工艺技术_塑料材料性能与应用

2020 2 18 1 塑料材料性能与应用 kanwan 2020 2 18 2 目錄 塑料概論塑膠材料應用性能參數塑料的性能與應用塑料材料的選用塑料的簡易鑒別方法塑料用添加劑 2020 2 18 3 塑料概論1 1塑料工業的組成 2020 2 18 4 1 2塑料材料的種類划分1 2 1按化學結構分類 聚烯烴類聚乙烯 PE 聚丙烯 PP 超高分子量聚乙烯 UHMPE 聚苯乙烯類聚苯乙烯 PS 丙烯晴 苯乙烯 AS 丙烯晴 丁二烯 苯乙烯共聚體 ABS 聚銑胺類不同的各種尼龍聚醚類聚碳酸酯 PC 聚甲醛 POM 聚楓 PSU 聚酯類聚對苯二甲酸丁二酯丙烯酸酯類聚甲基丙烯酸甲酯 2020 2 18 5 1 2 2按結晶形態分類 結晶性材料在適當的條件下能產生某几種几何形態晶體結構的塑料 如PE PP PA POM PBT 無定型塑料分子形狀和分子排列不呈晶體結構而呈無序狀的塑料 如ABS PC PSU PMMA PS 2020 2 18 6 1 2 3按受熱呈現基本行為分類 熱塑性塑料在特定溫度范圍內能反復加熱軟化和冷卻硬化 熱固性塑料受熱后成為不熔的物質 再次受熱不再具有可塑性 如蜜胺 甲醛樹脂 MF 尿 甲醛樹脂 UF 及 PF 2020 2 18 7 1 2 4按塑料的應用領域分類 通用塑料只可作為一般非結構材料使用 產量大 價格相對低廉 但也有將一般通用塑料改性 如加入穩定劑 玻纖等加強應用性能雖有改善 但遠不及工程塑料的優良 PEEVAPPPVCPS HIPS GPABSACRYLICSAN等 工程塑料可以作為結構材料 具有優異的綜合性能 包括機械 電性能 耐熱性能 耐化學性能 尺寸穩定性能 加工性能高 并可在較寬闊的溫度范圍和較長時間良好的保持這些性能 并能在承受機械應力和較為苛刻的化學 物理環境中長期使用 工程塑料的產量較少 價格較高 NORYLPCPOMPPOPBTPETLCPNYLON等 2020 2 18 8 1 3塑料的成型工藝 加工成型塑膠材料可用多種不同的方法加工成型 一般可在400度以下操作 而成型后還可采用不同的二次加工方法加工成型塑件 如車 鑽 鑼 刨 刮 銼 拋光 電鍍 絲印 燙印 噴油等 盡管塑料的加工方法有很多 但其中最主要的仍是注塑 擠出 吹塑 搪制為主 其中注塑成型約占60 不同的加工成型工藝注塑成型擠出成型吹塑成型搪制成型熱壓制成型傳遞成型真空成型繞注成型壓延成型層積成型吸塑成型浸積成型 2020 2 18 9 塑料成型方法 特點及應用 壓制成型將塑料粉及增強 耐磨 耐熱等填料置于金屬模中 用加壓加熱方法制得一定形狀的塑料制品 一般用于熱固性塑料的成型 也適于熱塑性塑料的成型 注射成型將顆粒狀或粉末狀塑料置于注射機料筒內加熱 使其軟化后用推杆或旋轉螺杆施加壓力 使料筒內的膠料叢噴咀注射到模具中 適于形狀繁雜批量大的塑件 成本低 速度快 用于聚乙烯 ABS 聚跣胺 聚丙烯 聚苯乙烯等熱塑性材料 擠出成型將塑膠料連續的加入浸入料筒 受熱軟化后用旋轉螺杆叢模口擠出 加工管材 棒材 片材 澆注成型將液態樹脂到入模具中 置于一定溫度的烘箱中固化 用于楓醛 環氧等熱固性塑料 可制大型繁雜件 吹塑成型先將已制成的片材 管材加熱軟化或直接把擠壓 注射的熔融狀態的管材置于模具內 吹入空氣使塑料處于高于彈性變形溫度而低于其流動溫度 吹出的空心制品 用于聚乙烯 軟聚碌乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯等熱塑性塑料 可制瓶子等 真空成型將塑料片加熱到軟化 借真空作用使其貼在模具上 冷卻得制件 用于聚碳酸酯 聚楓 聚碌乙烯 ABS等熱塑性塑料 可制薄壁的杯 盤罩 殼 盒等敞口制品 2020 2 18 10 塑膠材料應用性能參數2 1塑膠材料的物理性能 比重塑料的比重是在一定溫度條件下 試樣密度與水密度的比值 吸水性規定尺寸的樣品浸入一定溫度的水中 經24小時所吸收的水分 吸水后尺寸及形狀會受到影響 透氣性一定厚度的塑料薄膜在一個大氣壓下 一平方米面積在24小時的透氣量 透濕性水蒸氣對塑料薄膜的透過情況 透明度透光度透過物體的光通量和射到物體上的光通量之比 霧度或渾濁度在入射光反向上的散光對所有透射光之比 霧度通常是瓣透明的但對射入光有漫射的性質 2020 2 18 11 2 2塑膠材料的力學性能 拉伸強度在規定的試驗溫度 濕度 和拉伸速度下對樣品施加拉伸力 測定其破壞是的最大載荷 壓縮強度在樣品上施加壓縮力 至破裂 脆性 或屈服 彎曲強度樣品放在兩支點上 施加集中載荷 使樣品變形或破裂時的強度 沖擊強度樣品受沖擊破斷時單位面積上所消耗的焦耳 摩擦系數摩擦力與正壓力之比值 磨耗塑料在摩擦過程中尺寸改變的機械性破壞過程 磨損 磨蝕 2020 2 18 12 塑膠材料的力學性能 硬度塑料抵抗其它硬物壓入的性能 洛氏 肖氏 疲勞在一靜態破壞而有小量交變循環下使塑料破壞 蠕變在固定的溫度 濕度條件下 塑料在固定的外力持續作用下 隨時間變化會表現出蠕變特征 其隨加載荷而增加 隨減載荷而減少 而變形亦逐漸恢復 拉伸蠕變 壓縮蠕變 彎曲蠕變等 持久強度塑料長時間經受靜載荷的能力由高而低的時間函數 2020 2 18 13 2 3塑膠材料的使用性能 線脹系數溫度升高1度 每1mm的塑料伸長的mm數 一般為鋼材的十倍 比熱1克塑料升高溫度1度所需的熱量單位 導熱系數一單位面積和厚度之塑料所能通過的熱量單位 為鋼材的1 耐熱性溫度與變形之間的關系 玻璃化溫度塑料由熔融可流動溫度降至固態時的溫度 具很大的脆性 脆化溫度當對一定低溫下的塑料施加壓力時 在很小的變形下就會破壞 2020 2 18 14 塑膠材料的使用性能 熔融指數熱塑性塑料在一定溫度和壓力下 熔體在10分鐘通過測試孔所流出的塑料重量 耐燃燒性由燃燒速率 燃燒時間內樣品的燃燒長度 和燃燒失重率 燃燒前后重量之差 來表示 耐電壓迅速將電壓升到規定值 一定時間內樣品不被擊穿 耐老化性塑料在使用 儲存 加工過程中由于受到光 熱 氧氣 生物 應力等外來因素的作用 引起化學結構破壞而使原有優良性能有所下降的現象 耐化學性塑料在化學介質中是否受到腐蝕 重量 體積 強度 色澤等 成型收縮率塑料在模具中成型 冷卻后脫模的成型品的收縮現象 2020 2 18 15 塑料的性能與應用 通用塑料作為一般性材料使用 產量大 價格低 性能一般 生產商多 可加入穩定劑 玻纖等材料將通用塑料改性 加強應用性能 但還遠不及工程塑料的性能優良 工程塑料具優異的綜合性能 機械 電性能 耐熱性能 耐化學性能 尺寸穩定性能 加工性能高 并可在較寬的溫度范圍和較長時間良好的保持這些性能 并在承受機械應力和較為苛刻的化學 物理環境中長期使用 產量少 價格較貴 生產廠家少 PC POM PBT PET NYLON PA NORYL 2020 2 18 16 AS SAN 丙烯晴 苯乙烯透明大力膠AS是丙烯晴 A 苯乙烯 S 的共聚物 耐氣候性中等 不受高濕度環境影響 能耐 一般性油脂 去污劑和輕度酒精 耐疲勞性較差 不易因能應力而開裂 料質透明度頗高 流動性好于ABS 合適的塑料產品 托盤類 杯 餐具 牙刷 冰箱內格 旋鈕 燈飾配件 飾物 儀表鏡 包裝盒 文具其它 收縮率0 2 0 7 合適的壁厚1 5 3mm 3 1通用塑料 2020 2 18 17 3 1通用塑料 ABS丙烯晴 丁二烯 苯乙烯共聚體ABS丙烯晴 耐化學腐蝕性 表面硬度 丁二烯 堅韌 苯乙烯 良好加工性 染色性好耐氣候性差 易氧化 具良好的綜合性能 高沖擊韌性和良好的機械性能 優良的耐熱耐油性能和化學穩定性 尺寸穩定 易機械加工 表面可電鍍 電性能良好 合適的塑料產品 作一般結構或耐磨受力傳動零件和耐腐蝕設備 齒輪 泵葉輪 軸承 把手 管道 電機外殼 電子零件 鐘表殼 水箱外殼 冷藏庫和冰箱內殼 文具 玩具其它 本色 白色 收縮率0 4 0 7 合適的壁厚1 8 3mm 溢邊值0 04mm 2020 2 18 18 3 1通用塑料 PSGP改性聚苯乙烯204透明度達88 92 折光率1 59 1 60 適合作透光制品 染色性強 無毒無味 不致菌類生長 較高的沖擊強度 耐酸鹼性能好 不耐依據溶劑 電氣性能優良 易成型 吸濕少于0 02 可在高濕度保持強度和尺寸 但脆性大 合適的塑料產品 裝飾品 照明指示牌 燈罩 文具 透明玩具 日用品 儀表鏡片 冷藏庫和冰箱內絕熱層 發泡后 其它 收縮率0 4 0 6 合適的薄厚1 5 3mm 2020 2 18 19 3 1通用塑料 PSHI高沖擊聚苯乙烯成分中含橡膠后抗沖擊強度大大提高 制品上可設計扣位和柱位而柱位亦可用自攻螺絲 在85度下長時間使用 老化加速壽命減少 合適的塑料產品 各類家電外殼 文具 玩具 電子零件 電子儀表殼 冷藏庫和冰箱內殼 電話機 其它 收縮率0 4 0 7 合適的薄厚2 3mm 溢邊值0 03mm 2020 2 18 20 3 1通用塑料 PP聚丙烯百折膠類似白色蠟狀 比聚乙烯更透明更輕 注塑時流動性好 吸水性低于0 02 耐化學有機溶劑 除濃硝酸濃硫酸外在很多介質中很穩定 抗沖擊強度高 來回屈服力非常高 高頻電性能不好 易成型收縮率大 耐溫度性強 低溫呈脆性 耐磨性不高 合適的塑料產品 一般結構件 耐腐蝕件 受熱的電氣絕緣零件 各類家庭用品 文具 玩具 化學容器 醫療用品 其它 收縮率1 0 3 5 加入30 玻纖可改善至0 7 左右合適的薄厚1 5 2 5mm 溢邊值0 03mm 2020 2 18 21 3 1通用塑料 PE聚乙烯最輕的塑料之一 半透明白色狀 結晶性材料 屈服能力高但不易回復 優良的介電性能 透水率低耐水性好 化學穩定性高 使用溫度可達80 100度摩擦性能和耐寒性好 但機械強度不高 質軟 成型收縮大 表面不易粘貼 印刷 合適的塑料產品 一般電纜的包皮 耐腐蝕件 表面涂層 HDPE 膠袋 日用品水桶 電線 玩具 建材 LDPE 膠袋 膠花 玩具 高頻電線 其它 收縮率1 5 4 0 合適的薄厚1 0 2 5mm 溢邊值0 02mm 2020 2 18 22 3 1通用塑料 PMMA聚甲基丙烯酸酯亞加力有機玻璃有極好的透光性 在光的加速老化240小時后仍可透過92 的太陽光 室外十年仍有89 紫外線達78 5 機械強度較高 有一定的耐寒性 耐腐蝕 絕緣性能良好 尺寸穩定 易于成型 質較脆 易熔于有機溶劑 表面硬度不夠 易擦毛 合適的塑料產品 有一定強度要求的透明結構件 儀表鏡片 光學制品 電氣 醫療器材 透明模型 裝飾品 太陽鏡片 廣告牌 其它 收縮率0 4 0 7 合適的薄厚1 5 4mm 溢邊值0 03mm 2020 2 18 23 3 1通用塑料 PVC軟質聚碌乙烯質柔軟耐摩擦 撓曲 彈性良好 吸水性低 易加工成型 有良好的耐寒性和電氣性能 化學穩定性強 耐焰自息 消聲減震能制各種鮮艷而透明的制品 硬質PVC機械強度較高 但使用溫度低 15 55度 合適的塑料產品 通常制成管 棒 薄板 絕緣包皮 表面軟性包皮 家庭用品 文具 包裝材料 運動器材 水管等 其它 收縮率硬質1 1 5 軟質2 2 3 合適的薄厚2 3 5mm 本色 灰色 2020 2 18 24 3 2工程塑料 PC聚碳酸酯具有突出的沖擊韌性和抗蠕變性能 有很高的耐熱性 耐寒性也很好 脆化溫度達 100度 抗彎強度與尼龍相當 并有較高的延伸率和彈性模量 但疲勞強度小于尼龍66 吸水性較低 收縮率小 尺寸穩定性好 成型的零件可達很精密的公差 并在很寬的變化范圍內保持尺寸的穩定性 耐磨性與尼龍相當 并有一定的抗腐蝕能力 但成型條件要求高 可在較高干溫度 高載荷下條件下長期應用 但不可在濕溫下使用 合適的塑料產品 各種齒輪 渦輪 齒條 凸輪 軸承 心軸 滑輪 傳送鏈 螺母 墊圈 泵葉輪 燈罩 容器 外殼 蓋板 高溫電氣制品 風筒殼 火牛殼 電機殼 工具箱 奶瓶 照相機零件 安全帽 食品盤 醫療器材 CD等其它 收縮率0 5 0 7 合適的薄厚2 3 5mm 溢邊值0 06mmPC加入玻緘可改善其收縮率 機械強度 耐溫性 在100度左右長期使用鋼性會增加 制品可用退火改善內應力 2020 2 18 25 3 2工程塑料 PA尼龍PA的機械性能中如抗拉抗壓強度隨溫度和吸濕量而改變 所以水相對是PA的增塑劑 加入玻纖后 其抗拉抗壓強度可提高2倍左右 耐溫能力也相應提高 PA本身的耐磨能力非常高 所以可在無潤滑下不停操作 如想得到特別的潤滑效果 可在PA中加入硫化物 合適的塑料產品 各種齒輪 渦輪 齒條 凸輪 軸承 螺旋槳 傳動皮帶其它 收縮率1 2 需注意成型后吸濕的尺寸變化 吸水率100 相對吸濕飽和時能吸8 合適壁厚 2 3 5mmPA66疲勞強度和鋼性較高 耐熱性較好 摩擦系數低 耐磨性好 但吸濕性大 尺寸穩定性不夠 應用 中等載荷 使用溫度 100 120度無潤滑或少潤滑條件下工作的耐磨受力傳動零件 2020 2 18 26 3 2工程塑料 PA尼龍PA6疲勞強度鋼性 耐熱性低于尼龍66 但彈性好 有較好的消振 降噪能力 白色應用 輕載荷 中等溫度 80 100 無潤滑或少潤滑情況PA610強度 剛性耐熱性低于尼龍66 但吸濕性小 耐磨性好 土黃色應用 同尼龍6 宜作要求比較精密的齒輪 工作條件濕度變化大的零件 PA1001強度 剛性耐熱性低于尼龍66 吸濕性低于尼龍610 成型工藝好 耐磨性好 應用 輕載荷 溫度不高 濕度變化較大 的條件下無潤滑或少潤滑的情況下工作的零件MCPA強度 耐疲勞性 耐熱性 剛性均優于PA6及PA66 吸濕性低于PA6及PA66 耐磨性好 能直接在模型中聚合成型 宜澆鑄大型零件 應用 高載荷 高使用溫度 低于120 無潤滑或少潤滑的情況下 乳白色 2020 2 18 27 3 2工程塑料 POM聚甲醛塑鋼抗拉強度 沖擊韌性 剛性 疲勞強度 抗蠕變性能很高 尺寸穩定性好 吸水性小 摩擦系數小 具優良的耐摩擦磨損性能 在高溫和水中仍有很大的剛性 耐化學腐蝕 性能同于PA 但價格較低 耐反復扭曲 有突出的回彈能力 成型比尼龍困難 加熱易分解 合適的塑件產品 可替代大部分的有色金屬 用于各種齒輪 渦輪 齒條 凸輪 軸承 泵葉輪 汽車 儀表 機床等其它 收縮率2 3 5 48小時內還會收縮1 合適壁厚 1 5 2 5mm乳白色溢邊值0 04mm 2020 2 18 28 3 2工程塑料 PSU聚楓其機械性能 耐熱 耐氧化 耐介電性能 熱穩定性優于PC 但其加工性 對斷口很敏感 耐氣候性 耐光及紫外線及有機溶劑的性能欠佳 與PC同樣不能在沸水中長期使用 用F 4填充后可作摩擦零件 表面可電鍍 應用 高溫下工作的耐磨受力傳動零件 齒輪 微波爐的內配件 相機殼 醫療器械 汽車零件 投影機 其它 收縮率0 5 0 7 各向相同合適壁厚 2 5 4 0mm透明琥珀色 2020 2 18 29 3 2工程塑料 PBT對苯二甲酸乙丁二酸酯具優良的抗沖擊性能 摩擦系數低而耐磨 磨損僅為POM的1 4尺寸穩定性好 吸濕性小 冷卻時間短 耐一般溶劑 會水解 應用 要求潤滑性及耐腐蝕的一些部件 齒輪 軸承 螺旋槳 泵殼等其它 收縮率1 7 2 3 48小時后仍有0 05 的收縮合適壁厚 1 5 4mm 2020 2 18 30 3 2工程塑料 NORYL硬而韌 強度較PA POM PC為高 蠕變比三種小 機械強度隨溫度上升僅輕微下降 可在 95 110度的環境下工作 吸水性小 在沸水中仍保持尺寸穩定 絕緣性好 耐化學腐蝕 但堆紫外線敏感 應用 高頻電子零件 絕緣材料 醫療用具 高溫食具 齒輪 塑膠螺釘 影印機殼及零件 其它 收縮率0 5 0 7 合適壁厚 2 3 5mm 2020 2 18 31 3 2工程塑料 氟塑料PVF為含氟塑料的總稱 聚四氟乙烯PTFEF 4塑料王有優異的耐高低溫性能 能在 195 200度范圍內連續工作200小時以上 耐化學腐蝕為所有塑料中最好 與強酸 強鹼 強氧化劑均不發生反應 摩擦系數很低 僅0 04 是極好的自潤滑材料 缺點是機械性能較差 剛性差 有冷流動性 熱導率低 熱膨脹大 耐磨性不高 可加入填充劑適當改善 需采取預壓燒結的方法 成型加工費用高 應用 要求耐化學腐蝕的容器或密封件 填充聚四氟乙烯PTFE用玻璃纖維粉末 二硫化鉬 石墨 氧化鎬 硫化鎢 青銅粉 鉛粉等填充的聚四氟乙烯 在承載能力 剛性等方面都有一定的提高 應用 高溫或腐蝕性介質中工作的摩擦零件如活塞環等 2020 2 18 32 3 2工程塑料 氟塑料PVF聚三氟碌乙烯PCTFEF 3耐熱性 電性能和化學穩定性僅次于F 4 機械強度 抗蠕變性 硬度都強于F 4應用 耐腐蝕的設備與零件 可作金屬的防腐涂層 聚全氟乙丙烯FEPF 46力學 電性能 和化學穩定性基本同于F 4 沖擊韌性極高 能在 85 205度范圍長期工作 應用同F 4 可注射成型 2020 2 18 33 塑料材料的選用4 1選擇工程塑料時應考慮的應用條件 機械受應力的形式和大小 負荷的形式和時間 抗疲勞要求 允許的變形 超負荷和意外受力情況 抗沖擊要求等 熱正常的工作溫度 最高和最低的工作溫度 環境接觸溶劑和各種蒸汽的情況 與酸鹼等化學反應 吸水情況 受紫外線和環境氧化影響 受砂 雨水侵蝕 受霉菌 微生物影響等情況 毒性阻燃性 色粉 添加劑或分解過程中的毒性 外觀透明度 表面光度 色澤的一致和持久性 2020 2 18 34 4 1選擇工程塑料時應考慮的應用條件 尺寸允許誤差和尺寸穩定 重量因素 生產加工工藝的選擇 裝配方法 修剪和二次加工 質量控制和監督 經濟材料成本 模具成本 加工機械成本 輔助設備成本 操作成本 機械維修成本等法規安全規定 阻燃 食品 醫藥 工業規定 汽車工業 電子工業等 2020 2 18 35 4 2塑料的選用 一般結構零件要求 強度和耐熱性無特殊要求 一般用來代替鋼材或其它材料 批量大 需較高的生產率 成本低 有時對外觀有一定的要求 應用 電子零件 電器 機 外殼 文具 日用品 玩具 儀表 緊固件 材料 低壓聚乙烯 HDPE 聚碌乙烯 PYC 改性聚苯乙烯 20A 204 ABS 聚丙烯 PP 透明結構件要求 同上 另具良好的透明度 應用 燈罩 儀表鏡片 玩具 光學鏡片 材料 亞加力 有機玻璃PMMA 改性聚苯乙烯 204 203A 聚碳酸酯 PC G