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常用塑料的主要参数
塑料性能包括物理性能、机械性能、热性能、耐化学性能、电性能、抗辐射性能及成型加工性能。这里主要介绍塑料机械性能、电气性能和适用的范围。不同的应用,需求也不同,选用时需要根据需求,确定所用塑料的关键参数。
1.机械性能
1.1 密度
塑料的密度一般在 0.9~2.0g/cm3,它大约是铝材密度的 1/2,钢材密度的 1/5。不同的塑料原料品种,有不同的密度,除了影响机械等性能,还会造成实际材料成本的不同。例如 ABS的密度是 1.04g/cm3,聚丙烯的密度是 0.9g/cm3,仅密度就差 14%,做同样体积的零件,聚丙烯材料用量就省 14%。所以选择塑料要在保证功能、性能的基础上选择密度小的品种。
1.2 收缩率
热塑性塑料的特性是加热后膨胀,冷却后收缩。塑料件的收缩主要发生在从模具中取出塑件时。例如 ABS 的收缩率为 0.4%~0.8%,如取 0.6%的话,就是说如果模具的型腔是 1 000mm,注塑后,塑件的外形只有 994mm,缩短了 6mm。所以收缩率主要是一个工艺参数,是模具设计人员要考虑的问题。
一种塑料的收缩率不是一个定值,而是一个范围。这是因为不同塑料原料厂生产的同种材料的收缩率不相同,即使是一个工厂生产的不同批号的同种材料的收缩率也不一样。
大公司提供的塑料原料,对同一材料,不同批次收缩率相差较小,如有的公司 ABS 可以做到 0.4%~0.5%。在精密零件设计时,选择塑料要向供应商提收缩率要求,否则在需要高精度的零件时,仅由于材料的收缩率变化,就无法做到稳定的高精度尺寸。
另外,注射压力对零件成型时的收缩率影响较大,特别是模具充填结束后的保压压力。在一般情况下,压力较大时,成型材料的密度会稍大,取出后零件的收缩率就较小。有经验表明,同样的模具和材料,对 500g 的零件,由于注射压力的变化,零件重量最大可相差 10~30g。
1.3弯曲模量
弯曲模量(Bending Modulus,Flexural Modulus)是指材料在弹性极限内抵抗弯曲变形的能力,单位为 N/m2 或 Pa。由于塑料在机械性能上与金属最大的区别是弯曲模量相差大,易变形,所以结构件的设计要特别关注这个参数。在塑料零件常用的卡扣连接中,弯曲模量也是重要的设计依据。材料的弯曲模量越大,表示材料越不易变形,做出的零件刚度就越好。
1.4蠕变
蠕变(Creep)是指在恒定的温度、湿度、外力条件下,塑料形变随加载时间延长而增大,其强度也随之降低,当外力去除后,其形变仅有部分恢复的现象。由于塑料是粘弹性物质,其蠕变远较金属严重。蠕变常会导致塑料零件的长期可靠性失效,这是在材料选择和零件设计中要注意的问题。
1.5应力松弛
应力松弛(Stress Relaxation)是指在应变固定条件下,应力随时间的延长而下降的现象。产生这种现象的主要原因是塑料的蠕变。应力松弛通常是对一个固定的结构而言。
1.6热变形温度
塑料的热变形温度(Heat Deflection Temperature,HDT)是指对塑料试样施加一定的负荷,以一定的速度升温,当达到规定形变时所对应的温度,它是塑料的短期耐热性指标。
塑料的热变形温度测试有专门的标准,如国家标准 GB/T 1633—2000《热塑性塑料维卡软化温度(VST)的测定》、GB/T 1634.2—2004 《塑料负荷变形温度的测定 第 2 部分 塑料、硬橡胶和长纤维增强复合材料》及美国标准 ASTM D 1525-07《塑料维卡(VST)软化温度的测试方法》等。也有专门的热变形维卡温度测定仪,用于测定塑料、橡胶、尼龙、电缆等高分子材料的热变形温度和维卡软化温度。
塑料的热变形温度对于在高温下工作的产品显得特别重要,同时电子产品的高温、高湿试验也是对塑料零件的考验。塑料的热变形会导致零件位移产品功能失效,如微动开关和按键的失效、壳体的缝隙、传动的不灵活等故障。所以选择塑料时,要使塑料的热变形温度高于工作和试验温度 10℃以上。常用塑料的热变形温度如表 3-2 所示。
表 3-2常用塑料的热变形温度
- 玻璃化转变温度
- 电气性能
- 加工特性
- 塑料的检验