工程塑料

工程塑料英文名为：engineering-plastics，工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在100℃ 以上，主要运用在工业上”。
    主要性能
    热性质
　　玻璃化温度（Tg）及熔点（Tm）；热变形温度（HDT）高；长期使用温度高（UL-746B）；使用温度范围大；热膨胀系数小。
    机械性质
　　高强度、高机械模数、低潜变性、强耐磨损及耐疲劳性。
    其它
　　耐化学药品性、抗电性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。
   
　　主要品种
　　
　　工程塑料是指一类可以作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的高分子材料。：-般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。如ABS、尼龙、聚矾等。
 　　
　　被当做通用性塑胶者包括聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚酰胺(尼龙,Polyamide,PA)、聚缩醛(Polyacetal,Polyoxy Methylene,POM)、变性聚苯醚(Poly Phenylene Oxide,变性PPE)、聚酯(PETP，PBTP)、聚苯硫(PolyphenyleneSulfide,PPS)、聚芳基酯，而热硬化性塑胶则有不饱和聚酯、酚塑胶、环氧塑胶等。拉伸强度均超过50MPa，抗拉强度在500kg/cm2以上，耐冲击性超过50J/m，弯曲弹性率在24000kg/cm2，负载挠曲温度超过100℃，其硬度、老化性优。聚丙烯若改善硬度及耐寒性，则亦可列入工程塑胶的范围。此外，较特殊者为强度弱、耐热、耐药品性优的氟素塑胶，耐热性优的矽溶融化合物、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、Polybismaleimide、Polysufone(PSF)、PES、丙烯塑胶、变性蜜胺塑胶、BT Resin、PEEK、PEI、液晶塑胶等。因为化学构造不同，故耐药品性、摩擦特性、电机特性等也有若干差异。且因成形性的不同，故有适用于任何成形方式者，亦有只能以某种成形方式加工者，造成应用上的受限。热硬化型的工程塑胶，其耐冲击性较差，因此大多添加玻璃纤维。工程塑胶除了聚碳酸酯等耐冲击性大者外，通常具有延伸率小、硬、脆的性质，但若添加20~30%的玻璃纤维，则可有所改善。
   
　　五大应用
   
　　聚酰胺
　　
　　（PA，俗名：尼龙）由于它独特的低比重、高抗拉强度、耐磨、自润滑性好、冲击韧性优异、具有刚柔兼备的性能而赢得人们的重视，加之其加工简便、效率高、比重轻（只有金属的1/7）、可以加工成各种制品来代替金属，广泛用于汽车及交通运输业。典型的制品有泵叶轮、风扇叶片、阀座、衬套、轴承、各种仪表板、汽车电器仪表、冷热空气调节阀等零部件，大约每辆汽车消耗尼龙制品达3.6~4千克。聚酰胺在汽车工业的消费比例最大，其次是电子电气。
    
　　聚碳酸酯
　　
　　（PC）既具有类似有色金属的强度，同时又兼备延展性及强韧性，它的冲击强度极高，用铁锤敲击不能被破坏，能经受住电视机荧光屏的爆炸。聚碳酸酯的透明度又极好，并可施以任何着色。由于聚碳酸酯的上述优良性能，已被广泛用于各种安全灯罩、信号灯，体育馆、体育场的透明防护板，采光玻璃，高层建筑玻璃，汽车反射镜、挡风玻璃板，飞机座舱玻璃，摩托车驾驶安全帽。用量最大的市场是计算机、办公设备、汽车、替代玻璃和片材，CD和DVD光盘是最有潜力的市场之一。
   
　　聚甲醛
　　
　　聚甲醛（pom）是一种性能优良的工程塑料，在国外有“夺钢”、“ 超钢”之称。pom具有类似金属的硬度、强度和钢性，在很宽的温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性、良好的耐疲劳性，并富于弹性，此外它还有较好的耐化学品性。pom以低于其他许多工程塑料的成本，正在替代一些传统上被金属所占领的市场，如替代锌、黄铜、铝和钢制作许多部件，自问世以来，pom已经广泛应用于电子电气、机械、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业等领域。在很多新领域的应用，如医疗技术、运动器械等方面，pom也表现出较好的增长态势。
   
　　聚对苯二甲酸丁二醇酯
　　
　　（PBT）是一种热塑性聚酯，非增强型的PBT与其它热塑性工程塑料相比，加工性能和电性能较好。PBT玻璃化温度低，模具温度在50℃时即可迅速结晶，加工周期短。聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）被广泛应用于电子、电气和汽车工业中。由于PBT的高绝缘性及耐温性可用作电视机的回扫变压器、汽车分电盘和点火线圈、办公设备壳体和底座、各种汽车外装部件、空调机风扇、电子炉灶底座、办公设备壳件。
  
　　聚苯醚
　　
　　化学式简称PPO。由2，6-二取代基苯酚经氧化偶联聚合而成的热塑性树脂， 一般呈土黄色粉末状。常用的是由 2，6-二甲基苯酚合成的聚苯醚，具有优良的综合性能，最大的特点是在长期负荷下，具有优良的尺寸稳定性和突出的电绝缘性，使用温度范围广，可  聚苯醚　
在－127～121℃范围内长期使用。具有优良的耐水、耐蒸汽性能，制品具较高的拉伸强度和抗冲强度，抗蠕变性也好。此外，有较好的耐磨性和电性能。主要用于代替不锈钢制造外科医疗器械。在机电工业中可制作齿轮、鼓风机叶片、管道、阀门、螺钉及其他紧固件和连接件等，还用于制作电子、电气工业中的零部件，如线圈骨架及印刷电路板等。1964年，美国通用电气公司首先用2,6-二甲基苯酚为原料实现聚苯醚工业化生产。1966年，通用电气公司又生产了改性聚苯醚（MPPO）。1984年，世界聚苯醚的消费量为163kt。
   
　　耐磨改性工程塑料
　　
　　耐磨改性工程塑料可以提供较低的摩擦力系数来降低磨损率。比如，血糖计的盖子在使用了耐磨材料后可以增加它的来回开合的使用寿命。同时，耐磨改性工程塑料也使用于配色产品中，甚至用于不同的材料之间。在一次性使用的产品中，例如针和刀片也受益于该材料的润滑作用。此外，耐磨材料的其它运用包括导尿管，套管，传动装置及真空管。其它的效果还包括，由于光滑部件的运动而减少了噪音，提高了塑料的加工生产性能和挤出成型的效率。
　　
　　导电改性工程塑料
　　
　　当热塑性材料增添了导电成份后，就具有了永久的静电消散（ESD）和防止静电积聚功能从而能够起到保护作用。导电类热塑性材料允许静电连续性释放，而不是快速的积聚并放电。静电会损坏敏感性电子元件并且在易燃环境下可以引发爆炸。积聚的静电会堵塞材料的传动而中断机械的传动。导电性热塑材料可以广泛的运用于配色产品中，而且某些导电材料是透明的。其运用主要包括，ECG传感器，吸液管，电器保护装置以及新型的医疗分娩装置，诸如吸入产品，包括PMDI间隔装置。
    抗辐射类改性工程塑料
　　
　　特定的添加剂可以提高热塑性塑料的密度。这些高密度的热塑性塑料具有金属的质感，但同时又保持了塑料的加工特性。医疗产品领域因为环保的原因正在寻找此类可替代铅的材料。同时这些高比重的添加物也具有抗辐射特性。由抗辐射类化合物组成的注塑件、导管件或片状材料可吸引X光而不会被射线穿过。在放射疗法或手术中使用的如织物般柔软的薄片，可以帮助保护机器和人员免受X光的散射和直射。含有钡硫酸盐的导管在植入体内后可以通过荧光透视或X光成像来跟踪其所在位置。Baxter Healthcare在做心瓣膜修复手术中使用的器械（可回用的手柄和一次性的卡扣闭环）是由聚碳酸酯特种改性工程塑料构成。X光可见（即有防辐射功能）的塞子是使用嵌入注塑工艺成型在模板上的，而耐蒸汽处理的塞子是使用聚醚砜的材料，这就保证了整个装置能够承受高温蒸汽消毒处理。
   
　　预染色改性工程塑料
　　
　　近几年，塑料配色技术发展很快。在医疗应用中， 设计师可以在符合FDA和没有迁移的颜料中进行挑选。独特的色彩效果可以有助于形成产品的独特卖点并为医疗设备设计师带来利益。当医疗产品从医院进入家庭消费市场的时候，缤纷可爱的颜色和荧光效果有助于提升产品价值。另外，弹性体的应用可以使产品具有柔软触感从而提高附加值。具有令人舒适愉悦的颜色的医疗设备也可以使得患者更愿意配合治疗，同时减轻他们的痛苦。
　　
　　中国工程塑料业发展现状
　　
　　中国工程塑料工业历经10年发展，成果丰硕，已逐步形成了具有树脂合成、塑料改性与合金、加工应用等相关配套能力的完整产业链。这是中国工程塑料工业协会理事长杨伟才在5月27日北京召开的中国工程塑料工业协会峰会上表示的。10年前，中国工程塑料业刚刚起步，生产能力与需求相比严重滞后，原料树脂85%以上依靠进口，一半以上的改性树脂材料使用国外产品。而时至今日，中国的工程塑料树脂均能在国内生产，聚合能力已经达到每年60万吨左右，改性树脂材料年产量也有200多万吨，就连过去国外对中国禁运的特种工程塑料树脂，现在国内几乎都有生产，并且能够少量出口。中国工程塑料工业协会数据表明，在过去的10年里，中国工程塑料产值年均增长20%以上，企业规模不断发展壮大，科技水平日益提高。目前，在工程塑料合成方面已有中蓝集团、云天化集团、神马集团、仪征化纤、德阳科技等上规模的企业。由于工程塑料具有特别优异的性能，其技术发展水平受到政府层面的重视，已被列入国家中长期科技发展纲要中高新技术的重点选项。在今年科技部产业支撑计划中，有非光气法聚碳酸酯等7个工程塑料项目被列入。另外，经过长期的技术攻关，目前中国工程塑料技术水平发展较快，在改性材料与树脂合金方面，部分产品技术、质量指标也已接近国外先进水平。一些特种工程塑料产品的工艺技术已经进入到国际先进行列。尽管中国的工程塑料在合成和加工方面取得了长足发展，但总体看来仍存在产能过度集中在一些技术含量相对较低产品上的缺点。郑恺表示，企业应当将目光放长远，把握住当前如大飞机等一批国家重点工程建设的契机，提升科技水平，加快产品结构升级，促进中国工程塑料行业更快、更健康的发展。
  
　　各种工程塑料特性和加工
   
　　POM 聚甲醛

　　英文名称：Polyoxymethylene(Polyformaldehyde)

　　典型应用范围：
   
　　POM具有很低的摩擦系数和很好的几何稳定性，特别适合于制作齿轮和轴承。由于它还具有耐高温特性，因此还用于管道器件（管道阀门、泵壳体），草坪设备等。
  
　　注塑模工艺条件：

　　干燥处理：如果材料储存在干燥环境中，通常不需要干燥处理。

　　熔化温度：均聚物材料为190~230℃；共聚物材料为190~210℃。

　　模具温度：80~105℃。为了减小成型后收缩率可选用高一些的模具温度。

　　注射压力：700~1200bar

　　注射速度：中等或偏高的注射速度。

　　流道和浇口：可以使用任何类型的浇口。如果使用隧道形浇口，则最好使用较短的类型。对于均聚物材料建议使用热注嘴流道。对于共聚物材料既可使用内部的热流道也可使用外部热流道。

　　化学和物理特性：

    POM是一种坚韧有弹性的材料，即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击特性。POM既有均聚物材料也有共聚物材料。均聚物材料具有很好的延展强度、抗疲劳强度，但不易于加工。共聚物材料有很好的热稳定性、化学稳定性并且易于加工。无论均聚物材料还是共聚物材料，都是结晶性材料并且不易吸收水分。POM的高结晶程度导致它有相当高的收缩率，可高达到2%~3.5%。对于各种不同的增强型材料有不同的收缩率。

　　PA塑料(尼龙)(聚酰胺)

　　英文名称：Polyamide

　　比重：PA6-1.14克/立方厘米，PA66-1.15克/立方厘米，PA1010-1.05克/立方厘米，

　　成型收缩率：PA6-0.8-2.5%、PA66-1.5-2.2%

　　成型温度：220-300℃

　　干燥条件：100-110℃ 12小时

　　物料性能：坚韧，耐磨，耐油，耐水，抗酶菌，但吸水大；尼龙6弹性好，冲击强度高，吸水较大；尼龙66性能优于尼龙6,强度高，耐磨性好；尼龙610与尼龙66相似，但吸水小，刚度低；尼龙1010半透明，吸水小，耐寒性较好。

　　成型性能：

　　1．结晶料，熔点较高熔融温度范围窄，热稳定性差，料温超过300度、滞留时间超过30min即分解。较易吸湿，需干燥，含水量不得超过0.3%. 　　

　　2．流动性好，易溢料。宜用自锁时喷嘴,并应加热。

　　3．成型收缩范围及收缩率大，方向性明显，易发生缩孔、变形等。

　　4．模温按塑件壁厚在20-90度范围内选取，注射压力按注射机类型、料温、塑件形状尺寸、模具浇注系统选定，成型周期按塑件壁厚选定。树脂粘度小时，注射、冷却时间应取长，并用白油作脱模剂。

　　5．模具浇注系统的形式和尺寸，增大流道和浇口尺寸可减少缩水。 　　适用：适于制作一般机械零件，减磨耐磨零件，传动零件，以及化工，电器，仪表等零件

    PC 聚碳酸酯
　　
    英文名称：Polycarbonate

　　典型应用范围：

　　电气和商业设备（计算机元件、连接器等），器具（食品加工机、电冰箱抽屉等），交通运输行业 （车辆的前后灯、仪表板等）。
 　　
　　注塑模工艺条件：

　　干燥处理：PC材料具有吸湿性，加工前的干燥很重要。建议干燥条件为100℃到200℃，3~4小时。加工前的湿度必须小于0.02%。

　　熔化温度：260~340℃。

　　模具温度：70~120℃。

　　注射压力：尽可能地使用高注射压力。

　　注射速度：对于较小的浇口使用低速注射，对其它类型的浇口使用高速注射。

　　化学和物理特性：

　　PC是一种非晶体工程材料，具有特别好的抗冲击强度、热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性。PC的缺口伊估德冲击强度（otched Izod impact stregth）非常高，并且收缩率很低，一般为0.1%~0.2%。PC有很好的机械特性，但流动特性较差，因此这种材料的注塑过程较困难。在选用何种品质的 PC材料时，要以产品的最终期望为基准。如果塑件要求有较高的抗冲击性，那么就使用低流动率的PC材料；反之，可以使用高流动率的PC材料，这样可以优化注塑过程。

　　PETG 乙二醇改性-聚对苯二甲酸乙二醇酯Glycol-modified PET; Copolyesters
 　　
　　典型应用范围：
 　　
　　医药设备（试管、试剂瓶等），玩具，显示器，光源外罩，防护面罩，冰箱保鲜盘等。

　　注塑模工艺条件：

　　干燥处理：加工前的干燥处理是必须的。湿度必须低于0.04%。建议干燥条件为65℃、4小时，注意干燥温度不要超过66℃。

　　熔化温度：220~290℃。

　　模具温度：10~30℃，建议为15℃。

　　注射压力：300~1300bar。

　　注射速度：在不导致脆化的前提下可使用较高的注射速度。

　　化学和物理特性：

　　PETG是透明的、非晶体材料。玻璃化转化温度为88℃。PETG的注塑工艺条件的允许范围比PET要广一些，并具有透明、高强度、高任性的综合特性。

    聚苯醚树脂PPO
　　
    英文名；Polyphenylene oxide-usually modified

　　物理性能

　　比重：1.07克/立方厘米 成型收缩率：0.3-0.8% 成型温度：260-290℃ 干燥条件：130℃ 4小时 　　

　　物料性能

　　1．为白色颗粒。综合性能良好，可在120度蒸汽中使用，电绝缘性好，吸水小，但有应力开裂倾向。改性聚苯醚可消除应力开裂。

　　2．有突出的电绝缘性和耐水性优异，尺寸稳定性好。其介电性能居塑料的首位。

　　3．MPPO为PPO与HIPS共混制得的改性材料，目前市面上的材料均为此种材料。

　　4．有较高的耐热性，玻璃化温度211度，熔点268度，加热至330度有分解倾向，PPO的含量越高其耐热性越好，热变形温度可达190度。

　　5．阻燃性良好，具有自息性，与HIPS混合后具有中等可燃性。质轻，无毒可用于食品和药物行业。耐旋光性差，长时间在阳光下使用会变色。

　　6．可以与ABS,HDPE,PPS,PA,HIPS、玻璃纤维等进行共混改性处理。

　　应用方面

　　1．适于制作耐热件、绝缘件、减磨耐磨件、传动件、医疗及电子零件。

　　2．可作较高温度下使用的齿轮、风叶、阀等零件，可代替不锈钢使用。

　　3．可制作螺丝、紧固件及连接件。

　　4．电机、转子、机壳、变压器的电器零件。 　　

　　成型性能

　　1．非结晶料，吸湿小。

　　2．流动性差，为类似牛顿流体，粘度对温度比较敏感，制品厚度一般在0.8毫米以上。极易分解，分解时产生腐蚀气体。宜严格控制成型温度，模具应加热，浇注系统对料流阻力应小。

　　3．聚苯醚的吸水率很低0.06%左右，但微量的水分会导致产品表面出现银丝等不光滑现象，最好是作干燥处理，温度不可高出150度，否则颜色会变化。 　　
　　4．聚苯醚的成型温度为280-330度，改性聚苯醚的成型温度为260-285度。

　　料筒温度 喂料区 40～60℃（50℃）

　　区1 240～280℃（250℃）

　　区2 280～300℃（280℃）

　　区3 280～300℃（280℃）

　　区4 280～300℃（280℃）

　　区5 280～300℃（280℃）

　　喷嘴 280～300℃（280℃）

　　熔料温度 270～290℃

　　料筒恒温 200℃

　　模具温度 80～120℃

　　注射压力 100～140MPa（1000～1400bar） 　　
　　保压压力 注射压力的40%～60%

　　背压 3～10MPa（30～100bar）

　　注射速度 有长流道的制品需要快速注射；但在此情况下，确保模具有足够的通气性螺杆转速 中等螺杆转速，折合线速度为0.6m/s

　　计量行程 中等螺杆转速，折合线速度为0.6m/s 　　
    计量行程 （0.5～3.5）D

　　残料量 3～6mm，取决于计量行程和螺杆直径 　　
    预烘干 在110℃温度下烘干2h

　　回收率 材料可再生加工，只要回料没有发生热降解
　　收缩率 0.8%～1.5%

　　浇口系统 对小制品使用点式或潜伏式浇口，否则采用直浇口或圆片式浇口；可采用热流道机器停工时段 关闭加热系统；低螺杆背压状态下，操作几次计量循环，像操作挤出机一样清空料筒

　　料筒设备 标准螺杆，止逆环，直通喷嘴

　　PBT 聚对苯二甲酸丁二醇酯
　　
　　英文名：Polybutylene terephthalate

　　典型应用范围：

　　家用器具（食品加工刀片、真空吸尘器元件、电风扇、头发干燥机壳体、咖啡器皿等），电器元件（开关、电机壳、保险丝盒、计算机键盘按键等），汽车工业（散热器格窗、车身嵌板、车轮盖、门窗部件等）。 　　

　　注塑模工艺条件：

　　干燥处理：这种材料在高温下很容易水解，因此加工前的干燥处理是很重要的。建议在空气中的干燥条件为120℃，6~8小时，或者150℃，2~4小时。湿度必须小于0.03%。如果用吸湿干燥器干燥，建议条件为150℃，2.5小时。

　　熔化温度：225~275℃，建议温度：250℃。 　　
　　模具温度：对于未增强型的材料为40~60℃。要很好地设计模具的冷却腔道以减小塑件的弯曲。热量的散失一定要快而均匀。建议模具冷却腔道的直径为12mm。 　　

　　注射压力：中等（最大到1500bar）。

　　注射速度：应使用尽可能快的注射速度（因为PBT的凝固很快）。

　　流道和浇口：建议使用圆形流道以增加压力的传递（经验公式：流道直径=塑件厚度+1.5mm）。可以使用各种型式的浇口。也可以使用热流道，但要注意防止材料的渗漏和降解。浇口直径应该在0.8~1.0*t之间，这里 t是塑件厚度。如果是潜入式浇口，建议最小直径为0.75mm。

　　化学和物理特性：

　　PBT是最坚韧的工程热塑材料之一，它是半结晶材料，有非常好的化学稳定性、机械强度、电绝缘特性和热稳定性。这些材料在很广的环境条件下  PBT 聚对苯二甲酸丁二醇酯都有很好的稳定性。PBT吸湿特性很弱。非增强型PBT的张力强度为50MPa，玻璃添加剂型的PBT张力强度为170MPa。玻璃添加剂过多将导致材料变脆。PBT的；结晶很迅速，这将导致因冷却不均匀而造成弯曲变形。对于有玻璃添加剂类型的材料，流程方向的收缩率可以减小，但与流程垂直方向的收缩率基本上和普通材料没有区别。一般材料收缩率在1.5%~2.8%之间。含30%玻璃添加剂的材料收缩0.3%~1.6%之间。熔点（225℃）和高温变形温度都比PET材料要低。维卡软化温度大约为170℃。玻璃化转换温度（glass trasitio temperature）在22℃到43℃之间。由于PBT的结晶速度很高，因此它的粘性很低，塑件加工的周期时间一般也较低。

    PMMA
　　
    聚甲基丙烯酸甲酯

　　英文名称：Polymethyl Methacrylate

　　典型应用范围：

 　 汽车工业（信号灯设备、仪表盘等），医药行业（储血容器等），工业应用（影碟、灯光散射器），日用消费品（饮料杯、文具等）。

　　注塑模工艺条件：

　　干燥处理：PMMA具有吸湿性因此加工前的干燥处理是必须的。建议干燥条件为90℃、2~4小时。

　　熔化温度：240~270℃。

　　模具温度：35~70℃。 　　
   
　　注射速度：中等

　　化学和物理特性：

　　PMMA具有优良的光学特性及耐气侯变化特性。白光的穿透性高达92%。PMMA制品具有很低的双折射，特别适合制作影碟等。PMMA具有室温蠕变特性。随着负荷加大、时间增长，可导致应力开裂现象。PMMA具有较好的抗冲击特性。

　　PETG 乙二醇改性-聚对苯二甲酸乙二醇酯Glycol-modified PET; Copolyesters

　　典型应用范围：

　　医药设备（试管、试剂瓶等），玩具，显示器，光源外罩，防护面罩，冰箱保鲜盘等。

　　注塑模工艺条件：

　　干燥处理：加工前的干燥处理是必须的。湿度必须低于0.04%。建议干燥条件为65℃、4小时，注意干燥温度不要超过66℃。

　　熔化温度：220~290℃。

　　模具温度：10~30℃，建议为15℃。

　　注射压力：300~1300bar。

　　注射速度：在不导致脆化的前提下可使用较高的 注射速度。

　　化学和物理特性：

　　PETG是透明的、非晶体材料。玻璃化转化温度为88℃。PETG的注塑工艺条件的允许范围比PET要广一些，并具有透明、高强度、高任性的综合特性。