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一文读懂工程塑料，工程塑料基础篇详解！ |
| 标签：发布日期：2020/4/18 15:19:34 点击次数： |
和通用塑料相比，工程塑料在机械性能、耐久性、耐腐蚀性、耐热性等方面能达到更高的要求，而且加工更方便并可替代金属材料。近年来工程塑料被广泛应用于电子电气、汽车、建筑、办公设备、机械、航空航天等行业，以塑代钢、以塑代木已成为国际流行趋势。工程塑料已成为当今世界塑料工业中增长速度最快的领域，其发展不仅对国家支柱产业和现代高新技术产业起着支撑作用，同时也推动传统产业改造和产品结构的调整。工程塑料是指一类可以作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的高分子材料，有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。如ABS、尼龙、聚砜等。工程塑料品种很多，一般可分为通用工程塑料和特种工程塑料两大类。通用工程塑料主要指已大规模工业化生产的、应用范围较广的5种塑料，即：聚酰胺(尼龙，PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)及聚苯醚(PPO)等。特种工程塑料主要指性能更加优异独特，但目前大部分尚未大规模工业化生产或生产规模较小、用途相对较窄的一些塑料，如：聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、聚砜(PSF)、聚醚醚酮（PEEK）、液晶聚合物(LCP)等。由于它独特的低比重、高抗拉强度、耐磨、自润滑性好、冲击韧性优异、具有刚柔兼备的性能而赢得人们的重视，加之其加工简便、效率高、比重轻（只有金属的1/7）、可以加工成各种制品来代替金属，广泛用于汽车及交通运输业。典型的制品有泵叶轮、风扇叶片、阀座、衬套、轴承、各种仪表板、汽车电器仪表、冷热空气调节阀等零部件，大约每辆汽车消耗尼龙制品达3.6～4千克。聚酰胺在汽车工业的消费比例最大，其次是电子电气。聚酰胺改性目的的不同，聚酰胺改性可分为增强、增韧、阻燃、填充和合金等类型。近年来关于聚酰胺的纳米复合材料的研究也取得了较大的进展。为得到具有更高强度和热变形温度的聚酰胺材料，把无机或有机纤维或填料加入聚酰胺基体中，用共混挤出的方法制得高强度聚酰胺复合材料。增强PA的品种繁多，几乎所有的聚酰胺材料都可以制得增强品种。主要商品化品种有：增强PA6、增强PA66、增强PA46、增强PA1010、增强PA610等。其中产量最大的是增强PA6和PA66。常用的聚酰胺增强材料有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维，无机晶须也被用于聚酰胺的增强。既具有类似有色金属的强度，同时又兼备延展性及强韧性，它的冲击强度极高，用铁锤敲击不能被破坏，能经受住电视机荧光屏的爆炸。聚碳酸酯的透明度又极好，并可施以任何着色。由于聚碳酸酯的上述优良性能，已被广泛用于各种安全灯罩、信号灯，体育馆、体育场的透明防护板，采光玻璃，高层建筑玻璃，汽车反射镜、挡风玻璃板，飞机座舱玻璃，摩托车驾驶安全帽。用量最大的市场是计算机、办公设备、汽车、替代玻璃和片材，CD和DVD光盘是最有潜力的市场之一。聚甲醛是一种性能优良的工程塑料，在国外有“夺钢”、“ 超钢”之称。POM具有类似金属的硬度、强度和钢性，在很宽的温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性、良好的耐疲劳性，并富于弹性，此外它还有较好的耐化学品性。POM以低于其他许多工程塑料的成本，正在替代一些传统上被金属所占领的市场，如替代锌、黄铜、铝和钢制作许多部件，自问世以来，POM已经广泛应用于电子电气、机械、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业等领域。在很多新领域的应用，如医疗技术、运动器械等方面，POM也表现出较好的增长态势。聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）是一种热塑性聚酯，非增强型的PBT与其它热塑性工程塑料相比，加工性能和电性能较好。PBT玻璃化温度低，模具温度在50℃时即可迅速结晶，加工周期短。聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）被广泛应用于电子、电气和汽车工业中。由于PBT的高绝缘性及耐温性可用作电视机的回扫变压器、汽车分电盘和点火线圈、办公设备壳体和底座、各种汽车外装部件、空调机风扇、电子炉灶底座、办公设备壳件。由2，6-二取代基苯酚经氧化偶联聚合而成的热塑性树脂， 一般呈土黄色粉末状。常用的是由 2，6-二甲基苯酚合成的聚苯醚，具有优良的综合性能，最大的特点是在长期负荷下，具有优良的尺寸稳定性和突出的电绝缘性，使用温度范围广，可在－127℃～121℃范围内长期使用。具有优良的耐水、耐蒸汽性能，制品具较高的拉伸强度和抗冲强度，抗蠕变性也好。此外，有较好的耐磨性和电性能。主要用于代替不锈钢制造外科医疗器械。在机电工业中可制作齿轮、鼓风机叶片、管道、阀门、螺钉及其他紧固件和连接件等，还用于制作电子、电气工业中的零部件，如线圈骨架及印刷电路板等。聚苯硫醚全称为聚苯基硫醚，是分子主链中带有苯硫基的热塑性树脂，英文名为polyphenylene snlfide（简称PPS）。PPS是结晶型（结晶度55%-65%）的高刚性白色粉末聚合物，耐热性高（连续使用温度达240℃）、机械强度、刚性、难燃性、耐化学药品性，电气特性、尺寸稳定性都优良的树脂，耐磨、抗蠕变性优，阻燃性优。有自熄性。达UL94V-0级，高温、高湿下仍保持良好的电性能。流动性好，易成型，成型时几乎没有缩孔凹斑。与各种无机填料有良好的亲和性。增强改性后可提高其物理机械机械性能和耐热性（热变形温度），增强材料有玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维、金属纤维等，以玻璃纤维为主。无机填充料有滑石、高岭土、碳酸钙、二氧化硅、二硫化钼等。PPS/PTFE、PPS/PA、PPS/PPO等合金已商品化，PPS/PTFE合金改进了PPS的脆性，润滑性和耐腐蚀性，PPS/PA合金为高韧性合金。玻纤增强PPS具有优异的热稳定性、耐磨性、抗蠕变性、在宽范围（温度、湿度、频率）内有极佳的机械性能和电性能，介电量数小、介电损耗低。作为耐高温，防腐涂料，涂层可以在180℃ 下长期使用；电子电器工业上作连接器，绝缘隔板，端子，开关；机械和粘密机械在做泵、齿轮、活塞环贮槽、叶片阀件，钟表零部件，照相机部件；汽车工业上汽化器。分配器部件，电子电气组等零件，批气阀气，传感器部部件；家电部件有磁带录相机结构部件、品体二极管、各种零件；另个还用于宇航、航空工业， PPS/PTFE可做防粘、耐磨部件及传动件，如轴泵。PPS 比重小、强度高、耐腐蚀，可用其取代金属材料，制成军事装备所需的结构部件。如：发动机散热器、车体门、电动泵等，跨海水陆两用坦克炮塔底座、耐腐蚀旋转齿轮、密封环、活塞环、密封垫片、电喷发动机转子叶轮等，可有效降低战车的重量，提高其机动性、可靠性、破损安全性以及乘坐舒适性；用PPS 制成的自润滑轴承、滑动垫片等制品非常适合于武器及装甲战车在各种恶劣的自然条件下使用，提高装备的可靠性和战时出勤率。聚砜是以双酚A 和4, 4‘-二氯二苯砜为原料， 经缩聚反应制备的热塑性工程塑料。英文名Polysalfone（简称PSF或PSU）有普通双酚A型PSF（即通常所说的PSF），聚芳砜和聚醚砜二种。聚砜是略带琥珀色非晶型透明或半透明聚合物，具有力学性能优异，刚性大，耐磨，高强度等特点。其使用温度范围为-100~150℃，长期使用温度为160℃，短期使用温度可达190℃。即使在高温下也保持优良的机械性能是其突出的优点。 PSF 主要用于电子电气、食品和日用品、汽车用、航空、医疗和一般工业等部门，制作各种接触器、接插件、变压器绝缘件、可控硅帽 ，绝缘套管、线圈骨架、接线柱 ，印刷电路板、轴套、罩、电视系统零件、电容器薄膜，电刷座， 碱性蓄电池盒、电线电缆包覆。PSF还可做防护罩元件、电动齿轮、蓄电池盖、飞机内外部零配件、宇航器外部防护罩，照相器档板，灯具部件、传感器。代替玻璃和不锈钢做蒸汽餐盘，咖啡盛器，微波烹调器、牛奶盛器、挤奶器部件、饮料和食品分配器。卫生及医疗器械方面有外科手术盘、喷雾器、加湿器、牙科器械、流量控制器、起槽器和实验室器械，还可用于镶牙，粘接强度高，还可做化工设备（泵外罩、塔外保护层、耐酸喷嘴、管道、阀门容器）、食品加工设备，奶制品加工设备、环保控制传染设备。聚酰亚胺是分子结构含有酰亚胺基链节的芳杂环高分子化合物，英文名Polyimide（简称PI），可分为均苯型PI，可溶性PI，聚酰胺-酰亚胺（PAI）和聚醚酰亚胺（PEI）四类。PI是目前工程塑料中耐热性最好的品种之一，有的品种可长期承受290℃ 高温短时间承受490℃的高温，亦耐极低温，如在－269℃的液态氦中不会脆裂。另外机械性能、耐疲劳性能、难燃性、尺寸稳定性、电性能都好，成型收缩率小，耐油、一般酸和有机溶剂，不耐碱，有优良的耐摩擦，磨耗性能.并且PI无毒，可用来制造餐具和医用器具，并经得起数千次消毒。PI成型方法包括压缩模塑、浸渍、注塑、挤出、压铸、涂覆、流延、层合、发泡、传递模塑。PI在航空、汽车、电子电器、工业机械等方面均有应用，可作发动机供燃系统零件、喷气发动机元件、压缩机和发电机零件、扣件、花键接头和电子联络器，还可做汽车发动机部件、轴承、活塞套、定时齿轮，电子工业上做印刷线路板、绝缘材料、耐热性电缆、接线柱、插座、机械工业上做耐高温自润滑轴承、压缩机叶片和活塞机、密封圈、设备隔热罩、止推垫圈、轴衬等。英文名 Polyether ether ketone，简称PEEK。聚醚醚酮(PEEK)树脂是一种结晶性、超耐热型热塑性聚合物。具有耐高温、耐化学药品腐蚀等物理化学性能，可用作耐高温结构材料和电绝缘材料。通过改性，PEEK 可以获得更高的物理性能。例如，可与聚四氟乙烯（PTFE）、聚醚砜（PESU）等共混以满足不同的使用要求。 J.Denault 和Lin S H 分别采用玻璃纤维（GF）、碳纤维（CF）等复合增强PEEK 树脂，以提高材料的使用温度、刚性、尺寸稳定性及冲击性能；纳米材料填充PEEK 复合材料的硬度、拉伸强度及拉伸模量较纯PEEK 提高了20%-50%，从而进一步扩大其应用范围。以PEEK 为基体的先进热塑性复合材料已成为航空航天领域最具实用价值的复合材料之一。碳纤维/聚醚醚酮复合材料已成功应用到F117A 飞机全自动尾翼、C-130 飞机机身腹部壁板、阵风飞机机身蒙皮及V-22 飞机前起落架等产品的制造。特殊碳纤维增强的PEEK 吸波复合材料具有极好的吸波性能，能使频率为0.1MHZ-50GHZ 的脉冲大幅度衰减，型号为APC 的此类复合材料已经应用于先进战机的机身和机翼。另外，ICI 公司开发的APC-2 型PEEK 复合材料是CelionG40-700 碳纤维与PEEK 复丝混杂纱单向增强复合材料，特别适合制造直升机旋翼和导弹壳体，美国隐身直升机LHX 已经采用此种复合材料。C L Ong 等研制了PEEK/石墨纤维复合材料，并将其固化成战斗机头部的着陆装置，具有较短的制造周期及优良的耐环境适应性等特点。由于其具有优异的阻燃性，也常用于制备飞机内部零件，降低飞机发生火灾的危害程度。利用PEEK 具有阻燃、包覆加工性好（可熔融挤出，而不用溶剂）、耐剥离性好、耐磨耗性好及耐辐照性强等特点，已经用作电缆、电线的绝缘或保护层，广泛应用于原子能、飞机、船舶等领域。PEEK 还可以用于制造原子能发电站用接插件和阀门零件，火箭用电池槽以及火箭发动机的零部件等。用吹塑成型法还可做成核废料的容器。1）LCP塑胶原料其具有高强度、高刚性、耐高温、电绝缘性等十分优良，被用于电子、电气、光导纤维、汽车及宇航等领域。2）用液晶作成的纤维可以做鱼网、体育用品、刹车片、光导纤维几显示材料等，还可制成薄膜，用于软质印刷线路、食品包装等。3）LCP塑胶原料已经用于微波炉容器，可以耐高低温。LCP还可以做印刷电路板、人造卫星电子部件、喷气发动机零件；用于电子电气和汽车机械零件或部件；还可以用于医疗方面。4）LCP塑胶原料可以加入高填充剂作为集成电路封装材料，以代替环氧树脂作线圈骨架的封装材料；作光纤电缆接头护套和高强度元件；代替陶瓷作化工用分离塔中的填充材料等。5）LCP塑胶原料还可以与聚砜、PBT、聚酰胺等塑料共混制成合金，制件成型后其机械强度高，用以代替玻璃纤维增强的聚砜等塑料，既可提高机械强度性能，又可提高使用强度及化学稳定性等。目前正在研究将LCP用于宇航器外部的面板、汽车外装的制动系统等。
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