其与通用塑料并没有明显的界线。其主要成分仍然是树脂,有的是专门合成的树脂,有的则是将通用塑料、工程塑料进行改性、特殊处理后获得特殊性能。规则排列区域称为晶区,无序排列区域称为非晶区,晶区所占的百分比称为结晶度,通常结晶度较高的聚合物称为结晶性塑料。
产品结构设计之塑胶材料及其选型
一、 塑料的成分1、塑料是高分子材料中最大的一类材料;
2、主要成分是高分子化合物;
3、制备原料主要从石油中提取。
通常先从石油中提取高分子成分,然后经过化学反应从而制取合成树脂,再加入其它添加剂加工成生产所需的塑胶原料。
二、 塑料制备原理
PS.
1、结晶型塑料并不是100%区域结晶,结晶度超过80%即称为结晶型材料。
2、常见热固性塑料都是非结晶材料,但不是绝对;故在常用塑料中区分是否结晶即可。
3、材料的结晶特性对成型有重要影响。
三、 塑料的综合性能
塑料与金属材料性能对比
四、 塑料的分类1
根据使用场合及特点,可将塑料分为以下三大类[1]:
(1)通用塑料
量大便宜、性能相对低,主要有PP、PE、EVA、PVC、ABS、PS、EPS。
(2)工程塑料
可以作为结构材料的塑料,强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化等性能都比较好,可替代部分金属材料来用,主要有PA、PC、PET、PBT、PMMA、POM。
其与通用塑料并没有明显的界线。
(3)特种塑料(一般结构件用的很少)
指具有特殊功能或特殊应用场合的塑料;如PI、PLA、PBS、PEEK、PCT等。
主要有医用塑料、光敏塑料、耐高温塑料、降解塑料等。
其主要成分仍然是树脂,有的是专门合成的树脂,有的则是将通用塑料、工程塑料进行改性、特殊处理后获得特殊性能。
一般来说,价格贵,比如PI原料超过300元/公斤,而ABS原料约25元/公斤。
四、 塑料的分类2
根据塑料受热后的性能特点,可将塑料分为以下两大类:
(1) 热塑性塑料
1.1 分子结构呈线型或支链型结构(右图);
1.2 它可以通过加热软化、冷却定型来制造塑料零件(比如通过注塑工艺),再次加热冷却又可以再次利用,即所谓的“二次料”;
1.3 在这个过程中,一般没有化学变化,只有物理变化;
1.4 常见的ABS、PC、PP、POM等均属于热塑性塑料,因而制品上一般会有回收标志。
(2) 热固性塑料
2.1 分子结构呈链状或树枝状结构(右图);
2.2 在加热的过程中,链状或树枝状分子主链间发生交联反应从而变成网状结构,最终形成体型分子结构;
2.3 在这个过程中既发生了物理变化,也发生了化学变化;
因此,热固性塑料成型后不具有可塑性,直到在很高的温度下被烧焦碳化,其耐热性能一般比热塑性塑料好。
常用的酚醛、不饱和聚酯等均属于热固性塑料;
最常见的电木使用温度在-40℃~120℃之间,超过150℃时分子链开始分解。
识别和区分要点:热固性材料成型有化学反应、无固定熔点、无法重新融化回收。
四、 塑料的分类2
热塑性塑料和热固性塑料的对比[1]:
四、 塑料的分类3
根据塑料分子排列特点,可将塑料分为以下两大类:
(1) 结晶型塑料[1]
结晶性塑料有明显的熔点,固体时分子呈规则排列。规则排列区域称为晶区,无序排列区域称为非晶区,晶区所占的百分比称为结晶度,通常结晶度较高的聚合物称为结晶性塑料。
结晶使塑料变脆(耐冲击强度下降),韧性较强,延展性较差。
通常拥有更高的硬度、强度、刚度以及明确的熔点、热稳定性;
通常晶区与非晶区的界面会发生光散射,故透明度较低;
常见的结晶性塑料有:聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚甲醛POM、聚酰胺PA6、聚酰胺PA66、PET、PBT等。
(2) 非结晶型塑料
非结晶型材料分子以无序的非晶形式排列,分子间作用较少,故而硬度和强度均较低、透明度高,且一般没有明确的熔点而是在一定温度范围内逐渐软化。
五、 塑料的选用
(1) 行业对标法
对产品所属行业进行标杆学习,通常业内已经量产较长时间的产品所用的材料综合性能、性价比较高;在没有材料工程师的条件下可以少踩坑。
(2) 约束分析法
开发前期,设计需求→选材需求不全面、详细,可以用约束分析法,选用的流程见右图。
比如,在有润滑油的条件下,PC容易产生应力开裂,就可以作为一种排除约束;在需要高透明的时候,一般可选PC、PMMA、PS。
成本约束则是在前两种约束分析之后需要首要考虑的:
零件总成本=原料成本+机台费+人工费+包装运输费+管理费
比如,一个670g的塑料外壳:
用PP(牌号PP6)材料成本大约在14(元/千克)X0.67(千克)=9.38元,零件价格约为材料成本的2倍,即18元左右;
用PC/ABS(牌号C2800)材料成本大约在25(元/千克)X0.67(千克)=16.75元,零件价格约为33元[1]。
两者相差15元/件,年产量10K的话,此单个零件节省出的利润为15万元。
通过进行约束分析,可以很快缩小塑料的大类范围,最后则是在具体的牌号之间进行选择(可咨询材料商)
PS:
1、塑料的性能数据是在很多特定的条件下测定的,这些条件可能与实际工作状态差别较大,尤其不适于预测塑料的使用强度和对升温的耐力。
2、优先用公司已有的牌号,毕竟量大价优,公司管理成本也低。
3、不要试图去记住材料的物性表,掌握常用材料的使用约束,确保不会出现方向错误即可。
4、专业的事交给专业的人,多请教材料专家或者供应商。
常用塑料的约束表[1]
常用塑料的常用特性[1]
六、 塑料的信息检索
1、价格等信息可以去交易门户,如:
广东塑料交易所-“塑交所·中国塑料价格指数” 广东塑料交易所
找塑料网 - 塑料原料价格|塑料颗粒|ABS塑料|PVC塑料|PE塑料|PP塑料 - 塑化行业综合服务商 找塑网
需要注意的是,改性后的材料价格和原料价格差异可能非常大,最终零件报价价格还是要根据具体的牌号来核算。
2、物性表(TDS)可以去原料官网或者相关网站,如:
专业塑料,橡胶,化工交易及采购平台-全球塑胶网 全球塑胶网
找塑料网 - 塑料原料价格|塑料颗粒|ABS塑料|PVC塑料|PE塑料|PP塑料 - 塑化行业综合服务商 找塑网
文中部分资料来源:《高分子材料概论》、《注塑成型实用手册》、中塑在线、注塑通、美特高分子、找塑网
【工程塑料】PP聚丙烯熔融DSC测试
一、聚丙烯的魅力与应用</
聚丙烯(PP),这种热塑性聚合物,以其卓越的结晶性,广泛应用于食品包装(如储藏盒和食品袋</)、耐用的器皿、汽车零配件(如洗衣机和配件</)甚至银行卡等。其独特的耐化学腐蚀性,使其在酸碱环境下也能保持稳定。熔点是衡量其性能的关键参数,现代科技通过DSC测试精确测定PP的熔点</,操作便捷,结果可靠。
PP的特性尤其体现在其耐热性、坚韧和耐腐蚀性上,使它在注塑(如家电和玩具</)、拉丝(如编织袋和食品包装</)、薄膜(如锂电池隔膜和食品包装薄膜</)和纤维(如装饰和服装材料</)等领域大放异彩。PP管材则凭借其环保和轻便特性,成为供水供暖系统的首选,与PE管材相比,PP管材的回收利用性显著</。
二、DSC测试标准与技术</
根据GB/T 19466.1-2004和GB/T 19466.3-2004标准,DSC法(差示扫描量热法)是测定PP熔融和结晶温度的重要工具,精确测量其热焓变化。使用的是具备精密控制的DSC仪器,如:
DSC量程:0~±600mW,温度范围:-35~600℃,分辨率:0.001℃,波动:±0.1℃,重复性:±0.1℃,噪声:0.01μW,解析度:0.01μW,精确度:0.1μW。
三、样品准备与测试过程</
取10mg左右的样品,无需复杂的制样步骤,直接用于测试。通过精密操作,如秤量、放置、连接设备,设置参数(如升温速率、扫描速度等),启动试验,观察HS-DSC测试曲线,记录起始点、峰值和终止点,以及相应的焓值</,以分析熔融过程。
四、熔融峰的分析与影响</
PP的熔点在DSC曲线中表现为吸热峰。小分子与高分子熔融峰的区分,通常以小分子样品的起始点和高分子样品的峰温为准。经过160°C老化处理,聚丙烯的熔融特性会发生变化:
- 熔融峰温度升高,表明晶体结构的重组。
- 峰型变尖窄,揭示了晶粒尺寸的调整。
- 热焓增加,反映了能量释放或吸收的改变。
通过对比PP熔点(167.6℃)与PA6(226.0℃)的测试结果,可以观察不同生产工艺带来的微小差异,这些数据对于优化材料性能至关重要。
PC、PVC。ABS料的区别
PVC材料是聚氯乙烯材料的简称. 是塑料类材料中应用最为广泛的装饰材料之一 P C(聚碳酸酯)树脂是一种性能优良的热塑性工程塑料,具有突出的抗冲击能力,耐蠕变和尺寸稳定性好,耐热、吸水率低、无毒、介电性能优良,是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的产品,也是近年来增长速度最快的通用工程塑料。 PP 聚丙烯 无毒、无味,密度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆、不耐磨、易老化.适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件 。常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用,可用于食具。 ABS是由苯乙烯-丁二烯-丙烯腈为基的三元共聚体,有高的冲击韧性和良好的机械强度、耐热、耐油等ABS工程塑料的性能
1、一般性能ABS工程塑料外观为不透明呈象牙色粒料,其制品可着成五颜六色,并具有高光泽度。ABS相对密度为1.05左右,吸水率低。ABS同其他材料的结合性好,易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为18~20,属易燃聚合物,火焰呈黄色,有黑烟,并发出特殊的肉桂味。
2、力学性能
ABS有优良的力学性能,其冲击强度极好,可以在极低的温度下使用:ABS的耐磨性优良,尺寸稳定性好,又具有耐油性,可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大,但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。
3、热学性能
ABS的热变形温度为93~118℃,制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS在-40℃时仍能表现出一点的韧性,可在-40~100℃的温度范围内使用。
4、电学性能
ABS的电绝缘性较好,并且几乎不受温度、湿度和频率的影响,可在大多数环境下使用。
5、环境性能
ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响,但可溶于酮类、醛类及氯代烃中,受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差,在紫外光的作用下易产生降解;于户外半年后,冲击强度下降一半。