工程塑料的性能与应用

● 通用工程塑料
应用范围广，长期使用 温在150℃以下。 如：PA、POM、PC、PPO、 ABS、PBT、PET。 ● 特种工程塑料
性能高于通用工程塑料，特殊领域应 用，产量更小，价格贵。在200℃以上 其力学性能几乎不变。长期使用温度在 150℃ 以上。 如：PI（聚酰亚胺）、PPS、PSF、 PAI（聚酰胺酰亚胺）、SI（硅树脂）、 PEK（聚醚酮）、PEEK（聚醚醚酮）、 PAR（聚芳酯）等。
3）电绝缘性优异 大多数塑料均有优异的电绝缘性，介电损耗和耐电弧性可与 陶瓷相媲美。是电工和电子工业的原材料。
4）化学稳定性好 塑料的耐化学腐蚀性优于金属和木材，对酸、碱等普通化学 药品均有抗腐蚀能力。其中PTFE的耐蚀性最好，几乎所有强酸、 碱、强氧化剂和有机溶剂对PTFE均不起作用，但氟和熔态金属 钠除外。各类化工容器的内衬、管道以及化学剂的包装等应用 广泛。（PTFE硬度、刚性差，突出特点是耐热、耐寒、耐腐蚀、 摩擦系数小、自润滑性好。可在－200℃～250℃长期使用，分 解温度415℃，结晶转变温度327℃）
7）装饰性好 可着色范围广。可进行表面处理，如电镀、化学镀、印 刷等。可印制各种花纹、图案。作包装、广告等产品零件。 8）成形加工性好 塑料的加工温度一般在150℃—400℃之间，可用注射、挤 出、吹塑、压塑等方法成形。 比金属加工的能耗低、省工省时，生产周期短，效率高， 产生废料少，降低成本。若塑料加工能耗为1，则玻璃为 2.6，钢为4.5，铝材高达24。 金属加工中废品率、边角余料等高达50% ；塑料成型加工 中废料极少。如加工外径Φ100金属套，内径Φ80，备料： Φ110—120，内孔部分称为废料。
5）消声、减振、隔热、防护性好
塑料齿轮、轴承，可降低噪音、提高运转速度和平稳性，还 具有自润滑减摩作用。防潮、防透气、防辐射等。泡沫塑料广 泛应用于隔音、减振、绝热保暖材料。塑料门窗保暖性优于铝 合金（节能），比铝合金节能30%。飞机上雷达天线护罩大都 用玻纤增强塑料制造，其高频雷达波的透过性好。
比强度 1600（比重8.0）
320 （比重7.4） 1400—1500 （比重2.8） 1100 1500 1700
2800（ρ=1.73）
1600（ρ=1.8）
比刚度（E/ρ）也较高。在宇宙飞船中塑料占其材料总体 积的1/2。玻纤增强塑料在航空器上的应用逐年增加，目前 生产的各种飞机都用了玻纤增强塑料作为结构件。如我国生 产的直九飞机结构面积的75%为玻纤增强塑料和其他复合材 料。AD—200旅游机则全是玻纤增强塑料结构。（机身、翼、 尾、舱等 ）。 美波音747-300型机载客496人，重174吨。747—400，载 客670人，重150吨，波音公司将把45%的铝合金机翼改用碳 纤维增强塑料机翼重量减轻20%。 ● 导弹发动机用增强塑料后，重量比金属减轻45%，射程 由1600km增至4000km。 ● 玻纤增强塑料用作深水潜艇外壳，其潜水深度至少比 钢壳增加80%。
2）按聚合物的聚集态结构分
① 结晶型塑料（Crystal） 通常把结晶度大于30%的树脂称为结晶型树脂。结晶就是材 料内部分子有序的排列、能形成规则的结晶体。 如：PE、PP、PA、POM、PBT、PTEE等。
结晶型材料力学强度、刚性、韧性都较好，耐热及耐介质 性较好，透明性差，制品的光学和力学性能存在各向异性。 成型加工性能差。
② 非结晶型塑料（non-crystal）
结晶度小于15%左右的称为非结晶树脂。材料内部分子 相互间呈无序状态，杂乱无章地堆砌在一起。 力学强度低，脆性较大，耐热、耐介质性能偏低。透明 性好，光学与力学性能没有方向性。加工性能较好。 如：ABS、PS、PVC、PMMA、PC、PSF、PPS、CA等。
3）按用途分
① 通用塑料（General plastics） 特点：产量大，应用广，价格低，性 能一般。用作非结构材料，长期使用温度 100℃ 以下。 如：PE、PP、PVC、PS、PF、氨基六大 类。其ng plastics） 特点：产量小，价格较高，具有优良 的力学性能、电性能、化学性能及耐热性、 耐磨性和尺寸稳定性。可替代金属材料作 为工程结构材料。
（3）塑料的基本性能与用途
1）密度小，质量轻 塑料密度一般为0.83～2.2g/cm；大多为1.0～1.4 g/cm。 是钢的1/8～1/4，铝的1/2。泡沫塑料的密度更小， ρ=0.01 g/cm；PTFE的密度最大ρ=2.2 g/cm。
同样质量的塑料可比金属生产更多产品，如：
● 1吨钢可生产出Φ100mm的钢管100m。 ● 1吨塑料（PE）可生产出相同直径的管材500m。 八十年代美国统计，汽车用塑料后，每车平均减重
1.6 塑料的性能与应用
（1）塑料的基本概念
● 塑料 是由树脂加助剂组成，在一定温度和压力下，能 塑化流动并成型为一定形状和尺寸制品的材料。
树脂 助剂
塑料＝
+
树脂 是指分子量不固定的，在常温下呈固态、半固态或半 流动态的有机化合物。树脂分为天然和合成两种类型，合成 树脂是塑料的主体。在合成树脂中加入某些填加剂，如稳定 剂、填料、增塑剂、润滑剂、着色剂等，可以得到各种性能 的塑料品种。但塑料的性能主要取决于合成树脂的性能。
ABS塑料： （塑料合金）
1）结构单元： 丙烯晴(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体（共聚生成） 2）性质： 丙烯晴能提高强度、硬度、耐热性和耐腐蚀性； 丁二烯能提高韧性； 苯乙烯能提高电性能和成型加工性能。 ABS塑料具有较好的抗冲击性能、尺寸稳定性和耐磨性， 成型性好，不易燃，耐腐蚀性好，但不耐酮、醛、酯、氯代 烃类溶剂。 3）应用： 用于轻载齿轮、轴承，电器外壳，汽车部件，各类容器、 管道等。
6）透光性好 多种塑料可制成透明或半透明制品，用作 玻璃（车、仪表等）、容器、灯饰、镜片等。 光学塑料的冲击强度比光学玻璃（石英） 大10倍，不易碎。常用的有： PMMA、PS、PC等。还有CR—39(烯丙基二 甘醇碳酸酯)，SAN（苯乙烯—丙烯腈共聚 物），NAS（苯乙烯—甲基丙烯酸甲酯共聚 物）等。 光学塑料镜片重量轻，不易碎，安全性好。
3）机械强度和硬度不及金属 强度受温度影响大；硬度低。某些塑料在室温下受载荷作用会 产生蠕变。
4）耐候性差，易老化 在阳光、大气、热、机械力、水蒸气及微生物等外因作用下，
会产生老化现象，从而失去使用性能。紫外线（UV）照射足以使 聚合物分子链破裂，使塑料变色，最终脆裂和粉化。室外的热和 湿气又加快了UV降解的过程，其组合作用具有更大的危险性。 如变色、变脆、开裂等。 希望的塑料： 钢一样强；羽毛一样轻；玻璃一样透明；石英一样耐热
（4）塑料的弱点
1）耐热性、导热性差（隔热性好） 一般塑料制品的长期使用温度在100℃以下，个别可达200℃ 以上。比金属差很多。 塑料的导热系数只有钢的1/200—1/300，有色金属的
1/500—1/600。 塑料短期耐高温性，优于金属。如导弹、飞船等在太空返回
地面时，其头部在几秒至几分钟内将经受上万度左右的高温作 用。任何金属均熔化，使用高聚物材料，外部高温达万度，已 熔融分解，或烧蚀，但内部完好无损。 导热差：热防护、耐烧蚀，可保护导弹、火箭、宇宙飞行 器在承受高温、高速气流的冲刷作用时不损坏。 2）热膨胀系数大 比金属大3—10倍，易变形，尺寸稳定性差。
（2）塑料的分类
塑料材料的品种目前已有几千种，其性能从软到硬，从 韧到脆，从弱到强，覆盖了很大的范围。常用的有几十种。 通常的分类方法如图所示：
通用塑料 热塑性 塑料 塑 料 工程塑料 通用工程塑料
热固性 塑料
特种工程塑料
1）按塑料受热时的基本行为分类
① 热塑性塑料（Thermoplastic）（分子量在 104以上） 在一定温度范围内可反复被加热软化、融化和冷却硬化。 具有可逆过程。如：PE、PP、PC、PS、PVC、POM等。其 大分子一般呈线性链状或枝状结构，彼此独立，相互之间没 有化学键。分子通过分子间的作用力，如范德华力聚集在一 起。成型加工时，受热和压力作用，其分子间的缠结点被打 开，分子可以流动，彼此间的相对位置发生改变。分子在成 型过程中被冷却下来，进入新的位置，分子间以新的形式结 合在一起。 ② 热固性塑料(Thermosetting Plastics) (分子量小于 104) 在一定温度范围内可加热软化、熔融流动和固化。但固化 后便成为永久的“不溶不熔”物质，不再有可塑性。因聚合物 发生了化学反应，其分子间形成交联键，固化后的聚合物其 链状或枝状分子被结成网状结构，若再次加热，分子链不能 发生滑移。如：PF、EP、BMC、SI等。
180kg，每升汽油可多行驶0.4km，全美可节油1400万桶/
年，更有利于环保。（汽车每减重10%，可节省燃油8%）
2）比强度、比刚度高
抗拉强度平均为100MPa，但比强度高。如某些塑料的比 强度(σ/ρ) 接近甚至超过钢材，如玻璃纤维增强塑料的 比强度高于一般钢材。
材 料
合金钢 铸铁 硬铝 玻纤增强PC 玻纤增强PA 玻纤增强PES（聚酯） EP玻璃钢 PF玻璃钢