塑料的基本概念[技術(shù)類別]

1、塑料的基本概念（一）塑料的定義及組成塑料是以樹脂為主要成分，加入各種能夠改善其加工或使用性能的添加劑（助劑），在一定溫度、壓力和溶劑作用下，能夠塑制成設(shè)計(jì)要求的形狀，并可在常溫、常壓下保持此形狀的一類材料。共同的特點(diǎn)是：在一定條件下具有塑性，即連續(xù)變形的能力；主體成分為樹脂；常溫、常壓下為具有一定強(qiáng)度和固定形狀的塑性和剛性材料。對(duì)一般技術(shù)人員來說，想要有效地使用塑料，或在塑料制品生產(chǎn)時(shí)能充分利用其基本特性，并不一定需要深知道結(jié)構(gòu)，只要對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一般的了解，知道不同種類不同牌號(hào)塑料之間的性能差別，就可以合理地應(yīng)用塑料。通常認(rèn)為聚合物和塑料含義相同，實(shí)際上它們之間是有區(qū)別的。聚合物是聚合過程所

2、產(chǎn)生的純材料，很少單獨(dú)使用，只在參入添加劑后才在工業(yè)中應(yīng)用。有添加劑的材料稱為塑料。樹脂是塑料的主要成分，為純聚合物，由小分子單體聚合而成，它決定著塑料的主要功能。按其來源可分為天然樹脂和合成樹脂。來至大自然的樹脂叫做天然樹脂，它包括瀝青、蛋白質(zhì)、蟲膠、松香等等。合成的大分子、或稱長鏈分子，是由千百個(gè)被稱為“單體”的分子單元結(jié)合在一起而形成的。將單體結(jié)合在一起的過程稱為“聚合”。大分子中單體的數(shù)量稱為“聚合度”。“降解”就是聚合度下降，也就是大分子中單體分子數(shù)量減少，或組成物質(zhì)的分子質(zhì)量下降。合成樹脂種類繁多，可上千種。組成物質(zhì)的分子質(zhì)量在10000以上的聚合物，就是我們常說的高分子材料。高分

3、子材料包括：塑料、橡膠、纖維等三大類。決大多數(shù)塑料中都加入各種不同的添加劑（助劑），以改善其性能（加工和使用性能）。添加劑又稱助劑，常用的有：增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、阻燃劑、抗靜電劑、填料及發(fā)泡劑等等。不加助劑的塑料稱為單組分塑料（如PTFE），可以說是純聚合物，否則叫做多組分塑料。（二）塑料的分類根據(jù)熱行為不同（按加熱性質(zhì)分類）：可分為熱塑性材料；熱固性材料。1. 熱塑性塑料：在熱塑性塑料中，各長分子鏈之間是靠較弱的范德瓦爾力維持在一起的。受熱時(shí)，分子之間的作用力進(jìn)一步變?nèi)?，使材料軟化并具有柔性。溫度繼續(xù)升高時(shí)，則變?yōu)檎承匀垠w，而在冷卻時(shí)，長分子鏈段又重排成原狀，熔體會(huì)重新凝固。這種

4、加熱軟化、冷卻凝固的循環(huán)是可逆的，可以重復(fù)多次。這種性質(zhì)是熱塑性塑料的特點(diǎn)，很多工藝方法就是建立在這種性質(zhì)的基礎(chǔ)上的。然而，熱塑性塑料也存在著一些缺點(diǎn)，其中主要是對(duì)溫度過于敏感。常見的品種有：PE、PP、PA、POM、SP、PTFE等等（以上為結(jié)晶樹脂），PVC、PS、PC、PMMA、ABS、PSU、PPO等（以上為無定型樹脂，又稱非結(jié)晶型塑料）。這里引入熔體指數(shù)的概念：熔體指數(shù)（也有稱熔融指數(shù)、熔體流動(dòng)速率）用MI表示，通常作為熱塑性塑料質(zhì)量控制 和成型工藝條件設(shè)定參數(shù)的依據(jù)。它是在規(guī)定溫度和恒定載荷下，塑料熔體在一定時(shí)間(參照時(shí)間)通過標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管的質(zhì)量數(shù)，用g/10min來表示。熔體指數(shù)是

5、用以區(qū)別各種熱塑性材料在熔融狀態(tài)時(shí)的流動(dòng)性。對(duì)于同一樹脂，可以用熔體指數(shù)來比較其相對(duì)分子質(zhì)量的大小，作為生產(chǎn)的質(zhì)量控制指標(biāo)，一般說熔體指數(shù)與相對(duì)分子量成反比關(guān)系，即該樹脂的熔體指數(shù)愈大，相對(duì)分子量愈小，它的流動(dòng)性也愈好，成型加工較容易，收縮率小，而力學(xué)性能相對(duì)偏低。注射用塑料材料的熔體指數(shù)多數(shù)選擇為120。合成樹脂高分子結(jié)構(gòu)為線型的，屬于熱塑性材料，它在熱作用下加工成型時(shí)的變化，是一種物理現(xiàn)象，它成型容易。2熱固性材料：熱固性塑料是通過化學(xué)反應(yīng)生成的，反應(yīng)過程可分為兩個(gè)階段：第一階段和熱塑性材料類似，即生成長鏈分子，但這種長鏈分子能進(jìn)一步起化學(xué)反應(yīng)；第二階段是在模具中的溫度和壓力下進(jìn)行的；反應(yīng)

6、后，材料內(nèi)部形成密集的網(wǎng)狀組織，各長鏈分子相互形成強(qiáng)有力的鍵合，使材料冷卻后再次加熱時(shí)不能軟化。固化后的熱固性塑料，遇熱不再熔融，也不溶于有機(jī)溶劑。它的熱成型加工過程是一種化學(xué)變化，只能是一次性加工，不可反復(fù)加工。若溫度過高，則材料碳化并分解。這種性質(zhì)與雞蛋煮熟后變硬，再加熱也不會(huì)軟化相類似。通用的熱固性材料有：酚醛樹脂俗稱電木或是貝克萊特、英文簡稱PF，具體分壓縮粉、層壓液和泡沫塑料。環(huán)氧樹脂英文簡稱EP，具體分為層壓、玻璃鋼、澆鑄和泡沫塑料四類。不飽和樹脂英文簡稱UP，主要用于玻璃鋼和仿大理石和陶瓷制品。氨基樹脂英文簡稱AF，具體分為脲醛樹脂（UF花泥）和密胺樹脂（MF餐具）。熱固性材料有

7、耐熱性高，尺寸穩(wěn)定，價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，但成型復(fù)雜，成型效率低。按用途分類：分為通用塑料；工程塑料和特種塑料。1通用塑料，生產(chǎn)一般性的產(chǎn)品，用量大，用途廣泛。常見的有：聚乙烯軟膠、英文簡稱PE，具體品種：LDPE、HDPE、MDPE、LLDPE、UHMWPE、mPE、EVA、CPE、PIE等等。聚丙烯百折膠、英文簡稱PP，具體品種均聚的有PP、Mpp、共聚的有PPC、（PPR無規(guī)、PPB嵌段）。聚氯乙烯英文簡稱PVC，具體品種有懸浮PVC、乳浮PVC、HPVC、CPVC。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物英文簡稱ABS。其他有AS（丙烯腈-苯乙烯）、BS（丁二烯-苯乙烯、K料）、ASA（丙烯酸-苯乙烯-丙烯

8、腈）。纖維素塑料硝酸纖維素（CN）、又叫賽璐珞，主要用作眼鏡架子，制圖儀器，乒乓球，是以天然樹脂為主體的塑料。醋酸纖維素（CA）。有機(jī)硅（橡膠）SI醇酸樹脂AK鄰苯二甲酸二烯丙樹脂DAP2工程塑料：主要用在工程上，這類塑料有：聚碳酸酯防彈玻璃、簡稱PC。聚酰胺尼龍或錦綸、簡稱PA，具體品種PA6、PA66、PA1010（中國開發(fā)）、PA610、PA46、PA6T、PA9、PA12等。聚甲醛賽鋼、簡稱POM，具體品種分均聚和共聚兩種。聚苯醚簡稱PPO（日本稱為PPE），具體改性PPO（MPPO、PPO/PS）。聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯簡稱PBT。聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯簡稱PET（又叫聚酯、滌綸、的確良

9、）。聚甲基丙烯酸甲酯有機(jī)玻璃，英文簡稱PMMA，又叫亞克力、亞加力，透明性好，與PS、PC號(hào)稱三大透明塑料。聚氨脂PU，主要用作泡沫塑料（人造海棉）、澆鑄塑料（跑道）、彈性體（鞋料、表帶）。3特殊用途塑料聚酰亞胺PI、耐熱達(dá)360。聚苯硫醚PPS、耐熱達(dá)260。聚砜PSF（PUF）、耐熱達(dá)260。聚芳酯PAR、耐熱達(dá)175。聚芳醚酮PEEK、耐熱達(dá)260。液晶聚合物L(fēng)CP、耐熱達(dá)340。聚苯砜PPSU、耐熱達(dá)300氟塑料聚四氟乙烯（F4、PTFE）、屬單組分塑料，就是未加助劑的塑料，也就是純樹脂，聚四氟乙烯-乙烯共聚物（F40、ETFE）、聚氟乙烯（PVA）、聚三氟氯乙烯（F3、PCTFE）、

10、聚全氟乙丙烯（F46、FEP）、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）、聚偏氟乙烯（F2、PVDF）。氯化聚醚耐腐蝕性僅次于氟塑料。陰隔EVOH、PVDC、PEN、PA-MXD6。導(dǎo)電聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯等。降解塑料聚乳酸等。4熱塑性彈性體（TPE或TPR）熱塑性彈性體材料的定義為兼有塑料和橡膠特性的材料，在常溫下顯示橡膠的高彈性，而在高溫下加工成型方面又具備塑料的易成型性（人們通常把這種材料叫做橡塑）。它是繼天然橡膠、合成橡膠之后的第三代橡膠。苯乙烯類（TPS）SBS、SEBS、SIS、SEPS聚烯烴類（TPO）TPV（EPDM/PP）、POE聚氨脂類（TPU）TPU聚氯乙烯類

11、（TPVC）TPVC聚酰胺類（TPA）TPA聚酯類（TPET）TPET。常用注塑材料的物理性質(zhì)塑料在不同溫度下，以一定狀態(tài)成在于空間。分別是玻璃態(tài)（硬脆狀態(tài)）、高彈態(tài)（橡膠彈性態(tài)）及粘流態(tài)（熔融狀態(tài)）等三種狀態(tài)。注塑成型時(shí)，需要一系列的加工步驟，主要有：將固態(tài)聚合物加熱成熔體；在壓力作用下使熔體注入型腔；冷卻定型；頂出制品。可以看出，在注射過程中，聚合物的物理狀態(tài)和外部條件（如溫度、壓力和時(shí)間等）都在不斷變化。因此，注塑過程的工藝性與材料的密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)、玻璃化溫度、熔化與分解溫度以及力學(xué)和流變性能等都密切相關(guān)。一、比熱容比熱容的定義為單位重量材料溫度升高1時(shí)所需要的熱量。其單位是kj

12、/kg*。塑料的比熱容隨溫度而變化。結(jié)晶型聚合物，如聚乙烯和聚酰胺等，比熱容不僅比非晶聚合物（如聚苯乙烯）要高，而且隨溫度變化時(shí)具有峰值。這是因?yàn)榻Y(jié)晶型聚合物熔化時(shí)不僅升溫需要熱量，而且還需要補(bǔ)充以熔化潛熱（指不改變物質(zhì)溫度而引起物質(zhì)相變的熱量，稱為潛熱。與潛熱對(duì)應(yīng)的為顯熱，它指只升高物質(zhì)溫度而不改變相變的熱量。相變指氣、液、固、結(jié)晶體等變化。如物質(zhì)從液體變成氣體，則稱為氣化潛熱；如物質(zhì)從結(jié)晶固體變成非結(jié)晶的熔體，則稱為熔化潛熱）所需要的熱量。不同塑料升溫至加工溫度所需要的熱量差別很大，表1-1給出了一些常用聚合物的比熱容和其他熱物理性能。表1-1 熱塑性塑料常溫下的熱物理性質(zhì)塑 料比熱容Cp

13、(kj/kg*)密度(kg/m3)導(dǎo)熱系數(shù)（w/m*）熱擴(kuò)散系數(shù)*108(m2/s)PSABSPMMAUPVCPCPSU(F)LDPEHDPEPA66PPPOM1.3401.5911.4651.8421.2561.2562.0932.3031.6751.9261.465 10501100 1180 1400 1200 1240 920 950 1140 900 1410 0.126 0.209 0.189 0.209 0.194 0.260 0.335 0.482 0.247 0.138 0.23091311151317162213811二、熱擴(kuò)散系數(shù)塑料的升溫與冷卻速率與熱擴(kuò)散系數(shù)有關(guān)。熱擴(kuò)

14、散系數(shù)由下式表示=/Cp*式中，Cp為定壓比熱容(kj/kg*)；為密度(kg/m3)；表示導(dǎo)熱系數(shù)（w/m*）。由式中可看出，導(dǎo)熱系數(shù)高、而定壓比熱容Cp低的材料，熱擴(kuò)散系數(shù)大。溫度對(duì)塑料的熱擴(kuò)散系數(shù)有很大的影響。結(jié)晶型塑料的熱擴(kuò)散系數(shù)對(duì)溫度的依賴關(guān)系比非晶型塑料更為密切。三、密度與比容聚合物的密度與溫度有強(qiáng)烈的依賴關(guān)系。溫度升高時(shí)，聚合物的密度減小。結(jié)晶型聚合物的密度一般較非結(jié)晶型聚合物密度大。注塑過程中，溫度在不斷發(fā)生變化，故聚合物的密度也在不斷變化。這種變化對(duì)注塑制品的質(zhì)量有重要影響。比容定義為單位重量物質(zhì)所占據(jù)的體積，它與密度互成倒數(shù)，即 =1/V比容V反映了塑料在注塑過程中，在溫度

15、和壓力的作用下，制品的膨脹與收縮所引起的尺寸變化，是一個(gè)很重要的參數(shù)。四、玻璃化溫度聚合物的玻璃化溫度Tg是指線型非結(jié)晶聚合物由玻璃態(tài)（硬脆狀態(tài)）向高彈態(tài)（橡膠彈性態(tài)）、或由后者向前者轉(zhuǎn)變的溫度。當(dāng)溫度低于玻璃化溫度時(shí)，大分子鏈段凝固成堅(jiān)硬的固態(tài)。當(dāng)溫度高于玻璃化溫度時(shí)，大分子鏈段就擁有了足夠的自由活動(dòng)能量，但此時(shí)還不是整個(gè)大分子鏈段在運(yùn)動(dòng)，故表現(xiàn)出來的還是高彈性橡膠的性質(zhì)，此時(shí)，聚合物中的自由容積會(huì)突然增加。聚合物中的自由容積可表示為Vf=VVo(T)式中，Vf為聚合物中的自由容積；V為聚合物所占據(jù)的全部容積；Vo(T)為聚合物中大分子鏈本身占據(jù)的容積。玻璃化溫度Tg主要與聚合物中大分子鏈的

16、柔性有關(guān)。另外，大分子的交聯(lián)、結(jié)晶、取向等都會(huì)使Tg升高。各種聚合物的Tg值可查閱有關(guān)手冊(cè)。五、熔化溫度熔化溫度Tm指的是結(jié)晶型聚合物中大分子鏈從有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的粘流狀態(tài)的需要的溫度。在非結(jié)晶聚合物中，材料從玻璃化溫度Tg開始即進(jìn)行軟化成高彈態(tài)，但從高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)時(shí)卻沒有明顯的熔點(diǎn)，而是一個(gè)溫度范圍，這個(gè)范圍所需要的溫度叫粘流溫度。六、聚合物的熱降解、分解溫度和熱穩(wěn)定性塑料因加工溫度偏高，或在加工溫度下停留時(shí)間過長，從而使平均分子量降低的現(xiàn)象稱為熱降解。如出現(xiàn)這種情況，則熔體的粘度降低，制品出現(xiàn)飛邊、氣泡和銀絲，機(jī)械性質(zhì)變差，如彈性消失、強(qiáng)度降低等。分解溫度是指聚合物因受熱而迅速分解為

17、低分子可燃物質(zhì)的溫度。在氧氣充分的條件下，聚合物的分解是放熱反應(yīng)，會(huì)使溫度進(jìn)一步提高，達(dá)到燃點(diǎn)時(shí)就會(huì)燃燒。所謂熱穩(wěn)定性，是指聚合物在高溫條件下抗化學(xué)反應(yīng)的能力。熱穩(wěn)定性不僅與加工溫度有關(guān)，而且與在加熱溫度下停留的時(shí)間有關(guān)。加熱溫度愈高，為使聚合物不起化學(xué)反應(yīng)，則停留的時(shí)間應(yīng)愈短。當(dāng)溫度達(dá)到分解溫度時(shí)，聚合物中不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)中的分子最先分解，溫度繼續(xù)升高或延長加熱時(shí)間其余分子才發(fā)生斷裂，使整個(gè)聚合物熱降解。故降解溫度稱為熱穩(wěn)定溫度，其值略高于分解溫度。顯然，分解溫度是注塑溫度的上限。聚合物從粘流態(tài)轉(zhuǎn)變溫度至分解溫度之間、范圍的大小對(duì)注塑成型非常重要，它決定了注塑的難易程度和注塑溫度可選擇的范圍。此

18、溫度區(qū)間愈小、溫度愈高，則注塑愈困難。為了提高聚合物的熱穩(wěn)定性，常在塑料中加入熱穩(wěn)定劑，以使加工溫度區(qū)間變寬，允許停留的時(shí)間加長。當(dāng)塑料受到拉伸作用時(shí)，其長鏈分子傾向于沿應(yīng)力方向排列成直線，這種現(xiàn)象稱為“取向”。塑料的力學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)為了獲得高質(zhì)量塑料制品，就需要充分了解塑料的兩個(gè)方面的性質(zhì)。一方面是為產(chǎn)品設(shè)計(jì)所需要的固態(tài)塑料的性質(zhì)，另一方面是為制造工藝所需要的塑料熔體的性質(zhì)。人們通常將材料分為兩大類，即彈性固體和粘性液體。黑色金屬、有色金屬、混凝土和木材等屬于彈性固體，水、空氣、油等屬于粘性液體。這兩大類材料稱為傳統(tǒng)材料，它們的力學(xué)性質(zhì)都被詳細(xì)地研究過。但是，無論是固態(tài)塑料還是熔體塑料，當(dāng)受到外

19、力作用時(shí)，都同時(shí)具有彈性固體和粘性液體的雙重性質(zhì)。具有這種特性的材料稱為粘彈性材料，塑料只是這類材料中的一種。為了建立粘彈性概念，現(xiàn)對(duì)固態(tài)塑料和熔融塑料受到任意載荷時(shí)的力學(xué)特性給以簡要介紹。一、固態(tài)塑料的力學(xué)特性首先考慮固態(tài)塑料的蠕變特性。設(shè)在均勻截面的塑料圓棒上施加以簡單的軸向載荷，其軸向應(yīng)力為均勻分布，此應(yīng)力沿圓棒長度方向?qū)⒁鹁鶆虻膽?yīng)變。對(duì)彈性固體材料來說，只要外載荷不變，圓棒的應(yīng)變或總伸長將保持為常數(shù)，也就是說，將不隨時(shí)間而變化。但圓棒材料若為塑料時(shí)，開始因受載荷而變形的情況與彈性固體材料類似，即產(chǎn)生瞬時(shí)應(yīng)變，但在此之后，即使在載荷不變的情況下，隨著時(shí)間的增加，圓棒將以很慢的速率繼續(xù)變

20、形，直至破壞為止，這種現(xiàn)象稱為蠕變。蠕變斷裂的時(shí)間取決于溫度，斷裂曲線的形狀則取決于組成塑料的基本聚合物的種類、交聯(lián)度、分子量分布、添加劑種類，以及結(jié)晶度等因素。因此，必須對(duì)不同的塑料進(jìn)行研究，分別表明其蠕變特性。固態(tài)塑料的第二個(gè)力學(xué)特性是應(yīng)力松弛?，F(xiàn)將一個(gè)短圓柱放置于兩個(gè)距離保持不變的平行平板之間，并使其受到壓縮應(yīng)力。若短圓柱為彈性固體，則圓柱內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變都為常數(shù)，并且不隨時(shí)間而變化。然而，若短圓柱的材料為固態(tài)塑料，則在其他條件相同的情況下，應(yīng)力水平將隨時(shí)間的增加而降低，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。固態(tài)塑料的第三個(gè)力學(xué)特性是應(yīng)變速率保持為常數(shù)時(shí)的拉伸特性。當(dāng)彈性固體試件進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)時(shí)，所得到

21、的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是一條直線，直線的斜率為彈性模量，兩者皆與應(yīng)變速率，即試驗(yàn)機(jī)的拉伸速度無關(guān)。然而，當(dāng)塑料試件在相同的條件下進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，則與彈性固體有明顯的不同，即應(yīng)變速率愈高，試驗(yàn)曲線的初始斜率愈陡峭，斷裂應(yīng)力亦愈高。因此，彈性固體中使用的彈性模量、剪切模量及泊松比等與應(yīng)變速率無關(guān)的力學(xué)概念就不適用于固態(tài)塑料。傳統(tǒng)的彈性固體材料與粘彈性材料力學(xué)性質(zhì)上的這此差別已經(jīng)知道了多年，但僅在近30年才嘗試積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)和確定設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以便在工程設(shè)計(jì)中計(jì)算受任意載荷的塑料制品的力學(xué)性能。也只是在近20年，國外塑料供應(yīng)廠商才開始提供粘彈性材料的力學(xué)特性數(shù)據(jù)。二、熔體塑料的力學(xué)特性塑料熔體的第一個(gè)力學(xué)特性是“剪

22、切變稀”現(xiàn)象。傳統(tǒng)粘性流體又稱牛頓流體，定義為剪切應(yīng)力與剪應(yīng)變率成正比關(guān)系的流體，比例系數(shù)為常數(shù)，稱為流體的粘性系數(shù)。塑料熔體則不同，在一定的剪應(yīng)變率范圍內(nèi)，其粘性系數(shù)并非常數(shù)，而是隨剪應(yīng)變率的增加而降低，這種現(xiàn)象稱為剪切變稀。剪切變稀是聚合物熔體的特點(diǎn)，變稀程度隨聚合物的種類而變化。因?yàn)榫酆衔锏恼扯忍匦栽谧⑺艹尚凸に囍惺且粋€(gè)非常重要的因素。塑料熔體的第二個(gè)力學(xué)特性是“射流膨脹”，牛頓流體從圓管中流出時(shí)，射流直徑保持不變。然而，當(dāng)一束塑料熔體自圓管中流出時(shí)，卻出現(xiàn)射流直徑隨至噴口距離增加而變大的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為射流膨脹，在聚合物纖維制造時(shí)值得重視。塑料的基本性能（一）質(zhì)輕比強(qiáng)度高一般塑料的密

23、度在0.9-2.3g/cm之間，只是鋼鐵的1/81/4之間，鋁的1/2，泡沫塑料則更輕，密度在0.01-0.5g/cm之間。材料的強(qiáng)度與密度之比，叫做比強(qiáng)度。有些塑料的比強(qiáng)度接近鋼材，甚至超過鋼材。（二）耐化學(xué)化學(xué)腐蝕性好；（三）絕緣性優(yōu)異；（四）減磨、耐磨性好；（五）透光及防護(hù)性能好；（六）易成型加工；（七）絕熱、絕音、隔熱及減振。不足之處是，耐熱性能差；在大氣中氧、臭氧、熱、光的影響及機(jī)械作用會(huì)逐漸老化。改性塑料的更概塑料改性是指在樹脂中加入各種添加劑（助劑）或用其他方法，賦予樹脂原來不具有的性能。按改性效果不同，可將塑料的改性分為加工改性和功能改性。加工改性是在樹脂中加入加工助劑，以改善

24、其加工性能的一類改性。主要的加工改性包括：熱穩(wěn)定性、流動(dòng)性、熔體粘度、熔體特性、脫模性、開口性等。所涉及的添加劑品種有：熱穩(wěn)定劑、抗熱氧劑、增塑劑、潤滑劑、脫模劑、開口劑、爽滑劑、增粘劑、降粘劑、抗銅劑等。功能改性指在樹脂中加入功能性添加劑，以提高其原有性能的一類改性。主要的功能改性包括：力學(xué)性能如強(qiáng)度、韌性、剛性、耐磨性、磨擦性等，熱學(xué)性能如耐熱溫度、燃燒性、熱膨脹系數(shù)等，壽命性能如抗老化性、降解性等，電磁性能如絕緣性、抗靜電性、導(dǎo)電性、磁性等，其他如尺寸穩(wěn)定性、透明性、阻隔性、著色性。具體涉及的添加劑有：抗老化劑（抗氧劑、光穩(wěn)定劑、防蟻劑、防鼠劑、防霉劑），降解劑（生物降解劑如淀粉、光降解

25、劑），阻燃劑（有鹵阻燃劑、環(huán)保無鹵阻燃劑）、消煙劑、防滴落劑、防霧劑、光轉(zhuǎn)換劑、抗靜電劑、導(dǎo)電劑、磁粉，填充劑（碳酸鈣、滑石粉、云母、硅灰石、高嶺土、硅藻土），增強(qiáng)劑（玻璃纖維、碳纖維），增韌劑（PP-POE、PS-SBS、PVC-CPE），著色劑，增白劑，發(fā)光劑，發(fā)泡劑，消泡劑，交聯(lián)劑（橡膠中稱為硫化劑），相熔劑（提高有機(jī)材料/無機(jī)材料熔合性），偶聯(lián)劑（提高無機(jī)材料/有機(jī)材料相溶性），耐磨劑，磨擦劑（增加磨擦性、降低磨擦性），成核劑，光亮劑，消光劑等。 塑料選材原則塑料的選材是指對(duì)于某一具體塑料制品，如何選擇合適的塑料材料。這是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，需要考慮的因素很多，有些樹脂在性能上很接近，

26、究竟選用哪種塑料材料最合適？可從以下因素中考慮；制品要求的使用性能：制品的使用條件包括受力條件、電能狀況、透過性、透明性、精度及外觀等；制品的使用環(huán)境包括環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、接觸介質(zhì)及環(huán)境的光、氧、輻射等。原料的可加工性：加工難易性；加工成本；加工廢料；加工精度；加工形狀。制品的成本：塑料材料的價(jià)格。材料來源地與加工廠之間的路程。 塑料材料的適應(yīng)性（一）各種材料的性能比較根據(jù)材料的性能不同，可分為如下兩大類；金屬材料鋼、鐵、鋁、銅、鉛、鋅及各種合金等。非金屬材料；1 無機(jī)材料：玻璃、陶瓷、石材、水泥等；2 有機(jī)材料：木材、天然橡膠、塑料、合成橡膠等。在強(qiáng)度方面以金屬材料最好，特種陶瓷和纖維增強(qiáng)

27、塑料次之。綜合性能方面，塑料優(yōu)于金屬材料；絕緣和防腐方面，陶瓷材料最佳。（二）不宜選用塑料材料的條件 要求使用強(qiáng)度特別高的：拉伸強(qiáng)度超過300MPa時(shí)，塑料材料就滿足不了要求； 要求耐熱溫度高的：塑料材料最高的使用溫度不超過400，而大多數(shù)塑料的使用溫度在100260范圍內(nèi)； 尺寸精度要求高的：由于塑料的成型收縮率大且不穩(wěn)定，對(duì)一、二級(jí)精度的制品是不能用塑料材料的； 高絕緣材料：在超高壓電力輸送環(huán)境中，要求絕緣材料耐電暈特別突出，550KW以上的高壓耐電暈材料不能使用塑料； 高導(dǎo)電材料； 高磁性材料。（三）選用塑料材料的適宜條件 要求制品質(zhì)輕，塑料的相對(duì)密度在0.83-2.2范圍內(nèi)； 要求制品

28、比強(qiáng)度高的：比強(qiáng)度是材料強(qiáng)度與相對(duì)密度的比值，適合于高強(qiáng)度的中、低載荷使用； 制品形狀復(fù)雜的； 中、低載荷下的結(jié)構(gòu)制品； 要求制品耐腐蝕性好； 要求綜合性能好的制品； 要求具有自潤滑性的制品； 要求具有防震、隔熱、隔音性能的制品（PU、PE、PS等泡沫塑料較多）材料。（四）塑料制品的使用性能及使用條件塑料制品的使用性能即塑料制品在實(shí)際使用中需要的性能：主要性能它是決定制品的關(guān)鍵性能、是材料必須具備的性能；相關(guān)性能它是為制品主要性能服務(wù)的輔助性能；，是材料最好具有的性能；次要性能它與制品主要性能關(guān)系不大的性能。例如用于制造手表的無聲齒輪，在其要求的使用性能中，各種性能的作用如下：主要性能包括材料

29、的疲勞強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度及耐磨性等；相關(guān)性能包括材料的耐熱性能、磨擦性能、尺寸精度、自潤性等；次要性能包括材料的耐溶劑性能、加工性能等。例二：用于盛裝硫酸的瓶子，在其要求的使用性能中，各種性能的作用如下；主要性能材料的耐硫酸腐蝕性能要好；相關(guān)性能包括材料的耐壓性能、跌落、沖擊性能等；次要性能包括材料的透明性能、阻隔性能、耐氣候性能等。塑料制品的使用條件包括受力情況、電能情況、透過性要求、透明性要求、尺寸精度要求、外觀及可裝飾性、材料可改性性能。常用塑料材料介紹（一） ABS概況ABS為丙烯腈（23%-41%）、丁二烯（10%-30%）、苯乙烯（29%-60%）三種單體共聚而成，最初是在PS改性品種

30、基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，由于具有韌、剛、硬的優(yōu)點(diǎn)，目前影響已超過PS，成為一個(gè)獨(dú)立的通用塑料品種。ABS的具體品種可分為中沖擊型、高沖擊型、超高沖擊型和耐熱型四種。主要性能ABS具有韌、剛、硬的優(yōu)點(diǎn)，其沖擊性能極好，可以在極低的溫度（40）下使用，表面光澤度高，著色性好，印刷效果好，電鍍好。電絕緣性不受溫度、濕度和頻率的影響，可以用于大多數(shù)環(huán)境。 ABS的加工特性ABS屬加工性能良好的一類塑料；ABS屬于非牛頓流體，熔體粘度對(duì)螺桿轉(zhuǎn)速較敏感；ABS熱穩(wěn)定好，加工中不易出現(xiàn)降解現(xiàn)象；ABS吸水率較高，加工前需要干燥，干燥溫度為80-90，時(shí)間2-4小時(shí)；ABS制品在加工中易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力的大小可通

31、過浸入冰乙酸檢驗(yàn)；在30秒鐘內(nèi)，如果內(nèi)應(yīng)力此較集中、分布不均，即在制品的澆口附近及四角，有失光澤，嚴(yán)重的制品表面開裂。有這類現(xiàn)象的應(yīng)進(jìn)行退火處理，具體條件為放于7080的熱風(fēng)循環(huán)干燥箱內(nèi)24小時(shí)，再冷卻至室溫即可。ABS的成型方法為注塑、擠出、吹塑、吸塑等，其中以注塑法最常用。（二） PS樹脂 概況PS是由苯乙烯單體聚合而成的聚合物，具體品種包括通用聚苯乙烯（GPPS）、可發(fā)必聚苯乙烯（EPS）、高抗沖聚苯乙烯（HIPS）、茂金屬聚苯乙烯（SPS）； 主要性能PS的特點(diǎn)是高透明性，為三大透明塑料品種之一，透光率達(dá)90%以上，此外電絕緣性好，易著色，顏色鮮艷，加工流動(dòng)性好，剛性突出；PS的不足之

32、處在于脆性大，易出現(xiàn)應(yīng)力開裂，耐熱性差（60-80），不耐沸水等； PS的加工特性PS屬于無定型樹脂，無明顯熔點(diǎn)，熔融溫度范圍寬，可在120-180溫度范圍內(nèi)成為流體。熱穩(wěn)定好，分解溫度在300以上；PS屬于非牛頓流體，粘度對(duì)螺桿的轉(zhuǎn)速敏感性大于溫度。PS的流動(dòng)性好，是一種易加工的塑料；PS吸水率低，加工前不需要干燥。如要求透明性高時(shí)，干燥溫度70-80，時(shí)間1.5小時(shí)；PS在加工中易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，對(duì)制品需進(jìn)行熱處理，處理?xiàng)l件為溫度65-85，時(shí)間1-3小時(shí)；PS的收縮率比較低，為0.4%-0.7%，與ABS相近。對(duì)尺寸精度要求不高的制品，兩者模具可以共用； 高抗沖聚苯乙烯（HIPS）HIPS為

33、PS的抗沖擊改性品種，組成為PS和SBS等橡膠的共混物，按改性幅度大小可分為中抗沖、高抗沖和超高沖三類，主要代替ABS用于殼體，是繼ABS之后的第二代殼體材料；HIPS為不透明顆粒，與通用PS相比，HIPS除具有高抗沖性能外，還保持原有的PS剛性、易加工、易著色、高光澤等優(yōu)點(diǎn)，只是透明性和拉伸強(qiáng)度下降；HIPS的加工性很好，流動(dòng)性比ABS好，收縮率與ABS接近，兩者模具可以互用。（三） POM樹脂 概況POM（聚甲醛）是指大分子鏈中含有氧化亞甲基重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的一類聚合物，學(xué)名為聚氧化甲基，屬結(jié)晶型塑料。POM為三大通用工程塑料。廣泛用于電子/電器、機(jī)械、汽車、儀器/儀表、建筑和各種日用品領(lǐng)域。

34、 主要性能依據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為均聚POM和共聚POM兩種。均、共聚POM由于結(jié)構(gòu)不同，在具體性能上也存在著一定的差異，如均聚POM的密度、結(jié)晶度和力學(xué)性能稍高一些，而共聚POM的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性及加工性較好，共聚POM的用途較均聚POM的廣泛。POM突出的性能為：力學(xué)性能及剛性好接近金屬材料，是代替銅、鑄鋅、鋼、鋁等金屬材料的理想材料；耐疲勞性和耐蠕變性極好；耐磨損、自潤性和磨擦性好，與UHMWPE、PA、F4一起稱為四大耐磨性塑料材料；化學(xué)穩(wěn)定性高，電絕緣性優(yōu)良。POM的弱點(diǎn)為密度大，耐酸及耐燃性不好，后收縮大且不穩(wěn)定，尺寸穩(wěn)定性差，耐候性不高。 POM的加工特性POM的流變性呈非牛頓流體

35、型，其熔體的粘度對(duì)溫度不敏感，而對(duì)注射速率敏感；對(duì)注射成型而言，要增加熔體的流動(dòng)性能，可以從增加注射速率、減小噴嘴尺寸入手。POM的結(jié)晶度大，熔程窄（熱敏性），成型收縮大（可達(dá)3.5%）。對(duì)注射厚壁制品而言，要注意保壓和補(bǔ)料，以免造成收縮孔太大而報(bào)廢。POM的熱穩(wěn)定性差，溫度過高、加熱時(shí)間太長，均會(huì)引起分解；特別是溫度超過250時(shí)，分解速度會(huì)加快，并溢出強(qiáng)烈刺激眼睛的甲醛氣體，嚴(yán)重時(shí)制品會(huì)產(chǎn)生氣泡或變色，更嚴(yán)重者會(huì)引起爆炸。因此，必須嚴(yán)格控制物料溫度和塑料熔體在加熱機(jī)筒內(nèi)停留的時(shí)間；另外，還需加入抗氧化劑和雙氰胺甲醛吸收劑。POM的加工廢料因降解程度大，不易用于生產(chǎn)高性能產(chǎn)品。POM的冷凝速度

36、快，制品易產(chǎn)生表面缺陷和折皺、班紋及熔接痕等，為此應(yīng)用提高注射速度和提高模具溫度等方法解決。POM制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，后收縮也較大，應(yīng)進(jìn)行后處理。后處理的條件為：厚度6mm以下，溫度100，時(shí)間0.25-1小時(shí)；厚度6mm以上，溫度120-130，時(shí)間4-6小時(shí)。POM的吸水率不高，一般加工前可以不用烘料。但干燥處理可以提高制品表面光澤度。干燥條件為：110-120，時(shí)間3-5小時(shí)。POM的加工方法：擠出、注射、吹塑二次加工等方法成型，并以注射為主。（四） PPO（日本稱PPE）樹脂 概況PPO（聚苯醚）又稱為聚苯撐氧和聚2，6-二甲基-1，4-苯撐醚樹脂。純PPO因熔融粘度大導(dǎo)致加工困難，難以

37、實(shí)際應(yīng)用；直到開發(fā)出改性的MPPO后，才獲得迅速發(fā)展。PPO改性的目的為改善加工性能，目前主要為PPO和PS的共混或接枝，即PPO/PS改性品種。MPPO廣泛用于汽車、電子/電器、辦公用品及機(jī)械工業(yè)。日本及西歐43%用于辦公用品、33%用于電子/電器、14%用于汽車、10%用于機(jī)械工業(yè)。 主要性能PPO是一種具有熱固性塑料特點(diǎn)的熱塑性性工程塑料。熱變形溫度高（190）使用范圍廣，具有優(yōu)良的耐水解性和耐酸、堿、鹽水性能。突出性能有剛性大、耐蠕變性好、拉伸強(qiáng)度高、電性能在工程塑料中最好、線膨脹系數(shù)小等。不足之處為耐疲勞性和耐應(yīng)力開裂性不好。 MPPO的加工特性MPPO吸水性雖小，但加工前需要干燥，

38、干燥條件為：130，2-4小時(shí)，料層厚度在50mm以下。MPPO的流體在低溫時(shí)為牛頓流體，在高溫時(shí)為非牛頓流體；加工時(shí)需要溫度與壓力兼調(diào)，并以溫度為主。MPPO分子鏈剛性大，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，最好在180的甘油中進(jìn)行熱處理，或加入2%環(huán)氧十八酸異辛酯。MPPO的廢料可以重復(fù)加工三次。MPPO可用注射、擠出、壓制等熱塑性塑料加工方法加工。（五） PC樹脂 概況PC（聚碳酸酯）是指大分子鏈由聚碳酸酯重復(fù)結(jié)構(gòu)單元組成的一類聚合物，它是目前第一大工程塑料品種。PC用于電子/電器占38%、建筑占20%、汽車占10%。 主要性能PC主要性能為：優(yōu)異的沖擊性及透明性，優(yōu)良的力學(xué)性能及電絕緣性，使用溫度廣（-

39、130130），尺寸穩(wěn)定性高，是集剛、硬、韌于一體材料的典型代表塑料品種。PC的主要缺點(diǎn)是吸濕性能大、加工易產(chǎn)生氣泡和銀絲，制品易產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力、并對(duì)缺口敏感性大，耐疲勞性低、耐磨擦性及耐磨性不好。 PC的加工特性PC的熔體粘度很高，可達(dá)103104a.s；其熔體的流變性在低剪切速率下接近牛頓流體，應(yīng)主要通過提高物料溫度來調(diào)節(jié)熔體的流動(dòng)性，成型時(shí)的冷卻、凝固和定型時(shí)間短。PC的剛性大，在加工過程中易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，因此對(duì)成型工藝條件要求嚴(yán)格控制。（1）制品內(nèi)應(yīng)力的檢驗(yàn)：偏振光檢驗(yàn)法；偏振光是對(duì)透明制件，利用表面彩色光帶面積的大小，及分布情況來判別，面積小及分布均勻的，說明內(nèi)應(yīng)力小、分布均勻。（2）

40、浸漬法；將制件浸泡在苯、四氯化碳、環(huán)己烷、乙醇、甲醇內(nèi)，12分鐘還未開裂的，內(nèi)應(yīng)力小，515秒鐘開裂的內(nèi)應(yīng)力大。后處理的條件： 對(duì)象是薄壁件、嵌件、形狀復(fù)雜的件，放在110左右的油浴、水浴，熱烘箱，紅外線等容器內(nèi)，厚度5mm以下的制件8小時(shí)；厚度在8mm的制件24小時(shí)；然后緩慢冷卻。另一種方法是：甘油、乙二醇、液體石蠟或熱空氣，在110130的溫度下，制品放在里面12小時(shí)。PC在成型中對(duì)水極為敏感，高溫下微量水分也會(huì)引起分解。因此，加工前一定要干燥處理，使含水量在0.02%以下。具體干燥條件為110-120，時(shí)間10-12小時(shí)，料層厚度30mm以下。PC屬無定型聚合物，成型收縮率低。PC制品不

41、易帶金屬嵌件，如必須加入，應(yīng)將嵌件加熱到200或更高一些。PC的加工比較容易，可用注射、擠出、吹塑等方法加工。（六） PA樹脂概況：聚酰胺是主鏈上含有重復(fù)酰胺基團(tuán)的聚合物。通常稱之為尼龍。聚酰胺類聚合物可分為脂肪族類聚酰胺、半芳香聚酰胺、全芳香聚酰胺、含雜環(huán)芳香族聚酰胺及脂環(huán)族聚酰胺等。目前種類繁多，商品牌號(hào)有600余種。脂肪族聚酰胺是主要類別，如尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍1010是最常用的品種。根據(jù)制備尼龍所用單體不同，脂肪族尼龍分為三類：（1） 由氨基酸或內(nèi)酰胺加聚制得的尼龍，用一個(gè)數(shù)字表示，如尼龍6、尼龍9、尼龍11等，其數(shù)字表示單體碳鏈上的碳原子數(shù)。（2） 由二元胺和二元酸縮聚

42、制得的尼龍，用兩個(gè)數(shù)字表示，如尼龍66、尼龍610、尼龍1010等，其中前面數(shù)字表示二元胺碳原子數(shù)，后面數(shù)字表示二元酸碳原子數(shù)。（3） 共聚物，是由以上二類尼龍相應(yīng)的組合數(shù)表示，組合數(shù)后括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示各組分的質(zhì)量比例，如尼龍66/6（60：40），表示由60份的尼龍66鹽和40份的已內(nèi)酰胺6制得的共聚物。PA（尼龍）包括種類很多，具體品種有：PA6、PA66、PA1010、PA11、PA12、PA6T、PA9T、PA612、PA46、PA1212、澆鑄尼龍（MC5）及芳香尼龍等；其中PA6、PA66占45%、PA610占8%、PA11/PA12占6%，我國主要以PA6、PA66為主，PA10

43、10次之。 主要性能PA的突出性能為：優(yōu)良的耐磨性、耐磨擦和自潤性，較好的力學(xué)性能，耐油性優(yōu)異，氣體阻隔性好，耐疲勞性好。PA的特點(diǎn)為：吸濕性大、并對(duì)力學(xué)電學(xué)性能影響大，耐酸性差在潮濕環(huán)境中尺寸變化率大。 加工特性PA屬結(jié)晶型聚合物，有明顯的熔點(diǎn)，且熔點(diǎn)高，熔程較窄，因此加工溫度較高。PA6為220-300、PA66為260-320、PA610為220-300、PA12為185-300。PA的熔體粘度低，熔體的流動(dòng)性好，熔體粘度對(duì)溫度和剪切速率都較敏感。但其流動(dòng)特性接近牛頓流體，即對(duì)溫度的敏感性較大。PA的熱穩(wěn)定性較差，熱降解傾向嚴(yán)重，就加入二苯胺改善，并嚴(yán)格控制溫度。PA成型時(shí)有結(jié)晶產(chǎn)生，成

44、型收縮較大；結(jié)晶度高低受成型工藝條件影響較大。PA的吸水率比較大，加工前必須干燥，使含水量小于0.1%；干燥條件為：溫度100-110，時(shí)間10-12小時(shí)。PA制品成型后需進(jìn)行調(diào)濕處理，以降低吸水對(duì)性能的影響，提高尺寸穩(wěn)定性。調(diào)濕處理的條件為在沸水、熔化石蠟、礦物油或聚乙二醇中進(jìn)行，溫度高于使用溫度10-20，時(shí)間30-60分鐘，然后緩慢冷卻即可。PA的加工方法為注射、擠出及吹塑等到方法成型。（七） TPU樹脂概況TPU（聚氨酯）為大分子鏈中含有氨酯型重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的一類聚合物，全稱為聚氨基甲酸酯，英文全稱為Polyurcthane,簡稱PU或PUR。按多元醇的類型不同，可為聚酯型或聚醚型。按兩種合成單體的種類及組成不同，可將PU分成線型的熱塑性PU和體型的熱固性PU兩大類，以前一直以泡沫塑料為主，目前彈性體的發(fā)展速度十分迅速，用途也越來越廣，已超過泡沫塑料，已發(fā)展成為PU的主導(dǎo)制品，本課介紹TPU。主要性能TPU是PU的密實(shí)制品，其性能介于橡膠與塑料之間，硬度變化范圍較寬，可從邵氏A10到A80，斷裂伸長率高達(dá)600%-800%。而天然橡膠的最高邵氏僅為A70，斷裂伸長率550%。硬度具