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塑料基本知識
一、塑料的定義
塑料是以樹脂為主要成分,在一定溫度和壓力下塑造成一定形狀,并在常溫下能保持既定形狀的高分子有機(jī)材料。
樹脂是指受熱時(shí)通常有轉(zhuǎn)化或熔融范圍,轉(zhuǎn)化時(shí)受外力作用具有流動性,常溫下呈固態(tài)或半固態(tài)或液態(tài)的有機(jī)聚合物,它是塑料基本的,也是重要的成分。廣義地講,在塑料工業(yè)中作為塑料基本材料的任何聚合物都可稱為樹脂。
二、塑料的分類
塑料目前尚無確切的分類,一般分類如下:
1.按塑料的物理化學(xué)性能分
熱塑性塑料: 在特定溫度范圍內(nèi)能反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化的塑料。如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料。
熱固性塑料: 因受熱或其它條件能固化成不熔不溶性物料的塑料。如酚醛塑料、環(huán)氧塑料等。
2.按塑料用選分
通用塑料: -般指產(chǎn)量大、用途廣、成型性好、價(jià)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,并有良好的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性,在高、低溫下仍能保持其優(yōu)良性能,可以作為工程結(jié)構(gòu)件的塑料。如ABS、尼龍、聚礬等。
特種塑料: -般指具有特種功能(如耐熱、自潤滑等),應(yīng)用于特殊要求的塑料。如氟塑料、有機(jī)硅等。
3.按塑料成型方法分
模壓塑料: 供模壓用的樹脂混合料。如一般熱固性塑料。
層壓塑料: 指浸有樹脂的纖維織物,可經(jīng)疊合、熱壓結(jié)合而成為整體材料。
注射、擠出和吹塑塑料: -般指能在料筒溫度下熔融、流動,在模具中迅速硬化的樹脂混合科。如一般熱塑性塑料。
澆鑄塑料: 能在無壓或稍加壓力的情況下,傾注于模具中能硬化成一定形狀制品的液態(tài)樹脂混合料。如MC尼龍。
反應(yīng)注射模塑料: 一般指液態(tài)原材料,加壓注入模腔內(nèi),使其反應(yīng)固化制得成品。如聚氨脂類。
4.按塑料半制品和制品分
模塑粉: 又稱塑料粉,主要由熱固性樹脂(如酚醛)和填料等經(jīng)充分混合、按壓、粉碎而得。如酚醛塑料粉。
增強(qiáng)塑料: 加有增強(qiáng)材料而某些力學(xué)性能比原樹脂有較大提高的一類塑料。
泡沫塑料: 整體內(nèi)合有無數(shù)微孔的塑料。
薄膜: 一般指厚度在O.25毫米以下的平整而柔軟的塑料制品。
此外,工程塑料、增強(qiáng)塑料和泡沫塑料又有其不同的類別,見下表:
工程塑料的分類
類 別 聚 合 物
通用工程塑料 尼龍、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、熱塑性聚酯、
超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等
特種工程塑料 非交聯(lián)型 聚礬、聚醚礬、聚苯硫醚、聚芳酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、氟樹脂等
交聯(lián)型 聚氨基雙馬來酰胺、聚三嗪、交聯(lián)聚酰亞胺、耐熱環(huán)氧樹脂等
增強(qiáng)塑料的分類
按增強(qiáng)材料
的外形分類 粒狀增強(qiáng)塑料 如鈣塑塑料
纖維增強(qiáng)塑料 如玻璃纖維或玻璃布增強(qiáng)塑料
片狀增強(qiáng)塑料 如云母增強(qiáng)塑料
按增強(qiáng)材料
的材質(zhì)分類 布基、石棉增強(qiáng)塑料 如碎布增強(qiáng)塑料
無機(jī)礦物填充塑料 如石英、云母填充塑料
玻纖增強(qiáng)塑料 如預(yù)浸漬料,SMC、BMC等
特種纖維增強(qiáng)塑料 如碳纖維、凱芙拉纖維增強(qiáng)塑料
金屬纖維增強(qiáng)塑料 如鋼絲增強(qiáng)塑料
泡沫塑料的分類
類 別 定 義
硬質(zhì)泡沫塑料 無柔韌性,壓縮硬度大,應(yīng)力達(dá)到一定值方產(chǎn)生變形,解除應(yīng)力后本能恢復(fù)原狀的泡沫塑料
半硬質(zhì)泡沫塑料 柔韌性介于硬質(zhì)和軟質(zhì)泡沫塑料之間的泡沫塑料
軟質(zhì)泡沫塑料 富有柔韌性,壓縮硬度很小,應(yīng)力解除后能恢復(fù)原狀,殘余變形較小的泡抹塑料
三、塑料的基本性能
1.質(zhì)輕、比強(qiáng)度高。塑料質(zhì)輕,一般塑料的密度都在0.9 ~ 2.3克/厘米3之間,只有鋼鐵的1/8 ~1/4、鋁的1/2左右,而各種泡沫塑料的密度更低,約在0.01 ~ O.5克/厘米3之間。按單位質(zhì)量計(jì)算的強(qiáng)度稱為比強(qiáng)度,有些增強(qiáng)塑料的比強(qiáng)度接近甚至超過鋼材。例如合金鋼材,其單位質(zhì)量的拉伸強(qiáng)度為160兆帕,而用玻璃纖維增強(qiáng)的塑料可達(dá)到170 ~ 400兆帕。
2.優(yōu)異的電絕緣性能。幾乎所有的塑料都具有優(yōu)異的電絕緣性能,如極小的介電損耗和優(yōu)良的耐電弧特性,這些性能可與陶瓷媲美。
3.優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性能。一般塑料對酸堿等化學(xué)藥品均有良好的耐腐蝕能力,特別是聚四氟乙烯的耐化學(xué)腐蝕性能比黃金還要好,甚至能耐"王水"等強(qiáng)腐蝕性電解質(zhì)的腐蝕,被稱為"塑料王"。
4.減摩、耐磨性能好。大多數(shù)塑料具有優(yōu)良的減摩、耐磨和自潤滑特性。許多工程塑料制造的耐摩擦零件就是利用塑料的這些特性,在耐磨塑料中加入某些固體潤滑劑和填料時(shí),可降低其摩擦系數(shù)或進(jìn)一步提高其耐磨性能。
5.透光及防護(hù)性能。多數(shù)塑料都可以作為透明或半透明制品,其中聚苯乙烯和丙烯酸酯類塑料象玻璃一樣透明。有機(jī)玻璃化學(xué)名稱為聚甲基丙烯酸甲酯,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,大量用作農(nóng)用薄膜。塑料具有多種防護(hù)性能,因此常用作防護(hù)保裝用品,如塑料薄膜、箱、桶、瓶等。
6.減震、消音性能優(yōu)良。某些塑料柔韌而富于彈性,當(dāng)它受到外界頻繁的機(jī)械沖擊和振動時(shí),內(nèi)部產(chǎn)生粘性內(nèi)耗,將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成熱能,因此,工程上用作減震消音材料。例如,用工程塑料制作的軸承和齒可減小噪音,各種泡沫塑料更是廣泛使用的優(yōu)良減震消音材料。
上述塑料的優(yōu)良性能,使它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中具有廣泛用途;它已從過去作為金屬、玻璃、陶瓷、木材和纖維等材料的代用品,而一躍成為現(xiàn)代生活和尖端工業(yè)不可缺少的材料。
然而,塑料也有不足之處。例如,耐熱性比金屬等材料差,一般塑料僅能在100℃以下溫度使用,少數(shù)200℃左右使用;塑料的熱膨脹系數(shù)要比金屬大3 ~ 10倍,容易受溫度變化而影響尺寸的穩(wěn)定性;在載荷作用下,塑料會緩慢地產(chǎn)生粘性流動或變形,即蠕變現(xiàn)象;此外,塑料在大氣、陽光、長期的壓力或某些質(zhì)作用下會發(fā)生老化,使性能變壞等。塑料的這些缺點(diǎn)或多或少地影響或限制了它的應(yīng)用。但是,隨著塑料工業(yè)的發(fā)展和塑料材料研究工作的深入,這些缺點(diǎn)正被逐漸克服,性能優(yōu)異的新穎塑料和各種塑料復(fù)合材料正不斷涌現(xiàn)。
四、塑料的制造和樹脂的合成方法
(一) 塑料的制造
塑料的基礎(chǔ)原料,是以農(nóng)副產(chǎn)品為主,從本世紀(jì)20年代起轉(zhuǎn)向以煤和煤焦油產(chǎn)品為主,從50年代起逐漸轉(zhuǎn)向以石油和天然氣為主。
塑料工業(yè)包括三個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng):塑料原料(樹脂或半成品及助劑)的生產(chǎn),塑料制品的生產(chǎn),塑料成型機(jī)械(包括模具)的制造。前兩者的關(guān)系可示意如下:
從示意圖中可看出三個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)就是塑料工業(yè)的三個(gè)組成部分,三者互相依存,缺一不可。
(二) 樹脂的合成方法
1.縮聚反應(yīng)。單體分子間脫掉水或其它簡單分子鍵合成聚合物的化學(xué)反應(yīng)。可分為均縮聚反應(yīng)和共縮聚反應(yīng)。
(1) 均縮聚反應(yīng): 帶有兩個(gè)官能團(tuán)的一種單體進(jìn)行的縮聚反應(yīng)。
(2) 共縮聚反應(yīng): 兩種或兩種以上的雙官能團(tuán)單體進(jìn)行的縮聚反應(yīng)。
2.加聚反應(yīng)。由不飽和或環(huán)狀單體分子加成聚合生成聚合物的一種化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)中沒有水或其它低分子副產(chǎn)物的釋出,而且所生成的聚合物元素成分與原用單體的成分相同。按參加反應(yīng)的單體種類和聚合物本身的構(gòu)型,可分為均聚合反應(yīng)、共聚合反應(yīng)和定向聚合反應(yīng)。
(1) 均聚合反應(yīng): 一種不飽和或環(huán)狀單體分子間進(jìn)行的聚合反應(yīng)。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
(2) 共聚合反應(yīng): 兩種或兩種以上不飽和或環(huán)狀的單體鍵合的聚合反應(yīng)。如丙烯脂一丁二烯一苯乙烯共聚物(ABS)。由兩種單體制得的共聚物,在聚合物鏈中可以有以下四種排列方式:
交替共聚物 …… -A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A一……
無規(guī)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) 定向聚合反應(yīng): 在聚合過程中,控制反應(yīng)條件,使單體聚合成具有定向有規(guī)則結(jié)構(gòu)產(chǎn)物的反應(yīng),即全同立構(gòu)型或間同立構(gòu)型的聚合反應(yīng)。其聚合產(chǎn)物叫做定向聚合物。
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