塑料的相关知识
塑料(plastic):以合成树脂或xx树脂为基料,加入(或不加入)各种助剂、增强材料和填料,在一定温度和压强下成型所得到的固体材料或制品。塑料与树脂的区别在于,前者指加工成形后的合成材料或制品,后者是指未加工的原始聚合物。塑料和树脂两个术语常常通用。
工业化生产的塑料有300多种,常用的有60多种。通常按树脂的固化特点分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料用热塑性树脂制成,可反复加热软化、冷却固化。热固性塑料用热固性树脂制成,在热压下交联固化成型后即成为不溶不熔的物质。按用途又分为通用塑料和工程塑料。通用塑料用途广、产量大、价格低,常用的有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、酚醛塑料等。工程塑料力学强度和耐热性较好,适用于工程结构,机械零部件和化工设备等,常用的有聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺、ABS树脂、聚苯醚、聚酯等。某些增强的通用塑料,其力学性能较好,也可作为工程塑料使用。
塑料同合成橡胶和合成纤维相比,虽都为聚合物,但因分子结构和聚集态各不相同,其物理性质也不相同。塑料具有柔韧性和刚性,而不具备橡胶的高弹性,一般也不具有纤维那种分子链的取向排列和晶相结构。
塑料的分类
按使用特性分类 按理化特性分类 按加工方法分类
一、按使用特性分类
根据名种塑料不同的使用特性,通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。
①通用塑料
一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料,如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等。
②工程塑料
一般脂能承受一定外力作用,具有良好的机械性能和耐高、低温性能,尺寸稳定性较好,可以用作工程结构的塑料,如聚酰胺、聚砜等。
在工程塑料中又将其分为通用工程塑料和特种工程塑料两大类。
通用工程塑料包括:聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等。
特种工程塑料又有交联型的非交联型之分。交联型的有:聚氨基双马来酰胺、聚三嗪、交联聚酰亚胺、耐热环氧树脂等。非交联型的有:聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮(PEEK)等
③特种塑料
一般是指具有特种功能,可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用,增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能,这些塑料都属于特种塑料的范畴。
增强塑料:增强塑料原料在外形上可分为粒状(如钙塑增强塑料)、纤维状(如玻璃纤维增强塑料或玻璃布增强塑料)、片状(如云母增强塑料)三种。按材质可分为布基增强塑料(如碎布增强或石棉增强塑料)、无机矿物填充塑料(如石英或云母填充塑料)、纤维增强塑料(如碳纤维增强塑料)三种。
泡沫塑料:泡沫塑料可以分为硬质、半硬质和软质泡沫塑料三种。硬质泡沫塑料没有柔韧性,压缩硬度很大,只有达到一定应力值才产生变形,应力解除后不能恢复原状;软质泡沫塑料富有柔韧性,压缩硬度很小,很容易变形,应力解除后能恢复原状,残余变形较小;半硬质泡沫塑料的柔韧性和其他性能介于硬质他软质泡沫塑料之间。
二、按理化特性分类
根据各种塑料不同的理化特性,可以把塑料分为热固性塑料和热塑性塑料两种类型。
①热固性塑料
热固性塑料是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶(熔)特性的塑料,如酚醛塑料、环氧塑料等。热固性塑料又分甲醛交联型和其他交联型两种类型。
甲醛交联型塑料包括酚醛塑料、氨基塑料(如脲-甲醛-三聚氰胺-甲醛等)。
其他交联型塑料包括不饱和聚酯、环氧树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂等。
②热塑性塑料
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,如聚乙烯、聚四氟乙烯等。热塑料性塑料又分烃类、含极性基因的乙烯基类、工程类、纤维素类等多种类型。
烃类塑料。属非极性塑料,具有结晶性和非结晶性之分,结晶性烃类塑料包括聚乙烯、聚丙烯等,非结晶性烃类塑料包括聚苯乙烯等。
含极性基因的乙烯基类塑料。除氟塑料外,大多数是非结晶型的透明体,包括聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯等。乙烯基类单体大多数可以采用游离基型催化剂进行聚合。
热塑性工程塑料。主要包括聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚对苯二甲酸乙二酯、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚等。聚四氟乙烯、改性聚丙烯等也包括在这个范围内。
热塑性纤维素类塑料。主要包括醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、赛璐珞、玻璃纸等。
三、按加工方法分类
根据各种塑料不同的成型方法,可以分为膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇铸塑料和反应注射塑料等多种类型。
膜压塑料多为物性的加工性能与一般固性塑料相类似的塑料;层压塑料是指浸有树脂的纤维织物,经叠合、热压而结合成为整体的材料;注射塑料、挤出塑料和吹塑塑料多为物性和加工性能与一般热塑性塑料相类似的塑料;浇铸塑料是指能在无压或稍加压力的情况下,倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料,如尼龙等;反应注射塑料是用液态原材料,加压注入膜腔内,使其反应固化成一定形状制品的塑料,如聚氨酯等。
塑料的分类方法较多,常用的有两种:
1、根据塑料受热后的性质不同分为热塑性塑料和热固性塑料
热塑性塑料分子结构都是线型结构,在受热时发生软化或熔化,可塑制成一定的形状,冷却后又变硬。在受热到一定程度又重新软化,冷却后又变硬,这种过程能够反复进行多次。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。热塑性塑料成型过程比较简单,能够连续化生产,并且具有相当高的机械强度,因此发展很快。
热固性塑料的分子结构是体型结构,在受热时也发生软化,可以塑制成一定的形状,但受热到一定的程度或加入少量固化剂后,就硬化定型,再加热也不会变软和改变形状了。热固性塑料加工成型后,受热不再软化,因此不能回收再用,如酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂等都属于此类塑料。热固性塑料成型工艺过程比较复杂,所以连续化生产有一定的困难,但其耐热性好、不容易变形,而且价格比较低廉。
2、根据塑料的用途不同分为通用塑料和工程塑料
通用塑料是指产量大、价格低、应用范围广的塑料,主要包括聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料五大品种。人们日常中使用的许多制品都是由这些通用塑料制成。
工程塑料是可作为工程结构
材料和代替金属制造机器零部件等的塑料。例如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS树脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜、聚酰亚胺等。工程塑料具有密度小、化学稳定性高、机械性能良好、电绝缘性优越、加工成型容易等特点,广泛应用于汽车、电器、化工、机械、仪器、仪表等工业,也应用于宇宙航行、火箭、导弹等方面。
塑料的主要优点有:
①密度小,比强度高。可代替木材、水泥、砖瓦等大量应用于房屋建筑、装修、装饰及桥梁、道路工程等。
②耐化学腐蚀性优良。可用于制造化工设备。
③电绝缘性和隔热性好。可用作电工绝缘材料和电子绝缘材料,如制造电缆、印刷线路板、集成电路、电容器薄膜等。
④摩擦系数小,耐磨性好,有消声减振作用。可代替金属制造轴承和齿轮。
⑤易加工成形,易于着色。采用不同的原料和不同的加工方法,可制得坚韧、刚硬、柔软、轻盈、透明的各种制品,广泛用于日常和工业生产中。此外,各种纤维增强的塑料基复合材料,可代替铝、钛合金用于航空领域和军事工业中;耐瞬时高温、耐辐射的塑料可用于注射机工作原理火箭、导弹、人造卫星和原子核反应堆上。
塑料的缺点:
1、回收利用废弃塑料时,分类十分困难,而且经济上不合算。
2、塑料容易燃烧,燃烧时产生有毒气体。
3、塑料是由石油炼制的产品制成的,石油资源是有限的。
塑料的成分
我们通常所用的塑料并不是一种纯物质,它是由许多材料配制而成的。其中高分子聚合物(或称合成树脂)是塑料的主要成分,此外,为了改进塑料的性能,还要在聚合物中添加各种辅助材料,如填料、增塑剂、润滑剂、稳定剂、着色剂等,才能成为性能良好的塑料。
1、合成树脂
合成树脂是塑料的最主要成分,其在塑料中的含量一般在40%~100%。由于含量大,而且树脂的性质常常决定了塑料的性质,所以人们常把树脂看成是塑料的同义词。例如把聚氯乙烯树脂与聚氯乙烯塑料、酚醛树脂与酚醛塑料混为一谈。其实树脂与塑料是两个不同的概念。树脂是一种未加工的原始聚合物,它不仅用于制造塑料,而且还是涂料、胶粘剂以及合成纤维的原料。而塑料除了极少一部分含100%的树脂外,绝大多数的塑料,除了主要组分树脂外,还需要加入其他物质。
2、填料
填料又叫填充剂,它可以提高塑料的强度和耐热性能,并降低成本。例如酚醛树脂中加入木粉后可大大降低成本,使酚醛塑料成为最廉价的塑料之一,同时还能显著提高机械强度。填料可分为有机填料和无机填料两类,前者如木粉、碎布、纸张和各种织物纤维等,后者如玻璃纤维、硅藻土、石棉、炭黑等。
3、增塑剂
增塑剂可增加塑料的可塑性和柔软性,降低脆性,使塑料易于加工成型。增塑剂一般是能与树脂混溶,xx、无臭,对光、热稳定的高沸点有机化合物,最常用的是邻苯二甲酸酯类。例如生产聚氯乙烯塑料时,若加入较多的增塑剂便可得到软质聚氯乙烯塑料,若不加或少加增塑剂(用量<10%),则得硬质聚氯乙烯塑料。
4、稳定剂
为了防止合成树脂在加工和使用过程中受光和热的作用分解和破坏,延长使用寿命,要在塑料中加入稳定剂。常用的有硬脂酸盐、环氧树脂等。
5、着色剂
着色剂可使塑料具有各种鲜艳、美观的颜色。常用有机染料和无机颜料作为着色剂。
6、润滑剂
润滑剂的作用是防止塑料在成型时不粘在金属模具上,同时可使塑料的表面光滑美观。常用的润滑剂有硬脂酸及其钙镁盐等。
除了上述助剂外,塑料中还可加入阻燃剂、发泡剂、抗静电剂等,以满足不同的使用要求。
塑料的特性
1、塑料具有可塑性
顾名思义,塑料就是可以塑造的材料。所谓塑料的可塑性就是可以通过加热的方法使固体的塑料变软,然后再把变软了的塑料放在模具中,让它冷却后又重新凝固成一定形状的固体。塑料的这种性质也有一定的缺陷,即遇热时容易软化变形,有的塑料甚至用温度较高的水烫一下就会变形,所以塑料制品一般不宜接触开水。
2、塑料具有弹性
有些塑料也像合成纤维一样,具有一定的弹性。当它受到外力拉伸时,卷曲的分子就由柔韧性而被拉直,但一旦拉力取消后,它又会恢复原来的卷曲状态,这样就使得塑料具有弹性,例如聚乙烯和聚氯乙烯的薄膜制品。但是有些塑料是没有弹性的。
3、塑料具有较高的强度
塑料虽然没有金属那样坚硬,但与玻璃、陶瓷、木材等相比,还是具有比较高的强度及耐磨性。塑料可以制成机器上坚固的齿轮和轴承。
4、塑料具有耐腐蚀性
塑料既不像金属那样在潮湿的空气中会生锈,也不像木材那样在潮湿的环境中会腐烂或被微生物侵蚀,另外塑料耐酸碱的腐蚀。因此塑料常常被用作化工厂的输水和输液管道,建筑物的门窗等。
5、塑料具有绝缘性
塑料的分子链是原子以共价键结合起来的,分子既不能电离,也不能在结构中传递电子,所以塑料具有绝缘性。塑料可用来制造电线的包皮、电插座、电器的外壳等。
塑料的制造过程
绝大多数塑料制造的{dy}步是合成树脂的生产(由单体聚合而得),然后根据需要,将树脂(有时加入一定量的添加剂)进一步加工成塑料制品。有少数品种(如有机玻璃)其树脂的合成和塑料的成型是同时进行的。
塑料的加工方法主要有挤出、注射成型、压延、吹塑、模压、层压、浇铸等。其中挤出、压延、吹塑用于热塑性塑料成型,层压用于热固性塑料成型,注射成型、模压和浇铸可两者兼顾。塑料通过加工可制得管、棒、中空制品、薄膜、异形材及各种零件和用品。