101塑胶材料知识

-OOCOCH2CH2CH2 CHCH3 OCROCOROCOCH3CH3COONNHArCCCOOO塑胶材料知识塑胶材料知识-塑料概述塑料概述塑料的分类塑料的分类塑料的改良塑料的改良塑料成型理论基础塑料成型理论基础常见塑料特性及应用常见塑料特性及应用常见塑料的识别特征常见塑料的识别特征塑料的选择塑料的选择-塑料(Plastic)v 塑料来源丰富、成本低廉，而且密度小、比强度高、绝缘性能好、化学稳定、减震和耐磨，在现代工业和日常生活中得到了日益广泛的应用。v 塑料是由可形成高相对分子质量聚合物的单体化学聚合而成的合成材料。低分子化合物单体经过聚合反应转变成大分子物质，其原子以共价键的方式形成大分子结构，相对分子质量一般不低于104。-塑料的组成v 聚合物大分子基本都呈长链状结构，由添加的化学成分沿着主要的分子“脊椎”形成 分 枝。虽 然 术 语 塑 料(plastic)经常被随意地当做聚合物(polymer)树脂(resin)的同义词，但是塑料通常是一种混合物，其主要成分为合成树脂，还含有助于成型的润滑剂、改进机械性能的增塑剂、抗老化的稳定剂、降低配方成本的填充剂、改进物理性能的阻燃剂、提高光学性能的成核剂和其它的添加剂等。聚合物单体、塑料组成、聚合过程-塑料产品制造方法v 总体来讲，将塑料制成最终产品主要通过物理相变如熔化和凝固（对热塑性塑料）或化学反应（对热固性塑料）两种方式。下图是各种制造方法占塑料总量的比例。-按用途分类按用途分类按用途分类普通塑料工程塑料定义定义日常使用范围最广的塑料（占热塑性塑料的90%以上）泛指一些具有能制造机械零件或工程结构材料等工业品质的塑料特点特点性能要求不高，成本低，易于取得其机械性能、电气性能、对化学环境的耐受性、对高温低温的耐受性等方面都具有较优异的特点，能在工程技术上替代某些金属如铜、铝、锌、部分合金钢或其它材料使用。价格比金属高常用塑料常用塑料聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、改性聚苯乙烯、聚氯乙烯(PVC)丙烯腈丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺聚酰胺(尼龙尼龙PA(N)、聚碳酸酯、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛聚甲醛(POM)、聚缩醛、聚酯树脂、聚砜(PSF)、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃PMMA)、改性聚苯醚及氟素树脂-按成型性能分类按成型性能按成型性能分类分类热塑性塑料热固性塑料微观结构微观结构呈线型或支链性，分子间无化学粘结经化学反应后，分子间以化学粘结的网状结构。热反应热反应受热后具有可塑性，软化或熔融，冷却后固化，再加热仍可软化在开始受热时可以软化或熔融，一旦固化成型就不会再软化，即使加热到接近分解温度也无法软化一般特性一般特性抗冲强度高易于成型 适合于复杂的设计机械强度高尺寸稳定性良好耐热性和耐湿性好不溶于溶剂常用塑料常用塑料PE、PP、PS、ABS、PMMA、PPO、PA(N)、PC、PSF、PVC、POMPF、EP、UP、UF、MFThermoset热固性塑料Thermoplastic热塑性塑料-热塑性塑料循环原理v 热塑性塑料的成型过程在理论上为仅发生诸如相变的物理过程，就好像加热时冰变成水，然後冷却时水又变成冰一样。故此类塑料应该很容易加以重复再生利用，如注射成型中的废料（注道、浇道等）。但在成型过程中由于常常发生某些轻微的化学变化（如氧化降解、热降解），这就可能使第二代再生塑料的性能与初次所用的新塑料不尽相同。热塑性塑料循环原理-Polymer塑料Thermoplastic热塑性塑料Thermoset热固性塑料(Semi-)Crystalline(半)结晶热塑性塑料Amorphous无定型热塑性塑料结晶区ABS,PC,PS,PVC,PAN,PMMA,PEI,PPO,SAN,AES,AS,ASA,.PPS,PE,PP,PBT,PET,Nylon(PA),POM,PEEK,.Liquid crystal polymers液晶热塑性塑料(LCPs)聚合物链的构象或形态不同-塑料的微观构造及受热冷的影响ThermosetThermoplastic-Amorphous和Crystalline的比较坚硬固态坚硬固态 柔软固态柔软固态 熔融液态熔融液态TG:玻璃转化温度TM:熔融温度坚硬固态坚硬固态 柔软固态柔软固态 熔融液态熔融液态CrystallineAmorphous加热时慢慢软化加热时迅速熔融象黄油象冰块-Amorphous和Crystalline的比较AmorphousCrystallineTemperatureSpecific Heat (Cp)TgTemperatureSpecific Heat (Cp)TgTm-Amorphous和Crystalline的比较-Amorphous和Crystalline的比较CrystallineAmorphous一般特性o 透明o 较低的耐化学品性 o 低成型收缩率 o 通常低强度 o 通常高熔融粘度 o 较低的热含量o 半透明或不透明 o 极好的耐化学品性 o 高成型收缩率 o 通常高强度 o 通常低熔融粘度 o 较高的热含量（有结晶热）-原料聚合物BlendsHomo-polymersCo-polymers冲击改性物,刚性增强物添加剂冲击改性物有非常低的Tg（玻璃转化温度）刚性增强物有非常高的硬度和强度Glass Fiber Carbon Fiber Glass Fiber+Talc 稳定剂 -抗氧剂 -紫外线稳定剂 -抗热稳定剂 阻燃剂 着色剂（颜料）润滑剂 隔离剂-塑料改性与增强的影响冲击改性物冲击改性物刚性增强物刚性增强物(Fiber)增加抗冲击力增加韧性降低硬度降低强度增加硬度和强度降低韧性增加翘曲各向异性减少热膨胀-塑料的热力学状态v 塑料的物理状态与温度的关系玻璃态：0Tg分子在冻结状态，硬而脆，遇压力则易破裂；高弹态：Tg Tf 受外力可变形，未达熔化状态，不易成型；粘流态：Tf Td 可随意加工成型；分解：Td 塑料开始裂解，出现气体分解物，甚至达烧焦状态。变形变形玻璃态玻璃态高弹态高弹态粘流态粘流态分解分解0TgTfTd温度温度金属金属结晶型聚合物结晶型聚合物Tx非结晶型聚合物非结晶型聚合物-塑料的流变性v 塑料流体的流动曲线与流变曲线在塑料熔体中，聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)等少数几种熔体的粘度对剪切应变速率不敏感，可近似为牛顿流体。而绝大多数塑料熔体的流动都接近于假塑性流体，只是在剪切应力很小或很大时才表现为牛顿流体。假塑性流体的剪切应力与剪切速率曲线在弯曲的起始阶段有类似塑性流动的行为，其粘度与剪切速率曲线偏离牛顿流体曲线向下弯曲，粘度随剪切速率的增大而降低。-剪切流动剪切流动是熔融流体在外力下的相对滑动。固定移动固定固定(1)剪切流动(Shear Flow)剪切速率是熔融流体剪切流动的速率。(2)剪切速率(Shear Rate)固定慢速移动低剪切速率固定快速移动高剪切速率剪切应力是熔融流体剪切流动的抵抗力，高粘度造成高剪切应力。(3)剪切应力(Shear Stress)固定慢速移动低剪切应力固定快速移动高剪切应力-粘度Viscosity=Shear Stress/Shear Rate低粘度 高粘度剪切速率影响粘度剪切速率影响粘度高剪切速率导致低粘度高剪切速率导致低粘度ViscosityShear Ratev 粘度(Viscosity)是抵抗运动的能力，熔体流动依赖于Viscosity特性，Viscosity又依赖于 Shear rate、Temperature、Pressure、Residence time-塑料的成型窗口v 要成型好品质的塑料产品必须使用一个合适的成型窗口温度缺料成型区域成型区域热劣化毛边0压力熔解-常见热塑性塑料vABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物vPA12 聚酰胺12或尼龙12vPA6 聚酰胺6或尼龙6vPA66 聚酰胺66或尼龙66vPBT 聚对苯二甲酸丁二醇酯vPC 聚碳酸酯vPC/ABS 聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物vPC/PBT 聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物vPE-HD 高密度聚乙烯vPE-LD 低密度聚乙烯vPEI 聚乙醚vPET 聚对苯二甲酸乙二醇酯vPETG 乙二醇改性-聚对苯二甲酸乙二醇酯vPMMA 聚甲基丙烯酸甲酯vPOM 聚甲醛vPP 聚丙烯vPPE|PPO 聚丙乙烯vPS 聚苯乙烯vPVC 聚氯乙烯vSAN 苯乙烯-丙烯腈共聚物-塑料名称塑料名称Acrylonitrile-Butadiene-Styrene丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（高度不碎胶）优点优点具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度缺点缺点不耐有机溶剂，会被溶胀，也会被极性溶剂溶解。耐候性差，户外使用会褪色典型用途典型用途汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等-塑料名称塑料名称Nylon尼龙（聚酰胺PA）优点优点机械强度高，韧性好，耐疲劳性佳，摩擦系数低（耐磨），耐腐蚀，无毒，耐热，电绝缘性佳，易染色，易成型缺点缺点易吸水，不耐强酸及氧化剂，耐光性差，成型技术要求高典型用途典型用途家用电器主件、电子及电机工业产品（插头、线等），汽车及仪表中的零部件、体育用品、输送管道、医疗器材，尼龙带、尼龙薄膜及尼龙织物等-塑料名称塑料名称Polyamide 12 or Nylon 12聚酰胺PA12或尼龙12优点优点吸水性低，电气绝缘性、抗冲击性、化学稳定性好，金属附着性好缺点缺点对强氧化性酸无抵抗能力典型用途典型用途油管、软管、水量表和其他商业设备，电缆套，机械凸轮，滑动机构以及轴承等-塑料名称塑料名称Polyamide 6 or Nylon 6聚酰胺PA6或尼龙6（卡普龙）优点优点抗冲击性和抗溶解性好，电气绝缘性好，耐磨损缺点缺点吸水性大，介电常数大，不宜应用于高频低损耗方面典型用途典型用途结构部件、轴承、机器仪表、仪器零件、电线电缆的绝缘-塑料名称塑料名称Polyamide 66 or Nylon 66聚酰胺PA66或尼龙66优点优点流动性好，刚性、硬度、耐热性高，屈服强度大，摩擦性低，耐应力开裂良好，抗蠕变性佳缺点缺点吸水性大，对酸和其它一些氯化剂的抵抗力较弱典型用途典型用途广泛应用于汽车工业、仪器壳体以及其它需要有抗冲击性和高强度要求的产品-塑料名称塑料名称Polybutylene Terephthalates聚对苯二甲酸丁二醇酯优点优点坚韧，有非常好的化学稳定性、机械强度、电绝缘特性和热稳定性缺点缺点在高温下很容易水解典型用途典型用途家用器具（食品加工刀片、真空吸尘器元件、电风扇、头发干燥机壳体、咖啡器皿等），电器元件（开关、电机壳、保险丝盒、计算机键盘按键等），汽车工业（散热器格窗、车身嵌板、车轮盖、门窗部件等）-塑料名称塑料名称Polycarbonate聚碳酸酯（防弹玻璃胶）优点优点透明性佳，具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性，成型精度高、尺寸稳定性好缺点缺点流动性较差，成型困难，上色困难，高温吸湿容易裂解典型用途典型用途透镜、叶轮、安全帽、电气和商业设备（计算机元件、连接器等），器具（食品加工机、电冰箱抽屉等），交通运输行业（车辆的前后灯、仪表板等）-塑料名称塑料名称Polycarbonate-Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Blend聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物优点优点具有PC和ABS两者的综合特性，如ABS的易成型特性和PC的优良机械特性及热稳定性，优异的流动特性。缺点缺点典型用途典型用途计算机和商业机器的壳体、电器设备、草坪和园艺机器、汽车零件（仪表板、内部装修以及车轮盖）-塑料名称塑料名称Polycarbonate|Polybutyleneterephthalate Blend聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物优点优点具有PC和PBT二者的综合特性，例如PC的高韧性和几何稳定性以及PBT的化学稳定性、热稳定性和润滑特性等缺点缺点典型用途典型用途齿轮箱、汽车保险杠以及要求具有抗化学反应和耐腐蚀性、热稳定性、抗冲击性以及几何稳定性的产品-塑料名称塑料名称High Density Polyethylene高密度聚乙烯优点优点抗张力强度高，抗渗透性强，化学稳定性好缺点缺点抗冲击强度较低，容易发生环境应力开裂现象典型用途典型用途电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等-塑料名称塑料名称Low Density Polyethylene低密度聚乙烯优点优点容易成型，对气体和水蒸汽具有渗透性，电绝缘，化学钝性缺点缺点热膨胀系数很高，不适合于加工长期使用的产品典型用途典型用途碗，箱柜，管道联接器-塑料名称塑料名称Polyetherimide聚乙醚优点优点很强的高温稳定性，很好的韧性和强度，良好的阻燃性、抗化学反应以及电绝缘特性，很低的收缩率及良好的等方向机械特性缺点缺点具有吸湿特性并可导致材料降解典型用途典型用途汽车工业（发动机配件如温度传感器、燃料和空气处理器等），电器及电子设备（电气联结器、印刷电路板、芯片外壳、防爆盒等），产品包装，飞机内部设备，医药行业（外科器械、工具壳体、非植入器械）-塑料名称塑料名称Polyethylene Terephthalate聚对苯二甲酸乙二醇酯优点优点光泽度佳缺点缺点在高温下有很强的吸湿性，容易发生弯曲形变典型用途典型用途汽车工业（结构器件如反光镜盒，电气部件如车头灯反光镜等），电器元件（马达壳体、电气联结器、继电器、开关、微波炉内部器件等）。工业应用（泵壳体、手工器械等）-塑料名称塑料名称Glycol-modified PET;Copolyesters乙二醇改性-聚对苯二甲酸乙二醇酯优点优点具有透明、高强度、高韧性的综合特性缺点缺点典型用途典型用途医药设备（试管、试剂瓶等）、玩具、显示器、光源外罩、防护面罩、冰箱保鲜盘等-塑料名称塑料名称Polymethyl Methacrylate聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃，亚克力Acrylics）优点优点塑料中透明性最好，光学性佳（在弯折、管状、线状性体中能传递光线），耐候性佳，抗冲击性好，绝缘性佳，宜作长期室外材料缺点缺点容易有裂纹，容易有刮痕，脆，受溶剂侵蚀典型用途典型用途透明平板或管件、窗户玻璃、镜片、汽车工业（信号灯设备、仪表盘等）、医药行业（储血容器等）、工业应用（影碟、灯光散射器)、日用消费品（饮料杯、文具等）-塑料名称塑料名称Polyacetal or Polyoxymethylene聚甲醛优点优点低摩擦系数，抗磨蚀性佳，不易吸收水分、抗溶剂侵蚀，耐冲击缺点缺点若需尺寸稳定必须共聚合，不易户外使用，碎屑的再成型会使性质变差典型用途典型用途齿轮、轴承、管道器件（管道阀门、泵壳体）、草坪设备、打火机零件-塑料名称塑料名称Polypropylene聚丙烯（百折软胶）优点优点密度小（轻），流动性好，成型性好，耐热，抗拉强度大，屈服强度高，不会产生龟裂，电气阻抗性佳，抗磨蚀性好，缺点缺点不宜制造尺寸精度要求高的产品，刚性不足，不宜作受力机械构件，染色困难，防火安全性差，耐候性差典型用途典型用途汽车工业（主要使用含金属添加剂的PP：挡泥板、通风管、风扇等），器械（洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等），日用消费品（草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等）-塑料名称塑料名称Polypropylene Ether Blends聚丙乙烯优点优点化学稳定性好，吸湿性小，电绝缘性好缺点缺点典型用途典型用途家庭用品（洗碗机、洗衣机等），电气设备如控制器壳体、光纤联接器等-塑料名称塑料名称Polystyrene聚苯乙烯（硬胶）优点优点亮丽的外观，容易成型，几何稳定性、热稳定性、光学透过性、电绝缘性好，很微小的吸湿倾向，抗磨蚀性好缺点缺点脆，不宜户外用途，褪色，对热的敏感性大，易发生降解，耐酸性能较差典型用途典型用途产品包装，家庭用品（餐具、托盘等），电气（透明容器、光源散射器、绝缘薄膜等）-塑料名称塑料名称Polyvinyl Chloride聚氯乙烯优点优点具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性缺点缺点流动特性相当差，成型窗口很窄。塑化剂的加入，降低了某些性质，如降低了Tg而变软等，褪色，受OH-的侵蚀，受限于环保问题典型用途典型用途唱片、水管、地板、软管、雨衣、商用机器壳体、电子产品包装、医疗器械、食品包装-塑料名称塑料名称Styrene Acrylonitrile苯乙烯-丙烯腈共聚物优点优点坚硬、透明，易于成型，具有很强的承受载荷的能力、抗化学反应能力、抗热变形特性和几何稳定性缺点缺点具有吸湿性，易受潮典型用途典型用途电气（插座、壳体等），日用商品（厨房器械，冰箱装置，电视机底座，卡带盒等），汽车工业（车头灯盒、反光境、仪表盘等），家庭用品（餐具、食品刀具等），化装品包装等。-外观识别法v 聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、尼龙(Nylon)均有不同的可弯性，手触有硬蜡样滑腻感，敲击时有软性角质类声音。PE-LD未染色前呈乳白色，半透明，较软，柔而韧，稍能伸长。PE-HD未染色前也呈乳白色，但不透明，较硬，不易延伸。PP未染色前呈白色，半透明，但比PE-LD透明度略高，且更轻，更为刚硬。Nylon未染色前色泽微黄。PE、PP相对密度均小于1，浮于水。Nylon12(或PA12)相对密度为1.011.03，在水中接近于悬浮状。-外观识别法v 聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯(PC)、有机玻璃(PMMA)均无延展性，手触有刚性感，敲击时声音较清脆。PS和ABS的区别在于PS为脆性，折弯时很易脆裂；ABS为韧性，折弯时很难断裂，在折弯部位由于分子拉伸取向而发白，裂口更是如此。PC未染色前是透明的，ABS则呈浅象牙色。原色的PS和PMMA从外观上较难识别，都有较好的透光性，即使染上颜色，其透光效果、光泽度、硬度等几乎都是一样的。PS及其它绝大多数塑料，相对密度均大于1，沉于水。-v 电木(PF)及其它所有热固性塑料受热或燃烧时都没有发软熔融过程，只会变脆和焦化。v 聚苯乙烯(PS)及其它所有热塑性塑料受热或燃烧时都必先经历发软熔融过程，但不同种类塑料有不同的燃烧现象聚乙烯(PE)：容易燃烧，离火源后仍能继续燃烧。燃烧时火焰上端呈黄色，下端呈蓝色。燃烧较完全，黑烟甚少。在近火焰处，塑料有熔融滴落现象，类似于矿烛蜡的流淌，熔融物亦很少被烟色熏染。火焰熄灭后，有明显的石蜡燃烧气味。聚丙烯(PP)：燃烧现象与PE大体相同，可能有少量黑烟。火焰熄灭后，则是有介乎煤油之类的石油味。尼龙(Nylon或PA)：燃烧较为缓慢，移走火源后，若环境温度不太高，或有金属附件将热量带走，维持燃烧的时间不长，稍后便自行熄灭。火焰颜色上黄下蓝。在近火焰处，塑料表面既熔融滴落，又会起泡。熄灭后有类似烧焦羊毛或指甲气味。-v 聚苯乙烯(PS)及其它热塑性塑料（续）聚苯乙烯(PS)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)：容易燃烧，离火源后仍能继续燃烧。燃烧极不完全，火焰呈黄色，并夹有浓密黑烟炭束，随烟气逸，弥漫四周。但PS的炭束稍少一些。燃烧时，近火焰处的塑料表面软化而不易发生滴落。PS表面会起泡，而ABS表面不起泡而呈焦化状态。熄灭后，PS带苯乙烯单体味，ABS有一种非常独特的臭味。聚碳酸酯(PC)：燃烧现象接近于PS，但燃烧速度缓慢，离火后会慢慢熄灭，熄灭后发出的是花果味。有机玻璃(PMMA)：燃烧时没有炭束飞逸，火焰呈浅蓝色、顶端白色，燃烧后发出强烈的花果臭和腐烂的蔬菜臭味。聚氯乙烯(PVC)：较难燃烧，离火源后容易自熄。燃烧时火焰上方黄色，底部绿色，有时还喷溅黄色绿色小火焰，冒出白烟，发出的气味辛辣刺鼻。熔体一边燃烧一边软化，可以拉扯出丝。-v成型收缩率大小：收缩率小的塑料(PS、ABS、PC)的尺寸精度较易达成，而收缩率大的塑料(PP、PE、POM)较难做到尺寸精度（模具的公差约为产品公差的1/6）。v流动粘度大小：流动粘度较大的塑料(ABS)，熔胶较不易流入缝隙中，流动粘度小的塑料(PA、POM)即使间隙很小熔胶亦易于流入。-v成型温度高低：成型温度较低的塑料(PS)较易成型且成型周期亦短，而成型温度较高的塑料(PC)较难成型且成型周期亦长。v是否易变质或分解：成型时不易变质或分解的塑料(PS、PE、PP)，量产时不易引起品质不稳的不良品，而成型时易变质或分解的塑料，若不严格要求成型条件（模具可以精密控制成型条件）则无法量产，这在使用热浇道的情形下问题尤其严重。-