我国工程塑料应用研究

戴广

（厦门金越电器有限公司，福建 厦门 361021）

我国工程塑料应用研究

Application of engineering plastics in China

戴广

（厦门金越电器有限公司，福建 厦门 361021）

工程塑料指的是工业零件或者外壳材料中使用的工业用塑料，与其他材料相比，工程塑料在各方面性能上都有着很大的优势，例如强度、韧性、硬度、耐热性等等，因此在各个领域中工程塑料有着非常广泛的应用与发展。鉴于此，本文阐述了工程塑料的主要性能，简单介绍了两种常见工程塑料的应用及其注射成型工艺。

工程塑料；应用；汽车；电子设备

随着科学技术的不断发展，各工业领域中工程塑料的应用与研究也越来越广泛，越来越深入。与其他材料相比，工程塑料各方面性能都达到了很高的标准，在很多领域中一些传统材料尤其是金属材料已经逐渐被工程塑料所替代。

1 工程塑料的性能研究

1.1 力学性能

工程塑料的使用范围在很大程度上取决于其力学性能。工程塑料在强度、塑形、韧性以及耐磨性等方面都有着一定的优势，在很多领域可以发挥金属材料的作用，进行零件或构件的制造。其中工程塑料的比刚性尤其高，金属材料与其相比有着很大一段差距，在轻型结构件的制造中有着十分广泛的应用。力学性能涉及了多个方面，主要包括拉伸强度、剪切强度、冲击强度、疲劳强度、弯曲强度、硬度以及蠕变性能等，在塑料零件的设计与运用中，其热蠕变性能是非常重要的，这是决定零件尺寸稳定性的关键，是零件不被损坏正常工作避免设备故障的重要保障。

1.2 物理性能

物理性能主要有密度、吸水性、透明性、透气性、热性能等等，其中热性能最为关键，其又分为几种，包括耐热、导热以及热膨胀等性能，相比于金属材料，工程塑料在物理性能方面还存在一定的差距。许多电子设备都是以-20～60 ℃为一般工作温度，对于大部分工程塑料而言是能够应用的。

1.3 化学性能

化学性能主要有耐腐蚀、耐候等性能。许多工程材料都具有良好的耐腐蚀性，而金属材料在这一方面则明显不足，但是在耐候性方面金属材料要强于工程塑料，因此为了改善塑料的耐候性，通常会添加光稳定剂、紫外线吸收剂等助剂。

1.4 电性能

介电常数、介电强度、电阻率、耐电弧性等都属于电性能，其中电绝缘性与介电常数成反比，与电阻率、介电强度成正比。

1.5 工艺性能

塑料的成型收缩、流动性以及比容积等为其工艺性能。其中成型收缩率与流动性受到塑料的成分、成型方法、零件尺寸以及有无其他金属嵌件的影响，因此为了保证工程塑料的工艺性能，就必须高度重视选材、设计以及制作等一系列环节。

2 常见工程塑料在的应用及其注射成型工艺

2.1 PA

PA一般指聚酰胺，俗称尼龙。通过内酸铵开环聚合或者二元铵与二元酸缩聚制得。PA的综合性能较好，具有优良的力学性能、耐热性、耐磨损性、耐腐蚀性以及自润滑性，同时具有一定的阻燃性，加工方便。PA有许多种，例如PA6、PA66、PA11、PA46、PA610等。随着近几年工程塑料注射成型工艺的不断发展，PA在各个领域中都有着广泛的应用，包括汽车、机械、电器、化工、航空、冶金等等。以汽车领域为例，PA在汽车中的应用多为增强增韧PA，其主要是通过填充无机填料来实现增强。而PA的增韧则是通过将橡胶弹性体加入PA基体中实现。近几年来，PA在汽车电气部件、发动机、燃油箱以及车身部件等方面发挥着非常大的作用。

关于PA的注射成型工艺，具体介绍如下：第一，原材料的准备。由于PA的吸湿性较强，在吸湿后会影响到加工过程，例如降低熔体黏度、会有气泡、银纹出现在制品表面，并且还会大幅度降低制品的力学性能。因此，在PA注射成型之前，进行干燥处理是非常重要的。再加上在高温条件下，PA很容易被氧化而发生变色与降解，所以通常干燥方式采用的真空干燥，如果条件不允许，常压热风干燥也是可以的。真空干燥温度应控制在85～95 ℃，时间4～6 h，而热风干燥的温度90～100 ℃，干燥时间8～10 h，干燥处理后，PA材料不能放置空气中超过1～3 h；第二，成型温度。首先是机筒温度的选择，根据PA的熔点，并结合注塑机的型号、制品尺寸、形状等因素，通常情况下机筒温度应在220～300 ℃范围内，由于PA具有较窄的加工温度，因此必须严格控制机筒温度，确保熔料不会因为降解而导致制品变质。塑化与溶胶的速度在很大程度上决定了机筒温度，机筒的中段温度应比熔点高20～40 ℃，比分解温度低20～30 ℃，中段温度应比前端温度高5～10 ℃，比后端温度高20～50 ℃；必须保证加料口处冷却的有效性；一旦中段温度过低，螺杆转速过快，就有可能卡料，而后端温度过高，就会对输送能力造成影响，螺杆吃料慢，降低生产效率。第三，注射压力。PA的力学性能不会受到注射压力的较大的影响。在注射压力的选择方面，主要是以注塑机的型号、机筒温度、制品尺寸、形状、模具机构等为依据，同时注射速度、注射时间以及保压时间也有一定的影响。第四，注射速度。注射速度主要取决于制品壁厚、熔体温度、浇口大小等，对于壁厚比较小的产品，可以选择较快的注射速度，反之则选择较慢的注射速度。同时熔体温度、浇口尺寸与注射速度成反比，应度注射速度进行控制，避免剪切过量导致熔体温度过高而发生降解，进而降低产品的力学性能。此外，如果注射速度过快，那么就会导致起跑、烧焦等问题。第五，螺杆转速。PA注射成型宜选择中等螺杆转速，转速太快会由于剪切过量而导致塑料降解，降低产品的性能，而转速过慢，则会对溶胶质量造成影响，并且增加溶胶时间，降低生产效率。第六，背压。在制品质量有一定保障的情况下，应选择低背压，否则会导致熔体剪切过量而发生热降解。第七，模具温度。模具温度决定了制品性能，对伸长率、透明性有一定要求的制品，应选用较低的模具温度，而对强度、使用变形程度有要求的制品，应选择较高的模具温度。第八，成型周期。成型周期主要与制品壁厚有关，壁厚越小，制品的成型周期通常就越短。

2.2 PC

聚碳酸酯又称PC，其具有很高的透光率，最高可达到90%，最低也不会低于85%，并且PC的吸水性较大，具有较好的尺寸稳定性、着色方便、刚度与韧性强，特别是冲击强度更是达到了很高的标准，此外，PC的其他特性也十分出色，包括耐热性、耐蠕变性、电绝缘性、抗老化、耐候性、耐寒性等。在汽车中PC的应用主要体现在其透明性的利用，例如灯具、仪表标牌、遮阳板、窗玻璃等的制造。PC经过改性之后在耐热性、冲击强度、刚性、加工流动性等多方面性能都有着很大的提升。PC/PBT合金同时具备PC与PBT的优点，在汽车保险杠、车把手、安全气囊通电部件等的应用十分广泛。

关于PC的注射成型工艺，具体介绍如下：第一，塑料的处理。PC的吸水率大，因此必须在加工前进行预热干燥，通常纯PC干燥温度为120 ℃，通常改性PC应在110 ℃下干燥超过4～10 h。判断其干燥是否完成可以采用空挤出法来实现。一般PC的使用20%的再生料，特殊情况下可达到100%的使用，具体应根据制品的品质要求来确定。为了保证成品性质，确保其不受到严重破坏，应要求再生料不得同时混合不同的色母粒；第二，注塑机的选用。对于PC制品而言，根据其成本以及其他方面的因素，大部分都要采用改性材料，其中电工产品尤其突出，还需要针对其防火性能进行强化，阻燃的PC以及其他塑料合金产品的成型中，一般不会采用常规的塑化螺杆，需要混合好、耐腐蚀的注塑机塑化系统；第三，模具及浇口设计。PC的常见模具应将温度控制在80～100 ℃，加玻纤温度在100～130 ℃的范围内，小型制品的浇口可以选用针形，深度与最厚部位的比值为0.7：1最佳，此外，环形与长方形浇口也可以使用，应遵循越大越好的原则，确保由于过度剪切而导致塑料缺陷的情况得以避免。排气孔深度应控制在0.03～0.06 mm的范围内，要尽量保证短而圆的流道，其脱模斜度通常为30′-1°；第四，溶胶温度。PC的注射成型可以采用空注射法，以此对加工温度的高度进行确定。通常情况下PC的加工温度不宜低于270 ℃，也不宜高于320 ℃，对于部分改性或者低分子量PC而言，气温度应控制在230～270 ℃；第五，注射速度。通常PC的注射成型速度比较块，如电气开关件等待那个，并且属于一个由面到快的成型过程；第六，背压。PC的背压在10 bar左右为最佳，如果没有出现气纹与混色，那么可以适当降低。第七，滞留时间。PC在高温环境下不应滞留过长的时间，否则就会较低物料的质量，同时还会放出CO2其颜色变黄。此外机筒的清理不能使用LDPE、POM、ABS或者PA等，PS清理为最佳；第八，注意事项。部分改性PC，如果回收次数过多，即分子量下降，或者各种成分的混炼不均匀，那么很有可能导致深褐色液体泡的产生。

3 结束语

随着我国社会经济的不断发展，人们对于各个领域的产品都提出了更高的要求，其中汽车产品与电子设备产品在人们的生活中有着十分广泛的应用，因此，提高这类或相似产品的使用性能与质量有着十分重要的意义。而工程塑料的应用对于产品各方面性能的优化有着十分重要的意义，相信在未来工业制造领域的发展过程中，工程塑料的应用将会越来越广泛。

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TQ322

1009-797X （2015） 18-0007-03

A

10.13520/j.cnki.rpte.2015.18.003

戴广 （1987-）， 男，工科学士，研究领域为注塑成型工艺。

2015-08-26