塑料是由高分子化合物为基础组成的具有可塑性质的重要的非金属材料。主要品种达数十种,其中,问世早、产量大的有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚酯(PET)、酚醛(PF)等。
随着科技进步、生产发展,最近几十年,人们发明了一些机械性能更优良、电性能好、有更广使用范围的塑料产品,如聚酰胺(尼龙、PA)、聚甲醛(POM)、聚四氟乙烯(PTFE)、有机玻璃(PMMA)、泡沫塑料、ABS塑料、聚碳酸酯(PC)、聚砜(PSF)等。
几乎每种合成树脂都可以制成相应的泡沫塑料,目前较常见的有聚氨脂泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、酚醛泡沫塑料等,泡沫塑料根据原料、配方和加工方法不同分为软质和硬质两种。泡沫中的气孔有全部互相连通的,叫做开孔型结构,有全部互相隔离的,叫做闭孔型结构。
泡沫材料的主要特性是密度小,一般都小于1,最低可到0.01,能漂浮水面不沉淀。它还有很好的隔音,吸音能力,能产生很好的绝热、保温效果,可用作各种功能材料。从物理性质上看,有些泡沫材料象海绵那样软,弹性大,另一类硬质泡沫塑料却非常结实和坚硬,像木材可承受相当大压力。一般而言,泡沫塑料都保留了原来树脂的一些性能,如电绝缘性、耐热性、不燃性等。
聚四氟乙烯可用作低负荷下的轴承、轴套、滑动轴承衬垫、柱塞沟槽内的密封减磨环、无油润滑密封圈、容器耐腐蚀衬里等。
有机玻璃密度1.19是普通玻璃的一半左右,质轻而坚韧,坚韧性是普通玻璃20倍左右,是目前最好的有机透明材料,透光率可达92%,比普通玻璃(88%)还要高,它还具有优越的耐候性、耐紫外线和防大气老化性,易于成型,也可加工,尺寸较稳定,然而它耐热性不高,马丁耐热度为360℃,受热后膨胀系数也比较大,它易溶于有机溶剂,表面硬度不够高,易擦毛,使用时应趋利避害,综合考虑。
用硬质聚氯乙烯制成的管子在石化、食品、供水等部门普遍应用,管子分轻型、重型两种,轻型管常温下使用压力不超0.6MPa,重型管Hale Waihona Puke Baidu超过1MPa。
聚氯乙烯的化学稳定性好,能耐许多化学药品的腐蚀,常温下能耐任何浓度的盐酸,90%以下的硫酸,50%~60%的硝酸和70%的氢氧化钠。然而,汽油、润滑油、苯、甲苯与二硫化碳均可使聚氯乙烯溶胀,变性。
塑料也有一些缺点:强度、硬度没有金属材料高,耐热性、导热性差,蠕变和胀缩变形大,部分塑料易吸水,普遍易老化,影响使用寿命。然而通过对各种机械产品零部件使用条件的客观分析和对材料的合理选择,并随着塑料成分的改进和性能的提高,塑料在国民经济各领域的应用将越来越广泛,塑料在材料领域占据重要地位已是不争的事实。
过去,人们习惯将前边几种塑料称作通用塑料,而将后边几种称作工程塑料,现在往往都视为工程塑料,普遍应用于国民经济各领域。
1、质量轻,比强度高,密度一般为1.0~2.0,只有钢的1/8~1/4,铜的1/9~1/5,铝的1/3~2/3,按单位质量计算的强度(强度/相对密度)比较高,这对于有单位功率自重指标要求的运输机械等具有重要意义。
a)尼龙66:性韧、色白、半透明,综合性能较好,在较宽温度范围内(≤100℃)有较高强度、韧性、刚性、抗蠕变性和耐磨性以及低摩擦因数,但它吸湿性较大,尺寸稳定性不够。b)尼龙6:柔软性、弹性好,抗冲击强度高,刚性、熔点均小于尼龙66,适宜用于轻负荷、中等温度(≤80℃)下工作,明显的缺点是吸湿性很大,不利于尺寸稳定。c)尼龙610:强度、刚性、耐热性略低于尼龙66,然而它的长处是吸湿性较小,适用于制作较精密的齿轮等零件,可用于湿度波动较大的场合。d)尼龙1010:性能与尼龙6、610相似,显著优点是吸湿性比尼龙610还小,适用于湿度变化大的场合。e)铸型尼龙(MC尼龙):机械性能优于尼龙6、66,吸湿性虽低于尼龙6、66,但仍然是比较高的,尺寸稳定性较差,适合用于较高载荷,较高使用温度(120℃),无润滑、少润滑场合。
它是继尼龙之后发展起来的具有优异综合性能的热塑性塑料,抗拉强度、冲击韧性、刚性、疲劳强度、抗蠕变性都很高,它的密度1.43g/cm³,抗拉强度达70MPa,可在100℃以下长期使用,它吸水性小(24h吸水率只有0.2~0.25%),尺寸稳定性好,这些性能都超过了尼龙。它还有显著特点:摩擦因数小,耐磨性能好,也不会黏附于对应物的表面,此外绝缘性能好,即使在高温高湿情况下也能保持良好的绝缘性。聚甲醛可以制造轴承、齿轮、凸轮、阀门、管道螺母、泵叶轮、箱体、容器、杆件等各类机械零件。
1)它的布氏硬度很低,只有HB30~40,(一般低碳软钢可达HB120以上),且具有冷流动性,宜于在低负荷(5MPa)下工作。2)纯的聚四氟乙烯耐磨性并非最好,若使它与其它树脂结合,如用5%聚四氟乙烯填充的聚甲醛,其摩擦、磨损性能会显著改善。3)机械强度、刚性和硬度都比其它塑料要差些,载荷作用下易蠕变,有冷流现象发生。4)在高温(396℃)开始分解,放出剧毒气体,应引起注意。
(2)尼龙也有一些缺点:a)多数尼龙吸水性较大,吸水率约为1.2%~2%(但尼龙610、1010吸水率小,只有0.5%,0.39%),特别是尼龙6,24小时吸水率2%,饱和吸水率高达10%,含水高了以后体积增大,强度下降,韧性有所提高,对尺寸精度影响较大,所以在代替铜套制造轴套时要加大间隙以免卡轴。b)尼龙热稳定性较差,实际使用温度宜控制在≤80℃,不过它与一般热塑性塑料(聚乙烯、聚苯乙烯等)不同,不会随温度升高而逐渐软化,它有比较明显的熔点,如尼龙6熔点达215℃,在150℃以下不会有明显变形,但强度会随温度升高而下降。
4、优良的耐磨性、减磨性和自润滑性,能在有液摩擦条件下工作,有一些(聚四氟乙烯、尼龙等)还能在干摩擦条件下工作。
5、良好的吸震性和消音性,可降低机械震动、减少噪声,使机械工作速度提高。
6、有良好的成型工艺性,多种塑料能用注塑或挤出方法成型,与类似金属零件相比,生产率高、成本低。
聚氯乙烯是一种产量大、用途广的热塑性塑料,在工业、农业、日常生活中有广泛应用。由于聚氯乙烯树脂是无色透明的,因而可制成各色透明或不透明的塑料制品。
硬质聚氯乙烯具有良好的机械性能,广泛用于制作管材、棒材和板材制品,聚氯乙烯膨胀系数较大,硬质聚氯乙烯膨胀系数几乎是钢材的7~8倍,当用作与钢材连接或作为钢制容器衬里时,要防止因温度升降造成两种材料胀缩不匀导致硬质聚氯乙烯的破坏。聚氯乙烯在65~85℃开始软化,120~150℃成为完全可塑化状态,在170℃左右呈熔融状态,因此它的使用温度应控制在-15~60℃
在众多氟塑料中,聚四氟乙烯综合性能最突出,产量(占85%以上)也最大,聚四氟乙烯具有优越的耐高低温、耐腐蚀、耐候性、电绝缘性,不吸水、低摩擦因数等特性,具体如下:
1)耐化学腐蚀是已知塑料中最优越的,几乎不受任何化学药品腐蚀,任何强酸(甚至王水),强碱和强氧化剂(重铬酸钾,高锰酸钾)等即使在高温下,对它也不发生任何作用,化学稳定性超过了玻璃、陶瓷、搪瓷和不锈钢,甚至还超过了贵金属(金和铂)。2)几乎不吸水,不经表面处理,也不黏附于任何物体,它摩擦因素极低,只有0.04,是现有固体中最低的。3)耐高、低温性能突出,可在-180℃~250℃温度下长期使用,且机械性能、绝缘性能不随温度而改变。
聚酰胺是一种应用广泛的热塑性工程塑料,有多个品种,如尼龙66、尼龙6、尼龙610、尼龙1010、铸型尼龙(MC尼龙)等。
(1)尼龙有良好的综合性能:a)机械性能高,尼龙66拉伸强度达到57~83MPa,比硬质聚氯乙烯还要高。尼龙的弹性好,能吸收冲击,消除震动时噪音。b)耐磨性优越,可代替青铜和其他贵重金属,制造耐磨零件,其摩擦因数比金属小很多,也超越一般工程塑料,更可贵的是在干摩擦时有良好自润滑性能,可制成轴承、齿轮、滚子、辊轴等,应注意的是,为便于摩擦热的排除,它最好与金属材料配对使用。c)特别耐油、耐腐蚀,常温下稀酸、弱碱对尼龙性能不产生任何影响。
聚甲醛性能也存在一些不足:加热易分解,长期在大气中曝晒表面会粉化,遇火会燃烧,成型比尼龙困难,当使用温度超过40℃,随着温度继续升高,机械强度会有所下降。
聚甲醛按分子结构的不同分均聚甲醛和共聚甲醛两种,两者性能略有差异,均聚甲醛的密度、结晶性、机械强度均较高,而热稳定性则较差。
正因为泡沫塑料具有上述一些特殊功能,已经被广泛应用于建筑、造船、冷藏、食品、机械制造、交通运输等各行各业及人们的日常生活。因为此类材料还在不断发展,且专业性、实践性都很强,选用时宜与专业制造企业就技术性能、施工方案等进行广泛、深入的探讨和协商。
关于聚氯乙烯制品是否有毒的问题,应这样理解,纯聚氯乙烯树脂是无毒的,但树脂内如果含有未聚合的氯乙烯单体,对人体是有害的,另外对人体是否有害主要看增塑剂、稳定剂及其它助剂,这些东西分有毒、无毒两种,于是决定了聚氯乙烯是有毒还是无毒。有些塑料制品为了达到绝缘、耐寒、防火等性能时,必须加入磷酸三甲酚酯等有毒增塑剂,使该塑料带有毒性。我国对于与人体或食品有接触的塑料制品,其制造过程添加的各种助剂有严格采用无毒助剂的规定,不能丝毫马虎。