烘箱 电热烘箱
 
 
信息中心
塑料的基本概念
[ 关 闭 ]
更新日期:2009-10-6  点击:   [ 关 闭 ]
(一) 塑料的定义及组成
塑料是以树脂为主要成分,加入各种能够改善其加工或使用性能的添加剂(助剂),在一定温度、压力和溶剂作用下,能够塑制成设计要求的形状,并可在常温、常压下保持此形状的一类材料。共同的特点是:
①在一定条件下具有塑性,即连续变形的能力;
②主体成分为树脂;
③常温、常压下为具有一定强度和固定形状的塑性和刚性材料。
对一般技术人员来说,想要有效地使用塑料,或在塑料制品生产时能充分利用其基本特性,并不一定需要深知道结构,只要对其内部结构有一般的了解,知道不同种类不同牌号塑料之间的性能差别,就可以合理地应用塑料。
通常认为聚合物和塑料含义相同,实际上它们之间是有区别的。聚合物是聚合过程所产生的纯材料,很少单独使用,只在参入添加剂后才在工业中应用。有添加剂的材料称为塑料。
树脂——是塑料的主要成分,为纯聚合物,由小分子单体聚合而成,它决定着塑料的主要功能。按其来源可分为天然树脂和合成树脂。
来至大自然的树脂叫做天然树脂,它包括沥青、蛋白质、虫胶、松香等等。
合成的大分子、或称长链分子,是由千百个被称为“单体”的分子单元结合在一起而形成的。将单体结合在一起的过程称为“聚合”。大分子中单体的数量称为“聚合度”。
“降解”就是聚合度下降,也就是大分子中单体分子数量减少,或组成物质的分子质量下降。
合成树脂种类繁多,可上千种。组成物质的分子质量在10000以上的聚合物,就是我们常说的高分子材料。
高分子材料包括:塑料、橡胶、纤维等三大类。
决大多数塑料中都加入各种不同的添加剂(助剂),以改善其性能(加工和使用性能)。
添加剂又称助剂,常用的有:
增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂、填料及发泡剂等等。
不加助剂的塑料称为单组分塑料(如PTFE),可以说是纯聚合物,否则叫做多组分塑料。
(二) 塑料的分类
①根据热行为不同(按加热性质分类):可分为热塑性材料;热固性材料。
1. 热塑性塑料:在热塑性塑料中,各长分子链之间是靠较弱的范德瓦尔力维持在一起的。受热时,分子之间的作用力进一步变弱,使材料软化并具有柔性。温度继续升高时,则变为粘性熔体,而在冷却时,长分子链段又重排成原状,熔体会重新凝固。这种加热软化、冷却凝固的循环是可逆的,可以重复多次。这种性质是热塑性塑料的特点,很多工艺方法就是建立在这种性质的基础上的。然而,热塑性塑料也存在着一些缺点,其中主要是对温度过于敏感。
常见的品种有:PE、PP、PA、POM、SP、PTFE等等(以上为结晶树脂),PVC、PS、PC、PMMA、ABS、PSU、PPO等(以上为无定型树脂,又称非结晶型塑料)。
这里引入熔体指数的概念:熔体指数(也有称熔融指数、熔体流动速率)用MI表示,通常作为热塑性塑料质量控制 和成型工艺条件设定参数的依据。它是在规定温度和恒定载荷下,塑料熔体在一定时间(参照时间)通过标准毛细管的质量数,用g/10min来表示。
熔体指数是用以区别各种热塑性材料在熔融状态时的流动性。对于同一树脂,可以用熔体指数来比较其相对分子质量的大小,作为生产的质量控制指标,一般说熔体指数与相对分子量成反比关系,即该树脂的熔体指数愈大,相对分子量愈小,它的流动性也愈好,成型加工较容易,收缩率小,而力学性能相对偏低。
注射用塑料材料的熔体指数多数选择为1—20。
合成树脂高分子结构为线型的,属于热塑性材料,它在热作用下加工成型时的变化,是一种物理现象,它成型容易。
2.热固性材料:热固性塑料是通过化学反应生成的,反应过程可分为两个阶段:第一阶段和热塑性材料类似,即生成长链分子,但这种长链分子能进一步起化学反应;第二阶段是在模具中的温度和压力下进行的;反应后,材料内部形成密集的网状组织,各长链分子相互形成强有力的键合,使材料冷却后再次加热时不能软化。固化后的热固性塑料,遇热不再熔融,也不溶于有机溶剂。它的热成型加工过程是一种化学变化,只能是一次性加工,不可反复加工。若温度过高,则材料碳化并分解。这种性质与鸡蛋煮熟后变硬,再加热也不会软化相类似。
通用的热固性材料有:酚醛树脂—俗称电木或是贝克莱特、英文简称PF,具体分压缩粉、层压液和泡沫塑料。
环氧树脂—英文简称EP,具体分为层压、玻璃钢、浇铸和泡沫塑料四类。
不饱和树脂—英文简称UP,主要用于玻璃钢和仿大理石和陶瓷制品。
氨基树脂—英文简称AF,具体分为脲醛树脂(UF—花泥)和密胺树脂(MF—餐具)。
热固性材料有耐热性高,尺寸稳定,价廉等优点,但成型复杂,成型效率低。
②按用途分类:分为通用塑料;工程塑料和特种塑料。
1. 通用塑料,生产一般性的产品,用量大,用途广泛。常见的有:
聚乙烯—软胶、英文简称PE,具体品种:LDPE、HDPE、MDPE、LLDPE、UHMWPE、mPE、EVA、CPE、PIE等等。
聚丙烯—百折胶、英文简称PP,具体品种均聚的有PP、Mpp、共聚的有PP—C、(PPR无规、PPB嵌段)。
聚氯乙烯—英文简称PVC,具体品种有悬浮PVC、乳浮PVC、HPVC、CPVC。
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物—英文简称ABS。其他有AS(丙烯腈-苯乙烯)、BS(丁二烯-苯乙烯、K料)、ASA(丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈)。
纤维素塑料—硝酸纤维素(CN)、又叫赛璐珞,主要用作眼镜架子,制图仪器,乒乓球,是以天然树脂为主体的塑料。醋酸纤维素(CA)。
有机硅(橡胶)—SI
醇酸树脂—AK
邻苯二甲酸二烯丙树脂—DAP
2. 工程塑料:主要用在工程上,这类塑料有:
聚碳酸酯—防弹玻璃、简称PC。
聚酰胺—尼龙或锦纶、简称PA,具体品种PA6、PA66、PA1010(中国开发)、PA610、PA46、PA6T、PA9、PA12等。
聚甲醛—赛钢、简称POM,具体品种分均聚和共聚两种。
聚苯醚—简称PPO(日本称为PPE),具体改性PPO(MPPO、PPO/PS)。
聚对苯二甲酸丁二醇酯—简称PBT。
聚对苯二甲酸乙二醇酯—简称PET(又叫聚酯、涤纶、的确良)。
聚甲基丙烯酸甲酯—有机玻璃,英文简称PMMA,又叫亚克力、亚加力,透明性好,与PS、PC号称三大透明塑料。
聚氨脂—PU,主要用作泡沫塑料(人造海棉)、浇铸塑料(跑道)、弹性体(鞋料、表带)。
3. 特殊用途塑料
聚酰亚胺—PI、耐热达360℃。
聚苯硫醚—PPS、耐热达260℃。
聚砜—PSF(PUF)、耐热达260℃。
聚芳酯—PAR、耐热达175℃。
聚芳醚酮—PEEK、耐热达260℃。
液晶聚合物—LCP、耐热达340℃。
聚苯砜——PPSU、耐热达300℃
氟塑料—聚四氟乙烯(F4、PTFE)、属单组分塑料,就是未加助剂的塑料,也就是纯树脂,聚四氟乙烯-乙烯共聚物(F40、ETFE)、聚氟乙烯(PVA)、聚三氟氯乙烯(F3、PCTFE)、聚全氟乙丙烯(F46、FEP)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚偏氟乙烯(F2、PVDF)。
氯化聚醚—耐腐蚀性仅次于氟塑料。
阴隔—EVOH、PVDC、PEN、PA-MXD6。
导电—聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯等。
降解塑料—聚乳酸等。
4. 热塑性弹性体(TPE或TPR)
热塑性弹性体材料的定义为兼有塑料和橡胶特性的材料,在常温下显示橡胶的高弹性,而在高温下加工成型方面又具备塑料的易成型性(人们通常把这种材料叫做橡塑)。它是继天然橡胶、合成橡胶之后的第三代橡胶。
苯乙烯类(TPS)—SBS、SEBS、SIS、SEPS
聚烯烃类(TPO)—TPV(EPDM/PP)、POE
聚氨脂类(TPU)—TPU
聚氯乙烯类(TPVC)—TPVC
聚酰胺类(TPA)—TPA
聚酯类(TPET)—TPET。
常用注塑材料的物理性质
塑料在不同温度下,以一定状态成在于空间。分别是玻璃态(硬脆状态)、高弹态(橡胶弹性态)及粘流态(熔融状态)等三种状态。
注塑成型时,需要一系列的加工步骤,主要有:将固态聚合物加热成熔体;在压力作用下使熔体注入型腔;冷却定型;顶出制品。可以看出,在注射过程中,聚合物的物理状态和外部条件(如温度、压力和时间等)都在不断变化。因此,注塑过程的工艺性与材料的密度、比热容、导热系数、玻璃化温度、熔化与分解温度以及力学和流变性能等都密切相关。
一、 比热容
比热容的定义为单位重量材料温度升高1℃时所需要的热量。其单位是kj/kg*℃。
塑料的比热容随温度而变化。结晶型聚合物,如聚乙烯和聚酰胺等,比热容不仅比非晶聚合物(如聚苯乙烯)要高,而且随温度变化时具有峰值。这是因为结晶型聚合物熔化时不仅升温需要热量,而且还需要补充以熔化潜热(指不改变物质温度而引起物质相变的热量,称为潜热。与潜热对应的为显热,它指只升高物质温度而不改变相变的热量。相变指气、液、固、结晶体等变化。如物质从液体变成气体,则称为气化潜热;如物质从结晶固体变成非结晶的熔体,则称为熔化潜热)所需要的热量。
不同塑料升温至加工温度所需要的热量差别很大,表1-1给出了一些常用聚合物的比热容和其他热物理性能。
表1-1 热塑性塑料常温下的热物理性质
二、 热扩散系数
塑料的升温与冷却速率与热扩散系数有关。热扩散系数α由下式表示
α=λ/Cp*ρ
式中,Cp为定压比热容(kj/kg*℃);ρ为密度(kg/m3);λ表示导热系数(w/m*℃)。
由式中可看出,导热系数λ高、而定压比热容Cp低的材料,热扩散系数α大。
温度对塑料的热扩散系数有很大的影响。结晶型塑料的热扩散系数对温度的依赖关系比非晶型塑料更为密切。
三、 密度与比容
聚合物的密度与温度有强烈的依赖关系。温度升高时,聚合物的密度减小。结晶型聚合物的密度一般较非结晶型聚合物密度大。
注塑过程中,温度在不断发生变化,故聚合物的密度也在不断变化。这种变化对注塑制品的质量有重要影响。
比容定义为单位重量物质所占据的体积,它与密度互成倒数,即
ρ=1/V
比容V反映了塑料在注塑过程中,在温度和压力的作用下,制品的膨胀与收缩所引起的尺寸变化,是一个很重要的参数。
四、玻璃化温度
聚合物的玻璃化温度Tg是指线型非结晶聚合物由玻璃态(硬脆状态)向高弹态(橡胶弹性态)、或由后者向前者转变的温度。当温度低于玻璃化温度时,大分子链段凝固成坚硬的固态。当温度高于玻璃化温度时,大分子链段就拥有了足够的自由活动能量,但此时还不是整个大分子链段在运动,故表现出来的还是高弹性橡胶的性质,此时,聚合物中的自由容积会突然增加。
聚合物中的自由容积可表示为
Vf=V—Vo(T)
式中,Vf为聚合物中的自由容积;V为聚合物所占据的全部容积;Vo(T)为聚合物中大分子链本身占据的容积。
玻璃化温度Tg主要与聚合物中大分子链的柔性有关。另外,大分子的交联、结晶、取向等都会使Tg升高。各种聚合物的Tg值可查阅有关手册。
五、熔化温度
熔化温度Tm指的是结晶型聚合物中大分子链从有序状态转变为无序的粘流状态的需要的温度。在非结晶聚合物中,材料从玻璃化温度Tg开始即进行软化成高弹态,但从高弹态转变为粘流态时却没有明显的熔点,而是一个温度范围,这个范围所需要的温度叫粘流温度。
六、聚合物的热降解、分解温度和热稳定性
塑料因加工温度偏高,或在加工温度下停留时间过长,从而使平均分子量降低的现象称为热降解。如出现这种情况,则熔体的粘度降低,制品出现飞边、气泡和银丝,机械性质变差,如弹性消失、强度降低等。
分解温度是指聚合物因受热而迅速分解为低分子可燃物质的温度。在氧气充分的条件下,聚合物的分解是放热反应,会使温度进一步提高,达到燃点时就会燃烧。
所谓热稳定性,是指聚合物在高温条件下抗化学反应的能力。热稳定性不仅与加工温度有关,而且与在加热温度下停留的时间有关。加热温度愈高,为使聚合物不起化学反应,则停留的时间应愈短。
当温度达到分解温度时,聚合物中不稳定的结构中的分子最先分解,温度继续升高或延长加热时间其余分子才发生断裂,使整个聚合物热降解。故降解温度称为热稳定温度,其值略高于分解温度。
显然,分解温度是注塑温度的上限。聚合物从粘流态转变温度至分解温度之间、范围的大小对注塑成型非常重要,它决定了注塑的难易程度和注塑温度可选择的范围。此温度区间愈小、温度愈高,则注塑愈困难。为了提高聚合物的热稳定性,常在塑料中加入热稳定剂,以使加工温度区间变宽,允许停留的时间加长。
当塑料受到拉伸作用时,其长链分子倾向于沿应力方向排列成直线,这种现象称为“取向”。
塑料的力学性质特点
为了获得高质量塑料制品,就需要充分了解塑料的两个方面的性质。一方面是为产品设计所需要的固态塑料的性质,另一方面是为制造工艺所需要的塑料熔体的性质。
人们通常将材料分为两大类,即弹性固体和粘性液体。黑色金属、有色金属、混凝土和木材等属于弹性固体,水、空气、油等属于粘性液体。这两大类材料称为传统材料,它们的力学性质都被详细地研究过。但是,无论是固态塑料还是熔体塑料,当受到外力作用时,都同时具有弹性固体和粘性液体的双重性质。具有这种特性的材料称为粘弹性材料,塑料只是这类材料中的一种。
为了建立粘弹性概念,现对固态塑料和熔融塑料受到任意载荷时的力学特性给以简要介绍。
一、 固态塑料的力学特性
首先考虑固态塑料的蠕变特性。设在均匀截面的塑料圆棒上施加以简单的轴向载荷,其轴向应力为均匀分布,此应力沿圆棒长度方向将引起均匀的应变。对弹性固体材料来说,只要外载荷不变,圆棒的应变或总伸长将保持为常数,也就是说,将不随时间而变化。但圆棒材料若为塑料时,开始因受载荷而变形的情况与弹性固体材料类似,即产生瞬时应变,但在此之后,即使在载荷不变的情况下,随着时间的增加,圆棒将以很慢的速率继续变形,直至破坏为止,这种现象称为蠕变。蠕变断裂的时间取决于温度,断裂曲线的形状则取决于组成塑料的基本聚合物的种类、交联度、分子量分布、添加剂种类,以及结晶度等因素。因此,必须对不同的塑料进行研究,分别表明其蠕变特性。
固态塑料的第二个力学特性是应力松弛。现将一个短圆柱放置于两个距离保持不变的平行平板之间,并使其受到压缩应力。若短圆柱为弹性固体,则圆柱内的应力和应变都为常数,并且不随时间而变化。然而,若短圆柱的材料为固态塑料,则在其他条件相同的情况下,应力水平将随时间的增加而降低,这种现象称为应力松弛。
固态塑料的第三个力学特性是应变速率保持为常数时的拉伸特性。当弹性固体试件进行单向拉伸试验时,所得到的应力-应变关系是一条直线,直线的斜率为弹性模量,两者皆与应变速率,即试验机的拉伸速度无关。然而,当塑料试件在相同的条件下进行试验时,则与弹性固体有明显的不同,即应变速率愈高,试验曲线的初始斜率愈陡峭,断裂应力亦愈高。因此,弹性固体中使用的弹性模量、剪切模量及泊松比等与应变速率无关的力学概念就不适用于固态塑料。
传统的弹性固体材料与粘弹性材料力学性质上的这此差别已经知道了多年,但仅在近30年才尝试积累试验数据和确定设计准则,以便在工程设计中计算受任意载荷的塑料制品的力学性能。也只是在近20年,国外塑料供应厂商才开始提供粘弹性材料的力学特性数据。
二、 熔体塑料的力学特性
塑料熔体的第一个力学特性是“剪切变稀”现象。传统粘性流体又称牛顿流体,定义为剪切应力与剪应变率成正比关系的流体,比例系数为常数,称为流体的粘性系数。塑料熔体则不同,在一定的剪应变率范围内,其粘性系数并非常数,而是随剪应变率的增加而降低,这种现象称为剪切变稀。剪切变稀是聚合物熔体的特点,变稀程度随聚合物的种类而变化。因为聚合物的粘度特性在注塑成型工艺中是一个非常重要的因素。
塑料熔体的第二个力学特性是“射流膨胀”,牛顿流体从圆管中流出时,射流直径保持不变。然而,当一束塑料熔体自圆管中流出时,却出现射流直径随至喷口距离增加而变大的现象,这种现象称为射流膨胀,在聚合物纤维制造时值得重视。
塑料的基本性能:
(一) 质轻比强度高
一般塑料的密度在0.9-2.3g/cm之间,只是钢铁的1/8—1/4之间,铝的1/2,泡沫塑料则更轻,密度在0.01-0.5g/cm之间。
材料的强度与密度之比,叫做比强度。有些塑料的比强度接近钢材,甚至超过钢材。
(二) 耐化学化学腐蚀性好;
(三) 绝缘性优异;
(四) 减磨、耐磨性好;
(五) 透光及防护性能好;
(六) 易成型加工;
(七) 绝热、绝音、隔热及减振。
不足之处是,耐热性能差;在大气中氧、臭氧、热、光的影响及机械作用会逐渐老化。
改性塑料的概念:
塑料改性是指在树脂中加入各种添加剂(助剂)或用其他方法,赋予树脂原来不具有的性能。
按改性效果不同,可将塑料的改性分为加工改性和功能改性。
① 加工改性
是在树脂中加入加工助剂,以改善其加工性能的一类改性。
主要的加工改性包括:热稳定性、流动性、熔体粘度、熔体特性、脱模性、开口性等。
所涉及的添加剂品种有:热稳定剂、抗热氧剂、增塑剂、润滑剂、脱模剂、开口剂、爽滑剂、增粘剂、降粘剂、抗铜剂等。
② 功能改性
指在树脂中加入功能性添加剂,以提高其原有性能的一类改性。
主要的功能改性包括:力学性能如强度、韧性、刚性、耐磨性、磨擦性等,热学性能如耐热温度、燃烧性、热膨胀系数等,寿命性能如抗老化性、降解性等,电磁性能如绝缘性、抗静电性、导电性、磁性等,其他如尺寸稳定性、透明性、阻隔性、着色性。
具体涉及的添加剂有:抗老化剂(抗氧剂、光稳定剂、防蚁剂、防鼠剂、防霉剂),降解剂(生物降解剂如淀粉、光降解剂),阻燃剂(有卤阻燃剂、环保无卤阻燃剂)、消烟剂、防滴落剂、防雾剂、光转换剂、抗静电剂、导电剂、磁粉,填充剂(碳酸钙、滑石粉、云母、硅灰石、高岭土、硅藻土),增强剂(玻璃纤维、碳纤维),增韧剂(PP-POE、PS-SBS、PVC-CPE),着色剂,增白剂,发光剂,发泡剂,消泡剂,交联剂(橡胶中称为硫化剂),相熔剂(提高有机材料/无机材料熔合性),偶联剂(提高无机材料/有机材料相溶性),耐磨剂,磨擦剂(增加磨擦性、降低磨擦性),成核剂,光亮剂,消光剂等。
塑料选材原则
塑料的选材是指对于某一具体塑料制品,如何选择合适的塑料材料。这是一项十分复杂的工作,需要考虑的因素很多,有些树脂在性能上很接近,究竟选用哪种塑料材料最合适?可从以下因素中考虑;
① 制品要求的使用性能:
制品的使用条件—包括受力条件、电能状况、透过性、透明性、精度及外观等;
制品的使用环境—包括环境温度、环境湿度、接触介质及环境的光、氧、辐射等。
② 原料的可加工性:
加工难易性;
加工成本;
加工废料;
加工精度;
加工形状。
③ 制品的成本:塑料材料的价格。
④ 材料来源地与加工厂之间的路程。
塑料材料的适应性
(一) 各种材料的性能比较
根据材料的性能不同,可分为如下两大类;
①金属材料—钢、铁、铝、铜、铅、锌及各种合金等。
②非金属材料;
1. 无机材料:玻璃、陶瓷、石材、水泥等;
2. 有机材料:木材、天然橡胶、塑料、合成橡胶等。
在强度方面以金属材料最好,特种陶瓷和纤维增强塑料次之。
综合性能方面,塑料优于金属材料;绝缘和防腐方面,陶瓷材料最佳。
(二) 不宜选用塑料材料的条件
① 要求使用强度特别高的:拉伸强度超过300MPa时,塑料材料就满足不了要求;
② 要求耐热温度高的:塑料材料最高的使用温度不超过400℃,而大多数塑料的使用温度在100—260℃范围内;
③ 尺寸精度要求高的:由于塑料的成型收缩率大且不稳定,对一、二级精度的制品是不能用塑料材料的;
④ 高绝缘材料:在超高压电力输送环境中,要求绝缘材料耐电晕特别突出,550KW以上的高压耐电晕材料不能使用塑料;
⑤ 高导电材料;
⑥ 高磁性材料。
(三) 选用塑料材料的适宜条件
① 要求制品质轻,塑料的相对密度在0.83-2.2范围内;
② 要求制品比强度高的:比强度是材料强度与相对密度的比值,适合于高强度的中、低载荷使用;
③ 制品形状复杂的;
④ 中、低载荷下的结构制品;
⑤ 要求制品耐腐蚀性好;
⑥ 要求综合性能好的制品;
⑦ 要求具有自润滑性的制品;
⑧ 要求具有防震、隔热、隔音性能的制品(PU、PE、PS等泡沫塑料较多)材料。
(四) 塑料制品的使用性能及使用条件
①塑料制品的使用性能——即塑料制品在实际使用中需要的性能:
主要性能——它是决定制品的关键性能、是材料必须具备的性能;
相关性能——它是为制品主要性能服务的辅助性能;,是材料最好具有的性能;
次要性能——它与制品主要性能关系不大的性能。
例如用于制造手表的无声齿轮,在其要求的使用性能中,各种性能的作用如下:
主要性能——包括材料的疲劳强度、冲击强度及耐磨性等;
相关性能——包括材料的耐热性能、磨擦性能、尺寸精度、自润性等;
次要性能——包括材料的耐溶剂性能、加工性能等。
例二:用于盛装硫酸的瓶子,在其要求的使用性能中,各种性能的作用如下;
主要性能——材料的耐硫酸腐蚀性能要好;
相关性能——包括材料的耐压性能、跌落、冲击性能等;
次要性能——包括材料的透明性能、阻隔性能、耐气候性能等。
②塑料制品的使用条件——包括受力情况、电能情况、透过性要求、透明性要求、尺寸精度要求、外观及可装饰性、材料可改性性能。
常用塑料材料介绍:
(一) ABS
①概况
ABS为丙烯腈(23%-41%)、丁二烯(10%-30%)、苯乙烯(29%-60%)三种单体共聚而成,最初是在PS改性品种基础上发展起来的,由于具有韧、刚、硬的优点,目前影响已超过PS,成为一个独立的通用塑料品种。ABS的具体品种可分为中冲击型、高冲击型、超高冲击型和耐热型四种。
②主要性能
ABS具有韧、刚、硬的优点,其冲击性能极好,可以在极低的温度(—40℃)下使用,表面光泽度高,着色性好,印刷效果好,电镀好。电绝缘性不受温度、湿度和频率的影响,可以用于大多数环境。
③ ABS的加工特性
ABS属加工性能良好的一类塑料;
ABS属于非牛顿流体,熔体粘度对螺杆转速较敏感;
ABS热稳定好,加工中不易出现降解现象;
ABS吸水率较高,加工前需要干燥,干燥温度为80-90℃,时间2-4小时;
ABS制品在加工中易产生内应力,内应力的大小可通过浸入冰乙酸检验;在30秒钟内,如果内应力此较集中、分布不均,即在制品的浇口附近及四角,有失光泽,严重的制品表面开裂。有这类现象的应进行退火处理,具体条件为放于70-80℃的热风循环干燥箱内2-4小时,再冷却至室温即可。
ABS的成型方法为注塑、挤出、吹塑、吸塑等,其中以注塑法最常用。
(二) PS树脂
① 概况
PS是由苯乙烯单体聚合而成的聚合物,具体品种包括通用聚苯乙烯(GPPS)、可发必聚苯乙烯(EPS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、茂金属聚苯乙烯(SPS);
② 主要性能
PS的特点是高透明性,为三大透明塑料品种之一,透光率达90%以上,此外电绝缘性好,易着色,颜色鲜艳,加工流动性好,刚性突出;
PS的不足之处在于脆性大,易出现应力开裂,耐热性差(60-80℃),不耐沸水等;
③ PS的加工特性
PS属于无定型树脂,无明显熔点,熔融温度范围宽,可在120-180℃温度范围内成为流体。热稳定好,分解温度在300℃以上;
PS属于非牛顿流体,粘度对螺杆的转速敏感性大于温度。PS的流动性好,是一种易加工的塑料;
PS吸水率低,加工前不需要干燥。如要求透明性高时,干燥温度70-80℃,时间1.5小时;
PS在加工中易产生内应力,对制品需进行热处理,处理条件为温度65-85℃,时间1-3小时;
PS的收缩率比较低,为0.4%-0.7%,与ABS相近。对尺寸精度要求不高的制品,两者模具可以共用;
④ 高抗冲聚苯乙烯(HIPS)
HIPS为PS的抗冲击改性品种,组成为PS和SBS等橡胶的共混物,按改性幅度大小可分为中抗冲、高抗冲和超高冲三类,主要代替ABS用于壳体,是继ABS之后的第二代壳体材料;
HIPS为不透明颗粒,与通用PS相比,HIPS除具有高抗冲性能外,还保持原有的PS刚性、易加工、易着色、高光泽等优点,只是透明性和拉伸强度下降;
HIPS的加工性很好,流动性比ABS好,收缩率与ABS接近,两者模具可以互用。
(三) POM树脂
① 概况
POM(聚甲醛)是指大分子链中含有氧化亚甲基重复结构单元的一类聚合物,学名为聚氧化甲基,属结晶型塑料。POM为三大通用工程塑料。广泛用于电子/电器、机械、汽车、仪器/仪表、建筑和各种日用品领域。
② 主要性能
依据结构不同可分为均聚POM和共聚POM两种。
均、共聚POM由于结构不同,在具体性能上也存在着一定的差异,如均聚POM的密度、结晶度和力学性能稍高一些,而共聚POM的热稳定性、化学稳定性及加工性较好,共聚POM的用途较均聚POM的广泛。
POM突出的性能为:力学性能及刚性好接近金属材料,是代替铜、铸锌、钢、铝等金属材料的理想材料;耐疲劳性和耐蠕变性极好;耐磨损、自润性和磨擦性好,与UHMWPE、PA、F4一起称为四大耐磨性塑料材料;化学稳定性高,电绝缘性优良。
POM的弱点为密度大,耐酸及耐燃性不好,后收缩大且不稳定,尺寸稳定性差,耐候性不高。
③ POM的加工特性
POM的流变性呈非牛顿流体型,其熔体的粘度对温度不敏感,而对注射速率敏感;对注射成型而言,要增加熔体的流动性能,可以从增加注射速率、减小喷嘴尺寸入手。
POM的结晶度大,熔程窄(热敏性),成型收缩大(可达3.5%)。对注射厚壁制品而言,要注意保压和补料,以免造成收缩孔太大而报废。
POM的热稳定性差,温度过高、加热时间太长,均会引起分解;特别是温度超过250℃时,分解速度会加快,并溢出强烈刺激眼睛的甲醛气体,严重时制品会产生气泡或变色,更严重者会引起爆炸。因此,必须严格控制物料温度和塑料熔体在加热机筒内停留的时间;另外,还需加入抗氧化剂和双氰胺甲醛吸收剂。
POM的加工废料因降解程度大,不易用于生产高性能产品。
POM的冷凝速度快,制品易产生表面缺陷和折皱、班纹及熔接痕等,为此应用提高注射速度和提高模具温度等方法解决。
POM制品易产生内应力,后收缩也较大,应进行后处理。后处理的条件为:厚度6mm以下,温度100℃,时间0.25-1小时;厚度6mm以上,温度120-130℃,时间4-6小时。
POM的吸水率不高,一般加工前可以不用烘料。但干燥处理可以提高制品表面光泽度。干燥条件为:110-120℃,时间3-5小时。
POM的加工方法:挤出、注射、吹塑二次加工等方法成型,并以注射为主。
(四) PPO(日本称PPE)树脂
① 概况
PPO(聚苯醚)又称为聚苯撑氧和聚2,6-二甲基-1,4-苯撑醚树脂。纯PPO因熔融粘度大导致加工困难,难以实际应用;直到开发出改性的MPPO后,才获得迅速发展。PPO改性的目的为改善加工性能,目前主要为PPO和PS的共混或接枝,即PPO/PS改性品种。
MPPO广泛用于汽车、电子/电器、办公用品及机械工业。日本及西欧43%用于办公用品、33%用于电子/电器、14%用于汽车、10%用于机械工业。
② 主要性能
PPO是一种具有热固性塑料特点的热塑性性工程塑料。热变形温度高(190℃)使用范围广,具有优良的耐水解性和耐酸、碱、盐水性能。突出性能有刚性大、耐蠕变性好、拉伸强度高、电性能在工程塑料中最好、线膨胀系数小等。不足之处为耐疲劳性和耐应力开裂性不好。
③ MPPO的加工特性
MPPO吸水性虽小,但加工前需要干燥,干燥条件为:130℃,2-4小时,料层厚度在50mm以下。
MPPO的流体在低温时为牛顿流体,在高温时为非牛顿流体;加工时需要温度与压力兼调,并以温度为主。
MPPO分子链刚性大,制品易产生内应力,最好在180℃的甘油中进行热处理,或加入2%环氧十八酸异辛酯。
MPPO的废料可以重复加工三次。
MPPO可用注射、挤出、压制等热塑性塑料加工方法加工。
(五) PC树脂
① 概况
PC(聚碳酸酯)是指大分子链由聚碳酸酯重复结构单元组成的一类聚合物,它是目前第一大工程塑料品种。PC用于电子/电器占38%、建筑占20%、汽车占10%。
② 主要性能
PC主要性能为:优异的冲击性及透明性,优良的力学性能及电绝缘性,使用温度广(-130—130℃),尺寸稳定性高,是集刚、硬、韧于一体材料的典型代表塑料品种。
PC的主要缺点是吸湿性能大、加工易产生气泡和银丝,制品易产生残余内应力、并对缺口敏感性大,耐疲劳性低、耐磨擦性及耐磨性不好。
③ PC的加工特性
PC的熔体粘度很高,可达103—104a.s;其熔体的流变性在低剪切速率下接近牛顿流体,应主要通过提高物料温度来调节熔体的流动性,成型时的冷却、凝固和定型时间短。
PC的刚性大,在加工过程中易产生内应力,因此对成型工艺条件要求严格控制。
(1)制品内应力的检验:偏振光检验法;偏振光是对透明制件,利用表面彩色光带面积的大小,及分布情况来判别,面积小及分布均匀的,说明内应力小、分布均匀。
(2)浸渍法;将制件浸泡在苯、四氯化碳、环己烷、乙醇、甲醇内,1-2分钟还未开裂的,内应力小,5-15秒钟开裂的内应力大。
后处理的条件: 对象是薄壁件、嵌件、形状复杂的件,放在110℃左右的油浴、水浴,热烘箱,红外线等容器内,厚度5mm以下的制件8小时;厚度在8mm的制件24小时;然后缓慢冷却。
另一种方法是:甘油、乙二醇、液体石蜡或热空气,在110-130℃的温度下,制品放在里面1-2小时。
PC在成型中对水极为敏感,高温下微量水分也会引起分解。因此,加工前一定要干燥处理,使含水量在0.02%以下。具体干燥条件为110-120℃,时间10-12小时,料层厚度30mm以下。
PC属无定型聚合物,成型收缩率低。
PC制品不易带金属嵌件,如必须加入,应将嵌件加热到200℃或更高一些。
PC的加工比较容易,可用注射、挤出、吹塑等方法加工。
(六) PA树脂
概况:聚酰胺是主链上含有重复酰胺基团的聚合物。通常称之为尼龙。
聚酰胺类聚合物可分为脂肪族类聚酰胺、半芳香聚酰胺、全芳香聚酰胺、含杂环芳香族聚酰胺及脂环族聚酰胺等。目前种类繁多,商品牌号有600余种。脂肪族聚酰胺是主要类别,如尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010是最常用的品种。
根据制备尼龙所用单体不同,脂肪族尼龙分为三类:
(1) 由氨基酸或内酰胺加聚制得的尼龙,用一个数字表示,如尼龙6、尼龙9、尼龙11等,其数字表示单体碳链上的碳原子数。
(2) 由二元胺和二元酸缩聚制得的尼龙,用两个数字表示,如尼龙66、尼龙610、尼龙1010等,其中前面数字表示二元胺碳原子数,后面数字表示二元酸碳原子数。
(3) 共聚物,是由以上二类尼龙相应的组合数表示,组合数后括号内的数字表示各组分的质量比例,如尼龙66/6(60:40),表示由60份的尼龙66盐和40份的已内酰胺6制得的共聚物。
PA(尼龙)包括种类很多,具体品种有:PA6、PA66、PA1010、PA11、PA12、PA6T、PA9T、PA612、PA46、PA1212、浇铸尼龙(MC5)及芳香尼龙等;其中PA6、PA66占45%、PA610占8%、PA11/PA12占6%,我国主要以PA6、PA66为主,PA1010次之。
① 主要性能
PA的突出性能为:优良的耐磨性、耐磨擦和自润性,较好的力学性能,耐油性优异,气体阻隔性好,耐疲劳性好。
PA的特点为:吸湿性大、并对力学电学性能影响大,耐酸性差在潮湿环境中尺寸变化率大。
② 加工特性
PA属结晶型聚合物,有明显的熔点,且熔点高,熔程较窄,因此加工温度较高。PA6为220-300℃、PA66为260-320℃、PA610为220-300℃、PA12为185-300℃。
PA的熔体粘度低,熔体的流动性好,熔体粘度对温度和剪切速率都较敏感。但其流动特性接近牛顿流体,即对温度的敏感性较大。
PA的热稳定性较差,热降解倾向严重,就加入二苯胺改善,并严格控制温度。
PA成型时有结晶产生,成型收缩较大;结晶度高低受成型工艺条件影响较大。
PA的吸水率比较大,加工前必须干燥,使含水量小于0.1%;干燥条件为:温度100-110℃,时间10-12小时。
PA制品成型后需进行调湿处理,以降低吸水对性能的影响,提高尺寸稳定性。调湿处理的条件为在沸水、熔化石蜡、矿物油或聚乙二醇中进行,温度高于使用温度10-20℃,时间30-60分钟,然后缓慢冷却即可。
PA的加工方法为注射、挤出及吹塑等到方法成型。
(七) TPU树脂
概况
TPU(聚氨酯)为大分子链中含有氨酯型重复结构单元的一类聚合物,全称为聚氨基甲酸酯,英文全称为Polyurcthane,简称PU或PUR。
按多元醇的类型不同,可为聚酯型或聚醚型。
按两种合成单体的种类及组成不同,可将PU分成线型的热塑性PU和体型的热固性PU两大类,以前一直以泡沫塑料为主,目前弹性体的发展速度十分迅速,用途也越来越广,已超过泡沫塑料,已发展成为PU的主导制品,本课介绍TPU。
主要性能
TPU是PU的密实制品,其性能介于橡胶与塑料之间,硬度变化范围较宽,可从邵氏A10到A80,断裂伸长率高达600%-800%。而天然橡胶的最高邵氏仅为A70,断裂伸长率550%。硬度具有高回弹性、吸震性、耐磨性(是天然橡胶的3-10倍)、耐油、耐撕裂(是天然橡胶的2-10倍)、耐化学腐蚀及耐辐射等性能好。耐热性能较差,一般只能在80℃以下使用,超过80℃会导致性能下降。但耐低温性较好,以聚醚型最佳,可在-62℃— -70℃范围内使用。
TPU的加工特性
热塑性弹性体(TPU)可用热塑性方法加工,如注射、挤出、吹塑及压延等,也可将其溶剂化涂层加工成革制品。
TPU在加工前需要干燥处理,使其水分在0.1%以下。在具体加工中,TPUR受强剪切作用时,内部易发热而发生降解,因此螺杆转速不能太快。TPUR的流动特性属于牛顿流体,其粘度对温度敏感;较小的温度就可以引起粘度急剧变化,因而加工温度范围比较窄。TPUR对金属的粘合倾向较大,需加入润滑剂或与其他材料共混加以改善,否则TPUR的熔体很容易粘合在螺杆和料筒壁上,使后加工为难。
TPU在注射成型时可选用通用注射机,由于熔体粘度较低,流道可长;加工前需要干燥,干燥条件为90-110℃、1-2小时;加工的料筒温度为170-220℃,模具温度为10-50℃,注射压力较低为14-18PMa.
TPU可挤出生产异型材、管材、电缆护套、吹塑薄膜及片材等,选用常规挤出机即可。
(八) PMMA树脂
PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)为大分子链上含有甲基丙烯酸甲酯重复结构单元的一类聚合物,俗称“有机玻璃”英文名称Polymethyl methacrylate。
① 主要性能
PMMA的最大特点为透明性好,透光率高达90%-92%,可与无机玻璃媲美;此外,它的耐候性好、表面硬度高及综合性能优良,主要用于光学透明制品。
② PMMA加工特性
PMMA一半用于浇铸和挤出板材,其余用于注塑制品。
PMMA属非牛顿流体,粘度的变化主要受螺杆转速的影响。其熔体的粘度比PE、PS等到高,对温度的敏感性也比其他非牛顿流体类塑料高。
PMMA对加工温度比较敏感,成型温度在180-230℃,加工温度范围比较窄,超过260℃以上即分解。因此加工中要严格控制温度,以防过热分解。
PMMA在加工前必须进行干燥处理,使其含水量在0.02%以下。干燥条件为:先在100-110℃干燥四小时,再于70-80℃下干燥2小时,料层厚度应小于30mm。
PMMA的熔体粘度较大,成型中易产生内应力。为得到尺寸精度高的制品,必需进行退火处理。处理条件为:温度85℃,缓慢冷却即可。
(九) PC/ABS合金
PC/ABS的组成为PC/ABS-g-MAH/ABS,PA/ABS的混合比例70/30-30/70之间。
PC/ABS合金目前是商业化最大的合金品种,其目的为:降低PC的成本;改善PC的加工流动性;改善PC的耐应力开裂;改善对缺口的敏感性。
PC/ABS的主要性能
① 综合性能优异,既具有PC的耐热性、力学性能和尺寸稳定性,又具有ABS的加工性能和低温冲击性能;
② 热变形温度100-105℃;
③ 加工流动性好,适合加工大型薄壁制品;
④ 通过升高压力和温度可提高流动性,提高温度更有效;
⑤ 成型收缩率小,制品的精密度高;
⑥ 表面光泽好,适合壳体。
(十) PC/HIPS
在PC中加入少量PS的目的:
① 增大PC的流动性;
② 提高PC制品的刚性(PS的弯曲强度为105MPa,PC弯曲强度为80-85MPa);
③ 提高PC的硬度;
④ 降低PC的双折光指数;
⑤ 降低PC的高成本。
PC/HIPS的性能:
① 热变形温度在90-115℃之间;
② 透明性好,双折光指数低,与PMMA接近,可制造光盘;
③ 加工流动性好,加工温度低于PC,适合加工大型薄壁制品;
④ 合金的熔体粘度对加工温度和螺杆转速都比较敏感,提高温度和增大转速都可以改善流动性。


相关文章:
 
  宁波红菱电热烘箱有限公司专业生产烘箱 | 电热烘箱 | 粉末冶金烧结炉 | 网带烧结炉 | 电炉 Copyright 2011 © 宁波红菱电热烘箱有限公司 版权所有
地址:宁波市庄市工业区工二路8号 销售热线:0574-87354900 0574-87221387 技术热线:0574-87386620