常用结构设计材料：工程塑料篇

常用结构设计材料：工程塑料篇
塑胶材料：
热塑性塑料：热塑性塑料是一类应用最广的塑料，以热塑性树脂主要成分，并添加各种助剂而配制成塑料。

在一定的温度条件下，塑料能软化或熔融成任意形状，冷却后形状不变；这种状态是可逆的可多次反复而始终具有可塑性，且这种反复只是一种物理变化，称这种塑料为热塑性塑料。

常见的有：ABS、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚甲醛（POM），聚碳酸酯（PC），聚酰胺（尼龙）、丙烯酸类塑料、其
它聚烯烃及其共聚物、聚砜、聚苯醚。

1、ABS塑料：通常为浅黄色或乳白色的粒料非结晶性树脂。

使用最广泛的工程塑料之一。

其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工。

具有优良的综合物理和机械性能，极好的低温抗冲击性能。

尺寸稳定性。

电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性、成品加工和机械加工较好。

ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中,不耐硫酸腐蚀，遇硫酸就粉碎性破裂。

ABS树脂热变形温度低可燃，耐候性较差。

熔融温度在217-237℃，热分解温度在250℃以上。

大部分ABS是无毒的，不透水，但略透水蒸气，吸水率低，室温浸水一年吸水率不超过1%而物理性能不起变化。

ABS树脂制品表面可以抛光，能得到高度光泽的制品。

用途：机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。

软化点：101℃
2、聚乙烯（PE）：乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。

在工业上，也包括乙烯与少量α-烯烃的共聚物。

聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能（最低使用温度可达-100-70°C），化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸）。

常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性优良。

聚乙烯化学稳定性较好，室温下耐稀硝酸、稀硫酸和任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨水、胺类、过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾等溶液。

但不耐强氧化腐蚀，如发烟硫酸·浓硝酸、铬酸与硫酸的混合液。

在室温下上述溶剂会对聚乙烯产生缓慢的侵蚀作用，而在90-100℃下，浓硫酸和浓硝酸会快速地侵蚀聚乙烯，使其破坏或分解。

在大气、阳光和氧的作用下，会发生老化，变色、龟裂、变脆或粉化，丧失其力学性能。

在成型加工温度下，也会因氧化作用，使其熔体发生变色、出现条纹，故而在成型加工和使用过程或选材时应予以注意。

正因为聚乙烯拥有如上特质，容易加工成型，因此聚乙烯的再生回收具有非常深远的价值。

用途：聚乙烯可用吹塑、挤出、注射成型等方法加工，广泛应用于制造薄膜、
中空制品、纤维和日用杂品等。

低密度聚乙烯广泛用作各种食品、衣物、医药、化肥、工业品的包装材料以及农用薄膜。

也可用挤出法加工成复合薄膜用
于包装重物。

用注射成型法生产的杂品包括日用杂品、人造花卉、周转箱、小
型容器、自行车和拖拉机的零件等；电冰箱容器、存储容器、家用厨具、密封盖等；制造结构件时要用高密度聚乙烯。

高强度聚乙烯纤维（强度可达3～
4GPa），可用作防弹背心，汽车和海上作业用的复合材料。

软化点：110℃
3、聚丙烯（PP）:通常为半透明无色固体，无臭无毒。

耐热、耐腐蚀，制品可用蒸汽消毒是其突出优点，连续使用温度可达110-120℃。

密度小，是最轻的
通用塑料。

缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性予以克服。

聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内, 共聚物型的PP材料有较低的热变形温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度，PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。

PP的维卡软化温度为150℃。

由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。

PP不存在环境应力开裂问题。

化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定，但低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使聚丙烯软化和溶胀，同时它的化学稳定性随结晶度的增加还有所提高，所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件，防腐蚀效果良好。

聚丙烯对紫外线很敏感，加入氧化锌、硫代二丙酸二月桂酯、炭黑或类似的乳白填料等可以改善其耐老化性能。

缺点：
1、制品耐寒性差，低温冲击强度低。

2、制品在使用中易受光、热和氧的作用而老化。

3、着色性不好。

4、易燃烧。

5、韧性不好，静电度高，染色性、印刷性和黏合性差。

用途：家电、管材、高透材料。

软化点：150℃
4、聚氯乙烯（PVC）：本色为微黄色半透明状，有光泽。

透明度胜于聚乙烯、聚丙烯，差于聚苯乙烯，随助剂用量不同，分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品的硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现白化现象。

稳定；不易被酸、碱腐蚀；对热比较耐受。

聚氯乙烯具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90%的硫酸、浓度为60%的硝酸和浓度20%的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。

聚氯乙烯对光、热的稳定性较差。

软化点为80℃，于130℃开始分解。

在不加热稳定剂的情况下，聚氯乙烯100℃时即开始分解，130℃以上分解更快。

受热分解出放出氯化氢气体，（氯化氢气体是有毒气体）使其变色，由白色→浅黄色→红色→褐色→黑色。

阳光中的紫外线和氧会使聚氯乙烯发生光氧化分
解，因而使聚氯乙烯的柔性下降，最后发脆。

这就是PVC塑料时间久了就会变黄、变脆的原因。

用途：建筑材料、工业制品、日用品、地板革、地板砖、人造革、管材、电线电缆、包装膜、瓶、发泡材料、密封材料、纤维等方面均有广泛应用。

软化点：80℃
5、聚碳酸酯(PC)：无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的机械性能。

聚碳酸酯的耐磨性差。

一些用于易磨损用途的聚碳酸酯器件需要对表面进行特殊处理。

1、具高强度及弹性系数、高冲击强度、使用温度范围广;
2、高度透明性及自由染色性;
3、成形收缩率低、尺寸安定性良好；
4、耐疲劳性佳;
5、耐候性佳;
6、电气特性优;
7、无味无臭对人体无害符合卫生安全。

用途：PC工程塑料的三大应用领域是玻璃工业、汽车工业和电子、电器工业，其次还有工业机械零件、光盘、包装、计算机等办公室设备、医疗及保健（可经受蒸汽、清洗剂、加热和大剂量辐射消毒，且不发生变黄和物理性能下降，应用于人工肾血液透析设备和其他需要在透明、直观条件下操作并需反复消毒的医疗设备中。

如生产高压注射器、外科手术面罩、一次性牙科用具、血液分离器等。

）、食品包装、薄膜、休闲和防护器材等。

PC可用作门窗玻璃，PC层压板用作公共场所的防护窗，飞机舱罩，照明设备、工业安全档板和防弹玻璃。

软化点：150℃
6、聚酰胺(PA)：俗称尼龙。

具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围。

常见的种类有尼龙6、尼龙46、尼龙66、尼龙610、尼龙660、尼龙1010。

1．优良的力学性能。

尼龙的机械强度高，韧性好。

2．自润滑性、耐摩擦性好。

尼龙具有很好的自润性，摩擦系数小，从而，作为传动部件其使用寿命长。

3.优良的耐热性。

如尼龙46等高结晶性尼龙的热变形温度很高，可在150℃下长期期使用。

PA66经过玻璃纤维增强以后，其热变形温度达到250℃以上。

4.优异的电绝缘性能。

尼龙的体积电阻很高，耐击穿电压高，是优良的电气、电器绝缘材料。

5.优良的耐气候性。

6.吸水性。

尼龙吸水性大，饱和水可达到3%以上。

在一定程度影响制件的尺寸稳定性。

7.聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）：俗称“亚克力”或“有机玻璃”。

具有较好的透明性、化学稳定性和耐候性、易染色、易加工、外观优美。

平均硬度8-
9HRC。

1、具有水晶般的透明度，透光率在92%以上，光线柔和、视觉清晰，用染料着色的亚克力又有很好的展色效果。

2、亚克力板具有极佳的耐候性、较高的表面硬度和表面光泽，以及较好的高温性能。

3、亚克力板有良好的加工性能，既可采用热成型，也可以用机械加工的方式。

4、透明亚克力板材具有可与玻璃比拟的透光率，但密度只有玻璃的一半。

此外，它不像玻璃那么易碎，即使破坏，也不会像玻璃那样形成锋利的碎片。

5、亚克力板的耐磨性与铝材接近，稳定性好，耐多种化学品腐蚀。

6、亚克力板具有良好的适印性和喷涂性，采用适当的印刷和喷涂工艺，可以赋予亚克力制品理想的表面装饰效果。

7、耐燃性：不自燃但属于易燃品，不具备自熄性。

用途：
1、建筑应用：橱窗、隔音门窗、采光罩、电话亭等。

2、广告应用：灯箱、招牌、指示牌、展架等。

3、交通应用：火车、汽车等车辆门窗等。

4、医学应用：婴儿保育箱、各种手术医疗器具民用品：卫浴设施、工艺品、化妆品、支架、水族箱等。

5、工业应用：仪器表面板及护盖等。

6、照明应用：日光灯、吊灯、街灯罩等。

运用领域：酒店、商场、办公楼、会所、别墅、博物馆、医疗、教育、餐饮、展览展示等等。

运用区域：吊顶、集成吊顶、隔断、屏风、移门、透明墙、酒店家具、办公家具、吧台、灯饰、吊灯、标识、标牌、地板、景观等等。

热固性塑料：第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交联反应而固化变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。

正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。

特点是在一定温度下，经一定时间加热、加压或加入硬化剂后，发生化学反应而硬化。

硬化后的塑料化学结构发生变化、质地坚硬、不溶于溶剂、加热也不再软化，如果温度过高则就分解。

热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动．冷却变硬的过程是物理变化。

常见的有：酚醛树脂（PF）、脲醛树脂（UF）、三聚氰胺树脂（MF）、不饱和聚酯树脂（UF）、环氧树脂（EP）、有机硅树脂（SI）、聚氨酯（PU）等。

8、酚醛树脂（PF）：也叫电木，黄色、透明、无定形块状物质，因含有游离酚而呈微红色，易溶于醇，不溶于水，对水、弱酸、弱碱溶液稳定。

由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而制成的树脂。

因选用催化剂的不同，可分为热固性和热塑性两类。

酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐高温性能、粘结性能优良，低烟低毒。

用途：广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、耐火材料，摩擦材料，粘结剂、铸造行业、砂轮片制造等行业。

9、聚氨酯（PU）：目前性能最好的保温材料，具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。

用不同原料可制得适应较宽温度范围（－50～150℃）的材料，包括弹性体、热塑性树脂和热固性树脂。

高温下不耐水解，亦不耐碱性介质。

用途：聚氨酯弹性体用作滚筒、传送带、软管、汽车零件、鞋底、合成皮革、电线电缆和医用人工脏器等；软质泡沫体用于车辆、居室、服装的衬垫，硬质泡沫体用作隔热、吸音、包装、绝缘以及低发泡合成木材，涂料用于高级车辆、家具、木和金属防护，水池水坝和建筑防渗漏材料，以及织物涂层等。

胶粘剂对金属、玻璃、陶瓷、皮革、纤维等都有良好的粘着力。

此外聚氨酯还可制成乳液、磁性材料等。

橡胶：早期的橡胶是取自橡胶树、橡胶草等植物的胶乳，加工后制成的具有弹性、绝缘性、不透水和空气的材料。

高弹性的高分子化合物。

分为天然橡胶与合成橡胶二种。

天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。

橡胶制品广泛应用于工业或生活各方面。

10、丁腈橡胶：丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合法制得的，丁腈橡胶主要采用低温乳液聚合法生产，耐油性极好，耐磨性较高，耐热性较好，粘接力强。

其缺点是耐低温性差、耐臭氧性差，绝缘性能低劣，弹性稍低。

丁腈橡胶主要用于制造耐油橡胶制品。

简称NBR，是耐油(尤其是烷烃油)、耐老化性能较好的合成橡胶。

丙烯腈含量越多，耐油性越好,但耐寒性则相应下降。

它可以在120℃的空气中或在 150℃的油中长期使用。

此外，它还具有良好的耐水性、气密性及优良的粘结性能。

用途：用于制各种耐油橡胶制品、多种耐油垫圈、0型密封圈、垫片、套管、软包装、软胶管、印染胶辊、电缆胶材料等，在汽车、航空、石油、复印等行业中成为必不可少的弹性材料。

11、三元乙丙:最主要的特性就是其优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力。

1、低密度高填充性:密度为0.87。

可大量充油和加入填充剂，因而可降低橡胶制品的成本，弥补了乙丙橡胶生胶价格高的缺点。

2、耐老化性:优异的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸汽、颜色稳定性、电性能、充油性及常温流动性。

乙丙橡胶制品在120℃下可长期使用。

3、耐腐蚀性:对各种极性化学品如醇、酸、碱、氧化剂、制冷剂、洗涤剂、动植物油、酮和脂等均有较好的抗耐性；但在脂属和芳属溶剂（如汽油、苯等）及矿物油中稳定性较差。

在浓酸长期作用下性能也要下降。

4、耐水蒸汽性能:在230℃过热蒸汽中，近100h后外观无变化。

而氟橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶在同样条件下，经历较短时间外观发生明显劣化现象。

5、耐过热水性能:在125℃过热水中浸泡15个月后，力学性能变化甚小，体积膨胀率仅0.3%。

6、电性能:优异的电绝缘性能和耐电晕性，电性能优于或接近于丁苯橡胶、氯磺化聚乙烯、聚乙烯和交联聚乙烯。

7、弹性:仅次于天然商榷和顺丁橡胶，并在低温下仍能保持。

8、粘接性:乙丙橡胶由于分子结构缺少活性基团，内聚能低，加上胶料易于喷霜，自粘性和互粘性很差。

用途：主要应用于房屋建筑、电线电缆、汽车工业等领域。

房屋建筑方面，主要用于屋顶单层防水卷材等；电线电缆方面，主要用于民用和商用建筑的输入线、建筑用电线、矿用电缆、核电站用电线、汽车点火线、控制及信号电缆等；汽车工业方面，主要用于汽车、卡车和公共汽车轮胎和非轮胎部件，包括汽车的水箱及加热软管、密封条、橡胶带、车身及底盘的部件、挡雨条、底板和环管等。