塑料性能及应用ZF.ppt

塑胶性能及应用 塑料的定义及来源塑料为高分子聚合物的总称 它是由乙烷 甲烷 丙烷等经过转化为亚甲基 乙烯和丙烯等中间体 也叫基体或单体 再由中间体经聚合反应形成的高分子聚合物通称塑料 塑胶或者树脂 它的英文名为 plastics 原意为可任意制作各种形状的材料 可塑材料 它能在一定的条件下塑化成型 成型后的产品能在通常环境下保持形状不变 另外强调一点 现在大多数塑料还含有一定量的添加剂 如填充剂 增塑剂 稳定剂 增强剂 润滑剂 防静电剂 着色剂 阻燃剂 芳香剂 发泡剂 发光剂等等 以加强它的特殊性能 达到它的使用目的 我们以后讲的塑料均为热塑性塑料 塑料的分类 塑料的主要性能 1 良好的稳定性 耐腐蚀性 耐候性好 经久耐用 如PTFE 聚四氟乙烯 在 王水 中也难被腐蚀 2 一般塑料的密度都比金属小 轻巧美观 3 电气绝缘性好 大多数塑料都具有优良的电绝缘性 因此塑料被广泛应用于电子 电气 通讯 仪器等领域 4 塑料的力学性能好 可制作许多结构性构件 5 阻隔性好 能制作各种容器 有很好的防潮防水功能 6 加工性好 通过注射成型 能在很短时间可制成形状复杂 尺寸稳定 品质优良的制品 另外 塑料还有很好的耐磨性 自润性 减震性 绝热性 电镀性 焊接性 透光性等等 总之 塑料已应用各行各业之中 塑料的热力学三态 玻璃态 高弹态 粘流态 玻璃态 相当于无机物的固态 处于玻璃态的塑料分子链段基本上处于停止的状态 分子只在自身的位置上振动 在这种形态下 塑料件可以进行削 切 刨等机械加工 大多数塑料常温下都处在玻璃态形态下 如 POM PC PBT ABS等等 高弹态 处于高弹态下的塑料分子 动能增加 分子的运动维持在小链段的旋转 链与链之间不会发生位移 在这种形态下 当塑料件受到外力的作用时会发生缓慢形变 外力除去后又慢慢恢复原来的形状 大多数塑料只有在热加工过程中出现塑料的高弹态 在常温下处于高弹态的塑料有TPE TPU等弹性体塑料 粘流态 所有塑料只有在热加工过程中才会出现粘流态 处于粘流态的塑料分子 网状结构已解体 大分子链与链之间 链段与链段之间都能自由移动 外力很容易使塑料体变形 除去外力后不再恢复原形 注塑成型过程可以这样讲 通过加热和外力的作用 让塑料从室温的玻璃态 或高弹态 经高弹态转变为粘流态 注射入具有一定形状的封闭模腔 然后在模腔中逐渐冷却 从粘流态返回常态的玻璃态或高弹态 最后取出与模腔形状一致的塑料制品 塑料的取向 塑料在加工过程中 在力的作用下 流动的大分子链段存在的方向或区域上造成的性质差异 熔体在模腔的取向过程 直接影响制品的品质 我们下来谈谈工艺参数对取向应力及其对制品性能的影响 A 熔体温度高 粘度低 剪切力降低则取向度减少 B 在浇口封闭前 延长保压时间 回导致取向应力增加 C 提高射出压力或保压压力 会增大取向应力 D 模具温度高可使制品缓慢冷却 减缓取向作用 E 加强制品厚度可降低取向应力 制品中内应力的存在会严重影响制品的力学性能和使用性能 由于内应力的存在及分布不均 会造成制品会使用中裂纹 变形 翘曲 还会引起制品表面泛白 浑浊及光学性能变坏 料的粘度塑及其他因素对其的影响 粘度就是塑料熔体的粘稠程度 从剪切的意义上讲粘度可以理解为熔体试图流动时在熔体层或熔体内部遇到的阻力 下面是影响它的因素 A 剪切速率 剪切应力对粘度的影响 剪切应力随剪切速率的提高而增加 而粘度随它们的提高而下降 如 PE PP POM等 B 温度对粘度的影响 在一定范围的温度内 温度升高会造成塑料粘度下降 如CA PS PE PP等 C 压力对粘度的影响 压力的升高会造成粘度上升 D 塑料分子量对粘度的影响 分子量增加会造成粘度上升 塑料的结晶 结晶度及特征 结晶是物质分子或分子链之间呈有序 规则的排列结构 塑料按其高分子排列结构可分为结晶型塑料和非结晶型塑料 无定型塑料 结晶度是反映结晶型塑料的结晶程度 玻璃化温度 熔化温度及热分解温度 玻璃化温度 聚合物的玻璃化温度是指线性非结晶型聚合物由玻璃态向高弹态或由高弹态向玻璃态的转化温度 熔化温度 是指结晶型聚合物从高分子链结构的三维有序态转化为无序的粘流态时的温度 热分解温度 热分解温度是指在有氧气存在的条件下 高分子聚合物受热后开始分解的温度 注塑成型时的温度介于玻璃化温度和热分解温度之间 具体还应根据制品的大小 厚薄 复杂程度 有无嵌件 着色剂的稳定性及注塑机的情况选择合适的加工温度 塑料的加工助剂及对塑料性能的影响 ABS丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 化学和物理特性 ABS是由丙烯腈 丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成 每种单体都具有不同特性 丙烯腈有高强度 热稳定性及化学稳定性 丁二烯具有坚韧性 抗冲击特性 苯乙烯具有易加工 高光洁度及高强度 从形态上看 ABS是非结晶性材料 三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物 一个是苯乙烯 丙烯腈的连续相 另一个是聚丁二烯橡胶分散相 ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构 这就可以在产品设计上具有很大的灵活性 并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料 这些不同品质的材料提供了不同的特性 例如从中等到高等的抗冲击性 从低到高的光洁度和高温扭曲特性等 ABS材料具有超强的易加工性 外观特性 低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度 典型应用范围 汽车 仪表板 工具舱门 车轮盖 反光镜盒等 电冰箱 大强度工具 头发烘干机 搅拌器 食品加工机 割草机等 电话机壳体 打字机键盘 娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等 注塑模工艺条件 干燥处理 ABS材料具有吸湿性 要求在加工之前进行干燥处理 建议干燥条件为80 90C下最少干燥2小时 材料温度应保证小于0 1 熔化温度 210 280C 建议温度 245C 模具温度 25 70C 模具温度将影响塑件光洁度 温度较低则导致光洁度较低 注射压力 500 1000bar 注射速度 中高速度 PBT聚对苯二甲酸丁二醇酯 化学和物理特性 PBT是最坚韧的工程热塑材料之一 它是半结晶材料 有非常好的化学稳定性 机械强度 电绝缘特性和热稳定性 这些材料在很广的环境条件下都有很好的稳定性 PBT吸湿特性很小 一般材料收缩率在1 5 2 8 之间 含30 玻璃添加剂的材料收0 3 1 6 之间 由于PBT的结晶速度很高 因此它的粘性很低 塑件加工的周期时间一般也较低 典型应用范围 家用器具 电器元件开关 汽车工业部件等 注塑模工艺条件 干燥处理 这种材料在高温下很容易水解 因此加工前的干燥处理是很重要的 建议在空气中的干燥条件为120C 6 8小时 湿度必须小于0 03 熔化温度 225 275C 建议温度 250C 模具温度 对于未增强型的材料为40 60C 要很好地设计模具的冷却腔道以减小塑件的弯曲 热量的散失一定要快而均匀 建议模具冷却腔道的直径为12mm 注射压力 中等 最大到1500bar 注射速度 应使用尽可能快的注射速度 因为PBT的凝固很快 流道和浇口 建议使用圆形流道以增加压力的传递 可以使用各种型式的浇口 也可以使用热流道 浇口直径应该在0 8 1 0 t之间 这里t是塑件厚度 如果是潜入式浇口 建议最小直径为0 75mm PC聚碳酸酯 化学和物理特性 PC是一种非晶体工程材料 具有特别好的抗冲击强度 热稳定性 光泽度 抑制细菌特性 阻燃特性以及抗污染性 PC的缺口伊估德冲击强度 otchedIzodimpactstregth 非常高 并且收缩率很低 一般为0 1 0 2 PC有很好的机械特性 但流动特性较差 因此这种材料的注塑过程较困难 在选用何种品质的PC材料时 要以产品的最终期望为基准 如果塑件要求有较高的抗冲击性 那么就使用低流动率的PC材料 反之 可以使用高流动率的PC材料 这样可以优化注塑过程 典型应用范围 电气和商业设备 计算机元件 连接器等 器具 食品加工机 电冰箱抽屉等 交通运输行业 车辆的前后灯 仪表板等 注塑模工艺条件 干燥处理 PC材料具有吸湿性 加工前的干燥很重要 建议干燥条件为100C到200C 3 4小时 加工前的湿度必须小于0 02 熔化温度 260 340C 模具温度 70 120C 注射压力 尽可能地使用高注射压力 注射速度 对于较小的浇口使用低速注射 对其它类型的浇口使用高速注射 POM聚甲醛 化学和物理特性 POM是一种坚韧有弹性的材料 即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性 几何稳定性和抗冲击特性 POM既有均聚物材料也有共聚物材料 均聚物材料具有很好的延展强度 抗疲劳强度 但不易于加工 共聚物材料有很好的热稳定性 化学稳定性并且易于加工 无论均聚物材料还是共聚物材料 都是结晶性材料并且不易吸收水分 POM的高结晶程度导致它有相当高的收缩率 可高达到2 3 5 对于各种不同的增强型材料有不同的收缩率 典型应用范围 POM具有很低的摩擦系数和很好的几何稳定性 特别适合于制作齿轮和轴承 由于它还具有耐高温特性 因此还用于管道器件 管道阀门 泵壳体 草坪设备等 注塑模工艺条件 干燥处理 如果材料储存在干燥环境中 通常不需要干燥处理 熔化温度 均聚物材料为190 230C 共聚物材料为190 210C 模具温度 80 105C 为了减小成型后收缩率可选用高一些的模具温度 注射压力 700 1200bar注射速度 中等或偏高的注射速度 流道和浇口 可以使用任何类型的浇口 如果使用隧道形浇口 则最好使用较短的类型 对于均聚物材料建议使用热注嘴流道 对于共聚物材料既可使用内部的热流道也可使用外部热流道 PC PBT聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物 化学和物理特性 PC PBT具有PC和PBT二者的综合特性 例如PC的高韧性和几何稳定性以及PBT的化学稳定性 热稳定性和润滑特性等 典型应用范围 齿轮箱 汽车保险杠以及要求具有抗化学反应和耐腐蚀性 热稳定性 抗冲击性以及几何稳定性的产品 注塑模工艺条件 干燥处理 建议110 135C 约4小时的干燥处理 熔化温度 235 300C 模具温度 37 93C PP聚丙烯 化学和物理特性 PP是一种半结晶性材料 它比PE要更坚硬并且有更高的熔点 由于结晶度较高 这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好 PP不存在环境应力开裂问题 通常 采用加入玻璃纤维 金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性 由于结晶 PP的收缩率相当高 一般为1 8 2 5 加入30 的玻璃添加剂可以使收缩率降到0 7 均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性 抗酸碱腐蚀性 抗溶解性 典型应用范围 汽车工业 器械 洗碗机门衬垫 干燥机通风管 洗衣机框架及机盖 冰箱门衬垫等 日用消费品 草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等 注塑模工艺条件 干燥处理 如果储存适当则不需要干燥处理 熔化温度 220 275C 注意不要超过275C 模具温度 40 80C 建议使用50C 结晶程度主要由模具温度决定 注射压力 可大到1800bar 注射速度 通常 使用高速注塑可以使内部压力减小到最小 如果制品表面出现了缺陷 那么应使用较高温度下的低速注塑 流道和浇口 对于冷流道 典型的流道直径范围是4 7mm 建议使用通体为圆形的注入口和流道 所有类型的浇口都可以使用 典型的浇口直径范围是1 1 5mm 但也可以使用小到0 7mm的浇口 对于边缘浇口 最小的浇口深度应为壁厚的一半 最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍 PP材料完全可以使用热流道系统 PMMA聚甲基丙烯酸甲酯 化学和物理特性 PMMA具有优良的光学特性及耐气侯变化特性 白光的穿透性高达92 PMMA制品具有很低的双折射 特别适合制作影碟等 PMMA具有室温蠕变特性 随着负荷加大 时间增长 可导致应力开裂现象 PMMA具有较好的抗冲击特性 典型应用范围 汽车工业 信号灯设备 仪表盘等 医药行业 储血容器等 工业应用 影碟 灯光散射器 日用消费品 饮料杯 文具等 注塑模工艺条件 干燥处理 PMMA具有吸湿性因此加工前的干燥处理是必须的 建议干燥条件为90C 2 4小时 熔化温度 240 270C 模具温度 35 70C 注射速度 中等 PA6聚酰胺6或尼龙6 化学和物理特性 PA6的化学物理特性和PA66很相似 它的熔点较低 工艺温度范围宽 抗冲击性和抗溶解性比PA66要好 但吸湿性也更强 为了提高PA6的机械特性 经常加入各种各样的改性剂 没有添加剂的产品 PA6的收缩率在1 到1 5 之间 加入玻璃纤维添加剂可以使收缩率降低到0 3 成型组装的收缩率主要受材料结晶度和吸湿性影响 典型用途由于有很好的机械强度和刚度被广泛用于结构部件 由于有很好的耐磨损特性 还用于制造轴承 注塑模工艺条件干燥处理 PA6很容易吸收水分 因此加工前的干燥特别要注意 如果材料是用防水材料包装供应的 建议在80C以上的热空气中干燥16小时 如果材料已经在空气中暴露超过8小时 建议105C 8小时以上的真空烘干 熔化温度 230 280C 增强品种为250 280C 模具温度 80 90C 模温显著地影响结晶度 因此对于薄壁建议模具温度为80 90C 如果壁厚大于3mm 使用20 40C 对于玻璃增强材料模具温度应大于80C 注射压力 一般在750 1250bar之间 取决于材料和产品设计 注射速度 高速 对增强型材料要稍微降低 流道和浇口 由于PA6的凝固时间很短 因此浇口的位置非常重要 浇口孔径大于0 5 t 这里t为塑件厚度 使用热流道浇口应比常规流道小一些 潜入式浇口最小直径应当是0 75mm PA66聚酰胺66或尼龙66 化学和物理特性 PA66在PA中有较高的熔点 是一种半晶体 晶体材料 在较高温度保持较强的强度和刚度 成型后仍具有吸湿性 其程度主要取决于材料的组成 壁厚以及环境条件 为提高机械特性 会加入各种各样的改性剂 粘性较低 流动性很好 可以加工很薄的元件 粘度对温度变化很敏感 PA66的收缩率在1 2 之间 加玻璃纤维收缩率降低到0 2 1 收缩率在流程方向和与流程方向相垂直方向上的相异是较大的 PA66对许多溶剂具有抗溶性 但对酸和其它一些