工程塑料的应用

由于聚甲醛具有硬度大、耐磨、耐疲劳、冲击强度高、尺寸稳定性好、有自润滑特点，因而被大量用于制 造各种齿轮、滚轮、轴承、输送带、弹簧、凸轮、螺栓及各种泵体、壳体、叶轮摩擦轴承等机械设备的结 构零部件。用聚四氟乙烯乳液改性的高润滑聚甲醛制造的机床导板具有优良的刚性和耐疲劳性，能克服纯 聚 四氟乙烯易被磨耗和易蠕变的缺点，而且与金属摩擦的静、动摩擦系数基本相同，显示出了突出的自润 滑特性。制药包装机械 输送螺杆、星轮、齿条、链轮、垫条等。图为本公司用聚甲醛加工的进口设备配件。汽车工业 聚甲醛在汽车工业中的应用量较大。用聚甲醛制作的零件具有减少润滑点、耐磨、便于维修、简化结 构、提高效率、降低成本、节约铜材等良好效果。代替铜制作汽车上的半轴、行星齿轮等不但节约了铜， 而且提高了使用寿命。在发动机燃油系统，POM可以制造散热器水管阀门、散热器箱盖、冷却液的备用箱、 水阀体、燃料油箱盖、水本叶轮、气化器壳体、油门踏板等零件。电子电器 由于聚甲醛的电耗较小，介电强度和绝缘电阻较高，具有耐电弧性等性能，使之被广泛的应用于电子 电器领域。如可用聚甲醛制造电扳手外壳、电动羊毛剪外壳、煤钻外壳和开关手柄等，还可制造电话、无 线电、录音机、录像机、电视机、计算机和传真机的零部件、计时器零件，录音机磁带座。其它方面 建筑：可做自来水龙头、窗框、洗漱盆、水箱、门帘滑轮、水表壳体和水管接头等。农业机械：手动喷雾器部件，播种机的连接和联运部件，挤乳机的活动部件，排灌水泵壳，进出水阀座、 接头和套管等。还可用于气溶胶的包装、输送管、浸在油中的部件及标准电阻面 板等。聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)是通用的工程塑料。PBT的聚合工艺成熟、成本较低，成 型加工容易。未改性PBT性能不佳，实际应用要对PBT进行改性，其中，玻璃纤维增强改 性牌号占PBT的70%以上。1 PBT的工艺特性PBT具有明显的熔点，熔点为225235C，是结晶型材料，结晶度可达40%。PBT熔体的粘度受温度的影响不如剪切应力那么大，因此，在注塑中，注射压力对 PBT熔体流动性影响是明显。PBT在熔融状态下流动性好，粘度低，仅次于尼龙，在成型易发生“流延”现象。PBT成型制品各向异性。PBT在高温下遇水易降解。2注塑机选用螺杆式注塑机时。应考虑如下几点。 制品的用料量应控制在注塑机额定最大注射量的30%80%。不宜用大注塑机生产 小制品。 应选用渐变型三段螺杆，长径比为1520,压缩比为2.53.0。 应选用自锁式喷嘴，并带有加热控温装置。 在成型阻燃级PBT时，注塑机的有关部件应经防腐处理。3制品与模具设计 制品的厚度不宜太厚，PBT对缺口很敏感，因此，制品的直角等过渡处应采用圆弧 连接。 PBT的成型收缩率较大，在1.7%2.3%,模具要有一定的脱模斜度。 模具需要设排气孔或排气槽。 浇口的口径要大。 模具需设置控温装置。模具最高温度不能超过100C。 阻燃级PBT成型，模具表面要镀铬，以防腐。4原料准备注塑前要进行干燥、要将水分含量控制在0.02%以下。采用热风循环干燥时，当温度 为105C、120C或140C时，所对应的时间不超过8h、5h、3h。料层厚度低于30mm。5注塑工艺参数注射温度PBT的分解温度为280C，所以实际生产中一般控制在245260C之间。注射压力注射压力一般为50100MPa。注射速率PBT冷却速度快，因此要采用较快的注射速率。 螺杆转速和背压成型PBT的螺杆转速不宜超过80r/min，般在2560r/min之间。 背压一般为注射压力的10%15%。 模具温度一般控制在7080C，各部位的温度差不超过10C。 成型周期一般情况下为1560 s。6注意事项 再生料的使用再生料与新料的比例一般在25 %75%0 脱模剂的使用一般情况下不使用脱模剂，必要时可采用有机硅脱模剂。 停机处理PBT的停机时间在30min以内，可将温度降到200C时停机。长期停机后 再生产时，要将料筒内的料排空，再加入新料才能进行正常生产。 制品的后处理一般情况下不需要进行处理，必要时在120C时处理12ho聚对苯二甲酸二丁酯(Polybutylene terephathalate)，系以对苯二甲酸二甲酯(DMT) 与1,4-丁二醇(1,4-Butanediol)聚合而成的一种结晶性热可塑性工程塑料。由于PBT树脂 的一CH2链增长，使得分子链易于挠曲，所以玻璃转移温度比PET低，而结晶速度增快, 其化学结构式如下：PBT在1970年代初期由美国Celanese公司研究成功，并以Celanex商品名上市，随 后世界知名厂商德国BASF、Bayer、美国GE、Ticona，日本Toray、三菱化学，台湾新光 合纤、长春人造树脂、南亚塑料等公司先后投入生产行列，全球生产厂商共计三十余家。 PBT又可称为热塑性聚酯塑料，为适用于不同加工业者使用，一般多少会加入添加剂，或 与其它塑料掺混，随着添加物比例不同，可制造不同规格的产品。由于PBT具有耐热性、 耐候性、耐药品性、电气特性佳、吸水性小、光泽良好，广泛应用于电子电器、汽车零件、 机械、家用品等，而PBT产品又与PPE、PC、POM、PA等共称为五大泛用工程塑料。PBT下游应用的关系产业有包括汽车、电子/电器、机械业：(1) 连接器连接器是信号间的桥梁，是传递电子讯号及电源连接所不可或缺组件,PBT均衡的物 性与价格正符合连接器的需要。PBT通常添加30%玻璃纤维掺混作为连接器，PBT因机械 性质、耐溶剂性、成形加工性佳且价格低而广泛被采用。PBT因焊钖耐热性差的问题，使 其无法使用在SMT型连接器上。(2 )散热风扇PBT的第二大用途是使用在散热风扇，散热风扇是置于机器内长时间旋转以帮助散 热，对塑料物性要求有耐热、难燃、绝缘性及机械强度，PBT通常以加纤30%的形式应用 作为散热风扇之外框及扇叶(3) 绕线轴(bobbin)PBT的第三用途是作为变压器、继电器内的绕线轴，一般以PBT加纤30%射出成形。 绕线轴要求的物性包括绝缘性、耐热性、耐焊钖性、流动性、强度等，适用材料有酚醛树脂、 PBT、PA6、PET。酚醛树脂的性质都不错，但其成型性不及PBT，因此尺寸小，形状复杂 的产品都采用PBT树脂，虽PBT焊钖耐热性差，但其环保意识较高的欧美日等国，有增加 采用可回收PBT之趋势。(4) 汽车产业在汽车产业所消费PBT量约2,200公吨，其中一半的PBT是与PC形成PBT/PC合金， 可作为汽车保险杆。此外PBT亦可用于车窗马达外壳，机车马达零件，汽车传动器齿轮盒 等。其它PBT其它用途，如加15%玻璃纤维应用作为省电灯泡底座的内座及外壳，以PBT/PC 合胶作为溜冰鞋鞋底，其它如继电器外壳、插座、开关、调谐器外壳。电气通讯电子中塑料的具体应用介绍航空宇航工业中的应用由于塑料的特殊功能，在航空及宇航工业中得到了广泛应用，而且越来越显示出它在这一领 域中不可替代的地位，甚至有些金属材料都望尘莫及而被它们所取代。电气工业中的应用塑料在电工领域的应用极其广泛，其作用主要有两个方面，一是作为电气绝缘材料，二为机 械结构材料。这些材料应用的电工领域，主要是电机，电器工业和电线电缆工业。电气绝缘材料是使器件在电气上绝缘的，具有一定的机械强度的材料通常具有1061019Q.cm的电阻率。它们在电工技术中的功用如下：1 使导电体与其他部分相互绝缘；2 将不同电位的导体分隔开来 3 提供电容器储能的条件 4 改善高压电场中的电位梯度。随着电工技术向高压，高温，大容量，小体积发展，对绝缘材料也提出了更高的性能要求。1 电介质电绝缘性能的基本概念 相当一部分塑料用作绝缘材料，又称电介质。电介质在外电场作用下，会发生电导，极化， 损耗，击穿等过程，这是电介质的基本特性。在长期使用条件下，电介质还会老化（1）电介质的电导，它有不导电的能力，但实际上绝缘材料在电场作用下都会有一很小的 电流通过，这一电流，称为漏泄电流。电工上常用体积电阻率和表面电阻率来表征材料内部 和表面的绝缘特性。它们的数值越大，材料的绝缘性能愈好。（2）电介质的击穿，当施加于电介质两端的外电场强度高于某一临界值后，其电流突然上 升，电介质失去绝缘性能，到嫠是暂时地丧失，这种现象称为击穿。此临界电场强度称为介 电强度或电气强度，即材料能承受而不致遭到破坏的最高电场强度，其值为：在规定的试验 条件下发生击穿的电压除以施加电压的两电极间的距离所得的商。（3）电介质的损耗，电介质从时变场中吸收，以热的形式耗散的功率。常用损耗角正切来 表示。（4）相对介电常数（简称介电常数）当在一个电容器两极之间的周围全部只由所指明的电 介质充满时的电容值与同样电极形式的真空电容值的比。2 用作电工机械结构材料 这是指用作部分支撑，固定及保护等用途的材料，其主要功能为承受机械应力，除了机械强 度外，材料或部件的耐挠曲性和尺寸稳定性也十分重要，用作结构材料的塑料，往往也有绝 缘作用于，但不是主要功能。电子工业中的应用 制造电子，电气设备各种元器件的材料除了机械强度，耐温，易成型等基本要求外，对电性 能的要求因用途不同而差异很大。电子工业中大量的塑料用作绝缘材料，希望在高温，高频 下的绝缘电阻高而介电性能稳定，对有电磁波发射的电子设备既要不让电磁波射向周围环 境，又要阻隔外界电磁波对电子设备正常工作的干扰，所以需要一种有一定导电性的塑料来 传导和屏蔽电磁波，塑料的一大优点是质量轻，易加工，但因是高分子化合物均有不导电性， 但若能从组成或分子结构上作改进赋予良好的导电性则对电子设备的轻巧和功能的延伸是 一种新颖材料；有一定磁场强度的磁性塑料能代替天然的磁铁，也是电子工业所追求的新材 料。因此把具有绝缘，屏蔽，导电，导磁功能的塑料在电子工业中的应用进行罗列和分析， 对材料的生产者是一种促进，对材料的使用者是一种互通和借鉴。通讯工程中的应用 属于高科技领域的现代通讯产业缺少不了轻质，透明，坚韧，又绝缘的塑料，可以说新型的 绝缘线缆，通讯电缆和光缆，光盘等光记录材料以及诸如移动电话，传真机，复印机，电脑 打印机等通讯用办公设备的迅速发展，是在近年来各国对通用塑料，工程塑料及其合金塑料 进行了大量深入的研究，开发出一系列能满足不同通讯器材上所要求的特殊性能之塑料之后 才实现的。家用电器工业中的应用 家用电器是耐用消费品的主要领域，中国的家电用器还将与世界家用电器一道，进一步向着 多功能，高档次，智能化，无污染，节能化，的方向发展。家用电器品种繁多，按大小可分为：1 大（型）家电：电冰箱，冰柜，洗衣机2 小（型）家电：咖啡机，电吹风，电熨斗，电热毯按原理可分为：电子产品：彩色电视机，黑白电视机，录像机，摄像机 音响产品：收音机，录音机，立体声音响设备，电话机 电器产品：冰箱，洗衣机，空调器，电风扇，吸尘器，电热毯 按用途可分为：厨房机械：电冰箱，冰柜，电饭锅，微波炉，电烤箱，电炊具，食品干燥机，果汗压榨机， 豆浆机，绞肉机，烤面包机家务机械：洗涤机，吸尘器，电熨斗 视听设备：彩色电视机，黑白电视机，录像机，摄像机，录像磁盘，收音机，录音机，立体 声音响设备。空调设备：电风扇，空调机，加湿器，抽油烟机，排气扇医疗卫生事业中的应用医用塑料是一门介于现代医学和高分子科学之间的新兴学科。它涉及到物理学，化学，生物 化学，病理学，输血学等多种边缘科学。自1949 年美国首例用聚甲基丙烯酸甲酯作为人的 头盖骨和关节的临床应用以来，医用塑料的应用已遍及整个医学领域，取得了瞩目的成果。 医用塑料的用量也持续稳定增长。医用塑料根据实际应用，大致分为制作人工脏器，修复人体缺陷和制作医疗器械三大类材料： 一类，植入体内，永久性替代使用的人工脏器或部位。例如人工血管，人工心脏瓣膜，人工 食道，人工气管，人工胆管，此外，在手术过程中，用于体外团体暂时替代使用的人工脏器 有人工肾脏，人工心脏，人工肮，人工肚脏等。二类修复人体某部分缺陷的人工材料。如人工皮肤，人工骨，人工关节，人工鼻 三类，用作医疗器械的塑料材料，如医用容器有输液瓶，输血袋，腹膜透析液袋，一次性医 疗用品有注射器，输液器，各种插管，检验用具，病人用具，绷带等。医用塑料材料需长期与生物肌体，血液，体液等接触，有的甚至永久性植入体内。因此，这 类具有优良的生物体替代性和生物体相容性。一般来说，要求医用塑料材料具有稳定的化学 和物理性，无毒害，不过敏，不致癌，可灭菌消毒，易成型加工和抗血栓性。在诸多的性能 要求中，抗血栓性至为重要。因为人体具有防止出血的自然凝血功能，当塑料材料在治疗使 用或植入人体后，因肌体的排异反应立即产生血栓，引起组织坏死手术失败。经研究认为， 血栓形成的最直接原因 是血小板粘附所致。而血小板的粘附与材料的表面性质有关。如材 料的临界表面张，材料表面的亲水，疏水平衡，材料表面的光滑度以及材料表面的电荷性质 等。现在，已有很多方法对材料表面进行改性，如下图，通过材料表面的改性，可以阻止对导致 血栓形成的血纤蛋白，球蛋白的吸附，和与具有生理活性的肝素，血清蛋白形成结合，由此 获得的抗血栓性材料，已广泛在临床使用，取得了很大的成功其他方面应用 近年来随着树脂品级的提高和加工工艺的创新，赋予了塑料新的功能，拓展出许多新的用途， 通过不同的途径使塑料内含有大量的微孔就能赋予它分离，吸水，吸油的功能，大量的微孔 还使这类制品成为塑料与空气的复合物，在绝缘，隔热，透气，阻水，低介电等性能方面开 拓出新的应用领域，成为国民经济发展中不可缺少的新材料。塑料在汽车发动机上的应用当前，发动机再制造技术已经引起了众多汽车公司的广泛重视。应用这项技术可以有效降低生产成本，提 高售后服务层次，增强产品的综合竞争力。塑料在制造汽车发动机上起着重要的作用。从空气吸入系统到冷却系统，再到真正的发动环节，塑料使发 动机系统更容易设计，更容易组装，质量更轻。进气系统与燃料混合的空气的质量和数量至关重要。会影响确定发动机的寿命，及发动机的运行马力和平稳性能。 由于无数杂质可能通过空气进入发动机，在精密的发动机组件上沉积并降低发动机的性能，例如堵塞火花 塞使之不能点火以及阻塞各种进气管线，影响气缸阀门的开关等。因此尽量保证空气的洁净非常重要，尼 龙和聚丙烯常用于空气过滤系统，能够把灰尘和颗粒这些杂质从空气中分离出去。除了空气净化装置包含很多源自尼龙的塑料。大量气体、流体和节流阀也由特种聚丁烯对苯二酸酯和聚氨 酯塑料制造。塑料使得发动机系统足够轻，这就让车辆总重变轻，增大每加仑汽油行驶的里程。给油系统吸入管线保证了油气混合物的平稳进入并均匀分布在发动机内。塑料为设计者设计和安置吸入管线提供更 大的自由度，从而使设计吸入管线工作更轻松。塑料管线基本上是采用尼龙注塑加工和声波焊接技术，尼 龙能够使各部位及表面平滑，减小噪音、震动、粗糙等级（NVH）和重量。塑料同样在油路应用方面有显著的优点。油路是把燃料带到冷启动阀和喷油器的导管。可以使用合成油路 部分也能提供多点燃料喷射功能，可选择不同燃料流（返回或者不返回）的选择。塑料油路具有成本效率 高、集成度高、耐腐蚀、节约重量和空间稳定性等常见的塑料优点。发动机组件在发动机摇杆臂盖上使用塑料会为厂商在节约加工时间，组装时间和原料成本上带来巨大的好处。塑料的 突出优点一一轻巧除了能减轻重量，还能降低NVH等级。NVH的降低不仅能够给驾驶带来更大的乐趣， 而且能够减小连接组件的压力，延长这些组件的寿命。塑料发动机摇杆臂通常由乙基酯压铸或者尼龙注塑 而成。这两种方法都能做到有色成型，无需或者少许后加工。塑料能够整合且有复杂形状的特性使得空气 净化和燃油注入可以在同一个单元中进行。发动机盖是汽车中最基本的单元，直接影响汽车外观，也可使用塑料。当引擎盖打开时，可以很清楚地看 到表面的标记或者发动机的型号。发动机的计时带是用来计算开关进气阀门的次数的，它必须很强的张力 和耐高温能力。压塑乙基树脂和注塑尼龙和聚丙烯都具有这样的性能，而且重量轻，价格便宜。电子节流阀体正在代替机械阀体，塑料在综合这些阀体的复杂形状和进气路线以提高性能的技术上扮演着 关键的角色。高性能的热塑性聚氨酯有空间稳定性、耐热和耐化学性，能够增强进气系统阀体的性能。发动机油盘同样可以用这种塑料制造。乙基酯和尼龙让设计者制造出综合了低成本、轻重量、组装快捷等 优点的油盘。厂商可以将纠偏仪、垫圈、松紧扣和传感器等集成在一个易于安装的单元里，这些没有塑料 的优点是做不到的。冷却系统散热器过去是汽车中最重的部件。现在由于冷却技术的创新和塑料在散热器箱中的应用，散热器已经比以 前轻了很多。塑料易于成型，制造散热器可以更有效利用空间，也更便于设计。塑料的抗腐蚀性让塑料散 热器箱不会产生泄漏。用在这个方面的塑料主要是注塑的尼龙。注塑尼龙和硫化聚丙烯（PPS）也能用在水泵中。水泵促使冷却液在发动机内循环流动。尼龙和硫化聚丙 烯都具有强抗腐蚀性。塑料的耐高压性质使它们成为水泵制造材料最理想的材料。在高速运动时，空气流也能冷却散热器。然而在低速或者停机时，要利用散热器风扇产生降低冷却剂温度 的空气流。散热器扇是汽车冷却系统不可或缺的组件，它必须能够耐发动机带来的高温，同时需要能够耐 受散热器中冷却剂带来的化学腐蚀。尼龙族塑料耐高温的性质让散热器扇没有任何变形，且不减少散热器 的空气流。尼龙质量轻、高弹性设计使散热器扇占用最小的空间，为厂商减小质量。聚丙烯族散热器扇具 有和尼龙同样的性质，在厂商中很受欢迎。这两种塑料同时具有可回收和注塑时间短的特点。发动机中不断增长的塑料应用预示着制造更轻便、更高燃料效率车辆的趋势。