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塑料 常用物理性能简释


塑胶原料物性简释
发布时间&nbsp2009-12-14

一 流动特性(FLOW PROPERTIES)

热塑性塑料成型过程一般需经历加热塑化, 流动成型和冷却固化三个基本步骤.所谓加热塑化就是经过加热使固体高聚物变成粘性流体; 流动成型是借助注射机或挤塑机的柱塞或螺杆的移动,以很高的压力将粘性流体注

入温度较低的闭合模具内,或以很高的压力将粘性流体从所要求形状的口模挤出,得到连续的型材;冷却固化是用冷却的方法使制品从粘流态变成玻璃态.几乎所有高聚物都是利用其粘流态下的流动行为进行加工成型的.表征流动特性的物理量如下

1.熔融指数值(MELT INDEX)

熔融指数是评价热塑性聚合物特别是聚烯烃的挤压性的一种简单而实用的方法,其定义为 在一定温度下, 熔融状态的高聚物在一定负荷下, 十分锺内从规定直径和长度的标准毛细管中流出的重量.其一般在熔融指数仪中测定.

可挤压性是指聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力, 研究聚合物的挤出性质能对制品的材料和加工工艺作出正确的选择和控制,通常条件下,聚合物在固体状态不能通过挤压而成型,只有当聚合物处于粘流态时才能通过挤压获得宏观而有用的形变.挤压过程中,聚合物熔体主要受到剪切作用,故可挤压性主要取决于熔体的剪切粘度和拉伸粘度.大多数聚物熔体的粘度随剪切力或剪切速率增大而降低..

熔融指数仪测定在给定剪切力下聚合物的流动度,用定温下10分锺内聚合物从出料孔挤出的重量(克)来表示,其数值就称为熔融指数.

所以流动度,即熔融指数实际上反映了聚合物分子量的大小,分子量较高的聚合物更易于缠结,分子体积更大,故有较大的流动阻力,表现出较高的粘度和低的流动度,亦即熔融指数低.

由于荷重小(1.2kgf)通测定的MI值不能说明注射或挤出成型时聚合物的实际流动性能.但用[MI]值能方便地表示聚合物流动性的高低.

2. 粘度 VISCOSITY ( Psi S)

粘度是表征流动性的一种性能, 一般粘度越大, 流动性越差.

(1)剪切粘度

对应于剪切流动,即速度梯度的方向与流动方向相垂直. 粘度对剪切速率具有依赖性.

测量方法 一般由奥氏粘度计和乌氏粘度计进行测量.

影响剪切粘度的因素如下

聚合物本身结构粘度随分子量的增加而提高.

温度随温度升高, 粘度呈指数函数的方式降低.

剪切速率剪切速率增大, 粘度减小.

剪切应力剪切应力增大, 粘度减小.

压力压力增大, 粘度增大.

(2) 拉伸粘度

对应于拉伸流动, 即速度梯度的方向与流动方向一致.



二 力学性质(MECHANICAL PROPERTIES)

力学性质与其化学组成,分子量及其分布,支化和交联,结晶度和结晶的形态,共聚的方式,分子取向,增塑及填料等有关.

表征力学性质的物理量如下

1.拉伸强度

是在规定的试验温度,湿度和试验速度下,在标准试样上沿轴向施加拉伸载荷,直到样板被拉断为止,断裂前试样承受的最大载荷P与试样的起始宽度b和厚度d的积的比值.

同样,也有压缩强度.

通常塑性材料善于抵抗拉力,而脆性材料善于抵抗压力.

拉伸模量(即杨氏模量)通常由拉伸初始阶段的应力与应变比例计算.

2.弯曲强度

亦称挠曲强度,是在规定试样条件下,对标准试样施加静弯曲力矩,直到试样折断为止,取试样过程中的最大载荷

3.冲击强度

是衡量材料韧性的一种强度指标,表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力,通常定义为试样受冲击载荷而折断时单位面积所需要的能量.

W为冲断试样所消耗的功.

冲击强度的测试方法很多,应用较广的有摆捶式冲击试验,落重式冲击试验和高速抗拉伸等三类.

摆锤式冲击标准试样,测量摆锤冲断试样消耗的功,试样的安放方式有简支架式和臂梁式.后者为 Izod 试验.

试样一端固定,摆锥冲击自由端,试样可用带缺口的和无缺口的两种,采用带缺口试样的目的是使缺口处试截面积大为减少.受冲击时试样断裂一定发生在这一薄弱处,所有的冲击能量都能在这局部的地方被吸收,从而提高试样的准确性,这种情况下,计算冲击强度时,试样的厚度d指的是缺口处试样的剩余厚度.

4 硬度

是衡量材料表面抵抗机械压力的能力的一种指标.硬度的大小与材料的抗张强度和弹性模量有关,而硬度试验又不破坏材料,方法简便,所以有时可作为估计材料抗张强度的一种替代方法.

根据压头的形状不同有邵氏(shore), 布氏(Brinell)和洛氏(Rockwell)等方法.



三 化学特性(CHEMICAL PROPERTIES)

常用的分析方法有

1 质谱法或色质联用仪,常用于鉴别高聚物中的添加剂.

2 热解气相色普法 根据保留时间的不同,直接测定高聚物,并可对共聚物组成进行分析.

3 红外光谱表征高聚物的化学结构和物理性质的一种重要工具.

1 鉴定高聚物的主链接构,取代基的位置和双链的位置等.

2 侧链接构的研究.

3 研究高聚物的相转变.

4 研究橡胶的老化.

5 核磁共振法研究分子内部结构反环境对分子结构的影响.

另外还有 扫描电镜, X衍射, 液相色谱法等.



四 耐温特性(THERMAL PROPERTIES)

1.熔点与玻璃化温度

玻璃化温度和熔点是聚合物使用时耐热性的重要指标.

熔点Tm是结晶聚合物的主要转变温度,而玻璃化温度Tg则主要是无定型聚合物的热转变温度. 玻璃化温度是无定型聚合物的使用上限温度,熔点则是结晶聚合物的使用上限温度.

塑料处于玻璃态或部分结晶状态.

橡胶处于高弹态,玻璃化温度为其使用下限温度.

大部分合成纤维是结晶性聚合物.

1)熔点晶体全部熔化时的温度.

熔限发生熔化的温度范围.

结晶高聚物与低分子物相比,熔融温度范围较宽 (低分子熔限为0.2°C)

2)影响熔点的因素有

a 高分子链的结构.

可通过增加分子或链段之间的作用力来提高熔点,主要是引进极性基团,最好能使高分子链之间形成氢键.

b 结晶温度与芯片厚度.

结晶温度越低,熔点越低,熔限越宽;芯片厚度越薄,熔点越小

c 杂质

杂质使高聚物熔点降低.

d 共聚物的熔点

与组成没有直接的关系,而是取决于共聚物的序列和分布性质.

2.软化点非晶态聚合物的软化点接近Tg

结晶聚合物软化温度接近Tm.



五 耐燃烧特性(FLAMMABILITY PROPERTIES)

塑料主要由碳,氢,氧等元素组成,因此在一定条件下将会燃烧,这点对用作建材,包装,配件等来说都是十分不利的,对研究塑料的燃烧性能有着十分重要的意义.

氧气指数法是在规定条件下测定试样在氧,氮混合气流中,维持平稳燃烧所需最低氧气浓度(以氧所占的体积百分数的数值表示)的一种方法.

2. 耐燃性等级V0;V-1;V-2;5VA



六 物理特性 (Physical Properties)

比重 比重是指物质在单位体积下的质量(重量),亦称密度。

成型收缩率 成型收缩率指的是注塑成型的制品与模具的对应体积相比时,所发生的缩小比率.塑料加热熔化后,因受热而产生膨胀.而在成型射出后,因射出压力而受压缩再行收缩.成型品在模具内因冷却固化,又再度收缩,但是当离模后又因压力的复原而再度产生若干膨胀现象.总结的体积差,称为成型收缩量.

成型收缩率可以下式表示

成型收缩率=模具尺寸-成型品尺寸模具尺寸

成性收缩率以11000为单位表示之或以百分率(%)来表示.

特点

1.树脂流动方向的垂直方向收缩率较大,而流动方向的收缩律率较小.

2.结晶性树脂(PET,PA,POM,PP)比非结晶性树脂(PC,PVC,PS,PMMA)成型收缩率大.

3.非强化材料比强化材料的成型收缩率大.

4.即使是同一种材料,在不同的注塑条件下收缩率也有变化,非结晶性树脂受压力的影响,结晶性树脂易受温度条件的影响.

影响成型收缩率的因素

1.强化性因素

影响成型收缩律率的因素很多,可分为决定性和非决定性因素.即使同一种材料,按强化因素区分,结果也大不相同.如尼龙-6材料,在非强化条件下,成型收缩率约为1.2~1.9%;若以玻璃纤维对其强化15%,那么收缩率为0.7~0.9%;强化30%,收缩率为0.5~0.7%;强化50%,收缩率为0.4~0.5%.

2.注塑压力

即使同一种材料,注塑条件变化时收缩率也会变化,理解这一点对设计开发人员很有必要. 注塑压力增加时,模具内被注塑进去的树脂的压力增大. 有更多的树脂被填充进去,收缩率趋于减少. 反之,若压力过大,也影响模具的成型力,会产生毛边,导致收缩率增大.

3.注塑温度

注塑成型温度越高,树脂也融化时的体积越大,冷却时释放的热量也越多,因此会加速结晶现象使收缩率增大. 如果温度过低,会导致材料流动不畅,使制品产生残留应力,影响其耐久性或产生阻隘力.

4.模具温度与冷却时间

模具温度增加时,树脂进入模具的阻力减少,收缩率也相应地趋于变化. 但另一方面,模具的热量也促使了结晶现象,因此更多的情况下导致收缩率增大. 此时若延长冷却时间,也可以起到减少收缩的作用.但会导致生产性下降,螺杆内树脂随之分解,物性随之降低,所以应辩证地对待.

5. 后收缩

即使注塑成型时收缩率不大的制品,也会在自然冷却时结晶,吸湿并徐徐收缩,尤其是结晶性树脂,大都发生这种称之为“后收缩”的现象.当然,后收缩的程度不如制品在模具内收缩的程度大.另外,有些树脂(如NYLON)结晶现象影响而发生的膨胀效应超过了因吸湿而产生的收缩反应,外形尺寸反而罗有增加.

常见塑料的成型收缩率

树脂名称 成型收缩率 树脂名称 成型收缩率

PS 0.3~0.6 POM 2.0~2.5

ABS 0.3~0.7 POM+20%GF 0.2~1.8

ABS+GF 0.1~0.2 PC 0.5~0.7

LDPE 1.5~5.0 PC+GF(10~40%) 0.1~0.25

HDPE 2.0~5.0 NYLON-6 0.6~1.4

PP 1.0~2.5 NYLON-66

吸水率 吸水率是指塑料在标准大气压力下吸水的能力。以塑料所吸收的水份来量测,并以百分数表示之。塑料的吸水率是由其中空隙的数量和大小、颗粒相互排列的方式在通常的温度范围,分子运动少,主链中有无极性基团及该塑料耐水性等因素而定。吸水率愈小塑料质量愈好。例如UHMW-PE吸水率很低,一般小于 0.01%;而PA66的吸水率为1%。所以塑料的吸水率愈大,则其工程性质就愈差。



七 电气特性(ELECTRICAL PROPERTIES)

高聚物的电学性质是指聚合物在外加电压或电场作用下的行为及其所表现出来的各种物理现象.包括在交变电场中介电性质,在弱电场中的导电性质,在强电场中的击穿现象以及发生在聚合物表面的静电现象.

1 介电常数

平行板电容器上加以直流电压u,在两个极板上将产生一定量的电荷Q.

真空电容器的电容为C0与所加电压无关,而决定于电容器的几何尺寸.

在两极析间充满介质后.是一个无因次的纯数,称为介电常数,表征电介质贮存电能能力的大小,是介电材料的一个十分重要的性能指针,介电常数是衡量介质在外电场中极化程度的一个宏观物理量,分子极性大小是介质介电常数大小的主要决定因素.

2. 表面电阻率和体积电阻率.

表面电阻率Ps规定单位正方形表面上两刀形电极之间的电阻.

体积电阻率Pv是体积电流方向的直流场强与该处体积电流密度之比.Pv的单位是欧.米.

一般所说的通常为体积电阻率.

绝缘破坏强度 表明绝缘材料击穿电压大小的数值叫绝缘强度,是检验绝缘材料的主要项目之一。

  当绝缘体受潮或受到过高的温度、过高的电压时,可能完全失去绝缘能力而导电,称为绝缘击穿或绝缘破坏.

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