塑胶性能与应用

1塑胶性能与应用主讲人：吴远华2塑料概述一、塑料的定义塑料是一种具有可塑性的人造高分子有机化合物（树脂）。塑料是指以有机合成树脂为主要成分，加入或不加入其他配合材料(助剂)而构成的人造材料。它通常在加热、加压条件下可塑制成具有一定形状的器件。3所谓可塑性，是指象黏土那样，加力就变形，而撤除外力之后不恢复原状的性质。所谓弹性（弹力），是指施加一定程度的力就变形，但撤去所施加的力则恢复原状,这种性质叫弹性（例如：橡胶），具有弹性的物体叫做弹性体（如：松紧带）；塑料就是利用这种加热时所产生的可塑性，加工成各种形状的。4二、塑料的来源塑料是由低分子有机化合物（如：乙烯、丙烯、苯乙烯、氯乙烯、乙烯醇等）在一定条件下聚合而成的高分子有机化合物（聚合物）。构成塑料的分子，由于分子量都是在10000以上的高分子，所以说塑料是高分子化合物（高聚物）。一般塑料分子中都含有碳（C）原子和氢（H）原子，有的塑料分子结构中含有少量的氧（O）、硫（S）原子。塑料的基本原料是低分子碳、氢化合物，它是从石油、天然气或煤裂解物中提炼和合成出来的人造树脂。5三、塑料的发展过程不同塑料的开发生产时间：1920-1933：聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚丙烯（PP）1935：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）1939：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）1949：聚酰胺（Nylon）1950：聚甲基丙烯酸甲酯（Acrylic）61956：聚甲醛(POM)1958：聚碳酸酯（PC）1964：聚氧化二甲亚苯（PPO）1965：聚砜（PSF）1975：聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）1985：液晶塑料（LCP）1994：改性为注塑级的PET（PETG）1995：超弹性聚甲醛（TPOM）1996：透明硬质聚氯乙烯自1960年以后，塑料的应用和加工技术得到了突飞猛进的发展。7四、塑料的分类目前，塑料已发展到300多种，最常用的塑料有二十几种。1．按塑料的应用领域分类一般分为通用塑料和工程塑料：通用塑料只可作为一般非结构性材料使用，其产量大、价格相对低廉、性能一般，多用于制做日用品。（如:PE、PP、PVC、PS、PMMA、EVA等）工程塑料是指具有较高力学性能及耐高温、耐腐蚀，可以作为结构性材料，具有优异的综合性能（包括：机械性能、电性能、耐热性能、耐化学性能等），可在较宽阔的温度范围内和较长的时间内8能良好地保持这种性能，并能在承受机械应力和较为苛刻的化学、物理环境中长期使用。被公认的七大工程塑料为：ABS、PC、POM、PA、PET、PBT、PPO等，工程塑料的产量相对较少，价格较贵。另外，还有功能塑料（如：LCP、人造器官等）、纳米塑料、降解塑料等。2．按塑料的结晶形态分类一般分为结晶型塑料和无定型塑料结晶型塑料是指在适当的条件下，分子能产生某种几何结构的塑料（如：PE、PP、PA、POM、PET、PBT等），大多数的属于部分结晶态。无定型塑料是指分子形状和分子相互排列不呈晶体结构9而呈无序状态的塑料（如：ABS、PC、PVC、PS、PMMA、EVA、AS等），非结晶性塑料在各个方向上表现的力学特性是相同的（各向同性）。3．按其受热时所呈现的基本行为分类一般分为热塑性塑料和热固性塑料热塑性塑料是指在特定的温度范围内，能反复加热软化和冷却变硬的塑料（如：ABS、PP、POM、PC、PS、PVC、PA、PMMA等），它可以再回收利用。热固性塑料是指受热后成为不熔的物质，再次受热不再具有可塑性且不能再回收利用的塑料（如：酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚胺酯、发泡聚苯乙烯等）。104．按塑料的透光性分类一般分为透明塑料、半透明塑料和不透明塑料。透光率在88%以上的塑料称为透明塑料（如：PMMA、PS、PC、Z-聚酯等），常用的半透明塑料有：PP、PVC、PE、AS、PET、MBS、PSF等，不透明的塑料主要有：POM、PA、ABS、HIPS、PBT、PPO等。热固性塑料热塑性塑料115．按塑料的硬度分类一般分为硬质塑料、半硬质塑料和软质塑料常见硬质塑料有：ABS、POM、PS、PMMA、PC、PET、PBT、PPO等；半硬质塑料有：PP、PE、PA、PVC等；软质塑料有：软PVC、K胶（BS）、TPE、TPR、EVA、TPU等。126．按塑料的化学结构分类A、聚烯烃类（如：LDPE、MDPE、HDPE、LLDPE、UHMWPE、PP等）B、聚苯乙烯类（如：PS、AS、BS、ABS、MBS、HIPS等）C、聚酰胺类（如：PA6、PA66、PA610、PA1010等）D、聚醚类（如：PC、POM、PSF、PPO等）E、聚酯类（如：PBT、PET等）F、丙烯酸酯类（如：PMMA）13功能塑料工程塑料加纤塑料合金塑料纳米塑料通用塑料降解塑料塑料热塑性弹性体热固性14五、塑料的物理性能1．比重（密度）★塑料的比重是指在一定的温度下，秤量试样的重量与同体积水的重量之比值，单位为g/cm3,常用液体浮力法作测定方法。2．吸水性★塑料的吸水性是指规定尺寸的试样浸入一定温度（25±2）℃的蒸馏水中，经过24小时后所吸收的水份量；吸收水份以后影响其尺寸及形状，吸水率用重量表达时，常以%表示。153．蠕变★蠕变是指在一定的温度、湿度条件下，塑料在固定的外力持续作用下，随时间变化所表现出的特征，这种变形的特征随增加载荷而增加，随减少载荷而减少，其变形亦逐渐恢复。蠕变的来源有拉伸蠕变、压缩蠕变、弯曲蠕变等。4．玻璃化温度★塑料由熔融可流动温度降低至固态时的温度称为玻璃化温度；此时分子链段基本上不能运动，链节内部旋转扣紧也很困难，只有原子之间的少许移动拉伸及有普通的弹性变形，所以此时的塑料会有很大的脆性。165.分解温度★分解温度是指塑料在受热时大分子链断裂时的温度，同时是鉴定塑料耐热性的指标之一；当熔料温度超过分解温度时，大部分熔料会呈现发黄的颜色，且制品的强度会大大降低。6．熔融指数★熔融指数（MFI）MI是指热塑性塑料在一定温度和压力下，熔体在10分钟时间内通过测试器的小孔所流出的熔料重量，单位是以克/10分钟表示。177．成型收缩率★成型收缩率是指热塑性塑料在模具中成型时，冷却后脱模出的成型品，必有收缩现象，即成型品小于模腔尺寸。型腔尺寸－成品尺寸型腔尺寸×100%收缩率（%）＝188．透气性9．透湿性10．透明度11．拉伸强度12．压缩强度13．弯曲强度14．冲击强度15．摩擦系数16．磨耗17．硬度18．疲劳强度19．持久强度20．线膨胀系数21．比热22．导热系数23．耐热性24．脆化温度25．耐燃烧性26．耐电压27．耐老化性28．耐化学性19六、塑料的几种常见加工方法：A、注塑成型B、吹塑成型C、吸塑成型D、挤出成型E、压延成型F、层积成型G、吹薄成型H、拉丝成型20七、塑料的特性1．塑料的优点：（1）易于加工、易于制造（易于成型）即使制品的几何形状相当复杂，只要能从模具中脱模，都比较容易制作。因而其效率远胜于金属加工，特别是注塑成型制品，经过一道工序，即可制造出很复杂的成品。（2）可根据需要随意着色，或制成透明制品利用塑料可制作五光十色、透明美丽的制品，尚可任意着色的特性，可提高其商品价值，并给人一种明快的感觉。21（3）可制做轻质高强度的产品与金属、陶瓷制品相比，质量轻、机械性能好，比强度（强度与密度的比值）高，故可制做轻质高强度制品；特别是填充玻璃纤维后，更可提高其强度。另外，由于塑料质量轻，可节约能源，故其制品亦日趋轻量化。（4）不生锈、不易腐蚀塑料一般都耐各种化学药品的腐蚀，不会象金属那样易生锈或受到腐蚀。使用时不必担心酸、碱、盐、油类、药品、潮湿及霉菌等的侵蚀。22（5）不易传热、保温性能好由于塑料比热大，热导率小，不易传热，故其保温及隔热效果良好。（6）既能制做导电部件，又能制作绝缘产品塑料本身是很好的绝缘物质，目前可以说没有哪一种电气制品不使用塑料的。但如果在塑料中填充金属粉末或碎屑加以成型，也可制成导电良好的产品。（7）减震、消音性能优良，透光性好塑料具有优良的减震、消音性能；透明塑料（如：PMMA、PS、PC等）可制作透明的塑料制品（如：镜片、标牌、罩板等）。23（8）产品制造成本低塑料原料本身虽然不那么便宜，但如（1）项所述，由于塑料易于加工，设备费用比较低廉，所以能降低产品成本。2．塑料的缺点：（1）耐热性差、易于燃烧这是塑料最大的缺点，与金属和玻璃制品相比，其耐热性远为低劣，温度稍高，就会变形，而且易于燃烧。燃烧时多数塑料能产生大量的热、烟和有毒气体；即使是热固性树脂，超过200摄氏度也会冒烟，并产生剥落。24（2）随着温度的变化，性质也会大大改变高温自不待言，即使遇到低温，各种性质也会大大改变。（3）机械强度较低与同样体积的金属相比，机械强度低得多，特别是薄型制品，这种差别尤为明显。（4）易于受特殊溶济及药品的腐蚀一般来说，塑料比较不容易受化学药品的腐蚀，但有些塑料（如：PC、ABS、PS等）这方面的性质特别差；在一般情况下，热固性树脂耐腐蚀性相当强。25（5）耐久性差，易老化无论是强度、表面光泽或透明度，都不耐久，受负荷有蠕变现象。另外，所有的塑料均怕紫外线及太阳光照射，在光、氧、热、水及大气环境作用下会老化。（6）易受损伤、也容易沾染灰尘及污物塑料的表面硬度都比较低，故易受损伤；另外，由于是绝缘体，故带有静电，因此容易沾染灰尘。（7）尺寸稳定性差与金属相比，塑料收缩率很高，故难于保证尺寸精度。在使用期间受潮、吸湿或温度发生变化时，尺寸易随时间发生变化。26八、塑料的着色着色剂的应用品种有：干粉（色粉）、色种、色母粒、液态色浆等，分为有机颜料和无机颜料两大类。着色剂需要具有以下良好的性能：着色力强、遮盖力强、分散性（相容性）好、耐热性好、耐光性好、耐迁移性好、耐溶剂性好、耐药品性好、收缩率低等。随着客户对塑件颜色的要求越来越苛刻，色母粒或拉粒的应用越来越广。27九、水口料的回收利用一般热塑性塑料的水口料均可回收利用，实验证明水口料的添加比例在25%以内，对其塑料的性能（强度）影响不明显（10%以下）。水口料的控制及回收利用是塑料工业的研究课题，热流道模具的使用就是减少水口料的创举。水口料的回收利用次数及比例，对塑料制品的颜色、强度等均有不同程度的影响，生产时要严格控制添加水口料量。28热塑性树脂的诸性质一、塑料的热力学三态在自然界中，我们把物质在常温中的聚集状态分成三种：即气态、液态和固态。以非晶态线型高聚物为代表的高分子聚合物，由于分子结构的连续性，以及其巨大分子量，所以它们的聚集状态不同于一般低分子化合物，而是在不同的热力条件下，以其独特的三种形态存在：即玻璃态、高弹态和粘流态。29高分子聚合物是不存在气态的，在受热而可能气化之前，分子结构已受到彻底的破坏，成为低分子的气化物质或碳化物。高分子聚合物的玻璃态实际上是固态的一种表现形式，特点是在一定的温度范围内，呈现出固态物质普遍具有的性质，在某些力学特性上类似于普通的玻璃。高分子聚合物的粘流态是一种独特的“液态”，在某个温度范围内，具有既可以流动又有别于普通低分子液体的力学性质。高分子聚合物的高弹态是介乎玻璃态和粘流态温度范围的独有的形态。30高分子聚合物和其他物质一样，在特定的温度、压力条件下都有一个相对稳定的形态。比如，在普通使用条件下，可以将有机玻璃视为玻璃态的代表，而将液体树脂视为粘流态的代表。当外界温度、压力发生变化并达到某种水平时，高分子聚合物将改变原有的状态而转变成另外的状态。注塑加工厂的任务就是提供这些变化的条件，在加工过程中，塑料原料（以高分子聚合物为基体）受温度、压力、剪切作用时，其粘度、物理结构、形态等等都会出现变化，其中以温度影响最大，这是塑料热成型的理论依据。31模量刚性温度TgTm非结晶性塑料的