如何选用塑料材料

塑料材料选用PVC具有什么特性？本章学习目的：1、理解和掌握塑料选材中应考虑的主要因素；2、能够根据制品的性能和用途进行选材；第一节选材应考虑的主要因素一、塑料材料的适用条件塑料材料与其它材料相比有自身的适用性，选用塑料材料就是要最大限度地发挥其优势，避免劣势。表9-1是塑料与金属、木材等几种材料的一般性能比较。1、塑料适用的各种情况①要求质轻，而木材等又难以满足使用需要的场合；②既要求减重，又要求承受中、低载荷的使用环境；③各类中、低载荷下的结构制品；④形状复杂的制品，对于这类制品塑料具有高效、准确、快速成型的特点；⑤各种场合下的耐腐蚀材料；⑥要求自润滑的运动部件；⑦要求具有防震、隔音、隔热性能的制品；⑧绝缘材料；⑨要求具有良好综合性能的制品，如集质轻、刚、硬、韧、耐热、耐腐蚀、绝缘等于一体的部件。2、塑料材料不适宜的情况（1）对力学强度要求很高的制品，尤其是对刚度要求较高的结构件和拉伸强度超过300MPa的材料；（2）长期使用温度可达300℃或350℃以上的环境；（3）550kV以上的超高压绝缘材料；（4）除特殊场合外，不宜制作成高导电材料及制品。二、塑料制品的性能要求塑料材料选用的根本目的就是以最低的成本来能满足制品的性能要求，这是塑料材料选用中首先要考虑的因素。对特定的塑料制品而言，性能要求是多方面的，选用中要分清主要性能、相关性能和次要性能，如表9-2所示。塑料大棚膜、电线电缆、塑料食品袋等的主要性能、相关性能和次要性能是什么呢？三、塑料材料的使用环境使用环境是指材料或制品在使用时所经受的温度、湿度、介质等条件，以及风、雨、雪、雾、阳光及有害气体等因素的影响。所以，在塑料选材时，应考虑拟选用材料对环境的适应能力。（1）环境温度、（2）环境湿度（3）接触介质四、塑料材料的加工适应性塑料材料加工性能是指其转变成制品的难易程度。材料的内在性质影响着它的加工性能，塑料品种不同加工性能不同，有的易加工，有的难加工。而加工工艺的选择对材料的性质也有重要影响。（1）树脂的热稳定性；（2）树脂适宜的成型加工方法；（3）树脂熔体黏度的高低等。：五、塑料材料的经济适用性经济适用性是塑料选材中的一个重要因素，如果选取的塑料材料在性能和加工方面均能满足要求，而成本过高也难以投入生产，更谈不上进入市场，只有物美价廉的制品才能具有市场竞争力。塑料制品的成本主要包括：原料价格、加工费用、使用寿命、维护费用几方面。（1）原料价格制品成本中原料价格占的比重最大，约占注塑制品的60%～70%，挤出制品的70%～80%。（2）加工费用是制品成本的重要组成部分，应尽量以低加工成本来完成制品。加工费用主要包括：（3）使用寿命设备成本、加工能耗和废品废料等。第二节根据制品的性能和用途选材一、根据制品的性能选材1．制品的力学性能对制品的力学性能要求要从三个方面考虑：一是受力的大小，可分为中低载荷和高载荷；二是受力的类型，有拉伸、压缩、弯曲、冲击、剪切等；三是受力的性质，包括固定载荷和间歇载荷。不同的制品因受力的情况不同，对塑料材料的力学性能要求也不同，如表9-4所示。（1）一般结构零件主要包括螺母、螺栓、垫片、支架、管件、手柄、方向盘等，受力不大，一般为固定载荷，可选用UPVC、HDPE、PP、HIPS及热固性树脂；对力学性能要求较高的特殊场合可选用PA、POM、PC及玻纤增强塑料。（2）受间歇载荷作用的制品如齿轮、齿条、链轮、链条、活塞环、凸轮等。这类制品要具有较高的抗弯、耐冲击、耐疲劳性，优良的耐磨性，一定的耐热性，对有些场合还要求有自润滑性，以此保证长期使用中的性能稳定。常用材料有：PA、GFPA、POM、PPO、PC、GFPC、GFPET、GFPBT、UHMWPE、PTFE、PEEK、PI及布基酚醛等。：2．制品的热性能塑料材料与金属和陶瓷相比线胀系数较大，而比热容和热导率较低（如表9-5所示），具有优异的绝热性能，特别是泡沫塑料被广泛用作绝热、保温材料。（1）衡量制品的耐热性能好坏的指标热变形温度维卡耐软化点马丁耐热温度Tg、Tm其中以热变形温度最为常用。同一种塑料上述耐热性指标数值并不相同，一般关系如下：根据热变形温度的大小可把塑料的耐热性分成四种类型，见表9-6。维卡软化点＞热变形温度＞马丁耐热温度（2）与耐热有关的其它问题①通过填充、增强、共混、交联改性塑料的耐热性可大大提高；②充分考虑受热环境，如受热时间长短及受热介质等。如湿式耐热应选用低吸水性塑料品种，而不宜选用PA类，以免高温降解；而与化学物质接触应考虑塑料的耐腐蚀性；③制品受热时的载荷大小，无载荷或低载荷时耐热性好，高载荷时耐热性低。3．制品的其它性能（1）制品的化学性能包括耐化学药品性、耐溶剂应力开裂性、耐环境应力开裂性。影响塑料材料化学稳定性的因素主要有化学组成、聚集态和所含助剂；环境因素主要有温度、湿度、受力状况等。（2）制品的光学性能一般纯净的无定形塑料，大都无色透明，而结晶高聚物的结晶度愈大则透光性和透明性愈差。但通过加入成核剂和拉伸等方法改变结晶结构可获得透明的结晶塑料制品，如PET和PP双轴拉伸薄膜等。（3）制品的阻隔性是指制品对气体、液体、香味、药味等具有的一定屏蔽能力。在实际选用中可采用多种材料复合的方法，如LDPE/PP/LDPE、LDPE/PET/LDPE、PE/PA/PE、PP/PA/PE、BOPP/PP等，也可通过拉伸、共混、表面电镀、表面涂覆、表面化学处理等来提高塑料的阻隔性能，以满足不同的包装要求。（4）制品的电性能可以用介电常数、体积电阻率、介电强度、耐电弧性等参数表征。总体来说，塑料材料的电性能优异，而且品种多，适应于各种电性能要求不同的场合。①一般用途电线电缆可选用PVC，对于高频高压场合需选用电阻率高、介电常数小、高介电强度的PE和PE-CL，硬质制件可选用HDPE、PP、PTFE、PI等；③在电子工业对各种元器件除电气性能要求外，还对力学性能、耐热性和成型加工性能有较高的要求，可根据具体情况选用，常用的塑料品种有PP、PA、PC、POM、PET、PBT、PSU、PPS、PI、PTFE等。②作为电工类绝缘材料和制品（如闸盒、继电器、接触器、封装材料等）要求有较高的介电强度、耐电弧性和耐热性，一般选用热固性塑料，常用氨基塑料、酚醛塑料和环氧塑料等；（5）制品的燃烧与阻燃性①一般塑料的燃烧与阻燃性能可用氧指数（OI）表征：OI＜22属易燃塑料，OI在22～27之间为自熄性塑料，OI＞27为阻燃性塑料。②决定塑料燃烧性能的因素：大分子结构中若含有卤素及氮、磷、硫等原子或主链结构中含有芳环类则材料具有一定的阻燃性或自熄性。③常用塑料的OI值阻燃见表9-9。二、根据制品用途选材根据制品用途选材实质上仍是按制品的性能选材，选用中除考虑制品应用领域外，还应考虑制品的使用环境、受力状况以及使用对象等因素。考虑制品的使用环境和受力状况即是考虑制品的性能，④对于要求制品阻燃的场合，除可根据制品的性能选用阻燃塑料品种外，还可采用添加阻燃剂的方法来达到阻燃的目的。：根据制品用途选材，可以按不同应用领域对塑料制品的不同要求分成建筑工业类塑制品、包装工业类塑料制品、化学工业类塑料制品、家用电器类塑料制品、农业用塑料制品、汽车工业类塑料制品、机械零部件类塑料制品等；也可按塑料的功能分成可满足不同应用领域的材料，如结构材料、耐腐蚀材料、光学材料、低摩擦材料等。第四节应用简单规律法选材塑料选材方法，需考虑诸多方面的因素，进行归纳和综合评价，最终选出所需材料，过程较为复杂。近年来开发了具有规律性的选材方法，包括星形轮廓模型法、统计数量化综合评价法、价值分析法和计算机辅助选用法，可供参考。