第1章 塑料概述

1.1 塑料的組成及分類

塑料一般由樹脂和添加劑組成，樹脂在塑料中起決定性作用。添加劑對塑料也有非常重要的影響。有些塑料（如聚四氟乙烯）在樹脂中不加任何添加劑，樹脂就是塑料。但大多數(shù)塑料若不加添加劑，就沒有實用價值。例如，酚醛塑料必須加填充劑，聚氯乙烯必須加穩(wěn)定劑，硝化纖維素必須加增塑劑等。所以，我們可以根據(jù)塑料的不同用途和不同的性能要求，適當(dāng)?shù)卦跇渲屑尤胍欢康奶砑觿瑏慝@取某種性能的塑料。

1.1.1 塑料的主要成分

1.樹脂

樹脂屬于高分子化合物，稱為高聚物，是塑料中主要的、必不可少的成分。它決定塑料的類型，影響塑料的基本性能。簡單組分的塑料中樹脂含量高達90%～100%，復(fù)雜組分的塑料中樹脂含量也在40%～60%。

樹脂可分為天然樹脂和合成樹脂兩種。天然樹脂有的是從樹木中分泌出來的，如松香；有的是昆蟲的分泌物，如蟲膠。合成樹脂是用人工合成的方法按天然樹脂的分子結(jié)構(gòu)制成的樹脂，例如，環(huán)氧樹脂、聚乙烯、酚醛樹脂、氨基樹脂等。天然樹脂產(chǎn)量有限，性能較差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，因此在生產(chǎn)中，一般采用合成樹脂。

2.添加劑

（1）填充劑。填充劑又稱填料，是塑料中重要的組成成分，但并非在每一種塑料中都是必不可少的。填充劑可分為有機填充劑和無機填充劑。填充劑在塑料中的作用有兩種：一種是為了減少樹脂的含量，降低塑料成本，起增量的作用，在塑料中加入一些廉價的填充劑；另一種是既起增量的作用——降低塑料成本，又能改善塑料性能——擴大塑料的應(yīng)用范圍。例如，在聚乙烯、聚氯乙烯中加入碳酸鈣填充劑，使其成型為具有足夠的剛性和耐熱性的鈣塑料。再如，加入玻璃纖維，能使塑料的力學(xué)性能大幅度提高；加入石棉可以提高耐熱性等。

填充劑的形狀有粉狀、纖維狀和層（片）狀。粉狀填充劑有木粉、紙漿、大理石粉、滑石粉、云母粉、石棉粉、石墨等；纖維狀填充劑有棉花、亞麻玻璃纖維、金屬絲等；層（片）狀填充劑有紙張、棉布、麻布、玻璃布等。

（2）增塑劑。對于一些可塑性小、柔軟性差的樹脂，加入增塑劑可以使塑料的塑性、流動性和柔韌性得到改善，并可降低剛性和脆性。增塑劑一般為高沸點液態(tài)和低熔點固態(tài)的有機化合物，要求與樹脂相容性好、不易揮發(fā)、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐熱、無色、無臭、無毒、價廉。常用的增塑劑有樟腦、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、癸二酸二丁酯等。

（3）著色劑。著色劑主要是使塑料具有不同的顏色，起裝飾美觀作用，有的著色劑還能提高塑料的光穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和耐候性。著色劑包括顏料和染料。顏料又分為無機顏料和有機顏料。無機顏料是不溶性的固態(tài)有色物質(zhì)，它在塑料中分散成微粒而著色，例如，鈦白粉、鉻粉、鎘紅、群青等。其著色彩能力、透明性和鮮艷性較差，但耐光性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性較好。染料可溶于樹脂中，有強烈的著色能力，且色澤鮮艷，但耐光性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性較差，如分散紅、土林黃、土林藍等。有機顏料的特性介于染料與無機顏料之間，如聯(lián)苯胺黃、酞青藍等。

提示

在塑料中加入珠光色料、磷光色料和熒光色料，還可使塑料具有特殊的光學(xué)性能。

（4）潤滑劑。潤滑劑的作用是防止塑料在成型過程中粘在模具上（簡稱粘模），同時還能改善塑料的流動性并提高塑件表面光澤度。常用的熱塑性塑料中一般都要加入潤滑劑，常用潤滑劑有硬脂酸、石蠟和金屬皂類（硬脂酸鈣、硬脂酸鋅）等。

（5）穩(wěn)定劑。高分子化合物，在熱、力、氧、水、光、射線等作用下，大分子鏈或化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生分解變化的反應(yīng)，稱為降解。為了防止或抑制降解，需在樹脂中加入穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑可分為熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗氧化劑。

① 熱穩(wěn)定劑：抑制和防止樹脂在加工或使用過程中受熱而降解。例如，聚氯乙烯，其成型溫度高于降解溫度或當(dāng)加工溫度大于100℃時，高分子開始產(chǎn)生分解，放出氯化氫，顏色開始變成黃色、棕色至黑色，性能變脆，產(chǎn)品沒有使用價值。加入熱穩(wěn)定劑后，可防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，保證塑料順利成型并延長其使用壽命。常用的熱穩(wěn)定劑是三鹽基性硫酸鋁、硬脂酸鋇等。

② 光穩(wěn)定劑：阻止樹脂由于受到光的作用而引起的降解，從而使塑料變色，力學(xué)性能下降。光穩(wěn)定劑種類很多，有紫外線吸收劑、光屏蔽劑等，常用的有2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮紫外線吸收劑。

③ 抗氧化劑：防止樹脂在加工、儲存和使用過程中發(fā)生氧化，導(dǎo)致樹脂降解而失去使用價值。常用的抗氧化劑是2·6-二叔丁基。

塑料添加劑除了上述幾種，還有阻燃劑、發(fā)泡劑、抗靜電劑等。

1.1.2 塑料的幾種物料形式

根據(jù)塑料成型需要，工業(yè)上常用于成型的塑料有粉料、粒料、溶液和分散體四種。無論哪一種物料，一般都或多或少地加入了各種添加劑，不是單純的樹脂。

1.粉料和粒料

粉料的配制是將一定配比的樹脂和添加劑粉碎，并在混合設(shè)備中按一定的工藝混合即可。粒料是將已混合好的粉料置于塑煉設(shè)備中，借助于加熱和剪切應(yīng)力作用使之熔融，驅(qū)出揮發(fā)物與雜質(zhì)，進一步分散粉料中的不均勻成分，再通過粒化設(shè)備使之成為粒料。粉料和粒料由于充分混合，有利于成型后得到性能一致的產(chǎn)品，同時有利于裝卸、計量和成型操作，其中，粒料更有利于成型性能一致的產(chǎn)品，所以一般的成型工藝均采用粒料。

2.溶液

溶液是將樹脂溶于脂類、醚類和醇類溶劑中，再加入一些增塑劑、穩(wěn)定型、色料和稀釋劑等。溶液的形成分為兩種，一種是在合成樹脂時特意制成，另一種是在使用時通過配制設(shè)備用一定的方法臨時配制。用溶液制成的產(chǎn)品，其中并不含溶劑，溶劑在生產(chǎn)過程中已揮發(fā)掉了，構(gòu)成塑料制品的主要成分是樹脂和添加劑。溶劑只是為了加工需要而加入的一種助劑。溶液狀的塑料主要是用于流涎法生產(chǎn)薄膜、膠片及澆鑄制品時使用。

3.分散體

分散體是樹脂與非水液體形成的懸浮體，統(tǒng)稱為溶膠塑料或“糊”塑料。非水液體又稱分散劑，包括增塑劑和揮發(fā)性溶劑兩類。配制溶膠料的方法是將樹脂、分散劑和其他添加劑一起加入球磨機中進行混合。分散體主要用于搪塑、滾塑及涂層制品（如人造革）等方面。

1.1.3 塑料分類

塑料品種很多，有上千種，其分類方法也很多，但主要有兩種分類方法。

1.按樹脂的分子結(jié)構(gòu)及熱性能分類

（1）熱塑性塑料：此類塑料的分子呈線型或支鏈型結(jié)構(gòu)。加熱時軟化并熔融，成為可流動的黏稠物體（熔體），成型為一定形狀冷卻后成為固體，并保持已成型的形狀。如果再次加熱，又可以軟化并熔融，可再次成型，并可反復(fù)多次使用。在熔化、成型過程中只有物理變化而無化學(xué)變化。所以，熱塑性塑料的邊角料（水口料）及廢品可以回收并摻入原料中再次使用。

（2）熱固性塑料：此類塑料的分子最終呈體型結(jié)構(gòu)。它在受熱之初，分子呈線型結(jié)構(gòu)，故具有可塑性和可熔性，可成型為一定形狀，當(dāng)繼續(xù)加熱時，線型分子間形成化學(xué)鍵結(jié)合（交聯(lián)），分子間呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度達到一定值后，交聯(lián)反應(yīng)進一步加快，形成體型結(jié)構(gòu)，此時樹脂既不熔融，也不溶解，形狀固定后不再變化，又稱固化。如果再加熱，不再軟化，也不再具有可塑性，在上述過程中既有物理變化，又有化學(xué)變化。此類塑料制品的邊角料（水口料）和廢品不能再回收利用。

2.按塑料的性能和用途分類

（1）通用塑料：此類塑料具有產(chǎn)量大、用途廣、價格低的特點，主要有酚醛塑料、氨基塑料、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯和聚丙烯六大品種。

（2）工程塑料：指在工程技術(shù)中作為結(jié)構(gòu)件的塑料。這類塑料的力學(xué)性能、耐磨性、耐腐蝕性、尺寸穩(wěn)定性均較高，具有一定的金屬特性，所以常代替金屬制造一些零部件。此類塑料有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS 等。

（3）增強塑料：在塑料中加入玻璃纖維等填料作為增強材料進一步改善塑料的力學(xué)、電氣性能，形成復(fù)合材料，通常稱為增強塑料。增強塑料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，比強度和比剛度高。熱固性的增強塑料俗稱玻璃鋼。