塑料的基本概念.docx

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1、塑料的基本概念（一） 塑料的定义及组成塑料是以树脂为主要成分，加入各种能够改善其加工或使用性能的添加剂（助剂），在一定温度、压力和溶剂作用下，能够塑制成设计要求的形状，并可在常温、常压下保持此形状的一类材料。共同的特点是：在一定条件下具有塑性，即连续变形的能力；主体成分为树脂；常温、常压下为具有一定强度和固定形状的塑性和刚性材料。对般技术人员来说，想要有效地使用塑料，或在塑料制品生产时能充分利用其基本特性，并不一定需要深知道结构，只要对其内部结构有一般的了解，知道不同种类不同牌号塑料之间的性能差别，就可以合理地应用塑料。通常认为聚合物和塑料含义相同，实际上它们之间是有区别的。聚合物是聚合过程所

2、产生的纯材料，很少单独使用，只在参入添加剂后才在工业中应用。有添加剂的材料称为塑料。树脂一一是塑料的主要成分，为纯聚合物，由小分子单体聚合而成，它决定着塑料的主要功能。按其来源可分为天然树脂和合成树脂。来至大自然的树脂叫做天然树脂，它包括沥青、蛋白质、虫胶、松香等等。合成的大分子、或称长链分子,是由千百个被称为“单体”的分子单元结合在一起而形成的。将单体结合在一起的过程称为“聚合”。大分子中单体的数量称为“聚合度”。“降解”就是聚合度下降,也就是大分子中单体分子数量减少,或组成物质的分子质量下降。合成树脂种类繁多，可上千种。组成物质的分子质量在100OO以上的聚合物，就是我们常说的高分子材料。

3、高分子材料包括：塑料、橡胶、纤维等三大类。决大多数塑料中都加入各种不同的添加剂（助剂），以改善其性能（加工和使用性能）。添加剂又称助剂，常用的有：增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂、填料及发泡剂等等。不加助剂的塑料称为单组分塑料（如PTFE）,可以说是纯聚合物，否则叫做多组分塑料（二） 塑料的分类根据热行为不同（按加热性质分类）：可分为热塑性材料；热固性材料。1.热塑性塑料：在热塑性塑料中，各长分子链之间是靠较弱的范德瓦尔力维持在一起的。受热时，分子之间的作用力进一步变弱，使材料软化并具有柔性。温度继续升高时，则变为粘性熔体，而在冷却时，长分子链段又重排成原状，熔体会重新凝固。这

4、种加热软化、冷却凝固的循环是可逆的，可以重复多次。这种性质是热塑性塑料的特点，很多工艺方法就是建立在这种性质的基础上的。然而，热塑性塑料也存在着些缺点，其中主要是对温度过于敏感。常见的品种有：PE、PP、PA、POM、SP、PTFE等等（以上为结晶树脂），PVC、PS、PC、PMMA、ABS、PSU.PPo等（以上为无定型树脂，又称非结晶型塑料）。这里引入熔体指数的概念：熔体指数（也有称熔融指数、熔体流动速率）用Ml表示，通常作为热塑性塑料质量控制和成型工艺条件设定参数的依据。它是在规定温度和恒定载荷下，塑料熔体在一定时间（参照时间）通过标准毛细管的质量数，用g10min来表示。熔体指数是用以

5、区别各种热塑性材料在熔融状态时的流动性。对于同一树脂，可以用熔体指数来比较其相对分子质量的大小，作为生产的质量控制指标，一般说熔体指数与相对分子量成反比关系，即该树脂的熔体指数愈大，相对分子量愈小，它的流动性也愈好，成型加工较容易，收缩率小，而力学性能相对偏低。注射用塑料材料的熔体指数多数选择为120。合成树脂高分子结构为线型的，属于热塑性材料，它在热作用下加工成型时的变化，是一种物理现象，它成型容易。2.热固性材料：热固性塑料是通过化学反应生成的，反应过程可分为两个阶段：第一阶段和热塑性材料类似，即生成长链分子，但这种长链分子能进一步起化学反应：第二阶段是在模具中的温度和压力下进行的；反应后

6、，材料内部形成密集的网状组织，各长链分子相互形成强有力的键合，使材料冷却后再次加热时不能软化。固化后的热固性塑料，遇热不再熔融,也不溶于有机溶剂。它的热成型加工过程是一种化学变化，只能是一次性加工，不可反复加Xo若温度过高，则材料碳化并分解。这种性质与鸡蛋煮熟后变硬，再加热也不会软化相类似。通用的热固性材料有：酚醛树脂一俗称电木或是贝克莱特、英文简称PF,具体分压缩粉、层压液和泡沫塑料。环氧树脂一英文简称EP,具体分为层压、玻璃钢、浇铸和泡沫塑料四类。不饱和树脂一英文简称UP,主要用于玻璃钢和仿大理石和陶瓷制品。氨基树脂一英文简称AF,具体分为腺醛树脂（UF一花泥）和密胺树脂（UF一餐具）。热

7、固性材料有耐热性高，尺寸稳定，价廉等优点，但成型复杂，成型效率低。按用途分类：分为通用塑料；工程塑料和特种塑料。1. 通用塑料，生产一般性的产品，用量大，用途广泛,常见的有：聚乙烯一软胶、英文简称PE,具体品种：LDPE、HDPEMDPE.LLDPE、UHMwPE、mPE、EVA、CPE、PIE等等。聚丙烯一百折胶、英文简称PP,具体品种均聚的有PP、Mpp,共聚的有PPC、（PPR无规、PPB嵌段）。聚氯乙烯一英文简称PVC,具体品种有悬浮PVC、乳浮PVC、HPVC、CPVCo丙烯瞪-丁二烯-苯乙烯共聚物一英文简称ABS。其他有AS（丙烯月青-苯乙烯）、BS（丁二烯-苯乙烯、K料）、ASA

8、（丙烯酸-苯乙烯-丙烯月青）。纤维素塑料一硝酸纤维素（CN）.又叫赛璐珞，主要用作眼镜架子，制图仪器，乒乓球，是以天然树脂为主体的塑料。醋酸纤维素（CA）o有机硅（橡胶）一SI醇酸树脂一AK邻苯二甲酸二烯丙树脂一DAP2. 工程塑料：主要用在工程上，这类塑料有：聚碳酸酯一防弹玻璃、简称PC。聚酰胺一尼龙或锦纶、简称PA,具体品种PA6、PA66、PAlOlO（中国开发）、PA610.PA46、PA6T、PA9、PA12等。聚甲醛一赛钢、简称POM,具体品种分均聚和共聚两种。聚苯酸一简称PPo（日本称为PPE）,具体改性PPO（UPP0、PP0PS）O聚对苯二甲酸丁二醇酯一简称PBTo聚对苯二甲

9、酸乙二醇酯一简称PET（又叫聚酯、涤纶、的确良）。聚甲基丙烯酸甲酯一有机玻璃，英文简称PMMA,又叫亚克力、亚加力，透明性好，与PS、PC号称三大透明塑料。聚氨脂一PU,主要用作泡沫塑料（人造海棉）、浇铸塑料（跑道）、弹性体（鞋料、表带）。3. 特殊用途塑料聚酰亚胺一PI、耐热达360C。聚苯硫酸一PPS、耐热达260。聚飒一PSF（PUF）耐热达260。聚芳酯一PAR、耐热达175C。聚芳酸酮一PEEK、耐热达260。液晶聚合物一LCP、耐热达340C。聚苯飒PPSUs耐热达300氟塑料一聚四氟乙烯（F4、PTFE）、属单组分塑料，就是未加助剂的塑料，也就是纯树脂，聚四氟乙烯-乙烯共聚物（F

10、40、ETFE）s聚氟乙烯（PVA）聚三氟氯乙烯（F3、PCTFE）、聚全氟乙丙烯（F46、FEP）、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基酸共聚物（PFA）、聚偏氟乙烯（F2、PVDF）o氯化聚酸一耐腐蚀性仅次于氟塑料。阴隔一EVOH、PVDCxPEN、PA-MXD6。导电一聚苯胺、聚乙块、聚睡吩、聚吐咯等。降解塑料一聚乳酸等。4. 热塑性弹性体（TPE或TPR）热塑性弹性体材料的定义为兼有塑料和橡胶特性的材料，在常温下显示橡胶的高弹性，而在高温下加工成型方面又具备塑料的易成型性（人们通常把这种材料叫做橡塑）。它是继天然橡胶、合成橡胶之后的第三代橡胶。苯乙烯类（TPS）SBS.SEBS、SIS、SEPS聚

11、烯燃类（TPO）-TPV（EPDWPP）、POE聚氨脂类（TPU）TPU聚氯乙烯类（TPVC）-TPVC聚酰胺类（TPA）-TPA聚酯类（TPET）-TPETo常用注塑材料的物理性质塑料在不同温度下，以一定状态成在于空间。分别是玻璃态（硬脆状态）、高弹态（橡胶弹性态）及粘流态（熔融状态）等三种状态。注塑成型时，需要一系列的加工步骤，主要有：将固态聚合物加热成熔体；在压力作用下使熔体注入型腔；冷却定型；顶出制品。可以看出，在注射过程中，聚合物的物理状态和外部条件（如温度、压力和时间等）都在不断变化。因此，注塑过程的工艺性与材料的密度、比热容、导热系数、玻璃化温度、熔化与分解温度以及力学和流变性能

12、等都密切相关。一、 比热容比热容的定义为单位重量材料温度升高IC时所需要的热量。其单位是kjkg*C塑料的比热容随温度而变化。结晶型聚合物，如聚乙烯和聚酰胺等，比热容不仅比非晶聚合物（如聚苯乙烯）要高，而且随温度变化时具有峰值。这是因为结晶型聚合物熔化时不仅升温需要热量，而且还需要补充以熔化潜热（指不改变物质温度而引起物质相变的热量，称为潜热。与潜热对应的为显热，它指只升高物质温度而不改变相变的热量。相变指气、液、固、结晶体等变化。如物质从液体变成气体，则称为气化潜热；如物质从结晶固体变成非结晶的熔体，则称为熔化潜热）所需要的热量。不同塑料升温至加工温度所需要的热量差别很大,表IT给出了一些常

13、用聚合物的比热容和其他热物理性能。表1-1热塑,生塑料常温下的热物理性质塑料比热容Cp密度P导热系数热扩散系数(kjkg*)(kgm3)(wm*1C)*108(m2s)PS1.34010500.1269ABS1.59111000.20913PMMA1.46511800.18911UPVC1.84214000.20915PC1.25612000.19413PSU(F)1.25612400.26017LDPE2.0939200.33516IIDPE2.3039500.48222PA661.67511400.24713PP1.9269000.1388POM1.46514100.23011二、 热扩散

14、系数塑料的升温与冷却速率与热扩散系数有关。热扩散系数由下式表示=/Cp*P式中，CP为定压比热容（kjkg*C）;P为密度（kg11;人表示导热系数（wm*C）.由式中可看出，导热系数高、而定压比热容CP低的材料，热扩散系数a大。温度对塑料的热扩散系数有很大的影响。结晶型塑料的热扩散系数对温度的依赖关系比非晶型塑料更为密切。三、 密度与比容聚合物的密度与温度有强烈的依赖关系。温度升高时，聚合物的密度减小。结晶型聚合物的密度般较非结晶型聚合物密度大。注塑过程中，温度在不断发生变化，故聚合物的密度也在不断变化。这种变化对注塑制品的质量有重要影响。比容定义为单位重量物质所占据的体积，它与密度互成倒数

15、，即P=1V比容V反映了塑料在注塑过程中，在温度和压力的作用下，制品的膨胀与收缩所引起的尺寸变化，是一个很重要的参数。四、玻璃化温度聚合物的玻璃化温度兀是指线型非结晶聚合物由玻璃态（硬脆状态）向高弹态（橡胶弹性态）、或由后者向前者转变的温度。当温度低于玻璃化温度时，大分子链段凝固成坚硬的固态。当温度高于玻璃化温度时，大分子链段就拥有了足够的自由活动能量，但此时还不是整个大分子链段在运动，故表现出来的还是高弹性橡胶的性质，此时，聚合物中的自由容积会突然增加。聚合物中的自由容积可表示为V1-=V-Vo（T）式中，Vf为聚合物中的自由容积；V为聚合物所占据的全部容积；V。（T）为聚合物中大分子链本身占据的容积。玻璃化温度Tg主要与聚合物中大分子链的柔性有关。另外，大分子的交联、结晶、取向等都会使Tg升高。各种聚合物的Tg值可查阅有关手册。五、熔化温度熔化温度兀指的是结晶型聚合物中大分子链从有序状态转变为无序的粘流状态的需要的温度。在非结晶聚合物中