塑料材料选用.pdf

塑料材料选用选材应考虑的主要因素在选材时,需要考虑的因素特别 多,如材料的性能特点、制品的使用环 境、加工习惯性、原料来源、成本核 算等。这些因果关系如下图所示。材N各粽合性转性1加工性能及方法 T王电绝冷性能工燃烧和气体用隔性光 学 性 能在进行塑料选材时，先进行初选，进行综合 评价后再试验，反复论证最后确定最佳材料。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的发挥其优 势，幸免劣势。塑料与金属、木材等几种材料 的比较如下表。表塑料与金属等材料的一般性能比较材料性能塑料钢铜陶瓷木材玻璃密度低高高较高较低较高耐热性较好好好好较差好力学强度范围宽，较好好较好较好较差差绝缘性好差差很好一般好导热性差好很好较差差较差制品精度较好好好好一般好成型加工易复杂复杂较复杂较复杂较易二、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 成本满足制品的性能要求,这是塑料选用中首 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，如下表。表制品的主要性能、相关性能和次要性能性 能内 容举例食品机械齿轮主要性能决定制品用途的关键性能,选取材料的特征性能卫生性，自润滑性、耐磨性相关性能影响制品用途的辅助性能，选取材料应具有的性能耐疲劳、耐冲击、尺寸稳定性、耐热性次要性能不影响制品用途、但可拓展用途的性能，选取材料的附属性能耐候性、阻燃性、绝缘性、耐化学腐蚀性三、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。因此在塑料选材时，应考虑拟选用材 料对环境的习惯能力。四、塑料材料的加工习惯性一般塑料材料加工习惯性要考虑下述几 方面：树脂的热稳定性如PVC、POM等属热敏性材料，成型加工 中易产生分解，对成型工艺要求较高。通常在 加工中需严格控制温度，对PVC等物料还需加 入热稳定剂、增塑剂等。树脂的成型原理热塑性树脂受热熔融、流动，冷却后即可 硬化成型，易于制得制品;而热固性树脂成型 中伴随着交联固化反应彳主往难以用熔融成 型加工的方法，生产效率较低。树脂熔体粘度的高低热塑性树脂一般采纳熔融成型加工的 方法，熔体粘度的高低对成型影响特别大。对高粘度物料（如PC、PSU）成型中需采纳 较高的成型温度和压力，而粘度过高（如 UHMWPE、PTFE）则难以用普通的方法加 工,需用如冷压烧结等特别成型方法。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,假如选取的塑料材料在性能和加工方面均 能满足要求，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、维护费用等。原料价格制品成本中原料价格占的比例最大，约 占注塑制品的60%70%，挤出制品 70%80%。而且原料价格随运输费用和市 场需求波动较大，一些塑料原料的大致价 格区域如下表。表塑料原料价格区域价格区域塑料品种低价位PP、HDPE、PS、PVC.LDPE、LLDPE、PET、PF、EP、UP中价位ABS、EVA、POM、PMMA、PBT、PA6、PA66、PC、PA610,PPO、PA1010.PU高补位PTFE、PCTFE、FEP、PPS、PL PSU、PEK、PEEK生产中在满足制品性能的前提下，应 尽量选择价格较低的原料,关于某些性能 要求较高的制品可通过改性来加以弥补。(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 包括设备成本、加工能耗和废品废料等。生产中应尽量选用现有设备。如某厂要生 产农用大棚膜，可选用LDPE、LLDPE和PVC树 脂。如工厂现有压延机,则选用PVC;如有挤出 机,则选用LDPE、LLDPE0同时，塑料加工方法多，加工设备的价格不同,从减少投资来看，应依次选择下列方法:真空吸塑、压制成型、中空吹塑成型、挤出成型、注 塑成型、压延成型。加工能耗主要是指在成型加工中应加热和提供动力而对电能的消耗。一般工程塑料 成型前需进行干燥处理，成型后制品易残留内 应力而要求进行后处理,相应能耗就会增加;通用塑料较少需要干燥处理和后处理,相应能 耗较低。此外，成型加工温度较高的塑料品种，如 PC、PSU、PPO等加工能耗也会增大。塑料加工废料产生率因成型方法的不 同而不同，具体顺序如下：真空吸塑 挤出吹塑 注塑 压延压制 挤出其中真空吸塑产生废料最多，如成型一次性口杯废料率高达30%。生产中的废 料应尽量重新利用。以提高材料的利用率,减低材料成本。(3)使用寿命关于非一次使用的塑料制品，使用寿 命的延长就意味着价格的降低。如普通 大棚一般使用一季,长寿大棚膜可使用两 季，尽管后者的售价是前者的1、5倍，但在 整个使用寿命期限内采纳长寿大棚膜价 格却降低了25%。选用合适的塑料原料，对塑料进行稳定化处理均可延长制品的 使用寿命,但制品的售价往往会提高。依照制品的性能和用途选材一、依照制品的性能选材1、制品的力学性能对制品的力学性能要从三个方面考虑: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，见下表。表塑料制品受力类型对材料力学性能要求制品用途力学性能要求制品用途力学性能要求汽车保险杠、仪表等制品 体育器材、单、双杠等制品 转动轴等制品轴承、导轨、活塞冲击强度f 弯曲强度f 扭曲强度f 抗磨损性十螺栓等制品饮料瓶、上水管、煤气管绳索、拉杆垫片、密封圈剪切强度十 材料的耐爆破强度t 拉伸强度f 压缩强度十一般结构零件主要包括螺母、螺栓、垫片、支架、管 件、手柄、管件、手柄、方向盘等，受力不大,一般为固定载荷,可选用HDPE、PP、HIPS及 热固性树脂;对力学性能要求较高的特别场合 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、POM、PPO、PC、UHMWPE、PTFE、PEEK、PI及玻纤增强塑料等。2、制品的热性能塑料材料与金属和陶瓷相比线性膨胀系 数较大，比热容和热导率较低，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。衡量制品的耐热性能好坏的指标有热 变形温度、马丁耐热温度和维卡软化点及Tg、1m等，其中以热变形温度最为常用。依照热变形温度的大小可把塑料的耐热 性分成四种类型,见下表所示。表部分塑料品种的耐热性耐 热 性品 种低耐热类塑料，热变温度小于100PE、PS、PVC、PET、PBT、ABS、PMMA、PA中耐热类塑料，热变温度在100200PP、PVDC、PSU、PPO、PC高耐热类塑料，热变温度在200300PPS、CP、P AR、PTFE、PEEK、PF（增强）、EP（增强）超高耐热类塑料，热变温度大于300LCP、PI、聚羟基苯甲酰、聚苯并咪理、聚硼二苯基硅氧烷3、制品的其他性能(1)制品的化学性能对一些大分子中存在酯基、酰酯基、醛基及硅 氧基的塑料,在酸、碱和水存在的环境中，易发生水 解反应。如PET不耐酸、碱及高温水;PA易吸湿，不 耐酸;PF和UP不耐碱。而PVC、PE、PP及PS等树脂 的耐酸、碱、水性均特别好。大分子主链或支链含 有-CH3、-C6H5基团往往不耐汽油、苯、甲苯等非 极性溶剂。关于强氧化剂(如浓硫酸、浓硝酸和王 水等)除PTFE外其他塑料品种几乎均易受到侵蚀。溶剂介质的腐蚀主要与塑料的溶度参数有关，这在 非晶塑料的选用中尤其重要。综合来看，常用塑料的耐化学腐蚀性可表 示如下。氟树脂,氯化聚醛,PPS PVC、PE、PPPC、PET、POM、PA、PSU、PI PFX EP、UP在塑料防腐材料的实际选用中要针对介 质的种类、状态、浓度、温度及氧化性、视 制品的受力及强度要求,以及成本和成型加工 等各方面因素，做出综合评定，最终选取合适的 塑料材料。(2)制品的光学性能表征材料光学性能指标常用透光率、雾度、折射率等。一般纯净的无定形塑料，大都无色 透明，结晶高聚物的结晶度愈大透光性和透明 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 PPW加特面薄膜等除透明荐外星选用中还应注意制品的应 用场合和具体要求，用于光盘材料要求其性能 受环境影响小抗蠕变性能好具有长期的力学 稳定性;用于隐性眼镜则要求高度稳定的光学 性能，高吸水率，高透氧性，卫生无毒，生理相容性 好，柔软而有弹性。常用透明塑料选用的例子如下表。表常用透明塑料材料的选用举例用 途一选用品种 日用透明材料透明包装：PE、PP、PS、PVC、PET-透明片、板类：PP、PVC、PET、PMMA、PC透明管类：PVC、PA透明瓶类：PVC、PET、PP、PS、PC光学镜片眼镜、透镜、放大镜、望远镜、隐形眼镜，选用CR39、HEMA、PC、PMMA等其他照明器材类：PS、AS、PMMA、PC等光纤材料：PMMA、PC玻璃类PMMA.PCV光盘材料：PC、PMMA、EP、PETG、茂金属聚烯燃（mPEJ吧_双烯丙基二甘醇碳酸酯。聚甲基丙烯酸羟乙酯。(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，一般用透过系数 来表征，塑料的透过系数越小，阻隔能力越 强。几种阻隔性能较好的塑料品种的透过 系数及其应用见下表。表几种塑料的透过系数及其应用举例过系数0料品Oi/cm3 mm m-J (d MPa)-1Ct)/cm*mm,(d MPG 7HO/g mm m*1 (d MPa)-1庖用举例EVOH0.10.41.5620-70保鳏&装材料PVDC0.451.20.26防潮、保鲜，饮料包装PAN81650保鲜、饮料包装PEN12-225-9食品及医用.仪科包装PET49*-9018018-30碳酸愎醇包装PA-6615-385070一食品及肉类包装PA-6_2540150200150食品及肉类包*乙悌乙场酹犬聚物.聋丙烯睛及其共置物.而星甲酸乙二静幅.(4)制品的电性能塑料都是优良的电介质、介电常数 较小，但不同塑料介电常数也有明显差别。非极性塑料介电常数在1、82、5之间，如PE、PP、PS、F4;弱极性塑料在2、53、5之间，如PMMA、PBT、PET、PC;极性塑料在3、58之间，如PVC、PF、PA 等。作为绝缘电线电缆等为减少能量损 耗宜选用介电常数较小的塑料品种，用作 电容器则可选用介电常数稍大的品种,目 前常用于电容器的是双向拉伸PP和PET 薄膜。作为绝缘材料一般电阻率应大于 1010Q-cmo塑料材料的电阻率绝大多数 符合绝缘材料的要求，被广泛用作不同用 途的电绝缘材料。一般用途电线电缆可 选用PVC,关于高频高压场合需要选用电 阻率高、介电常数小、高介电强度的PE 和PE-C1,硬质制件可选用HDPE、PP、PTFE、PI等；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;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，可依 照具体情况选用，常用的塑料品种有PP、PC、POM、PETS PBTS PSU、PPSs PI、PTFE 等。(5)制品的燃烧与阻燃性塑料是有机化合物,分子内含有大量碳、氢等 可燃元素,有些品种易燃，阻燃性差。但大分子结 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。一般塑料的燃烧与阻燃性能可用氧指数(OI)表征。OI 27为阻燃性塑料。常用塑料的OI值见下 表。氧指数指刚好维持某塑料材料燃烧时所需氧、氮混 合气体中最低氧含量的体积百分率。感谢您的聆听!