常用注塑材料不清楚，怎么行？

鲁智深

常用注塑材料

一、塑料基本概念

1．高分子
高分子是由含有可反应功能团的一种或几种称为单体的小分子物质，按照某种规律通过化学键连接起来的巨型分子。由高分子所组成的物质叫做高分子化合物，又称为高聚物或聚合物，它与低分子化合物相比有如下特点：
（1）它们都是由成千上万的原子以共价键相结合起来的大分子所组成的物质；
（2）分子量很大，一般可自几万或几十万、几百万、甚至上千万。而普通低分子的分子量只有几十或几百；
（3）分子量具有多分散性，即分子量是不匀一的。

2．塑料
塑料一般指以合成或天然的高分子化合物（树脂）为基本成分，可在一定条件下塑化成型，而产品最终形状能保持不变的材料。它的组成除了高聚物为主要成分外，还根据需要可能含有某些具有特定用途的助剂。助剂主要有填料、增塑剂、着色剂、稳定剂等。作为塑料基本成分的高聚物，习惯上成为树脂。

二、塑料分类
塑料有多种分类方法。一般说来，有以下两种。

1．按照塑料的使用特性分类
可分为通用塑料、工程塑料和功能塑料。

（1）通用塑料  一般作为非结构材料，其产量大，价格低，但性能一般。主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料等。
（2）工程塑料 一般是指可以作为结构材料，能在较广的温度范围内承受机械应力和较为苛刻的化学物理环境中使用的材料，如聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯、聚甲醛和聚苯醚等。它们与通用塑料相比，具有优异的机械性能、电性能、化学性能、耐热性、耐磨性和尺寸稳定性等。
（3）功能塑料  是指用于特种环境下的具有特种功能的塑料。如医用塑料、光敏塑料等。

2．按受热所呈现的基本行为分类
可将塑料分为热固性塑料和热塑性塑料。

（1）热塑性塑料
在特定温度范围内，能反复加热软化和冷却硬化的塑料。类塑料基本是以聚合反应所得到的树脂为基础制成的，受热时不产生化学交联。因而当它再一次受热时仍具有可塑性，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等。

（2）热固性塑料
是指受热后能成为不熔性物质的塑料。这类塑料基本以缩聚反应所得到的树脂为基础制成，受热时发生化学变化使线型分子结构的树脂转变为体型结构的高分子化合物，当它再一次受热时就不再具有可塑性，如酚醛塑料、氨基塑料等。

三、常用塑料

1．聚氯乙烯
聚氯乙烯（PVC）由氯乙烯聚合制得。目前世界PVC产量仅次于聚乙烯，居各塑料品种产量的第二位。
根据成型加工或使用性能的要求，在PVC树脂中加入各种助剂以制成肯有各种性能特征的PVC塑料制品。例如，添加增塑剂可以降低PVC的熔温度和熔体黏度，并可以借增塑剂的添加比例来获得不同软、硬程度的PVC产物。稳定剂的加入使PVC在成型加工过程及使用过程中不易分解和老化。润滑剂则在加工中起润滑作用，减少摩擦热，使制品表面光滑。

聚氯乙烯根据软、硬程度的不同，可以进行压延、模压、挤出、注塑、吹塑等成型加工。聚氯乙烯薄膜通常是用吹塑、压延法制得；板材、管材、棒材、线材及型材以挤出法生产为主；大型板材、层合材料采用模压法成型；工业零件则多用注射成型。
硬PVC塑料的主要缺点是加工性、热稳定性和耐冲击性差。软PVC塑料的主要缺点是在使用过程中存增塑剂挥发、迁移、抽出等现象。为改变聚氯乙烯加工成型和使用上的不足，可以通过共聚、共混或寻找合适的稳定性、增塑剂等助剂来降低熔体黏度、降低加工温度和改进加工性能。

2．聚乙烯（PE）是由乙烯聚合而成的。
聚乙烯的原料—乙烯，来源充足，有优良的电缘性能、耐化学腐蚀性能、耐低温性能和良好的加工流动性，因此，其制品生产发展非常迅速。
过去按聚合压力有高压、中压、低压之分，利用低压法也可以生产出与高压聚乙烯相类似的线性低密度聚乙烯。目前，按密度可分为高密度、低密度、线性低密度聚乙烯等类别。

（1）低密度聚乙烯（LDPE） 通常用高压法（147.17—196.2MPa）聚合，称为高压聚乙烯。结晶度较低（45%—65%），相对密度较小（0.910—0.925），质轻，柔性、耐寒性、耐冲击性较好，广泛用于生产薄膜、管材、电缆绝缘层和护套等。
（2）高密度聚乙烯（HDPE） 是采用低压法聚合，称为低压聚乙烯，分子中支链少、结晶度高（85%—95%）、相对密度大（0.941—0.965），具有较高的使用温度、硬度、机械强度和耐化学药品性能。适宜用中空吹塑、注塑和挤出法成型各种制品，例如各种瓶、罐、盆、桶等容器，渔网、捆扎带；作电线电缆覆层、管材、板材和异型材料等。
（3）线性低密度聚乙烯（LLDPE） 近年开发并蓬勃发展的一种新型聚乙烯，它是乙烯与a-烯烃的共聚物。
（4）超高分子量聚乙烯（HUMWPE） 系指相对分子质量大于70万以上的高密度聚乙烯。其相对密度介于0.936—0.964之间，它的机械强度远远高于低压聚乙烯，有优异的抗环境应力开裂和抗高温蠕变性能，有极佳的消音和高耐磨等特性，可广泛地用于工程机械、矿山机械及零部件的制造。

3．聚丙烯
聚丙烯（PP）是由丙烯在催化剂的作用下聚合而成的，有等规聚丙烯（IPP）和无规聚丙烯（APP）之分。应用价值大的是等规聚丙烯（IPP），但就目前生产聚丙烯的技术而言，总有少量无规聚丙烯（APP）。APP性能差，不能单独作塑料，只可作为IPP的助剂使用。
PP属于线性的高结晶性聚合物，熔点为165℃。PP是最轻的聚合物，其相对密度仅0.89—0.91。它具有优良的机械性能，比聚乙烯坚韧、耐磨、耐热，有卓越的介电性能和化学稳定性。

近年来PP生产的发展很快，是热塑性塑料四大品种（PE、PVC、PS和PP）之一。
聚丙烯树脂的最大缺点是耐老化性能比聚乙烯差，所以聚丙烯塑料通常须添加抗氧剂和紫外线吸收剂。这主要是由于聚丙烯主链上有许多带甲基的叔碳原子，叔碳原子上的氢容易受氧攻击的结果。此外，PP的成型收缩率大，耐低温性、冲击性差，通常通过复合及共混改性的办法加以改善。
聚丙烯可以用挤出、注塑、吹塑、模压、真空成型等方法加工。基中以挤出、注塑法为主。

4．聚苯乙烯（PS）是由苯乙烯聚合而成的。
合成方法有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。用各种聚合方法制成的聚苯乙烯均不透明，呈乳白色。
PS分子主链是含有苯基侧基的饱合烃链，分子结构不对称，加之苯环体积的影响，使大分子链不易发生旋转，因而具有较大的刚性，并且难以形成有序结构。因此，PS是典型的非晶态线性高分子化合物。
PS熔点较低（约90℃），有较宽的熔融温度范围，流动性好，成型性好。

5．ABS及苯乙烯共聚类树脂
（1）ABS树脂 为丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的共聚物。
ABS树脂采用乳液、本体或悬浮聚合法合成，也可用机械混炼接枝法生产。
ABS共聚树脂表现出三种单体均聚物的协同性能。丙烯腈使聚合物耐油、耐热、耐化学腐蚀；丁二烯使聚合物具有卓越的柔性、韧性；苯乙烯赋予聚合物以良好的刚性和加工熔融流动性。

ABS树脂有高的坚韧性、刚性和化学稳定性，兼有一定耐热性和耐油性。改变三种单体的比例和相互的组合方式，以及采用不同的聚合方法和工艺，可以较宽地适应产品性的变化，可获得各种产品以适应多方面用途的需要。
ABS以突出的力学性能和综合性能，成为重要的工程塑料。例好制造汽车零件、电器外壳、电话机、旅行箱、安全帽等。ABS的表面电镀制品广泛地代替金属用于电器设备、日用制品。

（2）AS树脂 为丙烯腈与苯乙烯的共聚物，也可写成SAN树脂。
AS树脂通常采用两利单体经本体法聚合制得。AS树脂无色透明，透光率与聚苯乙烯相当，但韧性、强度超过聚苯乙烯。有良好的刚性、尺寸稳定性，流动性，可成型各种制品。
AS树脂广泛用于电话机、接线箱、电池箱等电气制品；笔杆、渔具、玩具等文教用品。

6．聚甲基丙烯酸甲酯
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA） 是丙烯酸类树脂中最重要的一种，俗称有机玻璃，相对分子质量为50万—100万。
工业上主要用本体聚合法和悬浮聚合法合成。本体聚合制得的板状制品，因透明度高，可代替普通无机玻璃。有机玻璃的相对密度不到无机密度的一半，抗冲击、耐震性好，并具有良好的电绝缘性、染色性和二次加工性，因此，广泛用作飞机舱盖、汽车及摩托车的安全玻璃、仪表罩以及工艺美术品、文教用品。适合作模塑粉，用于注塑、模塑、挤出成型。近年来已开发用于挤出成型板材，使用有机玻璃生产方法有重大发展。
聚甲基丙烯酸甲酸中若含有定向排列的珠光粉（即碱式碳酸铅、氧氯化铋、二氧化钛或片状晶体，以及二氧化钛或氧化铁涂膜的云母片）时即可产生珠光效果，因而用挤出法、注塑法可成型出各种五光十色的珠光制品——俗称珠光有机玻璃。

7．聚碳酸酯
聚碳酸酯（PC）按结构可分为脂肪族、脂环族、芳香簇等多种类型的聚碳酸酯。目前的主要品种是双酚A型聚碳酸酯，属于芳香族碳酸酯。
聚碳酸酯的制备方法有光气法和酯交换法。光气法是在溶剂和碱存在下，使光气与双酚A在常温、常压下直接反应生成聚碳酸酯，相对分子质量通常为3万—10万，透明度最好。
酯交换法是先使光气与苯酚作用生碳酸二苯酯，然后使用与双酚A在高温、高真空下进行酯交换缩聚反应而制成聚碳酸酯。相对分子质量通常为2.5万—5万。

聚碳酸酯具有卓越的冲击强度、耐蠕变性，并有较高的耐热性、耐寒性（可要-100—140℃范围使用）。PC透明度较好，可见光的透过率可达90%以上。PC的拉伸强度、弯曲强度，刚性及电绝缘性很突出。
正是由于聚碳酸酯性能优良，应用广泛，近年来得到了迅速发展，产量在工程塑料中仅次于尼龙而居于第二位。

PC的成型加工性能优良，可用注塑、挤出等方法成型。在玻璃化温度与熔融温度之间，PC呈现高弹态；在170——220℃之间，可采用吹塑和辊压等方法成型。而在室温下，聚碳酸酯具有相当大的强迫高弹形变能力和很高的冲击韧性，因此可进行冷压、冷拉、冷辊压等冷成型加工。
PC主要用于制造电子仪器、仪表零件、绝缘套管、机械零件、纺织器材等。

8．聚对苯二甲酸酯类树脂
聚对苯二甲酸酯类树脂包括聚对苯二甲酸乙二（醇）酯（PET）和聚对苯二甲酸丁二（醇）酯（PBT），都属于饱和聚酯型热塑性工程塑料。
对苯二甲酸乙二（醇）酯是由对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯与乙二醇在催化剂存在下，通过直接酯化法或酯交换法制成对苯二甲酸双羟乙酯（BHET），然后再由BHET进一步缩聚反应成PET。

PET以前多作为纤维（涤纶纤维）使用，后又用于生产薄膜，近年来更广泛用于生中空容器，俗称“聚酯瓶”。
PET薄膜是热塑性树脂薄膜中韧性最大者，在较宽的温度范围内能保持其优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，能在150℃短期使用，在-200℃的液氮中仍具有韧性。

PET薄膜的拉伸强度与铝膜相当，为PE薄膜的9倍，为聚碳酸酯和尼龙膜的3倍。此外，还具有优良的耐候性、透光性、耐化学性和电性能。
PET的主要缺点是加工性能差，这是由于其结晶速度太低的缘故。目前主要通过增强加入成核剂及其助剂，来提高PET结晶速度和改善成型加工性。
聚对苯二甲酸丁二（醇）酯的制法与PET基本相同，只是把乙二醇改为1，4-丁二醇。

PBT的特点是热变形温度高，在150℃的空气中可长期使用；其吸湿性低，在23℃的饱和值为0.45%，在苛刻环境下尺寸稳定性仍佳；静态、动态摩擦系数低，这样可以大大减少对金属或其它零件的磨耗，其耐化学腐蚀性也优良，主要用于机械零件。
PBT的加工性能也优于PET，多用注射成型法制造机械零件、办公用设备等工程制品。

9.聚酰胺
聚酰胺（PA）俗称尼龙，是工程塑料中发展最早的品种，目前产量居工程塑料的首位。
PA主要品种有PA6、PA9、PA11、PA12、PA66、PA1010、PA610、PA612及MC尼龙等。此类树脂具有很高的机械强度、韧性、耐磨、耐油、耐弱碱和一般有机溶剂。

聚酰胺可由二元胺和二元酸通过缩聚反应制得；也可由内酰胺通过自聚制成。分子结构中主要有一个胺酰基和若干个次甲基或其他环烷基、芳香基构成。
PA的使用温度一般在－400～100℃范围内。其缺点是吸水性大，影响尺寸稳定性。尼龙可用多种方法成型，如注塑、挤出、模压、烧结以及喷涂和流化床浸渍涂覆法等。其中以注塑法为主。

10．聚甲醛
聚甲醛（POM）学名聚氧化次甲基，是分子主链中含有亚氧甲基链节的线性高分子化合物，它是一种高熔点、高结晶性的热塑性工程塑料，分聚甲醛和均聚甲醛两种。

聚甲醋是一种没有侧链的高密度、高结晶性的线性高聚物。具有优良的物理机械性能，是在塑料中机械性能最接近金属材料的品种之一，而且它的尺寸稳定性好，耐水、耐油、耐化学药品及耐磨损等性能都十分优良。

11．酚醛树酯
酚与醛经过缩聚反应所得树脂总称为酚醛树脂，即苯酚和甲醛缩聚产物。按所用原料配比和催化剂的不同，可分别制成塑性线性酚醛树脂和热固酚醛树脂，这时它们都是可熔的。

以酚醛树脂为基础制成的酚醛塑料制品品种类很多，性能良好，应用广泛。例如玻璃纤维填充的酚醛玻璃钢制品，强度大，有较优良的耐热性和耐腐蚀性；石棉填充的酚醛塑料制品肯有卓越的耐热性、耐腐蚀性（耐酸）和耐磨性；木粉填充的酚醛塑料制品（俗称电木或胶木制品），成本低，电绝缘性能好，成型性好，大量用于制造通用电绝缘零件，如各种电器开关、仪表外壳、旋钮等。
酚醛树脂虽然是最古老的合成树脂，但至今仍是重要的树脂品种，而且在产量上始终占据热固性树脂的首位。近年来研究制成许多改性酚醛树脂新品种，大大改善了此种树脂的耐热性、韧性等性能，使之得到发展。

12．特种塑料

（1）氟树脂  
氟树脂是在高分子结构中含有氟的树脂总称。
氟树脂品种有：聚四氟乙烯（PTFE）、四氟乙烯与六氟丙烯酸共聚物（FEP）、聚三氟氯乙烯（PCTFE）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、乙烯-三氟乙烯共聚物（E-CTFE）、乙烯-四氟乙烯共聚物（E-TFE）、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物（PFA）、偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物（VDF-CTFE）、全氟磺酸树脂（XP树脂）与仿氟乙烯-六氟异丁烯共聚物（CM-1树脂）等十余种，数十个牌号。

氟树脂从分子结构上看，虽然是属于直链状热塑性聚合物，但熔融黏度太高不适用于注塑。可供注塑的氟树脂品种有：四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（F46），其特点是结构规则性不如聚四氟乙烯，结晶度较低，在F46中六氟丙烯约占18%为宜，如果低于18%则难于注塑，但若高于此数则耐热性不好。在F46 分子结构中含有三氟甲基，分子量比PTFE要底。

虽然黏度高达10-102Pa·s（104—105 cP），但由于在高温下分子可自由活动，能形成熔融状态，这为注塑加工提供了方便条件。聚三氟氯乙烯（PCTFE），从分子结构上自与PTFE主要的区别在于有氯原子存在，从而破坏了PTFE对称性，降低了大分链堆砌，使其增加柔性。
PCTFE易于高温下分解。聚偏氟乙烯（PVDV），是一种白色未状，结晶型热塑性树脂；它还可以与三氟氯乙烯组成共聚物（氟塑料23-19、3M树脂），其最大特点是提高了使用温度，可在120℃长期使用，低于170℃不发生重结晶，因此能良好地保证制品机械性能。

（2）耐高温型树脂  
聚砜、聚芳砜、聚苯醚砜、聚苯硫醚、聚苯醚、改性聚苯醚、聚酰亚胺-酰亚胺，这类聚合物由于分子主链上含有亚芳基或杂环结构，因此具有耐高温、耐辐射的能力，并兼有很高的强度和尺寸稳定性。

① 聚砜（PSF）属线型热塑性聚合物，虽然有规整结构，但仍是无定型结构形态。在主链上有——SO2—链节。聚砜的黏度较大，对温度的依赖性要比对剪切速率大，这一点正与聚乙烯相反而与聚碳酸酯类相似。在注塑中，当剪切速率低时，聚砜的膨胀效应几乎与温度无关，但当剪切速率增加时，温度对其膨胀效应的影响却非常明显。

② 聚苯醚（PPO） 该树脂于1965年由美国通用电气公司（GE）投入工业化生产。从PPO的分子结构上看它有重复出现的苯环和醚键的对称结构，因此具有较高的耐热性能和冲击性能。PPO和其他许多热塑性塑料不同，熔体的流变性能接近于牛顿流体，黏度对剪切速率并没有明显的依赖性。用于注塑的还有性聚苯醚及氯化聚醚。

③ 聚苯硫醚（PPS） 是一种新型工程塑料，有优良的综合性能。使PPS与MOS2和Sb2O2共混可获得作轴颈与轴承的材料。PP原粉熔融后流动性很大，直接加工困难因此必须经过交联预处理。国外供注塑用的有粉料与粒料两种，如菲利浦公司的P-4型与R6型。PPS注塑与HDPE十分相似，所不同的是PPS要求成型温度高些，有343℃时，其流动性相当于HDPE的流动，其MI=3~4。
PPS粉末与其他掺混物或颜色在265~280℃下掺混，然后再升到低于熔点的温度340℃进行交联，把熔体指数（MI）调节到1~10，以便用于注塑。

（3）热塑性弹性体（TPE） 在常温下有似硫化橡胶的弹性，而在高温下又能注塑，有似热塑性塑料的性质，它兼有橡胶和塑料的两种性质。
常用热塑性弹性体有如下几种。
①　热弹性体（TPR） 具有较高的熔融黏度，即使在低剪切速率下也表现出非牛顿流体的性质，对剪切有很高的敏感性。注塑TPR时，成型周期较短，与加工常用热塑性塑料相似。TPR可代替天然或合成橡胶、PE、PVC及PU，改善热稳定性及低温挠曲性，广泛应用于汽车制造业等部门。

② 苯乙烯类热弹性体  苯乙烯类热弹性体多为三元嵌段聚合物，即两个以上不同组成的高分子链段尾与尾结合而成的聚合物，可以是均聚物或共聚物，可以制成多种嵌段聚合物，如聚丁二烯、聚苯乙烯、聚异戊二烯或它们的共聚物；可以是均聚物的不同异构体；也可以是排列成各种不同序列的二元嵌段、三嵌段或多嵌段；可以全部是弹性链段或者和软弹性链接合在一起的聚合物。

苯乙烯类热弹体，主要是以苯乙烯、丁二烯和异戊二烯为单体合成的，可分为3类；三嵌段ABC、星形（AB）n或（ABA）n；ABC和多嵌段CBA（ABC）n。这些嵌段热弹性体不需硫化就有很好的生胶强度和弹性、拉伸后永久变形小、挠屈性和弹性良好，表面摩擦系数大；热性能也很好，并在低温下保持柔性。通用聚苯乙烯与丁二烯/苯乙烯热弹性体共混，熔体指数从3.5提高到4.0。

注塑用的热弹性体一般要经过挤出机混炼造粒。由于嵌段热弹性体，如SBS类比橡胶黏流活化能大2.5~3倍，所以黏度对温度敏感性比橡胶大；流变特性比橡胶特殊；其黏度比分子量相似的橡胶要大几十倍，而且有牛顿区和非牛顿区。当剪切应力超过3×103Pa时剪切速率急骤增加。嵌段热弹性在注塑机上反复加工会使熔体指数以及回弹性能显著地下降。

③ 聚酯热弹性体
聚酯热弹性体是通过酯交换反应制成的。原料是对苯二甲酸二甲酯、聚四亚甲基乙二醇醚（分子量60-3000），得到含有结晶的对苯二甲酸二丁酯硬链段和无定型的对苯二甲酸聚亚烷基醚软链段。结晶相起化学交联作用，受热可逆；而无定型相则赋予聚合物以弹性。调节两相比例可改变热弹性硬度、模量、熔点、耐化学腐蚀性和气密性等性能。聚酯热弹性体注塑时，热稳定性好，并有较低的熔融黏度，成型的温度范围也宽。

④热塑性聚氨酯热弹性体（TPU） 热弹性聚氨酯是固体聚氨酯弹性体的分支，是由于二异氰酸酯和带有端羟基的聚醚或聚酯多元醇以及低分子量二元醇长链剂相互反应制成的产品。硬度受链段（二元醇）和软链段（多元醇）比例的控制；用控制二异氰酸酯对羟基（二元醇或多元醇）的比例来控制交联度。热塑性聚氨酯注塑采用较高的温度，这时由于黏度小，对剪切速率的敏感也会下降。

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