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  工程塑料是在20世纪50年代迅速发展起来的,工程塑料具有优良的综合性能,其表现为刚性大,蠕变小,机械强度高,耐热性好,电绝缘性好,可在较苛刻的化学、物理环境中长久使用,可打部分替代金属作为工程结构材料使用,在材料领域中占据非常重要的地位。与通用塑料相比,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大部分金属材料。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,随着材料技术及设计工艺的提升,工程塑料替代金属材料应用日益增多,以塑代钢、以塑代木已成为国际发展趋势。

  接下来为大家介绍工程塑料的主要特性、种类、应用领域、必备的助剂及其作用。一起来看看吧!

  工程塑料的相对密度一般在1.0~2.0之间,远低于金属。自重轻,可替代一些传统的金属材料用于航空飞行器、车辆等领域。

  用玻璃纤维、碳纤维等纤维增强,可以大大提高抗张强度,拉伸强度与相对密度的比值一般在1500-1700,甚到高达4000(钢1600,铝1500)。拉伸强度(tensilestrength):是指材料产生最大均匀塑性变形的应力。在拉伸试验中,试样至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度,其结果以MPa表示。

  用工程塑料作摩擦零件,与耐磨金属合金相对,磨耗量低于1:5,氟塑料更佳。

  在较宽的温度范围内,许多工程塑料,尤其是增强的工程塑料有优异的抗冲击和耐疲劳性能。

  几乎所有工程塑料都有优良的电绝缘性和耐电弧的特性,可以跻身优良绝缘材料行列

  一般的工程塑料在不同玻璃纤维增强时,UL长期连续使用温度都超过100℃,特种工程塑料的指标一般都超过150℃。

  工程塑料作为运动零部件使用时,没有金属撞击的噪声,有优良的吸震消声性能。对于有磨粒存在的条件下,可以埋没异物,不像金属之前可能会咬死或刮伤。

  工程塑料可以在较低的温度下(通常400℃以下),采用注塑、挤出、吹塑等方法进行加工,制品可采用机械方法再加工,尺寸稳定,成品的互换性强,模具费用低,与加工金属相比,可节省能耗50%左右,工时缩短,成品率高。

  工程塑料的种类国内通用的是聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺、热塑料性聚酯、改性聚苯醚等五大工程塑料.

  (PA,俗名:尼龙)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。

  (PC)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(pom)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。

  (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。

  化学式简称PPO。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 聚苯醚在-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。

  1、工程塑料在汽车领域的应用亦日益增多,主要用于保险杠、翼子板、燃油箱、仪表板等内饰、车身板、车门、车灯罩、燃油管、散热器以及发动机相关零部件等。

  2、在机械领域,工程塑料可用于轴承、齿轮、丝杠螺母、密封件等机械零件和壳体、盖板、手轮、手柄、紧固件及管接头等机械结构件上。

  3、在电子电器领域,工程塑料可用于电线电缆包覆、印刷线路板、绝缘薄膜等绝缘材料和电器设备结构件上。

  4、在家用电器领域,工程塑料可用于电冰箱、洗衣机、空调器、电视机、电风扇、吸尘器、电熨斗、微波炉、电饭煲、收音机、组合音响设备与照明器具等。

  5、在化工领域,工程塑料可用于热交换器、化工设备衬里等化工设备上和管材及管配件、阀门、泵等化工管路中。

  6、在建筑领域,工程塑料还被用于地板、壁纸、天花板、墙板、楼道、管材等方面。

  (1)一些玻璃化温度较高的塑料,为了制取室温下的软质制品和改善加工时的熔融流动性能,就需要加入一定量的增塑剂。这些小分子量的油状的增塑剂与高聚物有良好的相溶性,它们分布在高分子链之间,降低了它们分子间的作用力,从而在一定温度和压力下容易使分子链运动,达到加工成型的目的。因此,增塑剂有降低塑料玻璃化温度及最低成型温度的作用。通常玻璃化温度的降低值与增塑剂的体积分量成正比。

  (2)增塑剂可分为主增塑剂和副增塑剂两大类:主增塑剂的特点是与树脂的相溶性好、塑化效率高、耐迁移、低挥发性、低的油(水)抽出性、低温柔性。副增塑剂的相溶性较差,主要是与主增塑剂一道使用以降低成本,所以也称增量剂。

  我们都知道塑料制品在加工、贮存和使用过程中,在光、热、氧的作用下,会发生褪色、脆化、裂开的老化现象。为延缓和阻止老化现象的发生,必须加入稳定剂。主要用来防止热老化的,叫热稳定剂;主要用来防止氧化老化的,叫做抗氧剂;主要用来防止光老化的,叫做光稳定剂,它们统称为稳定剂。

  当今性能最优秀的塑料稳定剂是甲基锡热稳定剂(简称181),对硬质聚乙烯(PVC)的压延,挤塑,注塑和吹塑成型都非常有效。又由于它安全性高,所以特别用于食品包装和高清晰度的硬质聚乙烯制品,同时,它也被普遍应用于塑料门窗,上水管道,装饰材料中,以取代其他高毒性的塑料热稳定剂。它在美国,欧洲,日本得到了广泛的应用。近几年,181甲基锡热稳定剂在我国开始大量应用。

  (1)与塑料的分解产物相结合而产生一种可闷火焰的气体,如三氧化锑与PVC分解时释放出来的氯化氢反应,即生成有熄火作用的三氯氧化锑。

  2)吸收燃烧时产生的热量来冷却塑料,以减缓燃烧速率如氢氧化铝,氢氧化铝是阻燃剂中用的最普遍的一种:它起填料、灭烟剂、阻燃剂的作用,同时价格低廉、对聚合物性能影响又小,所以它获得应用的增长速率引人注目。

  (3)提供一种与氧气隔绝的涂层,如磷酸酯类,主要产品有磷酸三甲苯酯等,它们实际上也是一种有阻燃性能的增塑剂。

  (4)能产生阻止燃烧反应的游离基,这些游离基可与塑料反应生成燃烧性能较差的产物。

  发泡剂是一类受热时会分解放出气体的有机化合物,这些气体留在塑料基材中便成为有许多细微泡沫结构的泡沫塑料。作为一种良好的发泡剂应具备下列条件:短时间内放出气体,放气速度可以调节,分解放出的气体应是CO?、N?之类的惰性气体,在塑料中容易分散和分解,分解温度适当,分解时发热量不大,分解反应是不可逆的,发泡剂无毒等。发泡剂中应用最广的是偶氮二甲酰胺。

  偶联剂是指能改善填料与高分子材料之间界面特性的一类物质。通常偶联剂的分子结构中存在两种官能团:一种可与高分子基体发生化学反应或有较好的相容性;另一种可与无机填料形成化学键。如;硅烷偶联剂,通式可写为RSiX3(R是与聚合物分子有亲和力和反应能力的活性官能团,如乙烯基、氯丙基、环氧基、甲基丙烯酰基、胺基和巯基等;X为能够水解的烷氧基,如甲氧基、乙氧基等)。增强剂或填料用偶联剂处理后,可使其表面获得一种化学改性,而在分散的无机相和连续的聚合物之间形成一种桥键,成为一种复合材料,提高增强剂或填料的作用,有机硅烷是最为广泛使用的偶联剂,而有机钛酸酯是一种更高效的偶联剂。

  交联剂主要用在高分子材料(橡胶与热固性树脂)中。因为高分子材料的分子结构是线性结构,没交联时强度低,易拉断,且没有弹性,交联剂的作用就是在线型的分子之间产生化学键,使线型分子相互连在一起,形成网状结构,这样提高橡胶的强度和弹性,橡胶中用的交联剂主要是硫磺,另外要加促进剂。一般的交联剂多指有机过氧化物,如聚乙烯的交联剂可使用过氧化二异丙苯。

  成核剂是适用于聚乙烯、聚丙烯等不完全结晶塑料,通过改变树脂的结晶行为,加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化,达到缩短成型周期、提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能的新功能助剂。

  在许多塑料中,增强材料和填料占有相当的比重,尤其是增强塑料和钙塑材料。主要目的是:为了提高塑料制品的强度和刚性,一般加入各种纤维材料或无机物。最常用的增强材料有:玻璃纤维、石棉、石英、炭黑、硅酸盐、碳酸钙、金属氧化物等。

  高聚物在热加工过程中,往往要加入少量的润滑剂才能加工,达到脱模方便的目的。润滑剂可以分为内外两种:外润滑剂与内润滑剂。外润滑剂主要作用是使聚合物熔融体能顺利地离开加工设备的热金属表面而有利于它的流动,外润滑剂与聚合物的相溶性较差,只是在聚合物与金属的界面处形成薄薄的润滑剂层。内润滑剂与聚合物有良好的相溶性,能降低聚合物分子间的内聚力,从而有助于聚合物的流动和降低由内摩擦热所致的升温。最常用的外润滑剂是硬脂酸及其金属盐类,内润滑剂是低分子量的聚乙烯等。

  脱模剂是一种介于模具和成品之间的功能性物质。脱模剂有耐化学性,在与不同树脂的化学成份(特别是苯乙烯和胺类)接触时不被溶解。脱模剂还具有耐热及应力性能,不易分解或磨损;脱模剂粘合到模具上而不转移到被加工的制件上,不妨碍喷漆或其他二次加工操作。由于注塑、挤出、压延、模压、层压等工艺的迅速发展,脱模剂的用量也大幅度地提高。

  着色剂是不能溶于普通溶剂化学物质,故要获得理想的着色性能,需要用机械方法将颜料均匀分散于塑料中。无机颜料热稳定性、光稳定性优良,价格低,但着色力相对差,相对密度大;有机颜料着色力高、色泽鲜艳、色谱齐全、相对密度小,缺点为耐热性、耐候性和遮盖力等性质不如无机颜料。着色剂主要包括色母粒和荧光增白剂。

  色母粒是一种把超常量的颜料或染料均匀载附于树脂之中而制得的聚集体。其基本组成包括:颜料或染料、载体、分散剂、添加剂;具有以下优势:利于保持颜料的化学稳定性和颜色稳定性,提高颜料的分散性,操作简单,转色容易,环境干净,节省时间和原材料。

  荧光增白剂是一种荧光染料,或称白色染料,也是一种复杂的有机化合物,它的特性是能激发入射光线产生荧光,使所染物质获得类似萤石的闪闪发光的效应,使肉眼看到的物质很白。按照荧光增白剂的母体分类,大致可将它们分为碳环类、三嗪基氨基二苯乙烯类、二苯乙烯-三氮唑类、苯并噁唑类、呋喃,苯并呋喃和苯并咪唑类、1,3-二苯基-吡唑啉类、香豆素类、萘酰亚胺类和杂类等九类。

  抗静电剂起着消除或减少塑料制品表面产生静电的作用。抗静电剂大多数是电解质,它们与合成树脂的相溶性有限,这样可以迁移至塑料表面,达到吸潮和消除静电的作用。

  随着人们安全意识的不断增强,越来越多的人开始购买抗菌类的塑料制品。而抗菌塑料中都会用到抗菌剂。抗菌剂指能够在一定时间内,使某些微生物(细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等)的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质。抗菌剂是具有抑菌和杀菌性能的物质。


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