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塑料选材指南

在各行业中,塑料件被使用,替代如铜、不锈钢、铝和陶瓷等非金属的情况,越来越多。塑料受欢迎的原因,如:

  • 零件使用寿命更长
  • 无需外部润滑
  • 对配偶件的磨损小
  • 设备操作更快/线速更高
  • 设备运行所需电力更少
  • 抗腐蚀和惰性高
  • 重量轻

如今,塑料种类众多,选择一种合适使用的塑料非常重要。以下指南,可帮助客户对塑料产品增加熟悉度,达到更好地选材。

确定您所需部件的功能:

    • 轴承和磨擦应用(即摩擦力),或
    • 结构性(静态或动态)应用

确定成品部件的主要功能可为您导出一组材料。例如,在轴承和磨擦应用方面,结晶材料(如尼龙,聚甲醛)优于无定形材料(如聚砜、Duratron®PEI或聚碳酸酯)。在导出的材料组中,了解何种添加剂最为适合您的应用,可进一步缩小选择范围。

磨擦性能可因二硫化钼、石墨、碳纤维和高分子润滑剂(如PTFE,蜡)而增强。

结构性能可因增强纤维,如玻璃或碳而增强。

一旦您决定部件的功能(轴承磨擦或结构),可以通过确定机械特性要求,进一步缩小选择范围。对于轴承和磨擦应用,首要考虑是磨擦性能,主要查看参数为PV值和“k”磨损因数。计算所需的PV值(压力(psi)x速度(米/分))。参考图1,选择PV值超出您计算所得值的材料;然后,根据“k”磨损因数,再缩小材料范围。一般而言,“k”因数越低,材料磨损慢,寿命长。

结构件在特定温度下的最大持续工作压力一般设计为其极限强度的25%。本指南旨在补偿塑料因蠕变造成的粘弹性行为。此处提供了等距应力-时间曲线,帮助您了解材料强度在室温(图2)和150℃(图3)下的时间函数。

从标准和极端条件两方面,考虑部件的耐热性要求。

材料的耐热性是用热变形温度(HDT)和持续工作温度来描述。HDT是材料软化温度的指标,一般作为中高应力下最高承受温度。持续工作温度一般是指长期暴露于此温度以上,材料物理特性将发生重大且永久的退化。本指南不得混淆由监管机构报告,如保险商实验室(UL)报告的连续操作或使用温度。

结晶材料的熔点和无定形材料的玻璃化转变温度是可保持形态稳定的短期温度极限。大多数工程塑胶制品工作时应低于这些温度,因为在这些温度下聚合物将失去大部分的机械性能。

考虑材料在使用和清洗时,所用化学品。

跨骏在本手册中提供了化学兼容信息,以作为指导,但是要考虑到浓度、温度、时间和应力都为材料是否适合的影响因素。尼龙、聚甲醛和Ertalyte® PET-P通常适用于工业环境。结晶高性能材料,如Fluorosint®增强型PTFE、Techtron® PPS和Ketron™ PEEK更适用于强腐蚀性化学环境(见图5)。强烈建议您在终端使用条件下进行测试。具体的抗化学性数据,可参见性能对照表。

在进入第5-7步前,应考虑材料的其它特性,包括:

  • 抗冲击强度、韧性
  • 尺寸稳定性
  • 是否遵守监管机构规定

具有更高伸长率、抗冲击强度和拉伸强度的材料一般会更强韧、缺口敏感更低,适合在冲击载荷下工作(见表1)。

机械性能对照表
 拉伸强度(psi)压缩强度(psi)弹性模量
psi
伸长率
%
冲击强度
(23°C)
吸水性
(24小时)
Nylatron® NSM Nylon11,00014,000475,000200.50.25
Acetron® GP Acetal9,50015,000400,000301.00.2
Ertalyte® PET-P12,40015,000490,000200.50.07
Quadrant PPSU11,00013,400345,000302.50.37
Duratron® U1000 PEI16,50022,000500,000800.50.25
Duratron® U2300 PEI17,00032,000900,00031.00.18
Fluorosint®500 PEI1,1004,000500,000100.90.10
Techtron® PPS13,50021,500575,000150.60.01
40% GF Ryton* PPS13,00024,0001,000,00021.00.02
Ketron® 1000 PEEK16,00020,000600,000201.00.10
Ketron GF30 PEEK18,00026,0001,000,00031.40.10
Duratron® T4203 PAI18,00030,000600,00052.00.33
Duratron® T4301 PAI12,00024,0001,000,00030.80.28
Duratron® T5530 PAI14,00027,000900,00030.70.30
Duratron® PI13,50019,000530,00030.60.62
Duratron®  PBI23,00050,000950,00030.50.40

表 1

随着温度变化,工程塑料的膨胀和收缩程度比许多金属(包括铁)高10-15倍。线性热膨胀系数(CLTE)是用于估算工程塑料材料膨胀率的参数。CLTE用温度函数和平均值来表示。图6显示了工程塑料的CLTE-温度变化曲线。

弹性模量和吸水性对材料尺寸稳定性有影响。请务必考虑湿度和蒸汽的影响。

诸如美国食品药品管理局(FDA)、农业部(USDA),保险商实验室(UL),3A 乳业协会和美国船级社(ABS)这些机构通常针对其行业中应用的材料,进行批准或设定专门的指南。

选择最具成本效益的型材。

跨骏为设计者提供了最广泛的尺寸和配置选择。请务必研究所有的型材可能性——寻找到最为经济的型材,以降低造价。

考虑跨骏的多种成型工艺。

产品:工艺:
长度长
直径小

棒、板、带,异型材
管材、衬套
挤出
大规格型材
近净形型材

棒、板、管、
近净形型材
浇铸
小尺寸高级工程塑料


棒、盘、板、管
模压
小尺寸高级工程塑料
小直径

棒、盘、板、管
注塑

注:许多情况下,即使材料一样的,但是选择的成型工艺不一样,物理性能会有所不同。

例如:

  • 注塑零件表现的各向异性(特性取决于方向)程度最高。
  • 挤出产品表现稍微的各向异性。
  • 模压产品是各向同性的——所有方向特性一致。

确定所选材料的机械加工能力。

机械加工能力也是材料选择的标准。本网站中所有跨骏产品都已消除应力,以提高机械加工能力。一般而言,与无填充型产品相比,玻璃和碳增强型产品在机加工过程中对工具摩擦程度和缺口敏感度较高。增强型产品在机加工过程中通常更稳定。

因为其极高的硬度,环化材料(如Duratron® PAI、Duratron® PI和Duratron® PBI)在加工时将极具挑战性。这些材料的机加工过程中,应该采用硬质合金和多晶钻石刀具。为帮助您评估材料的机械加工性,性能对照表中列有每种材料的评级。

请确保您了解所需的信息。

本网站所列性能仅适用于跨骏工程塑料制品公司(Quadrant EPP)的材料。请勿购买次级产品。当您订购时,请要求出具产品证书。

工程注意事项:

所有材料都具有固有局限,在设计零件时必须予以考虑。为了明确局限,本网站中每种材料都包含工程注意事项部分,以说明材料这些特征。

我们将诚实地介绍材料优缺点,从而为您的选择提供便利。如需其它信息,请联系Quadrant EPP技术服务部。

材料性能附加信息

  • keyboard_arrow_down可燃性

    工程塑料或多或少均可燃。其可燃性取决于其化学结构、填充物和添加剂、环境(是否充满氧气)、周边温度、零件几何形状、是否靠近火源等。当靠近火源时,某些聚合物极易燃烧,而有些可能很难燃烧,或不会燃烧。

    • 依照UL94进行分级 
    • 氧指数(ISO 4589)
      氧指数无疑是最为关键的测试之一,易于重复测试。测试包括,在特定条件下,可引起燃烧的O2-N2混合气体中关键的氧浓度。若氧指数低于21%,移除火源后,材料很容易在空气中燃烧。含氧指数越高,材料越不易引燃。

    阻燃等级*

    依照UL94

    厚度

    3.0 mm      6.0 mm

    氧指数
    ASTM D 2863
    ISO 4589
    Ertalon® 6 SAHBHB25
    Ertalon® 66 SAHBHB26
    Ertalon® 66 SA-CHBHB24
    Ertalon® 4.6HBHB24
    Ertalon® 66-GF30HBHB-
    Ertalon® 6 PLAHBHB25
    Ertalon® 6 XAU+HBHB25
    Ertalon® LFXHBHB-
    Nylatron® MC 901HBHB25
    Nylatron® GSMHBHB25
    Nylatron® NSMHBHB-
    Nylatron® GSHBHB26
    Ertacetal® CHBHB15
    Ertacetal® HHBHB15
    Ertacetal® H-TFHBHB-
    Ertalyte®HBHB25
    Ertalyte® TXHBHB25
    PC 1000HBHB25
    Duratron® PBIV-0V-058
    Duratron® T4203 PAIV-0V-045
    Duratron® T4301 PAIV-0V-044
    Duratron® T5530 PAIV-0V-050
    Ketron® PEEK-1000V-0V-035
    Ketron® PEEK-HPVV-0V-043
    Ketron® PEEK-GF30V-0V-040
    Ketron® PEEK-CA30V-0V-040
    Techtron® HPV PPSV-0V-047
    Quadrant® PPSUV-0V-044
    Duratron® U1000 PEIV-0V-047
    Quadrant® PSU 1000HBHB30
    Fluorosint® 500V-0V-0-
    Fluorosint® 207V-0V-0-
    Semitron® ESd 225-HB< 20
    Semitron® ESd 410CV-0V-047
    Semitron® ESd 500HRV-0V-0-
    Semitron® ESd 520HRV-0V-048

    注:这些评级大多为估算而得,源自原材料供应商数据,并不用于反映在实际发生火灾情况下材料的危险隐患。

  • keyboard_arrow_down释气性

    1995年,跨骏工程塑料制品公司(Quadrant EPP)生产的许多材料根据欧洲航天局(ESA)——说明PSS-01-702(“一项用以筛选航空此阿里奥的热真空测试”)进行了测试。样品被加热至125°C,持续24小时(方法A),集电片控制在25°C,并在10-3P的真空环境下进行测试。

    TML (%)RML (%)CVCM (%)
    Ertalon® 66 SA1.30.170.002
    Ertalon® 6 PLA1.50.060.005
    Ertacetal® C0.340.130.016
    Ertacetal® H0.470.240.005
    Ertalyte®0.330.20.005
    Ertalyte® TX0.250.030.003
    Duratron® PBI2.20.840.014
    Duratron® T4203 PAI1.90.930.007
    Duratron® T4301 PAI1.40.420.018
    Ketron® PEEK-10000.260.030.003
    Ketron® PEEK-HPV0.160.020.003
    Techtron® HPV PPS0.060.020.003
    Duratron® U1000 PEI0.820.320.002
    Quadrant® PSU 10000.490.090.002


    TML = 总质量损失
    RML = 可恢复的质量损失
    CVCM = 挥发性可凝聚物

  • keyboard_arrow_down蒸汽灭菌

    蒸汽灭菌通常用于医疗行业,对各种可重复使用的设备、装置、仪器、托盘等杀菌消毒,一般在耐超高饱和蒸汽的压力容器内进行。灭菌的主要目的是杀灭某个部位的所有活性微生物。

    测试时,根据ISO 179-1/1eA要求,衡量了重复蒸汽灭菌对沙尔皮缺口冲击强度的影响(在23°C时对干样本进行测量),该测试明确显示:

    • Duratron® U1000 PEI、Ketron® PEEK-1000和Quadrant® PPSU非常适合重复蒸汽灭菌。
    • Quadrant® PSU 1000和Techtron® HPV PPS也非常适合蒸汽灭菌,最高可达500次。
    • Ertacetal® C和Ertalyte®仅可用于数次蒸汽灭菌的零件。