【正文】 1 塑膠性能與應(yīng)用 主講人：吳遠(yuǎn)華 2 塑 料 概 述 一 、 塑料的定義 ? 塑料 是一種具有 可塑性 的 人造 高分子 有機(jī)化合物 （ 樹(shù)脂 ） 。 ? 塑料 是指以有機(jī)合成樹(shù)脂為主要成分 ， 加入或不加入其他配合材料 (助劑 )而構(gòu)成的 人造材料 。 它通常在 加熱 、 加壓 條件下可塑制成具有一定形狀的器件 。 3 ? 所謂 可塑性 ， 是指象 黏土 那樣 ， 加力就變形 ， 而撤除外力之后不恢復(fù)原狀的性質(zhì) 。所謂 彈性 （ 彈力 ） ， 是指施加 一定程度 的力就變形 ， 但撤去所施加的力則恢復(fù)原狀 ,這種性質(zhì)叫 彈性 （ 例如：橡膠 ） ， 具有彈性的物體叫做 彈性體 （ 如：松緊帶 ） ；塑料就是利用這種加熱時(shí)所產(chǎn)生的可塑性 ，加工成各種形狀的 。 4 二 、 塑料的來(lái)源 ? 塑料 是由低分子有機(jī)化合物（如：乙烯、丙烯、苯乙烯、氯乙烯、乙烯醇等） 在一定條件下 聚合而成的 高分子 有機(jī) 化合物 （聚合物）。構(gòu)成塑料的分子，由于分子量都是在 10000 以上的高分子，所以說(shuō)塑料是 高分子化合物 （高聚物）。一般塑料分子中都含有碳（ C ） 原子和氫（ H ） 原子，有的塑料分子結(jié)構(gòu)中含有少量的氧（ O ）、 硫（ S ） 原子。塑料的基本原料是低分子碳、氫化合物，它是從 石油 、 天然氣 或 煤裂解物 中提煉和合成出來(lái)的人造樹(shù)脂。 5 三 、 塑料的發(fā)展過(guò)程 不同塑料的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)時(shí)間 ： ? 19201933：聚苯乙烯 （ PS ） 、 聚氯乙烯（ PVC） 、 聚乙烯 （ PE ） 、 乙烯 醋酸乙烯酯共聚物 （ EVA） 、 聚丙烯 （ PP ） ? 1935 ： 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 （ ABS ） ? 1939 ： 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 （ PET） ? 1949 ： 聚酰胺 （ Nylon） ? 1950 ： 聚甲基丙烯酸甲酯 （ Acrylic） 6 ? 1956 ： 聚甲醛 (POM) ? 1958 ： 聚碳酸酯 （ PC） ? 1964 ：聚氧化二甲亞苯 （ PPO） ? 1965 ： 聚砜 （ PSF ） ? 1975 ： 聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯 （ PBT ） ? 1985 ： 液晶塑料 （ LCP ） ? 1994 ： 改性為注塑級(jí)的 PET（ PETG ） ? 1995 ： 超彈性聚甲醛 （ TPOM ） ? 1996 ： 透明硬質(zhì)聚氯乙烯 ? 自 1960 年以后 ， 塑料的應(yīng)用和加工技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展 。 7 四、塑料的分類(lèi) 目前 ， 塑料已發(fā)展到 300 多種 ， 最常用的塑料有二十幾種 。 1． 按塑料的應(yīng)用領(lǐng)域分類(lèi) ? 一般分為 通用塑料 和 工程塑料 ： ? 通用塑料 只可作為一般非結(jié)構(gòu)性材料使用 ， 其產(chǎn)量大 、 價(jià)格相對(duì)低廉 、 性能一般 ， 多用于制做日用品 。（ 如 :PE、 PP、 PVC 、 PS 、 PMMA 、 EVA等 ） ? 工程塑料 是指具有較高力學(xué)性能及耐高溫 、 耐腐蝕 ，可以作為 結(jié)構(gòu)性 材料 ， 具有優(yōu)異的綜合性能 （ 包括：機(jī)械性能 、 電性能 、 耐熱性能 、 耐化學(xué)性能等 ） ，可在較寬闊的溫度范圍內(nèi)和較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi) 8 能良好地保持這種性能，并能在承受機(jī)械應(yīng)力和較為苛刻的化學(xué)、物理環(huán)境中長(zhǎng)期使用 。 被公認(rèn)的七大工程塑料為： ABS、 PC、 POM 、 PA、 PET、PBT、 PPO等，工程塑料的產(chǎn)量相對(duì)較少，價(jià)格較貴。另外，還有功能塑料（如： LCP、 人造器官等）、納米塑料、降解塑料等。 2．按塑料的 結(jié)晶形態(tài) 分類(lèi) ? 一般分為 結(jié)晶型塑料 和 無(wú)定型塑料 ? 結(jié)晶型塑料 是指在適當(dāng)?shù)臈l件下，分子能產(chǎn)生某種幾何結(jié)構(gòu)的塑料（如： PE、 PP、 PA、 POM、 PET、PBT 等），大多數(shù)的屬于 部分結(jié)晶態(tài) 。 無(wú)定型塑料是指分子形狀和分子相互排列不呈晶體結(jié)構(gòu) 9 而呈 無(wú)序狀態(tài) 的塑料（如： ABS、 PC、 PVC、 PS、PMMA、 EVA、 AS等），非結(jié)晶性塑料在各個(gè)方向上表現(xiàn)的 力學(xué)特性 是相同的（ 各向同性 ） 。 3． 按其 受熱 時(shí)所呈現(xiàn)的基本行為分類(lèi) ? 一般分為 熱塑性塑料 和 熱固性塑料 ? 熱塑性塑料 是指在特定的溫度范圍內(nèi) ， 能反復(fù)加熱軟化和冷卻變硬的塑料 （ 如： ABS、 PP、 POM、PC、 PS、 PVC、 PA、 PMMA等 ） ， 它可以再回收利用 。 熱固性塑料 是指受熱后成為 不熔 的物質(zhì) ， 再次受熱不再具有可塑性且不能再回收利用的塑料（ 如：酚醛樹(shù)脂 、 環(huán)氧樹(shù)脂 、 氨基樹(shù)脂 、 聚胺酯 、發(fā)泡聚苯乙烯等 ） 。 10 4． 按塑料的 透光性 分類(lèi) ? 一般分為 透明塑料 、 半透明塑料 和 不透明塑料 。 ? 透光率在 88% 以上的塑料稱(chēng)為 透明 塑料 （ 如： PMMA、 PS、 PC 、 Z聚酯等 ） ， 常用的 半透明 塑料有： PP、 PVC、 PE、 AS、 PET、 MBS、 PSF等 ，不透明 的塑料主要有： POM、 PA、 ABS、 HIPS、PBT、 PPO等 。 熱固性塑料 熱塑性塑料 11 ? 5． 按塑料的 硬度 分類(lèi) ?一般分為 硬質(zhì)塑料 、 半硬質(zhì)塑料 和 軟質(zhì)塑料 ?常見(jiàn) 硬質(zhì) 塑料有： ABS、 POM、 PS、 PMMA 、PC、 PET、 PBT、 PPO等； ?半硬質(zhì) 塑料有： PP、 PE、 PA、 PVC等； ?軟質(zhì) 塑料有： 軟 PVC、 K 膠 （ BS ） 、 TPE、TPR、 EVA、 TPU 等 。 12 ? 6． 按塑料的 化學(xué)結(jié)構(gòu) 分類(lèi) ? A、 聚 烯 烴 類(lèi) （ 如： LDPE、 MDPE、 HDPE、LLDPE、 UHMWPE、 PP 等 ） ? B、 聚苯乙烯類(lèi) （ 如： PS、 AS、 BS、 ABS、 MBS、HIPS 等 ） ? C、 聚酰胺類(lèi) （ 如： PA PA66 、 PA 6 PA 1010 等 ） ? D、 聚醚類(lèi) （ 如： PC、 POM、 PSF、 PPO等 ） ? E、 聚酯類(lèi) （ 如： PBT、 PET等 ） ? F、 丙烯酸酯類(lèi)（如： PMMA） 13 功 能 塑 料 工 程 塑 料 加 纖 塑 料 合 金 塑 料 納 米 塑 料 通 用 塑 料 降 解 塑 料 塑 料 熱塑性 彈性體 熱固性 14 五、塑料的物理性能 ? 1． 比重 （ 密度 ） ★ ? 塑料的 比重 是指在一定的溫度下 ， 秤量試樣的重量與同體積水的重量之比值 ， 單位為 g/cm3 ,常用液體浮力法作測(cè)定方法 。 ? 2． 吸水性 ★ ? 塑料的 吸水性 是指規(guī)定尺寸的試樣浸入一定溫度（ 25177。 2） ℃ 的蒸餾水中 ， 經(jīng)過(guò) 24小時(shí) 后所吸收的水份量；吸收水份以后影響其尺寸及形狀 ， 吸水率用重量表達(dá)時(shí) ， 常以 %表示 。 15 ? 3． 蠕變 ★ ? 蠕變 是指在一定的溫度 、 濕度條件下 ， 塑料在 固定的外力 持續(xù)作用下 ， 隨時(shí)間變化所表現(xiàn)出的特征 ，這種變形的特征隨增加載荷而增加 ， 隨減少載荷而減少 ， 其變形亦逐漸恢復(fù) 。 蠕變的來(lái)源有拉伸蠕變 、壓縮蠕變 、 彎曲蠕變等 。 ? 4． 玻璃化溫度 ★ ? 塑料由熔融可流動(dòng)溫度降低至固態(tài)時(shí)的溫度稱(chēng)為 玻璃化溫度 ； 此時(shí)分子鏈段基本上不能運(yùn)動(dòng) ， 鏈節(jié)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)扣緊也很困難 ， 只有原子之間的少許移動(dòng)拉伸及有普通的彈性變形 ， 所以此時(shí)的塑料會(huì)有很大的 脆性 。 16 ? 5. 分解溫度 ★ ? 分解溫度 是指塑料在受熱時(shí)大分子鏈斷裂時(shí)的溫度 ，同時(shí)是鑒定塑料耐熱性的指標(biāo)之一；當(dāng)熔料溫度超過(guò)分解溫度時(shí) ， 大部分熔料會(huì)呈現(xiàn)發(fā)黃的顏色 ， 且制品的強(qiáng)度會(huì)大大降低 。 ? 6． 熔融指數(shù) ★ ? 熔融指數(shù) （ MFI） MI是指熱塑性塑料在一定溫度和壓力下 ， 熔體在 10分鐘 時(shí)間內(nèi)通過(guò)測(cè)試器的小孔所流出的熔料重量 ， 單位是以 克 /10分鐘 表示 。 17 ? 7． 成型收縮率 ★ ? 成型收縮率 是指熱塑性塑料在模具中成型時(shí) ， 冷卻后脫模出的成型品 ， 必有收縮現(xiàn)象 ，即成型品小于模腔尺寸 。 型腔尺寸 － 成品尺寸 型腔尺寸 100% 收縮率 （ %） ＝ 18 ?8． 透氣性 9． 透濕性 10． 透明度 ?11． 拉伸強(qiáng)度 12． 壓縮強(qiáng)度 13． 彎曲強(qiáng)度 ?14． 沖擊強(qiáng)度 15． 摩擦系數(shù) 16． 磨耗 ?17． 硬度 18． 疲勞強(qiáng)度 19． 持久強(qiáng)度 ?20． 線(xiàn)膨脹系數(shù) 21． 比熱 22． 導(dǎo)熱系數(shù) ?23． 耐熱性 24． 脆化溫度 25． 耐燃燒性 ? 26． 耐電壓 27． 耐老化性 28． 耐化學(xué)性 19 六 、 塑料的幾種常見(jiàn)加工方法 ： ? A、 注塑成型 B、 吹塑成型 ? C、 吸塑成型 D、 擠出成型 ? E、 壓延成型 F、 層積成型 ? G、 吹薄成型 H、 拉絲成型 20 七 、 塑料的特性 ? 1． 塑料的 優(yōu)點(diǎn) ： ? （ 1） 易于加工 、 易于制造 （ 易于成型 ） ? 即使制品的幾何形狀相當(dāng)復(fù)雜 ， 只要能從模具中脫模 ， 都比較容易制作 。 因而其效率遠(yuǎn)勝于金屬加工 ， 特別是注塑成型制品 ， 經(jīng)過(guò)一道工序 ， 即可制造出很復(fù)雜的成品 。 ? （ 2） 可根據(jù)需要隨意 著色 ， 或制成 透明 制品 ? 利用塑料可制作五光十色 、 透明美麗的制品 ， 尚可任意著色的特性 ， 可提高其商品價(jià)值 ， 并給人一種明快的感覺(jué) 。 21 ? （ 3） 可制做 輕質(zhì) 高強(qiáng)度的產(chǎn)品 ? 與金屬 、 陶瓷制品相比 ， 質(zhì)量輕 、 機(jī)械性能好 ，比強(qiáng)度 （ 強(qiáng)度與密度的比值 ） 高 ， 故可制做輕質(zhì)高強(qiáng)度制品；特別是填充玻璃纖維后 ， 更可提高其強(qiáng)度 。 ? 另外 ， 由于塑料質(zhì)量輕 ， 可節(jié)約能源 ， 故其制品亦日趨輕量化 。 ? （ 4） 不生銹 、 不易腐蝕 ? 塑料一般都耐各種化學(xué)藥品的腐蝕 ， 不會(huì)象金屬那樣易生銹或受到腐蝕 。 使用時(shí)不必?fù)?dān)心酸 、 堿 、鹽 、 油類(lèi) 、 藥品 、 潮濕及霉菌等的侵蝕 。 22 ? （ 5） 不易傳熱 、 保溫 性能好 ? 由于塑料比熱大 ， 熱導(dǎo)率小 ， 不易傳熱 ， 故其保溫及隔熱效果良好 。 ? （ 6） 既能制做 導(dǎo)電 部件 ， 又能制作 絕緣 產(chǎn)品 ? 塑料本身是很好的絕緣物質(zhì) ， 目前可以說(shuō)沒(méi)有哪一種電氣制品不使用塑料的 。 但如果在塑料中填充金屬粉末或碎屑加以成型 ， 也可制成導(dǎo)電良好的產(chǎn)品 。 ? （ 7） 減震 、 消音 性能優(yōu)良 ， 透光 性好 ? 塑料具有優(yōu)良的減震 、 消音性能；透明塑料 （ 如：PMMA、 PS、 PC等 ） 可制作透明的塑料制品 （ 如：鏡片 、 標(biāo)牌 、 罩板等 ） 。 23 ? （ 8） 產(chǎn)品制造成本低 ? 塑料原料本身雖然不那么便宜 ， 但如 （ 1） 項(xiàng)所述 ， 由于塑料易于加工 ， 設(shè)備費(fèi)用比較低廉 ， 所以能降低產(chǎn)品成本 。 ? 2． 塑料的 缺點(diǎn) ： ? （ 1） 耐熱性差 、 易于燃燒 ? 這是塑料最大的 缺點(diǎn) ， 與金屬和玻璃制品相比 ，其耐熱性遠(yuǎn)為低劣 ， 溫度稍高 ， 就會(huì)變形 ， 而且易于燃燒 。 燃燒時(shí)多數(shù)塑料能產(chǎn)生大量的熱 、 煙和有毒氣體；即使是熱固性樹(shù)脂 ， 超過(guò) 200攝氏度也會(huì)冒煙 ， 并產(chǎn)生剝落 。 24 ? （ 2） 隨著溫度的變化 ， 性質(zhì)也會(huì)大大改變 ? 高溫自不待言 ， 即使遇到低溫 ， 各種性質(zhì)也會(huì)大大改變 。 ? （ 3） 機(jī)械強(qiáng)度較低 ? 與同樣體積的金屬相比 ， 機(jī)械強(qiáng)度低得多 ， 特別是薄型制品 ， 這種差別尤為明顯 。 ? （ 4） 易于受特殊溶濟(jì)及藥品的腐蝕 ? 一般來(lái)說(shuō) ， 塑料比較不容易受化學(xué)藥品的腐蝕 ， 但有些塑料 （ 如： PC、 ABS、 PS等 ） 這方面的性質(zhì)特別差；在一般情況下 ， 熱固性樹(shù)脂耐腐蝕性相當(dāng)強(qiáng) 。 25 ? （ 5） 耐久性差 ， 易老化 ? 無(wú)論是強(qiáng)度 、 表面光澤或透明度 ， 都不耐久 ， 受負(fù)荷有蠕變現(xiàn)象 。 另外 ， 所有的塑料均 怕紫外線(xiàn)及太陽(yáng)光照射 ， 在光 、 氧 、 熱 、 水及大氣環(huán)境作用下會(huì)老化 。 ? （ 6） 易受損傷 、 也容易沾染灰塵及污物 ?