塑料的来源定义及性质

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1、 塑料的来源、定义及性质一、塑料的来源塑料工业属于高分子工业，是石化工业的一环，具有高度关联性，是多层次加工特性之产业。塑料是以石油或天然气为原料，经提炼、裂解成各种石化基本原料（单体）后，再经聚合反应（加成聚合或缩合聚合）而得的高分子树脂。各类塑料经过逐步加工衍生出各种下游制品，包括橡胶、涂料、接着剂、人造纤维、合成树脂等。二、塑料的定义塑料是以石油或天然气为原料，经过合成反应而得到的高分子树脂。所谓高分子树脂是指单体化合物经过聚合反应，聚合合成高分子聚合体，其分子量可达到数千甚至数百万。在高分子领域的分类上，分子量未达 1000 者称为低分子，介于 100010000 者称为准高分子或寡聚

2、合体（Oligomer），大于一万以上者称为高分子（Polymer）。一般常用来做成型加工的塑料，其分子量大约在100001000000 之间，而分子量低于一万的寡聚合体则常用来做纺织用树脂、涂料、接着剂、合成树脂等。所以，并非所有高分子聚合体均可作为塑料的用途，事实上要看其分子量、分子结构、官能基、玻璃转移温度（Glass transition temperature ，简称 Tg）等种种因素，塑料随温度与分子间键结而呈现玻璃态、橡胶态、熔胶态等变化。塑 料 名 称 分 子 量 M/ W.C聚 乙 烯 PE4000聚异丁烯 PIB17000聚乙烯醇 PVA29200聚苯乙烯 PS38000压

3、克力 PMMA10400 三、塑料的种类一般而言，塑料可大分为两大类：热塑性塑料（Thermoplastic）及热固性塑料(Thermosetting)。热塑性塑料在常温下通常为颗粒状，加热到一定温度后变成熔融状，将其冷却后则固化成型，若再次加热则又会变成熔融状，可进行再次的塑化成型。因此，热塑性塑料可经加热熔融而反复固化成型，所以热塑性塑料的废料通常可回收再利用，即有所谓的二次料之称。热塑性塑料分通用塑料（如PE、PP 、PS 、PVC 、ABS 等）、工程塑料（如PC、 PA、POM 、PBT 、PPO 、PPS、LCP 等）和合金（如 PC/ABS 等）。热固性塑料则是加热到一定温度后变

4、成固化状态，即使继续加热也无法改变其状态。因此，热固性塑料无法经再加热来反复成型，所以热固性塑料的废料通常是不可回收再利用的。四、工程塑料的定义及其特性工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在 100以上，主要运用在工业上”,其性能包括： 1. 热性质：玻璃转移温度(Tg)及熔点(Tm)高；热变形温度(HDT)高；长期使用温度高(UL-746B)；使用温度范围大；热膨胀系数小。 2. 机械性质：高强度、高机械模数、低潜变性、强耐磨损及耐疲劳性。 3. 其它：耐化学药

5、品性、抗电性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。 被当做通用性工程塑料者包括聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)、聚酰胺(尼龙, Polyamide, PA)、聚缩醛 (Polyacetal, Polyoxy Methylene, POM)、变性聚苯醚(Poly Phenylene Oxide, 变性 PPE)、聚酯(PETP，PBTP)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)、聚芳基酯，热硬化性塑料则有不饱和聚酯、酚塑料、环氧塑料等。它们的基本特性为拉伸强度均超过 50Mpa，抗拉强度在500kg/cm以上，耐冲击性超过 50J/m，弯曲弹性率在 24000k

6、g/cm，负载挠曲温度超过 100，硬度、老化性优。聚丙烯若改善其硬度和耐寒性，也可列入工程塑料的范围。此外，还包括较特殊者的强度弱、耐热耐药品性优的氟素塑料，耐热性优的硅溶融化合物，以及聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、Polybismaleimide、Polysufone(PSF)、PES、丙烯塑料、变性蜜胺塑料、BT Resin、PEEK、PEI、液晶塑料等。各工程塑料的化学构造不同，所以它们的耐药品性、摩擦特性、电机特性等有所差异。由于各工程塑料的成型性不同，因此有的适用于任何成型方式，有的只能以某种成型方式进行加工，这样就造成了应用上的局限。热硬化型工程塑料的耐冲击性较差，因此大多添加玻璃纤维

7、。工程塑料除了聚碳酸酯等耐冲击性大外，通常具有硬、脆、延伸率小的性质，但如果添加 2030%的玻璃纤维，则它的耐冲击性将有所改善。五、结晶性塑料的定义及其特性结晶是指分子排列的规则，冷却后成为结晶构造。一般塑料的结晶构造是由许多线状、细长的高分子化合物组成的集合体，依分子成正规排列的程度，称为结晶化程度（结晶度），亦谓每条分子只有部分排列整齐，所以结晶性树脂其实只有部分是结晶。结晶部分占有的比例，即为结晶度。而结晶化程度可用 X 线的反射来量测。有机化合物的构造复杂，塑料构造更复杂，且分子链的构造（线状、毛球状、折迭状、螺旋状等）多变化，致其构造亦因成形条件不同而有很大的变化。结晶度大的塑料为

8、结晶性塑料，分子间的引力易相互作用，而成为强韧的塑料。为了要结晶化及规则的正确排列，故体积变小，成形收缩率及热膨胀率变大。因此，若结晶性越高，则透明性越差，但强度越大。 结晶性塑料有明显熔点(Tm)，固体时分子呈规则排列，强度较强，拉力也较强。熔解时比容积变化大，固化后较易收缩，内应力不易释放出来，成品不透明，成形中散热慢，冷模生产后收缩较大，热模生产后收缩较小。相对于结晶性塑料，另有一种为非结晶性塑料，其无明显熔点，固体时分子呈不规则排列，熔解时比容积变化不大，固化后不易收缩，成品透明性佳，料温越高色泽越黄，成形中散热快，以下针对两者物性进行比较。 结晶性塑料的特性如下：1. 分子在结晶构造

9、中紧密的靠在一起，所以结构就更坚实。密度、强度、钢度、硬度就增加，但透明度降低。2. 结晶性树脂在熔点温度时产生了急剧的比容下降，非结晶性树脂比容在熔点温度没有急剧改变。比容是指单位质量的体积，单位是? /g。结晶度依树脂种类，冷却速度而异，硬质聚乙烯结晶度高达 90，耐龙的结晶度仅 2030左右。冷却速度愈慢，结晶度愈高。A. 结晶性与非结晶性塑料的物性对比物 性 结晶性 非结晶性 物 性 结晶性 非结晶性比重 较高 较低 耐磨耗性 较佳 较低拉伸强度 较高 较低 抗潜变性(Creep) 较佳 较低拉伸模数 较高 较低 硬度 较硬 较低延展性或伸长率 较低 较高 透明性 较低 较高耐冲击性

10、较低 较高 加玻纤补强效果 较高 较低最高使用温度 较高 较低 尺寸安定性 较差 较佳脆 性 较脆 翘曲性 较易 收缩率 较高 较低 着色性 较难 较易流动性(MI) 较佳 较低 耐热性 较高 较低耐化学药品性 较高 较低折动性 较佳 较差B. 热塑性塑料依结晶性与非结晶性区分结晶性塑料 非结晶性塑料泛用塑料聚乙烯(Polyethylene, PE)聚丙烯(Polypropylene, PP)聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride, PVC)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物 (Acrylonitrile-Butadene-Styrene, ABS)通用级聚苯乙烯（General purp

11、ose polystyrene，GPPS）压克力(Acrylic Resin, PMMA)泛 尼龙 聚碳酸酯用工程塑料(Polyamide, PA-6, PA-66, PA-46, PA-11, PA-12)聚对苯二甲酸乙酯(Polyethylenephthalate, PET)聚对苯二甲酸丁酯(Polybutylenephthalate, PBT)聚缩醛(Polyacetal, Polyoxy Methylene, POM)变性（，PPO）(Polycarbonate, PC)变性氧化二甲苯（Polyphenylene Oxide PPO）特殊工程塑料聚苯硫醚(Polyphenylene S

12、ulfide, PPS)液晶(Liquid Crystal Polymer, LCP)聚二醚酮(Polyether Ether Ketone, PEEK)氟碳树脂(Polytetrafluorcethylene, PTFE)聚氧苯甲酯(Polyoxybenzylene, POB)聚醚(Polyphenylene Sulfide, PES)聚讽(Polysulfone, PSF)聚芳香酯(Polyarylate, U-Polymer, PAR)聚醚酰亚胺(Polyetherimide, PEI)聚酰胺酰亚胺(Polyamideimide, PAI)六、塑料的性质塑料虽有许多优良性质，但并非每一种

13、塑料均能具备所有的优良性质。材料工程师与工业设计家都必须深入了解各类塑料的性质，才能设计出完美的塑胶制品。塑料的性质，大体可分为基本物性、机械性质、热性质、化学性、光学性及电气性等六类，下文将逐项加以讨论。（一）基本物性基本物性是指塑胶原料的基本物理性质，常见的有比重、假比重、粒径、粘度、分子量、游离单体含量、吸水率及透气率。1、比 重 比重是指物质密度与水密度的比值（水密度为 1），所谓密度是指单位体积的重量。目前所知塑料中比重较轻的为聚甲基戊烯（0.83），较重的为铁氟龙（2.3），其它的多在 1 左右。比重可用来估算制品所需原料的重量，而要减轻塑料的用量或重量可采用发泡的方式解决。比重的

14、测定可依 ASTM D792 水中置换法测得。2、分子量 一般化合物的分子量是不变的，而聚合体的分子量则是大小不均，所以必须采用平均值及分布度表示。常用的分子量表示法为重量平均分子量 MW 及数目平均分子量 MN，其比值 MW/MN 称为分子量分布。这些的测定可依ASTM D3598 的胶粒穿透色层分析法得到。3、黏 度 黏度常用来显示胶塑体（Plastisol）及胶溶体（Organosol）的特性，一般可依 ASTM D1823 及 ASTM D1824 的方法测得。4、假比重及粒径分布 这两项常用来显示塑料原料的颗粒大小及填塞紧密状况。粒径分布可依 ASTM D1921 的筛分法测得，假比

15、重可依 ASTM D1895 的方法测得。5、游离单体（Free monomer） 游离单体含量可表示树脂聚合的程度，一般以?或 ppm 表示。用做食品容器的塑料，或单体聚有毒性的塑料对游离单体含量管制较严。6、吸水率（Water absorption） 吸水率表示塑料吸收水份的程度。其测量方法是将样品烘干后称重，再浸入水中 24 或 48 小时，然后取出来再称重，计算重量增加的百分比，即为吸水率。酚醛树脂、尿醛树脂、尼龙、纤维素树脂等吸水率较高，PE、PP 等吸水率较低。一般吸水率大者，其机械强度与尺寸稳定性易受影响。7、透气率 透气率表示塑料膜或塑料板气体穿透难易的程度，可依 ASTM D

16、1434 的方法测得。8、熔融指数（Melt Flow Index,MI）熔融指数，全称熔液流动指数，是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值。它是美国量测标准协会(ASTM)根据美国杜邦公司(Du Pont)惯用的鉴定塑料特性的方法制定而成，其测试方法是先让塑料粒在一定时间（10 分钟）内、一定温度及压力（各种材料标准不同）下，融化成塑料流体，然后通过一直径为2.1mm 圆管所流出的克（g）数。其值越大，表示该塑胶材料的加工流动性越佳，反之则越差。最常使用的测试标准是 ASTM D 1238，该测试标准的量测仪器是熔液指数计(Melt Indexer)。测试的具体操作过程是：将待测高分子（塑料）原料置入小槽中，槽末接有细管，细管直径为 2.095mm，管长为 8mm。加热至某温度后，原料上端藉由活塞施加某一定重量向下压挤，量测该原料在 10 分钟内所被挤出的重量，即为该塑料