塑料是壹種用途廣泛的合成高分子材料,在我們的日常生活中塑料制品比比皆是。從我們起床後使用的洗漱用品、早餐時用的餐具,到工作學習時用的文具、休息時用的座墊、床墊,以及電視機、洗衣機、計算機的外殼,還有夜晚給我們帶來光明的各種造型的燈具……
塑料以它優異的性能逐步地代替了許多已經使用了幾十年、幾百年的材料和器皿,成為人們生活中不可缺少的助手。塑料集金屬的堅硬性、木材的輕便性、玻璃的透明性、陶瓷的耐腐蝕性,橡膠的彈性和韌性於壹身,因此除了日常用品外,塑料更廣泛地應用於航空航天、醫療器械、石油化工、機械制造、國防、建築等各行各業。
壹、塑料的分類
塑料種類很多,到目前為止世界上投入生產的塑料大約有三百多種。塑料的分類方法較多,常用的有兩種:
1、根據塑料受熱後的性質不同分為熱塑性塑料和熱固性塑料
熱塑性塑料分子結構都是線型結構,在受熱時發生軟化或熔化,可塑制成壹定的形狀,冷卻後又變硬。在受熱到壹定程度又重新軟化,冷卻後又變硬,這種過程能夠反復進行多次。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。熱塑性塑料成型過程比較簡單,能夠連續化生產,並且具有相當高的機械強度,因此發展很快。
熱固性塑料的分子結構是體型結構,在受熱時也發生軟化,可以塑制成壹定的形狀,但受熱到壹定的程度或加入少量固化劑後,就硬化定型,再加熱也不會變軟和改變形狀了。熱固性塑料加工成型後,受熱不再軟化,因此不能回收再用,如酚醛塑料、氨基塑料、環氧樹脂等都屬於此類塑料。熱固性塑料成型工藝過程比較復雜,所以連續化生產有壹定的困難,但其耐熱性好、不容易變形,而且價格比較低廉。
2、根據塑料的用途不同分為通用塑料和工程塑料
通用塑料是指產量大、價格低、應用範圍廣的塑料,主要包括聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料五大品種。人們日常生活中使用的許多制品都是由這些通用塑料制成。
工程塑料是可作為工程結構材料和代替金屬制造機器零部件等的塑料。例如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS樹脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚碸、聚酰亞胺等。工程塑料具有密度小、化學穩定性高、機械性能良好、電絕緣性優越、加工成型容易等特點,廣泛應用於汽車、電器、化工、機械、儀器、儀表等工業,也應用於宇宙航行、火箭、導彈等方面。
二、塑料的成分
我們通常所用的塑料並不是壹種純物質,它是由許多材料配制而成的。其中高分子聚合物(或稱合成樹脂)是塑料的主要成分,此外,為了改進塑料的性能,還要在聚合物中添加各種輔助材料,如填料、增塑劑、潤滑劑、穩定劑、著色劑等,才能成為性能良好的塑料。
1、合成樹脂
合成樹脂是塑料的最主要成分,其在塑料中的含量壹般在40%~100%。由於含量大,而且樹脂的性質常常決定了塑料的性質,所以人們常把樹脂看成是塑料的同義詞。例如把聚氯乙烯樹脂與聚氯乙烯塑料、酚醛樹脂與酚醛塑料混為壹談。其實樹脂與塑料是兩個不同的概念。樹脂是壹種未加工的原始聚合物,它不僅用於制造塑料,而且還是塗料、膠粘劑以及合成纖維的原料。而塑料除了極少壹部分含100%的樹脂外,絕大多數的塑料,除了主要組分樹脂外,還需要加入其他物質。
2、填料
填料又叫填充劑,它可以提高塑料的強度和耐熱性能,並降低成本。例如酚醛樹脂中加入木粉後可大大降低成本,使酚醛塑料成為最廉價的塑料之壹,同時還能顯著提高機械強度。填料可分為有機填料和無機填料兩類,前者如木粉、碎布、紙張和各種織物纖維等,後者如玻璃纖維、矽藻土、石棉、炭黑等。
3、增塑劑
增塑劑可增加塑料的可塑性和柔軟性,降低脆性,使塑料易於加工成型。增塑劑壹般是能與樹脂混溶,無毒、無臭,對光、熱穩定的高沸點有機化合物,最常用的是鄰苯二甲酸酯類。例如生產聚氯乙烯塑料時,若加入較多的增塑劑便可得到軟質聚氯乙烯塑料,若不加或少加增塑劑(用量<10%),則得硬質聚氯乙烯塑料。
4、穩定劑
為了防止合成樹脂在加工和使用過程中受光和熱的作用分解和破壞,延長使用壽命,要在塑料中加入穩定劑。常用的有硬脂酸鹽、環氧樹脂等。
5、著色劑
著色劑可使塑料具有各種鮮艷、美觀的顏色。常用有機染料和無機顏料作為著色劑。
6、潤滑劑
潤滑劑的作用是防止塑料在成型時不粘在金屬模具上,同時可使塑料的表面光滑美觀。常用的潤滑劑有硬脂酸及其鈣鎂鹽等。
除了上述助劑外,塑料中還可加入阻燃劑、發泡劑、抗靜電劑等,以滿足不同的使用要求。
三、塑料的特性
1、塑料具有可塑性
顧名思義,塑料就是可以塑造的材料。所謂塑料的可塑性就是可以通過加熱的方法使固體的塑料變軟,然後再把變軟了的塑料放在模具中,讓它冷卻後又重新凝固成壹定形狀的固體。塑料的這種性質也有壹定的缺陷,即遇熱時容易軟化變形,有的塑料甚至用溫度較高的水燙壹下就會變形,所以塑料制品壹般不宜接觸開水。
2、塑料具有彈性
有些塑料也像合成纖維壹樣,具有壹定的彈性。當它受到外力拉伸時,卷曲的分子就由柔韌性而被拉直,但壹旦拉力取消後,它又會恢復原來的卷曲狀態,這樣就使得塑料具有彈性,例如聚乙烯和聚氯乙烯的薄膜制品。但是有些塑料是沒有彈性的。
3、塑料具有較高的強度
塑料雖然沒有金屬那樣堅硬,但與玻璃、陶瓷、木材等相比,還是具有比較高的強度及耐磨性。塑料可以制成機器上堅固的齒輪和軸承。
4、塑料具有耐腐蝕性
塑料既不像金屬那樣在潮濕的空氣中會生銹,也不像木材那樣在潮濕的環境中會腐爛或被微生物侵蝕,另外塑料耐酸堿的腐蝕。因此塑料常常被用作化工廠的輸水和輸液管道,建築物的門窗等。
5、塑料具有絕緣性
塑料的分子鏈是原子以***價鍵結合起來的,分子既不能電離,也不能在結構中傳遞電子,所以塑料具有絕緣性。塑料可用來制造電線的包皮、電插座、電器的外殼等。
附:常用塑料的種類有:
①聚氯乙烯(PVC)
它是建築中用量最大的壹種塑料。硬質聚氯乙烯的密度為1.38~1.43g/cm3,機械強度高,化學穩定性好,使用溫度範圍壹般在-15~+55℃之間,適宜制造塑料門窗、下水管、線槽等。
②聚乙烯(PE)
聚乙烯塑料在建築上主要用於給排水管、衛生潔具。
③聚丙烯(PP)
聚丙烯的密度在所有塑料中是最小的,約為0.90左右。 聚丙烯常用來生產管材、衛生潔具等建築制品。
④聚苯乙烯(PS)
聚苯乙烯為無色透明類似玻璃的塑料。 聚苯乙烯在建築中主要用來生產泡沫隔熱材料、透光材料等制品。
⑤ABS塑料
ABS塑料是改性聚苯乙烯塑料,以丙烯睛(A)、丁二烯(B)及苯乙烯(S) 為基礎的三組分所組成。ABS塑料可制作壓有花紋圖案的塑料裝飾板等。
塑料的成型加工是指由合成樹脂制造廠制造的聚合物制成最終塑料制品的過程。加工方法(通常稱為塑料的壹次加工)包括壓塑(模壓成型)、擠塑(擠出成型)、註塑(註射成型)、吹塑(中空成型)、壓延等。
壓塑
壓塑也稱模壓成型或壓制成型,壓塑主要用於酚醛樹脂、脲醛樹脂、不飽和聚酯樹脂等熱固性塑料的成型。
擠塑
擠塑又稱擠出成型,是使用擠塑機(擠出機)將加熱的樹脂連續通過模具,擠出所需形狀的制品的方法。擠塑有時也有於熱固性塑料的成型,並可用於泡沫塑料的成型。擠塑的優點是可擠出各種形狀的制品,生產效率高,可自動化、連續化生產;缺點是熱固性塑料不能廣泛采用此法加工,制品尺寸容易產生偏差。
註塑
註塑又稱註射成型。註塑是使用註塑機(或稱註射機)將熱塑性塑料熔體在高壓下註入到模具內經冷卻、固化獲得產品的方法。註塑也能用於熱固性塑料及泡沫塑料的成型。註塑的優點是生產速度快、效率高,操作可自動化,能成型形狀復雜的零件,特別適合大量生產。缺點是設備及模具成本高,註塑機清理較困難等。
吹塑
吹塑又稱中空吹塑或中空成型。吹塑是借助壓縮空氣的壓力使閉合在模具中的熱的樹脂型坯吹脹為空心制品的壹種方法,吹塑包括吹塑薄膜及吹塑中空制品兩種方法。用吹塑法可生產薄膜制品、各種瓶、桶、壺類容器及兒童玩具等。
壓延
壓延是將樹脂合各種添加劑經預期處理(捏合、過濾等)後通過壓延機的兩個或多個轉向相反的壓延輥的間隙加工成薄膜或片材,隨後從壓延機輥筒上剝離下來, 再經冷卻定型的壹種成型方法。壓延是主要用於聚氯乙稀樹脂的成型方法,能制造薄膜、片材、板材、人造革、地板磚等制品。
工程塑料 工程塑料英文名為:engineering-plastics,工程塑料是指被用做工業零件或外殼材料的工業用塑料,是強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑料。日本業界將它定義為“可以做為構造用及機械零件用的高性能塑料,耐熱性在100℃ 以上,主要運用在工業上”,其性能包括:
1. 熱性質:玻璃轉移溫度(Tg)及熔點(Tm);熱變形溫度(HDT)高;長期使用溫度高(UL-746B);使用溫度範圍大;熱膨脹系數小。
2. 機械性質:高強度、高機械模數、低潛變性、強耐磨損及耐疲勞性。
3. 其它:耐化學藥品性、抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。
被當做通用性工程塑料者包括聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(尼龍)、聚縮醛(POM)、變性聚苯醚(變性PPE)、聚酯(PETP,PBTP)、聚苯硫醚(PPS)、聚芳基酯,熱硬化性塑料則有不飽和聚酯、酚塑料、環氧塑料等。它們的基本特性為拉伸強度均超過50Mpa,抗拉強度在500kg/cm ,耐沖擊性超過50J/m,彎曲彈性率在24000kg/cm ,負載繞曲溫度超過100℃,硬度、老化性優。聚丙烯若改善其硬度和耐寒性,也可列入工程塑料的範圍。此外,還包括較特殊者的強度弱、耐熱耐藥品性優的氟素塑料,耐熱性優的矽溶融化合物,以及聚酰胺酰亞胺、聚酰亞胺、Polybismaleimide、Polysufone(PSF)、PES、丙烯塑料、變性蜜胺塑料、BTResin、PEEK、PEI、液晶塑料等。
各工程塑料的化學構造不同,所以它們的耐藥品性、摩擦特性、電機特性等有所差異。由於各工程塑料的成型性不同,因此有的適用於任何成型方式,有的只能以某種成型方式進行加工,這樣就造成了應用上的局限。熱硬化型工程塑料的耐沖擊性較差,因此大多添加玻璃纖維。工程塑料除了聚碳酸酯等耐沖擊性大外,通常具有硬、脆、延伸率小的性質,但如果添加20—30%的玻璃纖維,則它的耐沖擊性將有所改善。
工程塑料是指壹類可以作為結構材料,在較寬的溫度範圍內承受機械應力,在較為苛刻的化學物理環境中使用的高性能的高分子材料。:-般指能承受壹定的外力作用,並有良好的機械性能和尺寸穩定性,在高、低溫下仍能保持其優良性能,可以作為工程結構件的塑料。如ABS、尼龍、聚礬等。
可以做為構造用及機械零件用之高性能塑膠,耐熱性在100℃以上,主要運用在工業上
其性能包括:
1. 熱性質:玻璃轉移溫度(Tg)及熔點(Tm)高、熱變形溫度(HDT)高、長期使用溫度高(UL-746B)、使用溫度範圍大、熱膨脹系數小。
2. 機械性質:高強度、高機械模數、潛變性低、耐磨損、耐疲勞性。
3. 其他:耐化學藥品性、優良的抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。
被當做通用性塑膠者包括聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)、聚醯胺(尼龍, Polyamide, PA)、聚縮醛(Polyacetal, Polyoxy Methylene, POM)、變性聚苯醚(Poly Phenylene Oxide, 變性PPE)、聚酯(PETP,PBTP)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)、聚芳基酯,而熱硬化性塑膠則有不飽和聚酯、酚塑膠、環氧塑膠等。拉伸強度均超過50MPa,抗拉強度在500kg/cm2以上,耐沖擊性超過50J/m,彎曲彈性率在24000kg/cm2,負載撓曲溫度超過100℃,其硬度、老化性優。聚丙烯若改善硬度及耐寒性,則亦可列入工程塑膠的範圍。此外,較特殊者為強度弱、耐熱、耐藥品性優的氟素塑膠,耐熱性優的矽溶融化合物、聚醯胺醯亞胺、聚醯亞胺、Polybismaleimide、Polysufone(PSF)、PES、丙烯塑膠、變性蜜胺塑膠、BT Resin、PEEK、PEI、液晶塑膠等。因為化學構造不同,故耐藥品性、摩擦特性、電機特性等也有若幹差異。且因成形性的不同,故有適用於任何成形方式者,亦有只能以某種成形方式加工者,造成應用上的受限。熱硬化型的工程塑膠,其耐沖擊性較差,因此大多添加玻璃纖維。工程塑膠除了聚碳酸酯等耐沖擊性大者外,通常具有延伸率小、硬、脆的性質,但若添加20~30%的玻璃纖維,則可有所改善。
耐磨改性工程塑料
耐磨改性工程塑料可以提供較低的摩擦力系數來降低磨損率。比如,血糖計的蓋子在使用了耐磨材料後可以增加它的來回開合的使用壽命。同時,耐磨改性工程塑料也使用於配色產品中,甚至用於不同的材料之間。在壹次性使用的產品中,例如針和刀片也受益於該材料的潤滑作用。此外,耐磨材料的其它運用包括導尿管,套管,傳動裝置及真空管。其它的效果還包括,由於光滑部件的運動而減少了噪音,提高了塑料的加工生產性能和擠出成型的效率。
導電改性工程塑料
當熱塑性材料增添了導電成份後,就具有了永久的靜電消散(ESD)和防止靜電積聚功能從而能夠起到保護作用。導電類熱塑性材料允許靜電連續性釋放,而不是快速的積聚並放電。靜電會損壞敏感性電子元件並且在易燃環境下可以引發爆炸。積聚的靜電會堵塞材料的傳動而中斷機械的傳動。導電性熱塑材料可以廣泛的運用於配色產品中,而且某些導電材料是透明的。其運用主要包括,ECG傳感器,吸液管,電器保護裝置以及新型的醫療分娩裝置,諸如吸入產品,包括PMDI間隔裝置。
抗輻射類改性工程塑料
特定的添加劑可以提高熱塑性塑料的密度。這些高密度的熱塑性塑料具有金屬的質感,但同時又保持了塑料的加工特性。醫療產品領域因為環保的原因正在尋找此類可替代鉛的材料。同時這些高比重的添加物也具有抗輻射特性。由抗輻射類化合物組成的註塑件、導管件或片狀材料可吸引X光而不會被射線穿過。在放射療法或手術中使用的如織物般柔軟的薄片,可以幫助保護機器和人員免受X光的散射和直射。含有鋇硫酸鹽的導管在植入體內後可以通過熒光透視或X光成像來跟蹤其所在位置。Baxter Healthcare在做心瓣膜修復手術中使用的器械(可回用的手柄和壹次性的卡扣閉環)是由聚碳酸酯特種改性工程塑料構成。X光可見(即有防輻射功能)的塞子是使用嵌入註塑工藝成型在模板上的,而耐蒸汽處理的塞子是使用聚醚碸的材料,這就保證了整個裝置能夠承受高溫蒸汽消毒處理。
預染色改性工程塑料
近幾年,塑料配色技術發展很快。在醫療應用中, 設計師可以在符合FDA和沒有遷移的顏料中進行挑選。獨特的色彩效果可以有助於形成產品的獨特賣點並為醫療設備設計師帶來利益。當醫療產品從醫院進入家庭消費市場的時候,繽紛可愛的顏色和熒光效果有助於提升產品價值。另外,彈性體的應用可以使產品具有柔軟觸感從而提高附加值。具有令人舒適愉悅的顏色的醫療設備也可以使得患者更願意配合治療,同時減輕他們的痛苦。
[編輯本段]中國工程塑料業發展現狀
中國工程塑料工業歷經10年發展,成果豐碩,已逐步形成了具有樹脂合成、塑料改性與合金、加工應用等相關配套能力的完整產業鏈。這是中國工程塑料工業協會理事長楊偉才在5月27日北京召開的中國工程塑料工業協會峰會上表示的。
10年前,中國工程塑料業剛剛起步,生產能力與需求相比嚴重滯後,原料樹脂85%以上依靠進口,壹半以上的改性樹脂材料使用國外產品。而時至今日,我國的工程塑料樹脂均能在國內生產,聚合能力已經達到每年60萬噸左右,改性樹脂材料年產量也有200多萬噸,就連過去國外對我國禁運的特種工程塑料樹脂,現在國內幾乎都有生產,並且能夠少量出口。
中國工程塑料工業協會數據表明,在過去的10年裏,我國工程塑料產值年均增長20%以上,企業規模不斷發展壯大,科技水平日益提高。目前,在工程塑料合成方面已有中藍集團、雲天化集團、神馬集團、儀征化纖、德陽科技等上規模的企業。由於工程塑料具有特別優異的性能,其技術發展水平受到政府層面的重視,已被列入國家中長期科技發展綱要中高新技術的重點選項。在今年科技部產業支撐計劃中,有非光氣法聚碳酸酯等7個工程塑料項目被列入。另外,經過長期的技術攻關,目前我國工程塑料技術水平發展較快,在改性材料與樹脂合金方面,部分產品技術、質量指標也已接近國外先進水平。壹些特種工程塑料產品的工藝技術已經進入到國際先進行列。
盡管我國的工程塑料在合成和加工方面取得了長足發展,但總體看來仍存在產能過度集中在壹些技術含量相對較低產品上的缺點。鄭愷表示,企業應當將目光放長遠,把握住當前如大飛機等壹批國家重點工程建設的契機,提升科技水平,加快產品結構升級,促進我國工程塑料行業更快、更健康的發展。