第一节　可焊性塑料原材料基本知识

塑料管道及板材生产常用原料按照受热行为分类，可分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。热固性塑料是指因受热或在其他条件下固化成不熔性的塑料材料，其分子结构呈网状结构或体型结构。常见的热固性塑料管和板材主要有玻璃钢材质的管和板材、三聚氰胺装饰板等。

热塑性塑料是指在特定温度范围内，能反复加热软化和冷却硬化的塑料，其分子结构呈线型结构或支链型结构。绝大多数的塑料管和塑料板材都是由热塑性塑料生产的。其主要品种有：聚氯乙烯（PVC）、氯化聚氯乙烯（PVC-C）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚酰胺（PA）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）等。塑料焊接主要对象是热塑性塑料管道及板材。

一、聚乙烯

（一）聚乙烯塑料简介

聚乙烯是指由乙烯单体自由基聚合而成的聚合物，英文名称为polyethylene，简称PE。PE的合成原料来自于石油，因石油资源丰富，其产量自1965年一直高居第一。1933年英国ICI公司首先发现在100～300MPa高压下，乙烯聚合成白色蜡状固体低密度聚乙烯，1939年开始工业化生产。目前，聚乙烯的主要品种有：低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）及茂金属聚乙烯。

聚乙烯主要用于薄膜、容器、管材、板材、单丝、编织袋、电缆料、周转箱、瓦楞箱等产品的生产。

（二）聚乙烯塑料的性能

（1）一般性能。PE树脂为无味、无毒的白色粉末或颗粒，外观呈乳白色，有似蜡的手感，吸水率低，小于0.01%。PE的膜透明，并随结晶度提高而下降。PE膜的透水率低但透气性较大，不适于新鲜包装而适于防潮包装。PE易燃，氧指数仅为18.4，燃烧时低烟，有少量熔融滴落，火焰上黄下蓝，有石蜡气味。PE的耐水性好。制品表面无极性，难以黏合和印刷，经表面处理才可改善。

（2）力学性能。PE的力学性能一般，其拉伸强度较低，抗蠕变性不好，只有耐冲击性能较好。三种PE比较而言，抗冲击强度LDPE>LLDPE>HDPE，其他力学性能LDPE<LLDPE<HDPE。PE的力学性能受其密度、结晶度和分子量的影响大，随着这几种指标提高，其力学性能增大。PE的耐环境应力开裂性不好，随着分子量增大而改善。PE的耐穿性好，并以LLDPE最好。MDPE的特点是耐环境应力开裂性及强度的长期保持性好。

（3）热学性能。PE的耐热性不高，随着分子量和结晶度的提高而改善。PE的耐低温性好，脆化温度一般可达-50 ℃以下；随分子量增加，最低可达-140℃。PE的线胀系数大，最高达（20～40）×10-5K-1，在塑料中属较大者，不同品种PE的大小顺序为HDPE>LLDPE>LDPE。PE的热导率属塑料中较高者，不同PE的大小顺序为HDPE>LLDPE>LDPE。

因PE分子中含有少量双键和醚基，其耐候性不好，日晒、雨淋都会引起老化，需要加抗氧剂和光稳定剂改善。

二、聚丙烯

（一）聚丙烯塑料简介

聚丙烯塑料是由丙烯单体经自由基聚合而成的聚合物，英文名称polypropylene，简称PP。PP最早于1957年由意大利Montecatinl公司实现工业化生产。

按结构不同，PP可分为等规、间规（又称茂金属PP）及无规三类。目前应用的主要为等规PP，用量可占90%以上。无规PP不能用于塑料，常用于改性载体。间规PP为低结晶度聚合物，用茂金属催化剂生产，属于高弹性热塑材料。间规PP具有透明、柔性和韧性，但刚性和韧性只为等规PP的一半。间规PP可像乙丙橡胶那样硫化，得到弹性体的力学性能超过普通橡胶。

PP的优点为电绝缘性和耐化学腐蚀性优良、力学性能和耐热性在通用热塑性塑料中最高、耐疲劳性好、价格低廉；经过玻纤增强的PP，具有很高的强度，性能接近工程塑料，常用作工程塑料。PP的缺点为低温脆性大和耐老化不好。

PP塑料可用于注射、挤出成型加工。其加工温度一般为160～220℃。其主要产品有注射产品（如电子电器、汽车部件、家用电器等）、挤出产品（如管材、板材、薄膜等）。

（二）聚丙烯塑料的性能

（1）一般性能。PP树脂为白色蜡状固体，外观与PE相似，但比PE更透明、更轻，为仅次于TPX的最轻品种。PP易燃，离火继续燃烧，火焰上端黄、下端蓝，有少量黑烟，熔融落滴，有石油气味。PP吸水性低，气体透过率低。PP的成纤性较好，可用于丙纶的生产。

（2）力学性能。PP的力学性能与分子量和结晶度有关，分子量低、结晶度高、球晶尺寸大时，制品的刚性大而韧性低。

PP具有较好力学性能，其拉伸屈服强度和拉伸强度都超过PE，其拉伸强度还超过PS和ABS，而且经增强和拉伸处理后还可大幅度提高。PP的力学性能受温度影响比较小，在温度为100℃时，拉伸强度仍能保持一般。

PP的冲击强度依赖于温度的大小，在室温以上PP的冲击强度较好；但在低温时，其冲击强度迅速变差。PP的冲击强度还与分子量、结晶度、结晶尺寸等因素有关。

PP制品的表面硬度和刚性较高，并有良好的表面光泽，但不如PS和ABS高。

PP有突出的抗弯曲疲劳性能，用它制成的铰链经7000万次折叠弯曲不损坏。PP的耐蠕变性较好，比HDPE要好，因此经过适当增强改性处理可用作工程塑料。

（3）热学性能。PP的耐热性良好，制品可耐100℃热水煮沸，可在100～120℃下长期使用，用于热水管道；不受外力作用时，可在150℃使用不变形。但PP的耐低温性不好，在-5～-20℃即脆化，不能用于低温。PP的线胀系数较大，为（5.8～10.2）×10-5K-1。PP的热导率属中等，为0.12～0.24W/（m·K）。

PP耐候性不好，叔碳原子上的氢易氧化，对紫外线很敏感，不改性难以用于户外，需加抗氧剂和光稳定剂。

PP的耐应力开裂性较好，好于HDPE和PS。应用在腐蚀性介质中，但浓硫酸、浓铬酸及王水中例外。

三、聚氯乙烯

（一）聚氯乙烯塑料简介

聚氯乙烯是由氯乙烯单体经自由基聚合而成的聚合物，英文名称为polyviny chloride，简称为PVC。PVC为最早实现工业化的树脂品种之一，是在20世纪60年代以前产量最大的树脂品种。近年来，由于PVC合成原料丰富、工艺路线改进、树脂中氯乙烯单体含量的降低，价格低廉，在化学建材等应用领域中用量日益扩大，其需求量增加很快，地位逐渐加强。

按分子量的大小可将PVC分成通用型和高聚合度型两类。通用型PVC的平均聚合度为500～1500，高聚合度型的平均聚合度大于1700以上。常用的PVC树脂大都为通用型。

PVC塑料主要包括硬制品、软制品、糊制品和低发泡泡沫塑料制品等。

PVC的突出性能为力学强度高、硬度大、耐化学腐蚀性好、电绝缘性好、印刷和焊接性好、阻燃、价格低及软硬度可调等，常用于替代金属和木材。

PVC的缺点为热稳定差，加工性能不好，耐冲击不好，耐老化及耐寒性差。但可以通过PVC改性，克服上述缺陷。

（二）聚氯乙烯塑料的性能

（1）一般性能。PVC树脂为一种白色或浅黄色粉末，相对密度为1.35～1.45；其制品的软硬程度可通过加入增塑剂的份数多少进行调节，制成软硬程度相差悬殊的制品。纯PVC的吸水率和透气性都很小。

（2）力学性能。PVC具有较高的硬度和力学性能，并随分子量的增大而提高，但随温度的升高而下降。PVC中加入增塑剂份数不同，对力学性能影响很大，一般随着增塑剂含量增加，力学性能下降；硬质PVC的弹性模量可达1500～3000MPa；而软PVC的弹性模量仅为1.5～15MPa，但断裂伸长率 可达200%～450%。PVC的耐磨性一般，硬质PVC的静摩擦因数为0.23。

（3）热学性能。PVC的热稳定十分差，纯PVC树脂在140℃即开始分解，到180℃开始迅速分解，而PVC得熔融温度为160℃，因此纯PVC树脂难以用热塑性方法加工。PVC的线胀系数较小，具有难燃性，其氧指数高达45以上。

四、ABS塑料

（一）ABS塑料简介

ABS为丙烯腈（23%～41%，质量分数）、丁二烯（10%～30%）和苯乙烯（29%～60%）三种单体共聚而成的聚合物，英文名acrylongnitrile-butadiene-styrene，简称ABS。ABS的制造有混炼法和接枝法两种，合成的ABS有中抗冲击型、高抗冲击型、超高抗冲击型及耐热型四类。

ABS最初是在PS改性基础上发展起来的，由于其具有韧、刚、硬的优点，其用量与PS相当，而应用范围已远远超过PS，成为一种独立的塑料品种。ABS既可用于普通塑料又可用于工程塑料。

混炼法ABS最早由美国橡胶公司于1946年开发，接枝法ABS由美国Marbon公司于1954年首先合成。

ABS塑料可用于壳体材料（如电话机、电视机、洗衣机等壳体）、机械配件（如齿轮、轴承、管材、管件等）、汽车配件（如方向盘、仪表盘、挡泥板等）产品的生产。

（二）ABS塑料的性能

（1）一般性能。ABS的外观为不透明呈象牙色的粒料，其制品可呈五颜六色，并具有90%的高光泽度。ABS的相对密度为1.05，吸水率较低。ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和电镀处理。ABS的氧指数为18.2，属于易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，烧焦但不滴落，并发出特殊的肉桂味。

（2）力学性能。ABS有优良的力学性能，其抗冲击强度极好，可以在极低的温度下使用，即使ABS制品被破坏也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏，这是ABS高度韧性的缘故。ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA和POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。

（3）热学性能。ABS的热变形温度为93～118℃，制品经退火处理后可提高10℃左右。ABS在-40～100℃的温度范围内使用。

五、氯化聚氯乙烯

（一）氯化聚氯乙烯塑料简介

氯化聚氯乙烯（chlorinated polyvinyl chloride，PVC-C）树脂最早是由德国于20世纪30年代中期进行工业化生产的。PVC-C是PVC的重要改性产物，其分子结构中氯含量明显高于PVC树脂，一般为61%～68%。由于其分子结构中含有较多的氯原子，PVC-C树脂的玻璃化温度（Tg）和热变形温度均较高，因而耐热性和最高使用温度明显高于PVC；同时PVC-C树脂还具有优异的力学性能、耐化学腐蚀性、非导电性、阻燃性能和最低的烟雾生成特性等，是性能优良的新型材料。PVC-C的耐热性比PVC平均高20～40℃，利用该特点，与PVC共混后可提高PVC的耐热性。

PVC-C树脂主要的成型加工方法有挤出、注塑、吸（吹）塑及压延等，其中挤出与注塑在塑料加工中具有代表性。目前，PVC-C塑料制品一般为硬质制品，且以挤出与注塑成型加工较为普遍。

（二）氯化聚乙烯的性能

（1）一般性能。PVC-C树脂外观为白色或淡黄色，无味、无臭、无毒的疏松粉末。

（2）力学性能。PVC-C树脂由于含氯量高，分子间作用力大，其综合力学性能高于PVC。其与PVC性能比较如表2.1所示。

（3）热学性能。PVC-C由于氯含量由PVC的56.7%提高到63%～72%，是其分子间作用力增大，导致其热变形温度提高。维卡软化温度由72～82℃提高到100～125℃，最高使用温度可达110℃，长期使用温度可达95℃以上。

六、聚偏氟乙烯

（一）聚偏氟乙烯塑料简介

聚偏氟乙烯是由单体偏二氟乙烯聚合而成，英文名为polyvinylidenefluoride，简称PVDF。PVDF是一种综合性能良好的含氟高分子，具有优良的热稳定性、耐化学腐蚀性、阻燃性、耐紫外性。同其他含氟树脂相比，具有最高的拉伸强度和抗弯曲强度，以及最优的刚性、耐磨耗性和耐切割性。熔点较低、熔融流动性好等优点。可采用普通热塑性树脂的模塑、挤塑、注塑、吹塑等加工方法和加工设备进行成型加工。

（二）聚偏氟乙烯的性能

PVDF常态下为半结晶高聚物，分子结构规整性较大，高分子链排列紧密，存在较强的氢键效应。主要性能见表2.2。

七、改性聚四氟乙烯

（一）改性聚四氟乙烯塑料（PTFE-TFM）简介

TFM是由3M公司在普通PTFE的聚合过程中，加入适量的全氟改性剂，即采用化学方法改性的第二代PTFE树脂。不仅保留了PTFE所有耐腐蚀性、低摩擦系数、良好的自润滑性等诸多优异性能外，更在力学性能上提高了断裂伸长率，改善了耐蠕变性（降低了压缩形变和提高压缩回弹性），同时改善了粒子间的熔融性能，使制品结构更紧实，孔隙率更低，表面更光洁，也使得PTFE具有了熔融焊接性。

TFM作为化学改性的第二代PTFE材料，除了采用PTFE的模压/烧结成型、挤压成型、推压成型等工艺，还可以采用焊接的工艺将半成品焊接成型。

（二）改性聚四氟乙烯的性能

（1）耐高低温性：-200～260℃；

（2）高纯度，无需添加剂；

（3）无脆化或老化发生；

（4）耐化学品性，对几乎所有化学物质惰性；

（5）优异的力学性能，低压缩形变（耐蠕变性），良好的压缩回复；

（6）优异的粒子相融性，使制品结构更紧实；

（7）极低的制品空隙率，降低渗透量；

（8）良好的熔融焊接性。

八、聚酰胺塑料

（一）聚酰胺塑料简介

聚酰胺为大分子链含有酰胺基团重复结构单元的一类聚合物，主要由二元酸和二元胺缩聚或氨基酸内酰胺自聚合而成，俗称尼龙，英文名polyamide或nylon，简称PA，目前为最大的通用工程塑料品种。

PA的种类很多，具体可命名为PAxy，其中x代表二元胺的碳原子数，y代表二元酸碳原子数目。按PA主链结构的不同，可分为脂肪族PA、半芳香族PA、全芳香族PA、含杂芳香族PA和脂环族PA等。适用于塑料用的PA主要脂肪族PA和少量芳香族PA，具体品种有：PA6、PA66、PA610、PA1010、PA11、PA12、PA9、PA612、PA46、PA1212、浇铸尼龙（MC3）及芳香尼龙。

PA的突出特点为优良的耐磨性、耐摩擦性和自润滑性、较好的力学性能、耐油性优异、气体阻隔性好、耐疲劳性较好。

PA的缺点为吸湿性大，并对力学及电学性能影响大，耐酸性差，在潮湿环境中尺寸变化率大。

PA可用注塑、挤出及吹塑等方法成型。

（二）聚酰胺的性能

（1）一般性能。PA的外观为透明状或不透明乳白色或淡黄色的粒料，表观坚硬，制品表面有光泽。PA的吸水率比较大，酰胺键的比例越大，吸水率越高，具体为PA6>PA66>PA610>PA1010>PA11>PA12>PA1212。PA属于自熄性塑料，燃烧时烧焦有羊毛或指甲味。PA属中等阻隔性塑料，并随酰胺/亚甲基的比例增大而提高，以PA的阻隔效果最好。

（2）力学性能。PA在室温下的拉伸强度和冲击强度都比较高，但冲击强度不如PC和POM高；随着温度和湿度的升高，拉伸强度急剧下降，而抗冲击强度则明显提高。玻璃纤维增强PA的增强后可改善。

PA的耐摩擦性和耐磨损性优良，是一种常用的耐磨性塑料品种。其中，摩擦因数不同品种相差不大，无油润滑摩擦因数仅为0.1～0.3；耐磨性以PA1010最佳。

（3）热学性能。PA的热变形温度都不高，一般在50～75℃，用玻璃纤维增强后可提高四倍以上，高达200℃。PA的热导率很小，仅为0.16～0.4W/（m·K）。PA的线胀系数高达13×10-5K-1，PA11的线胀系数可达12.5×10-5K-1。