007工程塑料选用

第七讲工程塑料的选用原则各种常见材料性能比较钢铝铜玻璃陶瓷木材HDPEPC30%GFPA66相对密度7.82.88.42.62.1-2.940.28-0.90.951.211.45线性膨胀系数（10-5K-1）1.22.41.80.580.3-0.60．9-2.413.47.03.28热导率（102W/m*K）0.62.13.80.50.40.00110.00440.0190.022拉伸强度（MPa）5504703906-820-260——2965256冲击韧性（J/m2）7016846脆脆——3054177比强度7016846310-86——3054176高分子材料不适用性的场合1.要求材料强度特别高2.要求材料耐热温度特别高3.要求材料尺寸精度高4.高绝缘的材料5.高导电材料6.高磁性材料高分子材料适用性的场合1.要求制品轻质2.要求制品比强度高3.制品形状复杂4.中低载荷作用下的结构制件5.要求制品的耐腐蚀好6.要求综合性能好的制品7.要求具有自润滑性的制品8.要求制品具有防震、隔热、隔音性能工程塑料选用基本原则满足制品最终使用性能和耐久性原则充分发挥改性技术和助剂的作用原则降低成本原则注意制品特性原则综合平衡原则3.制品的成本2.原料的可加工性工程塑料选用主要考虑因素1.制品要求的使用性能制品的使用条件-包括受力条件，电性能、透气性、透光性，精度和外观等制品的使用环境-包括环境温度、环境湿度、接触介质以及环境的光、氧、辐射等加工难易性加工成本加工废料加工精度加工形状高分子材料选择的主要因素1.制品的使用条件2.制品的使用环境3.制品的加工性能4.原料的成本受力情况受力性质拉伸力压缩力冲击力弯曲力扭曲力剪切力摩擦力压力受力类型恒定力非恒定力（渐增减变化，周期性变化）受力状态受力大小静止接触摩擦接触制品的使用条件受力类型受力类型举例制品材料性能要求拉伸力绳索、拉杆拉伸强度压缩力垫片、密封圈压缩强度冲击力汽车保险杆、仪表盘扭曲强度弯曲力体育器材的单、双杠弯曲强度扭曲力传动轴扭曲强度剪切力螺栓剪切强度摩擦力轴承、活塞、导轨耐磨损性能压力饮料瓶、上水管、煤气管耐爆破强度受力性质A.受恒定外力或者渐增（减）力的制品如螺母、垫片、密封圈等B.受间歇循环应力的制品如齿轮、凸轮、活塞环等要求材料的耐蠕变性能要好，即在长期载荷作用下，制品的尺寸变化应尽可能小。常用的材料有：PPO，ABS，PSF，PC，POM以及相应的玻璃纤维增强的工程塑料。要求所用材料的耐冲击性和耐疲劳性要好，以保证长期使用。常用的材料有：PC，PA，PPO，POM，PET以及PBT。受力状态A.静止接触的制品如螺母、垫片等B.受摩擦接触的制品如齿轮、轴承等要求材料的耐蠕变性能要好，即在长期载荷作用下，制品的尺寸变化应尽可能小。常用的材料有：PPO，ABS，PSF，PC，POM以及相应的玻璃纤维增强的工程塑料。要求所用材料具有高耐磨损性、低摩擦系数以及自润滑性。常用的耐磨材料有：PA、POM、PI、PB、PEEK以及UHMWPE等聚合物制品的电性能1.制品在高压下使用2.制品在常温、低压下使用要求具有优秀的耐电晕性，并且介电强度、体积电阻要高；介电常数、介电损耗要小。适合的材料有PE，XLPE以及PI等。大多数的非强极性塑料都可以满足，如：PVC，PP，PS，ABS，POM，PC等等。聚合物制品的电性能3.制品在高温，中低压下使用4.制品用于绝缘开关只有少数耐热塑料材料可以满足需要，如PI，PPS，PPO，PSF等要求耐电弧性比较好，POM，PSF，聚苯酯，PI等聚合物制品的电性能5.制品用于电容器介质6.制品在高频下使用要求材料的介电常数要小，介电损耗要小并且不随频率升高而增大。常用的材料有：PET，PP，PS，PC及PI等要求选用电性能不随频率升高而下降的材料，以保证高频下的电性能。常用的材料有：PE，PP，PS，PI以及PPO等聚合物制品的尺寸精度要求聚合物制品的尺寸精度要求材料名称建议采用的精度等级高精度一般精度低精度PS/ABS/PMMA/PC/聚砜/聚苯醚/酚醛塑料粉/氨基塑料粉/30％玻璃纤维增强塑料345PA6/PA66/PA610/PA9/PA1010/硬PVC/氯化聚醚456POM/PP/HDPE567LDPE/软PVC678聚合物制品的尺寸精度要求1.原料收缩影响（成型收缩率）收缩越大，相应制品的尺寸精度就越低结晶型高分子的收缩率为1%左右，非结晶型高分子的收缩率为0.5%左右。有些聚合物的收缩率不稳定，比如POM成型后几周内还要变化。塑料材料进行增强或无机填充后，其收缩率会大大下降，一般可下降1-4倍。比如PP的收缩率1-2.5%，而30%GF-PP的收缩率下降到0.4-0.8%。PA1010收缩率1.3-2.3%，30%GF-PA1010收缩率0.3-0.6%。收缩率还与加工条件、制品设计、模具等因素相关聚合物制品的尺寸精度要求2.原料蠕变的影响蠕变会引起尺寸的变化，比如拧紧的螺母，几个月后变松长期载荷作用下较高精度的制品，一定要选择用耐蠕变性能好的聚合物材料。如PPO，ABS，PSF以及PC等。纯聚合物经增强或填充改性后，其耐蠕变性能会大大提高，可以用于长期载荷下的较高精度制品。如纯PET的蠕变值为10%，23%GF-PET的蠕变值为2%。聚合物制品的尺寸精度要求3.线性膨胀的影响（线性膨胀系数）纯聚合物经增强或填充改性后，其线性膨胀系数可以下降2-3倍，如纯PA6的线性膨胀系数为8.3，30%GF-PA6的线性膨胀系数为1.2-3.2。聚合物制品的渗透性要求渗透性是指气体、液体在其中透过大小，对于渗透性大的材料成为透过材料，对于透过性小的材料成为阻隔材料。透过性制品；包括微孔材料以及选择性透过的材料，用于液体和其他的过滤和分离。包括：离子交换膜，微孔过滤膜等。阻隔性制品；碳酸饮料、食品保鲜包装材料，如汽水瓶、真空袋等。可以选用的材料有PVDC，PAN，PEN，PET，PA以及其复合材料。塑料的渗透性聚合物制品的尺寸精度要求原料吸水的影响塑料材料在吸水后引起体积膨胀，导致尺寸增大，严重影响精度。因此在潮湿环境中应用的制品，如果要求尺寸精度时候，不宜选用高吸水性塑料，具体如PA和PVA等。除了氟塑料，大部分聚合物在相应溶剂中都会产生溶胀，引起制品尺寸变化。因此，对于和化学介质接触的制品，要选用介质不引起溶胀的材料以保证尺寸精度。如在脂肪烃，芳香烃以及卤代烃介质中，不宜用PS制品。原料溶胀的影响聚合物制品的透明性要求高透明的材料PMMA，PC，PS等中等透明的材料PVC，PP，PE等不透明的材料ABS，POM一般经过增强或填充，聚合物制品的透光性下降聚合物制品的外观要求不同的塑料材料制成的制品围观不同，如用ABS，PP，PS等原料制成的制品表面光泽好，用PS、ABS为原料制成的制品色泽鲜亮。经过填充或增强的制品外观性能往往下降。现在开发出的塑料使用的光亮剂，能够提高塑料表面的光泽。制品颜色也很重要。不同国家民族对于颜色喜好不同。在绝缘电缆中，不同颜色代表不同极相。聚合物制品的使用环境聚合物制品的使用环境1.环境温度环境温度会影响材料的力学性能、电性能、耐腐蚀性能热变形温度使用温度脆化温度聚合物制品的使用环境2.环境湿度环境湿度对低吸水性制品的使用性能影响小，如POM，PVC，PPO等。对于SI和F4制品而言，不受湿度影响；对于高吸水性材料PA，PVA等制品影响比较大，尤其对力学性能和电性能影响更大。机械强度：除了冲击强度外，聚合物材料的强度都随湿度增加而下降。例如PA66的吸水率从2%到6%，拉伸强度从60MPa到40MPa；PA1010的吸水率从0.4%到1.2%，弯曲强度从60MPa到40MPa。电性能：随湿度升高，电绝缘性变差、体积电阻和介电强度下降，介电常数和介电损耗升高。例如，PA1010，吸水率从0.3%到0.4%，介电常数冲3.6到4。聚合物制品接触的介质——介质对于制品的影响对于微生物环境介质，细菌，霉菌等会让制品生物降解聚合物制品的使用环境腐蚀性的介质如硫酸，高锰酸钾等会对制品产生强烈的破坏作用；对于强极性溶剂，会造成制品应力开裂、溶解溶胀等破坏。高潮湿的情况下，强吸水性制品会发生水解反应与人体接触的物品，如日用品，玩具等，要求无毒或低毒聚合物制品接触的介质——制品对于介质的影响聚合物制品的使用环境日用品，装饰材料，建筑材料等制品，要求阻燃性好对于瓶体、管道等压力容器，要求耐爆破压力要高在人体内长期使用的医用器械或者替代物，要求绝对无毒，生物相容好，抗血酸好，无致癌嫌疑等；食用、药品、医疗器械以及化妆品包装材料，要求绝对无毒，树脂无毒也要求添加剂无毒，加工过程要求也较高。光、氧的作用光、氧的存在会引起塑料的老化、降解。对于PE，PP，PS，ABS，PA，POM、PU以及PMMA等易产生光、氧老化的塑料材料，尤其是作为地膜、棚膜、太阳能装置以及汽车保险杠等，要求必须加入抗氧剂和光稳定剂或者选用抗光、氧作用的塑料材料。辐射作用辐射也会导致聚合物制品的降解，绝大多数聚合物材料的耐辐射性能都不好，只有氟树脂、PI，PPO/PPS，UHMWPE，聚苯酯等耐辐射较好。因而在核电站使用的塑料配件，采用上述几种；比如在核电站使用的电缆，常常采用PI和PPS。环境的光、氧、辐射聚合物制品的使用环境在建筑材料、电子电器和交通工具上塑料制品均要求材料有相应的阻燃性，各种塑料的燃烧性能可分为可燃、慢燃、自熄的和不燃四个等级。塑料的燃烧性与阻燃塑料的加工性能塑料的加工性能性能满足使用条件时，优先选择加工性能好的材料三大类难加工的材料：1.易分解的树脂比如PVC，PVC的熔点170度，热分解温度140度，熔融之前已经分解，加入增塑剂POM，PA等在加工易发生氧化降解，加入抗氧剂塑料的加工性能三大类难加工的材料：2.热固性树脂包括EP，UP，酚醛树脂等常用压制成型3.熔体粘度高包括PTFE，UHMWPE，PPO及聚苯酯等，在达到熔融温度时，树脂处于熔融状态，但是粘度特别高，虽然熔融但是不流动。一般采用烧结或者冷挤压的方法加工成坯料，再用机械加工的方法获得所需形状，因而很难制备特别复杂形状的制品。如果对于塑料制品性能要求不是很苛刻，可以共混改性。比如PPO中加入PS改性，但是原有性能会下降。塑料的加工成本加工设备成本压延成型（1000k）注射成型（500k）挤出成型（300k）中空吹塑（250k）压制成型（40k）真空吸塑成型（20k）选用设备投资小加工设备生产一次性饮水杯，可以注塑也可以吸塑成型，选择吸塑成型；HDPE的面包周转箱，注塑和压制成型，选择压制成型选择本公司现有的加工设备塑料的加工成本加工能耗优选不需要干燥直接加工的原料常用塑料干燥条件塑料的加工成本加工能耗优选不需要后处理的聚合物原料残余应力，会引起应力开裂，消除内应力。常用塑料后处理条件塑料的加工成本加工能耗优选选择加工温度低的原料尽可能选择对设备磨损和腐蚀小的原料塑料的加工成本加工精度注塑挤出注吹成型挤吹成型压制成型压延成型真空吸塑成型加工形状注塑可以生产复杂的制品；压延、真空吸塑、压制、缠绕成型可以制成大面积的制品；如大型化工储罐及游船，都可以采用缠绕成型制成。塑料的加工废料1.透明性制品2.卫生性要求很高的制品3.易分解的树脂4.其他品种的制品，加工废料可以重复使用，比如POM塑料，加工废料可以加入30%，循环使用10次；MPPO塑料，废料可以加入20%，循环5次以上；真空吸塑成型挤吹成型注塑压延成型压制成型挤出废料的产生率：真空吸塑成型的一次性杯子，废料率高达30%聚合物制品的成本聚合物制品的成本原料价格、加工费用、使用寿命、使用维护注塑制品，原料价格占产品的60-70%；挤出制品，原料价格占产品的70-80%。1.塑料原料价格中价位的塑料，大概在几千元每吨。价格顺序：ABSEVAPOMPMMAPBTPA6PA66PCPA610MPPOPA1010低价位的塑料，大部分热塑性塑料和通用热固性塑料都是低价位原料，大概在千元每吨。价