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工程塑料的六大性能对比

文章出处:人气:-发表时间:2015-11-14 12:26【

工程塑料的性能各有不同,正是因为这些各异的性能,才会有不用的材料应用在不同的领域,下面我们就一起看看,不同的工程塑料的一些性能对比。

1.工作温度
2.
硬度
3.
耐冲击强度
4.
抗撕裂强度
5.
耐紫外辐射性能
6.
耐伽玛射线性能

 

1.工作温度
选择材料时需要考虑的一个关键因素就是材料的耐热性。通常来讲,如果想使材料的最大工作温度提高就相应需要增加更多的成本。填充剂的加入能够极大地提高材料的硬度和热变形温度,而且,对于高性能的和专用的聚合物来说,玻璃纤维的加入能使成本大辐下降。所以,通常在聚合物填充玻璃纤维中来提高材料的性能及降低成本。

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图1: 填充30%玻璃纤维的聚合物的最大工作温度和热变形温度

注:高性能材料一般会加入碳纤维来提高材料的硬度和热变形温度。与玻璃纤维相比,其优点:

1.硬度更高

2.密度更低

3.良好的导电性

4.良好的摩擦性能

因为这些原因,碳纤维经常被用在汽车的燃料输送线和燃料系统上。

 

2.硬度

金属相对于塑料最大的优点之一就是它们具有很高的硬度(平均值比较要比塑料的高8倍)。然而,在许多实际应用中,并不需要这么高的硬度,如果有必要的话,还可以通过灵活的设计、骨架增强和低密度来进行补充。 填充剂和纤维的加入都可以极大地提高材料的硬度。在很多情况下,硬度也是材料一个关键的性能。

当表面外观并不是一个主要关心的问题时,玻璃纤维由于其高的性价比被经常使用。然而,玻璃纤维会使材料产生各向异性,降低了它的加工性能,同时易磨损。

当需要关注产品的外观时,则可以加入一些矿石填充剂,如碳酸钙、滑石、硅灰石、云母都是很好的选择。然而材料的硬度和热变形温度都要比填充玻璃纤维的材料低很多。档次较高的产品,可以选用碳纤维作为填充剂,它可以赋予材料非常高的硬度。填充碳纤维的其它优点有:导电性、极好的摩擦性能、低密度。

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图2:常用来替代金属的聚合物的硬度(未填充的和填充了30%玻璃纤维的材料)

填充玻璃纤维的高结晶度的聚合物的弯曲模量高于10GPa:聚丁二醇酯PBT,聚甲醛POM,聚乙二醇酯PET,聚苯硫醚PPS,聚醚醚酮PEEK,液晶树脂LCP。在这些材料中,液晶树脂LCP具有最高的硬度且有最高的各向异性。

 

3.耐冲击性能

在许多实际应用中,耐冲击性能是一个关键的性能。在这些材料中,对于未填充的材料,聚碳酸酯PC和它的混合物:聚碳酸酯PC/ABS树脂和聚碳酸酯PC/聚丁二醇酯PBT具有高的耐冲击性能。当持续工作温度不超过100-120°C时,这些材料都是极好的选择。对于填充玻璃纤维的材料有更高的硬度,液晶高分子LCP表现了杰出的性能。

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图:室温下常用的替代金属的聚合物的冲击性能(未填充的和填充了30%玻璃纤维的)

冲击性能改性剂的影响
冲击性能改性剂的添加能够使许多脆性聚合物材料的韧性得到很大的增强。聚合物的韧性由它自身、冲击改性剂的份量和改性剂在基体中分散的质量共同决定。然而,在所有的情况下你必须和硬度、耐化学性和加工性能相结合折衷考虑

4.抗撕裂性能
塑料替代金属的一个很有前景的领域就是磨擦应用方面,例如齿轮、泵转子、引擎部件、刹车部件、滑动部分等等。在这一领域,塑料具有以下优点:设计的灵活性减轻重量、不使用润滑自润滑性、降低噪声。因为这些迫切的应用需要,就要求材料具有低的动态摩擦和好的耐磨损性,以避免在接触的界面上生热,因此要做到以下几点:避免机械性能的降低、使材料的磨损最小化、避免平滑现象。只有很少的材料自身就具备很好的自润滑性和耐磨损性,因此,材料本身的这些性能通常不能满足工业的要求,因为这个原因,磨擦材料常含有层状填充剂、硅油和一些聚合物这些物质,聚四氟乙烯PTEE就是商品中常使用的一种聚合物。在某些情况下,最终材料的选择也将依赖于工作温度、硬度或耐化学性。

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图:常见塑料的硬度和热变形温度

常用的用于降低材料摩擦系数的组分有:石墨、氧化钼、聚四氟乙烯PTEE、硅油或高分子量的硅树脂。

添加碳纤维也是一个不错的选择,特别是对于那些需要非常高的硬度的应用场合。
添加碳纤维的润滑配合体系(聚四氟乙烯PTEE和有机硅或无机硅)将会使材料具备相当低的动态摩擦系数。

 

5.耐紫外辐射性能

当一个制品持续暴露于紫外光下,或者它被用于户外,这样的材料需要有极好的耐紫外辐射性能。这样的应用如汽车、运输工具、照明设备等等都需要有极好的耐气候性。按照一般的规则解决聚合物的耐紫外辐射性能是不可行的,因为这极大地依赖于材料的化学结构和特殊的老化机理。含有双键的聚合物通常对紫外光更为敏感(如ABS树脂)。在很多情况下,应用于耐紫外辐射的材料含有紫外光稳定剂或者碳黑。

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图:常用塑料耐紫外辐射性能。

助剂对抗紫外性能的影响

冲击性能改性剂
添加冲击性能改性剂的材料通常比不加的基体本身耐紫外辐射性能更差,这个规则对于含有双键的聚合物进行冲击性能改性后更为准确,如三元乙丙橡胶EPDM,抗冲改性剂MBS树脂,丁二烯-苯乙烯共聚物SBS树脂。

酸类和基团的影响

酸和基团的影响来自于聚合过程、添加剂的分解、填料和外部环境(如化工厂),它们对于材料的耐气候性有负面影响。聚合物如聚碳酸酯或聚酰胺中少量或痕量的基团(氢氧化钠、胺)对材料的耐气候性也有不利的影响。这些基团能常会促使酯基交换反应,从而导致聚合物老化和泛黄。

注:在聚碳酸酯中只要有痕量的ppm级的钠就足以使材料的颜色稳定性、水解稳定性和最终的老化性能受到极大的影响。
因为这些原因,聚合物的纯度和添加剂的纯度就必须受到重视,它们是提高材料的耐气候性时需要考虑的至关重要的因素。

 

6.耐伽玛射线性能

在一些专用的场合里,材料要经常暴露在伽玛射线下,这特别是在一些医疗应用上,经常需要进行定期的杀菌消毒。通常,含有双键或者大量脂肪族单元的材料不具备好的耐伽玛射线的能力。

例如一些对伽玛射线耐受力很差的材料,如:ABS树脂, 聚甲醛POM, 聚丙烯PP.在医疗应用上,如外科手术工具、牙科工具、过滤的器具等等,这些材料都应当有好的耐水性,耐蒸汽性和好的耐化学性。
对于要求高的场合,一些材料,例如PSU, PPSU, PEEK, LCP, PEI,都是极好的选择,对于要求稍低的场合,聚碳酸酯是一个有很好性价比的选择。

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图:各种塑料的耐伽玛射线能力

 

 


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