塑料属于什么材料（塑料材料的基础知识）

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导读：塑料制品在我们生活中随处可见，从事塑料制品加工、二次加工、深加工（组装）等企业也比比皆是。塑料材料与钢材有哪些区分？它具有哪些性能？强度、刚度、蠕变、应力、应变、韧性、疲劳性、寿命、摩擦、磨损等是什么？下面将自从业以来25年所了解到的，和收集的资料整理出来分享给各位！

塑料性能上与传统的金属材料有明显不同，主要表现在承氧能力、耐热性、加工工艺性和其它性能方面，塑料材料具有各自的特点。塑科材料的具有性能，具体见下图：

咋一看，这些特性好像与平时在工作中所接触到的不一样，如：屈服强度、延展性、抗冲击性、导电性等，为什么？下面我们在本次分享中，重点来介绍一下“塑料的力学方面的特性”，就会“恍然大悟”！
一、强度和刚度
强度是材料（一般是指塑料件或塑料产品）抵抗破坏的能力；’
刚度是材料（一般是指塑料件或塑料产品）抵抗变形的能力； 抵御弹性变形或者位移的能力，也是常说的弹性。产品是可以恢复！
强度有关的如：拉伸强度、抗压强度等

总的来说，与金属相比，塑料的强度绝对值都比较小。未通过其他材料增强的塑料，很少有超过100MPa。例如增强聚芳砜可达190MPa,增强聚醚酮可达140~ 160MPa, F型环氧玻璃布层压板可达463MPa,达到或略超过45号钢的水平。

弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。弹性模量 E 是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。是反映材料抵抗弹性变形能力的指标。塑料的弹性模量约在(0.48-14) X 10³MPa之间。
弹性模量的计算公式是：应力除以应变。其计算公式为：E = σ / ε，E即为弹性模量，σ 为应力，ε 为应变。其具体含义如下：
应力 σ 类似于压强的定义，即单位面积所受的力，计算公式为 σ=F/S，表示出单位面所受的力的大小，S 是指单位面积；应变 ε 是指零件（一般是指标准测试样件）变形量与总长度的比值，类似于伸长率。（如下图测试件的应变曲线图）一般情况下，密度与弹性模量成正比。

二、应力应变特性

塑料的应力应变特性具有如此特点：极限区间小（极限区间是指承受使其变形的应力到变形迅速恢复的应力之间区间），当应力超过极限区间持续增加，会产生较大变形，但仍是弹性变形，称为高弹变形，应力解除后，高弹变形可以恢复，但不是立即恢复，需经过一段时间。
应力应变曲线上：与弹性变形相对应的最大应力称为弹性极限或屈服点。超过弹性极限，材斜开始屈服，应力不再增大，应变仍会持续变化。塑料材料开始屈服时的形变一般约在10%-20%之后。

三、韧性

韧性就是材料对外加能量吸收能力的大小。韧性良好的材料在承载时，可充分吸收能量产生弹性和塑性变形而不断裂。工程上对材料韧性的衡量标准是冲击强度和断裂伸长率，冲击强度越高，断裂伸长率越大，材料韧性愈好！
影响韧性的因素：加载速度、温度、结晶度
加载速度越快，韧性越差；温度越高，韧性越好；结晶度越高，韧性越差！
备注:冲击测试必须按照“试样标准”制作测试样条，否则将会影响测试效果。

四、蠕变和应力松弛

塑料是有机高分子材料，具有粘弹性，长时承载和短时间承载受有明显区别。主要体现在蠕变和应力松弛上。

蠕变是指塑料受到一个恒定载荷时，先会产生一个相应的应变，随着时间增长。应变会缓慢的持续增大的现象。所有塑料都会不同程度地产生蠕变！
影响蠕变的因素：分子排布结构、载荷、温度等。分子排布结构交链较多，蠕变越小；载荷越大，蠕变越大；温度越高，蠕变越大！
如果采用塑料制品怍为承载结构件时，必须考虑蠕变对塑料件承载能力和尺寸稳定性的影响。

应力松弛是指在恒定的应变条件下，塑料的应力会随时间而逐渐减小的现象。认识塑料的应力松弛现象具有重要的实际意义。
塑料材质的螺纹紧固件，使用时间长了就会变松甚至松脱。为什么？
塑料材质的密封件时间长就失去了密封性。为什么？

五、疲劳性能

塑料受到重复或周期性载荷作用时会产生疲劳破坏，破坏形式是力学性能衰减，引起裂纹，最终会导致结构完全损坏。在应力水平作用下，塑料的疲劳寿命被定义为：使试样破坏所需要的应力作用次数。应力水平愈低，疲劳寿命愈长。
在很低的应力水平下，材料不会产生疲劳破坏。
将材料能够无限次受载(一般规定是107~108次)而不被破坏的最大应力水平称为材料的疲劳极限。
对于大部分塑料，疲劳极限仅是静拉伸强度的20%-35%。
如果在选用：塑料齿轮、活页、连杆、管件、振动机械中的塑料件、以及承受周期性应力的压力容器的塑料种类时，应选用耐疲劳性较忧的塑料！

塑料疲劳产生的根本原因是由于具有粘弹性，存在着较大的内摩擦力！在周期性应力作用下，分子链变形总是落后于应力，致使材料内部产生大量因摩擦而产生的热量，材料表面又不足以使热量迅速消失(导热系数小)，引起温升。温升常常引起材料内部软化或熔融，或引起结晶型材料的晶相重组，链折叠点的断链等。

六，表面力学性能

塑料的表面力学性能具有重要的实际意义。包括硬度、摩擦和磨损性等
1. 塑料硬度：是指塑料抵抗其他硬物体压入的性能，通用的有洛氏硬度和邵氏硬度两种。
邵氏硬度是指在规定的压力、时间下计算压痕器的压针所压入的深度。
邵氏压痕器可分为两类，即: A、D型。
施加负荷重量为1.0~5.0公斤，压下时间为15秒；
A型适用于软质塑料，D型适用于半硬质塑料;
当用A型， 测出超过95%量程时，应改用D型，当D型测出超过95%量程时，则需要改用洛氏压痕。
一般而言，塑料的硬度较低，热塑性塑料硬度值远低于热固性塑料，热固性塑料硬度值与有色金属相当，低于黑色金属！通过一些填充物可以提高塑料的硬度。如：玻纤、玻璃微珠、其他矿物。
特别说明：如果通过填充物增加塑料制品表面硬度，可能会导致：
① 填充物可能产生腐蚀性气体，腐蚀模具的浇注系统（特别是进胶口）、与脱模防线平行的型腔和型芯表面
②填充物可能带来工艺问题
③填充物可能影响产品力学性能

2.塑料的摩擦和磨损性能：对许多应用，例如轴沃和齿轮等十分面要。
塑料材料的摩擦磨损性能，取决摩擦条件：制品表面状况、相对运动速度、载荷大小、温度、湿度等
备注：塑料的磨损性源于摩擦，但磨损与摩擦系数没有直接定量关系！与塑料的硬度、蠕变有关。如：聚四氟乙烯，是现有材料中摩擦系数最小。但耐磨损性能很差！因硬度很低，又很易产生蠕变。