若您曾使用PLA材料3D打印花盆,并观察到其初始防水结构随时间推移出现开裂渗漏现象,便会意识到聚合物材料的降解特性。此时应优先选择防潮性能更优的聚丙烯(PP)材料。
那么汽车零部件或肥皂盒等日常用品该如何选材?
不同聚合物对日常化学品的耐受性存在显著差异,例如弱酸性洗涤剂、泳池氯剂或发动机润滑油。针对3D打印部件在严苛环境中的服役寿命与安全性,选择具备适宜耐化学性的线材至关重要。本文将系统探讨各类3D打印线材的耐化学性能,并为您的下一个项目提供材料选型参考。
耐化学性定义
部分聚合物丝材对特定化学物质表现出强耐化学性,即接触此类物质时不会发生分解(腐蚀、溶解、膨胀等现象)。不同材料耐化学性各异:有的耐酸,有的耐溶剂,有的则耐酒精或燃料。
尽管聚合物的分子结构、分子量及添加剂成分会影响其耐化学性,但此类数据通常未被纳入材料技术参数表。此外,用户也难以预知添加剂对耐化学性的增强或削弱作用。其他影响因素还包括:环境温度、化学品暴露时长、机械应力、湿度及氧气暴露等。
遗憾的是,线材技术参数表较少像抗冲击性或机械强度那样明确标注耐化学性评分。因此,以下建议可作为通用指导原则:
接触水或温和家用化学品时,优先选用PETG或ASA等材料;
接触燃料、油类或强效试剂时,需采用尼龙、PP等工程塑料;
极端腐蚀环境(如强酸、高温化学介质)则需使用PEEK、Ultem等超高性能聚合物。
一、厨卫容器与收纳部件
肥皂盒、厨房收纳盒或浴室容器常接触水、洗涤剂(弱碱性为主)及清洁剂(漂白剂、醋等),并可能面临温水与潮湿环境的考验。
此类应用需选择防潮性能优异且具备基础耐化学性的线材,推荐PETG、ASA或聚丙烯(PP)。
PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯):对水及多数温和家用化学品表现出极高耐受性,吸水率低,可抵御肥皂、弱酸弱碱及酒精、醋等常见清洁剂,但易受丙酮、苯等强溶剂侵蚀。其打印难度低,且潮湿环境下耐用性显著优于PLA。
ASA(丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯):是浴室用品的理想选材,对水、清洁剂及柠檬酸等弱酸具有优异耐受性,即使长期暴露于空气环境中性能亦稳定。与ABS类似,ASA可抵御肥皂与酒精,但需避免接触丙酮等强溶剂。此外,ASA具备抗紫外线特性,适用于阳光充足的浴室或户外场景。
聚丙烯(PP):或许是此类应用的最佳选择。其化学惰性极强,可耐受几乎所有家用化学品,因此被广泛用于商用塑料制品。PP不受水、碱性肥皂、漂白剂或酸性清洁剂影响,且潮湿环境下无膨胀或降解风险。唯一局限是打印难度较高(易翘曲、粘附性差)及耐热性有限(约100℃时软化),但对肥皂盒等低热负荷部件而言可接受。
为何排除PLA?:潮湿或化学接触环境需避免使用PLA。其耐化学性较差,长期暴露于潮湿环境会发生水解(分解)。初期或能吸水,但随时间推移,PLA皂盒将逐渐软化或开裂。相较之下,PETG、ASA或PP在潮湿与化学环境中可保持结构完整性。
二、汽车配件及机械部件
汽车与发动机部件(如排气口、发动机舱支架、油箱盖或漏斗)可能接触燃料(汽油/柴油)、机油、冷却液(乙二醇防冻液)、液压油及油脂,且引擎盖下部件需承受高温。
此类严苛环境需选用工程级或高性能热塑性塑料。
尼龙(聚酰胺PA6/PA12):广泛用于功能性汽车3D打印,对碳氢化合物(如油、汽油)及多种有机溶剂具有良好耐受性,甚至可抵御丙酮与燃料侵蚀,因此适用于燃油管路接头或油箱盖等部件。需注意,尼龙易吸湿(潮气),长期吸湿会降低其机械强度。但对于需处理油脂或燃料的中等温度发动机部件,碳纤维增强尼龙(提升刚性)仍是首选。
聚丙烯(PP):在汽车领域表现卓越,是抵御汽油、柴油、机油及发动机冷却液的最佳材料之一。许多汽车油箱与电池盒即由PP制成,其与脂肪族碳氢化合物(燃料主要成分)无化学反应。PP亦可抵抗道路盐与稀释电池酸液(硫酸)。对于接触燃油或酸液的部件(如液体容器、漏斗或清洗器),PP为理想选择。局限在于耐热性:其热变形温度约100℃,高温发动机舱内可能达临界值,需避免靠近发动机或排气管。
ASA(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物):适用于低要求汽车场景(如车内旋钮、车外饰件、传感器外壳)。其对水、乙二醇基防冻液及温和化学品具有耐受性,可处理油性指纹与道路污垢。但需避免直接接触燃料或强溶剂。此外,ASA在95~105℃时开始软化,发动机缸体附近部件可能变形,因此更适用于汽车传感器支架、保险丝盒或装饰性发动机罩等部件。
TPU(热塑性聚氨酯):可用于柔性部件(如垫圈、密封件或软管)。其在耐化学性方面表现突出,部分TPU线材对汽车液体(水、盐水、乙二醇基防冻液、燃料)具有极强耐受性,且膨胀率低。TPU的耐油与耐燃料性能已获验证(聚氨酯常用于燃油软管与密封件),其打印垫圈的耐汽油性能显著优于柔性PLA或TPE。需确保选用耐热等级足够的TPU(部分材料可间歇承受100℃高温)。TPU适用于耐燃料O形圈、柔性联轴器或减震电机支架。
高温或极端环境部件:普通塑料难以胜任引擎盖下高温或强腐蚀环境,此时需采用PEEK或PEI等材料。此类高性能聚合物可同时耐受高温与化学侵蚀,适用于真正严苛的发动机部件。
三、户外与园艺项目
户外3D打印部件(如花盆、喷头、软管接头、气象站外壳)需经受水、紫外线照射及园艺化学品(肥料、农药/杀虫剂、泳池氯剂)的考验,同时面临温度波动与天气变化(雨、雪)的挑战。
ASA:在户外场景中表现优异,具备强耐水性、耐洗涤剂性及肥料中弱酸/碱的耐受性。更重要的是,ASA在紫外线照射下可保持韧性,而ABS会因紫外线脆化。对于接触植物养料或温和农药的喷头组件、管件或园艺工具支架,ASA为首选。其耐氯性适中,泳池环境中不会立即开裂,但长期接触强氧化剂(含氯漂白剂)仍会导致苯乙烯基塑料降解。总体而言,ASA可满足大多数户外需求(雨水、土壤、阳光、肥料)。
PETG:是另一类适合户外的通用材料,可轻松应对水、酒精及弱化学品(如低浓度盐、酸)。其常用于水培系统与户外围栏,但抗紫外线能力有限(长期暴晒可能变色或变脆),因此阳光直射场景下ASA更优。对于阴凉处或偶尔户外使用的部件,PETG的耐化学性与易打印性使其成为合理选择。
聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP):因其高化学惰性,常用于户外塑料制品(水桶、花园家具)。PP可耐受稀释肥料、杀虫剂或泳池化学品,且不受强碱或酸腐蚀。若打印机支持(需特殊打印床与外壳以防止变形),PP或PE部件(如定制软管接头或花盆)可达到注塑级耐用性。PP亦具备强抗紫外线能力(优于ABS,但略逊于ASA)。此类材料打印难度极高,但成功打印后性能卓越。
特殊需求部件:对于频繁接触含氯泳池或强效农用化学品的部件,可考虑PVDF(聚偏氟乙烯)等工业材料。PVDF几乎不受腐蚀性化学品与紫外线影响(用于化学管道与屋顶),可耐受强酸、氯及氧化剂。其需高端打印机支持,但能替代传统PTFE加工部件,显著降低成本。
四、高性能与极端环境应用
当标准塑料无法满足需求时,工程师会转向高性能热塑性塑料与工程级聚合物。此类材料具备卓越耐化学性(通常兼备耐高温性),位于3D打印材料金字塔顶端,虽价格高昂或打印难度大,但可支撑涉及强腐蚀、高温或两者兼有的项目。
PEEK(聚醚醚酮):被视为3D打印领域的顶级材料,具备卓越耐化学性与热稳定性,即使暴露于其他塑料变形的腐蚀性化学品与高温中仍可保持性能。PEEK可耐受酸、碱、溶剂与油类,仅强氧化剂(如发烟硝酸)或长时间接触沸腾浓缩试剂会对其产生影响。其需工业级打印机(挤出温度约400℃,加热腔体),适用于航空航天、医疗领域(如酸性温泉泵或燃烧室附近发动机部件)。
PEI(聚醚酰亚胺,如Ultem):是另一种耐高温热塑性塑料,打印难度略低于PEEK(喷嘴温度约350℃),且耐化学性优异。其可抵御酸、醇、油类,但长时间接触强碱与酮类可能腐蚀(需核查具体线材参数)。PEI常用于可灭菌医疗器械与飞机部件,适用于接触化学物质且需承受高温(约170℃)的场景。
其他高性能材料:在化学反应器、油气工业部件等尖端领域,PPS(聚苯硫醚)或专有共混物可提供比PEEK更优的化学惰性,并支持高端设备打印。此类材料通过3D打印替代传统PTFE加工部件,在降低成本的同时,可自信应对强腐蚀环境。
综上,3D打印线材的耐化学性受多重因素影响,需根据具体应用场景(如厨卫、汽车、户外或极端环境)选择适宜材料。从通用型PETG、ASA到工程级尼龙、PP,再到高性能PEEK、PEI,各类线材为不同需求提供了精准解决方案。