工程塑料及其应用

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其中以尼龙 66 和尼龙 6 为最大量约占 92%,尼龙 11 和尼龙 12 次之约占 6%,其余尼龙类约占 2%。但是因为电子业耐热温度的要求 越来越高,所以近年来高温尼龙的用料量逐年持续增加。所谓高温 尼龙计有尼龙 46、聚对苯芳香族尼龙(尼龙 6T、尼龙 9T、MXD 尼龙) 等在本章节会叙述说明。
尼龙 12 聚苯硫醚(PPS)
聚对苯二甲酸丁二酯 (PBT) 聚酰胺酰亚胺(PAI) 聚醚砜(PES) 聚醚醚酮(PEEK) 聚醚亚胺(PEI) 尼龙 46
聚对苯二甲酸酰胺 (PPA) 尼龙 6T 对称型聚苯乙烯(sPS) 尼龙 9T
1955 (法国) Atochem 1958 (德国)拜耳 Bayer
与尼龙 66 相似,但其耐热度较差,冲击强度较佳。因此较 常使用于运动器材。尼龙 66 较常用于汽机车、电子/电气 产业。 缺点: 与尼龙 66 相似,吸水性较高(吸水率约为 1.8%) 应用: 1. 民生用品:纺织、溜冰鞋、网球拍 2. 汽机车:汽车后视镜外壳。 3. 电子电气:连接器 4. 工业用:齿轮、薄膜
泛用工程塑料个论 PA- (Polyamide 聚酰胺)尼龙(Nylon)—
尼龙是最早发展而且是数量最多的工程塑料材料,常常有人会问
第二章 工程塑膠及其應用 7
为什么要称为尼龙呢? 最早是追溯到 1931 年美国杜邦公司卡洛斯发 现尼龙材料,在当时为一创世纪的发明,尼龙即为其商品名。正确 的说法,尼龙类塑料是表示塑料分子式内具有酰胺基(amide group —NH CO —)。尼龙的种类非常多,大致上分为三大类;内酰胺开环 聚合、二元胺和二元酸聚缩合反应、与对苯二甲酸聚缩合反应而得。
分造成成品内部气泡和银线等缺陷。 2. 不耐溶剂与油类。 3. 容易产生残留应变。 4. 受缺口效应,产品设计非常重要。
10 塑膠加工學
5. 耐摩擦与耐磨耗性差。 应用:
1. 民生用品:光盘片、相机、奶瓶、仪器外壳、安全帽、 安全镜片。
2. 汽机车: 3. 电子电气:继电器、插座、 4. 工业用:电动工具 5. 建筑: 采光板、装饰条
第二章 工程塑膠及其應用 1
第2 章
工程塑料及其应用 (Engineering Plastics and Their
Applications)
2 塑膠加工學
工程塑料(Engineering plastics)是二十世纪 50 年代以后,随着电子电 器、汽车、航天、通讯及国防工业等高技术产业的发展,在以泛用塑料为基 础之下,崛起的新类型的高分子材料。工程塑料一般而言是指【在较宽的温 度范围和较长期的使用时间,能够保持优良性能,并能承受机械应力做为结 构材料使用的一种塑料】。因此,工程塑料不仅可以代替金属作为结构性的 材料,随着高科技产业的发展,工程塑料的发展将成为未来不可缺少的高分 子材料。
4 塑膠加工學
℃ HDT=150
PI
PES PEI PAR PSU
PEEK LCP PA6T
PA9T
PA46 PPS
PCT sPS
PTFE
℃ HDT=100
PC m-PPO
ABS
PVC
PS
SAN
PMMA
PET PA66
POM PBT
PA6
PP PE
℃ HDT=250 ℃ HDT=150
Amorphous
另外自 1976 年柯达公司发表 p-羟基安息香酸改性的液晶性聚酯后开启
了液晶聚酯的研发,在半结晶与非晶性塑料之外另外有液晶行为的高分子材
料,由于其特殊的自我补强、特殊配向行为与耐高温特性,在航天与电子电
器用途用量越来越高。
以下列出主要工程塑料工业化的年代与首家商品化的公司名称。
工程塑料名称
工业化
首家商业化的公司
依化学组成分类,工程塑料可以分类为 聚酰胺类(俗称尼龙):为目前使用数量最多、种类最多的工程塑 料材料。常用的尼龙材料有— 尼龙 6、尼龙 66、尼龙 46、尼龙 11、尼龙 12、尼龙 6T、尼龙 9T、尼龙 610 等超过二十几种尼龙。 聚酯类: 聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二 酯(PET)、液晶聚合物(LCP)、聚苯酯(PHB)、聚芳酯(PAR)。 聚醚类: 聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK) 等。
半结晶型: 聚酰胺(PA, Nylon)、聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、 聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚苯酯(PAR)、聚醚醚酮(PEEK)、氟 树脂、对称性聚苯乙烯(sPS)等 非晶性:聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)、聚砜类(PSU)、聚芳酯(PAR)
最后以下面三角形的图说明,泛用塑料、泛用工程塑料与高性能工程塑 料的分类。
工程塑料的分类
工程塑料的分类如同其它的高分子材料一样,有很多种方法,例如耐热 特性、化学组成、结晶特性、应用领域或是特殊用途;但是最常用的是以耐 热性作为分类,简单叙述如下:
依耐热性分类,一般以长期使用温度(以美国 UL 相对温度指数(RTI) 表示):
RTI 在 100℃~150℃以上,称为泛用工程塑料。 RTI 在 150℃以上称为高性能工程塑料或称超级工程塑料。 另外也有人以热变形温度(HDT)来分类。
以下先介绍最常使用的尼龙 6 和尼龙 66,至于高温尼龙归类为 高性能工程塑料,留待高性能工程塑料材料再行介绍:
PA66 (Polyamide 6,6 聚酰胺 66)
为目前用料量最多的尼龙类材料。 特性: Tg: 65℃,Tm:255℃。 优点:
1. 耐磨耗,具自滑性。 2. 耐酸碱、耐油污、耐腐蚀。 3. 耐高温(HDT= 240℃) 4. 韧性佳,耐低温。 5. 抗潜变,机械强度高。 6. 具自熄性(UL 94 V-2)。 7. 电气性质,抗绝缘强度高。 8. 氧气透过率小。 缺点: 1. 吸水性高(吸水率为 1.3%),机械强度与电气性质受吸
PC (Polycarbonate 聚碳酸酯)
第二章 工程塑膠及其應用 9
聚碳酸酯自 60 年代发展之后,利用其优异的机械强度、高耐击 强度、耐热性与尺寸安定性,首先应用于电子电气、机械和汽车产 业。进入 70 年代利用其高透明度、耐冲击、质轻、阻燃与尺寸安定 性,因此适合做为采光板的使用。自 1980 年代美国 GE 和德国 Bayer 公司发展出光盘级 PC,从而将 PC 应用于 CD、VCD、DVD 等用途,用 料量大增,年增率达 11%以上,成为泛用工程塑料内成长最快速的 原料。
单聚聚甲醛与共聚聚甲醛的物性比较如下: 1. 单聚较好—熔点约高 10℃、抗张强度、弯曲强度以及热变形
温度。 2. 共聚体较好—伸长率、抗潜变、耐热劣化、耐碱、成型加工
的热安定性、成型范围等。 特性: Tg= -50℃, Tm=165℃(共聚) 175℃(单聚) ;一般 POM 在 190~230℃范围内有适当的黏度(103~104 poise)。POM 的流 动近似牛顿流体,押出式吹气成型容易发生垂下(draw down)问 题,所以在押出成型的精度保持不易,因此以射出成型为主。
自从尼龙 66 开发出来后,杜邦公司于 1959 年商业化聚缩醛(POM),由于
其高刚性、高硬度与机械强度,使得其逐渐取代金属,因此常被人称为塑料 钢。1958 年德国拜耳公司发展了聚酸酯(PC)进一步扩展结构性材料的应用, 加强了工程塑料的市场展有率。1964 年美国奇异公司发展了聚苯醚,热性质
与电气性质相当优异,但是加工性不佳,后了添加了耐冲击苯乙烯之后,成 功了开拓该原料的市场,也开启了工程塑料共混改质(alloy)的应用。1970 年美国赛拉尼斯公司发展聚对苯二甲酸丁二酯(PBT),成为五大泛用工程塑料 最后发展成功但是却是成长率最快的工程塑料材料。聚酰胺类(PA6、PA66)、 聚热塑酯类(PBT、PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)和聚甲醛(POM)等五大
1959 1960 1961 1964 1964 1965
1966 1968 1970
(美国)杜邦 E.I. Du Pont (美国)奇异电器 GE (美国)赛拉尼斯 Celanese (美国)杜邦 E.I. Du Pont (美国)奇异电器 GE (美国)联合碳化物 Union Carbide Corp. (德国)Hüls (美国)菲利浦 Philips (美国)赛拉尼斯 Celanese
尼龙 66 尼龙 6 聚四氟乙烯(PTFE)
年代 1939 1942 1945
(美国)杜邦 E.I. Du Pont (美国) I.G. Farben Industry (美国)杜邦 E.I. Du Pont
6 塑膠加工學
尼龙 11 聚碳酸酯(PC)(酯交换 法) 聚甲醛(POM)(单聚) 聚碳酸酯(PC)(光气法) 聚甲醛(POM)(共聚) 聚酰亚胺(PI) 聚苯醚(PPO) 聚砜(PSU)
类工程塑料因为其使用量大且应用面非常广,因此被称为五大泛用工程塑料。 1964 年美国杜邦公司成功开发出聚亚酰胺(PI)为迄今耐热性最佳的高
分子材料,PI 的出现更推动了高性能工程塑料的发展。之后发展出聚砜类树 脂(PSU)、聚苯硫醚(PPS)等耐高温材料。1980 年英国卜内门公司开发成功融 点 336℃的聚醚醚酮(PEEK)进而开辟了聚醚酮类系列的高性能树脂新领域。
8 塑膠加工學
湿影响。 2. 易氧化,容易变黄。 3. 耐酸性差。 应用: 1. 民生用品:纺织、渔具齿轮 2. 汽机车:水箱盖、滤油网、引擎室内连接器、输油管、
拉杆 3. 电子电气:连接器、卷线轴 4. 工业用:齿轮、薄膜、电动工具、集线束带
PA6 (Polyamide 6, 聚酰胺 6)
特性: Tg: 50℃,Tm:220℃。黏度范围在 102~104 poise,是属 于比较低的塑料,黏度对剪变速率的依存性较大,非牛顿流体的 特性强。结晶度虽然不大,约为 35%,但是结晶化速率非常快。 优点:
-
Semi-Crystalline
第二章 工程塑膠及其應用 5
工程塑Βιβλιοθήκη Baidu发展的历史
工程塑料做为塑料工业的重要分支在于 30 年代高分子理论中的高分子 结构与性能关系研究开始。最先提出来的是美国杜邦公司的卡洛斯(W.H. Carothers)于 1931 年发明尼龙 66,堪称为二十世纪百大科学发明之ㄧ。自 尼龙 66 开发来之后,许多的工程塑料陆续被研究及商业化。
1971 1972 1980 1981 1992 1995
(美国)阿莫科 Amoco (英国)卜内门 ICI (英国)卜内门 ICI (美国)奇异电器 GE (荷兰)帝斯恩 DSM (美国)阿莫科 Amoco
1989 1999 2000
(日本) 三井 Mitsui (美国)陶氏 Dow (日本) Kuraray
POM (Polyoxymethylene,Polyacetal 聚甲醛,聚缩醛)
杜邦公司于 1956 年推出” Derlin”聚甲醛树脂,宣称其能够取 代金属,也从此开始有【工程塑料】的名称出现。
聚甲醛分为单聚甲醛与共聚聚甲醛。共聚聚甲醛是单聚聚甲醛与 环氧乙烯(ethylene oxide)共聚合而成。亚洲地区是全球聚甲醛使 用量成长最快速的地区。电子电气与汽机车产业约占 65%以上的市 场。近年来聚甲醛为克服其韧性差与阻燃性不佳的问题,陆续开发 出各种合胶的应用。
第二章 工程塑膠及其應用 3
芳香族杂环聚合物: 聚酰亚胺(PI)、聚醚亚胺(PEI)、聚苯骈咪唑(PBI)等。 含氟聚合物: 聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、 聚氟乙烯(PVF)等。
就聚合物的型态,工程塑料可分为半结晶性(semi-crystalline)和 非结晶或称无定型(Amorphous)两大类。
特性: Tg: 140℃,因为 PC 为非结晶性材料,黏度对剪变速率的 依存性小,近似牛顿流体的特性,尤其是在低剪变速率范围几乎 是牛顿流体;黏度与温度的依存性大,在射出成型对于温度敏感 度高,对射出压力的敏感度小。黏度因等级的分子量多寡而定, 约为 104~105,属于高黏度的塑料材料。 优点:
1. 耐冲击性高(一般级冲击强度可达 70kgcm/cm)。 2. 透明高(透光率可达 89%,仅次于压克力树脂)。 3. 尺寸安定性佳。 4. 可制程食品级原料,符合美国 FDA 标准。 5. 具自熄性(符合 UL 94 V-2)。 6. 在环境温度-170℃~130℃的各个物性很安定。 7. 机械强度高,抗潜变性高。 缺点: 1. 聚吸湿性,加工干躁要求较高。加工熔融时很易因含水
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