塑料的基本知识

塑料的基本知识一、塑料的定义塑料是以树脂为主要成分，在一定温度和压力下塑造成一定形状，并在常温下能保持既定形状的高分子有机材料。树脂是指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力作用具有流动性，常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。广义地讲，在塑料工业中作为塑料基本材料的任何聚合物都可称为树脂。二、塑料的分类塑料目前尚无确切的分类，一般分类如下：1．按塑料的物理化学性能分热塑性塑料：在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料。热固性塑料：因受热或其它条件能固化成不熔不溶性物料的塑料。如酚醛塑料、环氧塑料等。2．按塑料用选分通用塑料：-般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。工程塑料：-般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。如ABS、尼龙、聚矾等。特种塑料：-般指具有特种功能（如耐热、自润滑等），应用于特殊要求的塑料。如氟塑料、有机硅等。3．按塑料成型方法分模压塑料：供模压用的树脂混合料。如一般热固性塑料。层压塑料：指浸有树脂的纤维织物，可经叠合、热压结合而成为整体材料。注射、挤出和吹塑塑料：-般指能在料筒温度下熔融、流动，在模具中迅速硬化的树脂混合科。如一般热塑性塑料。浇铸塑料：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MC尼龙。反应注射模塑料：一般指液态原材料，加压注入模腔内，使其反应固化制得成品。如聚氨脂类。4．按塑料半制品和制品分模塑粉：又称塑料粉，主要由热固性树脂（如酚醛）和填料等经充分混合、按压、粉碎而得。如酚醛塑料粉。增强塑料：加有增强材料而某些力学性能比原树脂有较大提高的一类塑料。泡沫塑料：整体内合有无数微孔的塑料。薄膜：一般指厚度在O.25毫米以下的平整而柔软的塑料制品。此外，工程塑料、增强塑料和泡沫塑料又有其不同的类别，见下表：工程塑料的分类类别聚合物通用工程塑料尼龙、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非交联型聚矾、聚醚矾、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、氟树脂等交联型聚氨基双马来酰胺、聚三嗪、交联聚酰亚胺、耐热环氧树脂等增强塑料的分类按增强材料的外形分类粒状增强塑料如钙塑塑料纤维增强塑料如玻璃纤维或玻璃布增强塑料片状增强塑料如云母增强塑料按增强材料的材质分类布基、石棉增强塑料如碎布增强塑料无机矿物填充塑料如石英、云母填充塑料玻纤增强塑料如预浸渍料，SMC、BMC等特种纤维增强塑料如碳纤维、凯芙拉纤维增强塑料金属纤维增强塑料如钢丝增强塑料泡沫塑料的分类类别定义硬质泡沫塑料无柔韧性，压缩硬度大，应力达到一定值方产生变形，解除应力后本能恢复原状的泡沫塑料半硬质泡沫塑料柔韧性介于硬质和软质泡沫塑料之间的泡沫塑料软质泡沫塑料富有柔韧性，压缩硬度很小，应力解除后能恢复原状，残余变形较小的泡抹塑料三、塑料的基本性能1．质轻、比强度高。塑料质轻，一般塑料的密度都在0.9~2.3克／厘米3之间，只有钢铁的1／8~1／4、铝的1／2左右，而各种泡沫塑料的密度更低，约在0.01~O.5克／厘米3之间。按单位质量计算的强度称为比强度，有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材。例如合金钢材，其单位质量的拉伸强度为160兆帕，而用玻璃纤维增强的塑料可达到170~400兆帕。2．优异的电绝缘性能。几乎所有的塑料都具有优异的电绝缘性能，如极小的介电损耗和优良的耐电弧特性，这些性能可与陶瓷媲美。3．优良的化学稳定性能。一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐腐蚀能力，特别是聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能比黄金还要好，甚至能耐王水等强腐蚀性电解质的腐蚀，被称为塑料王。4．减摩、耐磨性能好。大多数塑料具有优良的减摩、耐磨和自润滑特性。许多工程塑料制造的耐摩擦零件就是利用塑料的这些特性，在耐磨塑料中加入某些固体润滑剂和填料时，可降低其摩擦系数或进一步提高其耐磨性能。5．透光及防护性能。多数塑料都可以作为透明或半透明制品，其中聚苯乙烯和丙烯酸酯类塑料象玻璃一样透明。有机玻璃化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯，可用作航空玻璃材料。聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜具有良好的透光和保暖性能，大量用作农用薄膜。塑料具有多种防护性能，因此常用作防护保装用品，如塑料薄膜、箱、桶、瓶等。6．减震、消音性能优良。某些塑料柔韧而富于弹性，当它受到外界频繁的机械冲击和振动时，内部产生粘性内耗，将机械能转变成热能，因此，工程上用作减震消音材料。例如，用工程塑料制作的轴承和齿可减小噪音，各种泡沫塑料更是广泛使用的优良减震消音材料。上述塑料的优良性能，使它在工农业生产和人们的日常生活中具有广泛用途；它已从过去作为金属、玻璃、陶瓷、木材和纤维等材料的代用品，而一跃成为现代生活和尖端工业不可缺少的材料。然而，塑料也有不足之处。例如，耐热性比金属等材料差，一般塑料仅能在100℃以下温度使用，少数200℃左右使用；塑料的热膨胀系数要比金属大3~10倍，容易受温度变化而影响尺寸的稳定性；在载荷作用下，塑料会缓慢地产生粘性流动或变形，即蠕变现象；此外，塑料在大气、阳光、长期的压力或某些质作用下会发生老化，使性能变坏等。塑料的这些缺点或多或少地影响或限制了它的应用。但是，随着塑料工业的发展和塑料材料研究工作的深入，这些缺点正被逐渐克服，性能优异的新颖塑料和各种塑料复合材料正不断涌现。四、塑料的制造和树脂的合成方法(一)塑料的制造塑料的基础原料，最初是以农副产品为主，从本世纪20年代起转向以煤和煤焦油产品为主，从50年代起逐渐转向以石油和天然气为主。塑料工业包括三个生产系统：塑料原料(树脂或半成品及助剂)的生产，塑料制品的生产，塑料成型机械(包括模具)的制造。前两者的关系可示意如下：从示意图中可看出三个生产系统就是塑料工业的三个组成部分，三者互相依存，缺一不可。(二)树脂的合成方法1．缩聚反应。单体分子间脱掉水或其它简单分子键合成聚合物的化学反应。可分为均缩聚反应和共缩聚反应。(1)均缩聚反应：带有两个官能团的一种单体进行的缩聚反应。(2)共缩聚反应：两种或两种以上的双官能团单体进行的缩聚反应。2．加聚反应。由不饱和或环状单体分子加成聚合生成聚合物的一种化学反应。反应中没有水或其它低分子副产物的释出，而且所生成的聚合物元素成分与原用单体的成分相同。按参加反应的单体种类和聚合物本身的构型，可分为均聚合反应、共聚合反应和定向聚合反应。(1)均聚合反应：一种不饱和或环状单体分子间进行的聚合反应。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。(2)共聚合反应：两种或两种以上不饱和或环状的单体键合的聚合反应。如丙烯脂一丁二烯一苯乙烯共聚物(ABS)。由两种单体制得的共聚物，在聚合物链中可以有以下四种排列方式：交替共聚物……-A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A一……无规共聚物……-A-A-B-A-B-B-B-A-A-B-A一……嵌段共聚物……-A-A-A-B-B-B-B-B-A-A-A一……接枝共聚物……-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A一……└-B-B-B└-B-B-B(3)定向聚合反应：在聚合过程中，控制反应条件，使单体聚合成具有定向有规则结构产物的反应，即全同立构型或间同立构型的聚合反应。其聚合产物叫做定向聚合物。五、塑料的成型和加工方法塑料成型加工是一门工程技术，所涉及的内容是将塑料转变为塑料制品的各种工艺。在转变过程中常会发生以下一种或几种情况，如聚合物的流变以及物理、化学性能的变化等。塑料成型的方法很多，详细见表塑料成型方法成型方法成型方法压制成型压缩模塑层压冷压模塑传递模塑低压成型浇铸静态浇铸嵌铸离心浇铸搪塑旋转铸塑滚塑流延铸塑挤出成型手糊成型挤拉成型纤维缠绕成型注射成型排气式注射成型流动式注射成型共注射注射成型无流道注射成型反应注射成型热固注射成型压延成型吹塑成型注射吹塑成型挤出吹塑成型拉伸吹塑薄膜涂覆热熔敷流化喷涂火焰喷涂静电喷涂等离子喷涂发泡成型化学发泡物理发泡机械发泡二次成型热成型双轴拉伸固相成型1．压缩模塑。压缩模塑又称模压，是模塑料在闭合模腔内借助加压(一般尚须加热)的成型方法。通常，压缩模塑适用于热固性塑料，如酚醛塑料、氨基塑料、不饱和聚酯塑料等。压缩模塑由预压、预热和模压三个过程组成：预压为改善制品质量和提高模塑效率等，将粉料或纤维状模塑料预先压成一定形状的操作。预热为改善模塑料的加工性能和缩短成型周期等，把模塑料在成型前先行加热的操作。模压在模具内加入所需量的塑料，闭模、排气，在模塑温度和压力下保持一段时间，然后脱模清模的操作。压缩模塑用的主要设备是压机和塑模。压机用得最多的是自给式液压机，吨位从几十吨至几百吨不等。有下压式压机和上压式压机。用于压缩模塑的模具称为压制模具，分为三类；溢料式模具、半溢料式模具不溢式模具。压缩模塑的主要优点是可模压较大平面的制品和能大量生产，其缺点是生产周期长，效率低。2．层压成型。用或不用粘结剂，借加热、加压把相同或不相同材料的两层或多层结合为整体的方法。层压成型常用层压机操作，这种压机的动压板和定压板之间装有多层可浮动热压板。层压成型常用的增强材料有棉布、玻璃布、纸张、石棉布等，树脂有酚醛、环氧、不饱和聚酯以及某些热塑性树脂。3．冷压模塑。冷压模塑又叫冷压烧结成型，和普通压缩模塑的不同点是在常温下使物料加压模塑。脱模后的模塑品可再行加热或借助化学作用使其固化。该法多用于聚四氟乙烯的成型，也用于某些耐高温塑料(如聚酰亚胺等)。一般工艺过程为制坯-烧结-冷却三个步骤。4．传递模塑。传递模塑是热固性塑料的一种成型方式，模塑时先将模塑料在加热室加热软化，然后压入巳被加热的模腔内固化成型。传递模塑按设备不同有工种形式：①活板式；②罐式；③柱塞式。传递模塑对塑料的要求是：在未达到固化温度前，塑料应具有较大的流动性，达到固化温度后，又须具有较快的固化速率。能符合这种要求的有酚醛、三聚氰胺甲醛和环氧树脂等。传递模塑具有以下优点：①制品废边少，可减少后加工量；②能模塑带有精细或易碎嵌件和穿孔的制品，并且能保持嵌件和孔眼位置的正确；③制品性能均匀，尺寸准确，质量高；④模具的磨损较小。缺点是：⑤模具的制造成本较压缩模高；⑥塑料损耗大；⑦纤维增强塑料因纤维定向而产生各向异性；⑧围绕在嵌件四周的塑料，有时会因熔按不牢而使制品的强度降低。5．低压成型。使用成型压力等于或低于1.4兆帕的摸压或层压方法。低压成型方法用于制造增强塑料制品。增强材料如玻璃纤维、纺织物、石棉、纸、碳纤维等。常用的树脂绝大多数是热固性的，如酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、有机硅等树脂。低压成型包括袋压法、喷射法。(1)袋压成型。借助弹性袋(或其它弹性隔膜)接受流体压力而使介于刚性模和弹性袋之间的增强塑料均匀受压而成为制件的一种方法。按造成流体压力的方法不同，一般可分为加压袋成型、真空袋压成型和热压釜成型等。(2)喷射成型。成型增强塑料制品时，用喷枪将短切纤维和树脂等同时喷在模具上积层并固化为制品的方法。6．挤出成型。挤出成型也称挤压模塑或挤塑，它是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法。挤出法主要用于热塑性塑料的成型，也可用于某些热固性塑料。挤出的制品都是连续的型材，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆包覆层等。此外，还可用于塑料的混合、塑化造粒、着色、掺合等。挤出成型机由挤出装置、传动机构和加热、冷却系统等主要部分组成。挤出机有螺杆式(单螺杆和多螺杆)和柱塞式两种类型。前者的挤出工艺是连续式，后者是间歇式。单螺杆挤出机的基本结构主要包括传动装置、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等部分。挤出机的辅助设备有物料的前处理设备(如物料输送与干燥)、挤出物处理设备(定型、冷却、牵引、切料或辊卷)和生产条件控制设备等三大类。7．挤拉成型。挤拉成型是热固性纤维增强塑料的成型方法之一。用于生产断面形状固定不变，长度不受限制的型材。成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续纤维经加热模拉出，然后再通过加热室使树脂