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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。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,有的塑料分子結構中含有少量氧(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、塑料的發展過程
不同塑料的開發生產時間:
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展.
四、塑料的分類
目前,塑料已發展到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構性材料使用,其產量大、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,可以作為結構性材料,具有優異的綜合性能(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和較長的時間內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、按塑料的結晶形態分類
一般分為結晶性塑料和無定形塑料：
結晶性塑料是指在適當的條件下,分子能產生某種幾何結構的塑料(如:PE、PP、PA、POM、PET、PBT等),大多數的屬于部分結晶態。
無定形塑料是指分子形狀和分子相互排列不呈晶體結構而呈無序狀態的塑料(如:ABS、PC、PVC、PS、PMMA、EVA、AS等),非結晶性塑料在各個方向上表現的的力學特性是相同的(各向同性)
3、按其受熱時所呈現的基本行為分類
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,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,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、環氧樹脂、氨基樹脂、聚胺酯、發泡聚苯乙烯等)。
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
一般分為硬質塑料、半硬質塑料、和軟質塑料；
常見硬質塑料有:ABS、POM、PS、PMMA、PC、PET、PBT、PPO等;
半硬質塑料有:PP、PE、PA、PVC等;
軟質塑料有:軟PVC、K膠(BS)、TPE、TPR、EVA、TPU等.
6、按塑料的化學結構分類
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定尺寸的試樣浸入一定溫度(25±2)℃的蒸餾水中,經過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。
6.拉伸強度
拉伸強度是指在規定 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:落球式沖擊試驗、高速拉伸沖擊試驗。
10.摩擦系數
摩擦系數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型適用于軟質塑料,D型適用于半硬質塑料;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破壞力而有小量交變循環的環境下,使塑料破壞的強度;疲勞載荷來源有拉壓、彎曲、扭轉、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作用下,隨時間變化所表現出的特征,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受靜載荷的能力由高而降低的時間函數.例如:未經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
線膨脹系數是指溫度升高1攝氏度時,每一厘米的塑料伸長的厘米數.塑料的線膨脹系數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
導熱系數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,鏈節內部旋轉扣緊也很困難,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,大部分熔料會呈現發黃的顏色,且制品的強度會大大降低。
23.熔融指數 ★
熔融指數(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.塑料的優點
(1)易于加工、易于制造(易于成型)
(2)可根據需要隨意著色,或制成透明制品
(3)可制做輕質高強度的產品
(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,又能制作絕緣產品
(7)減震、消音性能優良,透光性好
(8)產品制造成本低
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,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的研究課題,熱流道模具的使用就是減少水口料的創舉.水口料的回收利用次數及比例,對塑料制品的顏色強度等均有不同程度的影響,生產時要嚴格控制添加水口料量。
