综上所述,塑料与许多实用材料相比具有很多独特的优点,但任何材料都不可能是十全十美的,塑料也不例外,它有不少弱点,有一定限度的使用范围,因此我们需要了解掌握这些弱点,将制品的使用范围控制在所选塑料的性能允许范围内,才可得到理想的效果。归纳塑料的弱点,大致有以下几个方面。
1.耐热性低
与金属、玻璃、陶瓷等材料相比,塑料的耐热性一般较低,多数塑料使用温度为100~260℃,长期使用温度超过400℃时,几乎没有塑料材料可供选用,但短期使用温度,在无较大负荷条件下,部分塑料可达500℃以上,如用碳纤维、石墨或玻璃纤维增强的酚醛塑料,瞬间温度达3000℃,可用作耐烧蚀材料。
2.力学性能低
大多数未增强的塑料的强度、模量值比钢材低很多,在长期静负载和交变负载作用下抗蠕变和疲劳性差,不同品种塑料的力学性能差别很大,而且其力学性能对温度,湿度等许多因素很敏感,所以在选用塑料时必须考虑使用条件,只适用于中低档次的负载场合。其拉伸强度一般在100MPa以下,通用塑料的拉伸强度为20~50MPa,工程塑料的拉伸强度为50MPa以上,增强塑料的拉伸强度为100MPa以上。表1-1所列为几种材料的性能比较。
表1-1 不同品种材料性能比较
3.易产生内应力
塑料制品在许多因素作用下容易产生内应力,如腐蚀性介质侵蚀会发生应力开裂,成型加工会造成残余应力等。制品的尺寸形状、壁厚、质量分布不均时,制品上有缺口及尖角和金属嵌件,造成收缩不匀、各向异性时,发生蠕变及疲劳变形或使用环境条件变化时等,也都可使制品内部发生分子结构变化,引发内应力,甚至导致应力集中而破损。
4.性能波动性敏感
塑料的力学性能、热性能、电性能、耐化学药品性能等对温度、湿度等各项因素的变化较敏感,且互相影响较大。在各种资料中所提供的性能指标都是在一定条件下测定的,当使用条件与测试条件不同时,指标值即发生变化。例如,当温度升高时拉伸强度及耐蚀性会下降,当制品所受负载变大时,耐热性及耐蚀性也会下降。由于存在这种波动性,因此在选料时不仅要明确材料的品种规格,而且要明确指标值的来由,并结合使用条件考虑安全系数。不同情况所得的数据无可比性。
5.易燃性
几乎所有的塑料遇火都会发生一定程度的燃烧或分解。热塑性塑料聚乙烯类为易燃聚合物,遇火即迅速燃烧,离火后还继续燃烧不熄。热固性塑料也会因燃烧而炭化,即使阻燃性塑料遇火也会燃烧,只是离火后会自熄。塑料燃烧时还会产生大量的烟尘,有的塑料燃烧分解后还会释放出有毒及腐蚀性分解物或气体,对人体及设备都会造成严重的损害。所以建材、家电等许多塑料制品都需选用阻燃级的塑料,防止塑料燃烧带来严重的危害。
6.降解性
多数聚合物在热、力、氧、水和辐射等因素作用下,或在成型过程中往往会发生不同程度的化学反应使分子链发生断裂,降低相对分子质量或化学结构发生有害变化,致使材料性能降低或分解出有害物质其过程称为降解。降解的形式很多,如热降解、力降解、氧降解,水降解、光降解、化学腐蚀降解等,其中热降解最为常见。不同塑料对各种降解的敏感性也不同,因此需了解其特性,采取措施防止发生降解。(www.xing528.com)
7.线胀系数大,热导率低
塑料线胀系数一般比金属材料大6~9倍,导热率低,一般在0.13~0.36W/(m·K),大约为金属材料的1/600~1/260。线胀系数大,在温度变化时会影响制品的尺寸精度和配合精度,对带有金属嵌件的制品易发生应力集中和开裂。
导热率低可作为塑料性能的一个优点,常被用作绝热材料,制作炊具手柄、电动工具外壳、汽车驾驶盘等制品,但导热率低容易导致热疲劳及过热现象,如一些家电产品在严重过载或不正常运行时产生的热量不能及时散发使工作温度升高,导致制品机电性能下降发生事故。另外,导热率低的塑料在加工过程易发生塑化不均匀、冷却时间长及制品冷却不均匀等多种弊病。
8.取向性及收缩不均
塑料在加工过程中,聚合物的一些分子沿熔体流动方向取互相平行的方向排列,因此呈现出取向性,平行方向与垂直方向上的许多性能有很大的差别,如强度、线胀系数、收缩率等都会有所不同。这种现象对结晶型及增强热塑性塑料在注射成型过程中表现得更为显著,会导致制品性能不一致。
绝大多数塑料从熔融状态转变成固体状态时都会发生体积收缩,从而导致尺寸减小。各种塑料收缩率大小不等,而且可在一定范围内波动、并有方向性,给制品及模具设计带来了不少麻烦。
9.不宜制作高精度尺寸的制品
由于塑料成型时有较大的收缩且不稳定,线胀系数大,受力后变形量大;使用过程中受温度、湿度、气候、接触介质等因素影响也会引起尺寸变化,所以很难加工制造高精度(尺寸)的塑料制品。
10.耐候性差
许多塑料的耐长期气候老化性能较差。太阳光中的紫外线、热辐射、大气中氧和臭氧、季节和昼夜的温差、雨水和湿气、冰冻霜露、风沙干燥、工业废气、烟尘、微生物和昆虫等,都会使塑料发生物理、化学变化,致使塑料制品发生老化,变色、变脆、发粘、粉化,龟裂、失泽、变浊,最终使制品功能失效或破损。所以塑料的耐候性是保证制品使用寿命的重要因素之一,要求材料及制品的生产加工单位采取各种措施来提高制品的耐候性,提供不同耐候性能的品种。同时,在设计户外使用的制品时也必须选用适合制品使用环境的耐候性品种,或采取防护措施,提高制品的耐候能力,如涂覆耐紫外线涂料等。
11.污染环境
随着塑料大量的生产和应用,废弃物数量骤增,而大多数塑料都不能在自然环境中彻底分解或降解,因此大量的塑料垃圾已成为全球性的环境污染和破坏生态平衡的公害,常称为白色污染。为此,人们发起了塑料回收及再利用的工程,开发了一系列降解塑料。在制品设计时采用有利于塑料回收和再利用的结构和标注识别材料品种的标记、尽可能地选用降解性材料以及加强废旧塑料分类管理等措施来尽力降低对环境的污染。
由上述可知,应用塑料制品时,首先要根据制品使用要求及使用环境选用适当的塑料品种,同时还必须设计合理的制品结构,选择正确的成型加工方法、设备、模具及工艺条件,符合塑料的成型特征。在此基础上应用塑料制品才能取得理想的技术经济效果。
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