種單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子

11、結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上百種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。 ABS材料具有超強的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強度。 典型應(yīng)用范圍: 汽車（儀表板，工具艙門，車輪蓋，反光鏡盒等），電冰箱，大強度工具（頭發(fā)烘干機，攪拌器，食品加工機，割草機等），電話機殼體，打字機鍵盤，娛樂用

12、車輛如高爾夫球手推車以及噴氣式雪撬車等。 注塑模工藝條件: 干燥處理：ABS材料具有吸濕性，要求在加工之前進行干燥處理。建議干燥條件 為80~90C下最少干燥2小時。材料溫度應(yīng)保證小于0.1%。 熔化溫度：210~280C；建議溫度：245C。 模具溫度：25…70C。（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導(dǎo)致光潔度較低）。 注射壓力：500~1000bar。 注射速度：中高速度。,PBT 聚對苯二甲酸丁二醇酯,化學(xué)和物理

13、特性: PBT是最堅韌的工程熱塑材料之一，它是半結(jié)晶材料，有非常好的化學(xué)穩(wěn)定性、機械強度、電絕緣特性和熱穩(wěn)定性。這些材料在很廣的環(huán)境條件下都有很好的穩(wěn)定性。 PBT吸濕特性很小。一般材料收縮率在1.5%~2.8%之間。含30%玻璃添加劑的材料收0.3%~1.6%之間。 由于PBT的結(jié)晶速度很高，因此它的粘性很低，塑件加工的周期時間一般也較低。典型應(yīng)用范圍: 家用器具、電器元件開關(guān)、汽車工業(yè)部件等。 注塑模工藝條件: 干燥處理：

14、這種材料在高溫下很容易水解，因此加工前的干燥處理是很重要的。建議在空氣中的干燥條件為120C,6~8小時，濕度必須小于0.03%。熔化溫度：225~275C，建議溫度：250C 。 模具溫度：對于未增強型的材料為40~60C。要很好地設(shè)計模具的冷卻腔道以減小塑件的彎曲。熱量的散失一定要快而均勻。建議模具冷卻腔道的直徑為12mm。 注射壓力：中等（最大到1500bar）。 注射速度：應(yīng)使用盡可能快的注射速度（因為PBT的凝固很快）

15、。 流道和澆口: 建議使用圓形流道以增加壓力的傳遞，可以使用各種型式的澆口，也可以使用熱流道。 澆口直徑應(yīng)該在0.8~1.0*t之間，這里 t是塑件厚度。如果是潛入式澆口，建議最小直徑為0.75mm。,PC 聚碳酸酯,化學(xué)和物理特性: PC是一種非晶體工程材料，具有特別好的抗沖擊強度、熱穩(wěn)定性、光澤度、抑制細菌特性、阻燃特性以及抗污染性。PC的缺口伊估德沖擊強度（otched Izod impact stregth）非常高，并

16、且收縮率很低，一般為0.1%~0.2%。 PC有很好的機械特性，但流動特性較差，因此這種材料的注塑過程較困難。在選用何種品質(zhì)的 PC材料時，要以產(chǎn)品的最終期望為基準。如果塑件要求有較高的抗沖擊性，那么就使用低流動率的PC材料；反之，可以使用高流動率的PC材料，這樣可以優(yōu)化注塑過程。典型應(yīng)用范圍: 電氣和商業(yè)設(shè)備（計算機元件、連接器等），器具（食品加工機、電冰箱抽屜等），交通運輸行業(yè) （車輛的前后燈、儀表板等）。 注塑模工藝條件:

17、 干燥處理：PC材料具有吸濕性，加工前的干燥很重要。建議干燥條件為100C到120C，3~4小時。加工 前的濕度必須小于0.02%。 熔化溫度：260~340C。 模具溫度：70~120C。 注射壓力：盡可能地使用高注射壓力。 注射速度：對于較小的澆口使用低速注射，對其它類型的澆口使用高速注射。,POM 聚甲醛,化學(xué)和物理特性: POM是一種堅韌有彈性的材料，即使在低溫下仍有很好的抗蠕變特性、幾何穩(wěn)定性和抗沖擊特

18、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強度、抗疲勞強度，但不易于加工。共聚物材料有很好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性并且易于加工。無論均聚物材料還是共聚物材料，都是結(jié)晶性材料并且不易吸收水分。 POM的高結(jié)晶程度導(dǎo)致它有相當高的收縮率，可高達到2%~3.5%。對于各種不同的增強型材料有不同的收縮率。典型應(yīng)用范圍: POM具有很低的摩擦系數(shù)和很好的幾何穩(wěn)定性，特別適合于制作齒輪和軸承。由于它還具有耐高溫特性，因此還用于

19、管道器件（管道閥門、泵殼體），草坪設(shè)備等。 注塑模工藝條件: 干燥處理：如果材料儲存在干燥環(huán)境中，通常不需要干燥處理。 熔化溫度：均聚物材料為190~230C；共聚物材料為190~210C。 模具溫度：80~105C。為了減小成型后收縮率可選用高一些的模具溫度。 注射壓力：700~1200bar 注射速度：中等或偏高的注射速度。 流道和澆口: 可以使用任何類型的澆口。如果使

20、用隧道形澆口，則最好使用較短的類型。對于均聚物材料建議使用熱注嘴流道。對于共聚物材料既可使用內(nèi)部的熱流道也可使用外部熱流道。,PC/PBT 聚碳酸酯和聚對苯二甲酸丁二醇酯的混合物,化學(xué)和物理特性: PC/PBT具有PC和PBT二者的綜合特性，例如PC的高韌性和幾何穩(wěn)定性以及PBT的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和潤滑特性等。典型應(yīng)用范圍: 齒輪箱、汽車保險杠以及要求具有抗化學(xué)反應(yīng)和耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性、抗沖擊性以及幾何穩(wěn)定性的產(chǎn)品。 注塑模

21、工藝條件: 干燥處理：建議110~135C,約4小時的干燥處理。 熔化溫度：235~300C。 模具溫度：37~93C。,PP 聚丙烯,化學(xué)和物理特性: PP是一種半結(jié)晶性材料。它比PE要更堅硬并且有更高的熔點。 由于結(jié)晶度較高，這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好。 PP不存在環(huán)境應(yīng)力開裂問題。通常，采用加入玻璃纖維、金屬添加劑或熱塑橡膠的方法對PP進行改性。 由于結(jié)晶，PP的收縮率相當高，一般為1.8~2.5%。加入30%的玻璃

22、添加劑可以使收縮率降到0.7%。 均聚物型和共聚物型的PP材料都具有優(yōu)良的抗吸濕性、抗酸堿腐蝕性、抗溶解性。 典型應(yīng)用范圍: 汽車工業(yè)，器械（洗碗機門襯墊、干燥機通風(fēng)管、洗衣機框架及機蓋、冰箱門襯墊等），日用消費品（草坪和園藝設(shè)備如剪草機和噴水器等）。 注塑模工藝條件: 干燥處理：如果儲存適當則不需要干燥處理。 熔化溫度：220~275C，注意不要超過275C。 模具溫度：40~80C，建議使用50C。結(jié)

23、晶程度主要由模具溫度決定。 注射壓力：可大到1800bar。 注射速度：通常，使用高速注塑可以使內(nèi)部壓力減小到最小。如果制品表面出現(xiàn)了缺陷，，那么應(yīng)使用較高溫度下的低速注塑。 流道和澆口: 對于冷流道，典型的流道直徑范圍是4~7mm。建議使用通體為圓形的注入口和流道。所有類型的澆口都可以使用。典型的澆口直徑范圍是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的澆口。 對于邊緣澆口，最小的澆口深度應(yīng)為壁厚的一半；最小的澆口寬

24、度應(yīng)至少為壁厚的兩倍。 PP材料完全可以使用熱流道系統(tǒng)。,PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯,化學(xué)和物理特性: PMMA具有優(yōu)良的光學(xué)特性及耐氣侯變化特性。白光的穿透性高達92%。PMMA制品具有很低的雙折射，特別適合制作影碟等。 PMMA具有室溫蠕變特性。隨著負荷加大、時間增長，可導(dǎo)致應(yīng)力開裂現(xiàn)象。PMMA具有較好的抗沖擊特性。 典型應(yīng)用范圍: 汽車工業(yè)（信號燈設(shè)備、儀表盤等），醫(yī)藥行業(yè)（儲血容器等），工業(yè)應(yīng)用（影碟、燈光散射器)，日用消費

25、品（飲料杯、文具等）。 注塑模工藝條件: 干燥處理：PMMA具有吸濕性因此加工前的干燥處理是必須的。建議干燥條件為90C、2~4小時。 熔化溫度：240~270C。 模具溫度：35~70C。 注射速度：中等,PA6 聚酰胺6或尼龍6,化學(xué)和物理特性 :  PA6的化學(xué)物理特性和PA66很相似，它的熔點較低，工藝溫度范圍寬?？箾_擊性和抗溶解性比PA66要好,但吸濕性也

26、更強。為了提高PA6的機械特性，經(jīng)常加入各種各樣的改性劑。沒有添加劑的產(chǎn)品，PA6的收縮率在1%到1.5%之間。加入玻璃纖維添加劑可以使收縮率降低到0.3%。成型組裝的收縮率主要受材料結(jié)晶度和吸濕性影響。典型用途  由于有很好的機械強度和剛度被廣泛用于結(jié)構(gòu)部件。由于有很好的耐磨損特性，還用于制造軸承。注塑模工藝條件     干燥處理：PA6很容易吸收水分，因此

27、加工前的干燥特別要注意。如果材料是用防水材料包裝供應(yīng)的，建議在80C以上的熱空氣中干燥16小時。如果材料已經(jīng)在空氣中暴露超過8小時，建議105C/8小時以上的真空烘干。    熔化溫度：230~280C，增強品種為250~280C。    模具溫度：80~90C。模溫顯著地影響結(jié)晶度，因此對于薄壁建議模具溫度為80~90C;如果壁厚大于3mm，使用20~

28、40C;對于玻璃增強材料模具溫度應(yīng)大于80C。    注射壓力：一般在750~1250bar之間（取決于材料和產(chǎn)品設(shè)計）。    注射速度：高速（對增強型材料要稍微降低）。    流道和澆口:由于PA6的凝固時間很短，因此澆口的位置非常重要。澆口孔徑大于0.5*t（這里t為塑件厚度）；使用熱流道澆口應(yīng)比常規(guī)流道小

29、一些；潛入式澆口最小直徑應(yīng)當是0.75mm。,PA66 聚酰胺66或尼龍66,化學(xué)和物理特性 ：     PA66在PA中有較高的熔點，是一種半晶體-晶體材料。在較高溫度保持較強的強度和剛度，成型后仍具有吸濕性，其程度主要取決于材料的組成、壁厚以及環(huán)境條件。為提高機械特性，會加入各種各樣的改性劑。 粘性較低，流動性很好，可以加工很薄的元件；粘度對溫度變化很敏感

30、。PA66的收縮率在1%~2%之間，加玻璃纖維收縮率降低到0.2%~1% 。收縮率在流程方向和與流程方向相垂直方向上的相異是較大的。 PA66對許多溶劑具有抗溶性，但對酸和其它一些氯化劑的抵抗力較弱。 典型用途：      PA66更廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、儀器殼體以及其它需要有抗沖擊性和高強度要求的產(chǎn)品。注塑模工藝條件  &#

31、160;  干燥處理：如果加工前材料建議在85C的熱空氣中干燥處理；濕度大于0.2%，需105C/12小時真空干燥。    熔化溫度：260~290C。對玻璃添加劑的產(chǎn)品為275~280C。    模具溫度：建議80C。對于薄壁塑件，如果使用低于40C的模溫需要進行退火處理。    注射壓力：

32、通常在750~1250bar，取決于材料和產(chǎn)品設(shè)計。    注射速度：高速（對于增強型材料應(yīng)稍低一些）。    流道和澆口:澆口孔徑不要小于0.5*t（這里t為塑件厚度）；熱流道澆口應(yīng)比使用常規(guī)流道小一些；潛入式澆口的最小直徑應(yīng)當是0.75mm。,熱塑性塑料的高性能化,通過改性，可使合成樹脂實現(xiàn)高性能的主要方法有如下幾種：⑴ 共聚合  采用兩

33、種以上的單體進行聚合的方法，如：耐沖擊性聚丙烯樹脂是由聚丙烯均聚物和乙烯丙烯共聚物組成的混合物體系。 ⑵ 合金化  把兩種以上的聚合物通過混合混煉形成微分散結(jié)構(gòu)的方法， 如：PPO/PS 、PC/ABS、PC/PBT等等。⑶ 復(fù)合化  在樹脂是中添加聚合物以外的物質(zhì)的方法，如：ABS-G30% PC-G30%等等。⑷ 立體規(guī)整化 采用新型的聚合催化劑提高聚合物分子有序性的方法，如：等規(guī)聚丙烯(I·