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　　1、塑料材料简介一、 塑料材料的定义、分类及其发展史目前 , 人类使用的材料主要有四大类 , 即木材、水泥、钢铁、塑料。其中塑料是 20世纪才发展起 来的一大类新材料。由于自然条件的限制,木材的产量不可能有大的增长;水泥有良好的用途,但 使用范围有局限性;世界钢铁的产量近十几年来几乎处于停滞不前的状态;而塑料的品种多,性能 各具特色,适应性广,生产塑料所消耗的能量较金属低,因此,唯有塑料工业保持着继续发展的势 头。到 90年代塑料的体积年产量已赶上钢铁,塑料在国民经济中已成为不可或缺的材料。1.1塑料的定义人们对塑料的定义很多 , 一种比较公认的说法是 :以合成的或天然的高分子化合物为基本成分 ,

　　2、 加 以填料、增塑剂、稳定剂及其它添加剂等配合料 , 在将制造或加工过程中的某一阶段能流动成型或借 原地聚合或固化而定形 , 其成品状态为柔韧性或刚性固体 , 称之为塑料ayx爱游戏。人们把上文所说的合成的或天然的高分子化合物总称为高聚物。 它是一种 (均聚物 或几种 (共 聚物结构单元用共价键连接在一起的,多少是由规则的连续序列所构成。高聚物结构的主要特点 是:分子量大(一般在 104107之间 ,并且分子量具有多分散性;其次,高分子链的几何形状极 其复杂,比较典型的有线性、支化、星性、梳性、梯形、网状等多种形态。那么,在我们日常生活中经常碰到的,而且作为都属于高分子合成材料的塑料、橡胶和纤维怎 样划分

　　3、呢?我们知道,随着温度的升高,高聚物的聚集状态发生着明显的变化。对于无定型高聚物, 有玻璃态、高弹态和粘流态这三种聚集态;对结晶及部分结晶高聚物则除了上述之态外,还有界于 熔融温度 Tm 和玻璃化转变温度 Tg 之间的皮革态。在常温上下的一定温度范围内,人们从聚集态来区分高聚物,把它分成三大基本类型:处于玻 璃态的就是塑料;处于高弹态的就是橡胶;处于玻璃态但有相当量的结晶就能制成纤维。这就构成 了塑料、橡胶和纤维三大合成材料。1.2塑料的分类塑料的分类方法通常有如下几种:(1 、根据塑料的组成不同,可分为单组分塑料和多组分塑料。前者主要由树脂组成,其中仅 加入少量辅助材料,如着色剂、润滑剂、抗

　　4、氧剂等。属于这种塑料的有未加填料的聚乙烯、聚丙烯、 聚苯乙烯等;多组分塑料则以树脂、填料、增塑剂等为主要成分,如酚醛塑料、软质聚氯乙烯等。 (2 、按树脂的名称命名塑料,如以聚乙烯树脂为原料的塑料称为聚乙烯塑料,以聚丙烯或聚 氯乙烯树脂为原料的塑料称为聚丙烯或聚氯乙烯塑料,等等。如果塑料中包括两种或两种以上的树 脂,例如由聚乙烯和聚丙烯两种树脂所制得的塑料,则称为这几种树脂的共混塑料。在此情况下, 塑料和树脂的名称虽然相同,但应注意两者的区别,它们除了组分上不同外(树脂仅是塑料的组分 之一 ,树脂不但可以制成塑料,而且还可以制成纤维、橡胶、涂料、粘合剂等,它们通常也是以树 脂的名称来命名的。(

　　5、3 、按塑料材料受热后的性能表现不同,分为热塑性塑料和热固性塑料两种。前者定义为在 整个特征温度范围内,能反复加热软化和反复冷却硬化,且在软化壮态采用模塑、挤出或二次成型 通过流动能反复模塑为制品的塑料,如 PE 、 PP 、 PS 、 PVC 等。热固性塑料则为经加热或其它方法 如辐射、催化等固化时,能变成基本不溶、不熔产物的塑料,如酚醛树脂、脲醛塑料等。(4 、按用途分,有通用塑料、工程塑料、特种塑料。通用塑料一般指产量大、用途广、成型 性好、价廉的塑料,如 PE 、 PP 、 PVC 、酚醛等塑料。从广义上讲工程塑料指凡是可以作工程材料的 塑料或者说凡是可以作结构材料的塑料,但是从狭义上

　　6、讲一般指具有某些金属性能,能承受一定的 外力作用,并有良好力学性能和尺寸稳定性以及在高、低温下仍具有优良性能的塑料,如聚酰胺、 聚砜、聚碳酸酯等。特种塑料一般是指具有特种功能(如耐热、自润滑等 ,可应用于特殊要求的塑 料,如氟塑料、有机硅塑料等。(5 、按成型方法分,主要有以下几种;模压塑料供压塑用的树脂混合物,如一般树脂混合物。层合塑料用或不用粘结剂,借加热,加压把相同或不相同的两层或多层结合为整体的塑料 材料。注塑、挤出和吹塑塑料一般指能在机筒温度下熔融流动,在模具中迅速硬化的塑料,如一 般热塑性塑料。铸塑塑料能在无压或稍加压力情况下,倾注于模具中并能硬化为一定形状制品的液态树脂 混合料。

　　7、如单体浇注尼龙等。反应注塑模塑料一般指液态原材料,加压注入模腔内,使具反应固化制得成品,如聚氨酯 类。(6 、按塑料半制品或制品分类有以下几类:模塑粉_主要由热固性树酯和填料等经充分混合、辊压、粉碎而得,如酚醛塑料模塑粉等。 增强塑料_组合中含有高强度纤维,使某些性能比原来树酯有较大的提高的塑料。微孔塑料_或称发泡塑料、泡沫塑料,整体内因存在大量相互连通或不连通的小孔空穴而降 低了密度的塑料。单丝_强度足以在工业纺织操作中用作纱或在其它应用中作为实体的单根长丝。其它如塑料薄膜、管材、片材、板材、人造革、异型材及各种模塑制品等。1.3塑料材料的发展史人们随处可见经久耐用的塑料的身影:垃圾袋、袜子

　　8、、计算机、饮料瓶、电话机、汽车,甚至 连协和式超音速飞机的机头也是用塑料制造的。塑料有一个庞大的家族:莱克拉、特氟隆、聚苯乙 烯泡沫、阿斯特罗草皮、有机玻璃、人造荧光树脂、赛璐珞、赛纶、尼龙等等。讲述塑料的故事是因为它所创造的奇迹是科学促进经济的典范。它展示了一项科学成就如何在 几十年时间里逐步得到改进和完善,转变为成千上万种可靠的、容易制造的商业产品,渗透到人们 生活的方方面面。有两个因素推动着塑料的发明不断向前。一个因素是民用市场的需求;另一个因素是战争。 19世纪中叶,人们试图寻找一种价格便宜、容易改变形状的合成材料作为木材、琥珀、橡胶、 玻璃等许多天然材料的代用品。它应该既可以在热力和

　　9、压力下改变形状,也能在冷却后保持形状。 英国人帕克斯把氯仿与蓖麻油混合到一起,得到一种像动物茸角一样坚硬的物质;这就是第一种人 造塑料。后来,铁匠出身的美国人海厄特试图用人造材料制造台球,取代用象牙制造的台球。尽管他未 能解决这个问题,但他却发现:把樟脑与一定量的溶剂混合到一起,就能得到一种在加热以后可以 改变形状的材料。海厄特把这种材料称之为赛璐珞。这种新型塑料具有用机器和非技术工人大规模 生产的特性。它为电影行业带来了一种坚固而又富有弹性、能够把影像投射到墙上的透明材料,并 使照相成为一种具有广大市场的活动。赛璐珞还促进了家用唱片业的发展,并且最终取代了早期的圆柱唱片。后来的塑料可用于制造

　　10、 乙烯基唱片、盒式磁带;最后由聚碳酸脂制成激光唱片。1907年, 移民到美国的比利时人贝克尔发明了酚醛塑料。 这种新材料取得了极大的成功。 用酚 醛塑料制造的产品有电话、绝缘电缆、钮扣、飞机螺旋浆等。若干年以后,杜邦公司的试验室也是在偶然情况下取得了另一项突破:制成了被称之为人造丝 绸的产品尼龙。 1930年, 在杜邦公司试验室工作的科学家华莱士 . 卡罗瑟斯把一根加热的玻璃棒侵入 长分子有机化合物中,获得了一种非常富有弹性的材料。大约 8年后,杜邦公司推出了尼龙。 尼龙首先在军事领域得到了广泛的应用, 降落伞和鞋带等军用品都是用尼龙制成的。随后, 广大妇女成为尼龙的热心使用者, 20世纪 4

　　11、0年代,尼龙袜供不应求,一些商人开始以冒充尼 龙袜。与此同时,英国科学家们在一项科学试验中,发现试管的底部有一种白色的蜡状沉淀物。经过 化验,发现这种物质是极好的绝缘材料,它的特性与玻璃不一样,雷达波能够从中穿过。科学家们称之为聚乙烯。它被用来建造为雷达站遮风挡雨的房屋,使雷达在阴雨浓雾气候条件下仍然能捕捉 敌方飞机的踪影。20世纪 50年代出现了用塑料制成的食品容器、水罐、肥皂盒等家用制品; 60年代出现了可以 充气的椅子。到了 70年代,由于环保主义者指出塑料制品不能自行降解,人们对塑料制品的热情降 低了。但是,到了 80年代和 90年代,由于汽车和计算机制造业对塑料的巨大需求,塑料进

　　12、一步巩固 了自己的地位。要想否认这种无处不在的平凡物质是不可能的。 50年前,世界上每年只能生产几万 吨塑料;如今,全世界每年的塑料产量超过 1亿吨。美国每年的塑料产量超过钢、铝和铜产量的总 和。具有新奇特性的新塑料仍在不断地被发现。设计师和发明家们在下一个千年中使用的首选材料将是塑料。没有任何家族的材料像塑料一 样,能让设计师和发明家们以非常低廉的价格完成自己的发明创造。二、 目前世界上最重要最常用的五大工程塑料简介工程塑料是指能在工程上作为结构材料应用的塑料。与通用塑料相比,其耐热性和力学性能高 得多;与金属相比,其比强度和比模量均超过钢铁,而且易加工,便于组装。此外,它还具有良好 的耐磨

　　13、性、抗震性、自润滑性、电绝缘性、耐腐蚀性及化学稳定性。目前,工程塑料中产量大、应 用广的品种主要有聚酰胺 (PA 、 聚碳酸酯 (PC 、 聚甲醛 (POM 、 聚酯 (PBT 、 PET 和聚苯醚 (PPO 。 2.1聚酰胺 (PAPA66是 Du Pont 公司于 60年率先实现工业化的产品。它具有耐热性、力学性能、成型加工性 相平衡的优点,因而在汽车、机械、电气电子、办公自动化设备、建材等领域广泛应用。其需求量 列五大工程塑料之首位。 PA 的品种构成为:PA6约占 55%, PA66约占 35%, PA610、 PA1010及其 共聚产品约长 10%。聚酰胺 6聚已内酰胺, 别名, 尼

　　14、龙 6, 锦纶 6, 缩写代号 PA6。 密度 1.14g/cm3 , 熔点 215 220,具有优良的耐磨性,面油性,耐化学品腐蚀性和自润滑性,较高的机械强度,硬度,韧性和 耐热性,电性能良好,耐紫外线和日光,低温性能优良,易吸水,尺寸稳定性差。易深于硫酸,甲 酸和酚类中。聚酰胺 66聚自己二酰已二胺, 别名尼龙 66, 锦纶 66, 缩写代号 PA66, 密度 1.141.15 g/cm3,熔点 252260,具优良的耐磨性、自润滑性、耐油性、耐热性、耐化学药品性。电气绝缘性、耐 低温性和机械强度。与尼龙 6相比,尺寸稳定,有较高的硬度、刚性和抗蠕变性能。能耐酸、碱和 大多数的无机盐的水溶

　　15、液,能耐卤代烷、烯类、酯类、酮类等有机溶剂,易溶于硫酸,酚类和甲酸。 吸水性大,能燃烧,但具自熄性。聚酰胺 1010聚癸二酰癸二胺,别名尼龙 1010,锦纶 1010,缩写代号 PA1010。 密度 1.03 1.05g/cm3,熔点 195210,吸湿性低,耐寒性好,有抗菌的作用,有高度延性、刚性、耐磨性和 自润滑性,富有弹性,冲击时只弯曲不断裂,介电性能较好。不溶于烃、酯类、低级醇及一般有机 溶剂,能溶于浓硫酸、酚类(苯酚、甲酚等和甲酸等。聚酰胺 610聚癸二酰已二胺, 尼龙 610, 锦纶 610, 密度 1.071.09 g/cm3, 熔点 215220, 能缓慢燃烧,但离火后自熄。与

　　16、 PA6、 PA66相比,吸水性低、尺稳定性好、耐磨、耐油、耐强碱 弱酸和一般有机溶剂,可溶于酚类和甲酸,有较高的韧性、机械强度和电性能。刚性低,加工性良 好。2.2聚碳酸脂 (PCPC 是通用工程塑料中唯一非结晶性透明材料。主具有优异的耐冲击性、耐热性、耐酸、介电 性及耐寒性。透明颗粒,密度 1.20 g/cm3,熔融温度 220230,长期使用温度为-60120,热分解 温度 340。熔融粘度高,透光率达 8590%,吸水性低,但对湿气的吸附性强,尺寸稳定性好, 易着色,刚硬而具韧性,冲击强度尤为突出,抗弯,抗拉,抗压强度十分优越,耐热性、耐寒性、耐蠕变性、电绝缘性和耐大气老化性能优良,耐

　　17、药品性较差,对室温水、稀酸、氧化剂、还原剂、 油脂、脂肪烃和环烷烃稳定,但不耐碱、胺、酮、酯、芳香烃等,能溶于二氯甲烷、二氯乙烷、氯 苯、甲酚等,而疲劳性较差,易产生应力开裂,对缺口敏感。可用玻纤增强提高其性能和使用寿命。 用途:齿轮、轴、螺钉、工具外壳、电气仪表零件和外壳、各种家电外壳、航空透明材料、车 船挡风玻璃等。2.3聚甲醛 (POMPOM 是具有高结晶度和高结晶速率的工程塑料。目前无充填、非增强品级约占 70%,几乎全 部用于注射成型品。密度 1.47 g/cm3,均聚物熔点 175,共聚物熔点 165,使用温度 -40100, 热分解温度 235240。具有很高的刚性、硬度、机械强

　　18、度、冲击韧性、优越的耐疲劳性、耐磨性、 自润滑性、耐蠕变性和电绝缘性,优良的着色性、光泽度、尺寸稳定性和耐化学药品性。但不耐强 酸、强氧化剂、酚类和卤化物,耐候性较差、易燃,高温熔融时易产生刺激性强烈的甲醛,并有鱼 腥味。POM 的最大缺点是密度较大,耐酸性和阻燃性差(起因于分子中氧的含量过高 。用途:代替有色金属(如铜、锌、锡用于汽车、飞机制造、仪器仪表、轴承、泵、管道、阀 门、家电零件、拉链、按钮等。2.4聚苯醚 (PPO由于 PPO 的熔融流动性差, 加工困难, 故常采用掺混 PS 或高抗冲 PS 加以改性, 从而解决 PPO 难于加工的问题。因此, PPO 是以改性 PPO 的形式(M

　　19、PPO 投放市场的。改性 PPO 具有良好的综合性能,其电绝缘性,尺寸稳定性,耐水性均很优异,力学性能与 PC 接近,刚性大,耐蠕变性好,在较宽的温度范围内保持高强度。密度 1.26g/cm3。缺点是耐溶剂性差,在受力的情况下酯酮类及矿物油会使其产生应力开裂,卤代烃、芳香烃会 使其溶解或溶胀。此外,其价格较贵。与 PPO 相比 MPPO 的流动性得到改善,成型加工性良好,价格较低;热性能略有下降。使用 温度 -40150,连续使用温度 93。用途:广泛用于耐高温、 耐潮湿、 尺寸稳定、 电绝缘性能和机械性能优良的场合,如工业齿轮、 轴承、电传机、家电外壳等零件。2.5工程级饱和聚脂 (PBT工

　　20、程级饱和聚脂有聚对苯二甲酸丁二脂(PBT 和聚对苯二甲酸乙二脂(PET 两种,目前主 要作为工程塑料使用的是 PBT 。密度 1.50g/cm3,熔点 224230,连续使用温度为 140150, 能缓慢燃烧,热变形温度高,吸温性低(0.07% ,尺寸稳定性好、耐磨性、耐疲劳性、耐绝缘性、 韧性和自润滑性优良,成型性良好,机械性能与 POM 、 PA 相似,耐化学品腐蚀,不溶于一般有机 溶剂。在二氯乙烷、芳烃、醋酸、醋酸乙酯中可溶胀,在浓硝酸和硫酸中可分解。对缺口很敏感。 用玻纤增强可提高其性能和使用寿命。主要缺点:酯键易水解、不耐强碱、冲击强度低、特别是对缺口敏感,因些不能用于要求韧性 好的

　　21、部件。用途:可用于仪表、阀门、电器外壳、马达罩、轴承、齿轮等。当今,工程塑料的研制开发正处在一个高速发展的阶段,除了上述的五大工程塑料外,其他种 类的工程塑料也正以高速发展而使工程塑料日新月异,特别是由于塑料共混技术、塑料改性的手段 和设备的不断更新、进步,新的工程塑料(更多的是把原先的通用塑料改造成工程塑料不断涌现, 不断地满足对塑料材料的日益增长的发展需求。三、 我公司目前使用的塑料品种介绍以及塑料原料通用化要求3.1 我公司目前使用的塑料品种介绍我公司目前每年使用的塑料总量约 1万吨,其中 ABS 品种(含 ABS 的衍生物占 80%以上, 多用于生产空调器的塑料外壳及空调内部各功能零件

　　23、IPS蓝色 ABS 拉粒料 (12 PP 10%填充 PP 拉粒料黄色 ABS 拉粒料 20%填充 PP 拉粒料 紫色 ABS 拉粒料 耐候 PP(2 PVC 本色 PP(3 POM 阻燃 PP(4 ASA 高抗冲 PP从以上分类统计表可以看出:目前公司使用的所有塑料可分为十二大类:ABS 、 PP 、 PC/ABS、 PA 、 PC 、 AS 、 PPS 、 POM 、 ASA 、 PVC 、 PS 、 PE ,而其它品种都只不过是上述十二类物种的功能 或颜色的衍生物而已(共 42种 。3.2 我公司塑料原料通用化要求目前公司所使用的塑料品种相对较多,给公司物料的采购及库存等带来诸多的不便。

　　24、通过调查 发现:产品设计中的材料选择这一环节是造成物料品种增多的最关键因素。为了最大限度地降低塑 料品种特别是到货周期长的进口塑料品种、避免出现大量的库存或断货、尽量减少浪费,从而达到 降低公司生产成本、提高产品市场竞争力的目的,希望在座的将来从事产品设计工作的人员,一定 要十分注意在选材时尽可能选用公司目前已有的材料, 积极配合公司推广材料通用化、 标准化活动。 下面是近期有关人员调查出来的塑料品种增多的原因以及相应的解决办法:四、 造成塑料物种日渐增多的主要原因分析(一新产品所对应的新功能塑件的需要是造成塑料物种增多的主要原因:随着公司的日益发展壮大,每年的新产品不断涌现,新的功能要求不断

　　25、提高,原则上需要有相 应功能的原材料与之相适应,如近期技术部研制成功的蜂鸟糸列分体机(KF-25G/A200中的扫风 叶片,需要用一种极新的材料 TPE-45AN 热塑性弹性体制成,方能达到其低噪音、低凝露、柔 顺出风等性能要求;而研究所开发的新的 CF08M 除湿机中的保护板(仿进口 ,则需要十分柔软的 高压低密度聚乙烯(LDPE 材料制成,否则将造成其它塑件装配变形的后果。上述举例的两种材料 的用量目前虽然都很少,但由于现有的材料都无法代替它们,故只能都作为新材料来开发而又占据 两个物种。(二 、产品颜色的多样化是造成是塑料物种增多的一大原因:目前公司空调产品外观颜色主要分为两种:瓷白色(

　　26、分体机、窗机及杏灰色(柜机外壳 。 但由于国内外市场需求的变化,公司会根据需要临时推出某些多彩颜色的空调,如去年的彩色空调 (共五种颜色及今年的 KYD-25/K101彩色移动空调(纯白、墨绿、枣红三种颜色 ,加上已有的主色调:瓷白、杏灰以及樱花手机的蓝黑、 Y502手机的灰白、灰黑、啡红等等,至少有 14种颜色, 而且由于空调机、除湿机的导风板与其它外壳塑件的材料不同(ABS 和 PC/ABS ,造成一种颜色至 少生成两种物料,这样,单是上述的不同基料及不同颜色搭配就能生成多种不同的染色拉粒料。可 见,产品颜色的多样化是造成是塑料物种增多的一大原因!相信日后改用色母着色法后,这一情况 会有很

　　27、大的好转。(三 、出口认证机种增多是造成塑料物种增多的又一原因:随着出口机(空调、除湿机品种的增加,特别是销往欧、美等不同区域的品种,这些不同地 区对材料的性能级别要求也不同, 如欧共体要求对进入其市场的电器外壳塑件的阻燃级别要达到 V0级, 而美国市场的准入条件则更加苛刻, 不但要求室内机外壳塑件要达到 UL94-5V 级 (阻燃最高级 , 而且室外机外壳塑件还要求必须使用阻燃和耐候级别都极高的 ASA 材料。另外加上不同的认证如 UL 认证、 GS 认证、 CE 认证等等,要求有不同性能的材料与之相适应, 这也是造成塑料物种增多的 又一原因。(四 、国产化替代造成塑料物种暂时性增多:为降低

　　28、生产成本,塑料原料的国产化替代在一年多来一直都在紧锣密鼓地进行,而且已经卓有 成效。目前大约 85%的进口塑料原料已经实现了国产化替代,已较有效地降低了生产成本。但是, 每种物料要想实现 100%代替均需要有一个时间过渡的过程, 这便造成在某段时间内的某些物料中会 出现国产料与进口料暂时共存的现象。这是造成(某一段时间内塑料多品种的一大原因。(五 、粉碎回头料的再生利用是造成塑料物种增多的又一原因:为了充分地利用材料,避免浪费,节省成本,大量的粉碎回头料被重新造粒并 100%用于空调 外壳塑件生产。由此,每种用量较大而且颜色要求较高的物料使用后所产生的粉碎回头料都会被安 排重新造粒,衍生出一种

　　29、再生料,这在一定程度上也是造成塑料物种增多的又一原因。五、 控制塑料物种数量的办法:(一 、物料通用化控制必须从产品开发时抓起从上述分类及分析物种增多原因可以看出:新产品一旦定型,欲想改变其用料将十分困难甚至 根本不可能办到。由于不同功能及颜色的物料不能随意互用或混用,故此可以得出结论:要减少物 料的种类,实现塑料物种通用化控制必须从产品刚开发时抓起!新产品中的塑件设计,首先应注重其结构的合理性,比如塑件整体的刚性如何,加强筋的数量 和位置,壁厚是否均匀,是否会引起内应力集中而影响塑性,这些问题都考虑到了,就可以降低塑 件对材料性能的依赖性,从而有利于扩大同一材料的使用范围,减少塑料品种。(二

　　30、 、建立严格的新产品零件通用化审查制度新产品设计部门在产品评审前必须出具其塑料件及其材料的通用化表格文件,并交工艺部、成 本办、供应部审核。工艺员在审定新产品塑件的可行性的同时,必须对该零件所选用的材料进行通 用化审查 , 严格控制塑料品种,原则上限制使用超出空调器用塑料材料 (QJ/GD 73.01-01标准 中所列出的塑料材料品种。另外,应及时删除一些不必要的特别是历史遗留下来长期库存不用的物 料品种,力争把塑料品种数量控制在最低限度。(三 、提高产品开发设计人员对塑料材料的认识深度积极宣传、贯切、执行空调器用塑料材料标准,组织设计人员进行公司内部培训,组织有 关人员撰写介绍工程塑料性能与

　　31、应用方面的文章,以期帮助产品设计人员选择材料的准确性,避免 因对塑料缺乏应有的了解而错选、滥用材料从而造成不必要的过失(有些过失甚至是无法弥补的 , 如选用一种材料并按它的成型收缩率计算模具型腔尺寸并按此加工制造成模具后,改换收缩率不同 的塑料定会引起塑件尺寸上的变化而无法实现。从上述几点可以看出:抓住产品设计这一环节是物料品种控制的关键。控制住新产品设计中新 材料的不合理选用,就等于控制住了导致物料品种增多的源头!对于塑料的选用,不久将来公司标委会将会确定一套空调器用塑料材料选用标准 ,届时, 我公司广大设计人员可以参照使用。六、 塑料材料性能测试方法及其基本指标4.1 塑料的特性由于塑料的

　　32、组成和结构的特点,使塑料具有许多优异的性能,因而得到了广泛的应用,塑料概 括起来有下述一些特点。(1比强度高:一般塑料的密度在 0.832.20g/cm3 之间 , 只有钢铁的八分之一到四分之一。 所以,如果按单位质量来衡量 (即材料的比强度 ,则有些塑料 (例如层压塑料 是比强度最高的材料。 例如,用玻璃纤维增强的塑料,它的单位质量的拉伸强度可高达 170-400%MPa,这是一般钢材都达 不到的。(2优异的电绝缘性能:几乎所有的塑料都有优异的电绝缘性、极小的介质损耗以及优良的 耐电弧性。(3化学稳定性好:一般塑料对酸、碱等化学药品均有良好的抗腐蚀能力,特别是聚四氟乙 烯(塑料王耐化学性能比

　　33、黄金还要好。(4优良的减摩、耐磨性能:许多塑料的摩擦系数很小,且极耐磨,可以作为减摩材料,避 免刮伤,这是许多金属材料所不能比拟的。(5方便、灵活的可加工性:塑料材料具有灵活方便的加工特性。如可以切削、车刨、注塑、 模压、挤出、吹塑、拉丝、发泡等等,完全可以根据不同材料、不同场合和不同的加工条件来选择 合适的加工成型办法。当然, 塑料材料也有一些严重的缺点。 例如:它的耐热性能远不如金属, 一般的塑料仅能在 100 以下工作,它的热膨胀系数要比金属大 310倍,容易受温度变化而影响尺寸的稳定;在受力状态 下工作,蠕变现象严重,以及在日光、气雾、长期应力作用下会发生老化现象,使其性能变坏等。 塑

　　34、料材料的这些缺点或多或少影响与限制了它的应用,同时了促使无数材料科学家进行深入的 研究和实验,从研究塑料材料的结构和性能的关系入手,去有计划地改变某些结构,设计出满足特 定要求的新型材料。4.2 塑料的主要性能指标塑料性能项目很多,按类型分主要有:1. 力学性能:拉伸性能、弯曲性能、冲击性能、压缩性能、耐撕裂性能、剪切性能、硬度、 疲劳性能、摩擦与磨耗、蠕变性能。2. 热学性能a 热稳定性:尺寸稳定性、负荷热变形温度、维卡软化点、马丁耐热、线性收缩率、热 不稳定指数、线膨胀系数。b 流动性:熔点、软化点、熔体流动速率 。c 热导率。d 其他:玻璃化温度、脆化温度。3. 燃烧性能:燃烧性(级别

　　35、、氧指数。4. 光学性能:透光率、黄色指数、折光率、白度测定、色泽测定。5. 其他物理性能:密度和相对密度、粉粒料表观密度、透气性、吸水性、表面性能(表面糙 度、镜面光泽 。6. 电性能:电阻率、介电强度、耐电弧,介电常数和介电损耗角正切。7. 耐化学药品性。8. 塑料老化及其它:塑料各种老化方式(人工氙灯、景外光 、热稳定性、环境应力开裂。9. 理化性能:树脂灰分、粘度、树脂含水量、有关化学量。4.3 塑料性能的测试随着塑料生产、开发和应用的日益发展,塑料物性评价愈显重要。测试技术和各类性能试验方 法标准也相继产生。塑料材料的测试是为了正确掌握塑料各种性能,这对控制塑料产品的质量、指 导成型

　　36、加工、研究塑料材料物理性质和结构的关系、了解使用范围、评价和应用新型塑料材料等都 有着重要的意义。由于我公司是塑料的使用单位,也限于本身测试设备,故我公司目前仅是对所使用的原料进行 有限的几项测试 (型式试验 , 如主要有:弯曲强度、拉伸强度、 冲击强度、热变形温度、收缩率等。 其它的试验项目均采用委托外协单位测试的方法。由于上述所列的各项性能指标均有相对应的国家标准测试方法,故在此也就不一一罗列了。 七、 塑料材料改性的基础知识鉴于飞机、机械、电机、轻工、电子仪表等一系列工业技术部门的发展,对材料提出了更高的 要求,制造轻质、高强、坚牢、加工成型简便的新材料,是我们当前迫切的任务。这一方面有

　　37、赖于 高分子材料品种之发展,另一方面是我们对现有高分子材料进行改性,以提高其各项物理机械性能 指标,也是一条极为重要的、必不可少的途径。所谓改性, 就是高分子树脂通过共混, 或添加其他填料, 从而提高机械强度及其它种目标性能, 使得其成为一种新的有机复合材料。常用的改性目标是:增强塑料、阻燃塑料、耐候塑料三方面。 5.1 增强塑料所谓增强塑料,就是高分子树脂与增强性填料(增强材料相结合而提高了机械强度的一种有 机复合材料。玻璃纤维及其制品称为增强材料,而棉布、纸张、无机物粉料等则称为填充材料或改 性材料。这样区分的理由在于玻璃纤维的增强作用比起其它材料的增强作用,有着十分显著的优越 性。玻璃纤

　　38、维增强塑料俗称玻璃钢,由于它具有较高的比强度、良好的耐热性能、电性能、耐腐蚀 性能以及简便的加工方法,所以应用日益广泛,发展十分迅速。由于增强增性,使得塑料的物理机械性能有了一个飞跃。甚至一些通用塑料经过增强以后,也 能作为工程材料而应用。对于某些工程塑料,通过增强,其性能跨进了金属强度的范畴,因而大大 扩展了热塑性塑料作为结构材料应用于工程领域的深度和广度。5.2 阻燃塑料随着人们防火安全意识的提高,具备阻燃性能的材料在日常生活以及工业领域的应用越来越广 泛。工程塑料作为一种应用重要程度日益提高的新兴材料,其大多面临比较苛刻的使用环境,如高 温度、高电压等,工程塑料的阻燃性能在许多场合成为一

　　39、个至关重要的因素,特别是电气用途,如 接线柱、扦座、断路开关以及我们空调器材用的电器盒等。因此,工程塑料的阻燃改性亦由此成为 一个日益注目的课题。塑料阻燃改性所使用的阻燃剂品种大致可分为卤素类、含磷化合物类、无机氢氧化合物类、含 氮化合物类以及硅氧化合物几大类。其中卤素阻燃剂具有添加量小、阻燃效率高等优点。但卤素阻 燃剂在应用时面临较严重的环保问题。目前国际上比较通行的塑料阻燃标准是美国的 UL-94标准,通常称为 UL 认证。其阻燃级别一 般分为 HB 、 V2、 V1、 V0、 5VB 、 5V A 六级。一般而言,进入欧共体以及南美市场的家用电器(如 我们的空调器要求其相关塑件的阻燃级别

　　40、为 V0级;而进入美国等北美市场的产品则需要更高的 阻燃级别(5V A 、 5VB 。5.3 耐候塑料从人类发明塑料以来,一直被塑料的老化问题所困扰。高分子材料在其合成、贮存及其加工和最终应用的各个阶段都可能发生变质,即材料的性能变 坏,例如泛黄、表面龟裂、光泽丧失等,更为严重的是导致冲击强度、弯曲强度、拉伸强度和伸长 率等力学性能的大幅度下降, 从而影响高分子材料制品的正常使用。 这种现象称为塑料的化学老化, 简称老化。塑料老化的本质无非是一种化学反应,即以弱键发生化学反应为起点并引发一系列化学反应。 它可以由许多原因引起,例如热、紫外光、机械应力、高能辐射、电场等等,可以单独一种因素, 也

　　41、可以多种因素共同作用。其结果是高分子材料的分子结构发生改变及相对分子质量下降或产生交 联,从而材料性能变坏,以至无法使用。耐候塑料即是采用通过加入添加剂(如抗氧剂和光稳定剂等方法制得的阻止或延缓高分子老 化进程而制得的塑料。从而延长制品的使用寿命、降低成本。这也是塑料的一种改性。目前,评价耐候塑料老化性能的测试方法主要有:a 人工气候老化试验方法:人工气候箱、人工曝晒箱b 自然气候曝露试验方法(有国标c 加速自然气候曝露试验方法(跟踪太阳曝露架等由于自然气候试验需要很长的时间 (要好几年 才能知道实验结果, 无法满足目前的生产需要, 故我们一般采用人工气候老化试验方法来及时对所用的塑料作出评价

　　42、。通过试验推测经长时间使用 后塑料的各种性能以及光泽、颜色的变化情况,从而判定该塑料是否可以满足使用要求。八、 塑料及其制品颜色控制6.1 颜色知识基础将自然界中有千千万万种不同的颜色归类,可以简单地分为非彩色和彩色两大类。非彩色亦称 为消色,它是只有明度而无色相和彩度的一类颜色。包括从白到黑以及无数介于白黑之间的灰色。 在测色学中把理想白和绝对黑也归在非彩色之列。非彩色以外的各种颜色,都称为彩色。所有的彩色都对可见光内的某一部分波长有比较明显的 吸收。自然界中的所有颜色都可以用明度、色相、饱和度三个属性来描述。明度是表示物体表面明亮程度的一种属性,在非彩色中最明亮的颜色是白色,最暗的颜色 为

　　43、黑色,其间分布着的不同的灰色。也就是说白色明度最高,黑色明度最低,而灰色的明度则介于 白色和黑色之间。各种不同的彩色也有明度高低之分,通常明亮的颜色明度高,而比较暗的颜色则 明度较低。如同样都是红色,暗红色的明度就低于浅红色。色相是彩色彼此互相区分的特性。可见光谱不同波长的辐射表现为视觉上的各种色调,如 红、橙、黄、绿、蓝等。物体表面色的色相决定于三个方面:一是照明体光源的光谱组成,二是物 体对光的吸收和反射特性,三是不同的观察者。饱和度是指彩色的纯度。可见光范围内的各个光谱色其饱和度都是 1,即饱和度最高。饱 和度的高低于可以从光谱色与白光的混合来理解。任意一个颜色都可以看成是白光与光谱色混

　　44、合后 得到的,此时白光的成分越多,则饱和度越低,白光的成分越小,则饱和度越高。一般地说,明度决定于有色物质量的浓淡,色相决定于有色物质的颜色,而饱和度则和颜色的 鲜艳度有关。但是,这些关系往往都不是简单的线性关系。例如,饱和度和鲜艳度之间的关系就很 复杂,影响因素很多。这主要是因为饱和度是一个色度学概念,而鲜艳度则受相当大的心理因素影 响。对于颜色的这个特征,人们常常用三维空间的类似球体的模型来表示,纵坐标表示明度、围绕 纵轴的圆环表示色相、离开纵轴的距离表示饱和度。称之为孟塞尔颜色立体系统。颜色的三刺激值颜色能通过把对光源(光谱能分布物体(光谱反射曲线和观察者(三 因素确认的国际照明委员会标

　　45、准观察者 的能量描述结合起来而被数量化地描述。 这样的三种结果, 标为 X 、 Y 、 Z , 称为颜色的三刺激值, 它们理论上表示为获得被测量颜色所用的假想三原色的数量。 三刺激值是很重要的,因为它表示了对颜色基本的数学描述。尽管在描述标准观测者和使用自 然中不存在的光源(如 D6500时存在一些问题,但是,三刺激值是更有意义地进行数字化颜色描 述和色差说明的基本工具。研究者为了制造出统一的色空间以计算色差的量度和方向,近年来把非 线性能转化用于三刺激值。目前使用的最常见的转化有 HUNTERLAB . CIELAB 和 CME 方程,它 们给出如下色坐标:L :亮度 DL :浅(+/深(-

　　46、差异a :红/绿 Da :红(+/绿(-差异b :黄/蓝 Db :黄(+/蓝(-差异DE :总色差一般的关系为:DE2=DL2+Da2+Db26.2 目前公司对塑料及其制品颜色的控制a 对原料控制:抽取粒料制成色板后,与标准色板相比较,即使用色差仪(我公司使用美能达 CR -300型测得的 DE 值务必控制在 0.5以内。b 对注塑成型后的塑料件:抽样测色并与标准色板比较,控制色差 DE 0.8通过 A 、 B 两项严格控制,基本上能达到颜色的统一性 , 把色差控制在人的肉眼看不出来的可 以接受的范围之内。九、 塑料制件设计及选材7.1 塑料制件设计设计塑料制件时,由于其原料特性不同于金属等其

　　47、他材料。必须充分发挥其性能上的优点、避 免或补偿其缺点,在满足使用要求的前提下,塑料形状应尽可解做到简化模具结构、符合成型工艺 特点、并对诸因素进行综合考虑。7.1.1 塑件的工艺性及其主要内容塑件的形状结构、尺寸大小、精度和表面质量要求、与成型工艺和模具结构的适应性,即为塑 件的工艺性。制件的形状简单、尺寸适中、精度低、表面质量要求不高、模具结构简单、成型简便, 即可认为该塑件的工艺性好。反之,工艺性较差。塑件结构工艺性设计的主要内容包括:塑件的形状、尺寸、精度、表面粗糙度、壁厚、斜度、 加强筋、支承面、孔、圆角、螺纹、嵌件、文字、符号。7.1.2 塑料制件设计时应考虑的一般因素(1充分发挥

　　48、塑料本身的特性,如物理机械性能,避免或补偿其缺点。主要考虑的性能有强 度、刚性、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感性;塑料的成型工艺性,如流动性、成型后的收 缩率及其收缩率的各向异性等。(2塑料制件的形状,在保证使用要求的前提下,应力求使制件的形状简单、结构简单、壁 厚均匀、应充分考虑制件结构的合理性,使之易于成型和脱模、避免各种成型缺陷的产生;应有利 于模具分型、充模流动、排气、补缩和冷却;符合成型工艺的特点:尽量避免锐角(尤其是内角 , 避免制件出现明显的各向异性,影响制件的使用性能。(3塑件设计应考虑成型模具的总体结构,特别是抽芯与脱出制件的复杂程度,同时应充分 考虑模具零件的形状及其制

　　49、造工艺,使制件具有较好的经济性。7.1.3 塑件壁厚的选择原则塑件壁厚的选择主要取决于塑件的使用要求,如强度、结构、电性能、尺寸稳定性及装配。同 时与材料的种类、制件的形状、模具结构、表面复杂程度等有关。通常制件的壁厚在满足结构及使用要求的前提下,应尽量减薄,且应壁厚均匀,以节约材料及 避免产生气泡、缩孔等不良现象。但壁厚也不应太薄,以保证制件的顺利成型及成型质量。制件轮 廓过渡部位必须圆滑,过渡处的圆角半径与周围壁厚的比值不能太小,以避免应力集中。7.2 塑料选材塑料选材在设计过程中是个相当关键的步骤,正确的选材是保证制件在使用过程中可靠性的先 决条件。选材对制件的加工成型、应用、使用性能、

　　50、成型质量、成本、生产效率等有着重要的影响。 对指定部件的选材,最主要的是考虑部件的功能和决定部件功能的有关材料性能,同时还应考虑部 件的特点和禁忌、使用时的外界条件、有无临界条件、制件的尺寸和精度、成型加工工艺、生产数 量、生产速度、成本价格、功能综合分析、原料来源及经济效益等。7.2.1 塑料选材的一般步骤(1 根据应用目的选材可以列出制件的全部功能要求,并尽可能定量化。如制件的最高工作温度、有无耐燃性、是否 要求着色、在工作温度下的尺寸变化,允许的尺寸公差等。(2 根据制件的功能要求选材选材应考虑使用性能数值(工程性能和设计数据,提出目标材料(制件材料的性能数值, 并通过这些性能的要求来选

　　51、定材料。这样可方便候选材料的筛选,为最终材料的选定定提供有益的 依据。(3 将制件工程性能要求与材料性能进行比较来确定候选材料7.2.2 塑料选材时初选的途径和主要依据 塑料选材时，一般先进行初选。初选的途径有：根据制件用途选择，根据制件要求性能选材， 根据经济成本及安全卫生等多方面因素加以综合考虑。 初选材料的主要依据有： （1） 制件的工作环境及其使用性能要求。 （2） 塑件材料性能数据表。 （3） 对初选材料进行全面综合性能分析，对比评价。 7.2.3 塑料材料选择的方法 塑料材料选择的方法有以下两种： （1）根据制件的工作状况，确定对材料的性能指标要求，对照材料的性能数据资料，先选出

　　52、较为适用的数种性能相近的材料，再对这几种初选材料进行全面的综合价值工程分析，对比评价，从 中选出技术经济效益好、安全实用、加工性能优良者，作为优选材料。 （2）根据制件工作状态及其性能指标要求，再根据树脂和各种加剂的性能，通过各种实验及 性能测试，确定与制件使用性能要求相适应的最佳配方，再用自己配制的材料去成型制件（必要时， 可进行改性，配得所需材料） 。 选材时，要选择适于制件用途的材料。主要考虑的材料性能有：密度、色泽、透明度、硬度、 机械性能、电性能、化学性能、吸水性、耐久性、成型性、热性能、燃烧性、各向异性等。 选材还应考虑安全因素：安全方面应考虑材料的生产工艺、利用状态等对操作者健康和生命安 全的影响；制件加工与使用时对人体的危害；电气、火灾、卫生等方面是否符合有关标准及法律规定 的要求等。 选材时，应首先考虑保证制件质量和满足使用性能要求。在此前提下，应从经济上考虑选材， 尽可能选择价格低廉的材料或生产效率高、工模具设备费用低的材料，避免大材小用，造成浪费。 当几种材料均适合于同一使用目的时，选材应主要决定于材料的成本和加工成型费用。一般价 格昂贵的塑料品种只适用于有特殊性能要求的专用场合。 - 11 -

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