常見塑料的物理性能

結(jié)晶度熱塑性樹脂固體中的分子聚集狀態(tài)有疏有密,可以把致密的部分稱為結(jié)晶部分,而把過疏的部分稱為非晶部分,大多數(shù)的聚合物都會有某種程度的結(jié)晶部分;因此,我們把結(jié)晶部分的含有率稱為結(jié)晶度.但一般而論,像尼龍、熱塑性聚酯那樣具有官能基的聚合物,或像聚丙烯、聚乙烯等分子排列較規(guī)整的聚合物,它們的結(jié)晶度較高,而共聚物或混合的聚合物等其結(jié)晶度較低.一般聚合物的實(shí)際結(jié)晶度比其固有的結(jié)晶度要低,因此,其結(jié)晶度可以通過熱處理或提高模溫的方法得到提高.結(jié)晶度高的聚合物其強(qiáng)度增加、伸長率下降、體積減小.塑料的結(jié)晶度越高,其密度就大,熔融溫度(熔點(diǎn))也越高,而且強(qiáng)度大,透明性低,伸長率小.

可見結(jié)晶度和物性有著緊密的關(guān)系,各種樹脂在拉伸特性上的變化和該樹脂在成型加工過程中產(chǎn)生的結(jié)晶化的差異有關(guān).而且結(jié)晶化的差異越大,聚合物其拉伸特性的變化幅度也越大.結(jié)晶性較好的聚合物會因其結(jié)晶化的進(jìn)行而產(chǎn)生體積收縮,進(jìn)而影響其制品的尺寸穩(wěn)定性.因此,必須設(shè)法在加工時盡可能使其結(jié)晶度提高到固有的結(jié)晶度,以防止后收縮引起制品的尺寸穩(wěn)定性.現(xiàn)實(shí)上,為了改善制品的尺寸穩(wěn)定性,常在樹脂中添加一些能起結(jié)晶化的促進(jìn)劑(成核劑)。玻璃化溫度在熱塑性樹脂中有一個玻璃化溫度(玻璃化轉(zhuǎn)變點(diǎn))的現(xiàn)象,即:聚合物在隨溫度增高的過程中,在其熔融前會在某一溫度范圍內(nèi)處于既非固體又非粘性液體的橡膠態(tài),我們把出現(xiàn)橡膠態(tài)度的開始溫度稱為其玻璃化溫度(Tg).在這個溫度范圍里聚合物的熱膨脹會突然變大,而且所發(fā)生的形變和橡膠不同,是不可逆的形變.玻璃化溫度特性對使用聚合物制品時是非常重要的;例如,把制品放置在玻璃化溫度以上的溫度條件下時,會招致意想不到的變形.反之,如果想對制品進(jìn)行改變形狀加工處理等,則可以在玻璃化溫度以上進(jìn)行實(shí)施.此外,希望提高制品的結(jié)晶度時,也可以在這個溫度范圍中進(jìn)行處理。塑料的熱力學(xué)三態(tài)在自然界中，我們把物質(zhì)在常溫中的聚集狀態(tài)分成三種:即氣態(tài)、液態(tài)、和固態(tài)。以非晶態(tài)線型高聚物為代表的高分子聚合物，由于分子結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，以及其巨大分子量，所以它們的聚集狀態(tài)不同于一般低分子化合物，而是在不同的熱力條件下，以其獨(dú)特的三種形態(tài)存在:即玻璃態(tài)、高彈態(tài)、和粘流態(tài)。高分子聚合物是不存在氣態(tài)的，在受熱而可能氣化之前，分子結(jié)構(gòu)已受到徹底的破壞，成為低分子的氣化物質(zhì)或碳化物。高分子聚合物的玻璃態(tài)實(shí)際上是固態(tài)的一種表現(xiàn)形式，特點(diǎn)是在一定的溫度范圍內(nèi)，呈現(xiàn)出固態(tài)物質(zhì)普遍具有的性質(zhì)，在某些力學(xué)特性上類似于普通的玻璃。高分子聚合物的粘流態(tài)是一種獨(dú)特的“液態(tài)”，在某個溫度范圍內(nèi)，具有既可以流動又有別于普通低分子液體的力學(xué)性質(zhì)。高分子聚合物的高彈態(tài)是介乎玻璃態(tài)和粘流態(tài)溫度范圍的獨(dú)有的形態(tài)。高分子聚合物和其他物質(zhì)一樣，在特定的溫度壓力條件下都有一個相對穩(wěn)定的形態(tài)。比如，在普通使用條件下，可以將有機(jī)玻璃視為玻璃態(tài)的代表，而將液體樹脂視為粘流態(tài)的代表。當(dāng)外界溫度、壓力發(fā)生變化并達(dá)到某種水平時，高分子聚合物將改變原有的狀態(tài)而轉(zhuǎn)變成另外的狀態(tài)。注塑加工廠的任務(wù)就是提供這些變化的條件，在加工過程中，塑料原料(以高分子聚合物為基體)受溫度、壓力、剪切作用時，其粘度、物理結(jié)構(gòu)、形態(tài)等等都會出現(xiàn)變化，其中以溫度影響最大，這是塑料熱成型的理論依據(jù)。比熱容比熱容是單位重量的物料溫度上升1度時所需熱量[J/kg.k]。不同高聚物的比熱容是不同的，結(jié)晶型比非對面型要高。因?yàn)榧訜峋酆衔飼r，補(bǔ)充的熱能不僅要消耗在溫度升上，還要消耗在使高分子結(jié)構(gòu)的變化上，結(jié)晶型必須補(bǔ)充熔化潛熱所需的熱淚盈眶量才能使物料熔化。注塑過程中，塑料加熱或冷卻特性是由聚合物的熱含量與溫差所決定的。熱傳遞速率正比于被加熱材料和熱源之間的溫差。一般冷卻要比熔化快，因?yàn)榇篌w上料筒與物料溫差小，熔料與模具溫差大。加熱時間取決于料筒內(nèi)壁與料層之間的溫差和料層厚度熱擴(kuò)散系數(shù)熱擴(kuò)散系數(shù)是指溫度在加熱物料中傳遞的速度，又稱導(dǎo)熱系數(shù)其值是由單位質(zhì)量的物料溫度升高1度時所需的熱量(比熱容)和材料吸收熱量的速度(導(dǎo)熱系數(shù))來決定。壓力對熱擴(kuò)散系數(shù)影響小，溫度對其影響較大。導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)反映了材料傳播熱量的速度。導(dǎo)熱系數(shù)愈高，材料內(nèi)熱傳遞愈快。由于聚合物導(dǎo)熱系數(shù)很低，所以無論在料筒中加熱還是其熔體在模具中冷卻，均需花一定時間。為了提高加熱和冷卻效率，需采取一些技術(shù)措施。如：加熱料筒要求有一定的厚度，這不僅是考慮強(qiáng)度，同時也是為了增加熱慣性，保證物料能良好穩(wěn)定地傳熱，有時還利用聚合物的低導(dǎo)熱特性，采用熱流道模具等。聚合物導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而增加。結(jié)晶型塑料的導(dǎo)熱系數(shù)對溫度的依賴性要比非結(jié)晶型的顯著。密度與比容密度增加會使制品中的氣體和溶劑滲透率減少，但是使制品的拉伸強(qiáng)度，斷裂伸長，剛度硬度以及軟化溫度提高;使壓縮性，沖擊強(qiáng)度，流動性，耐蠕變性能降低。在注塑過程中，聚合物經(jīng)歷著冷卻—加熱—冷卻反復(fù)的熱過程溫度，梯度和聚合物形態(tài)的變化都很大，所以密度也在不斷地發(fā)生變化，這對注塑制品質(zhì)量起著重要的影響。比容反映了單位物質(zhì)所占有的體積。這是一個衡量在不同工藝條件下高分子結(jié)構(gòu)所占有的空間，各種狀態(tài)下的膨脹與壓縮，制品的尺寸收縮等方面是非常重要的參數(shù)。膨脹系數(shù)與壓縮系數(shù)比容在恒壓下由溫度而引起的變化，即為膨脹系數(shù)。聚合物從高溫到低溫表現(xiàn)出比容逐漸減少的收縮特性。聚合物比容不僅取決于溫度而且取決于壓力。聚合物比容在不同溫度下都隨壓力而變化，壓力增高比容減小而密度加大。這種性質(zhì)對于用壓力來控制制品的質(zhì)量和尺寸精度有重要意義。透濕性透濕性是指水蒸氣對塑料薄膜的透過情況,基本原理及定義與透氣性相同。透明度透過物體的光通量和射到物體上的光通量之比稱為透光度;在入射光方向上的散射光對所有透射光之比,稱霧度或混濁度。霧度通常是半透明的,并對射入光有漫透的性質(zhì)。拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度是指在規(guī)定的試驗(yàn)溫度、濕度和拉伸速度下,沿試樣的縱軸方向施加拉伸載荷,測定試樣破壞時的最大載荷。壓縮強(qiáng)度壓縮強(qiáng)度是指在試樣上施加壓縮載荷至破裂(對脆性材料而言)或產(chǎn)生屈服的強(qiáng)度(對非脆性材料而言)。彎曲強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度是指試樣在兩個支點(diǎn)上,施加集中載荷,使試樣變形或直至破裂時的強(qiáng)度。沖擊強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度是指試樣受沖擊破斷時,單位面積上所消耗的焦耳,對于某些沖擊強(qiáng)度高的塑料,常在試樣中間開有規(guī)定尺寸之缺口,這樣可以降低它在破斷時所需要的焦耳。不同的試件可用不同的試驗(yàn)方法:落球式?jīng)_擊試驗(yàn)、高速拉伸沖擊試驗(yàn)?zāi)Σ料禂?shù)摩擦系數(shù)是指摩擦力與正壓力之比值。在試樣上加一個正壓力,測定試樣剛性運(yùn)動時的動和靜比值。磨耗磨耗是指塑料在摩擦過程中,微粒從摩擦表面不斷分離,引起摩擦件尺寸不斷地改變的機(jī)械性破壞過程,也有稱為磨損或磨蝕。硬度塑料硬度是指塑料抵抗其他硬物體壓入的性能,通用的有洛氏硬度和肖氏硬度兩種。肖氏硬度是指在規(guī)定的壓力、時間下計算壓痕器的壓針?biāo)鶋喝氲纳疃?。肖氏壓痕器可分為兩?即:A、D型。施加負(fù)荷重量為1。0、5。0公斤,壓下時間為15秒,A型適用于軟質(zhì)塑料,D型適用于半硬質(zhì)塑料;當(dāng)用A型,測出超過95%量程時,應(yīng)改用D型,當(dāng)D型測出超過95%量程時,則需要改用洛氏壓痕。疲勞強(qiáng)度是指在一個靜態(tài)破壞力而有小量交變循環(huán)的環(huán)境下,使塑料破壞的強(qiáng)度;疲勞載荷來源有拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊等。蠕變?nèi)渥兪侵冈谝欢ǖ臏囟?、濕度條件下,塑料在固定的外力持續(xù)作用下,隨時間變化所表現(xiàn)出的特征,這種變形的特征隨增加載荷而增加,隨減少載荷而減少,其變形亦逐漸恢復(fù)。蠕變的來源有拉伸蠕變、壓縮蠕變、彎曲蠕變等。持久強(qiáng)度持久強(qiáng)度是指塑料長時間經(jīng)受靜載荷的能力由高而降低的時間函數(shù)。例如:未經(jīng)載荷前的塑料強(qiáng)度是1000小時,而載荷后可能只有其50%至70%之間。線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)是指溫度升高1攝氏度時,每一厘米的塑料伸長的厘米數(shù)。塑料的線膨脹系數(shù)一般是鋼材的十倍左右。比熱比熱是指1克塑料升高難1攝氏度時,所需要的熱量單位。導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)是指某一單位面積和厚度之塑料所能通過的熱量單位。塑料的導(dǎo)熱系數(shù)很小,僅為鋼材的百分之一左右,所以是良好的絕熱材料。耐熱性塑料耐熱性是反映塑件溫度與變形量之間關(guān)系的特性,耐熱性對溫度有關(guān)的塑件更為重要。分解溫度分解溫度是指塑料在受熱時大分子鏈斷裂時的溫度,同時是鑒定塑料耐熱性的指標(biāo)之一;當(dāng)熔料溫度超過分解溫度時,大部分熔料會呈現(xiàn)發(fā)黃的顏色,且制品的強(qiáng)度會大大降低。熔融指數(shù)熔融指數(shù)(MFI)MI是指熱塑性塑料在一定溫度和壓力下,熔體在10分鐘時間內(nèi)通過測試器的小孔所流出的熔料重量,單位是以克/10分鐘表示。耐燃燒性塑料的耐燃燒性是用燃燒速率(燃燒時間內(nèi)試樣的燃燒長度)和燃燒失重率(燃燒前后重量之差的百分率)之比來表示的,由起火時間燃燒至自燃時間及熄滅時間,亦可作為耐燃燒性能的參考數(shù)。耐電壓迅速將電壓升高到某一極限值,停留一段時間,塑料試樣被擊穿,稱此時的電壓值為試樣能經(jīng)受的耐電壓。耐老化性塑料的耐老化性是指在使用、貯存和加工過程中,由于受