塑料浅谈.doc

塑料浅谈概述：我们在日常生活中会接触到大量的塑料制品，比如：杯子、各种家电的外壳等等。那么什么是塑料，塑料的特性有哪些，塑料在我们产品中的运用有哪些？本文将针对这些问题展开阐述。自1907年比利时人贝兰克注册了酚醛树脂的专利以来，塑料制品便以惊人的速度发展着，并与纤维、橡胶统称为三大高分子材料。从日常生活用品到电子设备、汽车零部件、建筑材料等，塑料制品可谓无处不在，不仅与我们的生活息息相关也与国家的建设和发展密切相连。 塑料基本特性一、 塑料的定义：根据美国材料试验协会所下的定义，塑料乃是一种以高分子量有机物质为主要成分的材料，它在加工完成时呈现固态形状，在制造以及加工过程中，可以借流动(flow)来造型。根据以上描述我们可以得到以下结论：1. 它是高分子有机化合物2. 可以以多种形式存在如液态、固态、胶体熔融态3. 种类繁多，不同的单体及其组成可以合成不同的塑料4. 可以有不同的加工方法5. 可以呈现多种物理特性二、 塑料的成分：塑料的主要成分是合成树脂。树脂这一名词最初是由动植物分泌出的脂质而得名，如松香、虫胶等，目前树脂是指尚未和各种添加剂混合的高聚物。树脂约占塑料总重量的40%100%。塑料的基本性能主要决定于树脂的本性，但添加剂也起着重要作用。有些塑料基本上是由合成树脂所组成，不含或少含添加剂，如有机玻璃、聚苯乙烯等。塑料本身可以看成是一种混合物，它是由许多材料配制而成的。其中高分子聚合物(或称合成树脂)是塑料的主要成分，此外，为了改进塑料的性能，还要在聚合物中添加各种辅助材料，如填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂等，另外根据产品的需要，为了得到某种性能，塑料中还可加入抗氧化剂、阻燃剂、发泡剂、抗静电剂、导电剂等。三、 塑料的分类：（一） 按不同的使用特性可分为：通用塑料、工程塑料、特种塑料。（二） 按塑料理化特性可分为：热固性塑料、热塑性塑料。通用塑料：特性： 产量大、用途广、成型性好、价格便宜。有四大品种：即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)（1） 聚乙烯（PE）分为高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、线性高压聚乙烯（LLDPE）。 LDPE和LLDPE主要用于包装薄膜、农用薄膜。HDPE用于薄膜、管材、注射日用品等多个领域（2） 聚丙烯（PP）应用领域有与PE交叉的部分，只是用途更复杂领域更广泛。（3） 聚氯乙烯(PVC)，价格低廉且具有自阻燃特性，在建筑领域应用广泛。如下水道管材、塑钢门窗、建筑板材等，也用于人造皮革（4） 聚苯乙烯(PS)，是一种透明材料，应用在汽车灯罩、透明杯、日常透明件等方面。工程塑料：一般指能满足一定的工程要求，可以用作工程结构的塑料：能承受一定的外力作用、具有良好的机械性能、耐高低温、尺寸稳定性较好。如聚酰胺、聚砜等。常用的工程塑料有：丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚合物（ABS）、聚碳酸脂（PC）、聚酰胺（PA）、聚甲醛（POM）、聚苯醚（PPO）等。（1） ABS是用途最为广泛的工程塑料，以致有人把它也归为通用塑料。具有良好的物理机械和热性能，应用于家用电器的外壳、面板、组合件、配件等。在洗衣机、空调、冰箱、电扇上用量十分庞大。另外在塑料改性方面应用也很广。（2） PC 既具有有色金属的强度，又具有良好的延展性和强韧性；耐冲击强度极高，能经受电视机荧光屏的爆炸；透明度也很好；由于具有这些特性，PC被用于各种安全灯罩、信号灯、透明防护板、汽车反光镜、飞机座舱玻璃、摩托车安全帽、DVD光盘等。另外在电子产品中如果需要有良好的耐冲击性，PC也是不错的选择（3）聚酰胺（PA）俗称尼龙，具有高抗拉强度、耐磨、自润滑性能好、冲击韧性优异、加工简单（即可注塑成型也可以直接机加工）等特性。其刚柔兼济的性能赢得了人们的重视，在汽车及交通运输领域得到广泛应用，如泵叶轮、风扇叶轮、轴承、汽车电器仪表、阀座等。 尼龙的缺点是吸湿性强、尺寸稳定性差，可以通过改性来改善。 （4）聚甲醛（POM）也被称为“赛钢”。具有类似金属的强度、硬度和刚性；在很宽的温度范围内具有良好的自润滑性；优良的耐磨性；良好的耐疲劳性；可以取代黄铜、锌、铝和钢制作很多的部件。由于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。聚甲醛的拉伸强度达70MPa，吸水性小，尺寸稳定，有光泽，这些性能都比尼龙好，聚甲醛的缺点：不耐强碱；不耐紫外线；易燃烧，且燃烧产生刺激性气味；高温分解（分解温度为240度）分解产生腐蚀性气体。（5） 聚苯醚（PPO）它具有刚性大、耐热性高、难燃，强度较高电性能优良等优点。另外，PPO还具有耐磨、无毒、耐腐蚀等优点。PPO的介电常数和介电损耗在工程塑料中是最小的品种之一，几乎不受温度，湿度的影响。可用于低、中、高频电场领域（介电常数越小，绝缘性越好）PPO的负荷变形温度可达190以上，脱化温度-170。可在120蒸汽中使用。PPO 吸湿性小，耐水性优异；尺寸稳定性好；具有自阻燃性；且无毒。可用于食品、医药行业。需要指出的是杭州竞达的一些塑料壳的水表就是用PPO做的。质量轻、外观造型灵活、没有铸铁表壳和铜表壳的二次污染问题，是其显著优点。但目前市场认知度不高，可以适当关注。另外工程塑料还可以通过共聚、共混制成改性工程塑料。例如PC和ABS共混就是我们常用到的PC+ABS。PPO也可以与ABS,HDPE,PPS,PA,HIPS、玻璃纤维等进行共混改性处理改性工程塑料有：耐磨改性工程塑料、导电改性工程塑料、抗辐射类改性工程塑料。特种塑料一般是指具有特种性能，可用于航空航天领域的塑料。如氟塑料、有机硅。增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能也被划入特种塑料的范畴。四、 塑料的成型工艺塑料按理化性能可分为热固性和热塑性塑料，两种塑料的成型工艺是不同的。热固性塑料的特点是成型后形态不可逆，典型的热固性塑料有酚醛、环氧、氨基等材料。塑料的主要成型工艺包括：（一）、注射成型也就是通常我们说的注塑，是利用注射机将熔化的塑料快速注入模具中，并固化得到各种塑料制品的方法。几乎所有的热塑性塑料（氟塑料除外）均可采用此法，也可用于某些热固性塑料的成形。注射成形占塑料件生产的 30%左右，它具有能一次成形形状复杂件、尺寸精确、生产率高等优点；但设备和模具费用较高，主要用于大批量塑料件的生产。（二）、挤出成型 挤出成形是利用螺杆旋转加压方式，连续地将塑化好的塑料挤进模具，通过一定形状的口模时，得到与口模形状相适应的塑料型材的工艺方法。挤出成形占塑料制品的 30%左右，主要用于截面一定、长度大的各种塑料型材，如塑料管、板、棒、片、带、材和截面复杂的异形材。它的特点是能连续成形、生产率高、模具结构简单、成本低、组织紧密等。除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都能挤出成形，部分热固性塑料也可挤出成形。（三）、 压制成型 压制成形又称压缩成形、压塑成形、模压成形等，是将固态的粒料或预制的片料加入模具中，通过加热和加压方法，使其软化熔融，并在压力的作用下充满模腔，固化后得到塑料制件的方法。压制成形主要用于热固性塑料，如酚醛、环氧、有机硅等；也能用于压制热塑性塑料聚四氟乙烯制品和聚氯乙烯（ PVC）唱片。与注射成形相比，压制成形设备、模具简单，能生产大型制品；但生产周期长、效率低，较难实现自动化，难以生产厚壁制品及形状复杂的制品。（四）、吹塑成形是借助压缩空气使空心塑料型坯吹胀变形，并经冷却定型后获得塑料制件的加工方法。其方法主要有中空吹塑成形和薄膜吹塑成形。中空吹塑成型是将具有一定温度的挤出或注射的管状型坯置于对开吹塑模中，合上模具，通过吹管吹入压缩空气，将型坯吹胀后使之紧贴模壁，经保压、冷却定型后开模取出中空制件。 （五）、浇铸成形 塑料的浇铸成形类似于金属的铸造成形。即将处于流动状态的高分子材料或单体材料注入特定的模具中，在一定条件下使之反应、固化，并成形得到与模具型腔相一致的塑料制件的加工方法。这里补充一种塑料成型工艺：滚塑滚塑是一种热塑性塑料中空成型方法，滚塑成型工艺利用加热以及沿两条轴线的旋转生产中空的单个零件。 将熔化的塑料注入正在旋转的模具内，离心力迫使熔化的塑料贴在模具内壁上。多用于生产制造大型的中空容器如罐、箱、桶等。五、 塑料制品在日常生活中的应用及注意事项我们日常使用的塑料制品中，经常会看到以上的循环使用标志。不同的数字代表了不同的材质。1 PET，很多的饮料瓶是用PET做的。 不可加热或用于装高温液体2 HDPE，高密度聚乙烯，一些清洁用品的容器3 PVC，已经被禁止用于食品包装，受热很容易析出有害物质4 LDPE，低密度聚乙烯，用于保鲜膜，110度会出现热熔现象，不要包裹食物置于微波炉。5 PP， 耐高温可到120度，可以在微波炉里加热。6 PS，用于快餐盒、泡面盒，不可放置于微波炉 塑料在产品中的应用以上我们了解了塑料的基本特性，下面重点来介绍塑料在我们产品中的应用我们目前的塑胶结构产品主要材质涉及到：ABS、PC、PC+ABS、 POM、PMMA、PET、PPO、RUBBER等。主机壳方面优先考虑用ABS，当有较高强度要求或较为严苛的耐老化要求时，可以考虑PC或PC+ABS。（目前有水表厂家用PPO做表壳，PPO的耐候性及成型工艺性优于PC；在吸湿性上优于尼龙；也不会存在铸铁、铜表壳的二次污染问题。但目前市场认可度不高，有价格方面的原因，另外塑料表壳也存在螺纹强度低的问题。可适当关注） POM具有自润滑性，耐磨性良好，通常用于有相对运动的结构件，例如：电池卡扣。也可用于齿轮、螺杆等。 透镜在结构设计中占有比较重要的地位，通常用于主显示区，属于产品的A级表面。在通透性、强度、刚度、耐冲击、耐划伤方面都有严格要求。不同的使用要求，涉及到的材质也不尽相同：主要是Acrylic（PMMA）、PC、ABS。加工工艺比较复杂，这会在以后做详细介绍。按键（键盘）是实现人机交互的主要结构件。有多种设计形式，涉及多种材质、多种工艺。在以后做详细介绍。一、 塑料机壳机壳是整个产品的支撑骨架，对电子元器件定位及固定；承载其他所有非壳体零部件并限位。壳体通常由工程塑料注塑成型。常会用到塑料包括：ABS，性能特点：1）强度低（拉伸强度43MPa，弯曲强度79MPa） 2) 耐候性差（长期使用温度60度，热变形温度85度） 3) 高流动性；柔韧性好 4）着色、表面喷涂及电镀性能良好。PC, 性能特点：1）强度高（拉伸强度69MPa，弯曲强度96MPa） 2）耐候性好（-60120度范围内可长期使用） 3）流动性差； 4）着色及表面喷涂不如ABS， PC+ABS, 综合了PC和ABS的性能特点，具有较高强度（拉伸强度56MPa，弯曲强度86MPa）、较好的流动性，着色性能也好于PC。我们在进行塑料件产品设计时可遵循以下原则：1、 对强度要求不高的部件（不直接受到冲击，不承受可靠性测试中结构耐久性测试的部件）或室内使用的部件，优先选用ABS。可选用奇美PA-727；PA-757，如果有较高的阻燃要求可选用奇美765A。2、 直接承受较强冲击或使用环境较为恶劣（低温、高温、震动）的情况下，选用PC。3、 承受冲击但可通过结构形式缓冲，优先考虑PC+ABS。4、 从产品的结构特点来考虑：要求强度大；壁较厚；形状复杂时选用PC+ABS 结构形状较为简单，且壁厚单薄时选用PC。5、 颜色鲜艳，对表面喷涂质量要求较高时优选PC+ABS。PC可选用：三星1023M；GE EXL 1414；GE 141R；三星HF1023IMPC+ABS可选用：GE C1110HF；C1110；GE CYCOLOY C1200HF；三星HI-1001BN注意：避免一味的为了减少强度风险，什么部件都选用PC料而导致成型困难和成本增加。在对强度没有完全把握的情况下，模具评审Tooling Review时应该明确告诉模具供应商，可能会先用PC+ABS生产T1的产品，但不排除当强度不够时后续会改用PC料的可能性。这样模具供应商会在模具的设计上考虑好收缩率及特殊部位的拔模角。二、 透明塑料件我们的产品有时需要用到透明塑料件，比如透镜（Lens）、导光柱（light pipe）透明塑料产品首先要有高透明度，其次要有一定的强度及耐磨性，良好的耐热性，耐化学性，吸湿性要小。我们接触最多的透明塑料有PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，俗称亚克力或有机玻璃)、PC、ABS、PET下表是这几种塑料的特性比较：密度g/c抗拉强度MPa缺口冲击J/透明度变形温度收缩率耐磨性抗化学性PMMA1.1875120093950.53H良PC1.2066190088901370.6HB良PET1.371651030861202H优ABS1.0542121585880.4H良注： 耐磨性是经过表面硬化处理的数值。由上表可知：与PMMA相比，PC的冲击强度更好，但其他指标上与PMMA还存在差距，尤其是表面硬度。经过硬化处理后，硬度也仅为HB左右，易被划伤。PMMA透光率高，不易氧化。表面硬度未经硬化也能达到H以上，经过硬化，板材可达4H,注塑件可达3H。 新型塑料随着高分子材料学科的发展，为了满足现代工业化生产对新材料的需求，很多新型高分子复合材料被开发、研制、应用，尤其是在国防和尖端技术方面。比如：具有高热传导率生物塑料；塑料血液；防弹塑料等。下面我们重点介绍将来在机电产品领域有着广阔前景的导电塑料。导电塑料在我们的传统观念中，塑料是无疑是良好的绝缘体。随着现代电子工业和信息化发展，应用领域对塑料提出了导电性能的要求。比如：静电消除、电磁屏蔽、微波吸收等等，需要我们的塑料产品具有导电性。近年来世界各国，均对此展开了广泛研究，并且已经有导电塑料产品的广泛应用。导电塑料在发光二极管、太阳能电池、移动电话、微型电视屏幕乃至生命科学研究等领域有着广泛的应用前景。此外，导电塑料和纳米技术的结合，还将对分子电子学的迅速发展起到推动作用。应用实例：1） 塑料电池：一个电极是聚苯胺导电塑料，另一个电极是锂，仅有一枚硬币大小，可以重复充电。索尼公司上市的一款播放器就采用了导电塑料电池2） 塑料芯片：有很多IT业巨头都成立了塑料芯片的研究机构。3） 聚苯乙烯太阳能电池：聚苯乙烯和纯碳组成的富勒式结构混合加工成薄膜，在薄膜层的上下两面蒸镀上铟锡氧化物或铝作为电极，由于