附录 D:塑料材料
D.1 什么是塑料?
D.1.1 聚合过程
塑料是一类聚合物,由称为单体,或重复单元,的相对简单单元经化学聚合过程构成。将聚合物加工为最终产品,主要涉及物理相变,例如热塑性塑料的熔化和固化,或热固性塑料的化学反应。
图 A.8:聚合物家族:塑料的形成与聚合过程
D.1.2 聚合物的结构
聚合物分子的基本结构可视为由重复单元组成的长链,分子的主链上带有形成侧支的附加化学基团。塑料一词虽常宽泛地作为聚合物和树脂的同义词,但塑料通常指为加工性和性能而配入增塑剂、稳定剂、填料及其他添加剂的聚合物化合物。其他聚合物体系包括橡胶、纤维、胶黏剂和表面涂层。多种工艺可用于制造最终塑料零件。
图 A.9:按工艺划分的塑料消费量
D.1.2.1 依赖结构的性能
聚合物分子的结构排列、尺寸和化学组成直接影响其物理与化学性能。塑料的高分子特性还意味着,其材料性能可能依赖材料在加工期间经历的机械和热历史。例如,聚合物熔体的黏度,即材料抗流动的能力,随分子量增加而增大,随温度升高而降低。材料受到强剪切而产生的分子取向也会降低聚合物熔体黏度。
通过混合多种聚合物,或与其他材料或增强剂复配,可改变聚合物的物理、机械性能及成本,由此产生以下聚合物体系。
D.1.3 聚合物合金与共混物
聚合物合金和共混物是两种或更多种成品聚合物的混合体系。当聚合物组合具有单一玻璃化转变温度且产生协同效应,即混合物性能优于任一单独组分时,所得体系称为聚合物合金。当所得产品具有多个玻璃化转变温度,且性能为各组分的平均值时,该材料体系称为聚合物共混物。最早取得商业成功的共混物之一是 ABS,它结合了各组分的耐化学性、韧性和刚性。
D.1.4 聚合物复合材料
聚合物复合材料是在聚合物基体中加入特定增强剂以获得理想性能的材料。单晶,晶须,以及黏土、滑石和云母等片状填料等低长径比材料,可提高刚度。玻璃、碳石墨、芳纶有机纤维和硼纤维或长丝等较高长径比增强材料,则会显著提高拉伸强度和刚度。
D.2 塑料的分类
按将分子连接起来的化学反应,即聚合反应,类型,塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料。
D.2.1 塑料类别
除热塑性塑料和热固性塑料这两大类外,热塑性塑料还可按聚合物链构象或形态进一步分为无定形、半结晶或液晶聚合物,LCP。其他类别包括弹性体、共聚物、复合料、通用树脂和工程树脂。添加剂、填料和增强材料也是与塑料性能直接相关的分类。
图 A.10:各类塑料的微观结构,以及加工中加热和冷却的影响
D.2.2 塑料的结构与性能
| 项目 | 热塑性塑料 | 热固性塑料 |
|---|---|---|
| 微观结构 | 线性或支链分子,分子之间无化学键 | 化学反应后分子间形成化学键的交联网络 |
| 对热的反应 | 可再次软化,属于物理相变 | 交联后无法再次软化,否则会降解 |
| 一般性能 | 抗冲击强度较高,易加工,对复杂形状适应性较好 | 机械强度较高,尺寸稳定性较好,耐热和耐湿性较好 |
D.3 热塑性塑料
热塑性塑料通常因高度聚合而具有高分子量。线性或支链长分子链具有未与其他聚合物分子连接的侧链或基团。因此,热塑性塑料可借由升温或降温反复软化或硬化。这种无化学反应的相变使热塑性边角料能够回收,例如注塑产生的修边流道和主流道。它类似于冰受热变成水,再冷却重新成为固体。热塑性塑料虽可回收,加工时却很可能发生少量化学变化,例如氧化或热降解,因此回收聚合物性能可能不等同于原生聚合物。
D.3.1 热塑性塑料的市场份额分布
热塑性塑料占全部聚合物产量的 70% 以上。热塑性材料以颗粒或粒料购买,在压力下受热熔化为较黏稠液体,再经冷却形成所需产品或形状。与热固性塑料相比,热塑性塑料一般具有较高抗冲击强度、较易加工和较好的复杂设计适应性。
D.3.1.1 通用树脂
在热塑性塑料中,高密度聚乙烯,HDPE,低密度聚乙烯,LDPE,聚丙烯,PP,聚苯乙烯,PS,和聚氯乙烯,PVC,等通用树脂占全部热塑性塑料的 90% 以上。
D.3.1.2 工程树脂
乙缩醛、丙烯腈丁二烯苯乙烯,ABS,尼龙和聚碳酸酯,PC,等工程树脂具有更高机械性能、更好耐热性和更高冲击强度,因此价格更高。
D.3.2 热塑性塑料的结构与性能
| 项目 | 无定形聚合物 | 结晶聚合物 |
|---|---|---|
| 常见材料 | ABS、丙烯酸树脂,如 PAN、PMMA,PC、PS、PVC、SAN | 乙缩醛、尼龙、PE、PP、热塑性聚酯,如 PBT、PET |
| 微观结构 | 熔融和固态均为随机分子取向 | 熔融态取向随机,固态形成致密晶粒 |
| 对热反应 | 在温度范围内软化,无明显熔点 | 熔化温度较明确 |
| 一般性能 | 透明、耐化学性差、成型体积收缩低、强度通常较低、熔体黏度通常较高、热含量较低 | 半透明或不透明、耐化学性优异、成型体积收缩高、强度通常较高、熔体黏度通常较低、热含量较高,具有结晶热 |
D.3.3 无定形聚合物
无应力状态下的熔融聚合物分子随机取向并与其他分子缠结。无定形材料无论处于何种状态,均保留这种缠结和无序的分子构型。
D.3.3.1 对温度的响应
熔体温度降低时,无定形聚合物开始呈橡胶态。温度进一步降至玻璃化转变温度以下时,成为玻璃态材料。无定形聚合物具有宽软化范围,无明确熔点,中等耐热性、良好抗冲击性和低收缩率。
D.3.3.2 厚度方向的差异收缩
型腔充填时,分子往往沿流动方向解卷并拉伸。接触低温模壁而淬冷的分子会沿流向冻结并拉长。零件内部的分子受冻结层与模壁隔离,冷却较慢,有足够时间回缩。表面分子因而有取向,收缩较小,内部取向较少,收缩较大。厚度方向的差异收缩会在成型塑料中产生流动诱导残余应力。
D.3.3.3 相近的线收缩率
无定形塑料同族材料的线收缩率通常处于相同范围,故常可在相同注射型腔中互相替代。例如,苯乙烯可替代 ABS,丙烯酸树脂可在与聚碳酸酯相同的型腔中成型。替代后的性能不同,但尺寸通常足够接近规定公差。
D.3.4 半结晶聚合物
结晶材料的聚合物链不具有庞大侧基、链支化或交联。当熔融聚合物冷却至熔化温度以下时,它们可形成有序规则的晶格,即聚合物晶粒。
D.3.4.1 控制结晶度
材料冷却至玻璃化转变温度以下时,结晶过程停止。正常加工条件下难以达到 100% 结晶,因此所有可结晶聚合物通常都是兼具无定形相和结晶相的半结晶材料。结晶度取决于聚合物化学结构和加工条件。结晶与半结晶聚合物具有明确熔点、良好耐化学性和耐热性、良好润滑性、低吸湿性和高收缩率。
D.3.4.2 高线收缩率
半结晶聚合物明显更高的线收缩率,使其无法在无定形塑料所用的相同型腔中成型。大多数尺寸会明显不同,很可能超出公差,以致不能用于同一应用。
D.3.4.3 液晶聚合物
液晶聚合物,LCP,在熔融和固态均呈有序分子排列。其特征是刚性杆状分子形成平行排列或畴。LCP 具有低熔体黏度、低模塑收缩、耐化学性、刚度、抗蠕变性和整体尺寸稳定性等加工与性能优点。
D.4 热固性塑料
交联是热固性材料分子之间形成化学键的化学过程,结果为相互连接的网络。该交联过程是热塑性塑料和热固性塑料的主要差异。热固性塑料本身比热塑性塑料具有更高机械强度、更高使用温度上限和更好的尺寸稳定性。许多热固性塑料属于工程树脂,且因交联而具有无定形结构。
D.4.0.1 交联,反应
成型前,热固性塑料的链状结构类似热塑性塑料。加工中,热和,或化学方式的激发使热固性塑料聚合,反应或固化,形成交联微观结构。反应完成后,聚合物链交联结合成三维网络。分子间交联键阻止单条分子链滑移。因此,热固性塑料成为不熔、不溶的固体,若施加热量使其再次软化并再加工,部分键会降解。最恰当的类比是煮熟的鸡蛋,蛋黄由液体变成固体,无法恢复为液体。
D.4.0.2 加工热固性塑料
热固性塑料通常以液态单体聚合物混合物或部分聚合的模塑料购买。从这种未固化状态开始,可通过由热或化学混合引发的聚合,在有压或无压下于型腔内形成最终形状。热固性塑料通常填充或增强矿物、滑石或玻璃纤维等材料,以赋予收缩控制、耐化学性和耐冲击性、电绝缘和隔热等特定性能,和,或降低成本。
D.5 热塑性塑料的性能与应用
本节评述注塑常用热塑性树脂的一般性能和典型应用。通常仅列出注塑工程应用,例如包装和纺织品未列入。
| 通用名称 | 熔体温度,最低,推荐,最高 °C | 模具温度,最低,推荐,最高 °C | 推荐顶出温度 °C |
|---|---|---|---|
| ABS | 200,230,280 | 25,50,80 | 88 |
| PA 12 | 230,255,300 | 30,80,110 | 135 |
| PA 6 | 230,255,300 | 70,85,110 | 133 |
| PA 66 | 260,280,320 | 70,80,110 | 158 |
| PBT | 220,250,280 | 15,60,80 | 125 |
| PC | 260,305,340 | 70,95,120 | 127 |
| PC/ABS | 230,265,300 | 50,75,100 | 117 |
| PC/PBT | 250,265,280 | 40,60,85 | 125 |
| HDPE | 180,220,280 | 20,40,95 | 100 |
| LDPE | 180,220,280 | 20,40,70 | 80 |
| PEI | 340,400,440 | 70,140,175 | 191 |
| PET | 265,270,290 | 80,100,120 | 150 |
| PETG | 220,255,290 | 10,15,30 | 59 |
| PMMA | 240,250,280 | 35,60,80 | 85 |
| POM | 180,210,235 | 50,70,105 | 118 |
| PP | 200,230,280 | 20,50,80 | 93 |
| PPE/PPO | 240,280,320 | 60,80,110 | 128 |
| PS | 180,230,280 | 20,50,70 | 80 |
| PVC | 160,190,220 | 20,40,70 | 75 |
| SAN | 200,230,270 | 40,60,80 | 85 |
D.5.1 ABS
D.5.1.1 通用类别
丙烯腈丁二烯苯乙烯。
D.5.1.2 典型应用
- 汽车仪表板和内饰板、手套箱门、轮罩、后视镜壳等。
- 冰箱、小家电外壳和电动工具,如吹风机、搅拌机、食品加工机、割草机等。
- 电话机外壳、打字机外壳和按键。
- 高尔夫球车、摩托艇等休闲车辆。
D.5.1.3 注塑加工条件
**干燥:**ABS 吸湿,加工前必须干燥。建议 80 至 90°C(176 至 195°F)至少 2 小时,树脂含水率应低于 0.1%。
**熔体温度:**200 至 280°C(392 至 536°F),目标 230°C(446°F)。
**模具温度:**25 至 80°C(77 至 176°F)。模具温度控制光泽,较低模温会产生较低光泽。
**注射压力:**50 至 100 MPa(7,250 至 14,500 psi)。
**注射速度:**中等至高。
D.5.1.4 化学与物理性能
ABS 由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体组合生产。丙烯腈赋予硬度、耐化学性和耐热性,苯乙烯赋予加工性、光泽和强度,丁二烯赋予韧性和抗冲击性。形态上,ABS 是无定形树脂。三种单体的聚合产生两相三元共聚物,连续相为苯乙烯丙烯腈,SAN,分散相为聚丁二烯橡胶。ABS 性能受单体比例及两相分子结构影响,这提供了很大的产品设计灵活性,市场上有数百种牌号。商业牌号具有中至高冲击、低至高表面光泽和高热变形等不同特征。ABS 具有优异加工性、外观、低蠕变、优异尺寸稳定性和高抗冲击强度。
D.5.1.5 主要制造商
BASF(Terluran),LANXESS(Lustran),Cheil Synthesis(Starex),Chi Mei(Polylac),Dow Chemical(Magnum),GE Plastics(Cycolac),LG Chemical(Lupos)。
D.5.2 PA 12
D.5.2.1 通用类别
聚酰胺 12 或尼龙 12。
D.5.2.2 典型应用
水表和办公设备齿轮、电缆扎带、凸轮、滑块和轴承。
D.5.2.3 注塑加工条件
**干燥:**加工前含水率必须低于 0.1%。材料暴露于空气后,建议在 85°C(185°F)热风炉中干燥 4 至 5 小时,除湿干燥机中为 3 至 4 小时。容器未开启时,平衡至车间温度 3 小时后可直接成型。
**熔体温度:**230 至 300°C(446 至 580°F)。标准牌号不应超过 310°C(590°F),阻燃牌号不应超过 270°C(518°F)。
**模具温度:**未增强牌号为 30 至 40°C(86 至 104°F)。薄壁或大表面积零件可用 80 至 90°C(176 至 194°F),增强牌号用 90 至 100°C(194 至 212°F)。提高模温会提高结晶度,精确控制模温非常重要。
**注射压力:**最高 100 MPa(14,500 psi),建议低保压压力和高熔体温度。**注射速度:**高,玻纤填充牌号的高速度可获得更好表面。
D.5.2.4 分流道与浇口
因材料黏度低,未填充牌号分流道直径可小至 3 至 5 mm,增强牌号需 5 至 8 mm。分流道应为全圆形,主流道应尽量短。可使用多种浇口,但大型零件不应使用小浇口,以避免部件应力过高或收缩过大。浇口厚度最好等于零件厚度。使用潜伏浇口时,建议最小直径为 0.8 mm。热流道模具可有效使用,但必须精确控温,防止喷嘴流涎或冻结。使用热流道时,浇口可比冷流道更小。
D.5.2.5 化学与物理性能
PA 12 是由丁二烯制得的线性半结晶至结晶热塑性塑料,性能类似 PA 11,但晶体结构不同。它是良好电绝缘体,其性能不像其他聚酰胺那样受湿度影响,对冲击和多种化学品具有良好耐受性,并广泛采用增塑剂和增强材料改性。与 PA 6 和 PA 66 相比,其熔点和密度较低,回潮率低得多,不耐强氧化性酸。黏度由含水量、温度和停留时间决定,材料易流动。收缩率约为 0.005 至 0.02 mm/mm(0.5% 至 2%),取决于具体牌号、壁厚和加工条件。
D.5.2.6 主要制造商
Arkema(Rilsan),Degussa AG(Vestamid),PolyOne(Edgetek)。
D.5.3 PA 6
D.5.3.1 通用类别
聚酰胺 6、尼龙 6 或聚己内酰胺。
D.5.3.2 典型应用
因机械强度和刚性良好而用于许多结构应用,也因耐磨性好而用于轴承。
D.5.3.3 注塑加工条件
**干燥:**PA 6 易吸湿,成型前须确保干燥。防水包装应保持密封。含水率大于 0.2% 时,建议在 80°C(176°F)热风炉干燥 16 小时。暴露于空气超过 8 小时,应在 105°C(221°F)真空干燥 8 小时以上。
**熔体温度:**230 至 280°C(446 至 536°F),增强牌号为 250 至 300°C(482 至 572°F)。
**模具温度:**80 至 90°C(176 至 194°F)。模温显著影响结晶度,继而影响机械性能。结构件要求高结晶度,建议此温度范围。长流动长度的薄壁件也建议高模温。升高模温会提高强度和硬度,但降低韧性。壁厚大于 3 mm 时建议采用冷模,20 至 40°C(68 至 104°F),可得到更高且更均匀的结晶度。玻纤增强树脂始终应在高于 80°C(176°F)的模温下加工。
**注射压力:**通常为 75 至 125 MPa(11,000 至 18,000 psi),取决于材料和产品设计。**注射速度:**高,增强牌号略低。
D.5.3.4 分流道与浇口
因冻结很快,浇口位置很重要。可使用任意类型浇口,孔口不得小于零件厚度的一半。使用热流道时,由于可避免过早冻结,浇口可比冷流道小。使用潜伏浇口时,最小直径应为 0.75 mm。
D.5.3.5 化学与物理性能
聚酰胺的分子结构由酰胺,CONH,基团与线性脂肪族链段,即亚甲基链段,连接而成。酰胺基的极性造成强链间吸引力,因而使聚酰胺树脂具有韧性、刚性、结晶度和耐热性,同时也造成较高吸湿性。尼龙 6 由己内酰胺聚合而成,化学和物理性能类似 PA 66,但熔点较低、加工温度范围更宽,抗冲击和耐溶剂性优于 PA 66,吸湿性更高。设计使用该树脂时必须考虑吸湿对多种性能的影响。为改善机械性能会加入多种改性剂,玻璃是最常用填料之一,加入 EPDM 或 SBR 等弹性体可改善抗冲击性。未填充牌号收缩约为 0.01 至 0.015 mm/mm(1% 至 1.5%)。加入玻纤后,流动方向收缩可低至 0.3%,横流方向则可高达 1%。成型后收缩主要受结晶度和吸湿影响,实际收缩取决于零件设计、壁厚和加工条件。
D.5.3.6 主要制造商
BASF(Ultramid B),DuPont(Zytel),DSM(Akulon)。
D.5.4 PA 66
D.5.4.1 通用类别
聚酰胺 66、尼龙 66 或聚六亚甲基己二酰胺。
D.5.4.2 典型应用
PA 66 在多数应用中与 PA 6 竞争,广泛用于汽车行业、家电外壳,以及需要抗冲击性和强度之处。
D.5.4.3 注塑加工条件
**干燥:**成型前材料密封则不需干燥。容器开启时建议在 85°C(185°F)热风炉干燥。含水率大于 0.2% 时,建议在 105°C(220°F)真空干燥 12 小时。**熔体温度:**260 至 290°C(500 至 554°F),玻纤填充牌号为 275 至 280°C(527 至 536°F),应避免超过 300°C(572°F)。**模具温度:**建议 80°C(176°F)。模温影响结晶度和物理性能;薄壁件使用低于 40°C(104°F)的模温时,结晶度会随时间变化,可能需要退火以保持尺寸稳定。**注射压力:**通常 75 至 125 MPa(11,000 至 18,000 psi),取决于材料和产品设计。**注射速度:**高,增强牌号略低。
D.5.4.4 分流道与浇口
冻结极快,浇口位置很重要。可使用任意浇口,孔口不得小于零件厚度一半。热流道可防止过早冻结,浇口可比冷流道小。使用潜伏浇口时,最小直径应为 0.75 mm。
D.5.4.5 化学与物理性能
PA 66 均聚物由六亚甲基二胺和己二酸,即二元酸,聚合而成。在市售聚酰胺中,PA 66 的熔点最高之一。它是半结晶至结晶材料,树脂可在高温下保持强度和刚度。成型后会吸湿,但不如 PA 6 多。吸湿量取决于材料组成、壁厚和环境条件,尺寸稳定性和性能均受其影响,产品设计必须考虑。多种改性剂可改善机械性能,玻璃是最常用填料之一,加入 EPDM 或 SBR 等弹性体可提高抗冲击性。其黏度低,流动容易,但不如 PA 6 容易,可成型薄部件。黏度对温度很敏感。收缩约为 0.01 至 0.02 mm/mm(1% 至 2%),加入增强玻纤可降至 0.2% 至 1%。流动与横流方向的差异收缩较高,矿物填料可获得更各向同性的制品。PA 66 耐多数溶剂,但不耐强酸或氧化剂。
D.5.4.6 主要制造商
BASF(Ultramid A),DSM(Akulon),DuPont(Zytel),Solutia(Vydyne)。
D.5.5 PBT
D.5.5.1 通用类别
聚对苯二甲酸丁二醇酯。
D.5.5.2 典型应用
家用电器,如食品加工机刀片、真空吸尘器零件、风扇、吹风机壳和咖啡机。电子产品,如开关、电机壳、保险丝盒、计算机键帽、连接器和光纤缓冲管。汽车产品,如格栅、车身面板、轮罩、车门和车窗部件。
D.5.5.3 注塑加工条件
**干燥:**材料在高温下易水解,成型前必须干燥。建议空气中 120°C(248°F)干燥 6 至 8 小时,或 150°C(300°F)干燥 2 至 4 小时,含水率必须低于 0.03%。使用除湿干燥机时,建议 120°C(248°F)干燥 2.5 小时。**熔体温度:**220 至 280°C(428 至 536°F),目标 250°C(482°F)。**模具温度:**未增强牌号 40 至 60°C(104 至 140°F),其他牌号可按牌号采用 15 至 80°C(59 至 176°F)的宽范围。应适当设计冷却水道以减小翘曲,排热必须快速均匀,建议冷却水道直径 12 mm。**注射压力:**中等,最高 150 MPa(21,750 psi)。**注射速度:**应尽可能快,因 PBT 固化快。
D.5.5.4 分流道与浇口
建议采用全圆分流道以实现最大压力传递,经验公式为分流道直径等于零件厚度加 1.5 mm。可使用多种浇口,也可使用热流道,但要避免流涎和材料降解。浇口直径或深度最好为零件厚度的 0.8 至 1.0 倍。使用潜伏浇口时,建议最小直径为 0.75 mm。
D.5.5.5 化学与物理性能
PBT 是最坚韧的工程热塑性塑料之一,为半结晶树脂,在宽广环境条件范围内均具有优异耐化学性、机械强度、电性能,即高介电强度和绝缘电阻,及耐热性,吸湿性极低。PBT 是聚酯,由对苯二甲酸二甲酯和丁二醇缩聚而成。未填充牌号拉伸强度约 50 MPa(7,250 psi),玻纤增强牌号可达 170 MPa(24,650 psi),大量玻纤填料会使材料更脆。结晶迅速,冷却不均会造成翘曲。玻纤填充牌号的流动方向收缩降低,横流方向却可能等于基础树脂。收缩约 0.015 至 0.028 mm/mm(1.5% 至 2.8%),30% 玻纤填充树脂的范围为 0.3% 至 1.6%。熔点约 225°C(437°F)及热变形温度低于 PET,维卡软化点约 170°C(338°F),玻璃化转变温度为 22 至 43°C(71 至 109°F)。熔体黏度较低,且结晶速度快,周期时间通常较短。
D.5.5.6 主要制造商
BASF(Ultradur),LANXESS(Pocan),GE Plastics(Valox),Ticona(Celanex)。
D.5.6 PC
D.5.6.1 通用类别
聚碳酸酯。
D.5.6.2 典型应用
电子和办公设备,如计算机零件、连接器,家电,如食品加工机、冰箱抽屉,以及交通产品,如前照灯、尾灯和仪表板。
D.5.6.3 注塑加工条件
**干燥:**PC 吸湿,预干燥很重要。建议 100 至 120°C(212 至 248°F)干燥 3 至 4 小时,加工前含水率必须低于 0.02%。**熔体温度:**260 至 340°C(500 至 644°F),低 MFR 树脂取较高范围,反之亦然。**模具温度:**70 至 120°C(158 至 248°F),低 MFR 树脂取较高范围,反之亦然。**注射压力:**为快速成型,应尽可能高。**注射速度:**使用小浇口或边缘浇口时应慢,其他浇口类型用高速度。
D.5.6.4 化学与物理性能
聚碳酸酯是碳酸的聚酯。所有通用聚碳酸酯均以双酚 A 为基础。分子中的双酚 A 组分赋予高玻璃化转变温度,150°C(302°F),分子内羰基的转动性赋予树脂高延性和韧性。PC 是无定形工程树脂,具有异常良好的抗冲击性、耐热性、透明性、可灭菌性、阻燃性和耐污性。PC 的缺口伊佐德冲击强度很高,模塑收缩低且一致,为 0.1 至 0.2 mm/mm。高分子量 PC,即低熔体流动速率,具有较高机械性能,但加工更困难。特定应用的 PC 应按目标性能选择,需要高冲击性能时采用低 MFR PC,需要最佳加工性时采用高 MFR PC。熔体黏度在低于 1000 1/s 的剪切速率时通常为牛顿型,超过该值后下降。负荷热变形温度通常为 130 至 140°C(266 至 284°F),维卡软化点通常约为 155°C(311°F)。
D.5.6.5 主要制造商
Bayer(Apec、Makrolon),Dow Chemical(Calibre),DSM(Xantar),GE Plastics(Lexan),LNP(Thermocomp),Teijin Chemical(Panlite)。
D.5.7 PC/ABS
D.5.7.1 通用类别
聚碳酸酯与丙烯腈丁二烯苯乙烯共混物。
D.5.7.2 典型应用
计算机和办公机器外壳、电气应用、手机、草坪和园艺设备、汽车部件,如仪表板、内饰和轮罩。
D.5.7.3 注塑加工条件
**干燥:**加工前必须干燥。含水率应低于 0.04%,以确保加工参数稳定。建议在 90 至 110°C(194 至 230°F)干燥 2 至 4 小时。**熔体温度:**230 至 300°C(446 至 572°F)。**模具温度:**50 至 100°C(122 至 212°F),取决于零件。**注射压力:**取决于零件。**注射速度:**尽可能高。
D.5.7.4 化学与物理性能
PC/ABS 结合 ABS 的高加工性与 PC 的优异机械性能、抗冲击性和耐热性。两组分比例影响耐热性,该共混物具有优异流动特性。
D.5.7.5 主要制造商
Bayer(Bayblend),Dow Chemicals(Pulse),DSM(Xantar),GE Plastics(Cycoloy),Teijin Chemical(Multilon)。
D.5.8 PC/PBT
D.5.8.1 通用类别
聚碳酸酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯共混物。
D.5.8.2 典型应用
齿轮箱、汽车保险杠,以及要求耐化学和耐腐蚀性、宽温域高耐热性和高抗冲击性、优异尺寸稳定性的应用。
D.5.8.3 注塑加工条件
**干燥:**110 至 135°C(230 至 275°F)约 4 小时。**熔体温度:**视具体牌号为 230 至 280°C(402 至 536°F)。**模具温度:**40 至 85°C(104 至 185°F)。
D.5.8.4 化学与物理性能
PC/PBT 共混物结合 PC 的高韧性和尺寸稳定性,以及结晶 PBT 良好的耐化学性、耐热性和润滑性。
D.5.8.5 主要制造商
MRC Polymers(Naxaloy),GE Plastics(Xenoy)。
D.5.9 HDPE
D.5.9.1 通用类别
高密度聚乙烯。
D.5.9.2 典型应用
主要用于吹塑包装,例如制冷设备容器、储罐、家居用品,厨房用品,密封盖和 PET 瓶底座。
D.5.9.3 注塑加工条件
**干燥:**妥善储存时通常不需要。**熔体温度:**180 至 280°C(356 至 536°F),高分子量树脂建议 200 至 250°C(392 至 482°F)。**模具温度:**20 至 95°C(68 至 194°F),壁厚不超过 6 mm 时取较高温度,壁厚大于 6 mm 时取较低温度。**注射压力:**70 至 105 MPa(10,000 至 15,000 psi)。**注射速度:**建议快速注射,大表面积部件可采用分段速度降低翘曲。
D.5.9.4 分流道与浇口
分流道直径为 4 至 7.5 mm,通常为 6 mm,长度应尽可能短。可使用全部类型浇口,浇口直边长度不应超过 0.75 mm。特别适合热流道模具,经常换色时优选绝热热尖端流道。
D.5.9.5 化学与物理性能
HDPE 由乙烯聚合而成,与低密度聚乙烯相比采用较低温压条件。借由立体定向催化剂可获得无支化结构。因分子规整性,HDPE 的结晶度高于 LDPE。较高结晶度带来较高密度、拉伸强度、热变形温度、黏度和耐化学性。HDPE 的抗渗透性优于 LDPE,抗冲击性较低。HDPE 性能由密度和分子量分布控制,注塑牌号通常具有较窄分子量分布。密度为 0.91 至 0.925 g/cm³ 时称为 1 型,0.926 至 0.94 g/cm³ 为 2 型,0.94 至 0.965 g/cm³ 为 3 型。材料易流动,MFR 为 0.1 至 28。较高分子量,即较低 MFR,牌号抗冲击性更好。作为半结晶材料,其成型收缩高,约为 0.015 至 0.04 mm/mm,或 1.5% 至 4%,取决于零件取向和结晶度,而二者又取决于加工条件和零件设计。PE 易发生环境应力开裂,可通过合理设计降低内应力,并在特定密度等级选用最低 MFR 材料来减轻。HDPE 在超过 60°C 时可溶于烃类,但对该类材料的耐受性优于 LDPE。
D.5.9.6 主要制造商
ExxonMobil(Escorene、Paxon),Basell(Lupolen),Dow(Dowlex),Arkema(Lacqtene),Equistar(Alathon),Chevron Phillips(Marlex),Nova Chemicals(Sclair)。
D.5.10 LDPE
D.5.10.1 通用类别
低密度聚乙烯。
D.5.10.2 典型应用
封盖、碗、箱、管道接头。
D.5.10.3 注塑加工条件
**干燥:**通常不需要。**熔体温度:**180 至 280°C(355 至 535°F)。**模具温度:**20 至 70°C(68 至 158°F)。为实现均匀而经济的排热,建议冷却水道直径至少 8 mm,模具表面至冷却水道边缘的距离不超过水道直径的 1.5 倍。**注射压力:**最高 150 MPa(21,750 psi)。**注射速度:**建议快速,大表面积零件采用分段速度可限制翘曲。
D.5.10.4 分流道与浇口
可使用所有常规类型。LDPE 适合热流道模具,经常换色时优选绝热热尖端流道。
D.5.10.5 化学与物理性能
低密度聚乙烯由乙烯在高压高温下聚合制得,是半结晶至结晶树脂。链支化使结晶度较低。材料坚韧,但拉伸性能中等并会蠕变,抗冲击性和耐化学性良好。因长链支化而易流动。商用材料密度为 0.91 至 0.94 g/cm³。LDPE 对气体和蒸汽具有渗透性,难以实现很严尺寸公差,其相对较大的热膨胀系数也使其不适合长期应用。密度为 0.91 至 0.925 g/cm³ 时,收缩约为 0.02 至 0.05 mm/mm,即 2% 至 5%。密度为 0.926 至 0.940 g/cm³ 时,收缩约为 1.5% 至 4%,实际值取决于成型条件。LDPE 在室温下耐许多溶剂,但芳香烃和氯化烃会导致膨胀。与 HDPE 一样,它也易发生环境应力开裂。
D.5.10.6 主要制造商
Arkema(Lacqtene),Basell(Lupolen),Chevron Phillips,Dow(Dowlex LDPE),Nova Chemicals(Novapol),Quantum Chemicals。
D.5.11 PEI
D.5.11.1 通用类别
聚醚酰亚胺。
D.5.11.2 典型应用
汽车发动机部件,如温度传感器、燃油和空气处理装置,电气电子产品,如连接器材料、印刷电路板、电路芯片载体和防爆箱,包装应用,飞机内饰材料,医疗产品,如外科订书器、工具外壳和非植入式器件。
D.5.11.3 注塑加工条件
**干燥:**PEI 吸湿,可能导致材料降解。含水率应低于 0.02%。建议在除湿干燥机中 150°C(302°F)干燥 4 小时,增强和共混牌号为 6 小时。**熔体温度:**未增强牌号 340 至 400°C(644 至 752°F),增强牌号 340 至 440°C(644 至 824°F)。**模具温度:**70 至 175°C(108 至 347°F),目标 140°C。**注射压力:**通常为 7 至 150 MPa(10,000 至 22,000 psi)。**注射速度:**尽可能高。
D.5.11.4 化学与物理性能
PEI 是无定形材料,化学结构由重复的芳香族酰亚胺和醚单元组成,因而耐高温,也导致刚度高,需使用改性剂改善加工性。PEI 即使未增强也非常刚硬和坚固,具有优异热稳定性,可用于高温应用。它具有良好的阻燃性、耐化学性和电绝缘性。玻璃化转变温度高,为 215°C(419°F),收缩低,机械性能高度各向同性。
D.5.11.5 主要制造商
GE Plastics(Ultem),RTP Company。
D.5.12 PET
D.5.12.1 通用类别
聚对苯二甲酸乙二醇酯。
D.5.12.2 典型应用
汽车结构件,如镜背和格栅支架,电气件,如前照灯反射器和交流发电机壳;电气应用,如电机壳、电连接器、继电器、开关和微波炉内衬;工业应用,如家具椅扶手、泵壳和手动工具。
D.5.12.3 注塑加工条件
**干燥:**成型前必须干燥,PET 对水解很敏感。建议 120 至 165°C(248 至 329°F)干燥 4 小时,含水率低于 0.02%。**熔体温度:**未填充牌号 265 至 280°C(509 至 536°F),玻纤增强牌号 275 至 290°C(527 至 554°F)。**模具温度:**80 至 120°C(176 至 248°F),优选 100 至 110°C(212 至 230°F)。**注射压力:**30 至 130 MPa(4,350 至 19,000 psi)。**注射速度:**高,但不应造成脆化。
D.5.12.4 分流道与浇口
可使用全部常规浇口,浇口应为零件厚度的 50% 至 100%。
D.5.12.5 化学与物理性能
PET 是芳香族聚酯,由对苯二甲酸,TPA,或对苯二甲酸二甲酯,DMT,与乙二醇,EG,聚合而成。玻璃化转变温度约为 165°C(330°F),树脂在 120 至 220°C(248 至 428°F)范围内结晶。PET 在高温下对水分极敏感,玻纤增强时会出现过度翘曲。加入成核剂和晶体生长促进剂可促进结晶。结晶制品具有高模量、高光泽和高热变形温度。加入云母等颗粒填料可减小翘曲。未填充 PET 使用低模温时可获得透明制品。
D.5.12.6 主要制造商
BASF(Petra),DuPont(Rynite),Eastman Chemical(Eastapak),Ticona(Impet)。
D.5.13 PETG
D.5.13.1 通用类别
乙二醇改性 PET,或共聚酯。
D.5.13.2 典型应用
PETG 兼具透明性、韧性和刚性,应用包括医疗器械,如试管和瓶,玩具、展示品、照明灯具、面罩和冰箱保鲜盒。
D.5.13.3 注塑加工条件
**干燥:**PETG 注塑前必须干燥,含水率必须低于 0.04%。干燥温度不得超过 66°C(150°F),建议约 65°C(149°F)干燥 4 小时。**熔体温度:**220 至 290°C(428 至 554°F),取决于牌号。**模具温度:**10 至 30°C(50 至 86°F),建议 15°C(60°F)。**注射压力:**30 至 130 MPa(4,350 至 19,000 psi)。**注射速度:**高,但不应造成脆化。
D.5.13.4 化学与物理性能
PETG,即共聚酯,是在聚合期间加入第二种乙二醇改性的 PET。所得分子结构不规则,树脂透明且无定形,玻璃化转变温度为 88°C(190°F)。PETG 比常规 PET 具有更宽加工范围,并具有良好的韧性、透明性和刚性组合。
D.5.13.5 主要制造商
Eastman(Eastar),Noveon(Stat-Rite),RTP Company(PermaStat)。
D.5.14 PMMA
D.5.14.1 通用类别
聚甲基丙烯酸甲酯。
D.5.14.2 典型应用
汽车信号灯装置、仪表板,医疗血液比色皿,工业用录像盘、照明扩散器、展示架,以及消费品饮水杯和文具配件。
D.5.14.3 注塑加工条件
**干燥:**PMMA 吸湿,成型前必须干燥。建议 90°C(194°F)干燥 2 至 4 小时。**熔体温度:**240 至 280°C(460 至 536°F)。**模具温度:**35 至 80°C(90 至 176°F)。**注射速度:**中等。
D.5.14.4 化学与物理性能
注塑颗粒可由甲基丙烯酸甲酯本体聚合后挤出造粒,或在挤出机中聚合制得。配方因分子量和流动速率、耐热性、韧性等物理性能而异。较高分子量牌号比低分子量牌号更坚韧,成型通常优选高流动配方。负荷热变形温度随流动性而变,高流动材料为 75°C(167°F),低流动,即高分子量,材料为 100°C(212°F)。PMMA 具有优异光学性能和耐候性,白光透过率高达 92%。成型零件可具有极低双折射,因此很适合作为录像盘材料。PMMA 在室温下蠕变,初始拉伸强度高,但长期高应力载荷下会产生应力银纹。抗冲击性良好,但有一定缺口敏感性。
D.5.14.5 主要制造商
Arkema/Atoglas(Plexiglas),BASF(Lucryl),Degussa(Plexiglas),Cyro Industries(Acrylite、Cyrolite),LG Chemical。
D.5.15 POM
D.5.15.1 通用类别
聚甲醛或聚氧化亚甲基。
D.5.15.2 典型应用
乙缩醛摩擦系数低、尺寸稳定性好,适合齿轮和轴承。因耐高温,也用于管道产品,如阀门和泵壳,以及草坪设备。
D.5.15.3 注塑加工条件
**干燥:**通常不需要,但树脂应在干燥环境储存。**熔体温度:**均聚物 190 至 230°C(374 至 446°F),共聚物 180 至 210°C(356 至 410°F)。**模具温度:**80 至 105°C(122 至 221°F)。精密成型宜采用较高模温以减小成型后收缩。**注射压力:**70 至 120 MPa(10,000 至 17,500 psi)。**注射速度:**中等至高。
D.5.15.4 分流道与浇口
可使用任意浇口。使用隧道浇口时,优选短型。均聚物优选绝热热尖端流道,共聚物可使用内加热或外加热热流道。
D.5.15.5 化学与物理性能
乙缩醛材料坚韧、有弹性,即使低温下也有良好抗蠕变性、尺寸稳定性和抗冲击性。乙缩醛树脂分为均聚物和共聚物。均聚物具有更好的拉伸强度、抗疲劳性和硬度,但加工困难。共聚物具有更好的热稳定性、耐化学性和加工性。两者均为结晶材料,吸湿性低。共聚物可在空气温度高达 100°C(212°F)下连续使用,均聚物耐温性略高。乙缩醛树脂有许多为不同应用定制的牌号。其高结晶度导致较高收缩,约为 0.02 至 0.035 mm/mm。增强牌号会表现出差异收缩。
D.5.15.6 主要制造商
BASF(Ultraform 共聚物),DuPont(Delrin 均聚物),Ticona(Hostaform、Celcon 共聚物)。
D.5.16 PP
D.5.16.1 通用类别
聚丙烯。
D.5.16.2 典型应用
汽车产品,主要为矿物填充 PP,如仪表板部件、风道、风扇和部分发动机舱部件;家电,如洗碗机门内衬、干衣机风道、洗衣机洗涤架和盖、冰箱内衬;消费品,如草坪和园艺家具、割草机部件、喷灌器。
D.5.16.3 注塑加工条件
**干燥:**妥善储存时通常不需要。**熔体温度:**220 至 280°C(428 至 536°F),不得超过 280°C。**模具温度:**20 至 80°C(68 至 176°F),建议 50°C(122°F),模温决定结晶度。**注射压力:**最高 180 MPa(26,000 psi)。**注射速度:**通常采用快速注射以减小内应力。若出现表面缺陷,优选提高温度后慢速成型。强烈建议使用可提供分段速度的机器。
D.5.16.4 分流道与浇口
冷流道直径通常为 4 至 7 mm,建议采用全圆主流道和分流道。所有浇口都可使用。针浇口直径通常为 1 至 1.5 mm,也可低至 0.7 mm。边缘浇口的最小深度应为壁厚一半,宽度至少为厚度两倍。PP 可方便地使用热流道成型。
D.5.16.5 化学与物理性能
PP 使用立体定向催化剂使丙烯聚合而成,主要生产等规 PP,甲基位于碳链同侧。由于有序分子结构,这种线性塑料为半结晶材料。它比 PE 更刚,熔点更高。PP 均聚物在高于 0°C(32°F)的温度会非常脆,因此许多市售牌号是含 1% 至 4% 乙烯的无规共聚物,或含更高乙烯量的嵌段共聚物。共聚物的热变形温度较低,约 100°C(212°F),透明性、光泽和刚性较低,但抗冲击性较高。乙烯比例提高,材料韧性增加。维卡软化点约 150°C(302°F)。高结晶度使其表面硬度和耐刮擦性更高。PP 没有环境应力开裂问题,通常以玻纤、矿物填料或热塑性橡胶改性。PP 的 MFR 为 1 至 40,较低 MFR 材料抗冲击性较好、拉伸强度较低。相同 MFR 下,共聚物比均聚物更坚韧。其黏度比 PE 更受剪切和温度影响。由于结晶,收缩相对较高,约 0.018 至 0.025 mm/mm,或 1.8% 至 2.5%,且比 PE-HD 更均匀,流动与横流收缩差通常小于 0.2%。加入 30% 玻纤可将收缩降至约 0.7%。均聚物和共聚物 PP 都具有优异耐湿性及对酸、碱、溶剂的良好耐化学性,但不耐苯等芳香烃及四氯化碳等氯化烃,高温抗氧化性不如 PE。
D.5.16.6 主要制造商
Albis,Amoco,Arkema(Appryl),A. Schulman(PolyFort),BASF(Novolen),Borealis,Ebbtide Polymers(Aclo Accutech),Exxon Chemical,Montel,Phillips Sumika(Marlex)。
D.5.17 PPE/PPO
D.5.17.1 通用类别
聚苯醚共混物。
D.5.17.2 典型应用
家用电器,如洗碗机、洗衣机,及电气应用,如控制器外壳、光纤连接器。
D.5.17.3 注塑加工条件
**干燥:**建议成型前在 100°C(212°F)干燥约 2 至 4 小时。PPO 吸湿率低,通常可按来料状态成型。**熔体温度:**240 至 320°C(464 至 608°F),PPO 含量较高的树脂取较高温度范围。**模具温度:**60 至 105°C(140 至 220°F)。**注射压力:**60 至 150 MPa(8,700 至 21,750 psi)。
D.5.17.4 分流道与浇口
可使用所有浇口,优选耳形和扇形浇口。
D.5.17.5 化学与物理性能
PPO 是聚 2,6 二甲基对苯撑氧化物。醚键使其较易加工。共聚物称 PPE,即聚苯醚。市售 PPO 或 PPE 通常与 PS,或 HIPS,尼龙等其他热塑性材料共混,这些共混物仍称 PPO 或 PPE。与纯 PPO 相比,共混物加工性更好、黏度更低。PPO 与 PS 比例不同可获得不同性能。与尼龙,PA 6/6,共混可改善耐化学性并在高温下具有良好性能。吸水率低,成型产品尺寸稳定性优异。与 PS 共混为无定形,与尼龙共混为结晶。加入玻纤可将收缩降至 0.2%。这些材料具有优异介电性能和低热膨胀系数。黏度取决于共混组分比例,较高 PPO 含量会提高黏度。
D.5.17.6 主要制造商
Custom Resins(Norpex),Degussa(Vestoran),GE Plastics(Noryl)。
D.5.18 PS
D.5.18.1 通用类别
聚苯乙烯。
D.5.18.2 典型应用
包装,家居用品,如餐具、托盘,电气产品,如透明外壳、照明扩散器和绝缘膜。
D.5.18.3 注塑加工条件
**干燥:**除非储存不当,通常不需要。需要干燥时,建议 80°C(176°F)干燥 2 至 3 小时。**熔体温度:**180 至 280°C(356 至 536°F),阻燃牌号上限为 250°C(482°F)。**模具温度:**建议 20 至 70°C(68 至 158°F)。**注射压力:**20 至 60 MPa(3,000 至 8,700 psi)。**注射速度:**建议快速。
D.5.18.4 分流道与浇口
可使用所有常规浇口类型。
D.5.18.5 化学与物理性能
通用 PS 由苯乙烯聚合而成。大多数商业牌号是透明无定形聚合物。PS 具有优异尺寸与热稳定性、光学透明性,且几乎不吸湿,介电性能良好。它耐水和稀无机酸,但会受浓硫酸等强氧化性酸侵蚀,某些有机溶剂会使其膨胀。加工收缩通常为 0.4% 至 0.7%。
D.5.18.6 主要制造商
Albis,Arkema(Lacqrene),BASF(Polystyrol),Chevron,Dow(Questra),Creanova(Vestyron)。
D.5.19 PVC
D.5.19.1 通用类别
聚氯乙烯。
D.5.19.2 典型应用
配水管道、家庭管道、房屋外墙板、办公机器外壳、电子产品包装、医疗器械和食品包装。
D.5.19.3 注塑加工条件
**干燥:**PVC 吸水极少,通常不需要。**熔体温度:**160 至 220°C(320 至 428°F)。**模具温度:**20 至 70°C(68 至 158°F)。**注射压力:**最高 150 MPa(21,750 psi)。**保压压力:**最高 100 MPa(14,500 psi)。**注射速度:**相对较慢,以避免材料降解。
D.5.19.4 分流道与浇口
可使用所有常规浇口。针点和潜伏浇口用于小部件,扇形浇口通常用于厚截面。针点或潜伏浇口最小直径应为 1 mm,扇形浇口厚度不应小于 1 mm。主流道应尽可能短,典型分流道尺寸为 6 至 10 mm,且应有全圆截面。PVC 可使用绝热热流道及特定类型热主流道套。
D.5.19.5 化学与物理性能
硬质,未增塑,PVC 是最广泛使用的塑料材料之一,由氯化钠和天然气生产,重复化学结构为氯乙烯。为使 PVC 可加工,需要混入添加剂。采用悬浮或本体聚合技术生产的 PVC 树脂,是熔体加工的主要类型。PVC 基本为无定形材料。所用添加剂包括稳定剂、润滑剂、加工助剂、颜料、抗冲改性剂和填料。PVC 具有低可燃性、韧性,即设计为几乎不可破裂,良好耐候性,包括良好的保色和保冲击性且刚性不降低,以及优异尺寸稳定性。PVC 高度耐氧化剂、还原剂和强酸,但未增塑 PVC 不建议在超过 60°C(140°F)的环境或连续使用条件下使用,也不耐硫酸或硝酸等浓氧化性酸,不适用于芳香烃和氯化烃。必须在正确熔体温度下加工,否则分解会产生盐酸,继而加速分解并引起严重问题。PVC 流动较硬,加工范围狭窄。分子量决定流动特性,较高分子量材料更难加工,但可加入润滑剂改善。成型通常采用较低分子量树脂。收缩较低,为 0.002 至 0.006 mm/mm,或 0.2% 至 0.6%。
D.5.19.6 主要制造商
Arkema(Lacovyl),BASF(Vinidur、Vinoflex),Creanova(Vestolit),Keysor-Century,PolyOne(Geon),Teknor APEX。
D.5.20 SAN
D.5.20.1 通用类别
苯乙烯丙烯腈。
D.5.20.2 典型应用
电气产品,如厨房电器插座、搅拌碗和外壳、冰箱配件、电视机底盘、磁带盒;汽车前照灯壳、反射器、手套箱和仪表板盖;家电餐具、刀具、烧杯;化妆品包装。
D.5.20.3 注塑加工条件
**干燥:**储存不当时 SAN 会吸湿,建议成型前在 80°C(176°F)干燥 2 至 4 小时。**熔体温度:**200 至 270°C(392 至 518°F),多数应用为 230 至 260°C(446 至 500°F),厚壁部件采用范围较低端。**模具温度:**40 至 80°C(104 至 176°F)。SAN 在较高温度下快速固化,增强牌号模温不应低于 60°C(140°F)。冷却系统必须设计良好,因为模温影响零件外观、收缩和翘曲。**注射压力:**35 至 130 MPa(5,000 至 20,000 psi)。**注射速度:**建议高速度。
D.5.20.4 浇口
可使用所有常规浇口。浇口必须尺寸适当,以辅助加工而不造成条纹、烧焦痕或空洞。
D.5.20.5 化学与物理性能
SAN 共聚物由苯乙烯和丙烯腈聚合而成,是强度高的透明材料。苯乙烯组分赋予透明性、刚性和加工性,丙烯腈组分赋予耐化学性和耐热性。它具有优异承载能力和刚性,对化学品、热变形和循环温度载荷有良好耐受性,并有尺寸稳定性。性能取决于丙烯腈含量,商业牌号提供不同的丙烯腈分子量。加入玻纤可提高刚性和抗热变形性,并降低线膨胀系数。维卡软化点约为 110°C(230°F),负荷变形温度约为 100°C(212°F),收缩范围为 0.003 至 0.007 mm/mm(0.3% 至 0.7%)。
D.5.20.6 主要制造商
BASF(Luran),Dow Chemical(Tyril),LANXESS(Lustran),Network Polymers。
D.5.21 添加剂、填料和增强材料
添加剂、填料和增强材料用于改变和改善塑料的物理和机械性能。通常,增强纤维可提高聚合物复合材料的机械性能,而各种特定填料可提高模量。
| 添加剂、填料或增强材料 | 常见材料 | 对聚合物性能的影响 |
|---|---|---|
| 增强纤维 | 硼、碳、纤维矿物、玻璃、Kevlar | 提高拉伸强度和弯曲模量,提高热变形温度,抵抗收缩和翘曲 |
| 导电填料 | 铝粉、碳纤维、石墨 | 改善导电性和导热性 |
| 偶联剂 | 硅烷、钛酸盐 | 改善聚合物基体与纤维之间的界面结合 |
| 阻燃剂 | 氯、溴、磷、金属盐 | 降低燃烧发生和蔓延 |
| 增量填料 | 碳酸钙、二氧化硅、黏土 | 降低材料成本 |
| 增塑剂 | 单体液体、低分子量材料 | 改善熔体流动性,提高柔韧性 |
| 着色剂,颜料和染料 | 金属氧化物、铬酸盐、炭黑 | 提供色牢度,炭黑可防止热和紫外线降解 |
| 发泡剂 | 气体、偶氮化合物、肼衍生物 | 产生泡孔结构,获得低密度材料 |
D.5.22 改变聚合物性能
许多填料会影响电性能。例如,加入导电填料可使原本导电性差的塑料具有电磁屏蔽性能。可使用抗静电剂吸引水分,减少静电荷积累。加入偶联剂可改善塑料基体与增强纤维的结合。使用不同填料可降低材料成本。其他添加剂包括降低燃烧可能性的阻燃剂、降低熔融塑料黏度的润滑剂、提高材料柔韧性的增塑剂,以及提供色牢度的着色剂。
D.5.23 低长径比填料
填料会改变所加入复合料的性能和成型行为。若填料最长与最短尺寸之间的长径比较低,其基础性能与未填充聚合物相比变化较小。填料对塑料零件的益处如下:
- 收缩更小。
- 耐热性可能提高。
- 强度,尤其是压缩强度,会提高。
- 抗冲击性通常低于未填充聚合物。
- 耐溶剂性通常提高。
D.5.24 高长径比填料,纤维
当填料最长与最短尺寸之间的长径比较大,例如大于 25 时,该填料可视为纤维。纤维增强材料会显著影响所加入复合料的性能。
D.5.24.1 纤维对冲击强度的影响
假设纤维与聚合物基体结合良好,纤维方向的强度将显著提高。若许多纤维沿同一方向取向,取向方向和垂直于取向方向的模量将有很大差异,后者会非常接近未填充聚合物的模量。
D.5.24.2 纤维对收缩的影响
纤维也会显著影响复合料的收缩性能,取向方向的收缩将远小于横向收缩。
D.5.24.3 预测纤维取向的重要性
纤维取向随流动方向、厚度方向以及熔接线位置而变化。因此,为确定成型制品性能,能够预测这些取向非常重要。