常用塑料材料

1第2章常用塑料材料2.1塑料的组成与工艺特性一、塑料的组成塑料的基本组成：塑料是以合成树脂为主要成分，加入适量的添加剂组成的。(1)合成树脂合成树脂是由低分子化合物经聚合反应所获得的高分子化合物，如聚乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂等。树脂受热软化后，可将塑料的其他组分加以粘合，并决定塑料的主要性能，如物理性能、化学性能、力学性能及电性能等。塑料中树脂含量为40％-100％。(2)添加剂添加剂包括填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂和固化剂等。塑料助剂又叫塑料添加剂，是聚合物（合成树脂）进行成型加工时为改善其加工性能或为改善树脂本身性能所不足而必须添加的一些化合物。助剂类别繁多，约有上百种。品种成千上万。助剂的选择与应用，必须兼顾应用对象种类、加工方式、制品特征及配合组分等多种因素。选择助剂时应考虑以下几个问题：1）助剂与制品的配伍性助剂应与聚合物匹配，这是选用助剂时首先要考虑的问题。助剂与聚合物的配伍性包括它们之间的相容性以及对稳定性方面的影响。一般地说，助剂必须长期，稳定、均匀地存在于制品中才能发挥其应用的效能。所以通常要求所选择的助剂与聚合物要有良好的相容性。如果相容性不好，助剂就容易析出。固体助剂的析出俗称为“喷霜”，液体助剂的析出则称作“渗出”或“出汗”。助剂析出后不仅失去作用，而且影响制品的外观和手感。助剂与聚合物的相容性主要取决于它们结构的相似性。并非要求所有的助剂都必须与聚合物有良好的相容性。如无机填充剂和无机颜料，它们不溶于聚合物，无相容性而言，它们在聚合物中的分散是非均相的，不全析出。对这类助剂则要求它们细度小、分散性好。也不是所有的助剂与聚合物的相容性愈大愈好。如润滑剂的相容性如果过大，就会起到增塑剂的作用，造成聚合物的软化。助剂与聚合物配伍性的另一个重要问题是它们在稳定性方面的影响。有些聚合物（如聚氯乙烯）的分解产物是酸性的（放出HCl），会使一些助剂失效，如与碱性助剂成盐。也有些助剂会加速聚合物的降解。2）助剂的耐久性聚合物材料在使用条件下，仍可保持原来性能的能力叫耐久性。保持耐久性就是防止助剂的损失。助剂的损失主要通过三条途径：挥发、抽出和迁移。挥发性大小取决于助剂本身的结构。一般来讲，分子量愈小，挥发性愈大。抽出性与助剂在不同介质中的溶解度直接相关。要根据制品的使用环境来选择适当的助剂品种。2迁移性是指聚合物中某些助剂组分可以转移到与其接触的材料上的性质。迁移性大小与助剂在不同聚合物中的溶解度有关，同时要求助剂应具有耐水、耐油、耐溶剂的能力。3、助剂对加工条件的适应性加工条件对助剂的要求，最主要是耐热性，即要求助剂在加工温度下不分解、不易挥发和升华。对加工设备和模具不产生腐蚀作用。同一种聚合物，由于加工成型的方法不同，所需要的助剂可能有所不同。4、助剂对制品用途的适应性制品用途往往对助剂的选择有一定的制约。不同用途的制品对所欲采用的助剂的外观、气味、污染性、耐久性、电性能、热性能、耐候性、毒性等都有一定要求。5、助剂配合中的协同作用与对抗作用一种聚合物往往同时使用多种助剂，这些助剂同时处在一个聚合物体系中，彼此之间有所影响。如产生协同效应、加和效应、对抗效应等。加和效应是指两种或两种以上助剂并用时，它们的总效应等于它们各自单独使用效能的加和。协同效应是指两种或两种以上助剂并用时，它们的总效应超过它们各自单独使用效能的加和。对抗效应则相反，是指两种或两种以上助剂并用时，它们的总效应小于它们各自单独使用的效能或加和。因此选择助剂配合时一定要考虑选择具有协同作用的不同助剂，而防止对抗效应产生。34（1)填充剂(填料)填充剂的作用：是调整塑料的物理化学性能，提高材料强度，扩大使用范围，以及减少合成树脂的用量，降低塑料的成本。常用的填充剂：粉状填料、纤维状填料、层状填料。1）碳酸钙、硅石、硅藻土、云母、石棉、石墨、木粉、金属粉；2）棉花、亚麻、石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、金属短须。3）纸张及棉布屑、玻璃布。塑料中的填充剂含量一般为20％～50％，这是塑料制件品种多、性能各异的主要原因之一。附表常用部分塑料填料及其作用序号填料名称作用1碳酸钙(CaCO3)用于聚氯乙烯、聚烯烃等提高制件耐热性、硬度；塑件稳定性好；降低收缩率、降低成本因遇酸易分解，不宜用于耐酸制件2粘土(Al203)高岭土(Al、SiO2)滑石粉(Mg、SiO2)石棉(Ca、Mg、SiO2)云母(硅酸盐)用于聚氯乙烯、聚烯烃等改善加工性能，降低收缩率，提高制件的耐热、耐燃、耐水性及降低成本；提高制件刚性、尺寸稳定性以及使制件具有某些特性(如滑石粉可降低摩擦系数，云母可提高介电性能)3碳黑(C)用于聚氯乙烯、聚烯烃等提高制件导热、导电性能，也作着色、光屏蔽剂4二氧化硅(Si02)(白碳黑)用于聚氯乙烯、聚烯烃、不饱和聚酯、环氧树脂等提高制件介电性、冲击性能；可调节树脂的流动性5硫酸钙(石膏CaSO4)亚硫酸钙用于聚氯乙烯、丙烯酸类树脂等降低成本，提高制件尺寸稳定性、耐磨性6金属粉(铜、铝、锌等)用于各种热塑性工程塑料、环氧树脂等提高塑料导电、传热、耐热等性能7二硫化钼石墨(C)用于尼龙浇铸制件等提高表面硬度，降低摩擦系数、热膨胀系数，提高耐磨性8聚四氟乙烯粉(或纤维)用于聚氯乙烯、聚烯烃及各种热塑性工程塑料提高制件的耐磨性、润滑性9玻璃纤维提高制件机械强度10木粉用于酚醛树脂及聚氯乙烯等塑料的增量。塑件电性能优异，抗冲击性好，但色调、耐水性及耐热性稍差加入不同的填充剂，可以制成不同性能的塑料。如：如酚醛树脂中加人木粉后，可获得机械强度高的胶木；加入云母、石英和石棉可提高塑料的耐热性和绝缘性；聚酰胺、聚甲醛等树脂中加入二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯后，明显地改善了塑料的耐磨性、抗水性、耐热性、机械强度和硬度等性能；用玻璃纤维作为塑料的填充剂，能大幅度提高塑料的机械强度。有的添加剂还可使塑料具有树脂所没有的性能，如加入银、铜等金属粉末，5可制成导电塑料，加入磁铁粉，可制成磁性塑料。（2）增塑剂增塑剂的作用：提高塑料的可塑性和柔软性，降低熔融温度，改善熔体的流动性。加入它可加大分子间的距离，削弱大分子间的作用力。常用的增塑剂是一些不易挥发的高沸点的液体有机化合物或低熔点的固体有机化合物。理想的增塑剂必须在一定范围内能与合成树脂很好地相溶，并具有良好的耐热、耐光、不燃及无毒的性能。缺点：增塑剂的加入会降低塑料的稳定性、介电性能和机械强度，因此在塑料中应尽可能地减少增塑剂的含量。大多数塑料一般不添加增塑剂，唯有软质聚氯乙烯含有大量的增塑剂(邻苯二甲酸二丁酯)。（3)稳定剂作用：抑制和防止塑料在加工和使用过程中因受热、光及氧等作用而分解变质，使加工顺利进行，保证塑件具有一定的使用寿命。（提高热分解温度）热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂、紫外线抗御剂等。光稳定剂是抑制或减缓由于光氧化作用而使高分子材料发生降解的助剂。按其作用机理可分为：紫外线吸收剂（UVA）、猝灭剂（又称能量转移剂）、自由基捕获剂、光屏蔽剂。如在聚氯乙烯中加入硬脂酸盐，可防止热成型时的分解；在塑料中加入炭黑作紫外线吸收剂，可提高其耐光辐射的能力。对稳定剂的要求是，除对聚合物的稳定效果好外，还应能耐水、耐油、耐化学药品，并能与树脂相溶，在成型过程中不分解、挥发小、无色。常用的稳定剂有硬脂酸盐、铅的化合物及环氧化合物等。稳定剂用量一般为塑料的0.3％～0.5％。（4)润滑剂作用：润滑剂对塑料表面起润滑作用，防止塑料在成型加工过程中粘附在模具上。同时，添加润滑剂还可以提高塑料的流动性，便于成型加工，并使塑料表面更加光滑。常用的润滑剂为硬脂酸及其盐类，其加入量通常小于1％。需加入润滑剂的常用塑料：聚烯烃、PS、醋酸纤维素、PA、ABS、PVC,硬质PVC更突出。常用的润滑剂有：脂肪酸皂类、合成蜡及某些有机硅化合物。6（5)着色剂作用：为满足塑件使用上的美观要求，给予塑料以色彩及特殊的光学性能，有时还能改善塑料制品的耐候性，常加入着色剂。种类：1.给予塑料色彩的色料：有机颜料、无机颜料和染料作着色剂。2.给予塑料特殊的光学性能的有光学絮片：（铝、铜、铜合金等）①珠光色料：使塑料呈珠光；②磷光色料：经光线照射后，能在黑暗中发光；③荧光色料：能放出与吸收不同波长的光线，因而形成闪烁的辉光，但不能在黑暗中发光。着色剂应具有的性能：应具有着色力强、色泽鲜艳、分散性好的特点，不易与其他组分起化学变化，且具有耐热、耐光等性能。着色剂的用量一般为塑料的0.01％—0.02％。塑料中加入色料的方法：1.用挤出造粒机，混色后挤出——切断造粒，得到已混色好的树脂原料，用于大批量生产同色的产品。2.用色母加入到原色的树脂中，混合均匀，假如注射机塑化；用于小批量、多品种生产。缺点是：混色不够均匀，不同批次的产品存在色差。3.将粉状染料加入到原色的树脂中，混合均匀，假如注射机塑化；用于小批量、多品种生产。缺点是：混色不够均匀，不同批次的产品存在色差。目前注射塑料的着色已广泛使用色母粒着色的方法，只要在注射成型之前，在本色塑料粒子中，拌入一定比例的浓缩色母粒（简称色母粒）即可。色母粒是由着色剂、分散剂、载体等组分经特定的预分散造粒工艺而制得的。着色剂的含量较高的颗粒状物质和待着色的塑料粒子之间容易拌和均匀，拌和时不产生粉尘，劳动条件良好，而且由于色母粒中含有分散剂等助剂，着色剂容易分散到待着色的塑料中，注射成型以前不必再经过挤出机熔混造粒处理，着色效果好，着色成本亦较低，是一种值得推广应用的着色方法。（6）固化剂固化剂又称硬化剂、交联反应剂。它的作用：促使合成树脂进行交联反应而形成体型网状结构，或加快交联反应速度。固化剂一般多用在热固性塑料中。如在酚醛树脂中加入六次甲基四胺、在环氧树脂中加入乙二胺或顺丁烯二酸酐等，此外在注射热固性塑料时加入氧化镁可促使塑件快速硬化。7)其他添加剂1）驱避剂：塑料在贮存、使用的过程中，可能遭受老鼠、昆虫、细菌、霉菌等的危害，用以抵御、避免和消灭这类情况发生的物质，统称驱7避剂。2）防静电剂：聚烯烃、PS、PA、PVC等制品表面，常因成型过程中与模具或设备表面分离而积累了电荷，这种电荷还会在以后的加工和运转中增加。带电荷的制品对生产和使用不利，也容易在制品表面积累灰尘。为使塑件具有适量的导电性，以消除带静电的影响，可加入防静电剂。这类物质具有微弱的电离性，又有适当的吸水性，致使塑件表面具有导电的分子层。如果这种导电层被擦掉，则制件内的防静电剂将继续移至塑件表面重新形成导电层，以保证塑件在较长的时间内不带电。3）阻燃剂：不少塑料可燃，这给使用带来很多限制。阻止或减缓塑料燃烧而加入的一些物质，叫阻燃剂。如：含磷、卤素的有机物或三氧化锑等物质。4）发泡剂：为生产泡沫塑料用。5）开口剂：为防止聚烯烃和PVC薄膜自身之间的粘黏，所加入的改性酯脂酸类，在吹塑薄膜中使用常叫“开口剂”。6）表面活化剂：避免农用薄膜因水汽凝结而出现雾层，而加入的非离子性表面活化剂。导电及导磁剂等。8二、塑料的分类(1)按合成树脂的分子结构及其特性分类1)热塑性塑料热塑性塑料是由可以多次反复加热而仍具有可塑性的合成树脂制得的塑料。这类塑料的合成树脂分子结构呈线型或支链型，通常互相缠绕但并不连结在一起，受热后能软化或熔融，从而可以进行成型加工，冷却后固化。如再加热，又可变软，可如此反复进行多次。常用的热塑性塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、有机玻璃、聚酰胺、ABS、聚碳酸酯、聚酯、聚甲醛、聚苯醚、聚氨酯、聚砜、聚四氟乙烯等。2)热固性塑料热固性塑料是由加热硬化的合成树脂制得的塑料，这类塑料的合成树脂分子结构的支链型呈网状。在开始受热时其分子结构为线型或支链型，因此，可以软化或熔融．但受热后这些分子逐渐结合成网状结构(称之为交联反应)，成为既不熔化又不溶解的物质，称为体型聚合物。此时，即使加热到接近分解的温度也无法软化；而且也不会溶解在溶剂中。常用的热固性塑料：酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂、脲醛塑料、三聚氰胺甲醛和不饱和聚酯等。(2)按塑料的用途分类1)通用塑料通用塑料是一种非结构用塑料，它的产量大，价格低，性能一般。这