最全的塑料资料.doc
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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date最全的塑料资料塑料的性能及应用塑料的性能及应用工程塑料(Engineering plastics)是二十世纪50年代以后,随着电子电器、汽车、航天、通讯及国防工业等高技术产业的发展,在以泛用塑料为基础之下,崛起的新类型的高分子材料。工程塑料一般而言是指【在较宽的温度范围和较长期的使用时间,能够保持优良性能,并能承受机械应力做为结构材料使用的一种塑料】。因此,工程塑料不
2、仅可以代替金属作为结构性的材料,随着高科技产业的发展,工程塑料的发展将成为未来不可缺少的高分子材料。工程塑料的分类 工程塑料的分类如同其它的高分子材料一样,有很多种方法,例如耐热特性、化学组成、结晶特性、应用领域或是特殊用途;但是最常用的是以耐热性作为分类,简单叙述如下:l 依耐热性分类,一般以长期使用温度(以美国UL相对温度指数(RTI)表示):n RTI在100150以上,称为泛用工程塑料。n RTI在150以上称为高性能工程塑料或称超级工程塑料。另外也有人以热变形温度(HDT)来分类。l 依化学组成分类,工程塑料可以分类为n 聚酰胺类(俗称尼龙):为目前使用数量最多、种类最多的工程塑料材
3、料。常用的尼龙材料有尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙11、尼龙12、尼龙6T、尼龙9T、尼龙610等超过二十几种尼龙。n 聚酯类:聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、液晶聚合物(LCP)、聚苯酯(PHB)、聚芳酯(PAR)。n 聚醚类:聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等。n 芳香族杂环聚合物:聚酰亚胺(PI)、聚醚亚胺(PEI)、聚苯骈咪唑(PBI)等。n 含氟聚合物:聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)等。l 就聚合物的型态,工程塑料可分为半结晶性(
4、semi-crystalline)和非结晶或称无定型(Amorphous)两大类。n 半结晶型:聚酰胺(PA, Nylon)、聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚苯酯(PAR)、聚醚醚酮(PEEK)、氟树脂、对称性聚苯乙烯(sPS)等n 非晶性:聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)、聚砜类(PSU)、聚芳酯(PAR)最后以下面三角形的图说明,泛用塑料、泛用工程塑料与高性能工程塑料的分类。 泛用工程塑料个论PA- (Polyamide聚酰胺)尼龙(Nylon)尼龙是最早发展而且是数量最多的工程塑料材料,常常有人会问为什么要称为尼龙呢? 最早是追溯到193
5、1年美国杜邦公司卡洛斯发现尼龙材料,在当时为一创世纪的发明,尼龙即为其商品名。正确的说法,尼龙类塑料是表示塑料分子式内具有酰胺基(amide group NH CO )。尼龙的种类非常多,大致上分为三大类;内酰胺开环聚合、二元胺和二元酸聚缩合反应、与对苯二甲酸聚缩合反应而得。其中以尼龙66和尼龙6为最大量约占92%,尼龙11和尼龙12次之约占6%,其余尼龙类约占2%。但是因为电子业耐热温度的要求越来越高,所以近年来高温尼龙的用料量逐年持续增加。所谓高温尼龙计有尼龙46、聚对苯芳香族尼龙(尼龙6T、尼龙9T、MXD尼龙)等在本章节会叙述说明。以下先介绍最常使用的尼龙6和尼龙66,至于高温尼龙归类
6、为高性能工程塑料,留待高性能工程塑料材料再行介绍:PA66 (Polyamide 6,6聚酰胺66)为目前用料量最多的尼龙类材料。n 特性: Tg: 65,Tm:255。n 优点:1. 耐磨耗,具自滑性。2. 耐酸碱、耐油污、耐腐蚀。3. 耐高温(HDT= 240)4. 韧性佳,耐低温。5. 抗潜变,机械强度高。6. 具自熄性(UL 94 V-2)。7. 电气性质,抗绝缘强度高。8. 氧气透过率小。n 缺点:1. 吸水性高(吸水率为1.3%),机械强度与电气性质受吸湿影响。2. 易氧化,容易变黄。3. 耐酸性差。n 应用:1. 民生用品:纺织、渔具齿轮2. 汽机车:水箱盖、滤油网、引擎室内连接
7、器、输油管、拉杆3. 电子电气:连接器、卷线轴4. 工业用:齿轮、薄膜、电动工具、集线束带PA6 (Polyamide 6,聚酰胺6)n 特性: Tg: 50,Tm:220。黏度范围在102104 poise,是属于比较低的塑料,黏度对剪变速率的依存性较大,非牛顿流体的特性强。结晶度虽然不大,约为35%,但是结晶化速率非常快。n 优点:与尼龙66相似,但其耐热度较差,冲击强度较佳。因此较常使用于运动器材。尼龙66较常用于汽机车、电子/电气产业。n 缺点:与尼龙66相似,吸水性较高(吸水率约为1.8%)n 应用:1. 民生用品:纺织、溜冰鞋、网球拍2. 汽机车:汽车后视镜外壳。3. 电子电气:连
8、接器4. 工业用:齿轮、薄膜PC (Polycarbonate聚碳酸酯)聚碳酸酯自60年代发展之后,利用其优异的机械强度、高耐击强度、耐热性与尺寸安定性,首先应用于电子电气、机械和汽车产业。进入70年代利用其高透明度、耐冲击、质轻、阻燃与尺寸安定性,因此适合做为采光板的使用。自1980年代美国GE和德国Bayer公司发展出光盘级PC,从而将PC应用于CD、VCD、DVD等用途,用料量大增,年增率达11%以上,成为泛用工程塑料内成长最快速的原料。n 特性: Tg: 140,因为PC为非结晶性材料,黏度对剪变速率的依存性小,近似牛顿流体的特性,尤其是在低剪变速率范围几乎是牛顿流体;黏度与温度的依存
9、性大,在射出成型对于温度敏感度高,对射出压力的敏感度小。黏度因等级的分子量多寡而定,约为104105,属于高黏度的塑料材料。n 优点:1. 耐冲击性高(一般级冲击强度可达70kgcm/cm)。2. 透明高(透光率可达89%,仅次于压克力树脂)。3. 尺寸安定性佳。4. 可制程食品级原料,符合美国FDA标准。5. 具自熄性(符合UL 94 V-2)。6. 在环境温度-170130的各个物性很安定。7. 机械强度高,抗潜变性高。n 缺点:1. 聚吸湿性,加工干躁要求较高。加工熔融时很易因含水分造成成品内部气泡和银线等缺陷。2. 不耐溶剂与油类。3. 容易产生残留应变。4. 受缺口效应,产品设计非常
10、重要。5. 耐摩擦与耐磨耗性差。n 应用:1. 民生用品:光盘片、相机、奶瓶、仪器外壳、安全帽、安全镜片。2. 汽机车:3. 电子电气:继电器、插座、4. 工业用:电动工具5. 建筑: 采光板、装饰条POM (Polyoxymethylene,Polyacetal聚甲醛,聚缩醛)杜邦公司于1956年推出” Derlin”聚甲醛树脂,宣称其能够取代金属,也从此开始有【工程塑料】的名称出现。聚甲醛分为单聚甲醛与共聚聚甲醛。共聚聚甲醛是单聚聚甲醛与环氧乙烯(ethylene oxide)共聚合而成。亚洲地区是全球聚甲醛使用量成长最快速的地区。电子电气与汽机车产业约占65%以上的市场。近年来聚甲醛为克
11、服其韧性差与阻燃性不佳的问题,陆续开发出各种合胶的应用。单聚聚甲醛与共聚聚甲醛的物性比较如下:1. 单聚较好熔点约高10、抗张强度、弯曲强度以及热变形温度。2. 共聚体较好伸长率、抗潜变、耐热劣化、耐碱、成型加工的热安定性、成型范围等。n 特性: Tg= -50, Tm=165(共聚) 175(单聚) ;一般POM在190230范围内有适当的黏度(103104 poise)。POM的流动近似牛顿流体,押出式吹气成型容易发生垂下(draw down)问题,所以在押出成型的精度保持不易,因此以射出成型为主。n 优点:1. 高结晶性。(结晶度:单聚POM7585%,共聚POM 7075%)2. 耐磨
12、耗、耐疲劳性佳。3. 耐药品性佳。4. 机械强度好,尤其是刚性、抗潜变与高弹性回复率。n 缺点:1. 比重高,居五大泛用工程塑料之冠。2. 结晶度高,相对的尺寸收缩率较大,精度较差。3. 韧性较差,必须以合胶方式改善。4. 易燃烧,不易制成阻燃级规格。5. 接着性与印刷性差。6. 材料加工范围窄,如果加工条件不适,有臭味发生。n 应用:1. 民生用品:拉炼、扣具。2. 汽机车: 汽车门锁、电动窗零件、3. 电子电气: 事务机械的转动件、结构件。4. 工业用:齿轮、滑轮PPO (Poly Phenyl Oxide m-PPO,改质聚苯醚)聚苯醚是1915年开始研发,于1965年美国GE公司开始生
13、产,机械性与耐热性非常优异,但是加工性不佳。后来GE公司添加聚苯稀改善其加工性,自此以Noryl的商品名畅销于市场。聚苯醚属于非结晶性塑料,具有优异的综合性能。全世界生产聚苯醚的公司并不多,主要是专利问题,形成寡占市场。n 特性: Tg=211,PPO为非结晶性的材料,黏度与PC相近约为104105,属于高黏度的塑料材料;同样的黏度与剪变速率、温度的依存性比较大。n 优点:1. 比重为五大泛用塑料中最轻的(约为1.06)。2. 电气绝缘性佳。3. 尺寸安定性佳。4. 耐水性与耐蒸煮性佳。5. 机械强度好,尤其是拉伸强度与抗潜变性非常突出。6. 低温耐冲击强度。7. 无毒、具自熄性(UL 94
14、V-2以上)。8. 吸水率低,约为0.07%(为PC的一半),一般而言不需特殊 干燥。n 缺点:1. 加工性较差,通常需以合胶的型态生产。2. 价格较贵。3. 抗化学性较差。n 应用:1. 民生用品:照相机零件。2. 汽机车: 汽车轮圈盖、汽车仪表板3. 电子电气: 电视机偏向颚、事务机械外壳、连接器、开关4. 工业用:马达盖、水量计PBT (Poly Butylene Terephthalate聚对苯二甲酸丁二酯)PBT是1970年美国Celanese公司(目前已更名为Ticona),是五大泛用工程塑料最晚开发出来的。但是因为加工性优异,所以在电子产业与汽车产业使用量持续增加中。PBT与PE
15、T同样都是热塑性聚酯工程塑料,由于PBT的结晶性较快、流动性较好、加工温度较低、除湿干躁较容易,因此用于工程塑料的数量比起PET多。n 特性: Tg= 40,Tm=220。PBT的黏度范围约为102104,对于剪变速率的依存性不高,因此属于加工的塑料。PBT的结晶速率比尼龙与PET快,与POM接近。n 优点:1. 吸水性低,机械强度与尺寸安定性佳。2. 耐摩擦与耐磨耗性佳。3. 耐候性佳。4. 耐药品性佳,耐酸碱及油剂。5. 结晶性与流动性佳,适合于小零件快速成型。6. 添加强化材,机械性与耐热性改善效果非常优异。7. 气密性佳。n 缺点:1. 因结晶性快,易造成成品翘曲,不适用于生产大尺寸成
16、品。2. 不耐热水、强碱。3. 韧性较差,常需要添加其它材料改善韧性。4. 为聚酯类材料,加工时需注意除湿干躁。5. 材料阻燃性差,须添加阻燃剂,因此易有热滞留裂解问题。n 应用:1. 民生用品: 牙刷毛、弹性纤维、日光灯套管、省电灯泡外壳2. 汽机车: 汽车分电盘、把手、保险丝盒、电动窗。3. 电子电气: 光纤套管、连接器、散热风扇、开关、卷线轴4. 工业用:热熔胶枪最后我们将五大工程塑料的特性做下表的比较,以供各位读者在选用五大工程塑料时的参考。 PBTPETPCm-PPOPA6PA66POM轻量化成型性成品收缩率吸水性耐热水性耐冲击强度尺寸安定性耐溶剂性耐候性耐燃性电气性耐磨耗性符号说明
17、: :优异 :良 :普通 :差高性能工程塑料个论高性能工程塑料的种类非常多,因此,我们将对于目前工业界最常用的如LCP、PPS、高温尼龙、PCT、sPS详细介绍。另外对于不常用的塑料如PI、PEEK、PSU、PEI、PTFE等,为使各位读者也能够了解这些特别的工程塑料材料,也会简单的说明它们的特性与应用。LCP (Liquid Crystal Polymer液晶聚合物)何谓液晶聚合物,由于其分子彼此之间具有相互之间的作用力存在,虽然在熔融状态下,仍然具有秩序的配列与具有光学折射现象,具有液晶的行为。LCP依其热变形温度分为三大类,基本上我们分类为:I型LCP= 热变形温度300以上II型LCP
18、(A)= 热变形温度240300II型LCP(B)= 热变形温度200240III型LCP= 热变形温度200以下液晶聚合物加工的型态与我们所熟悉的聚合物并不相同,下图是表示液晶聚合物与半结晶塑料加工过程型态不同之处。液晶聚合物在加工温度时,由于其流动性非常好,流变行为趋向于牛顿流体的流变行为。另外,其流动的行为具有非常特殊的方向性,如下图所示。因此在加工与产品设计上与其它工程塑料有很大的不同。 液晶聚合物有两大类:一为热向液晶(Thermotropic LCP)凡高分子因加热(温度)而能生成为液晶状态者,为目前用于塑料射出成型最常用的。另一种为液向液晶(Lyotropic LCP)凡高分子在
19、某些特殊的有机溶液下,在一特定浓度范围内产生液晶状态者。热向液晶型的芳香族聚酯液晶聚合物,由于熔融压出或射出成型展现出分子排列成为单方向性,因此纵使不加玻璃纤维等强化材,成品亦能展现出非常优异的机械强度,因此可称为自我强化型聚合物(self reinforced polymers)。由于液晶聚合物指的是塑料的分子内含有的结构,所以每一家液晶聚合物制造厂商其官能基(R,R)与刚直分子结构(AB)不近相同所以加工性与耐热性并不相同。以下的化 Amoco (Xydar)、Sumitomo (Ekonol)、Gammont(Glanlar)、Du Pont(Zenite)Ticona (Vectra)
20、Amoco (Xydar)、Sumitomo (Ekonol)、Gammont (Glanlar)、Du Pont(Zenite)Ticona (Vectra)、Ueno Fiber (Ueno)n 优点:1. 耐热温度高,热变形温度最高可达275350。2. 热稳定性高,空气中最高分解温度为560,连续使用温度高达 240,间断使用温度可达316。3. 耐辐射佳。4. 阻燃性佳,UL 94 V-0(LOI耗氧指数 3050%)5. 耐腐蚀,可耐90%酸与50%碱6. 不易引起应力龟裂。7. 低的线膨胀系数(0.30.8 10-5 /K)n 缺点:1. 因为液晶聚合物的方向性问题,虽然它的流动
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