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塑胶材料的选用专题讲座

2012-08-16

塑胶材料的选用专题讲座

迄今为止,已见报道的树脂种类达到上万种,实现工业化生产的也不下千余种。塑料材料的选用就是在众多的树脂品种中,选择一个合适的品种。初看起来,可供我们选择的塑料品种太多,有眼花缭乱的感觉。但实际上并不是所有的树脂品种都获得了具体应用。我们所指的塑料材料的选用,并不是漫无边际的选择,而是在常用的树脂品种中选用。 

塑料材料的选用原则: 
.塑胶材料的适应性; 
  1.各种材料的性能比较; 
  2.不宜选用塑料的条件; 
  3.选 用塑料的适宜条件。

.塑料制品的使用性能 
    1.塑料制品的使用条件 
      a.塑料制品的受力情况; 
       b.塑料制品的电性能; 
       c.塑料制品的尺寸精度要求; 
      d.塑料制品的渗透性要求; 
       e.塑料制品的透明性要求; 
       f.塑料制品的外观要求。 
    2.塑料制品的使用环境 
      a.环境温度; 
       b.环境湿度; 
       c.接触介质; 
       d.环境的光、氧及辐射.

.塑料的加工性能 
   1.塑料的可加工性; 
   2.塑料的加工成本; 
   3.塑料加工的废料. 
.塑料制品的成本 
   1.塑料原料的价格; 
   2.塑料制品的使用寿命; 
   3.塑料制品的维护费用. 
.塑料原料的来源。

在实际选用过程中,有些树脂在性能上十分接近,难分伯仲。究竟选择哪一种更为合适?需要多方考虑、反复权衡,才可以确定下来。因此说塑胶材料的选用是一项十分复杂的工作,可遵循的规律并不十分明显。有一点需提醒大家特别注意,从各种书刊上引用的塑料材料性能数据,都是在特定条件下测定的,这些条件可能与实际工作状态差别较大。如不吻合则要将所引数据转换成实际使用条件下的性能或按实际条件重新测定。

面对一个要开发制品的设计图纸,选材应遵循如下步骤。 
首先要确定这个产品是否可选用塑料材料制造;其次,如果确定可用塑料材料来制造,究竟选用那种塑料材料是进一步需要考虑的因素。(按上述选用原则考虑)

根据产品精度选择塑料材料: 

            不同塑料材料对应的产品精度 
精度等级 可用塑料材料品种 
   1级 无 
   2级 无 
   3级 PS ABS PMMA PC PSF PPO PF AF EP UP F4 UHMW 
                PE 30%GF增强塑料等,其中以30%GF增强塑料的精度最高. 
   4级 PA类 氯化聚醚 HPVC 
   5级 POM PP HDPE 
   6级 SPVC LDPE LLDPE

衡量塑料制品耐热性能好坏的指标有热变形温度 马丁耐热温度和维卡软化点三种,其中以热变形温度最为常用. 

                   常用塑料的耐热性能(未经改性的) 
                 
                       热变形温度----------维卡软化点 ------------马丁耐热 
HDPE -----------------80-------------------------120 ------------------------\ 
LDPE-------------------50--------------------------95--------------------------\ 
EVA---------------------\---------------------------- 64-------------------------\ 
PP........................102........................110........................\ 
PS........................85............................105..................... \ 
PMMA...................100..........................120...................... \ 
PTFE.....................260..........................110.......................\ 
ABS.......................86...........................160......................75 
PSF.......................185..........................180.....................150 
POM.......................98............................141.....................55 
PC.........................134.............................153...................112 
PA6.......................58..............................180....................48 
PA66......................60..............................217................... 50 
PA1010..................55..............................159.....................44 
PET........................70..............................\........................80 
PBT........................66..............................177....................49 
PPS........................240.............................\........................102 
PPO.......................172..............................\........................110 
PI...........................360........................... 300..................... \ 
LCP........................315..............................\ .........................\

耐热塑料的选用原则: 
1.考虑耐热性高低 
   a.满足耐热性即可,不要选择太高,太高会造成成本的提高; 
   b.尽可能选用通用塑料改性。耐热类塑料大都属于特种塑料类, 
      其价格都很高;而通用类塑料的价格都比较低; 
   c.尽可能选用耐热改性幅度大的通用塑料。 
2.考虑耐热环境因素 
   a.瞬时耐热性和长期耐热性; 
   b.干式耐热或湿式耐热; 
   c.耐介质腐蚀性; 
   d.有氧耐热或无氧耐热; 
   e.有载耐热和无载耐热.

大家一定对上面的温度觉得奇怪,怎么PA PBT料的热变形温度那么低呢? 
其实PA PBT如果不进行耐热改性,其耐热性能是很差的. 
下面具体介绍一些塑料经耐热改性后的耐热性能对比例子. 
.塑料的填充耐热改性:在所有填料中,除有机料外,大部分无机矿物填料 
  都可明显提高塑料的耐热温度.常用的耐热填料有:碳酸钙 滑石粉 硅灰石 
  云母 锻烧陶土 铝矾土及石棉等且填料的粒度越小,改性效果越好. 
  a.纳米级填料: 
   PA6填充5%纳米蒙脱土,其热变形温度可由70度提高到150 
  PA6填充10%纳米海泡石,其热变形温度可由70度提高到160 
  PA6填充5%合成云母,其热变形温度可由70度提高到145 
b.常规填料: 
  PBT填充30%滑石粉,其热变形温度可由55度提高到150 
PBT填充30%云母,其热变形温度可由55度提高到162

.塑料的增强耐热改性 
用增强改性的方法提高塑料的耐热性效果比填充还好,常用的耐热纤维主要有:石棉纤维 玻璃纤维 碳纤维 晶须 聚 
1.结晶型树脂经30%玻璃纤维增强耐热改性. 
  PBT的热变形温度由66度提高到210. 
  PET的热变形温度由98度提高到238. 
  PP的热变形温度由102度提高到149. 
  HDPE的热变形温度由49度提高到127. 
  PA6的热变形温度由70度提高到215. 
  PA66的热变形温度由71度提高到255. 
  POM的热变形温度由110度提高到163. 
  PEEK的热变形温度由230度提高到310. 
2.非结晶树脂经30%玻璃纤维增强耐热改性. 
  PS的热变形温度由93度提高到104. 
  PC的热变形温度由132度提高到143. 
  AS的热变形温度由90度提高到105. 
  ABS的热变形温度由83度提高到110. 
  PSF的热变形温度由174度提高到182. 
  MPPO的热变形温度由130度提高到155.

.塑料共混耐热改性 
塑料共混提高耐热性即在低热树脂中混入高耐热性树脂从而提高其耐热性. 
这种方法虽然耐热性提高幅度不如添加耐热改性高,但其优点是在提高耐 
热性同时基本不影响其原有其他性能.: 
ABS/PC 热变形温度可由93度提高到125 
ABS/PSF(20%) 热变形温度可达115 
HDPE/PC(20%) 维卡软化点可由124度提高到146. 
PP/CaCo3/EP 热变形温度可由102度提高到150

.塑料交联耐热改性 
塑料交联提高耐热性常用于耐热管材和电缆方面.: 
1.HDPE经过硅烷交联处理后,其热变形温度可由原来的70度增加到90~110. 
2.PVC经过交联后,其热变形温度可由原来的65度增加到105.

应大家的要求来点实例用料 

透明塑料的具体选用 
.日用透明类材料: 
1.透明膜类:包装用PE PP PS PVCPET,农用PE PVCPET; 
2.透明片 板类:PP PVC PET PMMAPC; 
3.透明管类:PVC PA 
4.透明瓶类:PVC PET PP PSPC. 
.照明器材类材料:主要用作灯罩,常用PS 改性PS AS PMMAPC 
.光学仪器类材料 
1.硬质镜体主要用CR-39J.D两种 
2.隐形眼镜常用HEMA 
.玻璃类材料 
1.交通玻璃常用PMMAPC两种 
2.建筑玻璃常用PVFPET. 
.太阳能材料:常用PMMA PC GF-UP FEP PVFSI 
.光纤材料:芯层用PMMAPC,包覆层为含氟烯烃聚合物 含氟甲基丙烯酸甲酯类 
.光盘材料:常用PC PMMA 
.透明封装材料 
表面增硬的PMMA FEP EVA EMA PVB

不同用途的壳体具体选料: 
1.电视机壳体:小型的选改性PP;中型的选改性PP HIPS 
   ABSPVC/ABS合金大型的选ABS. 
2.电冰箱的门胆和内胆:常用HIPS板 ABS板及HIPS/ABS复合板 
  目前以ABS为主,只有海尔冰箱用改性HIPS. 
3.洗衣机:内桶和盖板等常用PP,少量用PVC/ABS合金. 
4.空调器:用增强ABS AS PP 
5.电风扇:ABS AS GPPS 
6.吸尘器:ABS HIPS 改性PP 
7.电熨斗:非耐热型用改性PP,耐热用ABS PC PA PBT 
8.微波炉和电饭煲:非耐热用改性PPABS;耐热型用PES PEEK PPS LCP 
9.收音机 录音机 录像机:ABS HIPS 
10.电话机:ABS HIPS 改性PP PVC/ABS. 
      我国以ABS为主,美国以PVC/ABS为主.

常用透明塑料的特性及注塑工艺 

透明塑料必须有高透明度,一定的强度和耐磨性,能抗冲击,耐热件要好,耐化学性要优,吸水率要小,只有这样才能在使用中能满足透明度的要求而长久不变,常用的透明塑料有: 
1.聚甲基丙烯酸甲酯(即俗称亚加力或有机玻璃,代号PMMA, 
2.聚碳酸酯(代号 PC, 
3.聚对苯二甲酸乙二醇脂(代号 PET, 
4.透明尼龙, 
5.AS(丙烯睛一苯 乙烯共聚物), 
6.聚砜(代号PSF. 

1)性能比较 
材料\性能  透明度J/m2  热形温度℃  收缩率     
PMMA  92  95  0.5      
PC  90  137   0.6      
PET  86  120  2   
   
般要求的制品仍以选用PMMA为主,而PET由于要经过拉伸才能得到好的机械性能,所以多在包装、容器中使用。 

2)注塑过程中工艺特性 

i.PMMA的工艺特性 
PMMA粘度大,流动性稍差,因此必须高料温、高注射压力注塑才行,其中注射温度的影响大于注射压力,但注射压力提高,有利于改善产品的收缩率。注射温度范围较宽,熔融温度为160℃,而分解温度达270℃,因此料温调节范围宽,工艺性较好。故改善流动性,可从注射温度着手。冲击性差,耐磨性不好,易划花,易脆裂,故应提高模温,改善冷凝过程,去克服这些缺陷。 

ii.PC的工艺特性 
PC粘度大,融料温度高,流动性差,回此必须以较高温度注塑(270320T之间),相对来说料温调节范围较窄,工艺性不如PMMA。注射压力对流动性影响较小,但因粘度大,仍要较大注射压力,相应为了防止内应力产生,保压时间要尽量短。收缩率大,尺寸稳定,但产品内应力大,易开裂,所以宜用提高温度而不是压力去改善流动性,并且从提高模具温度,改善模具结构和后处理去减少开裂的可能。当注射速度低时,浇口处易生波纹等缺陷,放射咀温度要单独控制,模具温度要高,流道、浇口阻力要小。 

iii.PET的工艺特性 
PET成型温度高,且料温调节范围窄(260300℃),但熔化后,流动性好,故工艺性差,且往往在射咀中要加防延流装置。机械强度及性能注射后不高,必须通过拉伸工序和改性才能改善性能。模具温度准确控制,是防止翘曲。变形的重要回素,回此建议采用热流道模具。模具温度官高,否则会引起表面光泽差和脱模回难。 

3)透明塑料件的缺陷和解决办法 

i.银纹:由充模和冷凝过程中,内应力各向异性影响,垂直方向产生的应力,使树脂发生流动上取向,而和非流动取向产生折光率不同而生闪光丝纹,当其扩展后,可能使产品出现裂纹。除了在注塑工艺和模具上注意外,最好产品作退火处理。如PC料可加热到160℃以上保持35分钟,再自然冷却即可。 

ii.气泡:由于树脂内的水气和其他气体排不出去,或因充模不足,冷凝表面又过快冷凝而形成“真空泡”。 

iii.表面光泽差:主于模具粗糙度大,另一方面冷凝过早,使树脂不能复印模具表面的状态,所有这些都使其表面产牛微小凹凸不平,而使产品失去光泽。 

iv.震纹:是指从直浇口为中 心形成的密集波纹,其原因因熔体粘度过大,前端料已在型腔冷凝,后来料又冲破此冷凝面,而使表面出现震纹。 
v.泛白,雾晕:主要由于在空气中灰尘落入原料中或原料含水量太大而引起的。 

vi.白烟,黑点:主要由于塑料在机筒内,因局部过热而使机筒树脂产生分解或变质而形成

BMC是不常用的塑料,中文名:块状模塑料。

我要做一加热的产品,用来蒸煮食物,有温控105度,用什么塑料最经济,最安全? 
建议用PP

塑胶受力制品用原料选用的一般原则 
1.拉伸强度 弯曲强度及模量:这几种性能较好的塑料品种有 POM PA PC PPO 
   PSFPI,以及相应的玻璃纤维增强材料和PET PBT PP等的玻璃纤维增强 
   材料. 
2.冲击强度:PC为最好,POM PPO PSF等次之,PP HPVC PA6 PA66 氯化聚醚 
   等品种的低温脆性大. 
3.耐蠕变性:热固性塑料的耐蠕变性能好于热塑性塑料.热塑性塑料中PC PPO 
  PSF PIPAR的蠕变性较好,ABS PA HPVC POM的耐蠕变性不好. 
4.耐疲劳性:几种塑料的耐疲劳性大小为 POM>PBT PET>PA66>PA6>PP, 
  PC的耐蠕变性不好,但玻璃纤维增强后可大幅度增高,接近POM. 
5.尺寸稳定性 PC PPO PSF PI PAR PES PPS的尺寸稳定性好,可适用于三级 
   以上精度的塑料制品选用;PA POM以及高结晶性塑料的尺寸稳定性都 
   不高,只适用于五级以下精度的塑料制品选用. 
     上述塑料品种在进行增强改性后,相关性能都有明显的改善.其中拉伸强度 
弯曲强度 模量 耐蠕变性 耐疲劳性及尺寸精度都大幅度甚至成倍增加.POM 
PA PPO PC PET PBT PP PSF PPS等塑料用30%玻璃纤维增强后,其拉伸强度 
都增加一倍以上,原来不属于工程塑料的PP PET PBT经增强后可变成工程塑料; 
再如PA30%玻璃纤维增强后,其耐蠕变性提高四倍;又如PC30%玻璃纤维 
增强后,其耐蠕变性提高5~7,耐疲劳性提高5.因此,在选材时要注意有的 
塑料品种虽纯树脂性能达不到要求,但改性后有可能完全满足需要. 
    对有的受力制品除上述性能外,还要考虑耐热性 耐磨性 摩擦性 热膨胀系数 
自润性及环境适应性(耐腐蚀性 耐应力开裂性 耐老化性)等性能.

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