塑料选型的一般原则

耐热塑料选材设计与加工1塑料材料概述迄今为止,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。我们所指的塑料材料的选用,一般是在常用的树脂品种中选用。在实际选用过程中,有些树脂在性能上十分接近。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。如不符合实际工作状态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。2耐热塑料材料选用注意事项™考虑不同材料的耐热性能™考虑不同材料的受热特性™考虑不同材料的光热老化特性™考虑不同材料的受力特性（蠕变性、弯曲性、拉伸等）2.2不同材料力学特性比较2.2.1强度及模量：几种强度较好的塑料品种有POMPAPCPPO及PI等,以及相应的玻璃纤维增强材料和PETPBTPOM等的玻璃纤维增强材料.2.2.2冲击强度：以PC为昀好,POMPPO等次之,PPHPVCPA6PA66等品种的低温脆性大.2.2.3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、PI的蠕变性较好,而ABS、PA、PVC、POM的耐蠕变性不好。2.2不同材料力学特性比较2.2.4耐疲劳性：几种塑料的耐疲劳性大小为POMPBTPETPA66PA6PP，纯PC的耐疲劳性不好,但玻璃纤维增强后可大幅度增高,接近POM.2.2.5尺寸稳定性：PC、PPO、PSF、PI、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;而PAPOM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.2.3塑料制品的使用性能2.3.1.塑料制品的使用条件：¾塑料制品的受力情况¾塑料制品的尺寸精度要求¾塑料制品的外观要求。¾塑料部件的耐热等级标准2.3.2.塑料制品的使用环境环境温度环境湿度接触介质环境的光、氧及辐射2.4.塑料材料的加工性能2.4.1.塑料的结晶性2.4.2.塑料的流动性2.4.3.塑料的收缩率2.4.4塑料的热稳定性2.4.5塑料材料的后加工性（喷涂、电镀、蒸镀、焊接、机械连接等）2.5塑料原料的来源。不同厂家生产的相同品级材料其某些方面性能可能有较大差别，必须注意其相同点与不同点。2.6根据产品精度选择塑料材料1级无2级无3级PSABSPMMAPCPPOPFEPUPUHMWPE30%GF增强塑料等,其中以30%GF增强塑料的精度昀高4级PA类氯化聚醚HPVC等5级POMPPHDPE等6级SPVCLDPELLDPE等2.7常用塑料的耐热性指标名称HDT（℃）0.45MPaHDT（℃）1.82MPaHDT（℃）1.82Mpa２０％ＧＦ维卡软化点ＡＢＳ９３－１１８８８１０２８０－１２５ＡＳ８８－１０２９１１０２８０―１００ＰＳ１０４７０―９０１０４１０６－１２８ＭＰＰＯ１００－１２９１２９１４３ＰＣ１３２－１４３１３２１４３１５０ＰＳＵ１６０－１８８１７４１８２２２２ＰＯＭ１７０１２４１５７ＨＤＰＥ50-60４９１１０１２０ＰＰ９３－１１０６０１２０１４０ＰＡ６１０８０－８４５７２１６ＰＡ６６７１２５４ＰＡ６６０－７６４９２１８ＰＢＴ７８２００２１４ＰＰＳ１０６２１０2.8耐热塑料的选用原则2.8.1.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。2.8.2.考虑制件耐热环境因素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3添加剂及填料对耐热的影响3.1填料目前,市场上的塑料增强填料,如碳酸钙、滑石粉、玻璃纤维、云母、木粉、玻璃微珠、硅灰石、高岭土、氢氧化铝、氢氧化镁等,这些无机填料的加入会使塑料原料发生很大的性能变化，一般会使耐热温度提高，提高幅度随添加量和填料种类不同而变化。无机填料的表面活化改性等表面处理对耐热也有影响。3添加剂及填料对耐热的影响3.2添加剂耐热剂、阻燃剂、成核剂、抗氧剂、紫外线吸收剂、偶联剂、润滑剂、着色剂等都会对塑料制品耐热产生影响。一般情况下，耐热剂、阻燃剂、成核剂、抗氧剂、紫外线吸收剂的加入会使耐热性提高。润滑剂、深色着色剂的加入会使耐热性降低。4注塑工艺对耐热变形的影响4.1概述：塑料汽车零部件大都采用注射成型，由于这些塑料件本身具有较高的设计精度，使用特殊的工程塑料加工。为了保证这些精密塑料件的性能、质量与可靠性及长期使用的稳定性，注射成型出质量较高、符合产品设计要求的塑料制品，必须对塑料材料、注塑设备与模具设计及注塑工艺以及注塑现场管理进行完善。在加工过程中，影响注塑制品的因素主要来自模具的温度、注塑工艺控制，以及生产现场的环境温度变化幅度及产品退火处理等方面。工艺因素如料筒温度、模具温度、注射压力、注射速度、保压压力、保压时间等对耐热也有很大影响。4注塑工艺对耐热变形的影响4.2成型温度的控制：注塑成型温度设定在允许的上限，可以提高材料流动性，降低注塑压力，对于流动性较差的材料，更需要提高加工成型温度。如成型温度过低，过分依赖高压充模，则制品中存在残留应力严重，会引起制品热变形温度下降。有时可用增加螺杆转速来提高熔体温度，但要防止出现其它问题（分解、夹气、流纹等）。4注塑工艺对耐热变形的影响4.3注射速度的控制提高注射速度相当于提高料温。注射速度的程序控制是将螺杆的注射行程分为3-4个获更多阶段,在每个阶段中分别使用各自适当的注射速度。例如：在熔融塑料刚开始通过浇口时减慢注射速度，在充模过程中采用高速注射，在充模结束时减慢速度。采用这样的方法，可以防止溢料，消除流痕和减少制品的残余应力等。4注塑工艺对耐热变形的影响4.4注射压力的控制在制品能充满的情况下，应尽量降低注塑压力。通常注塑机注射压力及保压压力为多级压力控制。多级压力的设定的合理性以及压力切换时机是否适当，对于防止模内压力过高、防止溢料或缺料、制品变形等都是非常重要的。保压压力及速度通常是塑料充填模腔时昀高压力及速度的50%-65%。保压压力过大，易在浇口处形成大的内应力，引起制品变形。多级压力注射既能使制件顺利充模，又不易出现熔接线、凹陷、飞边和翘曲变形。4注塑工艺对耐热变形的影响4.5模具温度的控制1）模温调节：为降低制品的内应力模具温度尽量高一些，所以加工成型时应适当提高模具温度，特别是冬季环境温度较低时。2）模具加热管出入口温差不能太大，昀好在5℃之内。3）模温高，制品表面光洁度高、内应力小、可低压充模保护模具，减少制品翘曲。4）模温过高，易产生飞边、烧焦制品、收缩加大、周期延长等缺陷。4注塑工艺对耐热变形的影响4.6注塑工艺总结：为了减少变形的可能，建议采取以下工艺措施：（1）一般应提高料筒温度，增加背压压力、降低注塑压力、降低保压压力，减少保压时间以便减少内应力，防止变形。（2）提高注射速度可以较方便地使制件充满并减少内应力。（3）薄壁制件应提高模具温度，保证料流顺畅；厚壁制件应减低模温以加速表皮的固化定型。（4）延长制件在模内冷却停留时间，保持均匀的生产周期等均有利于减少收缩变形现象。5制品后处理对耐热变形的影响退火、急冷、焊接、粘接、喷涂、电镀、蒸镀、蒙皮、发泡包覆等都会对制品耐热有影响。一般情况下，电镀、蒸镀、退火会使耐热性提高，急冷、焊接、粘接、喷涂等会使制品耐热性降低。6制品设计对耐热变形的影响6.1设计塑料制品时，应首先选定工程塑料材料，而要求耐温较高的工程塑料制品又必须选用那些力学性能高、尺寸稳定、抗蠕变性能好、耐环境应力开裂的材料。6.2制品形状、制品壁厚、加强筋大小及位置、平面度、孔大小及位置等都会对制品抗变形能力产生很大影响。6.3制品设计应使壁厚均匀，尽量避免壁厚的突然变化。各种过渡要圆滑，尽量避免内外尖角等应力集中点。7模具设计对耐热变形性的影响7.1概述：注塑模具设计得合理与否会直接影响塑料制品的热变形性能。由于模具型腔尺寸是由塑料制品尺寸加上所估算的收缩率求得的，而收缩率则是由塑料生产厂家或工程塑料手册推荐的在特定条件下的数值，它不仅与模具的浇口形式、浇口位置与分布有关，而且与工程塑料的结晶取向性(各向异性)、塑料制品的形状、尺寸、喷嘴到浇口的距离及浇口位置有关，同时和模具冷却分布系统紧密相关。7.2模具设计注意事项™注意多型腔模具的平衡布局。™注意模具冷却系统设计，做到冷却均匀，各部分温差尽量小，型腔、型芯可分别调节温度一便调节制品翘曲。™浇口太小或流道过狭或过浅，流道效率低、阻力大，熔料过早冷却产生应力。浇口应开设在制品的厚壁部位。流道中开设必要的有足够容量的冷料井可以排除冷料进入型腔使充模持续进行。™多浇口模具要调整各浇口的充模速度，昀好对称开设浇口。8塑料耐热改性方法在所有填料中,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.8塑料耐热改性方法8.1.1填充耐热改性举例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度PA6填充10%纳米海泡石,其热变形温度可由70度提高到160度PA6填充5%合成云母,其热变形温度可由70度提高到145度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度PBT填充30%云母,其热变形温度可由55度提高到162度8.2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硅灰石等8.2.1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度.PET的热变形温度由98度提高到238度.PP的热变形温度由102度提高到149度.HDPE的热变形温度由49度提高到127度.PA6的热变形温度由70度提高到215度.PA66的热变形温度由71度提高到255度.POM的热变形温度由110度提高到163度.8.2.1结晶型树脂经30%玻璃纤维增强耐热改性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.如POM、PA、PPO、PC、PET、PBT、PP等结晶性塑料用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、ABS经增强后可作为工程塑料，再如PA经30%玻璃纤维增强后,其耐蠕变性提高四倍;又如PC经30%玻璃纤维增强后,其耐蠕变性提高5-7倍,耐疲劳性提高5-6倍.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.8.2.2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度.PC的热变形温度由132度提高到143度.AS的热变形温度由90度提高到105度.ABS的热变形温度由83度提高到110度.PSF的热变形温度由174度提高到182度.MPPO的热变形温度由130度提高到155度.8.3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.如:ABS/PC热变形温度可由93度提高到125度ABS/PSF(20%)热变形温度可达115度HDPE/PC(20%)维卡软化点可由124度提高到146度.PP/CaCo3/EPDM热变形温度可由102度提高到150度8.3.1共混改性举例PC/ABSABS树脂与PC具有一定的相容性，将ABS与PC共混，可以大大提高ABS的冲击强度，热变形温度，同时，保持了树脂优异的耐候性、光泽度，应用于汽车、商用机器设备、消费电子产品。添加相