塑料是一类范围很大、应用很广的高分子合成材料。它可以采用多种成型加工方法,使其在一定温度和压力作用下具有可塑流动性,从而塑制成型。
1.塑料的组成
塑料的主要成分是有机合成树脂,还有加入的各种添加剂,如填料、增强材料、固化剂、增塑剂、稳定剂、着色剂和阻燃剂等。
合成树脂是指由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物,如酚醛树脂和聚乙烯等。合成树脂是塑料的主要组成物,是塑料的基体材料,它决定了塑料的基本性能,并起着黏结剂的作用。在一定的温度和压力条件下,合成树脂可软化并成型。在工程塑料中,合成树脂的含量占40% ~100%。
添加剂是指为改善或弥补塑料的物理、化学、力学或工艺性能而特别加入的其他成分的助剂,常用的有以下几种。
(1) 填料或增强材料。
填料在塑料中主要起增强作用,如加入石墨、石棉纤维或玻璃纤维等可以改善材料的力学性能。填料有时也可改善或提高塑料的某些特殊性能,如加入石棉粉可提高塑料的耐热性、加入云母粉可提高塑料对光的反射能力等。通常填充量可达20% ~50%。
(2) 固化剂。
固化剂的作用是使树脂具有体型网状结构,成为较坚硬和稳定的塑料制品。
(3) 增塑剂。
增塑剂是用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂,从而使塑料变得柔软而富有弹性。
(4) 稳定剂。
加入稳定剂是为了防止塑料受热、光照等的作用而过早老化。例如,人们发现加入铝可以提高塑料对光的反射能力并防止老化; 加入Al2O3、TiO2、SiO2 可大大提高塑料的硬度和耐磨性; 添加酚类和胺类等有机物能抗氧化; 添加炭黑则可使塑料吸收紫外线,等等。
此外,还有其他种类的添加剂被加入塑料中,以优化塑料的各种特定性能,如润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静电剂和发泡剂等。
2.塑料的分类
1) 按塑料的热性能分类
(1) 热塑性塑料。
热塑性塑料加热时软化,可塑造成型,冷却后变硬,这种变化是一种物理变化,可以重复多次,化学结构基本不变。常用的热塑性塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚酰胺(尼龙) 等。
热塑性塑料的特点是加工成型简单、力学性能较好,但耐热性及刚性差。
(2) 热固性塑料。
热固性塑料加热时软化,塑造成型冷却后,既不溶于溶剂,也不再受热软化,只能塑造一次。常用的热固性塑料有酚醛塑料、氨基塑料和环氧塑料等。
热固性塑料的特点是耐热性能好,受压不易变形,但力学性能较差。
2) 按塑料的应用范围分类
(1) 通用塑料。
通用塑料是指生产量大、用途广泛、价格低廉的塑料制品。这类塑料的产量占塑料总产量的75%以上,构成了塑料业的主体。其一般在工农业生产及日常生活中使用较多。(www.daowen.com)
(2) 工程塑料。
工程塑料是指力学性能好、耐热、耐寒、耐蚀和电绝缘性良好的塑料,它们可以取代金属材料来制造机械零件和作为工程结构用料。
(3) 耐热塑料。
耐热塑料是指在较高温度下工作的各种塑料。这类材料均能在100 ℃~200 ℃的温度下正常工作。这些耐热塑料的不断研制对国防工业和尖端技术的发展起着重要的推进作用。
3.塑料的特性
塑料具有以下优点。
(1) 相对密度小。塑料密度为0.9 ~2.2 g/cm3,只有钢铁的1/8 ~1/4 和铝的1/2,这对减轻产品自重有重要意义。
(2) 耐蚀性好。塑料能耐大气、水、酸、碱、有机溶液的腐蚀。聚四氟乙烯能耐“王水” 腐蚀。
(4) 减摩、耐磨性好。塑料的硬度比金属低,但多数塑料的摩擦系数小,有些塑料甚至本身还有自润能力。
(5) 消声吸振性好。
(6) 成型加工性好。大多数塑料可直接采用注射或挤出工艺成型,方法简单,生产效率高。塑料的缺点是刚性差,为钢铁材料的1/100 ~1/10; 强度低,最高的玻璃纤维强化尼龙也只达到铸铁的强度; 耐热性差,只有少数塑料可用于200 ℃以上; 热膨胀系数大,是钢铁的10 倍; 导热系数小,只有金属的1/600 ~1/200; 蠕变温度低,常温下受力时便会发生蠕变; 易老化等。
4.塑料的成型加工
塑料的成型加工是将各种形态(粉状、粒状、液态、糊状和碎料) 的塑料制成具有一定形状和尺寸的制品的过程。塑料的成型工艺简单,形式多样,如注射成型、压制成型、挤出成型和吹塑成型。图7 -2 所示为用吹塑成型制取小口径中空制品的示意图。将适当大小的坯料(管状或片状塑料) 放置于模具中,闭合如图7 -2 (a) 所示的模具并通过压缩空气使尚具有良好塑性的坯料紧贴于模壁内侧[图7 -2 (b)],待冷却后打开模具,即得到中空制品[图7 -2 (c)]。塑料的成型加工工艺主要用来制取薄壁、小口径的中空制品及塑料薄膜。
图7-2 用吹塑成型制取小口径中空制品的示意图
1—吹塑模具; 2—坯料; 3—塑料制品
塑料也可通过喷涂、浸渍、粘贴等工艺覆盖于其他材料表面,塑料表面也可镀敷金属层。除了塑料成型外,还可以对塑料进行切削加工、焊接和粘接,可以将注射或压制成型的制品进一步加工或修整。
对于泡沫塑料,可以用木工工具及设备加工,也可以用电热器具进行熔割。
5.塑料的种类及应用
近年来,塑料的生产和应用有很大发展,在生产和生活中的应用越来越广泛。常用塑料的种类、特点及用途见表7 -2。
表7-2 常用塑料的种类、特点及用途
续表
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