工程塑料知识介绍大全，PE，POM，PC

一、塑料的来源 

　　 塑料工业属于高分子工业，是石化工业的一环，具有高度关联性，是多层次加工特性之产业。塑料是以石油或天然气为原料，经提炼、裂解成各种石化基本原料（单体）后，再经聚合反应（加成聚合或缩合聚合）而得的高分子树脂。各类塑料经过逐步加工衍生出各种下游制品，包括橡胶、涂料、接着剂、人造纤维、合成树脂等。 

　　 二、塑料的定义 

　　 塑料是以石油或天然气为原料，经过合成反应而得到的高分子树脂。所谓高分子树脂是指单体化合物经过聚合反应，聚合合成高分子聚合体，其分子量可达到数千甚至数百万。在高分子领域的分类上，分子量未达1000者称为低分子，介于1000～10000者称为准高分子或寡聚合体（Oligomer），大于一万以上者称为高分子（Polymer）。一般常用来做成型加工的塑料，其分子量大约在10000～1000000之间，而分子量低于一万的寡聚合体则常用来做纺织用树脂、涂料、接着剂、合成树脂等。所以，并非所有高分子聚合体均可作为塑料的用途，事实上要看其分子量、分子结构、官能基、玻璃转移温度（Glass transition temperature ，简称Tg）等种种因素，塑料随温度与分子间键结而呈现玻璃态、橡胶态、熔胶态等变化。 

塑 料 名 称分 子 量 M/W.C 

聚 乙 烯 PE4000 

聚异丁烯 PIB17000 

聚乙烯醇 PVA29200 

聚苯乙烯 PS38000 

压克力 PMMA10400 

　　 三、塑料的种类 

　　 一般而言，塑料可大分为两大类：热塑性塑料（Thermoplastic）及热固性塑料(Thermosetting)。 

　　 热塑性塑料在常温下通常为颗粒状，加热到一定温度后变成熔融状，将其冷却后则固化成型，若再次加热则又会变成熔融状，可进行再次的塑化成型。因此，热塑性塑料可经加热熔融而反复固化成型，所以热塑性塑料的废料通常可回收再利用，即有所谓的「二次料」之称。热塑性塑料分通用塑料（如PE、PP、PS、PVC、ABS等）、工程塑料（如PC、PA、POM、PBT、PPO、PPS、LCP等）和合金（如PC/ABS等）。 

　　 热固性塑料则是加热到一定温度后变成固化状态，即使继续加热也无法改变其状态。因此，热固性塑料无法经再加热来反复成型，所以热固性塑料的废料通常是不可回收再利用的。 

　　 四、工程塑料的定义及其特性 

　　 工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在100℃以上，主要运用在工业上”,其性能包括： 

　　1. 热性质：玻璃转移温度(Tg)及熔点(Tm)高；热变形温度(HDT)高；长期使用温度高(UL-746B)；使用温度范围大；热膨胀系数小。 

　　 2. 机械性质：高强度、高机械模数、低潜变性、强耐磨损及耐疲劳性。 

　　 3. 其它：耐化学药品性、抗电性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。 

　　 被当做通用性工程塑料者包括聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)、聚酰胺(尼龙, Polyamide, PA)、聚缩醛(Polyacetal, Polyoxy Methylene, POM)、变性聚苯醚(Poly PhenyleneOxide, 变性PPE)、聚酯(PETP，PBTP)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)、聚芳基酯，热硬化性塑料则有不饱和聚酯、酚塑料、环氧塑料等。它们的基本特性为拉伸强度均超过50Mpa，抗拉强度在500kg/cm²以上，耐冲击性超过50J/m，弯曲弹性率在24000kg/cm²，负载挠曲温度超过100℃，硬度、老化性优。聚丙烯若改善其硬度和耐寒性，也可列入工程塑料的范围。此外，还包括较特殊者的强度弱、耐热耐药品性优的氟素塑料，耐热性优的硅溶融化合物，以及聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、Polybismaleimide、Polysufone(PSF)、PES、丙烯塑料、变性蜜胺塑料、BTResin、PEEK、PEI、液晶塑料等。 

　　 各工程塑料的化学构造不同，所以它们的耐药品性、摩擦特性、电机特性等有所差异。由于各工程塑料的成型性不同，因此有的适用于任何成型方式，有的只能以某种成型方式进行加工，这样就造成了应用上的局限。热硬化型工程塑料的耐冲击性较差，因此大多添加玻璃纤维。工程塑料除了聚碳酸酯等耐冲击性大外，通常具有硬、脆、延伸率小的性质，但如果添加20~30%的玻璃纤维，则它的耐冲击性将有所改善。 

　　 五、结晶性塑料的定义及其特性 

　　 结晶是指分子排列的规则，冷却后成为结晶构造。一般塑料的结晶构造是由许多线状、细长的高分子化合物组成的集合体，依分子成正规排列的程度，称为结晶化程度（结晶度），亦谓每条分子只有部分排列整齐，所以结晶性树脂其实只有部分是结晶。结晶部分占有的比例，即为结晶度。而结晶化程度可用X线的反射来量测。有机化合物的构造复杂，塑料构造更复杂，且分子链的构造（线状、毛球状、折迭状、螺旋状等）多变化，致其构造亦因成形条件不同而有很大的变化。结晶度大的塑料为结晶性塑料，分子间的引力易相互作用，而成为强韧的塑料。为了要结晶化及规则的正确排列，故体积变小，成形收缩率及热膨胀率变大。因此，若结晶性越高，则透明性越差，但强度越大。 

　　 结晶性塑料有明显熔点(Tm)，固体时分子呈规则排列，强度较强，拉力也较强。熔解时比容积变化大，固化后较易收缩，内应力不易释放出来，成品不透明，成形中散热慢，冷模生产后收缩较大，热模生产后收缩较小。相对于结晶性塑料，另有一种为非结晶性塑料，其无明显熔点，固体时分子呈不规则排列，熔解时比容积变化不大，固化后不易收缩，成品透明性佳，料温越高色泽越黄，成形中散热快，以下针对两者物性进行比较。 

　　结晶性塑料的特性如下： 

　　 1. 分子在结晶构造中紧密的靠在一起，所以结构就更坚实。密度、强度、钢度、硬度就增加，但透明度降低。 

　　 2.结晶性树脂在熔点温度时产生了急剧的比容下降，非结晶性树脂比容在熔点温度没有急剧改变。比容是指单位质量的体积，单位是/g。结晶度依树脂种类，冷却速度而异，硬质聚乙烯结晶度高达90％，耐龙的结晶度仅20～30％左右。冷却速度愈慢，结晶度愈高。 

　　 A. 结晶性与非结晶性塑料的物性对比 

物 性结晶性非结晶性 物 性结晶性非结晶性 

比重较高较低耐磨耗性较佳较低 

拉伸强度较高较低抗潜变性(Creep)较佳较低 

拉伸模数较高较低硬度较硬较低 

延展性或伸长率较低较高透明性较低较高 

耐冲击性较低较高加玻纤补强效果较高较低 

最高使用温度较高较低尺寸安定性较差较佳 

脆 性较脆－翘曲性较易－ 

收缩率较高较低着色性较难较易 

流动性(MI)较佳较低耐热性较高较低 

耐化学药品性较高较低折动性较佳较差 

　　 B. 热塑性塑料依结晶性与非结晶性区分 

结晶性塑料非结晶性塑料 

泛 

用 

塑 

料聚乙烯 

(Polyethylene, PE) 

聚丙烯 

(Polypropylene, PP)聚氯乙烯 

(Polyvinyl Chloride, PVC) 

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物 (Acrylonitrile-Butadene-Styrene, ABS) 

通用级聚苯乙烯 

（General purpose polystyrene，GPPS） 

压克力 

(Acrylic Resin, PMMA) 

泛 

用 

工 

程 

塑 

料尼龙 

(Polyamide, PA-6, PA-66, PA-46, PA-11, PA-12) 

聚对苯二甲酸乙酯 

(Polyethylenephthalate, PET) 

聚对苯二甲酸丁酯 

(Polybutylenephthalate, PBT) 

聚缩醛 

(Polyacetal, Polyoxy Methylene, POM) 

变性 

（，PPO） 

聚碳酸酯 

(Polycarbonate, PC) 

变性氧化二甲苯 

（Polyphenylene Oxide PPO） 

特 

殊 

工 

程 

塑 

料聚苯硫醚 

(Polyphenylene Sulfide, PPS) 

液晶 

(Liquid Crystal Polymer, LCP) 

聚二醚酮 

(Polyether Ether Ketone, PEEK) 

氟碳树脂 

(Polytetrafluorcethylene, PTFE) 

聚氧苯甲酯 

(Polyoxybenzylene, POB) 

聚醚 

(Polyphenylene Sulfide, PES) 

聚讽 

(Polysulfone, PSF) 

聚芳香酯 

(Polyarylate, U-Polymer, PAR) 

聚醚酰亚胺 

(Polyetherimide, PEI) 

聚酰胺酰亚胺 

(Polyamideimide, PAI) 

　　 六、塑料的性质 

　　 塑料虽有许多优良性质，但并非每一种塑料均能具备所有的优良性质。材料工程师与工业设计家都必须深入了解各类塑料的性质，才能设计出完美的塑胶制品。塑料的性质，大体可分为基本物性、机械性质、热性质、化学性、光学性及电气性等六类，下文将逐项加以讨论。 

　　 （一）基本物性 

　　 基本物性是指塑胶原料的基本物理性质，常见的有比重、假比重、粒径、粘度、分子量、游离单体含量、吸水率及透气率。 

　　 1、比 重 

　　 比重是指物质密度与水密度的比值（水密度为1），所谓密度是指单位体积的重量。目前所知塑料中比重较轻的为聚甲基戊烯（0.83），较重的为铁氟龙（2.3），其它的多在1左右。比重可用来估算制品所需原料的重量，而要减轻塑料的用量或重量可采用发泡的方式解决。比重的测定可依ASTM D792水中置换法测得。 

　　 2、分子量 

　　 一般化合物的分子量是不变的，而聚合体的分子量则是大小不均，所以必须采用平均值及分布度表示。常用的分子量表示法为重量平均分子量MW及数目平均分子量MN，其比值MW/MN称为分子量分布。这些的测定可依ASTMD3598的胶粒穿透色层分析法得到。 

　　 3、黏 度 黏度常用来显示胶塑体（Plastisol）及胶溶体（Organosol）的特性，一般可依ASTM D1823及ASTMD1824的方法测得。 

　　 4、假比重及粒径分布 这两项常用来显示塑料原料的颗粒大小及填塞紧密状况。粒径分布可依ASTMD1921的筛分法测得，假比重可依ASTM D1895的方法测得。 

　　 5、游离单体（Free monomer） 

　　 游离单体含量可表示树脂聚合的程度，一般以?或ppm表示。用做食品容器的塑料，或单体聚有毒性的塑料对游离单体含量管制较严。 

　　 6、吸水率（Water absorption） 

　　 吸水率表示塑料吸收水份的程度。其测量方法是将样品烘干后称重，再浸入水中24或48小时，然后取出来再称重，计算重量增加的百分比，即为吸水率。酚醛树脂、尿醛树脂、尼龙、纤维素树脂等吸水率较高，PE、PP等吸水率较低。一般吸水率大者，其机械强度与尺寸稳定性易受影响。 

　　 7、透气率 透气率表示塑料膜或塑料板气体穿透难易的程度，可依ASTM D1434的方法测得。 

　　 8、熔融指数（Melt Flow Index,MI） 

　　 熔融指数，全称熔液流动指数，是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值。它是美国量测标准协会(ASTM)根据美国杜邦公司(DuPont)惯用的鉴定塑料特性的方法制定而成，其测试方法是先让塑料粒在一定时间（10分钟）内、一定温度及压力（各种材料标准不同）下，融化成塑料流体，然后通过一直径为2.1mm圆管所流出的克（g）数。其值越大，表示该塑胶材料的加工流动性越佳，反之则越差。最常使用的测试标准是ASTM D 1238，该测试标准的量测仪器是熔液指数计(MeltIndexer)。测试的具体操作过程是：将待测高分子（塑料）原料置入小槽中，槽末接有细管，细管直径为2.095mm，管长为8mm。加热至某温度后，原料上端藉由活塞施加某一定重量向下压挤，量测该原料在10分钟内所被挤出的重量，即为该塑料的流动指数。有时您会看到这样的表示法?MI25g/10min，它表示在10分钟内该塑料被挤出25克。一般常用塑料的MI值大约介于1~25之间。MI愈大，代表该塑料原料粘度愈小及分子重量愈小，反之则代表该塑料粘度愈大及分子重量愈大。 

　　 （二）机械性质 

　　 机械性质是指塑料的各种机械性能强度，主要可分下列各项： 

　　 1、抗张强度（Tensile strength）及伸长率（Elongation） 

　　 抗张强度又称抗拉强度，是指将塑胶材料拉伸到某一程度，所需力量的大小，通常以每单位面积多少力来表示，而其所拉伸长度的百分比即为伸长率。拉伸强度试片其拉伸的速度通常为5.0～6.5mm/min。详细测试方法依ASTM D638。Strain）。 

　　 2、弯曲强度（Flexual strength或Bending strength ） 

　　 弯曲强度又称折曲强度，主要用来测定塑料耐折的能力，可依照ASTMD790的方法测试，常以每单位面积多少力来表示。一般塑料以PVC、美腊明树脂、环氧树脂及聚酯类弯曲强度为佳。玻璃纤维也常用来提升塑料的耐折性。 

　　 弯曲弹性率是指将试片弯曲时（测试方法如弯曲强度），在弹性范围内，单位变形量所产生的弯曲应力。一般弯曲弹性率越大，则表示该塑胶材料的刚性越好。 

　　 3、压缩强度（Compressive strength） 

　　 压缩强度是指塑料承受外来压缩力的能力，其测试值可依照ASTMD695方法测定。聚缩醛、聚酯、压克力、尿权树脂和美腊明树脂在这方面性能较突出。 

　　 4、冲击强度（Impact strength） 

　　 冲击强度是指塑料受外力打击所能承受的强度，其测试值可依照ASTMD256测试，其中有夏比（Charpy）法及艾氏（Izod）法两种。计算方法是将破坏试片所需的能量值除以试片的宽度。一般塑料以PVC、PE、PP、ABS等冲击强度较高。 

　　 5、硬度（Hardness） 

　　 一般塑料的硬度常采用Rock Well Durometer（洛氏硬度）及Shore Durometer（萧氏硬度）法来测试。其中Shore A常用来测定较软的塑料，如TPE等弹性体或橡胶；Shore D则用来测定较硬的塑料；而Rock Well几乎都是测定较硬之工程塑料或高性能工程塑料。它们的公式换算为Shore D ＋ 50 = Shore A。普通PE、MF、UF、FRP等塑料较硬，PE类较软。 

　　 6、弹性系数（Modulus） 

　　 弹性系数是指塑料受外力作用变形后恢复原来形状的能力，一般以应力对应变的比值表示。弹性值愈大表示塑料材料的刚性（Rigidity）愈好。 

　　 （三）热性质 

　　 热性质是指塑料在温度变化的影响下，各种形性改变的程度。通常热性质与塑料加工的关系最为密切。现将重要的项目分述如下： 

　　 1、玻璃转移点（Glass Transition Point，Tg） 

　　 当塑料的温度达到玻璃转移点时，其分子键的分枝开始局部脉动，塑料便由玻璃状变成橡胶状。也就是说，当聚合物的温度在Tg时，会由较高温下呈现的橡胶态，转至低温下所呈现的具坚硬易脆性质的玻璃状。结晶性塑料有明显的Tg及潜热值，聚合物是呈现橡胶态还是玻璃状全视Tg与当时使用时的温度而定，故Tg为聚合物在使用上的重要指针。以下列举数种塑料的Tg值： 

塑料名称Tg (℃) 

塑料名称Tg (℃) 

PVC (rigid)80~212聚碳酸酯 

(Polycarbonate, PC)39~150 

HDPE-120PET79 

LDPE-120PBT20 

Polypropylene, PP-10~-18PI410 

聚苯乙烯 

(Polystyrene, PS)63~112PPS85 

PMMA100~120PSF190 

ABS88~105PESF230 

PA57PEEK143 

聚缩醛 

(Polyacetal, POM)-50~-85U Polymer190 

PEI217~220PAI280 

Nylon 650~59Nylon 6, 649~261 

Nylon 4678聚乙烯 

(Polyethylene, PE) 

-120~-125 

Polyvinyl chloride60~76Polysulfone146~273 

聚丙烯 

(Polypropylene, PP)-10~-18ASA104 

HIPS100PES230 

SAN100PU120 

　　 2、塑料的熔点（Melting Point，Tm） 

　　 塑料的熔点是指塑料由固体状态变成熔融状态时的温度，此时结晶性塑料的比容显着增加，此温度又称可加工温度。下表为一些塑料的Tm值： 

塑 料 名 称Tm (℃) 

塑 料 名 称Tm (℃) 

HDPE130~135PET250~265 

LDPE107~120PBT225~230 

Polypropylene, PP165~176POB450 

PA220PEEK334 

聚缩醛 

(Polyacetal, POM)175~181PPS285~290 

PTFE327Nylon 6215~225 

Nylon 46295Nylon 11184~187 

聚碳酸酯 

(Polycarbonate, PC)220Nylon 12177~178 

PMMA160Nylon 6, 6225~265 

PVC (rigid)212Nylon 6, 10213 

ACETAL160聚乙烯 

(Polyethylene, PE)115~176 

Nylon 6, 12210~220聚丙烯 

(Polypropylene, PP)176 

　　 3、热变形温度（Heat distortion temperature，HDT） 

　　 热变形温度显示塑胶材料在高温受压下能否保持不变的外形，一般用来表示塑料的短期耐热性。若考虑安全系数，短期使用的最高温度应保持低于热变形温度10℃左右，以确保不致于因温度而使材料变形。最常用的热变形测定法为ASTM 

D648试验法，即将试片在一定压力及一定加温速度下，弯曲到一定程度时的温度。例如，在一标准试片（127×13×3mm）的中心，置放在455kPa或1820kPa负载下，并以2℃/min条件升温直到变形量为0.25mm时的温度。对非结晶塑料，HDT比Tg小10~20℃；对结晶塑料，HDT则接近于Tm。通常加入纤维补强后，塑料的HDT会上升，因为纤维补强可以大幅提升塑料的机械强度，以致在升温的耐挠曲测试时，会呈现HDT急剧升高的现象。下表列举几项常用塑料的热变形温度比较： 

塑料名称HDT1820Kpa(℃) 塑料名称HDT1820Kpa(℃) 

结晶性非结晶性 

聚乙烯 

(Polyethylene, PE)29~126硬质 PVC54~79 

聚丙烯 

(Polypropylene, PP)40~152聚苯乙烯 

(Polystyrene, PS)63~112 

PBT60~65ABS66~107 

PET80~100压克力 PMMA 

(Acrylic Resin)68~99 

尼龙6PA-663~80PPO100~128 

Homopolymer POM125~136聚碳酸酯 

(Polycarbonate, PC)39~148 

Copolymer POM110H-PVC54~74 

PI315~360PSF175 

HDPE43~49PAR175 

MDPE32~41PES205 

尼龙6, 6PA-6, 662~261GPPS96 

HDPE43HIPS96 

LDPE32PS+20~30%GF103 

尼龙6-10PA-6-1057AS88~104 

尼龙6-12PA-6-1260Poly 

(vinyl chloride)60~76 

尼龙11PA-1155Polysulfone146~273 

尼龙12PA-1255 

　　4、热膨胀系数（Heat Expansion coefficient） 

　　 热膨胀系数是指塑料加热时尺寸膨胀的比率，可依ASTM D696的试验法测定。由于一般塑料的热膨胀系数比金属大2～10倍，因此在设计模具、塑料与金属并用的器具、塑料的钳核物时，必须详加考虑，以防止因内部应力而造成产品的龟裂变形。 

　　 5、收缩率（Shrinkage） 

　　 收缩率是指塑胶制品经冷却、固化并脱模成形后，其尺寸与原模具尺寸之差的百分比，可依ASTM D955方法测得。在塑料模具设计时，收缩率是首先必须考虑的，以免造成成形品尺寸的误差。 

　　 因结构不同的关系，结晶性塑料与非结晶性塑料的收缩率存在明显的差异。一般地，结晶性塑料的收缩率比非结晶性塑料的收缩率大上好几倍（如下表所示）。同时有添加玻璃纤维或其它强化剂的塑胶材料，其收缩率可降低好几倍。影响成型收缩的因素有热收缩、结晶度（热塑性）或硬化度（热固性）、弹性回复、分子配向、与成型条件等因素。 

（1）热塑性塑料 

塑料 

名称成形收缩率(%) 

塑料 

名称成形收缩率(%) 

塑料 

名称成形收缩率(%) 

ABS0.3~0.8PA0.6~2.5POM0.8~3.5 

AS0.2~0.7PA-60.5~2.2PP1.0~2.5 

CA0.3~0.8PA-660.5~2.5PPO0.5~0.7 

CAB0.4~0.5PA-6101.2PPS0.6~1.4 

CAP1PA-6121.1PS0.2~1.0 

CP0.4~0.5PA-111.2PVA0.5~1.5 

EC0.4~0.5PA-120.3~1.5PVAC0.5~1.5 

EPS0.4PAR0.8~1.0PVB0.5~1.5 

FEP3.0~4.0PBT1.3~2.4硬质PVC0.1~0.5 

FRP0.1~0.4PC0.4~0.7软质PVC1.0~5.0 

EVA0.5~1.5PCTFE0.2~2.5PVCA1.0~5.0 

HDPE1.2~2.2PE0.5~2.5PVDC0.5~2.5 

HIPS0.2~1.0PET2.0~2.5PVFM0.5~1.5 

LCP0.1~1.0PES0.5~1.0SAN0.2~0.6 

LDPE1.5~3.0PMMA0.2~0.8SB0.2~1.0 

　　 （2）热固性塑料 

塑料名称成形收缩率(%) 塑料名称成形收缩率(%) 

EP0.1~0.5SP0.0~0.5 

MF0.5~1.5UF0.6~1.4 

PDAP0.1~0.5UP0.1~1.2 

PF0.4~0.9DAP0.1~0.5 

PU0.6~0.8BMC0.0~0.2 

　　（3）各类塑料对超音波融接的难易 

材 质适宜融着技术的难易强 度 

PS（一般用）优优优 

Polyester 

（tetoron dacron）优优优 

AS良良优 

ABS良良良 

PC良良优 

Polyactal 

（Delrin，Duracon）良良优 

亚克力 

（Acrylic）可可可 

PVC 

（硬质）可可良 

PP不可可良 

PE不可不可不可 

Polyamide 

（尼龙）不可不可不可