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              一文讀懂工程塑料

              沒有絕對意義上的垃圾,只有放錯地方的可再生

              作者: 來源: 日期:2021/6/21 10:51:31  人氣:
                 

                什么是工程塑料?

                工程塑料是指一類可以作為結構材料,在較寬的溫度范圍內承受機械應力,在較為苛刻的化學物理環境中使用的高性能的高分子材料。

                工程塑料發展于上世紀50年代,具有優良的綜合性能,主要表現為剛性大,蠕變小,機械強度高,耐熱性好,電絕緣性好,可在較苛刻的化學、物理環境中長久使用,可部分替代金屬作為工程結構材料使用,在材料領域中占據非常重要的地位。工程塑料被廣泛應用于電子電氣、汽車、建筑、辦公設備、機械、航空航天等行業,隨著材料技術及設計工藝的提升,工程塑料替代金屬材料應用日益增多,以塑代鋼、以塑代木已成為國際發展趨勢。

                工程塑料的主要特性

                1、質量輕、相對密度小

                工程塑料的相對密度一般在1.0~2.0之間,遠低于金屬。自重輕,可替代一些傳統的金屬材料用于航空飛行器、車輛等領域。

                2、較高的比強度

                用玻璃纖維、碳纖維等纖維增強,可以大大提高抗張強度,拉伸強度與相對密度的比值一般在1500-1700,甚至高達4000(鋼1600,鋁1500)。拉伸強度是指材料產生最大均勻塑性變形的應力。在拉伸試驗中,試樣至斷裂為止所受的最大拉伸應力即為拉伸強度,其結果以MPa表示。

                3、突出的耐磨和自潤滑性能

                用工程塑料作摩擦零件,與耐磨金屬合金相對,磨耗量低于1:5,氟塑料更佳。

                4、優良的機械性能

                在較寬的溫度范圍內,許多工程塑料,尤其是增強的工程塑料有優異的抗沖擊和耐疲勞性能。

                5、優良的電絕緣性

                幾乎所有工程塑料都有優良的電絕緣性和耐電弧的特性,可以躋身優良絕緣材料行列

                6、化學穩定性

                對酸、堿和一般有機溶劑都有很好的抗腐蝕性。

                7、較好的制件尺寸穩定性

                8、有較高的耐熱性

                一般的工程塑料在不同玻璃纖維增強時,UL長期連續使用溫度都超過100℃,特種工程塑料的指標一般都超過150℃。

                9、優良的吸震、消聲和對異物的埋沒性能

                工程塑料作為運動零部件使用時,沒有金屬撞擊的噪聲,有優良的吸震消聲性能。對于有磨粒存在的條件下,可以埋沒異物,不像金屬之前可能會咬死或刮傷。

                10、良好的加工性能

                工程塑料可以在較低的溫度下(通常400℃以下),采用注塑、擠出、吹塑等方法進行加工,制品可采用機械方法再加工,尺寸穩定,成品的互換性強,模具費用低,與加工金屬相比,可節省能耗50%左右,工時縮短,成品率高。

                工程塑料主要種類

                工程塑料的種類國內通用的是聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺、熱塑料性聚酯、改性聚苯醚等五大工程塑料.

                1、聚酰胺

                (PA,俗名:尼龍)由于它獨特的低比重、高抗拉強度、耐磨、自潤滑性好、沖擊韌性優異、具有剛柔兼備的性能而贏得人們的重視,加之其加工簡便、效率高、比重輕(只有金屬的1/7)、可以加工成各種制品來代替金屬,廣泛用于汽車及交通運輸業。典型的制品有泵葉輪、風扇葉片、閥座、襯套、軸承、各種儀表板、汽車電器儀表、冷熱空氣調節閥等零部件,大約每輛汽車消耗尼龍制品達3.6~4千克。聚酰胺在汽車工業的消費比例最大,其次是電子電氣。

                2、聚碳酸酯

                (PC)既具有類似有色金屬的強度,同時又兼備延展性及強韌性,它的沖擊強度極高,用鐵錘敲擊不能被破壞,能經受住電視機熒光屏的爆炸。聚碳酸酯的透明度又極好,并可施以任何著色。由于聚碳酸酯的上述優良性能,已被廣泛用于各種安全燈罩、信號燈,體育館、體育場的透明防護板,采光玻璃,高層建筑玻璃,汽車反射鏡、擋風玻璃板,飛機座艙玻璃,摩托車駕駛安全帽。用量最大的市場是計算機、辦公設備、汽車、替代玻璃和片材,CD和DVD光盤是最有潛力的市場之一。

                3、聚甲醛

                聚甲醛(POM)是一種性能優良的工程塑料,在國外有“ 超鋼”之稱。pom具有類似金屬的硬度、強度和鋼性,在很寬的溫度和濕度范圍內都具有很好的自潤滑性、良好的耐疲勞性,并富于彈性,此外它還有較好的耐化學品性。pom以低于其他許多工程塑料的成本,正在替代一些傳統上被金屬所占領的市場,如替代鋅、黃銅、鋁和鋼制作許多部件,自問世以來,pom已經廣泛應用于電子電氣、機械、儀表、日用輕工、汽車、建材、農業等領域。在很多新領域的應用,如醫療技術、運動器械等方面,pom也表現出較好的增長態勢。

                4、聚對苯二甲酸丁二醇酯

                (PBT)是一種熱塑性聚酯,非增強型的PBT與其它熱塑性工程塑料相比,加工性能和電性能較好。PBT玻璃化溫度低,模具溫度在50℃時即可迅速結晶,加工周期短。聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)被廣泛應用于電子、電氣和汽車工業中。由于PBT的高絕緣性及耐溫性可用作電視機的回掃變壓器、汽車分電盤和點火線圈、辦公設備殼體和底座、各種汽車外裝部件、空調機風扇、電子爐灶底座、辦公設備殼件。

                5、聚苯醚

                化學式簡稱PPO,由2,6-二取代基苯酚經氧化偶聯聚合而成的熱塑性樹脂,一般呈土黃色粉末狀。常用的是由2,6-二甲基苯酚合成的聚苯醚,具有優 良的綜合性能,最大的特點是在長期負荷下,具有優良的尺寸穩定性和突出的電絕緣性,使用溫度范圍廣,可 聚苯醚在-127~121℃范圍內長期使用。具有優良的耐水、耐蒸汽性能,制品具較高的拉伸強度和抗沖強度,抗蠕變性也好。此外,有較好的耐磨性和電性能。主要用于代替不銹鋼制造外科醫療器械。在機電工業中可制作齒輪、鼓風機葉片、管道、閥門、螺釘及其他緊固件和連接件等,還用于制作電子、電氣工業中的零部件,如線圈骨架及印刷電路板等。

                工程塑料的應用領域

                1、工程塑料在汽車領域的應用亦日益增多,主要用于保險杠、翼子板、燃油箱、儀表板等內飾、車身板、車門、車燈罩、燃油管、散熱器以及發動機相關零部件等。

                2、在機械領域,工程塑料可用于軸承、齒輪、絲杠螺母、密封件等機械零件和殼體、蓋板、手輪、手柄、緊固件及管接頭等機械結構件上。

                3、在電子電器領域,工程塑料可用于電線電纜包覆、印刷線路板、絕緣薄膜等絕緣材料和電器設備結構件上。

                4、在家用電器領域,工程塑料可用于電冰箱、洗衣機、空調器、電視機、電風扇、吸塵器、電熨斗、微波爐、電飯煲、收音機、組合音響設備與照明器具等。

                5、在化工領域,工程塑料可用于熱交換器、化工設備襯里等化工設備上和管材及管配件、閥門、泵等化工管路中。

                6、在建筑領域,工程塑料還被用于地板、壁紙、天花板、墻板、樓道、管材等方面。

                工程塑料中必備的助劑及其作用

                1、增塑劑

                (1)一些玻璃化溫度較高的塑料,為了制取室溫下的軟質制品和改善加工時的熔融流動性能,就需要加入一定量的增塑劑。這些小分子量的油狀的增塑劑與高聚物有良好的相溶性,它們分布在高分子鏈之間,降低了它們分子間的作用力,從而在一定溫度和壓力下容易使分子鏈運動,達到加工成型的目的。因此,增塑劑有降低塑料玻璃化溫度及最低成型溫度的作用。通常玻璃化溫度的降低值與增塑劑的體積分量成正比。

                (2)增塑劑可分為主增塑劑和副增塑劑兩大類:主增塑劑的特點是與樹脂的相溶性好、塑化效率高、耐遷移、低揮發性、低的油(水)抽出性、低溫柔性。副增塑劑的相溶性較差,主要是與主增塑劑一道使用以降低成本,所以也稱增量劑。

                2、穩定劑

                我們都知道塑料制品在加工、貯存和使用過程中,在光、熱、氧的作用下,會發生褪色、脆化、裂開的老化現象。為延緩和阻止老化現象的發生,必須加入穩定劑。主要用來防止熱老化的,叫熱穩定劑;主要用來防止氧化老化的,叫做抗氧劑;主要用來防止光老化的,叫做光穩定劑,它們統稱為穩定劑。當今性能最優秀的塑料穩定劑是甲基錫熱穩定劑(簡稱181),對硬質聚乙烯(PVC)的壓延,擠塑,注塑和吹塑成型都非常有效。又由于它安全性高,所以特別用于食品包裝和高清晰度的硬質聚乙烯制品,同時,它也被普遍應用于塑料門窗,上水管道,裝飾材料中,以取代其他高毒性的塑料熱穩定劑。它在美國,歐洲,日本得到了廣泛的應用。近幾年,181甲基錫熱穩定劑在我國開始大量應用。

                3、阻燃劑

                減緩塑料燃燒性能的助劑稱阻燃劑,根據阻燃機理的不同可分為四種類型:

                (1)與塑料的分解產物相結合而產生一種可悶火焰的氣體,如三氧化銻與PVC分解時釋放出來的氯化氫反應,即生成有熄火作用的三氯氧化銻。

                (2)吸收燃燒時產生的熱量來冷卻塑料,以減緩燃燒速率如氫氧化鋁,氫氧化鋁是阻燃劑中用的最普遍的一種:它起填料、滅煙劑、阻燃劑的作用,同時價格低廉、對聚合物性能影響又小,所以它獲得應用的增長速率引人注目。

                (3)提供一種與氧氣隔絕的涂層,如磷酸酯類,主要產品有磷酸三甲苯酯等,它們實際上也是一種有阻燃性能的增塑劑。

                (4)能產生阻止燃燒反應的游離基,這些游離基可與塑料反應生成燃燒性能較差的產物。

                4、發泡劑

                發泡劑是一類受熱時會分解放出氣體的有機化合物,這些氣體留在塑料基材中便成為有許多細微泡沫結構的泡沫塑料。作為一種良好的發泡劑應具備下列條件:短時間內放出氣體,放氣速度可以調節,分解放出的氣體應是CO?、N?之類的惰性氣體,在塑料中容易分散和分解,分解溫度適當,分解時發熱量不大,分解反應是不可逆的,發泡劑無毒等。發泡劑中應用最廣的是偶氮二甲酰胺。

                5、偶聯劑

                偶聯劑是指能改善填料與高分子材料之間界面特性的一類物質。通常偶聯劑的分子結構中存在兩種官能團:一種可與高分子基體發生化學反應或有較好的相容性;另一種可與無機填料形成化學鍵。如;硅烷偶聯劑,通式可寫為RSiX3(R是與聚合物分子有親和力和反應能力的活性官能團,如乙烯基、氯丙基、環氧基、甲基丙烯?;?、胺基和巰基等;X為能夠水解的烷氧基,如甲氧基、乙氧基等)。增強劑或填料用偶聯劑處理后,可使其表面獲得一種化學改性,而在分散的無機相和連續的聚合物之間形成一種橋鍵,成為一種復合材料,提高增強劑或填料的作用,有機硅烷是最為廣泛使用的偶聯劑,而有機鈦酸酯是一種更高效的偶聯劑。

                6、交聯劑

                交聯劑主要用在高分子材料(橡膠與熱固性樹脂)中。因為高分子材料的分子結構是線性結構,沒交聯時強度低,易拉斷,且沒有彈性,交聯劑的作用就是在線型的分子之間產生化學鍵,使線型分子相互連在一起,形成網狀結構,這樣提高橡膠的強度和彈性,橡膠中用的交聯劑主要是硫磺,另外要加促進劑。一般的交聯劑多指有機過氧化物,如聚乙烯的交聯劑可使用過氧化二異丙苯。

                7、成核劑

                成核劑是適用于聚乙烯、聚丙烯等不完全結晶塑料,通過改變樹脂的結晶行為,加快結晶速率、增加結晶密度和促使晶粒尺寸微細化,達到縮短成型周期、提高制品透明性、表面光澤、抗拉強度、剛性、熱變形溫度、抗沖擊性、抗蠕變性等物理機械性能的新功能助劑。

                8、增強材料和填料

                在許多塑料中,增強材料和填料占有相當的比重,尤其是增強塑料和鈣塑材料。主要目的是:為了提高塑料制品的強度和剛性,一般加入各種纖維材料或無機物。最常用的增強材料有:玻璃纖維、石棉、石英、炭黑、硅酸鹽、碳酸鈣、金屬氧化物等。

                9、潤滑劑

                高聚物在熱加工過程中,往往要加入少量的潤滑劑才能加工,達到脫模方便的目的。潤滑劑可以分為內外兩種:外潤滑劑與內潤滑劑。外潤滑劑主要作用是使聚合物熔融體能順利地離開加工設備的熱金屬表面而有利于它的流動,外潤滑劑與聚合物的相溶性較差,只是在聚合物與金屬的界面處形成薄薄的潤滑劑層。內潤滑劑與聚合物有良好的相溶性,能降低聚合物分子間的內聚力,從而有助于聚合物的流動和降低由內摩擦熱所致的升溫。最常用的外潤滑劑是硬脂酸及其金屬鹽類,內潤滑劑是低分子量的聚乙烯等。

                10、脫模劑

                脫模劑是一種介于模具和成品之間的功能性物質。脫模劑有耐化學性,在與不同樹脂的化學成份(特別是苯乙烯和胺類)接觸時不被溶解。脫模劑還具有耐熱及應力性能,不易分解或磨損;脫模劑粘合到模具上而不轉移到被加工的制件上,不妨礙噴漆或其他二次加工操作。由于注塑、擠出、壓延、模壓、層壓等工藝的迅速發展,脫模劑的用量也大幅度地提高。

                11、著色劑

                著色劑是不能溶于普通溶劑化學物質,故要獲得理想的著色性能,需要用機械方法將顏料均勻分散于塑料中。無機顏料熱穩定性、光穩定性優良,價格低,但著色力相對差,相對密度大;有機顏料著色力高、色澤鮮艷、色譜齊全、相對密度小,缺點為耐熱性、耐候性和遮蓋力等性質不如無機顏料。著色劑主要包括色母粒和熒光增白劑。

                12、色母粒

                色母粒是一種把超常量的顏料或染料均勻載附于樹脂之中而制得的聚集體。其基本組成包括:顏料或染料、載體、分散劑、添加劑;具有以下優勢:利于保持顏料的化學穩定性和顏色穩定性,提高顏料的分散性,操作簡單,轉色容易,環境干凈,節省時間和原材料。

                13、熒光增白劑

                熒光增白劑是一種熒光染料,或稱白色染料,也是一種復雜的有機化合物,它的特性是能激發入射光線產生熒光,使所染物質獲得類似螢石的閃閃發光的效應,使肉眼看到的物質很白。按照熒光增白劑的母體分類,大致可將它們分為碳環類、三嗪基氨基二苯乙烯類、二苯乙烯-三氮唑類、苯并噁唑類、呋喃,苯并呋喃和苯并咪唑類、1,3-二苯基-吡唑啉類、香豆素類、萘酰亞胺類和雜類等九類。

                14、抗靜電劑

                抗靜電劑起著消除或減少塑料制品表面產生靜電的作用??轨o電劑大多數是電解質,它們與合成樹脂的相溶性有限,這樣可以遷移至塑料表面,達到吸潮和消除靜電的作用。

                15、抗菌劑

                隨著人們安全意識的不斷增強,越來越多的人開始購買抗菌類的塑料制品。而抗菌塑料中都會用到抗菌劑??咕鷦┲改軌蛟谝欢〞r間內,使某些微生物(細菌、真菌、酵母菌、藻類及病毒等)的生長或繁殖保持在必要水平以下的化學物質??咕鷦┦蔷哂幸志蜌⒕阅艿奈镔|。

                由于工程塑料具有優異性能,也更加符合節能環保潮流,近來工程塑料已被廣泛應用于電子電氣、汽車、建筑、辦公設備、機械、航空航天等行業,以塑代鋼、以塑代木已成為國際流行趨勢。工程塑料已成為當今世界塑料工業中增長速度最快的領域,其發展不僅對國家支柱產業和現代高新技術產業起著支撐作用,同時也推動傳統產業改造和產品結構的調整。未來十年,我國將逐步從制造大國向制造強國轉變,工程塑料使用量會將會日益升溫,而且迫于成本壓力,市場對材料本土化的呼聲也越來越高,這將會給國內供應商帶來無限的商機和廣闊的應用前景。

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