我國(guó)工程塑料應(yīng)用研究

戴廣

（廈門金越電器有限公司，福建 廈門 361021）

我國(guó)工程塑料應(yīng)用研究

Application of engineering plastics in China

戴廣

（廈門金越電器有限公司，福建 廈門 361021）

工程塑料指的是工業(yè)零件或者外殼材料中使用的工業(yè)用塑料，與其他材料相比，工程塑料在各方面性能上都有著很大的優(yōu)勢(shì)，例如強(qiáng)度、韌性、硬度、耐熱性等等，因此在各個(gè)領(lǐng)域中工程塑料有著非常廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。鑒于此，本文闡述了工程塑料的主要性能，簡(jiǎn)單介紹了兩種常見工程塑料的應(yīng)用及其注射成型工藝。

工程塑料；應(yīng)用；汽車；電子設(shè)備

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各工業(yè)領(lǐng)域中工程塑料的應(yīng)用與研究也越來(lái)越廣泛，越來(lái)越深入。與其他材料相比，工程塑料各方面性能都達(dá)到了很高的標(biāo)準(zhǔn)，在很多領(lǐng)域中一些傳統(tǒng)材料尤其是金屬材料已經(jīng)逐漸被工程塑料所替代。

1 工程塑料的性能研究

1.1 力學(xué)性能

工程塑料的使用范圍在很大程度上取決于其力學(xué)性能。工程塑料在強(qiáng)度、塑形、韌性以及耐磨性等方面都有著一定的優(yōu)勢(shì)，在很多領(lǐng)域可以發(fā)揮金屬材料的作用，進(jìn)行零件或構(gòu)件的制造。其中工程塑料的比剛性尤其高，金屬材料與其相比有著很大一段差距，在輕型結(jié)構(gòu)件的制造中有著十分廣泛的應(yīng)用。力學(xué)性能涉及了多個(gè)方面，主要包括拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、硬度以及蠕變性能等，在塑料零件的設(shè)計(jì)與運(yùn)用中，其熱蠕變性能是非常重要的，這是決定零件尺寸穩(wěn)定性的關(guān)鍵，是零件不被損壞正常工作避免設(shè)備故障的重要保障。

1.2 物理性能

物理性能主要有密度、吸水性、透明性、透氣性、熱性能等等，其中熱性能最為關(guān)鍵，其又分為幾種，包括耐熱、導(dǎo)熱以及熱膨脹等性能，相比于金屬材料，工程塑料在物理性能方面還存在一定的差距。許多電子設(shè)備都是以-20～60 ℃為一般工作溫度，對(duì)于大部分工程塑料而言是能夠應(yīng)用的。

1.3 化學(xué)性能

化學(xué)性能主要有耐腐蝕、耐候等性能。許多工程材料都具有良好的耐腐蝕性，而金屬材料在這一方面則明顯不足，但是在耐候性方面金屬材料要強(qiáng)于工程塑料，因此為了改善塑料的耐候性，通常會(huì)添加光穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑等助劑。

1.4 電性能

介電常數(shù)、介電強(qiáng)度、電阻率、耐電弧性等都屬于電性能，其中電絕緣性與介電常數(shù)成反比，與電阻率、介電強(qiáng)度成正比。

1.5 工藝性能

塑料的成型收縮、流動(dòng)性以及比容積等為其工藝性能。其中成型收縮率與流動(dòng)性受到塑料的成分、成型方法、零件尺寸以及有無(wú)其他金屬嵌件的影響，因此為了保證工程塑料的工藝性能，就必須高度重視選材、設(shè)計(jì)以及制作等一系列環(huán)節(jié)。

2 常見工程塑料在的應(yīng)用及其注射成型工藝

2.1 PA

PA一般指聚酰胺，俗稱尼龍。通過(guò)內(nèi)酸銨開環(huán)聚合或者二元銨與二元酸縮聚制得。PA的綜合性能較好，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐熱性、耐磨損性、耐腐蝕性以及自潤(rùn)滑性，同時(shí)具有一定的阻燃性，加工方便。PA有許多種，例如PA6、PA66、PA11、PA46、PA610等。隨著近幾年工程塑料注射成型工藝的不斷發(fā)展，PA在各個(gè)領(lǐng)域中都有著廣泛的應(yīng)用，包括汽車、機(jī)械、電器、化工、航空、冶金等等。以汽車領(lǐng)域?yàn)槔琍A在汽車中的應(yīng)用多為增強(qiáng)增韌PA，其主要是通過(guò)填充無(wú)機(jī)填料來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)。而PA的增韌則是通過(guò)將橡膠彈性體加入PA基體中實(shí)現(xiàn)。近幾年來(lái)，PA在汽車電氣部件、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油箱以及車身部件等方面發(fā)揮著非常大的作用。

關(guān)于PA的注射成型工藝，具體介紹如下：第一，原材料的準(zhǔn)備。由于PA的吸濕性較強(qiáng)，在吸濕后會(huì)影響到加工過(guò)程，例如降低熔體黏度、會(huì)有氣泡、銀紋出現(xiàn)在制品表面，并且還會(huì)大幅度降低制品的力學(xué)性能。因此，在PA注射成型之前，進(jìn)行干燥處理是非常重要的。再加上在高溫條件下，PA很容易被氧化而發(fā)生變色與降解，所以通常干燥方式采用的真空干燥，如果條件不允許，常壓熱風(fēng)干燥也是可以的。真空干燥溫度應(yīng)控制在85～95 ℃，時(shí)間4～6 h，而熱風(fēng)干燥的溫度90～100 ℃，干燥時(shí)間8～10 h，干燥處理后，PA材料不能放置空氣中超過(guò)1～3 h；第二，成型溫度。首先是機(jī)筒溫度的選擇，根據(jù)PA的熔點(diǎn)，并結(jié)合注塑機(jī)的型號(hào)、制品尺寸、形狀等因素，通常情況下機(jī)筒溫度應(yīng)在220～300 ℃范圍內(nèi)，由于PA具有較窄的加工溫度，因此必須嚴(yán)格控制機(jī)筒溫度，確保熔料不會(huì)因?yàn)榻到舛鴮?dǎo)致制品變質(zhì)。塑化與溶膠的速度在很大程度上決定了機(jī)筒溫度，機(jī)筒的中段溫度應(yīng)比熔點(diǎn)高20～40 ℃，比分解溫度低20～30 ℃，中段溫度應(yīng)比前端溫度高5～10 ℃，比后端溫度高20～50 ℃；必須保證加料口處冷卻的有效性；一旦中段溫度過(guò)低，螺桿轉(zhuǎn)速過(guò)快，就有可能卡料，而后端溫度過(guò)高，就會(huì)對(duì)輸送能力造成影響，螺桿吃料慢，降低生產(chǎn)效率。第三，注射壓力。PA的力學(xué)性能不會(huì)受到注射壓力的較大的影響。在注射壓力的選擇方面，主要是以注塑機(jī)的型號(hào)、機(jī)筒溫度、制品尺寸、形狀、模具機(jī)構(gòu)等為依據(jù)，同時(shí)注射速度、注射時(shí)間以及保壓時(shí)間也有一定的影響。第四，注射速度。注射速度主要取決于制品壁厚、熔體溫度、澆口大小等，對(duì)于壁厚比較小的產(chǎn)品，可以選擇較快的注射速度，反之則選擇較慢的注射速度。同時(shí)熔體溫度、澆口尺寸與注射速度成反比，應(yīng)度注射速度進(jìn)行控制，避免剪切過(guò)量導(dǎo)致熔體溫度過(guò)高而發(fā)生降解，進(jìn)而降低產(chǎn)品的力學(xué)性能。此外，如果注射速度過(guò)快，那么就會(huì)導(dǎo)致起跑、燒焦等問(wèn)題。第五，螺桿轉(zhuǎn)速。PA注射成型宜選擇中等螺桿轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速太快會(huì)由于剪切過(guò)量而導(dǎo)致塑料降解，降低產(chǎn)品的性能，而轉(zhuǎn)速過(guò)慢，則會(huì)對(duì)溶膠質(zhì)量造成影響，并且增加溶膠時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。第六，背壓。在制品質(zhì)量有一定保障的情況下，應(yīng)選擇低背壓，否則會(huì)導(dǎo)致熔體剪切過(guò)量而發(fā)生熱降解。第七，模具溫度。模具溫度決定了制品性能，對(duì)伸長(zhǎng)率、透明性有一定要求的制品，應(yīng)選用較低的模具溫度，而對(duì)強(qiáng)度、使用變形程度有要求的制品，應(yīng)選擇較高的模具溫度。第八，成型周期。成型周期主要與制品壁厚有關(guān)，壁厚越小，制品的成型周期通常就越短。

2.2 PC

聚碳酸酯又稱PC，其具有很高的透光率，最高可達(dá)到90%，最低也不會(huì)低于85%，并且PC的吸水性較大，具有較好的尺寸穩(wěn)定性、著色方便、剛度與韌性強(qiáng)，特別是沖擊強(qiáng)度更是達(dá)到了很高的標(biāo)準(zhǔn)，此外，PC的其他特性也十分出色，包括耐熱性、耐蠕變性、電絕緣性、抗老化、耐候性、耐寒性等。在汽車中PC的應(yīng)用主要體現(xiàn)在其透明性的利用，例如燈具、儀表標(biāo)牌、遮陽(yáng)板、窗玻璃等的制造。PC經(jīng)過(guò)改性之后在耐熱性、沖擊強(qiáng)度、剛性、加工流動(dòng)性等多方面性能都有著很大的提升。PC/PBT合金同時(shí)具備PC與PBT的優(yōu)點(diǎn)，在汽車保險(xiǎn)杠、車把手、安全氣囊通電部件等的應(yīng)用十分廣泛。

關(guān)于PC的注射成型工藝，具體介紹如下：第一，塑料的處理。PC的吸水率大，因此必須在加工前進(jìn)行預(yù)熱干燥，通常純PC干燥溫度為120 ℃，通常改性PC應(yīng)在110 ℃下干燥超過(guò)4～10 h。判斷其干燥是否完成可以采用空擠出法來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般PC的使用20%的再生料，特殊情況下可達(dá)到100%的使用，具體應(yīng)根據(jù)制品的品質(zhì)要求來(lái)確定。為了保證成品性質(zhì)，確保其不受到嚴(yán)重破壞，應(yīng)要求再生料不得同時(shí)混合不同的色母粒；第二，注塑機(jī)的選用。對(duì)于PC制品而言，根據(jù)其成本以及其他方面的因素，大部分都要采用改性材料，其中電工產(chǎn)品尤其突出，還需要針對(duì)其防火性能進(jìn)行強(qiáng)化，阻燃的PC以及其他塑料合金產(chǎn)品的成型中，一般不會(huì)采用常規(guī)的塑化螺桿，需要混合好、耐腐蝕的注塑機(jī)塑化系統(tǒng)；第三，模具及澆口設(shè)計(jì)。PC的常見模具應(yīng)將溫度控制在80～100 ℃，加玻纖溫度在100～130 ℃的范圍內(nèi)，小型制品的澆口可以選用針形，深度與最厚部位的比值為0.7：1最佳，此外，環(huán)形與長(zhǎng)方形澆口也可以使用，應(yīng)遵循越大越好的原則，確保由于過(guò)度剪切而導(dǎo)致塑料缺陷的情況得以避免。排氣孔深度應(yīng)控制在0.03～0.06 mm的范圍內(nèi)，要盡量保證短而圓的流道，其脫模斜度通常為30′-1°；第四，溶膠溫度。PC的注射成型可以采用空注射法，以此對(duì)加工溫度的高度進(jìn)行確定。通常情況下PC的加工溫度不宜低于270 ℃，也不宜高于320 ℃，對(duì)于部分改性或者低分子量PC而言，氣溫度應(yīng)控制在230～270 ℃；第五，注射速度。通常PC的注射成型速度比較塊，如電氣開關(guān)件等待那個(gè)，并且屬于一個(gè)由面到快的成型過(guò)程；第六，背壓。PC的背壓在10 bar左右為最佳，如果沒(méi)有出現(xiàn)氣紋與混色，那么可以適當(dāng)降低。第七，滯留時(shí)間。PC在高溫環(huán)境下不應(yīng)滯留過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間，否則就會(huì)較低物料的質(zhì)量，同時(shí)還會(huì)放出CO2其顏色變黃。此外機(jī)筒的清理不能使用LDPE、POM、ABS或者PA等，PS清理為最佳；第八，注意事項(xiàng)。部分改性PC，如果回收次數(shù)過(guò)多，即分子量下降，或者各種成分的混煉不均勻，那么很有可能導(dǎo)致深褐色液體泡的產(chǎn)生。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于各個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品都提出了更高的要求，其中汽車產(chǎn)品與電子設(shè)備產(chǎn)品在人們的生活中有著十分廣泛的應(yīng)用，因此，提高這類或相似產(chǎn)品的使用性能與質(zhì)量有著十分重要的意義。而工程塑料的應(yīng)用對(duì)于產(chǎn)品各方面性能的優(yōu)化有著十分重要的意義，相信在未來(lái)工業(yè)制造領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)程中，工程塑料的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛。

［1］ 王喜梅，趙志鴻，張振，等. 2013年我國(guó)工程塑料應(yīng)用進(jìn)展［J］. 工程塑料應(yīng)用，2014，（6）：107～116.

［2］ 伊廷會(huì). 電子電氣用工程塑料應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)［J］. 塑料科技，2001，（1）：43～48.

［3］ 生建友，王明月，唐國(guó)建，等. 工程塑料在電子設(shè)備中的應(yīng)用［J］. 工程塑料應(yīng)用，2005，33（2）：36～39.

［4］ 錢志國(guó)，姚曉寧，景肅，等. 工程塑料及其合金在汽車工業(yè)上的應(yīng)用［J］. 工程塑料應(yīng)用，2008，36（11）：45～49.

［5］ 郭勇，張曉野. 淺議工程塑料在汽車上的應(yīng)用與發(fā)展［J］. 經(jīng)營(yíng)者，2013，27（1）：6～8.

TQ322

1009-797X （2015） 18-0007-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.18.003

戴廣 （1987-）， 男，工科學(xué)士，研究領(lǐng)域?yàn)樽⑺艹尚凸に嚒?/p>

2015-08-26