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入門必備：塑料的分類及物理性能，太全了！
一、什么是塑料？
塑料是一種具有可塑性的人造高分子有機化合物(樹脂)。
塑料是指以有機合成樹脂為主要成分,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。
所謂可塑性,是指像黏土那樣,加力就變形,而撤除外力之后不恢復原狀的性質(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所產(chǎn)生的可塑性,加工成各種形狀的。
二、塑料的來源
塑料是由低分子有機化合物(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化合物(聚合物)。
構(gòu)成塑料的分子,由于分子量都有在10000以上的高分子,所以說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的人造樹脂。
三、塑料的發(fā)展過程
不同塑料的開發(fā)生產(chǎn)時間:
1920-1933: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:聚對苯二甲酸乙烯共聚物(ABS)
1949:聚酰胺(Nylon)
1950:聚甲基丙烯酸甲酯(Acrylic)
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:聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)
1985:液晶塑料(LCP)
1994:改性為注塑級的PET(PETG)
1995:超彈性聚甲醛(TPOM)
1996:透明硬質(zhì)聚氯乙烯
1960后以后,塑料的應用和加工技術得到了突飛猛進的發(fā)展.
四、塑料的分類
目前,塑料已發(fā)展到300多種,最常用的塑料有十幾種。
1、按塑料的應用領域分類
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、價格相對低廉、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:機械性能、電性能、耐熱性能、耐化學性能等),可在較寬闊的溫度范圍內(nèi)和較長的時間內(nèi)能良好地保持這種性能,并能在承受機械應力和較為苛刻的化學、物理環(huán)境中長期使用。被公認的七大工程塑料為:ABS、PC、POM、PA、PET、PBT、PPO等,工程塑料的產(chǎn)量相對較少,價格較貴。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
一般分為結(jié)晶性塑料和無定形塑料：
結(jié)晶性塑料是指在適當?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)。
無定形塑料是指分子形狀和分子相互排列不呈晶體結(jié)構(gòu)而呈無序狀態(tài)的塑料(如:ABS、PC、PVC、PS、PMMA、EVA、AS等),非結(jié)晶性塑料在各個方向上表現(xiàn)的的力學特性是相同的(各向同性)
3、按其受熱時所呈現(xiàn)的基本行為分類
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:酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、聚胺酯、發(fā)泡聚苯乙烯等)。
4、按塑料的透光性分類
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、PPO等。
5、按塑料的硬度分類
一般分為硬質(zhì)塑料、半硬質(zhì)塑料、和軟質(zhì)塑料；
常見硬質(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.
6、按塑料的化學結(jié)構(gòu)分類
A、聚烯烴類(如:LDPE、MDPE、HDPE、LLDPE、UHMWPE、PP等)
B、聚苯乙烯類(如:PS、AS、BS、ABS、MBS、HIPS等)
C、聚酰胺類(如:PA6、PA66、PA610、PA1010等)
D、聚醚類(如:PC、POM、PSF、PPO等)
E、聚酯類(如:PBT、PET等)
F、丙烯酸酯類(如:PMMA)
五、塑料的物理性能
1.比重(密度) ★
塑料的比重是在一定的溫度下,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(25±2)℃的蒸餾水中,經(jīng)過24小時后所吸收的水份量;吸收水份后影響其尺寸及形狀,吸水率用重量表達時,常以％表示。
3.透氣性
透氣性是指一定厚度的塑料薄膜在一個大氣壓力下,一平方米的面積中,在24小時內(nèi)所透過氣體的體積(cm3)值,但透氣量與薄臘厚度、面積、時間、溫度、氣壓差值等有關。
4.透濕性
透濕性是指水蒸氣對塑料薄膜的透過情況,基本原理及定義與透氣性相同。
5.透明度
透過物體的光通量和射到物體上的光通量之比稱為透光度;在入射光方向上的散射光對所有透射光之比,稱霧度或混濁度.霧度通常是半透明的,并對射入光有漫透的性質(zhì)。
6.拉伸強度
拉伸強度是指在規(guī)定 的試驗溫度、濕度和拉伸速度下,沿試樣的縱軸方向施加拉伸載荷,測定試樣破壞時的最大載荷。
7.壓縮強度
壓縮強度是指在試樣上施加壓縮載荷至破裂(對脆性材料而言)或產(chǎn)生屈服的強度(對非脆性材料而言)。
8.彎曲強度
彎曲強度是指試樣在兩個支點上,施加集中載荷,使試樣變形或直至破裂時的強度。
9.沖擊強度
沖擊強度是指試樣受沖擊破斷時,單位面積上所消耗的焦耳,對于某些沖擊強度高的塑料,常在試樣中間開有規(guī)定尺寸之缺口,這樣可以降低它在破斷時所需要的焦耳。
不同的試件可用不同的試驗方法:落球式?jīng)_擊試驗、高速拉伸沖擊試驗。
10.摩擦系數(shù)
摩擦系數(shù)是指摩擦力與正壓力之比值.在試樣上加一個正壓力,測定試樣剛性運動時的動和靜比值。
11.磨耗
磨耗是指塑料在摩擦過程中,微粒從摩擦表面不斷分離,引起摩擦件尺寸不斷地改變的機械性破壞過程,也有稱為磨損或磨蝕。
12.硬度
塑料硬度是指塑料抵抗其他硬物體壓入的性能,通用的有洛氏硬度和肖氏硬度兩種.
肖氏硬度是指在規(guī)定的壓力、時間下計算壓痕器的壓針所壓入的深度。
肖氏壓痕器可分為兩類,即:A、D型.施加負荷重量為1.0、5.0公斤,壓下時間為15秒,A型適用于軟質(zhì)塑料,D型適用于半硬質(zhì)塑料;當用A型,測出超過95%量程時,應改用D型,當D型測出超過95%量程時,則需要改用洛氏壓痕。
13.疲勞強度
疲勞強度是指在一個靜態(tài)破壞力而有小量交變循環(huán)的環(huán)境下,使塑料破壞的強度;疲勞載荷來源有拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)、沖擊等。
14.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。蠕變的來源有拉伸蠕變、壓縮蠕變、彎曲蠕變等。
15.持久強度
持久強度是指塑料長時間經(jīng)受靜載荷的能力由高而降低的時間函數(shù).例如:未經(jīng)載荷前的塑料強度是1000小時,而載荷后可能只有其50%至70%之間。
16.線膨脹系數(shù)
線膨脹系數(shù)是指溫度升高1攝氏度時,每一厘米的塑料伸長的厘米數(shù).塑料的線膨脹系數(shù)一般是鋼材的十倍左右。
17.比熱
比熱是指1克塑料升高難1攝氏度時,所需要的熱量單位。
18.導熱系數(shù)
導熱系數(shù)是指某一單位面積和厚度之塑料所能通過的熱量單位.塑料的導熱系數(shù)很小,僅為鋼材的百分之一左右,所以是良好的絕熱材料。
19.耐熱性
塑料耐熱性是反映塑件溫度與變形量之間關系的特性,耐熱性對溫度有關的塑件更為重要。
20.玻璃化溫度 ★
塑料由熔融可流動溫度降低至固態(tài)時的溫度稱為玻璃化溫度,此時分子鏈段基本上不能運動,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拉伸及有普通的彈性變形,所以此時的塑料會有很大的脆性。
21.脆化溫度
當對于一定低溫下的塑料施加壓力時,在很小變形下它就會破壞,此溫度就是脆化溫度。
22.分解溫度 ★
分解溫度是指塑料在受熱時大分子鏈斷裂時的溫度,同時是鑒定塑料耐熱性的指標之一;當熔料溫度超過分解溫度時,大部分熔料會呈現(xiàn)發(fā)黃的顏色,且制品的強度會大大降低。
23.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分鐘時間內(nèi)通過測試器的小孔所流出的熔料重量,單位是以克/10分鐘表示。
七、塑料的特性
1.塑料的優(yōu)點
(1)易于加工、易于制造(易于成型)
(2)可根據(jù)需要隨意著色,或制成透明制品
(3)可制做輕質(zhì)高強度的產(chǎn)品
(4)不生銹、不易腐蝕
(5)不易傳熱、保溫性能好
(6)既能制做導電部件,又能制作絕緣產(chǎn)品
(7)減震、消音性能優(yōu)良,透光性好
(8)產(chǎn)品制造成本低
2.塑料的缺點
(1)耐熱性差、易于燃燒
(2)隨著溫度的變化,性質(zhì)也會大大改變
(3)機械強度較低
(4)易于受特殊溶劑及藥品的腐蝕
(5)耐久性差,易老化
(6)易受損傷、也容易沾染灰塵及污物
(7)尺寸穩(wěn)定性差
八、塑料的著色
著色劑的應用品種有:干粉(色粉)、色種、色母粒、液態(tài)色漿等,分為有機顏料和無機顏料兩大類。
著色劑需要具有以下良好的性能:著色力強、遮蓋力強、分散性(相容性)好、耐熱性好、耐光性好、耐遷移性好、耐溶劑性好、耐藥品性好、收縮率低等。隨著客戶對塑件顏色的要求越來越苛刻,色母粒或拉粒的應用越來越廣。
九、水口料的回收利用
一般熱塑性的水口料均可回收利用,實驗證明水口料的添加比例在25%以內(nèi),對其塑料的性能(強度)影響不明顯(10%以下。水口料的控制及回收利用是塑料工業(yè)的研究課題,熱流道模具的使用就是減少水口料的創(chuàng)舉.水口料的回收利用次數(shù)及比例,對塑料制品的顏色強度等均有不同程度的影響,生產(chǎn)時要嚴格控制添加水口料量。
