塑胶材料分类详解

本章目的：了解材料种类

1          塑胶材料

塑胶是由低分子有机化合物（如：乙烯、丙烯、苯乙烯、氯乙烯、乙烯醇等）在一定条件下聚合而成的高分子有机化合物（聚合物）。构成塑胶的分子，由于分子量都是在10000以上的高分子，所以说塑胶是高分子化合物（高聚物）。一般塑胶分子中都含有碳（C）原子和氢（H）原子，有的塑胶分子结构中含有少量的氧（O）、硫（S）原子。塑胶的基本原料是低分子碳、氢化合物，它是从石油、天然气或煤裂解物中提炼和合成出来的人造树脂。

1.1          塑胶分类：

1.1.1          按塑胶的应用领域分类

一般分为通用塑胶和工程塑胶：

通用塑胶只可作为一般非结构性材料使用，其产量大、价格相对低廉、性能一般，多用于制做日用品。（如:PE、PP、PVC 、PS 、PMMA 、EVA等）

工程塑胶是指具有较高力学性能及耐高温、耐腐蚀，可以作为结构性材料，具有优异的综合性能（包括：机械性能、电性能、耐热性能、耐化学性能等），可在较宽阔的温度范围内和较长的时间内能良好地保持这种性能，并能在承受机械应力和较为苛刻的化学、物理环境中长期使用。被公认的七大工程塑胶为：ABS、PC、PC/ABS、POM、PA、PET、PBT、PPO等，工程塑胶的产量相对较少，价格较贵。另外，还有功能塑胶（如：LCP、人造器官等）、纳米塑胶、降解塑胶等。

1.1.2          按塑胶的结晶形态分类

一般分为结晶型塑胶和无定型塑胶

结晶型塑胶是指在适当的条件下，分子能产生某种几何结构的塑胶（如：PE、PP、PA、POM、 PET、PBT 等），大多数的属于部分结晶态。无定型塑胶是指分子形状和分子相互排列不呈晶体结构，而呈无序状态的塑胶（如：ABS、PC、PC/ABS、PVC、PS、PMMA、EVA、AS等），非结晶性塑胶在各个方向上表现的力学特性是相同的（各向同性）。

1.1.3          按塑胶的硬度分类

一般分为硬质塑胶、半硬质塑胶和软质塑胶

常见硬质塑胶有：ABS、POM、PS、PMMA、PC、PET、PBT、PPO等；

半硬质塑胶有：PP、PE、PA、PVC等；

软质塑胶有： 软PVC、K 胶（ BS ）、TPE、TPR、EVA、TPU等。

4．按塑胶的主键结构分类

根据主链结构，可分为碳链、杂链和元素有机三类。

1. 碳链聚合物大分子主链由碳原子以共价键连接组成，烯烃类属于这一类。一般可塑性较好，化学性质稳定，但强度一般，耐热性较差，可作为通用高分子使用。PE、PP、PS只含有C、H元素，是非极性聚合物。

 

 

 

材料	学名	分子结构	玻璃化温度Tg，℃	熔点Tm，℃	备注
ABS	丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物				丁二烯具有类似橡胶的性能，提高抗冲性能；丙烯腈有CN基，使聚合物耐化学腐蚀，提高抗张强度和硬度；苯乙烯的高温流动性好，便于加工成型，而且可以改善制品光洁度。
PE	聚乙烯		-125	135
PP	聚丙烯		-10	170
PS	聚苯乙烯		100	240
PVC	聚氯乙烯		81
PMMA	聚甲基丙烯酸甲酯		105	160
PTFE	聚四氟乙烯（铁氟龙）				耐疲劳性能优异，拉伸强度较低，热稳定性好，不易老化，阻燃。摩擦系数是塑料中最低的。熔体粘度极高，只能通过金属粉末冶金加工，或挤压成型。耐化学腐蚀最好。
PIB	聚异丁烯

图表1 碳链聚合物

 

1. 杂链聚合物的大分子主链主要由2种以上的原子（除含碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子）共价键连接，如聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨脂、聚硫橡胶等。相对于碳链聚合物，耐热性和机械强度明显提高，但化学稳定性较差。因主链带有极性，易水解。芳香族杂链聚合物可做工程塑料使用。

材料	俗称	分子结构	玻璃化温度Tg，℃	熔点Tm，℃	备注
POM	聚甲醛
PC	聚碳酸酯
PA66	尼龙66
PA6	尼龙6
PA11
PA12	尼龙12
PET	聚对苯二甲酸乙二酯
PBT
PI	聚酰亚胺				耐高温材料，是芳杂环高分子中唯一商品化材料。不耐水解，不能在有氨的环境下使用。
PSU	普通聚砜或双酚A型聚砜		190		长期使用温度-100~150℃，抗蠕变优异，缺点：耐有机溶剂性差，成型温度高，制品易应力开裂，耐疲劳性差。
PSF	聚砜				非结晶塑料。具良好的抗氧化性、耐热性、高温熔融稳定性，还具有良好的机械性能、电性能、透明性和食品卫生性。
PEEK	聚醚醚酮				长期使用温度约为200℃, 具有热固性塑料的耐热性、化学稳定性和热塑性塑料的成型加工性
LCP	热致性液晶聚合物				高强度、热稳定性、耐热性、耐化学药品性、无蠕变、耐候、耐辐射、阻燃、电性能优异。耐热水。

图表2 杂链聚合物

 

1. 元素有机聚合物中大分子主链中没有碳原子，主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成，但侧基却由有机基团组成，如甲基、乙基、乙烯基、芳基等；有机硅橡胶就是典型的例子。该类聚合物具有较好的可塑性和弹性，还具有优异的耐热性，可以在一些特殊场合使用，但强度较低，脆性大。

材料	俗称	分子结构	玻璃化温度Tg，℃	熔点Tm，℃	备注
PPO	聚苯醚
PPS	聚苯硫醚				耐高温，耐腐蚀，耐辐射、不燃、无毒，机械强度和电气性能极高，尺寸稳定性高。长期使用温度220~240℃
	聚二甲基硅氧烷				低温下仍能使用的特种橡胶
PPSU	聚砜		150		除强极性溶剂、浓硝酸和硫酸外，对一般酸、碱、盐、醇、脂肪烃等稳定
PAS	聚芳砜		288		可在260℃下长期使用，料温400℃以上，模温230~280℃，成型困难，需后处理消除内应力。
PES	聚醚砜				可在180℃下长期使用，料温315~335℃，成型温度范围窄，在熔体加热时间长或反复加工次数多，黏度会增加；因剪切力导致分子链断裂形成自由基，自由基又会使分子链支化或轻度交联。

图表3 元素有机聚合物

 

1.1.4          化学基团对塑胶性能的影响

1. 酯健：易水解
2. 酰胺健：
3. 醚健：
4. 芳香苯环：易氧化

1.1.5          按塑胶的化学结构分类

A、聚烯烃类（如：LDPE、MDPE、HDPE、PP等）

B、聚苯乙烯类（如：PS、AS、BS、ABS、MBS、HIPS 等）

C、聚酰胺类（如：PA6、PA66、PA12等）

D、聚醚类（如： POM、PSF、PPO等）

E、聚酯类（如：PC、PBT、PET等）

F、丙烯酸酯类（如：PMMA）

1.1.6          高分子链柔顺性

1. 高分子链长度：高分子链越长，内旋转的单键数越多，内旋转约自由，则链段长度越短，段数越多，产生的构象数越多，则柔顺性越好，或刚性越差。（链段：高分子链可以任意取向的最小单元或高分子链上能够独立运动的最小单元）
2. 取代基极性：取代基的极性越强，非健合原子间的互相作用越强，内旋转受阻，分子链的柔性变差。