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塑料的介电性能及其他优点

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:各种塑料具有不等的电绝缘性能和介电性能,有较宽范围可供选用。虽然塑料的电性能不及云母、玻璃、陶瓷等材料,而且介电性能会受温度、湿度、频率等因素影响,但它有质轻,柔韧、脆性低、易成型等优点,所以塑料仍然是用作中、低电压及工频、高频电气产品的重要绝缘材料。综上所述与其他材料相比,塑料具有独特的耐磨损及摩擦特性,并具有噪声低、吸震、传动平稳、抗冲击、耐蚀、电绝缘、自润滑、易加工等优点。

塑料的介电性能及其他优点

1.质轻

塑料一般都较轻,其密度在0.83~2.2g/cm3内,多数制品的密度为0.9~1.5g/cm3,密度低的聚-4-甲基-1-戊烯塑料密度为0.83g/cm3聚乙烯聚丙烯的密度次之,为0.9~0.96g/cm3,而泡沫塑料的密度则更低,一般只有0.01~0.5g/cm3,最重的聚四氟乙烯塑料其密度也只有2.1~2.6g/cm3,比金属铝还轻(硬铝的密度为2.8g/cm3)。因此,大量使用塑料来制作机械设备、汽车、车辆、飞机、飞船火车船舶电子电气仪器仪表武器装备手机、计算机、家用电器及办公器械、建筑材料等产品中的零部件。使用塑料可大大地减轻产品质量,实现小型化及轻量化,提高运行能力,改善操作性和安全性,便于运输携带,提升美观效果,降低能耗及运行成本,减轻劳动强度。

2.比强度(比模量)高

比强度(比模量)是指塑料的强度(或模量)与密度的比值。塑料的密度及机械强度、刚性及柔软性、硬度和弹性等性能可采用填充不同填料、改变结晶取向、改进分子结构等方法在一定范围内进行调节,因此同一种塑料,可获得不同的刚性和强度。虽然塑料的强度(模量)不算高,但塑料的密度较低,因此其比强度(比模量)较高,尤其是增强塑料的比强度,可与铝、铜等金属材料媲美。这意味着当塑料制品在承受适当的负载时,如果在其强度(或模量)允许范围内,制作同一零件的制品,其自重要比金属制品轻。比强度越高,自重越轻;比模量越高,则制品刚性越大,对产品轻量化的效果好。

3.耐蚀性优良

多数塑料都具有一定程度的耐酸、耐碱、耐盐类溶液和有机溶剂腐蚀的能力,耐蚀性能优于钢铁、木材,次于玻璃、陶瓷,但有些耐蚀塑料,如聚四氟乙烯具有极强的耐蚀性,可耐浓硫酸硝酸王水等强氧化剂。因此,常用耐蚀性塑料制作化工设备中的耐蚀零部件及装置。

4.优异的电性能

大多数塑料均为绝缘介质。各种塑料具有不等的电绝缘性能和介电性能,有较宽范围可供选用。虽然塑料的电性能不及云母、玻璃、陶瓷等材料,而且介电性能会受温度、湿度、频率等因素影响,但它有质轻,柔韧、脆性低、易成型等优点,所以塑料仍然是用作中、低电压及工频、高频电气产品的重要绝缘材料。塑料广泛用于电信工业、电机、电气、变压器、电子电气元器件、电气设备、家用电器、电线电缆雷达军工装备中,它们在这些领域发挥了重大的作用。

5.成型加工性优良

塑料的成型特性较好,大多数塑料具有可熔、可溶特性,在加热或溶剂作用下呈粘流体状态,还有良好的可塑性,可以较方便地采用一些设备和模具(或模型),从原料到成品一次成型加工即可完成,尤其在加工形状复杂的零部件时,更能显示其高效、高速、低消耗、低成本、短周期、省工省力的优点。

塑料制品的加工方法很多,如注射、模压、挤出、吹塑、吸塑、滚塑、层压、流延、涂覆等。制品还可以进行焊接、粘接、机械加工、印刷、电镀等二次加工。同时,还可设计各种塑料配方配制成理想的成型特性和使用特性的塑料,用于加工复杂形状和结构、薄壁、大面积,不同性能、各种颜色及表面装饰性要求的模塑制品及薄膜、片板材、管棒材,中空容器、层压板,复合板、泡沫制品,异型材、弹性体等各种类型的制品,其成型加工性的优异性能是无可比拟的。

6.具有隔热、防振、消声功能

多数塑料热导率低,普通塑料的热导率在0.14~0.44W/(m·K),与木材相似,泡沫塑料的热导率在0.03~0.06W/(m·K),比玻璃(1~2W/(m·K))及钢铁(80~90W/(m·K))低得多。

塑料也是一种粘弹性体,它具有吸收和阻尼外界射入的机械振动波和声波的作用。故塑料是一种兼备隔热(保温)、消声、消振(防振)功能的材料,但不同的材料具备的能力大小不等,对一些高强度的泡沫塑料、多元共混或共聚的聚合物,填充较大密度的填料的填充复合材料,弹性体材料等都具有不同的优良特性。例如,脲醛泡沫塑料用于隔热,消声;PU泡沫料用于消声,隔热防振;硬质酚醛及有机硅泡沫塑料可作超声速飞机及火箭的雷达罩和隔热夹心结构材料;耐磨性工程塑料制造的齿轮轴承都具有降低传动噪声及振动,提高传动平衡性及自润滑的作用。此外,建筑行业、车辆行业也大量采用塑料制品作为隔热、隔声及减振的重要材料。

7.耐磨损、摩擦性能优良

塑料摩擦因数低。例如静摩擦时,铝或钢对磨时摩擦因数为0.55,如果塑料在下、铝钢件在上对磨时,平均静摩擦因数为0.42,其中,有机玻璃(PM-MA)的摩擦因数最高达0.70,聚四氟乙烯(F4)的摩擦因数最低为0.31,平均摩擦因数在0.4~0.5;在动摩擦时,钢对钢的摩擦因数达0.67;塑料对钢的摩擦因数平均达0.32;F4的摩擦因数最低仅为0.12。各种塑料配对对磨时的平均摩擦因数也只在0.09~0.4内。此外,塑料具有自润滑性,有些品种,如尼龙、F4等塑料可在无润滑条件时仍能保持较低的摩擦因数。

不同品种塑料的耐磨性差别很大,而且与摩擦因数之间关系较复杂。如F4的摩擦因数最低,但耐磨损性很差;聚氨酯弹性体摩擦因数大,但耐磨损性极好。总的来说,塑料因热导率低、耐热温度有限,其耐磨损性不及合金钢、巴氏合金青铜等传统的耐磨金属材料。但是塑料可通过改性及填充耐磨、导热、耐热、自润低摩擦性、增强增韧的各种填料,配制成很多耐磨的塑料。如由氟塑料、聚酰胺、聚甲醛、聚酰亚胺、超高分子量聚乙烯、酚醛塑料聚碳酸酯等塑料配制成的各种改性、填充、增强及复合材料都是优良的耐摩、耐磨损塑料,在温度不超过260℃,连续高速运行及负荷不特别高的场合下,可广泛地用作齿轮、轴承、活塞环、密封圈(垫)等多种摩擦零件。另外,塑料还可配制成具有高摩擦因数、摩擦性能稳定的专用品种。例如,填充酚醛改性塑料、改性聚酰亚胺塑料等可专供制作制动器离合器中的摩擦片等制品。综上所述与其他材料相比,塑料具有独特的耐磨损及摩擦特性,并具有噪声低、吸震、传动平稳、抗冲击、耐蚀、电绝缘、自润滑、易加工等优点。(www.xing528.com)

8.多种感觉效果

各种塑料制品都可以通过采用适当的塑料配方、各种成型技术、成型工艺条件及模具、表面装饰技术、各种着色工艺等手段,制成外形舒适美观、色彩多姿、光泽鲜艳,具有各种手感、触摸感、视觉和感觉效果的制品。例如,可制成内外层不同材质及软硬度的夹心材料,内外层柔软、坚韧相兼的制品。还可加工出具有各种手感和视觉效果的制品表面,如有光泽、细腻、致密、软硬、冷暖、光滑等手感的;具有各种色彩、消光、陶瓷感、金属感、珠光感、云雾状等各种视觉的;可加工出呈现大理石纹、皮革纹、桔皮纹、花瓣纹、树叶纹、石材纹、木材纹、浮雕图纹、碎玻璃花纹、印花纹等各种纹理感觉的表面等。

9.优良的综合光学性能

光学塑料不仅具有优良的光学性能,而且材质韧性好、耐冲击、密度低、不易碎、成型性好,其综合性能优于常规的玻璃材料。例如,聚碳酸酯塑料,透明性好,透光率可达93%,密度仅为无机玻璃的1/2,而冲击强度是无机玻璃的250倍。因此,许多透明性塑料常用来代替玻璃。有机玻璃、聚碳酸酯、透明聚氨酯等透明料广泛用于屋顶材料、灯光照明系统、汽车及飞机等交通运输工具上的视窗、挡风罩等,其性能都优于普通的硅酸盐玻璃。此外,大量的透明性材料还广泛用于食品、饮料包装容器,光学透镜及器材,眼镜片,照明灯具及复杂形状的工艺美术品等。

10.多功能性

塑料是一种多功能用途的材料,其功能多、用途广是其他材料无可比拟的,尤其是功能塑料类的品种,各自具有形形色色的功能,已广泛应用于各种技术领域,代替传统材料,为推动各项技术的发展发挥了重要作用。塑料在国防工业、航空航天工程、交通运输、建筑材料、基础工业、农业工程能源工程、生命科学、信息通信、日常生活中都无处不在。虽然目前有些功能,如导热性、导磁性等性能指标尚不及传统材料,但随着纳米技术、改性技术、高分子技术的发展塑料的多功能化将会不断扩大。

11.可设计和配制性

塑料之所以至今有如此多的品种和广泛的各种使用性能,要归功于它有简便的可设计和配制特性。与其他传统材料相比,塑料可按使用性能和加工性能的要求较自由地设计各种原料配方。选用不同性能的树脂或不同合成工艺的树脂,采用不同性能的填料或不同工艺处理的填料,采用不同品种的塑料或添加剂,按不同比例进行共聚、共混等改性混炼,采用内嵌金属嵌件,采用不同成型方法和成型工艺条件等各种措施,便可较方便地配制出新的塑料品种。因此,至今塑料已衍生出成千上万种具有不同性能和用途的品种,形成了一个用途极广泛的庞大的材料体系。

12.节省自然资源和能源

首先,塑料所用的原料有许多可取自于石化、冶金、焦化等冶炼过程中产生的副产品,加工时材料利用率高,塑料的废弃品可大量地回收再利用。塑料还可代替大量的木材、钢铁、有色金属、棉布及纸材等多种自然资源,因此它具有节约自然资源,实现资源综合利用的效果。

塑料从合成原料到加工成制品的全过程中需消耗的能量,通常比金属、玻璃、陶瓷材料加工过程中所消耗的能量低。以热塑性塑料注射加工为例,聚合物加工制品时需消耗的能量Q可用下式表示

Q=m·cTm-To

式中,m是聚合物质量;c是比热容;TmTo分别是熔融温度和室温。

从三项参数来看,除了c较高外,其他均比钢铁、玻璃、陶瓷等材料低得多,故能耗低。据有关资料测算,生产塑料建材制品所需能量比钢铝材制品少3/4~7/8,生产同样规格的包装制品时,纸制品耗能为塑料制品的3~5倍,生产100万只容量为1L的玻璃瓶,耗能为PVC瓶的3.5倍。

此外,在许多产品中广泛应用塑料制品后,减轻了质量,减轻了劳动强度,降低了维护费用,提高了保温、隔热效果,这对减少能耗,降低运行费用都有非常显著的效果。例如,采用塑料制品后,车重可降低38%,不仅提高了装载量,而且油耗降低了30%。又如,采用隔热、保温材料,可有效地降低电冰箱的致冷电耗和供暖及空调机的能耗。

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