塑料材料选用

总结塑料材料选用,§ 选材应考虑的主要因素 § 根据制品的性能和用途选材,§ 选材应考虑的主要因素,在选材时，需要考虑的因素很多，如材料的性能特点、制品的使用环境、加工适应性、原料来源、成本核算等。这些因果关系如下图所示。,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，避免劣势。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,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,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。所以在塑料选材时，应考虑拟选用材料对环境的适应能力。,四、塑料材料的加工适应性 一般塑料材料加工适应性要考虑下述几方面： （1）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。,（2）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，往往难以用熔融成型加工的方法，生产效率较低。,（3）树脂熔体粘度的高低 热塑性树脂一般采用熔融成型加工的方法，熔体粘度的高低对成型影响很大。对高粘度物料（如PC、PSU）成型中需采用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殊成型方法。,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，如果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。,（1）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,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，对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、LLDPE。 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 对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用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。,一、根据制品的性能选材 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。,§ 根据制品的性能和用途选材,表 塑料制品受力类型对材料力学性能要求,（1）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殊场合可选用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、Tm等，其中以热变形温度最为常用。,根据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,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、醚基及硅氧基的塑料，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、水性均很好。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。对于强氧化剂（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。 氟树脂氯化聚醚PPSPVC、PE、PPPC、PET、POM、PA、PSU、PIPF、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PP双轴拉伸薄膜等。 除透明性外，在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,（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,（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1010·cm。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，对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-Cl，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，可根据具体情况选用，常用的塑料品种有PP、PC、POM、PET、PBT、PSU、PPS、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。OI22属易燃材料，OI在2227之间为自熄性塑料，OI27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。,表 常用塑料的OI值,二、根据制品用途选材 为便于根据制品用途选材，可以按不同应用领域对塑料制品的不同要求分成建筑工业类塑料制品、包装工业类塑料制品、化学工业塑料制品、家用电器类塑料制品、农业用塑料制品、汽车工业类塑料制品、机械零部件制品等；也可按塑料的功能分成可满足不同应用领域的材料，如结构材料、耐腐蚀材料、光学材料、低摩擦材料等。,