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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:
①在一定条件下具有塑性,即连续变形的能力;
②主体成分为树脂;
③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。
对一般技术人员来说,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——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10000以上的聚合物,就是我们常说的高分子材料。
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
①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一些缺点,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MI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g/10min来表示。
熔体指数是用以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1—20。
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。
: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,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,不可反复加工。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—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—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—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—英文简称AF,具体分为脲醛树脂(UF—花泥)和密***树脂(MF—餐具)。热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。
②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