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1、塑料的性能及应用工程塑料(Engineering plastics)是二十世纪50年代以后，随着电子电器、汽车、航天、通讯及国防工业等高技术产业的发展，在以泛用塑料为基础之下，崛起的新类型的高分子材料。工程塑料一般而言是指【在较宽的温度范围和较长期的使用时间，能够保持优良性能，并能承受机械应力做为结构材料使用的一种塑料】。因此，工程塑料不仅可以代替金属作为结构性的材料，随着高科技产业的发展，工程塑料的发展将成为未来不可缺少的高分子材料。工程塑料的分类 工程塑料的分类如同其它的高分子材料一样，有很多种方法，例如耐热特性、化学组成、结晶特性、应用领域或是特殊用途；但是最常用的是以耐热性作为分类，简
2、单叙述如下:l 依耐热性分类，一般以长期使用温度(以美国UL相对温度指数(RTI)表示):n RTI在100150以上，称为泛用工程塑料。n RTI在150以上称为高性能工程塑料或称超级工程塑料。另外也有人以热变形温度(HDT)来分类。l 依化学组成分类，工程塑料可以分类为n 聚酰胺类(俗称尼龙):为目前使用数量最多、种类最多的工程塑料材料。常用的尼龙材料有尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙11、尼龙12、尼龙6T、尼龙9T、尼龙610等超过二十几种尼龙。n 聚酯类:聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、液晶聚合物(LCP)、聚苯酯(PHB)、聚芳酯(PA
3、R)。n 聚醚类:聚甲醛(POM)、聚苯醚(PPO)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等。n 芳香族杂环聚合物:聚酰亚胺(PI)、聚醚亚胺(PEI)、聚苯骈咪唑(PBI)等。n 含氟聚合物:聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)等。l 就聚合物的型态，工程塑料可分为半结晶性(semi-crystalline)和非结晶或称无定型(Amorphous)两大类。n 半结晶型:聚酰胺(PA, Nylon)、聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚苯酯(PAR)、聚醚醚酮(PEEK)、氟树脂、对称性聚
4、苯乙烯(sPS)等n 非晶性:聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPO)、聚砜类(PSU)、聚芳酯(PAR)最后以下面三角形的图说明，泛用塑料、泛用工程塑料与高性能工程塑料的分类。 泛用工程塑料个论PA- (Polyamide聚酰胺)尼龙(Nylon)尼龙是最早发展而且是数量最多的工程塑料材料，常常有人会问为什么要称为尼龙呢? 最早是追溯到1931年美国杜邦公司卡洛斯发现尼龙材料，在当时为一创世纪的发明，尼龙即为其商品名。正确的说法，尼龙类塑料是表示塑料分子式内具有酰胺基(amide group NH CO )。尼龙的种类非常多，大致上分为三大类；内酰胺开环聚合、二元胺和二元酸聚缩合反应、与对苯二甲酸
5、聚缩合反应而得。其中以尼龙66和尼龙6为最大量约占92%，尼龙11和尼龙12次之约占6%，其余尼龙类约占2%。但是因为电子业耐热温度的要求越来越高，所以近年来高温尼龙的用料量逐年持续增加。所谓高温尼龙计有尼龙46、聚对苯芳香族尼龙(尼龙6T、尼龙9T、MXD尼龙)等在本章节会叙述说明。以下先介绍最常使用的尼龙6和尼龙66，至于高温尼龙归类为高性能工程塑料，留待高性能工程塑料材料再行介绍:PA66 (Polyamide 6,6聚酰胺66)为目前用料量最多的尼龙类材料。n 特性: Tg: 65，Tm:255。n 优点:1. 耐磨耗，具自滑性。2. 耐酸碱、耐油污、耐腐蚀。3. 耐高温(HDT= 2
6、40)4. 韧性佳，耐低温。5. 抗潜变，机械强度高。6. 具自熄性(UL 94 V-2)。7. 电气性质，抗绝缘强度高。8. 氧气透过率小。n 缺点:1. 吸水性高(吸水率为1.3%)，机械强度与电气性质受吸湿影响。2. 易氧化，容易变黄。3. 耐酸性差。n 应用:1. 民生用品:纺织、渔具齿轮2. 汽机车:水箱盖、滤油网、引擎室内连接器、输油管、拉杆3. 电子电气:连接器、卷线轴4. 工业用:齿轮、薄膜、电动工具、集线束带PA6 (Polyamide 6,聚酰胺6)n 特性: Tg: 50，Tm:220。黏度范围在102104 poise,是属于比较低的塑料，黏度对剪变速率的依存性较大，非
7、牛顿流体的特性强。结晶度虽然不大，约为35%，但是结晶化速率非常快。n 优点:与尼龙66相似，但其耐热度较差，冲击强度较佳。因此较常使用于运动器材。尼龙66较常用于汽机车、电子/电气产业。n 缺点:与尼龙66相似，吸水性较高(吸水率约为1.8%)n 应用:1. 民生用品:纺织、溜冰鞋、网球拍2. 汽机车:汽车后视镜外壳。3. 电子电气:连接器4. 工业用:齿轮、薄膜PC (Polycarbonate聚碳酸酯)聚碳酸酯自60年代发展之后，利用其优异的机械强度、高耐击强度、耐热性与尺寸安定性，首先应用于电子电气、机械和汽车产业。进入70年代利用其高透明度、耐冲击、质轻、阻燃与尺寸安定性，因此适合做
8、为采光板的使用。自1980年代美国GE和德国Bayer公司发展出光盘级PC，从而将PC应用于CD、VCD、DVD等用途，用料量大增，年增率达11%以上，成为泛用工程塑料内成长最快速的原料。n 特性: Tg: 140，因为PC为非结晶性材料，黏度对剪变速率的依存性小，近似牛顿流体的特性，尤其是在低剪变速率范围几乎是牛顿流体；黏度与温度的依存性大，在射出成型对于温度敏感度高，对射出压力的敏感度小。黏度因等级的分子量多寡而定，约为104105，属于高黏度的塑料材料。n 优点:1. 耐冲击性高(一般级冲击强度可达70kgcm/cm)。2. 透明高(透光率可达89%，仅次于压克力树脂)。3. 尺寸安定性
9、佳。4. 可制程食品级原料，符合美国FDA标准。5. 具自熄性(符合UL 94 V-2)。6. 在环境温度-170130的各个物性很安定。7. 机械强度高，抗潜变性高。n 缺点:1. 聚吸湿性，加工干躁要求较高。加工熔融时很易因含水分造成成品内部气泡和银线等缺陷。2. 不耐溶剂与油类。3. 容易产生残留应变。4. 受缺口效应，产品设计非常重要。5. 耐摩擦与耐磨耗性差。n 应用:1. 民生用品:光盘片、相机、奶瓶、仪器外壳、安全帽、安全镜片。2. 汽机车:3. 电子电气:继电器、插座、4. 工业用:电动工具5. 建筑: 采光板、装饰条POM (Polyoxymethylene，Polyacet
10、al聚甲醛，聚缩醛)杜邦公司于1956年推出” Derlin”聚甲醛树脂，宣称其能够取代金属，也从此开始有【工程塑料】的名称出现。聚甲醛分为单聚甲醛与共聚聚甲醛。共聚聚甲醛是单聚聚甲醛与环氧乙烯(ethylene oxide)共聚合而成。亚洲地区是全球聚甲醛使用量成长最快速的地区。电子电气与汽机车产业约占65%以上的市场。近年来聚甲醛为克服其韧性差与阻燃性不佳的问题，陆续开发出各种合胶的应用。单聚聚甲醛与共聚聚甲醛的物性比较如下:1. 单聚较好熔点约高10、抗张强度、弯曲强度以及热变形温度。2. 共聚体较好伸长率、抗潜变、耐热劣化、耐碱、成型加工的热安定性、成型范围等。n 特性: Tg= -5
11、0, Tm=165(共聚) 175(单聚) ；一般POM在190230范围内有适当的黏度(103104 poise)。POM的流动近似牛顿流体，押出式吹气成型容易发生垂下(draw down)问题，所以在押出成型的精度保持不易，因此以射出成型为主。n 优点:1. 高结晶性。(结晶度:单聚POM7585%，共聚POM 7075%)2. 耐磨耗、耐疲劳性佳。3. 耐药品性佳。4. 机械强度好，尤其是刚性、抗潜变与高弹性回复率。n 缺点:1. 比重高，居五大泛用工程塑料之冠。2. 结晶度高，相对的尺寸收缩率较大，精度较差。3. 韧性较差，必须以合胶方式改善。4. 易燃烧，不易制成阻燃级规格。5. 接
12、着性与印刷性差。6. 材料加工范围窄，如果加工条件不适，有臭味发生。n 应用:1. 民生用品:拉炼、扣具。2. 汽机车: 汽车门锁、电动窗零件、3. 电子电气: 事务机械的转动件、结构件。4. 工业用:齿轮、滑轮PPO (Poly Phenyl Oxide m-PPO,改质聚苯醚)聚苯醚是1915年开始研发，于1965年美国GE公司开始生产，机械性与耐热性非常优异，但是加工性不佳。后来GE公司添加聚苯稀改善其加工性，自此以Noryl的商品名畅销于市场。聚苯醚属于非结晶性塑料，具有优异的综合性能。全世界生产聚苯醚的公司并不多，主要是专利问题，形成寡占市场。n 特性: Tg=211，PPO为非结晶
13、性的材料，黏度与PC相近约为104105，属于高黏度的塑料材料；同样的黏度与剪变速率、温度的依存性比较大。n 优点:1. 比重为五大泛用塑料中最轻的(约为1.06)。2. 电气绝缘性佳。3. 尺寸安定性佳。4. 耐水性与耐蒸煮性佳。5. 机械强度好，尤其是拉伸强度与抗潜变性非常突出。6. 低温耐冲击强度。7. 无毒、具自熄性(UL 94 V-2以上)。8. 吸水率低，约为0.07%(为PC的一半)，一般而言不需特殊 干燥。n 缺点:1. 加工性较差，通常需以合胶的型态生产。2. 价格较贵。3. 抗化学性较差。n 应用:1. 民生用品:照相机零件。2. 汽机车: 汽车轮圈盖、汽车仪表板3. 电子
14、电气: 电视机偏向颚、事务机械外壳、连接器、开关4. 工业用:马达盖、水量计PBT (Poly Butylene Terephthalate聚对苯二甲酸丁二酯)PBT是1970年美国Celanese公司(目前已更名为Ticona)，是五大泛用工程塑料最晚开发出来的。但是因为加工性优异，所以在电子产业与汽车产业使用量持续增加中。PBT与PET同样都是热塑性聚酯工程塑料，由于PBT的结晶性较快、流动性较好、加工温度较低、除湿干躁较容易，因此用于工程塑料的数量比起PET多。n 特性: Tg= 40，Tm=220。PBT的黏度范围约为102104，对于剪变速率的依存性不高，因此属于加工的塑料。PBT的结晶速率比尼龙与PET快，与POM接近。n 优点:1. 吸水性低，机械强度与尺寸安定性佳。2. 耐摩擦与耐磨耗性佳。3. 耐候性佳。4. 耐药品性佳，耐酸碱及油剂。5. 结晶性与流动性佳，适合于小零件快速成型。6. 添加强化材，机械性与耐热性改善
