六張圖帶你對比工程塑料的六大性能

工程塑料的性能各有不同，正是因為這些各異的性能，才會有不用的材料應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，下面我們就一起看看，不同的工程塑料的一些性能對比。

1.工作溫度

選擇材料時需要考慮的一個關(guān)鍵因素就是材料的耐熱性。通常來講，如果想使材料的最大工作溫度提高就相應(yīng)需要增加更多的成本。填充劑的加入能夠極大地提高材料的硬度和熱變形溫度，而且，對于高性能的和專用的聚合物來說，玻璃纖維的加入能使成本大輻下降。所以，通常在聚合物填充玻璃纖維中來提高材料的性能及降低成本。

圖1: 填充30％玻璃纖維的聚合物的最大工作溫度和熱變形溫度

注：高性能材料一般會加入碳纖維來提高材料的硬度和熱變形溫度。與玻璃纖維相比，其優(yōu)點：

（1）硬度更高；（2）密度更低；（3）良好的導(dǎo)電性；（4）良好的摩擦性能。因為這些原因，碳纖維經(jīng)常被用在汽車的燃料輸送線和燃料系統(tǒng)上。

2.硬度

金屬相對于塑料最大的優(yōu)點之一就是它們具有很高的硬度（平均值比較要比塑料的高8倍）。然而，在許多實際應(yīng)用中，并不需要這么高的硬度，如果有必要的話，還可以通過靈活的設(shè)計、骨架增強和低密度來進行補充。 填充劑和纖維的加入都可以極大地提高材料的硬度。在很多情況下，硬度也是材料一個關(guān)鍵的性能。

當(dāng)表面外觀并不是一個主要關(guān)心的問題時，玻璃纖維由于其高的性價比被經(jīng)常使用。然而，玻璃纖維會使材料產(chǎn)生各向異性，降低了它的加工性能，同時易磨損。

當(dāng)需要關(guān)注產(chǎn)品的外觀時，則可以加入一些礦石填充劑，如碳酸鈣、滑石、硅灰石、云母都是很好的選擇。然而材料的硬度和熱變形溫度都要比填充玻璃纖維的材料低很多。

檔次較高的產(chǎn)品，可以選用碳纖維作為填充劑，它可以賦予材料非常高的硬度。填充碳纖維的其它優(yōu)點有：導(dǎo)電性、極好的摩擦性能、低密度。

圖2：常用來替代金屬的聚合物的硬度（未填充的和填充了30％玻璃纖維的材料）

填充玻璃纖維的高結(jié)晶度的聚合物的彎曲模量高于10GPa：聚丁二醇酯PBT，聚甲醛POM，聚乙二醇酯PET，聚苯硫醚PPS，聚醚醚酮PEEK，液晶樹脂LCP。在這些材料中，液晶樹脂LCP具有最高的硬度且有最高的各向異性。

3.耐沖擊性能

在許多實際應(yīng)用中，耐沖擊性能是一個關(guān)鍵的性能。在這些材料中，對于未填充的材料，聚碳酸酯PC和它的混合物：聚碳酸酯PC/ABS樹脂和聚碳酸酯PC/聚丁二醇酯PBT具有高的耐沖擊性能。當(dāng)持續(xù)工作溫度不超過100-120°C時，這些材料都是極好的選擇。對于填充玻璃纖維的材料有更高的硬度，液晶高分子LCP表現(xiàn)了杰出的性能。

圖：室溫下常用的替代金屬的聚合物的沖擊性能（未填充的和填充了30％玻璃纖維的）

沖擊性能改性劑的影響

沖擊性能改性劑的添加能夠使許多脆性聚合物材料的韌性得到很大的增強。聚合物的韌性由它自身、沖擊改性劑的份量和改性劑在基體中分散的質(zhì)量共同決定。然而，在所有的情況下你必須和硬度、耐化學(xué)性和加工性能相結(jié)合折衷考慮

4.抗撕裂性能

塑料替代金屬的一個很有前景的領(lǐng)域就是磨擦應(yīng)用方面，例如齒輪、泵轉(zhuǎn)子、引擎部件、剎車部件、滑動部分等等。在這一領(lǐng)域，塑料具有以下優(yōu)點：設(shè)計的靈活性減輕重量、不使用潤滑自潤滑性、降低噪聲。因為這些迫切的應(yīng)用需要，就要求材料具有低的動態(tài)摩擦和好的耐磨損性，以避免在接觸的界面上生熱，因此要做到以下幾點：避免機械性能的降低、使材料的磨損最小化、避免平滑現(xiàn)象。只有很少的材料自身就具備很好的自潤滑性和耐磨損性，因此，材料本身的這些性能通常不能滿足工業(yè)的要求，因為這個原因，磨擦材料常含有層狀填充劑、硅油和一些聚合物這些物質(zhì)，聚四氟乙烯PTEE就是商品中常使用的一種聚合物。在某些情況下，最終材料的選擇也將依賴于工作溫度、硬度或耐化學(xué)性。

圖：常見塑料的硬度和熱變形溫度

常用的用于降低材料摩擦系數(shù)的組分有：石墨、氧化鉬、聚四氟乙烯PTEE、硅油或高分子量的硅樹脂。

添加碳纖維也是一個不錯的選擇，特別是對于那些需要非常高的硬度的應(yīng)用場合。

添加碳纖維的潤滑配合體系（聚四氟乙烯PTEE和有機硅或無機硅）將會使材料具備相當(dāng)?shù)偷膭討B(tài)摩擦系數(shù)。

5.耐紫外輻射性能

當(dāng)一個制品持續(xù)暴露于紫外光下，或者它被用于戶外，這樣的材料需要有極好的耐紫外輻射性能。這樣的應(yīng)用如汽車、運輸工具、照明設(shè)備等等都需要有極好的耐氣候性。按照一般的規(guī)則解決聚合物的耐紫外輻射性能是不可行的，因為這極大地依賴于材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和特殊的老化機理。含有雙鍵的聚合物通常對紫外光更為敏感（如ABS樹脂）。在很多情況下，應(yīng)用于耐紫外輻射的材料含有紫外光穩(wěn)定劑或者碳黑。

圖：常用塑料耐紫外輻射性能

助劑對抗紫外性能的影響

（1）沖擊性能改性劑

添加沖擊性能改性劑的材料通常比不加的基體本身耐紫外輻射性能更差，這個規(guī)則對于含有雙鍵的聚合物進行沖擊性能改性后更為準(zhǔn)確，如三元乙丙橡膠EPDM，抗沖改性劑MBS樹脂，丁二烯-苯乙烯共聚物SBS樹脂。

（2）酸類和基團的影響

酸和基團的影響來自于聚合過程、添加劑的分解、填料和外部環(huán)境（如化工廠），它們對于材料的耐氣候性有負面影響。聚合物如聚碳酸酯或聚酰胺中少量或痕量的基團（氫氧化鈉、胺）對材料的耐氣候性也有不利的影響。這些基團能常會促使酯基交換反應(yīng)，從而導(dǎo)致聚合物老化和泛黃。

注：在聚碳酸酯中只要有痕量的ppm級的鈉就足以使材料的顏色穩(wěn)定性、水解穩(wěn)定性和最終的老化性能受到極大的影響。

因為這些原因，聚合物的純度和添加劑的純度就必須受到重視，它們是提高材料的耐氣候性時需要考慮的至關(guān)重要的因素。

6.耐伽瑪射線性能

在一些專用的場合里，材料要經(jīng)常暴露在伽瑪射線下，這特別是在一些醫(yī)療應(yīng)用上，經(jīng)常需要進行定期的殺菌消毒。通常，含有雙鍵或者大量脂肪族單元的材料不具備好的耐伽瑪射線的能力。

例如一些對伽瑪射線耐受力很差的材料，如：ABS樹脂, 聚甲醛POM, 聚丙烯PP.在醫(yī)療應(yīng)用上，如外科手術(shù)工具、牙科工具、過濾的器具等等，這些材料都應(yīng)當(dāng)有好的耐水性，耐蒸汽性和好的耐化學(xué)性。

對于要求高的場合，一些材料，例如PSU, PPSU, PEEK, LCP, PEI，都是極好的選擇，對于要求稍低的場合，聚碳酸酯是一個有很好性價比的選擇。

圖：各種塑料的耐伽瑪射線能力

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