如何选择适当的塑胶材料

如何选择适当的塑料材料

适当塑料材料，一般应考虑：

·产品本身的机能要求

·塑料的成本

·塑料成形的难易程度

以下以二个实例来说明选择适当的塑料材料应注意那些事项。

实例一

机车引擎盖内的滚子，其构造如下图。

滚子作动示意图

在行车过程中滚子与铝合金制的上下盖不断有滑行磨擦，因此塑材的耐磨性是一重要性质，而塑料一般热传导性差，因此磨擦生热易累积在磨擦面附近，导至此区域局部高温。若塑料耐热性不够则易变软，此将导致磨擦系数急剧升高，因此造成加速磨耗，因此塑料耐热性是第二个被考虑的重点。滚子本身尺寸精度必须稳定才能使受力均匀， 因此尺寸精度的要求是第三个被考虑的重点。依此要求大致可挑选出 PA 、 POM 、 PTFE 等材料。其性能比较如下：

PA、POM、PTFE 等材料性能比较表

PA

POM

PTFE

负载绕曲温度 ( ℃ )

160

124

121

Taber 磨耗量 (mg)

7

18

0.9

成形收缩率 (%)

1.2

2.5

1.2

吸水率

4

0.2

0.01

成形温度 ( ℃ )

280

195

360

虽然 PTFE 在耐磨耗及吸水率上较优异，但加工困难且价格昂贵， POM 吸水率低，但成形收缩率及 Taber 磨耗量都比 PA ，因此经评估后目前仍以 PA 应用最多。

实例二

考虑以塑料取代玻璃制成透镜，玻璃制成之透镜一般为球面透镜，在聚焦上会因光线高度不同而有偏差，若制成非球面透镜则可改善此一缺点，如下图所示。但玻璃透镜为研磨制成，若要制造非球面透镜并非易事，而塑料以射出／压缩合并制程则容易成形。透镜的机能要求包括透光率、折射率的稳定性、耐冲击、尺寸稳定，若靠近光源 ( 如车灯罩 ) 则亦必须考虑耐热性质。

依此要求大致可挑选出 PC 、 PMMA 、 PS 等透明材料，其性能比较如下表。 PC 、 PMMA 、 PS 三者的光学性质相近，热膨胀性质也相符，但在耐冲击及耐热性质上 PC 则比 PMMA 、 PS 优异。虽然 PC 价格昂贵，但仍广用于偏光眼镜及高级太阳眼镜。

透镜的像差

光学用塑料的特性

无机玻璃

PMMA

PC

PS

CR 39

AS 树脂

PVC

PCHMA

MS 树脂

聚-4-甲基 -戊烯-1

光线透过率 (%)

90~91

92~93

88~89

88~90

89~91

90

88

90~92

90

>90

折射率

(no)

1.42~1.92

1.49

1.59

1.59

1.50

157

1.55

折射率对温度的依赖性

( ℃-1)

2 × 10-6

1.1 × 10-4

1.2 × 10-4

1.1 × 10-4

1.3 × 10-4

1.4 × 10-4

阿贝数

(Vd)

21~83

57~58

31

31

58

35

56

35

61.0(56.4

埃左冲击强度

(kg．cm/ cm-1)

2.2~2.8

80~100

1.4~2.8

2.5~3

3.0

1.5~2.5

0.3~1.2

洛氏硬度
(M 尺 )

M80~100

M70

M65~90

M100

M70~90

M80

M72~95

热变形温度
( ℃ )

500~720

100

138~142

70~100

140

80~75

75~80

85~90

40.5

吸水率(饱和)

2.0

0.4

0.1

0.2~0.3

0.05

0.15

0.01

线膨胀系数 ( ℃-1)

0.7 × 10-4

0.7 × 10-4

0.8 × 10-4

1.17 × 10-4

0.7 × 10-4

0.5~1.8 × 10-4

0.8 × 10-4

1.17 × 10-4

P

2.4~5.2

1.19

1.20

1.06

1.32

1.07

1.40

1.10

1.09

0.87

常见塑料的物性资料

常用 聚合物的热变形温度

聚 合 物

热 变 形

温 度

压力 = 264 psi

压力 = 66 psi

ABS

97(℃)

102

PC

132

143

Acetal

110

158

Acrylic

92

99

Nylon6

66

185

PE

85.3

Polysulfone

常用聚合物的介电常数

材 料

介电常数

材 料

介电常数

三聚氰胺树脂

醋酸纤维素

酚树脂

尼龙 (30%GF)

环氧树脂

一般用途的聚苯乙烯

氟碳化合性 (PEA、FEP)

5.2 ~ 7.9

3.0 ~ 7.0

4.0 ~ 7.0

3.5 ~ 5.4

4.3 ~ 5.1

2.7

2.1

热固性聚酯

耐冲击聚苯乙烯

聚碳酸酯 (30%GF)

热塑性聚酯

ABS

SAN

4.7

2.0 ~ 4.0

3.48

3.2

3.2

3.0

常用材料的氧指数

材 料

氧指数 (%)

红橡树木

聚乙烯 (PE)

聚丙烯 (PP)

聚苯乙烯 (PS)

聚碳酸脂 (PC)

尼龙6-6 (Nylon6-6)

40%玻璃填充聚碳酸脂

聚氯乙烯 (PVC)

聚偏二氯乙烯

聚四氟乙烯 (PTFE)

24.6

17.4

17.4

18.3

27.0

28.0

30.5

47.0

60.0

95.0

不同方法所测得的硬度

聚 合 物

Vickers

Rockwell

Kg/mm2

a

M

R

聚苯乙烯 (PS)

109

66

124

耐冲击聚苯乙烯 (HIPS)

20-80

50-100

聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)

102

72

125

聚氯乙烯 (PVC)

105

60

123

聚碳酸酯 (PC)

75

120

低密度聚乙烯 (LDPE)

1.57

高密度聚乙烯 (HDPE)

4.05

聚缩醛 (POM)

94

120

尼龙66

9.2

102

70

120

酚树脂 (Phenolic resin)

120

116

常用聚合物的热膨胀系数 (10-5 cm/cm/F)

聚 合 物

系 数

聚 合 物

系 数

璜化聚酰胺

氯化三氟乙烯(CTFE)

三氯胺－纤维素

纤维素充填三聚氰胺树脂

硫化聚缩醛

刚性聚氯乙烯(PVC)

氯化聚醚

缩醛均匀聚合体 (POM)

中度冲击级ABS

硝化纤维素

缩醛共聚合物 (POM)

高密度聚乙烯 (HDPE)

2.22-2.78

2.50-3.90

2.22

2.50

2.62

2.77-10.30

4.44

4.50

4.45-5.55

4.44-6.66

4.72

6.10-7.22

尼龙6

聚四氟乙烯(PTFE)

醛化纤维素

尼龙6-10

耐冲击ABS

聚苯烯共聚合物

乙基纤维素

低密度聚乙烯(LDPE)

氨基甲酸酯弹性体

氟化碳化物 (FEP)

尼龙12

4.60

4.60-5.80

4.44-10.00

5.00

5.27-7.22

4.44-5.27

5.55-11.10

5.55-11.10

5.55-11.10

5.60

5.78

常用塑料的成形收缩率

热固性塑料

塑料材料

填加剂

成形收缩率(%)

酚树脂

木粉

0.4 ~ 0.9

酚树脂

玻璃纤维

0.1 ~ 0.4

尿素树脂

纤维素

0.6 ~ 1.5

环氧树脂

玻璃纤维

0.1 ~ 0.5

聚酯

玻璃纤维

0.2 ~ 1.2

热塑性塑料 ( 非结晶 )

塑 胶 材 料

填 加 剂

成形收缩率(%)

PS(一般用)

0.2 ~ 0.6

PS(耐冲击用)

0.2 ~ 0.6

PS

20~30% 玻纤

0.1 ~ 0.3

AS树脂

0.2 ~ 0.5

ABS树脂(耐冲击用)

0.3 ~ 0.8

ABS树脂

20~40% 玻纤

0.1 ~ 0.2

压克力

0.2 ~ 0.8

PVC(硬质)

0.1 ~ 0.4

PVC(软质)

0.1 ~ 0.5

醋酸纤维素

0.3 ~ 0.7

热塑性塑料 ( 结晶 )

塑料材料

填加剂

成形收缩率(%)

塑料材料

填加剂

成形收缩率(%)

PE(低密度)

1.0-5.0

聚缩醛

2.5

PE(高密度)

2.0-5.0

聚缩醛

20% 玻纤

1.4-2.8

尼龙6

0.9

尼龙(6/6)

1.5

尼龙

30% 玻纤

0.1-0.5

常用塑料材料的流动长／肉厚 (L/t)

塑 胶

射出压力 kg/cm2

L/t

塑 胶

射出压力 kg/cm2

L/t

聚乙烯

1,500

280-250

硬质 PVC

1,300

170-130

聚乙烯

600

14-100

硬质 PVC

900

140-100

聚丙烯

1,200

280

硬质 PVC

700

110-70

聚丙烯

700

240-200

软质 PVC

900

280-200

聚苯乙烯

900

300-280

软质 PVC

700

240-160

聚酰胺

900

360-200

聚碳酸酯

1,300

180-120

聚缩醛

1,000

210-110

聚碳酸酯

900

130-90

聚苯乙烯

900

300-260