关于塑料
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1000~10000者称为准高分子或寡聚合体(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10000~1000000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(Glasstransitiontemperature,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, PolyoxyMethylene,POM)、变性聚苯醚(PolyPhenyleneOxide,变性PPE)、聚酯(PETP,PBTP)、聚苯硫醚(PolyphenyleneSulfide,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/cm²以上,耐冲击性超过50J/m,弯曲弹性率在24000kg/cm²,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、BTResin、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。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20~30%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20~30%左右。冷却速度愈慢,结晶度愈高。