[材料科学]塑料材料选用.ppt

高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 总结塑料材料选用 选材应考虑的主要因素 根据制品的性能和用途选材 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 选材应考虑的主要因素 在选材时，需要考虑的因素很 多，如材料的性能特点、制品的使 用环境、加工适应性、原料来源、 成本核算等。这些因果关系如下图 所示。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 在进行塑料选材时，先进行初选，进行 综合评价后再试验，反复论证最后确定最佳 材料。 一、塑料材料的适用条件 塑料材料与其它材料相比有自身的适用 性，选用塑料材料就是要最大限度的发挥其 优势，避免劣势。塑料与金属、木材等几种 材料的比较如下表。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 表 塑料与金属等材料的一般性能比较 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 二、塑料制品的性能要求 塑料材料选用的根本目的就是以最低 的成本满足制品的性能要求，这是塑料选用 中首先要考虑的因素。对特定的塑料制品而 言，性能要求是多方面的，选用中要分清主 要性能、相关性能和次要性能，如下表。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 表 制品的主要性能、相关性能和次要性能 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 三、塑料材料的使用环境 使用环境是指材料或制品在使用时 所经受的温度、湿度、介质等条件，以及 风、雨、雪、雾、阳光及有害气体等因素 的影响。所以在塑料选材时，应考虑拟选 用材料对环境的适应能力。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 四、塑料材料的加工适应性 一般塑料材料加工适应性要考虑下述几 方面： （1）树脂的热稳定性 如PVC、POM等属热敏性材料，成型 加工中易产生分解，对成型工艺要求较高。 通常在加工中需严格控制温度，对PVC等物 料还需加入热稳定剂、增塑剂等。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 （2）树脂的成型原理 热塑性树脂受热熔融、流动，冷却后 即可硬化成型，易于制得制品；而热固性 树脂成型中伴随着交联固化反应，往往难 以用熔融成型加工的方法，生产效率较低 。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 （3）树脂熔体粘度的高低 热塑性树脂一般采用熔融成型加工 的方法，熔体粘度的高低对成型影响很大 。对高粘度物料（如PC、PSU）成型中 需采用较高的成型温度和压力，而粘度过 高（如UHMWPE、PTFE）则难以用普通 的方法加工，需用如冷压烧结等特殊成型 方法。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 五、塑料材料的经济适用性 经济适用性是塑料选材中的一个重要因 素，如果选取的塑料材料在性能和加工方面 均能满足要求，成本过高也难以投入生产， 更谈不上进入市场，只有物美价廉的制品才 能具有市场竞争力。塑料制品的成本主要包 括原料价格、加工费用、使用寿命、维护费 用等。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 （1）原料价格 制品成本中原料价格占的比例最大 ，约占注塑制品的60%70% ，挤出制品 70%80%。而且原料价格随运输费用和 市场需求波动较大，一些塑料原料的大 致价格区域如下表。 表 塑料原料价格区域 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 生产中在满足制品性能的前提下， 应尽量选择价格较低的原料，对于某些 性能要求较高的制品可通过改性来加以 弥补。 （2）加工费用 是制品成本的重要组成部分，应尽 量以低加工成本来完成制品。加工费用 主要包括设备成本、加工能耗和废品废 料等。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 生产中应尽量选用现有设备。如某厂要 生产农用大棚膜，可选用LDPE、LLDPE和 PVC树脂。如工厂现有压延机，则选用PVC； 如有挤出机，则选用LDPE、LLDPE。 同时，塑料加工方法多，加工设备的价 格不同，从减少投资来看，应依次选择下列方 法：真空吸塑、压制成型、中空吹塑成型、挤 出成型、注塑成型、压延成型。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 加工能耗主要是指在成型加工中应加热 和提供动力而对电能的消耗。一般工程塑料 成型前需进行干燥处理，成型后制品易残留 内应力而要求进行后处理，相应能耗就会增 加；通用塑料较少需要干燥处理和后处理， 相应能耗较低。 此外，成型加工温度较高的塑料品种， 如PC、PSU、PPO等加工能耗也会增大。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 塑料加工废料产生率因成型方法的 不同而不同，具体顺序如下： 真空吸塑挤出吹塑注塑压延 压制挤出 其中真空吸塑产生废料最多，如成 型一次性口杯废料率高达30%。生产中 的废料应尽量重新利用。以提高材料的 利用率，减低材料成本。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 （3）使用寿命 对于非一次使用的塑料制品，使用 寿命的延长就意味着价格的降低。如普 通大棚一般使用一季，长寿大棚膜可使 用两季，尽管后者的售价是前者的1.5倍 ，但在整个使用寿命期限内采用长寿大 棚膜价格却降低了25%。选用合适的塑 料原料，对塑料进行稳定化处理均可延 长制品的使用寿命，但制品的售价往往 会提高。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 一、根据制品的性能选材 1制品的力学性能 对制品的力学性能要从三个方面考虑：一 是受力的大小，可分为中低载荷和高载荷；二 是受力的类型，有拉伸、压缩、弯曲、冲击、 剪切等；三是受力的性质，包括固定载荷和间 歇载荷。不同的制品因受力的情况不同，对塑 料材料的力学性能要求也不同，见下表。 根据制品的性能和用途选材 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 表 塑料制品受力类型对材料力学性能要求 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 （1）一般结构零件 主要包括螺母、螺栓、垫片、支架、管 件、手柄、管件、手柄、方向盘等，受力不 大，一般为固定载荷，可选用HDPE、PP、 HIPS及热固性树脂；对力学性能要求较高 的特殊场合可选用PA、POM、PC及玻纤增 强塑料。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 （2）受间歇载荷作用的制品 如齿轮、齿条、链轮、链条、活塞环 、凸轮等。这类制品要具有较高的抗弯 、耐冲击、耐疲劳性，优良的耐磨性， 一定的耐热性，对有些场合还要求有自 润滑性，以此保证长期使用中的性能稳 定。常用材料有PA、POM、PPO、PC、 UHMWPE、PTFE、PEEK、PI及玻纤增 强塑料等。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 2制品的热性能 塑料材料与金属和陶瓷相比线性膨胀系 数较大，比热容和热导率较低，具有优异的 绝热性能，特别是泡沫塑料被广泛用作绝热 、保温材料。衡量制品的耐热性能好坏的指 标有热变形温度、马丁耐热温度和维卡软化 点及Tg、Tm等，其中以热变形温度最为常 用。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 根据热变形温度的大小可把塑料的耐 热性分成四种类型，见下表所示。 表 部分塑料品种的耐热性 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 3制品的其他性能 （1）制品的化学性能 对一些大分子中存在酯基、酰酯基、醚基及 硅氧基的塑料，在酸、碱和水存在的环境中，易 发生水解反应。如PET不耐酸、碱及高温水；PA 易吸湿，不耐酸；PF和UP不耐碱。而PVC、PE、 PP及PS等树脂的耐酸、碱、水性均很好。大分子 主链或支链含有-CH3、-C6H5基团往往不耐汽油、 苯、甲苯等非极性溶剂。对于强氧化剂（如浓硫 酸、浓硝酸和王水等）除PTFE外其他塑料品种几 乎均易受到侵蚀。溶剂介质的腐蚀主要与塑料的 溶度参数有关，这在非晶塑料的选用中尤其重要 。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 综合来看，常用塑料的耐化学腐蚀性可 表示如下。 氟树脂氯化聚醚PPSPVC、PE、 PPPC、PET、POM、PA、PSU、PIPF 、EP、UP 在塑料防腐材料的实际选用中要针对介 质的种类、状态、浓度、温度及氧化性、视 制品的受力及强度要求，以及成本和成型加 工等各方面因素，做出综合评定，最终选取 合适的塑料材料。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 （2）制品的光学性能 表征材料光学性能指标常用透光率、雾 度、折射率等。一般纯净的无定形塑料，大 都无色透明，结晶高聚物的结晶度愈大透光 性和透明性愈差。但通过加入成核剂和拉伸 等方法改变结晶结构可获得透明的结晶塑料 制品，如PET和PP双轴拉伸薄膜等。 除透明性外，在选用中还应注意制品的 应用场合和具体要求，用于光盘材料要求其 性能受环境影响小，抗蠕变性能好，具有长 期的力学稳定性；用于隐性眼镜则要求高度 稳定的光学性能，高吸水率，高透氧性，卫 生无毒，生理相容性好，柔软而有弹性。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 常用透明塑料选用的例子如下表。 表 常用透明塑料材料的选用举例 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 （3）制品的阻隔性 是指制品对气体、液体、香味、药 味等具有的一定屏蔽能力，一般用透过 系数来表征，塑料的透过系数越小，阻 隔能力越强。几种阻隔性能较好的塑料 品种的透过系数及其应用见下表。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 表 几种塑料的透过系数及其应用举例 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 （4）制品的电性能 塑料都是优良的电介质、介电常 数较小，但不同塑料介电常数也有明显 差别。非极性塑料介电常数在1.82.5 之间，如PE、PP、PS、F4；弱极性塑 料在2.53.5之间，如PMMA、PBT、 PET、PC；极性塑料在3.58之间，如 PVC、PF、PA等。作为绝缘电线电缆 等为减少能量损耗宜选用介电常数较小 的塑料品种，用作电容器则可选用介电 常数稍大的品种，目前常用于电容器的 是双向拉伸PP和PET薄膜。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 作为绝缘材料一般电阻率应大于 1010cm。塑料材料的电阻率绝大多 数符合绝缘材料的要求，被广泛用作 不同用途的电绝缘材料。一般用途电 线电缆可选用PVC，对于高频高压场 合需要选用电阻率高、介电常数小、 高介电强度的PE和PE-Cl，硬质制件可 选用HDPE、PP、PTFE、PI等； 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 作为电工类绝缘材料和制品（如闸 盒、继电器、接触器、封装材料等）要 求有较高的介电强度、耐电弧性和耐热 性，一般选用热固性塑料，常用氨基塑 料、酚醛塑料和环氧塑料等；在电子工 业对各种元器件除电气性能要求外，还 对力学性能、耐热性和成型加工性能有 较高的要求，可根据具体情况选用，常 用的塑料品种有PP、PC、POM、PET、 PBT、PSU、PPS、PI、PTFE等。 高聚物成型原材料课件高聚物成型原材料课件 （5）制品的燃烧与阻燃性 塑料是有机化合物，分子内含有大量碳、 氢等可燃元素，有些品种易燃，阻燃性差。但 大分子结构中若含有卤素及氮、磷、硫等原子 或主链结构中含有芳环类则材料具有一定的阻 燃性或自熄性。一般塑料的燃烧与阻燃性能可 用氧指数（OI）表征。OI22属易燃材料，OI 在2227之间为自熄性塑料，OI27为阻燃性塑 料。常用塑料的OI值见下表。 氧指数 指刚好维持某塑料材料燃