塑料材料的选用

塑料材料的选用第七章塑料材料的选用原则迄今为止，已见报道的树脂种类达到上万种，实现工业化生产的也不下千余种。

塑料材料的选用就是在众多的树脂品种中，选择—个合适的品种。

韧看起来，可供我们选择的塑料品种太多，有令人眼花缭乱的感觉。

但实际上并不是所有〕：业化的树脂品种都获得了具体应用，而我们在第三章一第七章介绍过的树脂品种已接近百种，可占实际实用应用树脂品种的95％左右。

而且，在具体应用中，最常用的树脂品种也不外乎二、三十种。

因此，我们所指的塑料材料的选用，并不是漫无边际的选择，而是在我们前而介绍过的常用树脂品种中选用。

选择范围不是很广，可选品种不是很多，往往只局限十几个品种之间。

在实际选用过程中，有些树脂在性能上十分接近，难分仲伯。

究竞选择那一种更为合适?需要多方考虑、反复权衡，才可以确定下来。

因此说，塑料材料的选用是一项十分复杂的工作．可遵循的规体并不十分明显。

有一点需提醒读者特别注意，从各种书刊上引用的塑料材料性能数据，都是在特定条件下测定的，这些条件可能与实际工作状态差别较大。

我们在引用时一定要注意与我们的使用条件和使用环境是否相吻合，如不吻合则要将所引数据转换成实际使用条件下的性能或核实际使用条件重新测定。

例如，各种强度都是在一定温度下测定的，不同温度下的强度值差别很大；冉如，热变形温度都是在一定负荷下测定的，我们在选用时一定要注意两者的负荷是否吻合。

作者根据多年的：[作、学习和实践经验，总结了一些塑料材料选用的规律性东西，姑且称为塑料材料的选用原则，下面分别介绍这些选用原则。

面对一个要开发制品的设计图纸，选材应遵循如下步骤。

首先要确定这个产品是否可选用塑料材料制造；其次，如果确定可用塑料材料来制造，究竞选用哪种塑料材料是进一步需要考虑的因素。

究竞选用哪种塑料材料最合适呢?我们往往从以下因素中考虑。

②制品的成本④原料的来源上述各种因素将在以下篇幅中一一详细叙述用时参考。

第一节塑料材料的适应性任何一种材料都不可能尽善尽美，总合存在这样或那样的不足．从而限制了在某些特定场合的应用。

例如，金属材料的而腐蚀性不好，玻璃和陶瓷材料的韧性不好，本材的强度及防腐蚀性低。

塑料材料做为一种新型高分子材料，在众多材料中具有很多突出的性能，也有其自身的局限性，但同其他材料相比，其局限性较小，应用范围较广。

一、各种材料的性能比较目前应用的材料有金属、玻璃、陶瓷、水泥、石材料、橡胶及纤维等，按材料的性质不同可进行如下分类：属材料——钢、铁、铝、铜、铅、锌及合金等广无机材料——玻璃、陶瓷、石材、水泥：kg““L‘m“”——3S殿33激不同品种材料的性能比较如表7—1所示。

表7。

1 不同品种材料的性能从表7—1中可以看出，不同材料的性能大不相同。

在强度方面．以金属材料最好，特种陶瓷和纤维增强工程塑料次之；在比强度方面，以金属铝和增强工程塑料最好；冲击强度以金属、塑料为好在耐热方面，以陶瓷、金属和陶玻璃最好，塑料次之，木材最小；密度以塑料和木材最小，木村中以泡桐最轻，塑料中以泡沫塑料最轻；线膨胀系数以塑料最大，陶瓷最小；导热性以塑料、木材最小，玻璃、陶瓷次之，金属最大。

二、不宜选用塑料的条件塑料材料虽具有很多优点，其综合性能又最好，但它计不是无所不及的万能材料。

在有些使用条件要求苛刻的场合，塑料往往不能使用，只能由其他材料取而代之。

一般情况，在下列使用条件下，建议不宜选用塑料材料而应选用其他材料。

(1)要求材料强度特别高用超强纤维增强的工程塑料显强度会大幅提高，并且比强度高于钢。

但在大载荷应用场合，如拉伸强度超过300MPa时，塑料材料仍满足不了需要。

此时只好用高强度金属材料或超级陶瓷材料了。

(2)要求耐热温度高塑料的最高使用温度一般不超过枷℃，面且大多数塑料的使用温度都在100—260℃范围内；只有不熔聚酰亚胺、液晶聚合物、聚苯酯、聚苯并眯陛(PBI)、聚砌二苯基硅氧烷(PBP)的热变形温度可大于300℃。

因此，如果使用环境的温度长期超过枷℃，几乎没有塑料材料可供选用；如果使用环境的温度短期超过400℃，甚至达到500℃以上，并且无较大的负荷，有些耐高温塑料可短时使用。

不过以碳纤维、石墨或玻璃纤维增强的酚醛等热固性塑料很特别，虽然其长期耐热温度不到200℃，但其瞬时可耐上千度高温，可用做耐烧蚀材料，用音：导弹外壳及宇宙飞船面层材料。

(3)要求尺寸精度高由于塑料材料的成型收缩率大且不稳定，塑料制品受外力作用时产生的变形大，热膨胀系数比金属大几倍。

因此，塑料制品的尺寸精度不高，很难生产高精度产品。

不同塑料材料可生产制品的精度如表7—2所示，从表中可以看出，对于L、2级精度的制品，建议尽可能不要选用塑料材料，而选用金属或高级陶瓷。

表7—2不同塑料材料对应的产品精度(4)高绝缘性材料在超高压电力输送环境中，要求绝缘材料的耐电晕性特别突出。

而塑料材料除PE、N及XI‘PE的耐电晕性较好外，其他塑料的耐电星件都不好。

但PtPI及xLPE的耐电晕性只可用于550kv以下的高压，对于超过550kv以上的超高压绝缘材料，几乎没有一种塑料材料可以满足需要了。

此时，建议选用云母等其他绝缘材料。

(5)高导电材料理料材料素以绝缘性能好而著称．但近年来开发出不少导电性塑料品种，具体有聚乙炔、聚苯胺、聚毗咯、聚唆吩等，这些导电树脂的导电性能接近于导电金属。

但在目前的开发阶段，塑料导体仍存在诸多不足。

例如，导电性能不高，强度低，原料价格十分昂贵，成型加工困难。

为此，在最近一段时期内，除非使用环境特殊需要(如质轻、形状复杂、耐腐蚀等)．建议不用塑料材料做高导电材料，而选用导电金恳材料。

(6)高磁性材料传统的磁性材料一直为铁氧体和稀土两类。

近年来开发的磁性塑料材料一直为树脂与磁粉的复合材料，其磁性不高，只能用于对磁性要求不高的场合。

最近，对磁性塑料材料的开发已取得一些进展，有报道已合成的磁性树脂有：①聚双2，6—pb促基辛二脂，磁性可与磁铁相匹敌，颜色为黑色；②金属钒与四氰乙烯的聚合物，可在77℃以下保持较好的磁性；②聚碳稀、聚席夫碱的铁整合物。

但真正用做高磁性材料的还没有，只是处于研究开发阶段。

因此，建议目前不要选用塑料材料用做高磁性材料，而低磁性材料可选用复合磁性塑料材料。

三、选用塑料的适宜条件在下列所介绍的各种情况下，建议选用塑料材料o(1)要求制品轻质塑料材料的相对密度在o．83—2．2范围内，在众多材料中只比木材的相对密度稍高一点(木材的相对密度在0．28一o．98范围内)，而且泡沫塑料材料的相对密度会更低，其相对密度在0．1—0．4范围内，高发泡塑料制品的相对密度甚至比0．1还耍低许多。

为此，在制品特别强调轻重．而木材又不能满足需要时．一般选用塑料或泡沫塑料。

(2)要求制品比强度高比强度为材料的强度与材料的相对密度比值。

在各种材料中，塑料材料具有最高的比强度，比特种合金铝还要高，具体参见表7—1所示。

在一些既要求减重又要求高强度的中、低载荷使用环境中，塑料材料是最合适的材料品种，如各种交通工具中的结构部件，都可用相应的塑料代替。

在汽车工业中，塑料结构件的使用量已达到6％以乙而且正逐步增长；在飞机、轮船及航天工具上．使用塑料材料减重的意义更巨大。

(3)制品的形状复杂在各种材料中，塑料具有易加工的特点，它适于成型形状复杂的制品。

对于形状复杂的制品，宜采用易加工的塑料材料，用注塑方法成型。

例如——个汽车用油箱，用金属材料制造，有5个部件组成．需要23道工序，加工费占50％；用塑料材料制造，有三个部件组成，只需3道工序，加工费仅为20％一30％。

(4)中低载荷作用下的结构制品由于塑料材料在强度上不及高强度金属材料和特种陶瓷材料，且其强度值随温度、湿度的升高而迅速下降。

所以，它不适于连续高温且有载荷作用场合使用．只适用丁中低温度下、中低载荷作用的结构制品。

例如，上述使用条件下的齿轮、轴承等。

(5)要求制品的耐腐蚀性好塑料具有很高的耐腐蚀性，其耐腐件仅次于玻璃及陶瓷材料。

不同品种塑料的耐腐蚀性不同，在塑料中聚四氟乙烯的耐腐蚀性最好，可耐各中强酸、强碱及强氧化剂；其他塑料大都不耐强蘸、强碱及强氧化剂。

一些化工管道、容器及需要润滑的结构部件都宜应用耐腐蚀塑料材料制造。

(6)要求综合性能好的制品在所有材料中，塑料材料的综合性能最高。

以PC及PSF为例，在其大分子中，同时具有刚、韧、硬的性能，即同时具有拉伸、弯曲、压缩、剪切、冲击、耐磨，又具有耐腐蚀、电绝缘性优异等优点。

因此，在一些要求综合性能好的制品，加机械性能、热性能、电性能、环境性都要求时，应选用塑料材料。

(7)要求具有自润滑性的制品很多塑料品种都具有优异的自润滑性．如PA、PoM、UHMwPE、PI及N等。

在很多场合，摩擦接触的结构制品禁止使用润滑剂，以防止污染，如食品、纺织、日用及医药机械等。

用自润滑性塑料材料制造运动型结构制品，不经润滑即可正常运动，而且可避免污染。

如我们日常生活用的拉链，常选用PA、PoM等自润滑材料制造。

(8)要求制品具有防震、隔热、隔音性能沫塑料同时具有优异的防震、隔热、隔音性能!相近的性能，而其他材料都无可比拟。

塑料尤其是泡只有木材具有在防震应用上，软质PU、PE、PS泡沫塑料最为常用。

其中软质PU泡沫塑料常用于体育器材，而PE、PS常用于防震包装。

在隔热应用中，常用硬质PU、Ps、PF和服醛等泡沫塑料。

在隔音应用中，PS泡沫塑料最常用。

第二节塑料制品的使用性能塑料制品的使用性能即塑料制品在实际使用中需要的性能。

我们在选用塑料材料时，首先要考虑的是塑料制品需要什么样的使用性能，也就是说塑料制品的使用性能是我们选用材料的首要考虑因素。

我们所选塑料材料本身具有的性能必需满足制品的使用性能要求，这样用这种材料制造的制品才可达到产品的设计目的。

对于一个特定的塑料制品而言，往往需要很多性能。

在具体选用时，首先须将众多性能分为主要性能、相关性能和次要性能。

这样在选用时可分清主次，抓住主要矛盾，将选用过程简单化。

塑料制品的主要性能、相关性能和次要性能的重要性不同，其排列依次如下：主要性能——它是决定制品使用性能的关键性能，是材料必须具备的性能；相关性能——它是为制品主要件能服务的辅助性能料最好有的性能；次要性能——它是与制品使用性能关系不大的性能料可有可无的性能。

例如，用于高压绝缘的塑料制品，在其要求的使用性能中，各种性能的作用如下：主要性能——包括材料的耐电晕性能及介电性能；相关性能——包括材料的体积电阻串、介电常数耗、耐候性能、耐热性能等；次要性能——包括材料的机械性能、阻燃性能、能、成本高低、表而性能等。

再如，用于盛装硫酸的瓶子，在其要求的使用性能中种性能的作用如下：主要性能——材料的耐硫酸腐蚀性要好；相关性能——包括材料的耐压性能、跌落冲击性能等次要性能——包括材料的透明性能、阻隔性能、耐候性能等。