热塑性塑料通常用于复合材料,但不限于:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮(PEEK)。
不同类型的热塑性树脂形成的最终热塑性复合材料性能有所差异,很多时候,复合材料最终的应用决定着如何选择基质聚合物的树脂。
热塑性复合材料中使用的热塑性聚合物可分为两大类:高温热塑性塑料、工程热塑性塑料。分类主要基于聚合物的最高使用温度,而最高使用温度又基于玻璃化转变温度Tg,这是聚合物的无定形部分在加热时从玻璃态变为橡胶态的温度。下表总结了玻璃化转变温度,熔融温度和加工温度。
表1.复合材料中常用的热塑性塑料
根据上面的定义,PEEK、PEI和PEKK可归类为高温热塑性塑料,而其他聚合物可归类为工程热塑性塑料。通常,从表中的信息可以看出,高温热塑性塑料往往具有比工程热塑性塑料更高的相对成本,这是在某些应用中选择树脂的重要考虑因素!
如何选择热塑性复合材料的基质聚合物往往需要考虑如下三点因素:
成本
对于大批量应用,例如汽车用途,热塑性树脂的成本是关键考虑因素。因此,具有低相对成本的树脂更具优势,如聚丙烯(PP)和聚酰胺(PA)。
操作环境
热塑性复合材料的操作环境也是选择合适的基质树脂的重要因素。如果在所需应用中需要耐湿性或耐溶剂性,则必须考虑这方面的树脂特征。例如聚酰胺(PA)对环境中水分的敏感以及可能带来的降解将导致其机械性能的损失。因此,在此条件下,聚酰胺(PA)不是热塑性聚合物利用的良好选择。相反,聚烯烃(如聚丙烯和聚乙烯)是合理的选择。
温度
另一个因素是成品部件的预期使用温度。因此,虽然诸如PP和PBT的树脂成本低,但它们的温度性能非常低。因此,对于温度高于约100°C的应用,它们不是选择的树脂。另一方面,高温热塑性塑料,如PEEK和PEI,可用于需要高温性能的应用,但是它们的相对成本太高,这些树脂的高成本将限制它们用于更特殊类型的应用,例如航空航天用途。不同的树脂可用于不同的温度,为所需的使用温度选择合适的树脂将有助于保证产品在其应用中的成功。
下表总结了几种树脂的一些关键的当前复合材料应用:
表2.各种树脂的复合应用
近些年来,热塑性树脂的市场份额正在不断增长的复合材料市场中扩大。尤其汽车市场正在寻求“轻量化”和“批量生产”的新解决方案。而在许多情况下,热固性树脂并不能满足这些应用要求。因此,复合材料中如何选择合适而正确的热塑性树脂显得尤为重要!
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