热塑性材料
热塑性材料
热塑性材料由聚合物树脂制成。在加热条件下，热塑性材料会失去原有的刚性，变得可塑或可成型；当冷却后，材料会恢复到原始状态，同时保持其机械、热学和电气性能。由于这一过程可以反复进行，热塑性零部件通常具有可回收性，并可通过多种不同的工艺进行制造。
热塑性材料在组成上既可以是均质的，也可以是非均质的。通过对热塑性材料进行共混、共挤出，或添加具有性能增强作用的添加剂，可以实现多种独特的性能特性。
热塑性材料可通过多种标准工艺进行制造与加工。大多数热塑性板材和薄膜通过挤出工艺生产，但部分板材材料也可以通过浇铸工艺制造。几乎所有热塑性板材都可以通过热成型、真空成型或冷成型等方法进行加工。此外，带或不带增强材料的热塑性材料还可以通过注塑成型制造出复杂结构，尤其是那些通过传统机械加工难以实现的结构特征。总体而言，热塑性材料的加工方式通常相似，但其性能特性、加工性能以及成本可能存在较大差异。
热塑性材料适用于多种应用领域，常见于以下行业:
无定形材料 vs. 半结晶材料
根据材料结构组成，热塑性材料可分为两类：无定形材料和半结晶材料。
在半结晶聚合物中，分子在局部区域内呈聚集并具有一定的有序结构；而在无定形聚合物中，分子则呈随机排列。
无定形材料：
- 易于热成型
- 通常呈半透明状态
- 在一定温度范围内软化
- 易于使用胶黏剂进行粘接
- 适用于结构应用
- 抗疲劳性能较差
- 不适用于耐磨应用
- 容易因应力而开裂
半结晶材料：
- 热成型难度较高
- 通常不透明
- 具有明确的熔点
- 粘接较为困难
- 适用于结构应用
- 具有良好的抗疲劳性能
- 适用于耐磨及轴承类应用
- 良好的抗应力开裂性
无定形热塑性材料：
无定形热塑性材料更适合进行热成型加工。其在一定温度范围内逐渐软化，并且在使用胶黏剂时具有更好的粘接性能。
与同等级的半结晶热塑性材料相比，无定形材料通常具有更好的尺寸稳定性和抗冲击性能。然而，在应力作用下，无定形材料更容易出现疲劳和开裂现象。
半结晶热塑性材料：
半结晶热塑性材料非常适用于耐磨及结构类应用。
与无定形热塑性材料相比，半结晶材料通常具有更好的耐化学性、电气性能以及更低的摩擦系数。然而，半结晶材料在热成型加工方面较为困难，粘接难度较高，具有明确的熔点，并且其抗冲击强度相对较低。
塑料材料类别：
热塑性材料还可以根据不同的性能类别进行进一步划分，其中最常见的分类方式是按耐温等级进行分类。
每类塑料均包含非晶态与半结晶塑料，根据目标需求不同，它们各具优势与劣势。
热塑性产品：
位于金字塔底层，当无需特殊性能时，主要使用性价比高的通用塑料，如聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）。
这些塑料无需高度工程化的性能，可大规模生产，以满足日常应用需求。
这些材料的工作温度较低，因此耐热性较差，整体强度也低于高性能塑料。此外，这类热塑性塑料具有中等机械性能。尽管不同通用塑料之间存在差异，但它们仍是目前全球最广泛使用的塑料类型。
应用领域：
- 纺织品
- 电机
- 玩具
- 集装箱
- 电力电子
- 工程建设
- 家居用品
| 热塑性产品 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 描述 | 测试方法 | 单位 | pp | PETG |
HDPE |
ABS |
|
比重 |
ASTM D792 |
— | 0.905 |
1.27 |
0.95 |
1.04 |
|
吸水率 |
ASTM D570 |
% |
<0.01 |
0.2 |
<0.01 |
1 |
|
洛氏硬度 |
ASTM D785 |
— | 92 |
115 |
69 |
105 |
|
拉伸强度 |
ASTM D638 |
psi |
4800 |
7700 |
4800 |
6000 |
|
断裂拉长率 |
ASTM D638 |
% |
12 |
18 |
900 |
150 |
|
弯曲模量 |
ASTM D790 |
ksi |
180 |
310 |
200 |
340 |
|
弯曲屈服强度 |
ASTM D790 |
psi |
7000 |
11200 |
— |
10000 |
|
压缩模量 |
ASTM D695 |
ksi |
— |
320 |
— |
— |
|
冲击强度 |
ASTM D256 |
ft-Ib/in |
1.9 |
1.7 |
3 |
2.5 |
|
介电常数 |
ASTM D150 |
— |
2.25 |
2.6 |
2.3 |
2.7 |
|
介电强度 |
ASTM D149 |
kV/m |
660 |
410 |
900 |
500 |
|
介质损耗 |
D150 |
— |
0.001 |
0.005 |
0.0002 |
0.01 |
|
热膨胀系数 |
D696 |
x10^-5in./in/F* |
6.2 |
3.8 |
6 |
5 |
|
热偏转温度 |
D648 |
F |
210 |
163 |
170 |
198 |
|
玻璃转化温度 |
D3418 |
F |
327 |
180 |
260 |
221 |
|
最大操作温度 |
— |
F |
180 |
150 |
180 |
176 |
|
热导率 |
AST F433 |
BTU-in/hr-ft^2-F |
0.8 |
2 |
2.92 |
1.73 |
| 其他热塑性产品 | ||
|---|---|---|
|
Polypro FR® | Formex® |
| Vivak® | ||
工程热塑性塑料
虽然工程塑料与通用热塑性塑料有许多相似之处，但其专为需要更高强度、耐高温和耐久性的环境而设计。
常见的工程塑料包括聚丙烯、尼龙(PA)、缩醛(POM)和超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)。
不同材料的特性存在差异，但总体而言，它们用于通用塑料无法胜任的场景。工程塑料通常比通用塑料价格更高，但两者仍属于相对经济的塑料类别。
应用领域：
- 轴承，弹簧，阀门
- 电机
- 医疗/保健
- 纺织品
- 电力电子
- 炊具
|
工程热塑性塑料 |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 描述 | 测试方法 | 单位 | pC |
Nylon |
Acetal |
UHMW |
|
比重 |
ASTM D792 |
— | 1.2 |
1.15 |
1.41 |
0.93 |
|
吸水率 |
ASTM D570 |
% |
0.15 |
0.3 |
0.2 |
<.01 |
|
洛氏硬度 |
ASTM D785 |
— | 118 |
115 |
120 |
66 |
|
拉伸强度 |
ASTM D638 |
psi |
9000 |
11500 |
9500 |
3100 |
|
断裂拉长率 |
ASTM D638 |
% |
110 |
50 |
30 |
30 |
|
弯曲模量 |
ASTM D790 |
ksi |
345 |
450 |
400 |
125 |
|
弯曲屈服强度 |
ASTM D790 |
psi |
13500 |
15000 |
12000 |
— |
|
压缩模量 |
ASTM D695 |
ksi |
345 |
420 |
400 |
— |
|
冲击强度 |
ASTM D256 |
ft-Ib/in |
18 |
0.6 |
1 |
N/A |
|
介电常数 |
ASTM D150 |
— |
2.96 |
3.6 |
3.8 |
2.3 |
|
介电强度 |
ASTM D149 |
kV/m |
380 |
15.7 |
420 |
900 |
|
介质损耗 |
D150 |
— |
0.0009 |
0.02 |
0.005 |
0.00002 |
|
热膨胀系数 |
D696 |
x10^-5in./in/F* |
0.375 |
5.5 |
5.4 |
11 |
|
热偏转温度 |
D648 |
F |
280 |
200 |
220 |
95 |
|
玻璃转化温度 |
D3418 |
F |
310 |
500 |
335 |
280 |
|
最大操作温度 |
— |
F |
300 |
210 |
180 |
180 |
|
热导率 |
AST F433 |
BTU-in/hr-ft^2-F |
1.35 |
1.7 |
1.6 |
2.92 |
| 其他工程类热塑性塑料 | ||
|---|---|---|
|
|
Zytel® | Lexan® |
| Valox® | Mylar® | |
| Statex® | Delrin® | |
高性能、小型化
在更高要求或特殊应用场景下，可能需要使用高性能塑料或酰亚胺化塑料。
高性能塑料，如PEEK, PTFE和PSS可以承受非常高的温度，并提供优异的耐化学性。
亚甲基化塑料通常更适合航空航天应用，但也可用于隔热材料，高性能轴承和极端环境中的电连接器。聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚苯并咪唑(PBI)和聚酰亚胺(PI)等亚胺化塑料具有最高的耐温性和承重能力。
应用领域：
- 航空航天
- 绝缘
- 磨损部件
- 电力电子
- 食品服务
- 医疗
| 氧化塑料 | 高性能塑料 | |||||||
| 描述 | 测试方法 | 单位 | PI |
PAI |
PBI |
PEEK 聚醚醚酮 |
PTFE |
Ultem |
|
比重 |
ASTM D792 |
— | 1.43 |
1.41 |
1.3 |
1.31 |
2.16 |
1.28 |
|
吸水率 |
ASTM D570 |
% |
0.24 |
0.4 |
0.4 |
0.1 |
<0.01 |
0.25 |
|
洛氏硬度 |
ASTM D785 |
— | 50 |
80 |
125 |
103 |
50 |
112 |
|
拉伸强度 |
ASTM D638 |
psi |
12500 |
18000 |
20000 |
16000 |
3900 |
16500 |
|
断裂拉长率 |
ASTM D638 |
% |
7.5 |
10 |
3 |
20 |
300 |
80 |
|
弯曲模量 |
ASTM D790 |
ksi |
450 |
600 |
950 |
600 |
72 |
500 |
|
弯曲屈服强度 |
ASTM D790 |
psi |
16000 |
24000 |
32000 |
25000 |
N/A |
20000 |
|
压缩模量 |
ASTM D695 |
ksi |
350 |
700 |
900 |
500 |
3.5 |
480 |
|
冲击强度 |
ASTM D256 |
ft-Ib/in |
3.76 |
2 |
0.5 |
1 |
3.5 |
0.5 |
|
介电常数 |
ASTM D150 |
— |
3.55 |
4.2 |
3.2 |
3.3 |
2.1 |
3.15 |
|
介电强度 |
ASTM D149 |
kV/m |
559 |
580 |
550 |
480 |
285 |
830 |
|
介质损耗 |
D150 |
— |
— |
0.026 |
0.003 |
0.003 |
<0.0002 |
0.0013 |
|
热膨胀系数 |
D696 |
x10^-5in./in/F* |
3 |
1.7 |
0.13 |
2.6 |
7.5 |
3.1 |
|
热偏转温度 |
D648 |
F |
— |
532 |
800 |
320 |
132 |
392 |
|
玻璃转化温度 |
D3418 |
F |
754 |
527 |
750 |
644 |
635 |
419 |
|
最大操作温度 |
— |
F |
466 |
500 |
700 |
480 |
500 |
340 |
|
热导率 |
AST F433 |
BTU-in/hr-ft^2-F |
— |
3.7 |
2.8 |
1.75 |
1.7 |
0.9 |
| 其他材料 | ||
|---|---|---|
|
|
Torlon® | Udel® |
| Teflon® | Kynar® | |
| Vespel® | Radel® | |
| PEEK 聚醚醚酮® | Rulon® | |
