塑料材料的分类、物理、加工性能与选用

塑料材料的分类、物理、加工性能与选用
目录
1、塑料概论
2、塑料材料应用性能参数
3、塑料的性能与应用
4、塑料材料的选用
5、塑料的简易鉴别方法
6、塑料用添加剂&塑料概论

塑料材料的种类划分-按化学结构分类
聚烯烃类
        聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、超高分子量聚乙烯(UHMPE)
聚苯乙烯类
        聚苯乙烯(PS)、丙烯晴-苯乙烯(AS) 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚体(ABS)
聚铣胺类
        不同的各种尼龙u 聚醚类、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚枫(PSU)
聚酯类
        聚对苯二甲酸丁二酯
丙烯酸酯类
         聚甲基丙烯酸甲酯                                                           
按结晶形态分类
         结晶性材料-在适当的条件下能产生某几种几何形态晶体结构的塑料(如PE,PP,PA,POM,PBT).
         无定型塑料-分子形状和分子排列不呈晶体结构而呈无序状的塑料(如ABS,PC,PSU,PMMA,PS)
按受热呈现基本行为分类
        热塑性塑料－在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化。
        热固性塑料－受热后成为不熔的物质，再次受热不再具有可塑性 。如蜜胺-甲醛树脂(MF)  尿-甲醛树脂(UF)及(PF)
按塑料的应用领域分类
        通用塑料-只可作为一般非结构材料使用，产量大，价格相对低廉。但也有将一般通用塑料改性，如加入稳定剂，玻纤等加强应用性能虽有改善，但远不及工程塑料的优良。    (PE   EVA   PP   PVC   PS-HI   PS-GP  ABS  ACRYLIC  SAN        等)
        工程塑料-可以作为结构材料，具有优异的综合性能(包括机械，电性能，耐热性能，耐化学性能，尺寸稳定性能，加工性能高)并可在较宽阔的温度范围和较长时间良好的保持这些性能，并能在承受机械应力和较为苛刻的化学，物理环境中长期使用。工程塑料的产量较少，价格较高。        (NORYL PC  POM  PPO  PBT  PET  LCP  NYLON等)
塑料的成型工艺
        加工成型-塑料材料可用多种不同的方法加工成型，一般可在400度以下操作，而成型后还可采用不同的二次加工方法加工成型塑件。如车，钻，锣，刨，刮，锉，拋光，电镀，丝印，烫印，喷油等。尽管塑料的加工方法有很多，但其中最主要的仍是注塑，挤出，吹塑，搪制为主。其中注塑成型约占60%。
        注塑成型、挤出成型、吹塑成型、搪制成型、热压制成型、传递成型、真空成型、绕注成型、压延成型、层积成型、吸塑成型  、浸积成型。
塑料成型方法，特点及应用
        压制成型－将塑料粉及增强，耐磨，耐热等填料置于金属模中，用加压加热方法制得一定形状的塑料制品。一般用于热固性塑料的成型，也适于热塑性塑料的成型。
        注射成型－将颗粒状或粉末状塑料置于注射机料筒内加热，使其软化后用推杆或旋转螺杆施加压力，使料筒内的胶料丛喷咀注射到模具中。适于形状繁杂批量大的塑件，成本低，速度快。用于聚乙烯，ABS，聚跣胺，聚丙烯，聚苯乙烯等热塑性材料。
        挤出成型－将塑料料连续的加入浸入料筒，受热软化后用旋转螺杆丛模口挤出。加工管材，棒材，片材。
        浇注成型－将液态树脂到入模具中，置于一定温度的烘箱中固化。用于枫醛，环氧等热固性塑料，可制大型繁杂件。
        吹塑成型－先将已制成的片材，管材加热软化或直接把挤压，注射的熔融状态的管材置于模具内，吹入空气使塑料处于高于弹性变形温度而低于其流动温度，吹出的空心制品。用于聚乙烯，软聚碌乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯等热塑性塑料，可制瓶子等。
        真空成型－将塑料片加热到软化，借真空作用使其贴在模具上，冷却得制件。用于聚碳酸酯，聚枫，聚碌乙烯，ABS等热塑性塑料。可制薄壁的杯，盘罩，壳，盒等敞口制品。
塑料材料应用性能参数
        比重－塑料的比重是在一定温度条件下，试样密度与水密度的比值。
        吸水性－ 规定尺寸的样品浸入一定温度的水中，经24小时所吸收的水分，吸水后尺寸及形状会受到影响。
        透气性－一定厚度的塑料薄膜在一个大气压下，一平方米面积在24小时的透气量。
        透湿性－水蒸气对塑料薄膜的透过情况。
        透明度－透光度  透过物体的光通量和射到物体上的光通量之比。雾度或浑浊度  在入射光反向上的散光对所有透射光之比。 雾度通常是瓣透明的但对射入光有漫射的性质。
塑料材料的力学性能
拉伸强度－在规定的试验温度，湿度，和拉伸速度下对样品施加拉伸力，测定其破坏是的最大载荷。
压缩强度－在样品上施加压缩力，至破裂(脆性)或屈服.
弯曲强度－样品放在两支点上，施加集中载荷，使样品变形或破裂时的强度。
冲击强度－样品受冲击破断时单位面积上所消耗的焦耳。
摩擦系数－摩擦力与正压力之比值。
磨耗－塑料在摩擦过程中尺寸改变的机械性破坏过程(磨损，磨蚀)
塑料材料的力学性能
        硬度－塑料抵抗其它硬物压入的性能。(洛氏，肖氏)。
        疲劳－在一静态破坏而有小量交变循环下使塑料破坏。
        蠕变－在固定的温度，湿度条件下，塑料在固定的外力持续作用下，随时间变化会表现出蠕变特征，其随加载荷而增加，   随减载荷而减少，而变形亦逐渐恢复。(拉伸蠕变，压缩蠕变，弯曲蠕变等)。
        持久强度－塑料长时间经受静载荷的能力由高而低的时间函数。
塑料材料的使用性能
        线胀系数－温度升高1度，每1mm的塑料伸长的mm数。一般为钢材的十倍。
        比热－1克塑料升高温度1度所需的热量单位。
        导热系数一单位面积和厚度之塑料所能通过的热量单位，为钢材的1%.
        耐热性－温度与变形之间的关系。
        玻璃化温度－塑料由熔融可流动温度降至固态时的温度，具很大的脆性。
        脆化温度 －当对一定低温下的塑料施加压力时，在很小的变形下就会破坏。        熔融指数－热塑性塑料在一定温度和压力下，熔体在10分钟通过测试孔所流出的塑料重量。
        耐燃烧性－由燃烧速率(燃烧时间内样品的燃烧长度)和燃烧失重率(燃烧前后重量之差)来表示。
        耐电压－迅速将电压升到规定值，一定时间内样品不被击穿。
        耐老化性－塑料在使用，储存，加工过程中由于受到光，热，氧气，生物，应力等外来因素的作用，引起化学结构破坏而使原有优良性能有所下降的现象。
        耐化学性－塑料在化学介质中是否受到腐蚀。(重量，体积，强度，色泽等).
        成型收缩率－塑料在模具中成型，冷却后脱模的成型品的收缩现象。
塑料的性能与应用
        通用塑料－作为一般性材料使用，产量大，价格低，性能一般，生产商多。可加入稳定剂，玻纤等材料将通用塑料改性，加强应用性能，但还远不及工程塑料的性能优良。
        工程塑料－具优异的综合性能：机械，电性能，耐热性能，耐化学性能，尺寸稳定性能，加工性能高，并可在较宽的温度范围和较长时间良好的保持这些性能，并在承受机械应力和较为苛刻的化学，物理环境中长期使用。产量少，价格较贵，生产厂家少。
        PC  ,  POM  ,  PBT  ,  PET  ,  NYLON (PA) ,  NORYLu AS(SAN)丙烯晴-苯乙烯    透明大力胶AS是丙烯晴(A)，苯乙烯(S)的共聚物，耐气候性中等，不受高湿度环境影响，能耐，一般性油脂，去污剂和轻度酒精，耐疲劳性较差，不易因能应力而开裂，料质透明度颇高,流动性好于ABS。
        托盘类，杯，餐具，牙刷，冰箱内格，旋钮，灯饰配件，饰物，仪表镜，包装盒，文具其它： ,收缩率0.2-0.7% ,合适的壁厚1.5-3mm,3-1通用塑料u ABS 丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚体ABS 丙烯晴(耐化学腐蚀性，表面硬度)丁二烯(坚韧)苯乙烯(良好加工性，染色性好耐气候性差，易氧化)具良好的综合性能，高冲击韧性和良好的机械性能，优良的耐热耐油性能和化学稳定性，尺寸稳定，易机械加工，表面可电镀，电性能良好。
        作一般结构或耐磨受力传动零件和耐腐蚀设备。齿轮，泵叶轮，轴承，把手，管道，电机外壳，电子零件，钟表壳，水箱外壳，冷藏库和冰箱内壳，文具，玩具其它：本色(白色)  ,收缩率0.4-0.7% ,合适的壁厚1.8-3mm,溢边值0.04mm3-1通用塑料u PSGP   改性聚苯乙烯 204透明度达88-92%，折光率1.59-1.60，适合作透光制品，染色性强，无毒无味，不致菌类生长，较高的冲击强度,耐酸碱性能好，不耐依据溶剂，电气性能优良，易成型，吸湿少于0.02%可在高湿度保持强度和尺寸，但脆性大。
        装饰品，照明指示牌，灯罩，文具，透明玩具，日用品，仪表镜片，冷藏库和冰箱内绝热层(发泡后)。其它：收缩率0.4-0.6%    合适的薄厚1.5-3mm。3-1通用塑料u PSHI   高冲击聚苯乙烯 成分中含橡胶后抗冲击强度大大提高，制品上可设计扣位和柱位而柱位亦可用自攻螺丝，在85度下长时间使用，老化加速寿命减少。
        各类家电外壳，文具，玩具，电子零件，电子仪表壳，冷藏库和冰箱内壳，电话机。其它：收缩率0.4-0.7%    合适的薄厚2-3mm。溢边值0.03mm3-1通用塑料u PP   聚丙烯  百折胶类似白色蜡状，比聚乙烯更透明更轻，注塑时流动性好，吸水性低于0.02%，耐化学有机溶剂，除浓硝酸浓硫酸外在很多介质中很稳定，抗冲击强度高，来回屈服力非常高，高频电性能不好，易成型收缩率大，耐温度性强，低温呈脆性，耐磨性不高。
        一般结构件，耐腐蚀件，受热的电气绝缘零件。各类家庭用品，文具，玩具，化学容器，医疗用品。其它：收缩率1.0-3.5% 加入30%玻纤可改善至0.7%左右   合适的薄厚1.5-2.5mm。溢边值0.03mm3-1通用塑料u PE  聚乙烯 最轻的塑料之一，半透明白色状，结晶性材料，屈服能力高但不易回复，优良的介电性能，透水率低耐水性好，化学稳定性高，使用温度可达80-100度摩擦性能和耐寒性好，但机械强度不高，质软，成型收缩大，表面不易粘贴，印刷。
合适的塑料产品：一般电缆的包皮，耐腐蚀件，表面涂层。
        HDPE:胶袋，日用品水桶，电线，玩具，建材。
        LDPE:胶袋，胶花，玩具，高频电线。其它：收缩率1.5-4.0%  合适的薄厚1.0-2.5mm。溢边值0.02mm3-1通用塑料u PMMA  聚甲基丙烯酸酯   亚加力 有机玻璃   有极好的透光性，在光的加速老化240小时后仍可透过92%的太阳光，室外十年仍有89%，紫外线达78.5% 。机械强度较高，有一定的耐寒性，耐腐蚀，绝缘性能良好，尺寸稳定，易于成型，质较脆，易熔于有机溶剂，表面硬度不够，易擦毛。
        有一定强度要求的透明结构件。仪表镜片，光学制品，电气，医疗器材，透明模型,装饰品，太阳镜片，广告牌。其它：收缩率0.4-0.7%  合适的薄厚1.5-4mm。溢边值0.03mm3-1通用塑料u PVC  软质聚碌乙烯 质柔软耐摩擦，挠曲，弹性良好，吸水性低，易加工成型，有良好的耐寒性和电气性能，化学稳定性强，耐焰自息，消声减震能制各种鲜艳而透明的制品，硬质PVC机械强度较高。但使用温度低(-15--+55度)。
        通常制成管，棒，薄板，绝缘包皮，表面软性包皮。家庭用品，文具，包装材料，运动器材，水管等。其它：收缩率  硬质1-1.5%     软质2-2.3%   合适的薄厚2-3.5mm。本色：灰色
        PC  聚碳酸酯 具有突出的冲击韧性和抗蠕变性能，有很高的耐热性，耐寒性也很好，脆化温度达-100度，抗弯强度与尼龙相当，并有较高的延伸率和弹性模量，但疲劳强度小于尼龙66。吸水性较低，收缩率小，尺寸稳定性好，成型的零件可达很精密的公差，并在很宽的变化范围内保持尺寸的稳定性。耐磨性与尼龙相当，并有一定的抗腐蚀能力，但成型条件要求高。可在较高干温度.高载荷下条件下长期应用，但不可在湿温下使用。合适的塑料产品：各种齿轮，涡轮，齿条，凸轮，轴承，心轴，滑轮，传送链，螺母，垫圈，泵叶轮，灯罩，容器，外壳，盖板，高温电气制品，风筒壳，火牛壳，电机壳，工具箱，奶瓶，照相机零件，安全帽，食品盘，医疗器材，CD等其它：收缩率  0.5-0.7%   合适的薄厚2-3.5mm。溢边值0.06mm            
        PC加入玻缄可改善其收缩率，机械强度，耐温性，在100度左右长期使用钢性会增加，制品可用退火改善内应力。   
        PA 尼龙- PA的机械性能中如抗拉抗压强度随温度和吸湿量而改变，所以水相对是PA的增塑剂，加入玻纤后，其抗拉抗压强度可提高2倍左右，耐温能力也相应提高，PA本身的耐磨能力非常高，所以可在无润滑下不停操作，如想得到特别的润滑效果，可在PA中加入硫化物。      
        各种齿轮，涡轮，齿条，凸轮，轴承，螺旋桨，传动皮带其它： 收缩率  1-2%  需注意成型后吸湿的尺寸变化。吸水率  100% 相对吸湿饱和时能吸8%,合适壁厚：2-3.5mmu PA66,疲劳强度和钢性较高，耐热性较好，摩擦系数低，耐磨性好，但吸湿性大，尺寸稳定性不够.应用：中等载荷，使用温度<100-120度无润滑或少润滑条件下工作的耐磨受力传动零件。
         PA 尼龙u PA6-疲劳强度钢性，耐热性低于尼龙66，但弹性好，有较好的消振，降噪能力。白色;应用：轻载荷，中等温度(80-100)无润滑或少润滑情况u PA610;强度.刚性耐热性低于尼龙66，但吸湿性小，耐磨性好。土黄色      应用：同尼龙6，宜作要求比较精密的齿轮，工作条件湿度变化大的零件。
         PA1001- 强度，刚性耐热性低于尼龙66，吸湿性低于尼龙610，成型工艺好，耐磨性好。 应用：轻载荷，温度不高，湿度变化较大，的条件下无润滑或少润滑的情况下工作的零件.
        MCPA-强度，耐疲劳性，耐热性，刚性均优于PA6及PA66，吸湿性低于PA6及PA66，耐磨性好，能直接在模型中聚合成型，宜浇铸大型零件。应用：高载荷，高使用温度(低于120)无润滑或少润滑的情况下。乳白色3-2工程塑料u POM  聚甲醛    塑钢抗拉强度，冲击韧性.刚性.疲劳强度，抗蠕变性能很高，尺寸稳定性好，吸水性小，摩擦系数小，具优良的耐摩擦磨损性能，在高温和水中仍有很大的刚性，耐化学腐蚀，性能同于PA，但价格较低，耐反复扭曲，有突出的回弹能力。成型比尼龙困难，加热易分解。合适的塑件产品：可替代大部分的有色金属，用于各种齿轮，涡轮，齿条，凸轮，轴承，泵叶轮，汽车，仪表，机床等其它：收缩率  2-3.5%  48小时内还会收缩1%。合适壁厚：1.5-2.5mm    乳白色　　　溢边值0.04mm
        PSU 聚枫-其机械性能，耐热，耐氧化，耐介电性能，热稳定性优于PC，但其加工性，对断口很敏感，耐气候性，耐光及紫外线及有机溶剂的性能欠佳，与PC同样不能在沸水中长期使用。用F-4填充后可作摩擦零件。表面可电镀。应用：高温下工作的耐磨受力传动零件，齿轮，微波炉的内配件，相机壳，医疗器械，汽车零件，投影机。其它：收缩率  0.5-0.7%  各向相同合适壁厚：2.5-4.0mm    透明琥珀色.
        PBT 对苯二甲酸乙丁二酸酯具优良的抗冲击性能，摩擦系数低而耐磨，磨损仅为POM的1/4尺寸稳定性好，吸湿性小，冷却时间短，耐一般溶剂，会水解。应用：要求润滑性及耐腐蚀的一些部件。齿轮，轴承，螺旋桨，泵壳等其它：收缩率  1.7-2.3%  48小时后仍有0.05%的收缩合适壁厚：1.5-4mm3-2工程塑料u NORYL硬而韧，强度较PA,POM,PC为高，蠕变比三种小，机械强度随温度上升仅轻微下降，可在-95--+110度的环境下工作，吸水性小，在沸水中仍保持尺寸稳定，绝缘性好，耐化学腐蚀，但堆紫外线敏感。应用：高频电子零件，绝缘材料，医疗用具，高温餐具，齿轮，塑料螺钉，复印机壳及零件。其它：收缩率  0.5-0.7%  合适壁厚：2-3.5mm
        氟塑料-PVF为含氟塑料的总称，聚四氟乙烯-PTFE  F-4    塑料王有优异的耐高低温性能，能在-195--+200度范围内连续工作200小时以上。耐化学腐蚀为所有塑料中最好，与强酸，强碱，强氧化剂均不发生反应，摩擦系数很低，仅0.04，是极好的自润滑材料。缺点是机械性能较差，刚性差，有冷流动性，热导率低，热膨胀大，耐磨性不高（可加入填充剂适当改善）需采取预压烧结的方法，成型加工费用高。应用：要求耐化学腐蚀的容器或密封件。
        填充聚四氟乙烯-PTFE用玻璃纤维粉末.二硫化钼.石墨.氧化镐.硫化钨.青铜粉.铅粉等填充的聚四氟乙烯，在承载能力.刚性等方面都有一定的提高，应用：高温或腐蚀性介质中工作的摩擦零件如活塞环等。
PVFu 聚三氟碌乙烯-PCTFE  F-3耐热性，电性能和化学稳定性仅次于F-4，机械强度，抗蠕变性，硬度都强于F-4应用：耐腐蚀的设备与零件，可作金属的防腐涂层。
        聚全氟乙丙烯-FEP-F-46力学.电性能.和化学稳定性基本同于F-4，冲击韧性极高，能在-85--+205度范围长期工作。应用同F-4，可注射成型。
塑料材料的选用
        选择工程塑料时应考虑的应用条件u 机械受应力的形式和大小，负荷的形式和时间，抗疲劳要求，允许的变形，超负荷和意外受力情况，抗冲击要求等。u 热正常的工作温度，最高和最低的工作温度。
        环境接触溶剂和各种蒸汽的情况，与酸碱等化学反应，吸水情况，受紫外线和环境氧化影响，受砂，雨水侵蚀，受霉菌，微生物影响等情况。u 毒性阻燃性，色粉，添加剂或分解过程中的毒性。
外观透明度，表面光度，色泽的一致和持久性。
选择工程塑料时应考虑的应用条件
        尺寸允许误差和尺寸稳定，重量因素。
        生产加工工艺的选择，装配方法，修剪和二次加工，质量控制和监督。
        经济材料成本，模具成本，加工机械成本，辅助设备成本，操作成本，机械维修成本等
        法规安全规定(阻燃，食品，医药)工业规定(汽车工业，电子工业等)
        一般结构零件要求：强度和耐热性无特殊要求，一般用来代替钢材或其它材料，批量大，需较高的生产率。成本低，有时对外观有一定的要求。应用：电子零件，电器(机)外壳，文具，日用品，玩具，仪表，紧固件。    材料：低压聚乙烯(HDPE)，聚碌乙烯(PYC)，改性聚苯乙烯(20A，204)，ABS，聚丙烯(PP)。透明结构件     要求：同上，另具良好的透明度。应用：灯罩，仪表镜片，玩具，光学镜片。     材料：亚加力(有机玻璃PMMA)，改性聚苯乙烯(204,203A)，聚碳酸酯(PC)，GP,SAN,ABS,聚枫(PTFE,F-4)。
        耐磨受力传动零件 要求：较高的强度，钢性，韧性，耐磨性，耐疲劳性，热稳定性。 应用：轴承，齿轮，齿条，涡轮，凸轮，辊子，联轴器。  材料：尼龙，MC尼龙(单体浇铸尼龙)，聚甲醛(POM)，聚碳酸酯(PC)，    碌化聚醚(PPO)，线性聚酯,聚酚氧。
        拉伸强度58.8kpa以上，工作温度80-120。u 减磨自润滑零件要求：受力较小，运动速度较快，需低摩擦系数，高耐磨性，好自润滑性。应用：活塞环，机械动密封圈，滑动导轨，轴承。材料：聚枫(PSU)，F-4填充的POM,聚全氟乙丙烯(F-46)，低压聚乙烯(HDPE)。
        耐高温结构零件要求：在高温下工作，具有高热变形温度和，高温抗蠕变性，并要求有高温耐磨性，耐腐蚀性，电绝缘性应用：高温工作的结构传动零件，齿轮，轴承，活塞环，泵，阀门，B,F,H,C级电气绝缘零件。材料：聚枫(PTFE,F-4)，具苯醚，聚全氟乙丙烯(F-46)等u 耐腐蚀零件要求：对酸碱和有机溶剂有良好的抗腐蚀能力，应用：化工管道，容器等材料：聚枫(PSU),F-4，聚碌乙烯(PYC)，聚丙烯(PP)。
塑料的简易鉴别方法一般有两种常用方法：
        比重鉴别法，燃烧鉴别法&塑料用添加剂u 添加剂可在加工过程中改善塑料的工艺性能，影响加工条件，提高加工效率，亦可，改进制品的性能，提高使用寿命。一般都含有，抗氧化剂，和润滑剂。
        依据不同的用途，可加入光稳定剂，阻燃剂，发泡剂，着色剂，增塑剂，热稳定剂，抗静电剂，填充剂，防霉剂，核化剂，流量改良剂。玻璃纤维增强塑料用玻璃纤维作为增强填充料的塑料的强度，耐热性，电性能，耐化学腐蚀性，都有很大提高。改善了塑料本身的物理性能和机械性能（如耐热性低，纤膨胀系数大，尺寸稳定性差等缺点。）效果显著的有增强尼龙。PE,PC,PS,PP等亦有较明显改善。应用：受力，耐热的结构件.传动件等。