原料的种类与特性.ppt

原料的种类与特性 一塑料的分类 1 根据塑料的组成不同 可分为单组分塑料和多组分塑料 前者主要由树脂组成 其中仅加入少量辅助材料 如着色剂 润滑剂 抗氧剂等 属于这种塑料的有未加填料的聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯等 也有的塑料除树脂以外完全不加任何添加剂 如聚四氟乙烯塑料等 多组分塑料则以树脂 填料 增塑剂等为主要成分 如酚醛塑料 软质聚氯乙烯塑料等 2 按树脂的名称命名塑料 如以聚乙烯树脂为原料的塑料称为聚乙烯塑料 以聚丙烯或聚氯乙烯树脂为原料的塑料称为聚丙烯塑料或聚氯乙烯塑料等等 如果塑料中包括两种或两种以上的树脂 例如由聚乙烯和聚丙烯两种树脂所制得的塑料 则称为这几种树脂的共混塑料 在此情况下 塑料和树脂的名称虽然相同 但应注意二者的区别 它们除了在组分上不同以外 树脂仅是塑料的组分之一 树脂不但可以制成塑料 而且还可以制成纤维 橡胶 涂料 粘合剂等 它们通常也是以树脂的名称来命名的 3 按塑料材料受热后的性能表现不同 分为热塑性塑料和热固性塑料 前者定义为在整个特征温度范围内 能反复加热软化和反复冷却硬化 且在软化状态采用模塑 挤塑或二次成型通过流动能反复模塑为制品的塑料 如聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚氯乙烯等 热固性塑料则为经加热或其它方法如辐射 催化等固化时 能变成基本不溶 不熔产物的塑料 如酚醛塑料 脲醛塑料等 4 按用途分 有通用塑料 工程塑料和特种塑料 通用塑料一般指产量大 用途广 成型性好 价廉的塑料 如聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 酚醛等塑料 从广义上讲工程塑料指凡是可以作为工程材料的塑料或者说凡是可以作为结构材料的塑料 但从狭义上讲一般指具有某些金属性能 能承受一定的外力作用 并有良好力学性能和尺寸稳定性以及在高 低温下仍具有优良性能的塑料 如聚酰胺 聚砜 聚碳酸酯等 特种塑料一般指具有特种功能 如耐热 自润滑等 可应用于特殊要求的塑料 如氟塑料 有机硅塑料等 5 按成型方法分 主要有以下几种 模压塑料供压塑用的树脂混合料 如一般树脂混合料 层合塑料用或不用粘结剂 借加热 加压把相同或不相同材料的两层或多层结合为整体的塑料材料 注塑 挤出和吹塑塑料一般指能在机筒温度下熔融流动 在模具中迅速硬化的塑料 如一般热塑性塑料 铸塑塑料能在无压或稍加压力情况下 倾注于模具中并能硬化为一定形状制品的液态树脂混合料 如单体浇注尼龙等 反应注塑模塑料一般指液态原材料 加压注入模腔内 使其反应固化制得成品 如聚氨酯类 6 按塑料半制品或制品分类有以几类 模塑粉主要由热固性树脂和填料等经充分混合 辊压 粉碎而得 如酚醛塑料模塑粉等 增强塑料组分中含有高强度纤维 使某些力学性能比原来树脂有较大提高的塑料 微孔塑料或称发泡塑料 泡沫塑料 整体内因存在大量相互连通或不连通的小孔穴而降低了密度的塑料 单丝强度足以在工业纺织操作中用作纱或在其它应用中作为实体的单根长丝 其它如塑料薄膜 管材 片材 板材 人造革 异型材及各种模塑制品等 二塑料的组成 组成塑料的最基本成分是树脂 称为基质材料 按实际需要 塑料材料中一般还含有许多其它成分 称为助剂 这些助剂用以改善材料的使用性能或工艺性能 热塑性塑料有时也以纯树脂形式使用 热固性塑料则完全以加有助剂的形式使用 塑料材料用助剂的品种很多 包括填料 增强剂 增塑剂 润滑剂 抗氧剂 热稳定剂 光稳定剂 阻燃剂 着色剂 抗静电剂 固化剂 发泡剂和其它某些助剂 1填料 增强剂 填料是用以改善塑料某些物理性能 例如导热性 膨胀性 耐热性 硬度 收缩性 尺寸稳定性等 有时也是为了改善或会拌随着改善材料的某些力学性能 有时填料的使用主要是为了降低材料造价 2增塑剂 改善塑性 增加加工流动性 降低制品脆性 改善制品耐寒性 3热稳定剂 抑制热降解 热分解 4光稳定剂 又称防紫外线剂 改善或者降低紫外线对塑料的破坏 5抗氧剂 添加到塑料配方中能延緩或抑制塑料氧化的物質6抗静电剂 防止塑料表面电荷积聚 7阻燃剂 能夠降低材料的燃燒傾向和程度 或降低燃燒速率和火焰傳播速度的助劑8润滑剂 使塑料加工中減少摩擦 改善加工性能9发泡剂10固化剂11着色剂着色剂按其溶解性能分为两大类 染料和颜料 染料 可以在水 油或有机溶剂中溶解的着色剂称为染料 染料一般都是有机化合物 染料的优点是色泽鲜艳 色彩夺目 色谱齐全 但缺点是耐热性 耐候性 耐溶剂性皆差 在塑料加工温度下或较高的温度使用过程中易分解变色 或在制品使用过程中易渗析 迁移 串色或对其它接触物的污染 染料是纤维 织物等纺织品的主要着色剂 在塑料中应用较少 主要是用在光学塑料制品中 可以使透明塑料保持较好的透明性 颜料 颜料是不能溶解的着色剂 无论在水中或油中 或在其它溶剂中 都很难使其溶解 因此只能以细粉状均匀掺混到材料中 颜料可以是有机化合物 也可以是无机化合物 颜料是塑料中采用的主要着色剂 无机颜料的耐热性 耐候性 耐溶剂性皆优 价格也较低 有机颜料的耐热性 耐候性 耐溶剂性不及无机颜料 但色泽鲜艳夺目 在塑料中分散性较好 颜料的遮盖力 即遮蔽树脂材料本色的能力 优于染料 特别是无机颜料 但遮盖力越好 透明性愈差 越不适于透明塑料 塑料中常用着色剂 1 白色 锌钡白 又名立德粉 组成是ZnS BaSO4 混合物 氧化锌ZnO 二氧化钛 钛白粉 2 红色 镉红 组成是CdS CdSe 混合物 镉银朱 组成是CdS HgS 氧化铁红 铁丹 Fe2O3 永固红 立索尔大红 立索尔紫红 立索尔宝红等 3 黄色 镉黄 PbCr04或PbCrO4 PbO导PbSO4等不溶性盐的混合晶体 是无机颜料 汉沙黄 联苯胺 永固黄 荧光黄等 都是有机物 4 黑色 群青 炭黑 三 ABS塑料 ABS外观上是淡黄色非晶态树脂 不透明 密度与聚苯乙烯基本相同 ABS具有良好的综合物理力学性能 耐热 耐腐 耐油 耐磨 尺寸稳定 加工性能优良 它具有三种单体所赋予的优点 其中丙烯腈赋予材料良好的刚性 硬度 耐油耐腐 良好的着色性和电镀性 丁二烯赋予材料良好的韧性 耐寒性 苯乙烯赋予材料刚性 硬度 光泽性和良好的加工流动性 1力学性能 明显的屈服点与细颈现象 良好的冲击韧性 比PS高3 5倍 对缺口敏感 但小于其他塑料 良好的低温冲击强度 2热性能 85 110C热变形 耐寒性好 可燃 3电性能 良好的电性能 可以作为要求不苛刻条件下的绝缘材料 4耐化学试剂耐溶剂5耐候性 ABS的品级 ABS树脂通常是指聚丁二烯橡胶与单体苯乙烯和丙烯腈的接枝共聚物 其中A代表丙烯腈 提供耐化学性和热稳定性 B代表丁二烯 提供韧性和抗冲性 S代表苯乙烯 赋予刚性和易加工性 改变ABS树脂中3种组分之间的比例 可以在适当范围内调节其性能 以适应各种特殊应用 按其配料组成的不同 ABS树脂可分为通用型 中抗冲型 高抗冲型 耐低温抗冲型 耐热型 阻燃型 透明型 耐候型等品种 通用型ABS树脂 通用型ABS树脂一般是指无阻燃 抗静电等特殊功能 且市场容量较大的注射级ABS 可根据其抗冲击性的高低进一步细分 中冲型ABS树脂 一般地说 高流动中冲型的强度比通用中冲型要低的多 各ABS生产厂均有相应的牌号供应市场 如我国兰州石化公司的101 102 台湾奇美的PA757 GE的DFAR等 此类ABS常代替HIPS用于电视机外壳 灯具 电话机 复印机 化妆品盒及各种杂品的制造 高冲型ABS树脂 提高ABS组成中的橡胶含量 可使制得的ABS树脂冲击强度达到180 300J m 1之间 这一性能段上的ABS组合物称为高冲型ABS树脂 此类树脂在各种机壳 部件 家用电器 家具等领域用途广泛 市场用量与中冲型ABS不相上下 用途也大体一致 但制品质量优于中冲型ABS的制品 高冲型ABS主要用于对冲击有一定要求的场合 当用户对刚性要求优先时 需选用中冲型ABS 超高冲型ABS树脂 奇美的PA 709 PA 747 美国GE的GPM4700 日本JSR 10 JSR 12等都是具有超高冲击强度的ABS树脂 在机动车辆内部构件 体育防护用品 雪橇 冲浪板 鞋后跟等对韧性要求较高的场合广为使用 耐热型ABS树酯 ABS树脂虽具有优良的综合性能 但对某些应用领域 也存在耐热度不足的问题 这就需要提高ABS树脂的耐热性 以适应国内汽车 家电 办公机械等行业发展的需要 耐热ABS的研究以美 日两国最为活跃 已建有万吨级工业生产装置 美国Borgwarner Amco公司 日本触媒 化学工业 三菱人造丝 旭化成等公司在此领域的贡献世人瞩目 透明型ABS树脂 透明型ABS树脂 日本合成橡胶公司于1962年首先开发成功 20世纪80年代获得了较大的发展 主要商品有 日本JSR 53 Toyorak900 BASF的KU5004R 美国腈化物公司XT Borgwarner的GTM DOW的CLR等 透光率达85 以上 主要用作透明箱 顶盖 壳体 容器 塑料零件 配电盘 汽车附件 装饰品等 电镀型ABS树脂 电镀级ABS树脂的基本特点是 橡胶含量较高 性能上属高冲击甚至超高冲击级 橡胶相的粒径较大 且分布越窄越易电镀操作 表面容易均匀点蚀 镀层与基材粘结力强 热膨胀系数小 利于镀层的附着 流动性一般高于对应的高冲级或超高冲级ABS树脂 适当提高ABS树脂的丙烯腈含量或者掺入一些高结合丙烯腈的SAN树脂可以改进镀层的特性 阻燃型ABS树脂 阻燃型ABS树脂是ABS的一个重要分类 它主要用于计算机显示器的外壳 汽车箱体及各种电器组件 设备 20世纪60年代 美国Marbon公司就开始生产自熄性ABS CycolacKM 和 Cycolac800 国外近年开发的具有耐热 耐紫外光等阻燃品级 其阻燃性能大都达到了UL 94V 0标准 抗静电及电磁屏蔽型ABS树脂 制备 抗静电型ABS树脂的基本方法是共混法 主要途径是 填充导电材料 即在生产ABS树脂的掺混阶段加入炭黑 金属粒子等导电材料 制备成永久性防静电树脂 添加低分子抗静电剂 即在ABS掺混阶段 直接加入0 5 3 0 季铵盐 磷酸盐等低分子抗静电剂 然后挤出造粒 这种ABS的抗静电性是有时限的 效果随时间延长而衰减 添加抗静电母粒 即ABS粒料直接和抗静电母粒共混 该法在ABS制品厂家广泛采用 其抗静电效果有暂时的 也有永久的 这与共混时所采用的母粒性质有关 ABS塑料的加工 ABS是无定形聚合物 无明显熔点 熔融流动温度不太高 随所含三种单体比例不同 在160 190C范围即具有充分的流动性 且热稳定性较好 在约高于285C时才出现分解现象 因此加工温度范围较宽 ABS熔体具有较明显的非牛顿性 提高成型压力可以使熔体粘度明显减小 粘度随温度升高也会明显下降 ABS吸湿性稍大于聚苯乙烯 吸水率约在0 2 o 45 之间 但由于熔体粘度不太高 故对于要求不高的制品 可以不经干燥 但干燥可使制品具有更好伪表面光泽并可改善内在质量 在80 90 C下干燥2 3h 可以满足各种成型要求 ABS具有较小的成型收缩率 收缩率变化最大范围约为凡3 一0 8 在多数情况下 其变化小于该范围 四 聚苯乙烯塑料 PS 聚苯乙烯是无色无臭无味的透明性刚硬固体 制品掷地时有金属般响鸣 聚苯乙烯透光率不低于88 雾度约3 折射率较大 在1 59 1 60之间 具有特殊光亮性 但储存时易泛黄 泛黄的原因之一是单体纯度不够 特别是含有微量硫元素时 二是聚合物在空气中缓慢老化引起发黄 聚苯乙烯较轻 密度在1 04 1 065之间 聚苯乙烯易燃烧 燃着后离开火焰持续燃烧 火焰呈橙黄 伴有浓烟 聚苯乙烯的加工 PS是热塑性塑料中最容易成型加工的品种之一 可适用多种成型工艺 工艺特性 1 吸湿率很小 在0 02 0 3 成型加工前一般皆不需要专门的干燥工序 2 是X定形聚合物 无明显熔点 从开始熔融流动至开始明显分解的温度范宽 适宜成型的温度范围亦宽 3 二熔体具有明显的假塑性体行为 但出现假塑性体行为有一个临界剪切应力 熔体基本上属于牛顿型 超过这一临界值 假塑性体特性变得很明显 熔体粘度对温度也很敏感 因此 聚苯乙烯制品性能与工艺参数 特别是与成型温度及成型压力有明显关系 这是因为这两个参数对制品中分子链的取向程度有明显影响 4 聚苯乙烯收缩率及其变化范围都较小 一般在0 2 0 8 之间 有利于成型出尺寸精度较高和尺寸较稳定的制品 5 聚苯乙烯制品容易产生内应力 这是因为在成型时的剪切力作用下 分子链易取向 在制品冷却阶段 取向的分子链段尚未得到松弛 熔体就已冷却到玻璃化温度之下 使取向冻结 PS的加工 聚苯乙烯可以采用注塑 挤出 热成型 旋转模塑 吹塑 发泡等多种成型工艺 其中注塑 挤出 发泡是最常采用的工艺方法 注塑成型是聚苯乙烯最重要的成型方法 可根据制品形状和壁厚不同 在很大范围内调节温度 注塑成型可在螺杆式注塑机 亦可在柱塞式注塑机上进行 采用螺杆式注塑机时 最适宜的熔体温度是在190 230C范围 五 聚丙烯 PP 聚丙烯的性能 聚丙烯外观上是白色蜡状体 密度约在0 9 0 91g cm3之间 由于聚丙烯的晶相与无定形相的密度差别较小 使聚丙烯比聚乙烯略显透明些 1力学性能 聚丙烯力学性能的绝对值高于聚乙烯 但在塑料材料中仍属于偏低的品种 聚丙烯的韧性对温度和加载速率的依赖性很大 高于玻璃化温度时 冲击破坏呈韧性断裂 低于玻璃化温度呈脆性断裂 且冲击强度值大幅度下降 提高加载速率使韧性断裂向断裂转变的温度上升 聚丙烯具有优异的抗弯曲疲劳性 其制品在常温下可弯折106次而不损坏 聚丙烯硬度高于聚乙烯 使其表面具有良好的光泽 2热性能 耐热性优于PE 耐沸水 耐蒸汽 3电性能 在塑料中处于较高水平 4耐化学试剂及耐溶剂性 良好5环境与老化 对氧敏感 耐紫外线差 聚丙烯的加工 聚丙烯成型加工性具有如下特点 1 吸湿性小 仅0 01 0 03 成型加工前不需要对粒料进行干燥 2 适用于多种成型方法 3 熔体粘度小 易成型出薄壁长流程制品 不需要采用很高的成型压力 4 具有结晶性 收缩率绝对值及其变化范围都较大 在1 3 范围内 且具有较明显的后收缩性 工艺参数对制品结晶度有较大影响 对制品性能和尺寸变化也有较大影响 5 熔体具有较明显的非牛顿性 粘度对剪切速率和温度都比较敏感 熔体弹性大 冷却凝固速度快 制品易产生内应力 6 熔体弹性大 冷却冷凝速度快 制品易产生内应力 7 受热时容易氧化降解 应尽量减少受热时间 并尽量避免受热时与氧接触 聚丙烯可采用注塑 挤出 吹塑 旋塑 热成型 发泡 喷涂等工艺 其中最常采用的是注塑 聚丙烯具有良好的注塑成型工艺性 六 聚乙烯 PE 聚乙烯是柔性线型链状结构 可视为高分子量的直链烷烃 外观是白色蜡状固体 无毒无臭无味 除薄膜外 其它制品皆不透明 这是由于PE制品具有较高的结晶度的原因 PE按照结晶度区分 分为LDPE MDPE以及HDPE PE的性能 1力学性能 软而韧的聚合物 冲击强度较高 其它力学性能较低 2热性能 热变形温度低 3电学性能 优异的介电及电绝缘性 4耐化学试剂及耐溶剂性 良好5环境和老化性能 日光照射会变脆 6燃烧性能 OI 17 4易燃 PE的加工 1吸水性小 不须对粒料进行干燥 2分子链柔性好 无需太高的成型压力 很容易成型出薄壁长流程制品 适用于多种成型工艺 成型出多种形状和尺寸的制品 3PE熔体粘度受温度影响小 收成型压力影响较大 4比热大 消耗热能 要有较大的加热功率 5结晶能力高 成型工艺参数对制品性能影响较大 6收缩率大7易氧化 避免熔体与氧直接接触8品级 牌号较多 应按照熔融指数大小选取合适的成型工艺 七 脂肪族聚酰胺 尼龙6 尼龙66 线型分子结构 良好的柔曲性 典型的热塑性聚合物 脂肪族聚酰胺性能 1力学性能 硬而韧的聚合物 耐磨性好 2热性能 Tg 室温3电学性能 不好 极性分子4耐化学试剂及耐溶剂性 良好5环境和老化性能 室内性能稳定 室外日光照射会变脆 发暗 力学性能下降 6燃烧性能 自熄 脂肪族聚酰胺的加工与应用 聚酰胺具有良好的成型加工性 它们有下述共同工艺特点 1 吸湿性强 加工前必须充分干燥 干燥条件一般是在80 90 C的热空气循环烘箱或真空箱中干至粒料所含水分不影响成型为止 烘干温度不宜过高 以免引起材料氧化变黄 2 熔体粘度低 注塑中会有流涎现象 需采用自锁式喷嘴防止流涎 3 成型中分子链取向对剪切速率不太敏感 因此成型压力对制品性能影响较小 4 聚酰胺高温下易氧化降解 超过300 就会分解 在满足成型工艺的前提下 应避免采用过高的熔体温度 亦应避免在料筒内滞留过长时间 5 聚酰胺是半结晶型聚合物 制品成型中工艺参数改变对制品结晶度 收缩率及性能影响颇大 聚酰胺可采用多种成型方法 但最主要的是注塑和挤出 注塑成型可采用柱塞式或螺杆式注塑机 螺杆式注塑机应带有止逆环 并采用长径比为12 20 压缩比为3 4的突变型螺杆 成型时熔体温度下限位高于熔点5 10 上 下限温度差40 50 C 注塑压力可在40 200MPa内选取 模温可从室温至60 应用 聚酰胺应用范围较广 主要在以下各方面 1 机械设备例如轴承 轴瓦 小模数齿轮 蜗轮 密封垫 活塞环 泵叶轮 螺栓 螺母等连接件 水压机的立柱导套 阀座 风扇叶片等 2 汽车业主要采用玻纤增强聚酰胺 可用在皮带轮 吸附罐 散热器箱体 刮水器 泵齿轮等 3 电子电器各种线圈骨架 机罩 集成线路板 旋扭 电视机调谐零件 电器线圈 4 化工设备耐腐耐油管道 输油管 贮油容器 过滤器 5 建筑与民用窗 门 窗帘导轨 滑轮 自动门横栏 安全帽 繩索 打字机框架 八 聚碳酸酯 PC 無色或微黃色透明的剛硬 堅韌固體 透光率可達89 無臭無味 無毒 密度約1 20g cm3 硬度大于PMMA 作為透明材料 表面不易划傷 聚碳酸酯熔体粘度高 240 300 C时粘度为104 105Pa s 对成型薄壁长流程制品 形状复杂的制品不利 聚碳酸酯熔体非牛顿性不明显 增大剪切速率 粘度下降不明显 但粘度对温度比较敏感 提高温度会使粘度明显下降 聚碳酸酯分子链刚性大 且玻璃化温度较高 成型时进入模腔的熔体分子链被剪切取向后松驰速度慢 当熔体迅速冷却至玻璃化温度以下时 分子链来不及松驰就被冻结 造成制品内较大的内应力 减小内应力方法是尽可能提高熔体温度和模具温度 最高可达100 采用高注射速率 带嵌件制品应对嵌件预热 制品脱模后在125C热处理24h等 聚碳酸酯吸水性虽不算太大 但少量水分在成型温度下也会引起酯基水解 断链 使制品力学性能 特别是冲击强度明显下降 也会严重影响制品外观 出现银丝 因此 成型前必须对粒料严格干燥 干燥条件是在120 C烘干约4 6h 聚碳酸酯收缩率及收缩率范围都不很大 约在0 5 0 8 与工艺条件及制品厚度有关 一般而言 聚碳酸酯可成型出精度较好的制品 聚碳酸酯对金属有很强的粘附性 这要求生产结束时应很好地清理料筒 否则粘附在料简内壁上的熔体冷却收缩时会将筒壁上的金属拉下 损伤筒壁 成型加工方法 聚碳酸酯可以采用注塑 挤出 吹塑 旋塑 热成型和发泡成型等工艺 但主要是前三种方法 注塑成型主要采用螺杆式注塑机 螺杆应是等距 深度渐变的单头螺纹螺杆 螺杆长径比为15 20 压缩比为1 5 2 5 螺杆头部应带有止逆环 喷嘴采用延长式敞开型或大通道密闭型 用于注塑成型的聚合物数均分子量约在 2 7 3 4 X104 注塑的料筒温度从后至前部约在250 290 C之间 相应的熔体温度约在280 300 之间 注射压力约70 150MPa 模温70 I00 C 螺杆转