塑料通用材料基礎(chǔ)知識培訓

1、l一、一、常用塑料的字母代號常用塑料的字母代號lPP-聚丙稀PET-聚對苯二甲酸乙二酯lPTFE-聚四氟乙烯PPO-聚苯醚（PPE）lPE-聚乙烯LDPE-低密度聚乙烯lPS-聚苯乙烯AS-丙稀腈-苯乙烯lPPS-聚苯硫醚EVA-乙烯-醋酸乙烯酯共聚物lPOM-聚甲醛lABS-丙稀腈-丁二稀-苯乙烯lPA6-聚酰氨（尼龍6）lTPU-聚氨酯lHDPE-高密度聚乙烯PA66-聚酰氨（尼龍66）lPBT-聚對苯二甲酸丁二酯lPVC-聚氯乙烯PC-聚碳酸酯lll二、二、塑料的性能塑料的性能l1.密度密度l定義：塑料在規(guī)定溫度下，單位體積物質(zhì)的質(zhì)量，溫度t時的密度用t表示，單位用kg/m3、g/cm3

2、或g/ml表示。一般是測定23，25或20。l一般采用浸漬法測定密度：l試樣在規(guī)定溫度的浸液中，所受浮力的大小，根據(jù)牛頓定律，等于試樣排開浸漬液的體積與浸漬液密度的乘積。而浮力的大小可以通過測量試樣的質(zhì)量與試樣在浸漬液中的表觀質(zhì)量求得.l用數(shù)學式表示：m1-m2=V10即：lV1=（m1-m2）/0l式中V1-試樣的體積，cm3；lm1-試樣的質(zhì)量，g；lm2-試樣在浸漬液中的表觀質(zhì)量，g；l0-浸漬液的密度，g/cm3。l試樣的體積和質(zhì)量均可以測得，可以求得試樣密度，用數(shù)學式表示：l=m1/V1=m10/（m1-m2）l2.拉伸性能拉伸性能l拉伸強度拉伸強度l定義：在拉伸試驗中，試樣直到斷裂

3、為止，所承受的最大拉伸應力，單位為Mpa。其中在屈服點出的應力值為屈服強度，單位為Mpa。l試樣采用GB中規(guī)定的型即雙鏟形，圖形如下：l試驗速度為50mm/min，拉伸強度按下式計算：lt=P/bdl式中t-拉伸強度，Mpa；lP-最大負荷，N；lb-試樣的寬度，mm；ld-試樣的厚度，mm。l斷裂伸長率斷裂伸長率l定義：在拉力作用下，試樣斷裂時，標線間距離的增加量與初始標距之比，以%表示。l試樣同上，斷裂伸長率按下式計算：lt=（L-L0）/L0100l式中t-斷裂伸長率，%；lL0-試樣原始標距，mm；lL-試樣斷裂時標線間的距離，mm。l3.彎曲性能彎曲性能l彎曲強度彎曲強度l定義：在達

4、到規(guī)定撓度值時或之前，負荷達到最大值的彎曲應力，單位為Mpa。l試驗裝置按下圖進行：l彎曲強度按下式計算：l彎曲模量彎曲模量l彎曲模量按下式計算：lll4.沖擊強度沖擊強度l沖擊性能試驗是在沖擊負荷作用下測定材料的沖擊強度。沖擊強度用于評價材料抵抗沖擊的能力或判斷材料的脆性或韌性程度，因此沖擊強度也稱為沖擊韌性。l沖擊試驗的方法很多，例如依據(jù)試驗溫度可分為常溫沖擊、低溫沖擊和高溫沖擊三種；依據(jù)試樣的受力狀態(tài)，可分為彎曲沖擊（包括簡支梁沖擊和懸臂梁沖擊）等等。l1）簡支梁沖擊簡支梁沖擊l簡支梁式擺錘沖擊彎曲試驗方法規(guī)定用簡支梁沖擊試驗機，對硬質(zhì)塑料試樣施加一次沖擊彎曲負荷使之破壞，并用試樣破壞時

5、單位面積所吸收的能量表征該材料的沖擊韌性。l無缺口試樣簡支梁沖擊強度-無缺口試樣在沖擊負荷作用下試樣破壞時吸收的沖擊能量與試樣原始橫截面積之比，并以KJ/m2表示。l缺口試樣簡支梁沖擊強度-缺口試樣在沖擊負荷作用下試樣破壞時吸收的沖擊能量與試樣缺口處原始橫截面積之比，并以KJ/m2表示。沖擊刀刃應對準缺口背面的中心位置。l也有標準采用試樣在沖擊負荷作用下試樣破壞時吸收的沖擊能量與試樣原始橫截面厚度之比，并以J/m表示。ll完全破壞-指經(jīng)過一次沖擊使試樣分成兩段或幾段。l部分破壞-指一種不完全性破壞，即無缺口試樣或缺口試樣的橫斷面至少斷開90%的破壞。l無破壞-指一種不完全性破壞，即無缺口試樣或

6、缺口試樣的橫斷面斷開部分小于90%的破壞。l方法原理如下圖所示：l簡支梁沖擊強度結(jié)果表示：ll缺口試樣簡支梁沖擊強度-缺口試樣在沖擊負荷作用下試樣破壞時吸收的沖擊能量與試樣缺口處原始橫截面積之比，并以KJ/m2表示。沖擊刀刃應對準缺口背面的中心位置。l也有標準采用試樣在沖擊負荷作用下試樣破壞時吸收的沖擊能量與試樣原始橫截面厚度之比，并以J/m表示。l完全破壞-指經(jīng)過一次沖擊使試樣分成兩段或幾段。l部分破壞-指一種不完全性破壞，即無缺口試樣或缺口試樣的橫斷面至少斷開90%的破壞。l無破壞-指一種不完全性破壞，即無缺口試樣或缺口試樣的橫斷面斷開部分小于90%的破壞。l2）懸臂梁沖擊懸臂梁沖擊l懸臂

7、梁沖擊試驗是對材料的脆性（或韌性）進行測量的另一種試驗方法，對使用簡支梁沖擊試驗中沖不斷的材料，使用懸臂梁沖擊試驗就顯得特別重要。l無缺口試樣簡支梁沖擊強度-無缺口試樣在懸臂梁沖擊破壞過程中吸收的能量與試樣原始橫截面積之比，并以KJ/m2表示。l缺口試樣簡支梁沖擊強度-缺口試樣在懸臂梁沖擊破壞過程中吸收的能量與試樣缺口處原始橫截面積之比，并以KJ/m2表示。試驗時擺錘的沖擊方向為試樣有缺口的一面。l也有標準采用試樣在沖擊負荷作用下試樣破壞時吸收的沖擊能量與試樣原始橫截面厚度之比，并以J/m表示。l完全破壞-指經(jīng)過一次沖擊使試樣分成兩段或幾段。l鉸鏈破壞-指斷裂的試樣由沒有剛性的很薄表皮連在一起

8、的不完全破壞。l部分破壞-指除鉸鏈破壞以外的不完全破壞。l無破壞-指試樣未被破壞，只是產(chǎn)生彎曲變形并有應力發(fā)白現(xiàn)象。l方法原理如下圖所示：l懸臂梁沖擊強度結(jié)果表示：l5.硬度硬度l硬度是指材料抵抗其他較硬物體壓入其表面的能力。硬度值的大小是表示材料軟硬程度的有條件性的定量反映，它本身不是一個單純的確定的物理量，而是由材料的彈性、塑性、韌性等一系列力學性能組成的綜合性指標。硬度值的大小不僅取決于該材料的本身，也取決于測量條件和測量方法。l硬度試驗的主要目的是測量該材料的適用性，并通過對硬度的測量間接了解該材料的其他力學性能，例如磨耗性能、拉伸性能、固化程度等。l洛氏硬度l是指用規(guī)定的壓頭對試樣先

9、施加初試驗力，接著再施加主試驗力，然后卸除主試驗力，只保留初試驗力，用前后兩次初試驗力作用下壓頭壓入試樣的深度差h（即h3-h1）經(jīng)計算得出的值表示。l如下原理圖：l測定硬度的方法很多，常見的有以下幾種：l邵氏硬度l又稱為肖氏硬度，是表示塑料和橡膠材料硬度等級的一種方法。邵氏硬度計可分為A型、C型和D型三種，其硬度讀數(shù)分別用HA、HC和HD表示。ll球壓痕硬度l以規(guī)定直徑的鋼球在試驗負荷作用下垂直壓入試樣表面，經(jīng)過規(guī)定時間后，以單位壓痕面積所承受的壓力表示該試樣的硬度，用N/mm2表示。l洛氏硬度l是指用規(guī)定的壓頭對試樣先施加初試驗力，接著再施加主試驗力，然后卸除主試驗力，只保留初試驗力，用前

10、后兩次初試驗力作用下壓頭壓入試樣的深度差h（即h3-h1）經(jīng)計算得出的值表示。l如下原理圖：6.熔點熔點l常用的方法有偏光顯微鏡法、熱分析法等。l偏光顯微鏡法：偏光顯微鏡法：l在高聚物中，如PA、PE、PP、POM等材料，是部分結(jié)晶聚合物，沒有一個明顯的熔點，而是一個熔融范圍，利用偏光顯微鏡法測其熔點比較合適和準確。l方法原理：當光射入晶體物質(zhì)時，由于晶體對光的各向異性作用而出現(xiàn)雙折射現(xiàn)象，當物質(zhì)熔化，晶體消失時，雙折射現(xiàn)象也隨之消失?；谶@種原理，把試樣放在偏光顯微鏡的起偏鏡和檢偏鏡之間進行恒速加熱升溫，則從目鏡中觀察到試樣熔化晶體消失時而發(fā)生的雙折射消失的現(xiàn)象。把試樣雙折射消失時的溫度就定

11、義為該試樣的熔點。l熱分析法：熱分析法：l方法原理：用熱分析法測量熔點，有差熱分析法（DTA）及示差掃描量熱法（DSC）兩種方法。其原理是在一臺適用的DTA或DSC儀器上，以規(guī)定的升溫速率對試樣及一個對應的參照材料同時進行加熱，由于試樣的熔化過程是一種吸熱現(xiàn)象，而參照材料是選用在樣品的熔化溫度范圍內(nèi)對熱不敏感的物質(zhì)，因此在樣品熔化時，試樣的溫度低于參照材料的溫度（DTA法）或輸入到試樣的能量大于輸入到參照材料的能量（DSC法），其溫度的差值（DTA）或能量的差值（DSC）被儀器在加熱過程中連續(xù)記錄的曲線反映出來，在曲線上出現(xiàn)了明顯的峰（典型的DTA或DSC曲線如下圖所示）。從被儀器記錄下來的曲

12、線中即可得到試樣開始熔融的溫度T0及熔融峰的溫度Tp。T0及Tp這兩個溫度值就表示為試樣開始熔融的溫度及最終的熔融溫度。l7、模塑收縮率、模塑收縮率l定義：也稱模塑料線性收縮率(MS)，是指模塑試樣與模具型腔所測得的兩者尺寸的變化率，以%表示。lMS=(L0-L1)/L0100l式中：MS-模塑料線性收縮率，%；lL0-模具型腔尺寸，mm；lL1-試樣實際尺寸，mm。l8.熱變形溫度熱變形溫度l負荷熱變形溫度是衡量塑料耐熱性的主要指標之一，但它不是最高使用溫度。l方法原理：把一個具有一定尺寸要求的矩形試樣，放在跨距為100mm的支座上，并在兩支座的中點處，施加規(guī)定的負荷，形成三點式簡支梁式靜彎

13、曲，負荷力的大小，必須使試樣形成1.81N/mm2或0.45N/mm2的表面彎曲應力，把受荷后的試樣浸在導熱的液體介質(zhì)（如硅油等）中，以120/h的升溫速率升溫，當試樣中點的變形量達到與試樣高度相對應的規(guī)定值時，讀取其溫度，這就是負荷熱變形溫度。l9.維卡軟化點維卡軟化點l維卡軟化點也是塑料耐熱性指標之一。l定義：在規(guī)定條件下刺入試樣1mm時的溫度，。l測試儀器和熱變形溫度測定儀共用設(shè)備，把試樣放在試樣架上，把壓頭小心壓好，把支架浸入浴槽，使試樣位于液面35mm以下，加上已選的砝碼。開動攪拌器，5分鐘后調(diào)節(jié)變形測量裝置的零點，然后按選定的等速升溫檔開始升溫，直到變形測量裝置指示壓針壓入量達到1

14、mm時，快速記下當時的溫度，該溫度即為所測的維卡軟化溫度值。l10.熔融指數(shù)（熔融指數(shù)（MI）l又稱熔體流動速率（MFR）或熔體流動指數(shù)（MFI）。它表征熱塑性聚合物熔體流動的性能。l是指熱塑性塑料在一定的溫度和壓力下，熔體每10min通過規(guī)定的標準口模的質(zhì)量，單位為g/10min。ll各種塑料的試驗條件根據(jù)標準規(guī)定執(zhí)行，如PP料，GB和ISO標準均采用230，2.16kg力的砝碼，而DIN標準一般采用230，5kg力的砝碼，測試溫度不同材料也不一樣。一般地：PP是230，PE、POM是190，可參照相應標準的規(guī)定執(zhí)行。l11.阻燃性阻燃性l高聚物的燃燒是可燃劑與氧化劑之間的一種快速氧化反應，

15、是一個復雜的物理化學過程，且伴隨放熱及發(fā)光等特征，并生成氣態(tài)和凝聚態(tài)產(chǎn)物?，F(xiàn)在已有許多技術(shù)可賦予高分子材料以租燃性，它包括接枝和交聯(lián)改性技術(shù)、抑制降解及氧化技術(shù)、催化阻燃技術(shù)、氣相阻燃技術(shù)等等，目前在工業(yè)上普遍采用的是在被阻燃材料混配時加入添加型阻燃劑或在合成高聚物時加入反應型阻燃劑。l阻燃性能可分級，如美國UL-94標準規(guī)定的等級V-0，V-1，V-2等，DIN標準規(guī)定了汽車內(nèi)飾材料的燃燒速度為小于100mm/min。ll12.電性能電性能l體積電阻率體積電阻率l定義：平行于材料中電流方向的電位梯度與電流密度之比，單位是cm。l表面電阻率表面電阻率l定義：平行于材料表面上電流方向的電位梯度與

16、表面單位寬度上的電流之比，單位是。l介電強度介電強度l定義：試樣擊穿時，單位厚度承受的擊穿電壓值，單位為KV/mm或MV/m。有時也稱此量為電氣強度或擊穿強度。lll方法原理：使電壓以連續(xù)升壓的方式或逐級升壓的方式升高，記取試樣被擊穿時的電壓值。其測試原理線路圖如圖所示，T1為自耦變壓器，T2是升壓變壓器。T2變壓比不同，其輸出最高電壓不同。當T1升壓時，T2高壓輸出也升高，直至試樣被擊穿。l計算介電強度：l自動升壓裝置線路圖ll介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切l(wèi)定義：（相對）介電常數(shù)：以絕緣材料為介質(zhì)與以真空為介質(zhì)制成同尺寸電容器的電容量之比值。l介質(zhì)損耗：置于交流電場中的介

17、質(zhì)，以內(nèi)部發(fā)熱（溫度升高）形式表現(xiàn)出來的能量損耗。l介質(zhì)損耗角：對電介質(zhì)施加交流電壓，介質(zhì)內(nèi)部流過的電流相量與電壓相量之間的夾角的余角。l介質(zhì)損耗角正切：對電介質(zhì)施以正弦波電壓，外施電壓與相同頻率的電流之間相角的余角的正切值tg。l其物理意義是：l13.耐光性耐光性l光源的選擇：氙燈、碳弧燈、熒光紫外燈，我們一般選擇氙燈作為光源。l溫度：50，相對濕度50%70%。時間的選擇根據(jù)材料有不同要求，一般對汽車零件有此項要求。l14.耐侯性耐侯性l在氙燈光照條件下，加以水噴射，水采用蒸餾水或去離子水。l15.灼燒殘余（灰分）灼燒殘余（灰分）l合成樹脂和塑料中的灰分，是指塑料樹脂灰化后的固體殘余物，主

18、要是樹脂生產(chǎn)、包裝和運輸?shù)葞淼臒o機雜質(zhì)或塑料中的無機添加物。灰分含量的多少，表征樹脂的純度，關(guān)系到樹脂的應用和加工。l定義：試樣經(jīng)灼燒后所剩余的無機殘渣，用質(zhì)量百分數(shù)表示。l方法原理：將足夠量的樣品燃燒并在高溫下灼燒至恒重，由灼燒前后樣品質(zhì)量計算灰分含量。l16.聚丙稀的耐老化性能聚丙稀的耐老化性能l方法原理：用強制通風烘箱使試樣加速熱老化，用目視觀察試樣出現(xiàn)局部銀紋、破碎或變色所需時間評定材料的熱穩(wěn)定性。l溫度為150，直至試樣出現(xiàn)局部銀紋、破碎或變色時記錄時間，以小時為單位。l17.抗老化性能抗老化性能l塑料在經(jīng)過一定的溫度和時間后其各項性能的變化情況，可以評價其抗老化性能。一般檢測比較

19、的項目有拉伸強度、伸長率、抗沖擊性能等。l18.耐環(huán)境應力開裂耐環(huán)境應力開裂l定義：應力開裂-是指材料受到低于其屈服點的應力或者說低于其短期強度的應力（包括內(nèi)應力、外應力以及兩種應力的組合）的長期作用下發(fā)生開裂而破壞的現(xiàn)象。l耐環(huán)境應力開裂-是指材料暴露于化學介質(zhì)中，受到低于其屈服點的應力或者說低于其短期強度的應力（包括內(nèi)應力、外應力以及兩種應力的組合）的較長期作用下發(fā)生開裂而破壞的現(xiàn)象。ll耐熱應力開裂-是指材料在一定溫度下，受到低于其屈服點的應力或者說低于其短期強度的應力（包括內(nèi)應力、外應力以及兩種應力的組合）的長期作用下發(fā)生開裂而破壞的現(xiàn)象。l塑料環(huán)境應力開裂的測量方法，根據(jù)試樣暴露于介

20、質(zhì)中所受到低于其短期強度的應力或應變的方式可分為彎曲試條法、球或針壓痕法、恒定拉伸應力法。單位：h（小時）。l19.低溫沖擊脆化溫度低溫沖擊脆化溫度l塑料的剛性隨所處的環(huán)境溫度的變化而變化，在標準環(huán)境的溫度下表現(xiàn)為軟性或非剛性的塑料，當環(huán)境溫度向低溫方向變化而達到某一低溫區(qū)域時，就表現(xiàn)出呈剛性，繼而變成脆性。脆化溫度的測定，就是塑料試樣在規(guī)定的受力及變形的條件下，測出其試樣顯示脆性破壞時的溫度。l方法原理：把試樣以懸臂的方式安裝于規(guī)定的夾具中，并置于低溫介質(zhì)中恒溫，當試樣達到某一預定的低溫后，用規(guī)定的沖頭以規(guī)定的速度打擊試樣，使試樣正好繞規(guī)定的半徑彎曲90，而后觀察記錄下試樣破壞的百分數(shù)，當試

21、樣破壞概率為50%時的溫度，就定義為脆化溫度，并用t50表示。l實際測定時根據(jù)經(jīng)驗或有關(guān)資料，選取合適的溫度進行測試，最后用圖解法或計算法求取t50。一般需要大量的試樣試驗，只在新產(chǎn)品開發(fā)時做，質(zhì)量控制時，只采用通過法，根據(jù)標準規(guī)定溫度點，試樣破壞情況，符合要求則合格，否則不合格。l三、塑料配方中常用的添加劑三、塑料配方中常用的添加劑l1.增塑劑增塑劑l定義：凡能增加聚合物的塑性，使之易于加工的物質(zhì)稱為增塑劑。l增塑劑通常為高沸點、難揮發(fā)的液體或低熔點的固體，主要是低相對分子質(zhì)量的酯類。加入增塑劑的目的是為改性，如少量增塑劑的加入可以顯著提高聚合物的塑性和流動性能，降低流動溫度，有利于塑料的成

22、型加工，同時被增塑的聚合物的柔韌性、沖擊強度、極限伸長率、低溫性能等韌性指標都有所提高，而拉伸強度、玻璃化溫度、軟化溫度、介電性能、彈性模量等剛性、耐熱性會下降。l常用的增塑劑有鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）、鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）等。ll2.抗氧劑抗氧劑l定義：能夠延緩或抑制聚合物氧化降解的物質(zhì)稱為抗氧劑。在聚合物中添加量很少，在橡膠工業(yè)中將這類物質(zhì)稱為防老劑。l理想的抗氧劑應具備如下功能：l抗氧效能高；l無毒，不刺激皮膚；l耐熱性好，在加工溫度下穩(wěn)定；l揮發(fā)性和遷移性小，耐抽出性高，防護性能持久；l與樹脂相容性好，不噴霜；l污染性和著色性?。籰與其他助劑無化學反應；l不影響塑料和橡膠的加工

23、性能和其他性能；l價格低廉。ll3.光穩(wěn)定劑光穩(wěn)定劑l定義：添加于塑料等高聚物中，能夠抑制或削弱光降解作用，提高材料耐光性的物質(zhì)稱為光穩(wěn)定劑。由于現(xiàn)在所使用的大多數(shù)光穩(wěn)定劑都是能夠吸收紫外光的物質(zhì)，故習慣上常將它們稱為紫外線吸收劑。ll4.熱穩(wěn)定劑熱穩(wěn)定劑l定義：聚氯乙烯熱穩(wěn)定性很差，當在160200溫度下加工時，它會發(fā)生熱降解放出HCL，使制品變色、性能變劣，為防止其降解，改善PVC穩(wěn)定性而添加的一類助劑稱為熱穩(wěn)定劑。l熱穩(wěn)定劑主要有鋁鹽類、金屬皂類、有機錫類、復合穩(wěn)定劑四大類。ll5.潤滑劑潤滑劑l塑料在成型加工過程中，存在著多種形式的摩擦現(xiàn)象。過度的摩擦使流動困難，易產(chǎn)生大量的摩擦熱，還能引起物料的分解，反映到制品上則表現(xiàn)為質(zhì)量下降。所以需要使用潤滑劑。尤其對PVC的成型加工。l常用的潤滑劑有烴類、脂肪酸類、高級醇類、金屬皂類等。ll6.偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑l偶聯(lián)劑即與聚合物樹脂有較好的相容性，又可與填料形成化學鍵，可以改善填料與聚合物的界面相容性。l7.填充劑填充劑l塑料中添加無機或有機填充劑，以改變其力學、工藝、使用性能或降低成本的改性方法叫作填充改性。所添加的物質(zhì)稱為填充劑。l最常用的填充劑有：碳酸鈣、滑石粉、云母、硅灰石、玻璃微珠、粉煤灰等。l8.相容