什么是工程塑料?
工程塑料是指一類可以作為結(jié)構(gòu)材料，在較寬的溫度范圍內(nèi)承受機(jī)械應(yīng)力，在較為苛刻的化學(xué)物理環(huán)境中使用的高性能的高分子材料。
工程塑料發(fā)展于上世紀(jì)50年代，具有優(yōu)良的綜合性能，主要表現(xiàn)為剛性大，蠕變小，機(jī)械強(qiáng)度高，耐熱性好，電絕緣性好，可在較苛刻的化學(xué)、物理環(huán)境中長(zhǎng)久使用，可部分替代金屬作為工程結(jié)構(gòu)材料使用，在材料領(lǐng)域中占據(jù)非常重要的地位。工程塑料被廣泛應(yīng)用于電子電氣、汽車(chē)、建筑、辦公設(shè)備、機(jī)械、航空航天等行業(yè)，隨著材料技術(shù)及設(shè)計(jì)工藝的提升，工程塑料替代金屬材料應(yīng)用日益增多，以塑代鋼、以塑代木已成為國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)。
工程塑料的主要特性
1、質(zhì)量輕、相對(duì)密度小
工程塑料的相對(duì)密度一般在1.0~2.0之間，遠(yuǎn)低于金屬。自重輕，可替代一些傳統(tǒng)的金屬材料用于航空飛行器、車(chē)輛等領(lǐng)域。
2、較高的比強(qiáng)度
用玻璃纖維、碳纖維等纖維增強(qiáng)，可以大大提高抗張強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度與相對(duì)密度的比值一般在1500-1700，甚至高達(dá)4000(鋼1600，鋁1500)。拉伸強(qiáng)度是指材料產(chǎn)生最大均勻塑性變形的應(yīng)力。在拉伸試驗(yàn)中，試樣至斷裂為止所受的最大拉伸應(yīng)力即為拉伸強(qiáng)度，其結(jié)果以MPa表示。
3、突出的耐磨和自潤(rùn)滑性能
用工程塑料作摩擦零件，與耐磨金屬合金相對(duì)，磨耗量低于1：5，氟塑料更佳。
4、優(yōu)良的機(jī)械性能
在較寬的溫度范圍內(nèi)，許多工程塑料，尤其是增強(qiáng)的工程塑料有優(yōu)異的抗沖擊和耐疲勞性能。
5、優(yōu)良的電絕緣性
幾乎所有工程塑料都有優(yōu)良的電絕緣性和耐電弧的特性，可以躋身優(yōu)良絕緣材料行列
6、化學(xué)穩(wěn)定性
對(duì)酸、堿和一般有機(jī)溶劑都有很好的抗腐蝕性。
7、較好的制件尺寸穩(wěn)定性
8、有較高的耐熱性
一般的工程塑料在不同玻璃纖維增強(qiáng)時(shí)，UL長(zhǎng)期連續(xù)使用溫度都超過(guò)100℃，特種工程塑料的指標(biāo)一般都超過(guò)150℃。
9、優(yōu)良的吸震、消聲和對(duì)異物的埋沒(méi)性能
工程塑料作為運(yùn)動(dòng)零部件使用時(shí)，沒(méi)有金屬撞擊的噪聲，有優(yōu)良的吸震消聲性能。對(duì)于有磨粒存在的條件下，可以埋沒(méi)異物，不像金屬之前可能會(huì)咬死或刮傷。
10、良好的加工性能
工程塑料可以在較低的溫度下(通常400℃以下)，采用注塑、擠出、吹塑等方法進(jìn)行加工，制品可采用機(jī)械方法再加工，尺寸穩(wěn)定，成品的互換性強(qiáng)，模具費(fèi)用低，與加工金屬相比，可節(jié)省能耗50%左右，工時(shí)縮短，成品率高。
工程塑料主要種類
工程塑料的種類國(guó)內(nèi)通用的是聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺、熱塑料性聚酯、改性聚苯醚等五大工程塑料.
1、聚酰胺
(PA，俗名：尼龍)由于它獨(dú)特的低比重、高抗拉強(qiáng)度、耐磨、自潤(rùn)滑性好、沖擊韌性優(yōu)異、具有剛?cè)峒鎮(zhèn)涞男阅芏A得人們的重視，加之其加工簡(jiǎn)便、效率高、比重輕(只有金屬的1/7)、可以加工成各種制品來(lái)代替金屬，廣泛用于汽車(chē)及交通運(yùn)輸業(yè)。典型的制品有泵葉輪、風(fēng)扇葉片、閥座、襯套、軸承、各種儀表板、汽車(chē)電器儀表、冷熱空氣調(diào)節(jié)閥等零部件，大約每輛汽車(chē)消耗尼龍制品達(dá)3.6~4千克。聚酰胺在汽車(chē)工業(yè)的消費(fèi)比例最大，其次是電子電氣。
2、聚碳酸酯
(PC)既具有類似有色金屬的強(qiáng)度，同時(shí)又兼?zhèn)溲诱剐约皬?qiáng)韌性，它的沖擊強(qiáng)度極高，用鐵錘敲擊不能被破壞，能經(jīng)受住電視機(jī)熒光屏的爆炸。聚碳酸酯的透明度又極好，并可施以任何著色。由于聚碳酸酯的上述優(yōu)良性能，已被廣泛用于各種安全燈罩、信號(hào)燈，體育館、體育場(chǎng)的透明防護(hù)板，采光玻璃，高層建筑玻璃，汽車(chē)反射鏡、擋風(fēng)玻璃板，飛機(jī)座艙玻璃，摩托車(chē)駕駛安全帽。用量最大的市場(chǎng)是計(jì)算機(jī)、辦公設(shè)備、汽車(chē)、替代玻璃和片材，CD和DVD光盤(pán)是最有潛力的市場(chǎng)之一。
3、聚甲醛
聚甲醛(POM)是一種性能優(yōu)良的工程塑料，在國(guó)外有“ 超鋼”之稱。pom具有類似金屬的硬度、強(qiáng)度和鋼性，在很寬的溫度和濕度范圍內(nèi)都具有很好的自潤(rùn)滑性、良好的耐疲勞性，并富于彈性，此外它還有較好的耐化學(xué)品性。pom以低于其他許多工程塑料的成本，正在替代一些傳統(tǒng)上被金屬所占領(lǐng)的市場(chǎng)，如替代鋅、黃銅、鋁和鋼制作許多部件，自問(wèn)世以來(lái)，pom已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子電氣、機(jī)械、儀表、日用輕工、汽車(chē)、建材、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。在很多新領(lǐng)域的應(yīng)用，如醫(yī)療技術(shù)、運(yùn)動(dòng)器械等方面，pom也表現(xiàn)出較好的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
4、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯
(PBT)是一種熱塑性聚酯，非增強(qiáng)型的PBT與其它熱塑性工程塑料相比，加工性能和電性能較好。PBT玻璃化溫度低，模具溫度在50℃時(shí)即可迅速結(jié)晶，加工周期短。聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)被廣泛應(yīng)用于電子、電氣和汽車(chē)工業(yè)中。由于PBT的高絕緣性及耐溫性可用作電視機(jī)的回掃變壓器、汽車(chē)分電盤(pán)和點(diǎn)火線圈、辦公設(shè)備殼體和底座、各種汽車(chē)外裝部件、空調(diào)機(jī)風(fēng)扇、電子爐灶底座、辦公設(shè)備殼件。
5、聚苯醚
化學(xué)式簡(jiǎn)稱PPO，由2，6-二取代基苯酚經(jīng)氧化偶聯(lián)聚合而成的熱塑性樹(shù)脂，一般呈土黃色粉末狀。常用的是由2，6-二甲基苯酚合成的聚苯醚，具有優(yōu) 良的綜合性能，最大的特點(diǎn)是在長(zhǎng)期負(fù)荷下，具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性和突出的電絕緣性，使用溫度范圍廣，可 聚苯醚在-127～121℃范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。具有優(yōu)良的耐水、耐蒸汽性能，制品具較高的拉伸強(qiáng)度和抗沖強(qiáng)度，抗蠕變性也好。此外，有較好的耐磨性和電性能。主要用于代替不銹鋼制造外科醫(yī)療器械。在機(jī)電工業(yè)中可制作齒輪、鼓風(fēng)機(jī)葉片、管道、閥門(mén)、螺釘及其他緊固件和連接件等，還用于制作電子、電氣工業(yè)中的零部件，如線圈骨架及印刷電路板等。
工程塑料的應(yīng)用領(lǐng)域
1、工程塑料在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用亦日益增多，主要用于保險(xiǎn)杠、翼子板、燃油箱、儀表板等內(nèi)飾、車(chē)身板、車(chē)門(mén)、車(chē)燈罩、燃油管、散熱器以及發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)零部件等。
2、在機(jī)械領(lǐng)域，工程塑料可用于軸承、齒輪、絲杠螺母、密封件等機(jī)械零件和殼體、蓋板、手輪、手柄、緊固件及管接頭等機(jī)械結(jié)構(gòu)件上。
3、在電子電器領(lǐng)域，工程塑料可用于電線電纜包覆、印刷線路板、絕緣薄膜等絕緣材料和電器設(shè)備結(jié)構(gòu)件上。
4、在家用電器領(lǐng)域，工程塑料可用于電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)器、電視機(jī)、電風(fēng)扇、吸塵器、電熨斗、微波爐、電飯煲、收音機(jī)、組合音響設(shè)備與照明器具等。
5、在化工領(lǐng)域，工程塑料可用于熱交換器、化工設(shè)備襯里等化工設(shè)備上和管材及管配件、閥門(mén)、泵等化工管路中。
6、在建筑領(lǐng)域，工程塑料還被用于地板、壁紙、天花板、墻板、樓道、管材等方面。
工程塑料中必備的助劑及其作用
1、增塑劑
(1)一些玻璃化溫度較高的塑料，為了制取室溫下的軟質(zhì)制品和改善加工時(shí)的熔融流動(dòng)性能，就需要加入一定量的增塑劑。這些小分子量的油狀的增塑劑與高聚物有良好的相溶性，它們分布在高分子鏈之間，降低了它們分子間的作用力，從而在一定溫度和壓力下容易使分子鏈運(yùn)動(dòng)，達(dá)到加工成型的目的。因此，增塑劑有降低塑料玻璃化溫度及最低成型溫度的作用。通常玻璃化溫度的降低值與增塑劑的體積分量成正比。
(2)增塑劑可分為主增塑劑和副增塑劑兩大類：主增塑劑的特點(diǎn)是與樹(shù)脂的相溶性好、塑化效率高、耐遷移、低揮發(fā)性、低的油(水)抽出性、低溫柔性。副增塑劑的相溶性較差，主要是與主增塑劑一道使用以降低成本，所以也稱增量劑。
2、穩(wěn)定劑
我們都知道塑料制品在加工、貯存和使用過(guò)程中，在光、熱、氧的作用下，會(huì)發(fā)生褪色、脆化、裂開(kāi)的老化現(xiàn)象。為延緩和阻止老化現(xiàn)象的發(fā)生，必須加入穩(wěn)定劑。主要用來(lái)防止熱老化的，叫熱穩(wěn)定劑;主要用來(lái)防止氧化老化的，叫做抗氧劑;主要用來(lái)防止光老化的，叫做光穩(wěn)定劑，它們統(tǒng)稱為穩(wěn)定劑。當(dāng)今性能最優(yōu)秀的塑料穩(wěn)定劑是甲基錫熱穩(wěn)定劑(簡(jiǎn)稱181)，對(duì)硬質(zhì)聚乙烯(PVC)的壓延，擠塑，注塑和吹塑成型都非常有效。又由于它安全性高，所以特別用于食品包裝和高清晰度的硬質(zhì)聚乙烯制品，同時(shí)，它也被普遍應(yīng)用于塑料門(mén)窗，上水管道，裝飾材料中，以取代其他高毒性的塑料熱穩(wěn)定劑。它在美國(guó)，歐洲，日本得到了廣泛的應(yīng)用。近幾年，181甲基錫熱穩(wěn)定劑在我國(guó)開(kāi)始大量應(yīng)用。
3、阻燃劑
減緩塑料燃燒性能的助劑稱阻燃劑，根據(jù)阻燃機(jī)理的不同可分為四種類型：
(1)與塑料的分解產(chǎn)物相結(jié)合而產(chǎn)生一種可悶火焰的氣體，如三氧化銻與PVC分解時(shí)釋放出來(lái)的氯化氫反應(yīng)，即生成有熄火作用的三氯氧化銻。
(2)吸收燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量來(lái)冷卻塑料，以減緩燃燒速率如氫氧化鋁，氫氧化鋁是阻燃劑中用的最普遍的一種：它起填料、滅煙劑、阻燃劑的作用，同時(shí)價(jià)格低廉、對(duì)聚合物性能影響又小，所以它獲得應(yīng)用的增長(zhǎng)速率引人注目。
(3)提供一種與氧氣隔絕的涂層，如磷酸酯類，主要產(chǎn)品有磷酸三甲苯酯等，它們實(shí)際上也是一種有阻燃性能的增塑劑。
(4)能產(chǎn)生阻止燃燒反應(yīng)的游離基，這些游離基可與塑料反應(yīng)生成燃燒性能較差的產(chǎn)物。
4、發(fā)泡劑
發(fā)泡劑是一類受熱時(shí)會(huì)分解放出氣體的有機(jī)化合物，這些氣體留在塑料基材中便成為有許多細(xì)微泡沫結(jié)構(gòu)的泡沫塑料。作為一種良好的發(fā)泡劑應(yīng)具備下列條件：短時(shí)間內(nèi)放出氣體，放氣速度可以調(diào)節(jié)，分解放出的氣體應(yīng)是CO?、N?之類的惰性氣體，在塑料中容易分散和分解，分解溫度適當(dāng)，分解時(shí)發(fā)熱量不大，分解反應(yīng)是不可逆的，發(fā)泡劑無(wú)毒等。發(fā)泡劑中應(yīng)用最廣的是偶氮二甲酰胺。
5、偶聯(lián)劑
偶聯(lián)劑是指能改善填料與高分子材料之間界面特性的一類物質(zhì)。通常偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)中存在兩種官能團(tuán)：一種可與高分子基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或有較好的相容性;另一種可與無(wú)機(jī)填料形成化學(xué)鍵。如;硅烷偶聯(lián)劑，通式可寫(xiě)為RSiX3(R是與聚合物分子有親和力和反應(yīng)能力的活性官能團(tuán)，如乙烯基、氯丙基、環(huán)氧基、甲基丙烯?；?、胺基和巰基等;X為能夠水解的烷氧基，如甲氧基、乙氧基等)。增強(qiáng)劑或填料用偶聯(lián)劑處理后，可使其表面獲得一種化學(xué)改性，而在分散的無(wú)機(jī)相和連續(xù)的聚合物之間形成一種橋鍵，成為一種復(fù)合材料，提高增強(qiáng)劑或填料的作用，有機(jī)硅烷是最為廣泛使用的偶聯(lián)劑，而有機(jī)鈦酸酯是一種更高效的偶聯(lián)劑。
6、交聯(lián)劑
交聯(lián)劑主要用在高分子材料(橡膠與熱固性樹(shù)脂)中。因?yàn)楦叻肿硬牧系姆肿咏Y(jié)構(gòu)是線性結(jié)構(gòu)，沒(méi)交聯(lián)時(shí)強(qiáng)度低，易拉斷，且沒(méi)有彈性，交聯(lián)劑的作用就是在線型的分子之間產(chǎn)生化學(xué)鍵，使線型分子相互連在一起，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這樣提高橡膠的強(qiáng)度和彈性，橡膠中用的交聯(lián)劑主要是硫磺，另外要加促進(jìn)劑。一般的交聯(lián)劑多指有機(jī)過(guò)氧化物，如聚乙烯的交聯(lián)劑可使用過(guò)氧化二異丙苯。
7、成核劑
成核劑是適用于聚乙烯、聚丙烯等不完全結(jié)晶塑料，通過(guò)改變樹(shù)脂的結(jié)晶行為，加快結(jié)晶速率、增加結(jié)晶密度和促使晶粒尺寸微細(xì)化，達(dá)到縮短成型周期、提高制品透明性、表面光澤、抗拉強(qiáng)度、剛性、熱變形溫度、抗沖擊性、抗蠕變性等物理機(jī)械性能的新功能助劑。
8、增強(qiáng)材料和填料
在許多塑料中，增強(qiáng)材料和填料占有相當(dāng)?shù)谋戎兀绕涫窃鰪?qiáng)塑料和鈣塑材料。主要目的是：為了提高塑料制品的強(qiáng)度和剛性，一般加入各種纖維材料或無(wú)機(jī)物。最常用的增強(qiáng)材料有：玻璃纖維、石棉、石英、炭黑、硅酸鹽、碳酸鈣、金屬氧化物等。
9、潤(rùn)滑劑
高聚物在熱加工過(guò)程中，往往要加入少量的潤(rùn)滑劑才能加工，達(dá)到脫模方便的目的。潤(rùn)滑劑可以分為內(nèi)外兩種：外潤(rùn)滑劑與內(nèi)潤(rùn)滑劑。外潤(rùn)滑劑主要作用是使聚合物熔融體能順利地離開(kāi)加工設(shè)備的熱金屬表面而有利于它的流動(dòng)，外潤(rùn)滑劑與聚合物的相溶性較差，只是在聚合物與金屬的界面處形成薄薄的潤(rùn)滑劑層。內(nèi)潤(rùn)滑劑與聚合物有良好的相溶性，能降低聚合物分子間的內(nèi)聚力，從而有助于聚合物的流動(dòng)和降低由內(nèi)摩擦熱所致的升溫。最常用的外潤(rùn)滑劑是硬脂酸及其金屬鹽類，內(nèi)潤(rùn)滑劑是低分子量的聚乙烯等。
10、脫模劑
脫模劑是一種介于模具和成品之間的功能性物質(zhì)。脫模劑有耐化學(xué)性，在與不同樹(shù)脂的化學(xué)成份(特別是苯乙烯和胺類)接觸時(shí)不被溶解。脫模劑還具有耐熱及應(yīng)力性能，不易分解或磨損;脫模劑粘合到模具上而不轉(zhuǎn)移到被加工的制件上，不妨礙噴漆或其他二次加工操作。由于注塑、擠出、壓延、模壓、層壓等工藝的迅速發(fā)展，脫模劑的用量也大幅度地提高。
11、著色劑
著色劑是不能溶于普通溶劑化學(xué)物質(zhì)，故要獲得理想的著色性能，需要用機(jī)械方法將顏料均勻分散于塑料中。無(wú)機(jī)顏料熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性優(yōu)良，價(jià)格低，但著色力相對(duì)差，相對(duì)密度大;有機(jī)顏料著色力高、色澤鮮艷、色譜齊全、相對(duì)密度小，缺點(diǎn)為耐熱性、耐候性和遮蓋力等性質(zhì)不如無(wú)機(jī)顏料。著色劑主要包括色母粒和熒光增白劑。
12、色母粒
色母粒是一種把超常量的顏料或染料均勻載附于樹(shù)脂之中而制得的聚集體。其基本組成包括：顏料或染料、載體、分散劑、添加劑;具有以下優(yōu)勢(shì)：利于保持顏料的化學(xué)穩(wěn)定性和顏色穩(wěn)定性，提高顏料的分散性，操作簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)色容易，環(huán)境干凈，節(jié)省時(shí)間和原材料。
13、熒光增白劑
熒光增白劑是一種熒光染料，或稱白色染料，也是一種復(fù)雜的有機(jī)化合物，它的特性是能激發(fā)入射光線產(chǎn)生熒光，使所染物質(zhì)獲得類似螢石的閃閃發(fā)光的效應(yīng)，使肉眼看到的物質(zhì)很白。按照熒光增白劑的母體分類，大致可將它們分為碳環(huán)類、三嗪基氨基二苯乙烯類、二苯乙烯-三氮唑類、苯并噁唑類、呋喃，苯并呋喃和苯并咪唑類、1，3-二苯基-吡唑啉類、香豆素類、萘酰亞胺類和雜類等九類。
14、抗靜電劑
抗靜電劑起著消除或減少塑料制品表面產(chǎn)生靜電的作用?？轨o電劑大多數(shù)是電解質(zhì)，它們與合成樹(shù)脂的相溶性有限，這樣可以遷移至塑料表面，達(dá)到吸潮和消除靜電的作用。
15、抗菌劑
隨著人們安全意識(shí)的不斷增強(qiáng)，越來(lái)越多的人開(kāi)始購(gòu)買(mǎi)抗菌類的塑料制品。而抗菌塑料中都會(huì)用到抗菌劑?？咕鷦┲改軌蛟谝欢〞r(shí)間內(nèi)，使某些微生物(細(xì)菌、真菌、酵母菌、藻類及病毒等)的生長(zhǎng)或繁殖保持在必要水平以下的化學(xué)物質(zhì)。抗菌劑是具有抑菌和殺菌性能的物質(zhì)。
由于工程塑料具有優(yōu)異性能，也更加符合節(jié)能環(huán)保潮流，近來(lái)工程塑料已被廣泛應(yīng)用于電子電氣、汽車(chē)、建筑、辦公設(shè)備、機(jī)械、航空航天等行業(yè)，以塑代鋼、以塑代木已成為國(guó)際流行趨勢(shì)。工程塑料已成為當(dāng)今世界塑料工業(yè)中增長(zhǎng)速度最快的領(lǐng)域，其發(fā)展不僅對(duì)國(guó)家支柱產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)起著支撐作用，同時(shí)也推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整。未來(lái)十年，我國(guó)將逐步從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變，工程塑料使用量會(huì)將會(huì)日益升溫，而且迫于成本壓力，市場(chǎng)對(duì)材料本土化的呼聲也越來(lái)越高，這將會(huì)給國(guó)內(nèi)供應(yīng)商帶來(lái)無(wú)限的商機(jī)和廣闊的應(yīng)用前景。
