塑胶材料基础知识-Tony

2020年8月8日星期六塑胶材料基础知识介绍讲师：TonyXu版本：A日期：2012-11-21课程内容1.高分子的基本知识…………………….…………15`2.塑胶原料制造及成份介绍..………………….…..10`3.塑料的分类……………………………….……...30`4.工程塑料的性质………………………….……....10`5.常用工程塑料介绍………………….…………...30`6.成型生产中原料使用注意事項…………………..30`7.原料使用中不良案例分析……………….....…....30`8.Q&A…………………………………………………5`一.高分子的基本知识1.高分子概念•高分子(polymer)起源于希腊語，表示一群小单元结合成巨大单元的意思。•引用于化学领域即；小单元为小分子（单体）其中每一个单体都包含几个连结在一起的原子，大单元即为高分子（聚合物）。单体的数目称为聚合度•高分子的分子量大约为1~10万，分子以长链状态存在。并且各个长链的分子量也不尽相同。呈现正态分布。……-CH2-CH2-CH2-CH2-……长链（PE）分子量的正态分布数量•由小分子单体聚合成长的分子链,许多分子链交缠在一起得到塑料2.高分子的结构形态一.高分子的基本知识continue3.高分子的优缺点1)比重小：聚合物0.8-2.2金属2.7-7.5陶瓷材料2.2-2.52)成形性：比金属压铸，陶瓷预铸好3)机械特性：金属最強，陶瓷抗压抗折強度大4)热性质：热传导率低，热膨胀率高5)电性质：良好电绝缘体6)加工性及精度：机械加工，差异颇大7)化学性质：性质不一一.高分子的基本知识continue石油、煤、天然气裂解产物特定单体聚合物（原树脂）塑胶原料基材填充物阻燃剂……二.塑胶原料制造及成份介绍1.塑胶定义及制造过程：塑胶是在适当在温度和压力下能够熔融流动成型并在成型中表现出可塑性的高分子材料。塑料是从石油、天然气或煤裂解物中提炼和合成出来的人造树脂.石油的裂解:在高温下，将石油产品中具有长链分子的烃断裂为各种短链的气态烃和液态烃.原料:石油分馏产物。主要产品:主要是乙烯、丙烯、异丁烯煤的干馏:将煤隔绝空气加强热使其分解。塑料的组成？添加玻纤成份有何作用？填充物有那些的主要功能？煤分解的产物是什么？hydrocarbon烃二.塑胶原料制造及成份介绍continue1.塑料的组成：基材：尼龙聚酯、PPS、LCP….etc填充物：玻纤、碳纤、矿物质界面活性剂：表面处理改质剂阻燃剂：卤素与非卤素系化合物以及可以增強阻燃效果的协效剂﹐如三氧化二銻﹐硫化鋅等.阻燃剂通过吸热作用、覆盖作用、抑制链反应、不燃气体的窒息等方法阻燃.其它类:抗氧剂﹐润滑剂﹐流动脱模剂﹐色粉2.填充物的主要功能:承受主要负载提高使用寿命与可靠性提高耐热性改善抗变疲劳特性、強度与刚性尺寸安定性与平整度降低成本防火导电等特殊功能二.塑胶原料制造及成份介绍continue3.加玻纤作用主要是两个。(1).增强，玻纤的增加可以提高塑料的强度和刚性，但是同样的塑料的韧性会下降。(2).耐温，就拿尼龙举个例子，增加了玻纤的尼龙，热变形性温度至少提高两倍以上，一般的玻纤增强尼龙耐温都可以达到220度以上。煤分解的产物是什么？三.塑胶原料分类polymer热塑性塑胶橡胶热固性塑胶结晶非结晶轮胎、线缆…PCB板、座椅…泛用塑胶工程塑胶高級工程塑胶以结构形态类以使用功能分类塑料二者知识形态和物理特性上表現出一定的差异，其实质是相同的，即由单体（小分子）或預聚物经过加聚反应或缩聚而形成的高分子化合物。以基本结构來分3.1以基本结构來分:热塑性与热固性A热塑性：热塑性材料通常为线型或带有支链结构的大分子，常温状态下由结晶、氢键及范德华力等互相结合，形成具有一定强度的固态，加热时可熔融流动。1)热性高分子2)通過加热与冷卻具有改变液态与固态的可逆性反应(主要是物理变化)3)加工過的材料可重复回收使用4)一般可用注塑或压出及吹塑成型B热固性：热固性材料是通过化学键把线型或支链型高分子材料连接成立体网状结构（理论上整块热塑性材料制品可以由一个超大分子构成），在加热的时候无法熔融，直至温度过高，超过材料分解温度后发生碳化、燃烧都无法进入粘流态。1)成型前为单体或预聚物2)分子构造呈网状、三次元结构3)無法進行液态与固态的可逆性反应(发生化学反应)4)加工过的材料无法重复回收使用5)加工方式有压缩模塑及注塑成型,注塑成型对设备有特殊要求3.2以分链子排列來分：结晶性与非结晶性结晶塑料–分子高度有序排列：常用：PBT,PA,PPS,LCP,POM硬度更高的比重更高的模量拉伸强度更高的熔点高的HDT对水气和气体的抗渗透性耐化学性表面光泽较高的冲击强度尺寸稳定性透明度抗应力开裂性断裂伸长率无定形–分子无序排列：常用：PC,ABS,PS,PMMA,PES结晶与非结晶的溫度VS模量比较3.2以分子排列來分continue模量：材料在受力状态下应力与应变之比，比如弯曲弹性模量-钢性。高弹态（rubberystate）：链段运动但整个分子链不产生移动。此时受较小的力就可发生很大的形变（100～1000％），外力除去后形变可完全恢复，称为高弹形变。高弹态是高分子所特有的力学状态。Tg是玻璃转化温度，玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。Tm是meltingtemperature，熔点，指物质从固体到液体的临界温度。HDT塑料的热变形温度(Heatdeflectiontemperature):示塑料材料在高温且受压力下，能否保持不变的外形，一般以热变形温度来表示塑料的短期耐热性，对非结晶塑料，HDT比Tg小10~20℃；对结晶塑料，HDT则接近于Tm。链段是高分子材料的最小运动单元。链节是高分子材料的最小结构单元。比如说，聚乙烯的链节是-CH2-CH2-，而链段是若干个这样的链节。PIPARPESPEIPSUPEEKPPSLCPPTFEPOMPVDFmPPOPMMASMAABSPSSANPCTPVC高性能工程塑膠汎用工程塑膠汎用塑膠非結晶性材料Amorphous結晶性材料CrystallinePPAPPPEPA6PA66PBTPETPCPC/ABSmSMAPA46HDT=250℃3.3以使用范围來分1)泛用塑胶:通常以美观及低功能使用要求如：PE、PVC、PMMA、ABS2)工程塑胶:常用以取代铝、铁等金属铸造及高功能要求的精密零件上。长期使用温度高达100℃以上，如：POM、PBT、NYLON、PC3)高级工程塑胶:运用于特別要求之电子精密零件，长期使用温度在150℃以上。如：LCP、PES、PEEK、PEI聚四氟乙烯3.4总结1.何為“工程塑胶”?a.工程塑胶就是能用來替代金属的塑胶材料b.有热性质及电气特性c.具大量化.刚性.特殊用途.改性质等机械特性2.工程塑料的指标：a.工程塑胶其相对温度指数（RTI）必須100Cb.UL燃烧等级V-0c.热变形温度HDT:一般200C,SMT需求230Cd.抗拉強度1000Kg/cm2,抗折模数50000Kg/cm2e.比重2.5(金属2.7~7.8)(陶瓷2.5)四.工程塑胶性质人，生活在常温下，一般皮肤周围的温度在18-26℃范围时，身体会很舒服、各项机能都能够正常发挥；虽然短时间的高温或低温环境，也能够适应，但是要让一个人长期生存在高温或低温环境下，那他的身体机能就不能够很好地发挥、得病的机会就会增加很多、肌体老化也就会很快，寿命可能大幅度缩短。像人类一样，任何产品都会根据它的材料特性，规定一个合理的使用温度范围，这就是它的长期使用温度。在过高过低的温度下使用，那这种塑胶的性能就会变得很差，比如柔韧性、强度等都会大打折扣，使用寿命也会大大减少。4.1塑胶的热性质热移动性:比热,比容温度变化所致状态变化:玻璃转移点,结晶、熔点耐热性:热变形温度HDT:一般200C,SMT需求230C耐燃性:燃烧速度,UL燃烧等级V-0,V-1,V-2a.什么是RTI？RelativeThermalIndex：相对热量指数RTI:是UL保证材料使用的最高温度。单位为℃。有时也只标注为TI（保证温度）。Elec表示对于电气特性的TI；imp表示有冲击负荷时的TI；str表示静态下的TI。长期使用温度是RTIb.什么是HDT？HDT塑料的热变形温度(Heatdeflectiontemperature):示塑料材料在高温且受压力下，能否保持不变的外形，一般以热变形温度来表示塑料的短期耐热性，对非结晶塑料，HDT比Tg小10~20℃；对结晶塑料，HDT则接近于Tm。比如:现在我做个产品的UL认证,其中有用到一个材料它的RTI值是65度,如果此产品正常工作时(比如有蒸汽通过时)部分位置短时间达到100度,请问这付不付合UL认证要求?阻燃尼龙的HDT：240度左右，RTI在65-130度（厚度不一样），取其低值加纤阻燃尼龙HDI：250度左右，RTI在105-120度之间（厚度不一样），取其低值4.2塑胶的机械性质抗張強度:材料抵抗拉伸的能力,材料被拉断时的极限应力.抗折強度:当试片被弯曲至破裂或在其最边处达到5%的应变值时之強度.抗折模数:应力-应变曲线亏始线性部分的斜率为抗折模数,模数大刚性強.4.3塑胶的电气性质1.表面电阻Rs:电压与材料表面的湿气或其它寻电杂质所引起的电流的比值与材料的性质和表面干净度有关.2.体积电阻Rv:电压与通过材料內部的电流间的比值,通常以Rv为设计准则.刚性是跟产品形状有关系的，且和塑料的模量有关。硬度跟形状无关，跟材料厚度有关。整体抵抗变形的能力由刚度表示，局部抵抗变形的能力用硬度表示。4.4塑料的粘度性质1.定义：熔融塑料流动时大分子之间相互磨擦的性质称为塑料的粘性，这种粘性大小的系数即为粘度，粘度是熔融塑料流动性高低的直接反映。2.粘度受哪些条件影响（1）分子量的影响：同一种塑料可以有不同的分子和分子量分布，分子量愈大，分子间作用力愈强，反映出来的粘度愈大。（2）低分子添加剂的影响：低分子添加剂可以降低大分子链之间的作用力，因而使粘度减小，使之易于充模成形。（3）外界温度的影响：不同塑料对温度的敏感性不尽相同，PC、PA、PS等，在温度升高时粘度显著下降，加工时采用高温来达到降低粘度是有效的，但是象PE、PP就不应该着重采取升温的办法来达到降低粘度的目的。（4）剪切速度的影响：有效地增加塑料的剪切速度可使塑料熔体粘度下降，但不同的塑料受剪切速度的影响也不尽相同，如PC其粘度几乎不受螺杆转速的影响，而PS受的影响则很大。（5）压力的影响：虽然高的注射压力在注射过程能提高注射速度而获得大的剪切作用，似乎对降低粘度有利，但从压力的物理意义来说，增压反而会令熔融塑料粘度增大，原因很简单，塑料大分子链与链之间本身保持着距离，那是分子间作用力使然，压力的增加意味着分子距离的缩小，因而分子链间的错动显得更为困难，整体的流动粘度也就增大了。下面列举出几种塑料在1372Mpa压力和在17228Mpa压力下粘度增值的倍数:塑料名称PE，PP，PS，两种压力下粘度增值倍数4-9，7.3，100可以看出PE、PP粘度受压力的影响虽然不算太大，但对PS影响却十分可观，所以当注射成形PS时，压力对粘度的影响实在不容忽视，应注意发挥高速注射即高剪切速度的作用，而不应盲目将压力提高。4.5塑膠原料的安規要求安全规格(SPECTTYSPEC.)简称安规对于产品之安全与测试方面制定的规范,以确保消费者的权益.塑胶材料应用与电子/电机结构零件或家用电器上,必須经过UL严格检验及认证以降低电气性质或燃烧上伤害的可能性,除最终产品外,塑胶料亦应符合.一般对于电子零件的燃烧级均要求在V-0等級,以确保塑胶不会继续燃烧或滴下燃烧熔融物质.UL(UNDERWRITERLABORATRIESINC)美国保险业实验所(安规验证单位)针对各类输入美国的产品制定全规格及标准，并接受各国厂商之委托测试,防检验合格,经机构权使用ULMARK或LABEL者即代表其产品达到某一水准之安