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热固塑料材料反复地被聚酰胺6和66（PA 6和PA 66）以及聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)所替代。在大多数情况下，其原因是使用热塑性塑料可以降低加工成本，总而言之会降低成品部件的成本。变更材料的其它推动力包括新型改进的热塑性塑料，新的或改进的标准，例如通过技术进步实现铁路机车阻燃性或新材料的要求。
与热塑性塑料不同，热固塑料（例如环氧树脂和非饱和聚酯或酚醛树脂、脲醛树脂或三聚氰胺甲醛树脂）没有线性结构，而是由密集交连的聚合物链的三维网络物组成。为了将其用于生产注塑部件，将还没有或者刚刚交连的低分子量前体在模具之内加热，并通过自由基聚合反应（非饱和聚酯）、浓缩聚合反应（甲醛树脂）或加聚反应（环氧树脂）不可逆转地交连。因此，在模具中只会形成无法熔化的实际的聚合物。加工期间出现的内部压力相对较小，这意味着在工具和机器开支方面具有成本优势。与热塑性塑料相比，热固塑料还具有相对较低的单位重量成本，优良的绝缘性（例如较高的耐漏电和耐破裂性能），更佳的耐温性能以及较低的收缩性和优良的尺寸稳定性。由于这些3D交连产生的效应，这些材料具有优良的耐化学物品性能（例如耐酸和耐碱），在发生火灾的情况下易燃性较低。 （图片） 更高的生产率和更低的表面处理成本
与热固塑料相比，热塑性塑料（例如聚酰胺6、66和PBT）的生产率更高，这主要是由于其具有较短的周期时间并可以避免加工期间形成的极端飞边。对于热固塑料，后者意味着需要对注塑部件进行广泛及部分成本高昂的表面处理，同时还会相应损耗不可再循环的材料。例如，对于电子电气行业中配有大量开孔的许多精细结构元件来说，实际上已经不再使用热固塑料，因为会形成飞边。另外，如果采用热固塑料，即使在消除飞边之后，分模线仍然十分明显，这说明其存在光学缺陷。其它不同之处是热固塑料基底元件的储存稳定性较低，因此其储存时期有限，部分只能进行冷藏。与已是成品聚合物且具有更长的稳定储存时间的热塑性塑料相比，这样会带来较高的计划及仓储管理费用，因此物流成本更高。与热固塑料相比，热塑性塑料（例如聚酰胺6、66和PBT）通常更容易涂敷及金属化处理。着色也更加简便。与焊接和热塑成型工艺一样，由于韧性更高，其结合卡合滑动等功能比较简便。在许多应用中，因未反应的基本组分及副反应等而释放的挥发性有机化合物(VOC)将带来不利。因此，全面考虑成品部件的成本十分重要。此类分析通常会使人们在选择材料时更倾向于热塑性塑料，当然，前提是其可以满足技术要求。（图片）
图1. 采用自由流动PBT Pocan XF制造的薄壁灯座和灯具元件
（图片提供：Lanxess） 电气领域的替代机会
确实存在热固塑料和热塑性塑料都不能相互取代的“传统”的应用领域。但是，以前的经验已经表明，材料优化的热塑性塑料可以实现这种替代。从一个至今长期存在的灯座示例中可以看到这种情况，依据不同的温度等级，可以采用PBT以及PET制造灯座，成本低、效率高（图1）。以前也采用热固塑料制造终端板。现在几乎采用专门针对这种应用量身定制的特性的独有的阻燃聚酰胺材料（图2）。例如，其中包括无卤素阻燃配方，根据美国保险商实验室（American Underwriter Laboratories）的UL94测试达到V-0等级，同时符合家用电器标准IEC/EN 60335-1或者满足铁路机车标准。（图片） 比如，线圈的包覆也越来越多地使用PET和PA66。在包覆期间，这些材料不会释放任何VOC，由于韧性高，在薄壁应用中显示出更佳的机械特性，因此制造更经济，还可包括低成本的集成功能。
最近更多的替代示例是电机中的电刷保持器以及转子和定子的结构框架。现在不再使用热固塑料BMC（团状模注料）制造这些产品，而是采用Pocan B 4235和Pocan B 4235 Z（制造商：Lanxess Deutschland）制造（图3）。从BMC变更为阻燃和增强玻璃纤维的两种PBT，不仅是因为这些材料更易于加工，而且还因为其成本低、效率高。尤其是这些材料还能够满足国际电工委员会(IEC)的要求和规定。例如，两种类别的材料都达到IEC185的F等级（高达1550C），因此适合用于连续高温应用。（图片） 目前，电气领域采用聚酰胺替代聚酯和尿醛树脂的示例是高电流断路器（图4）。虽然多年以来每个家庭使用的16安培断路器是采用玻璃纤维或矿物增强的聚酰胺制造的，但是，对于更高电流的断路器，仍然使用热固塑料。现在已与制造商达成合作协议采用PA 6和66生产高电流断路器。这种应用的示例是30%的玻璃纤维增强的Durethan DP AKV 30 FN00以及矿物/玻璃纤维填充的PA 6的Durethan DP BM 65 X FM 30（制造商：Lanxess Deutschland）。开发这两种产品时十分重要的是这些材料不仅需要较高的耐热变形性能和耐电弧性能、优良的机械特性以及等方向收缩性能，而且还需符合UL94的无卤素阻燃性以及达到优良等级。（图片） 在生产电气插座元件时，聚酰胺也可以替换热固塑料。例如，位于德国Lauf an der Pegnitz的ABL Sursum Bayerische Elektrozubehor GmbH & Co. KG公司采用新开发的Durethan TP 155-001制造这些类型的元件（图5）。由于具有较高水准的矿物/玻璃纤维增强强度，因此PA6的机械特性（例如刚度和强度）和用于相应部件的热固塑料的特性相似。但是，由于使用EasyFlow技术，加工时材料成本更低、效率更高，周期更短，而且无需进行表面处理，这是ABL Sursum使用这种聚酰胺的决定性因素。（图片） PBT用于卡车车身部件
在汽车领域，使用聚酰胺6和66以及PBT替代热固塑料也颇具潜力。例如，Iveco（依维柯）的Eurocargo卡车的保险杠采用玻璃纤维增强物和弹性体改性 (PBT + PET) 混合物Pocan TS 3220制造而成（图6）。这种部件的外形尺寸为22厘米X 70厘米X 30厘米，体积很大。以前版本系使用片状模注料 (SMC) 技术制造。使用(PBT + PET)混合物意味着不再要求对保险杆进行广泛的表面处理，而且重量大约降低20%。除了加工更为经济以外，与SMC对比，热塑性塑料的其它重要争论在于低温时韧性更高、回弹性能优良，因此，在受到细微损坏时，部件更结实。另外，产品的表面处理优良，无需油漆也可以使用。可以想象，也可以采用PBT混合物而不是SMC制造卡车的翼板、导流板和保险杠。（图片） 对于汽车烟灰缸，使用PA 66 Durethan AKV 30 H2.0不仅能够实现“一致的”材料解决方案，而且还简化了整个组件的制造工艺。以前，盖子、支持结构和杯体表面都需要分开单独制造，然后采用热固塑料制造的烟灰罐进行安装。而采用PA 66可以一步注塑成型整个组件。在其顶部之上，热塑性塑料的韧性可结合卡合夹子，因此安装烟灰缸组件更容易。采用PA 66制造的烟灰缸符合美国联邦机动车安全标准(FMVSS)的阻燃要求。
未来的替代潜能
热塑性塑料的持续发展还将使其在未来替代热固塑料的潜力巨大。例如，采用EasyFlow技术，可以制造高填充但是自由流动的聚酰胺和PBT产品，这代表了人们感兴趣的热固塑料替代方案。由于具有较高的玻璃纤维含量（可以高达60%），它可以使特性外形远远超过标准热塑性塑料的特性。例如，这些材料具有较高的耐热变形性能以及较低的蠕变潜在性。另外，这些材料的导热性能更高，这意味着这些材料适合于那些受高热传输限制的热固塑料应用中，例如变压器封装。这种材料的一个例子是Durethan DP BKV 60 H2.0 EF，它是一种含60%玻璃纤维增强物的PA 6，甚至在温度为1700C时弹性模量（E-modulus）仍然超过6,000 MPa。对于电子电气（E&E）领域的使用，这些高度增强的材料具有的阻燃性可以达到较高水平的耐炽热丝性能或者UL94等级。同时它还有可能改进其它特性。Durethan DP AKV 50 HR H2.0是高填充PA66的一种范例，也具有较高的耐水解性能。
对于PBT，较高含量的填充物会使其结构稳定性更为优良以及翘曲和蠕变率较低。Pocan T 7391是一种玻璃纤维含量为45%的(PBT + PET)混合物，是此类材料的一种范例。例如，这种材料可以用于以前采用BMC制造的电机外壳（标题图片）。
技术的发展还打开了采用热塑性塑料替换热固塑料的通途。例如，汽车前大灯的发展趋势是采用LED（发光二极管）作为光源。LED发射冷光，因此前大灯反射器中的温度稳定性要求降低。这些产品目前采用特殊的热塑性塑料（例如聚醚砜或共聚碳酸酯）以及热固塑料（例如BMC）制造，相应的灯座采用聚酰胺或PBT制造。如果LED技术也可以在前大灯领域有所突破，则也可以采用热稳定性极为充分的热塑性塑料（例如量身定制等级组分的PBT Pocan KU 2-7003）制造反射器。这将意味在单个注塑工艺中存在制造前大灯灯座和反射器的潜力，同时成本低、效率高。最终的成品可以采用单独的步骤金属化，无需使用底漆预处理。因此，可以采用相同方式后期加工灯座和反射镜。制造商将在两个方面受益，首先是注射成型工艺性价比高，其次是大量简化表面处理操作。
作者简介
MARCUS SCHAFER博士出生于1973年，在德国Dormagen市Lanxess Deutschland GmbH公司半晶体产品业务部的电子电气（E&E）应用研发部门工作。
11/29/2010
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