工業(yè)設(shè)計(jì)材料與工藝 塑料

第三章工程塑料及其加工技術(shù)塑料

本章主要內(nèi)容第一節(jié)常用工程塑料及其性質(zhì)第二節(jié)工程塑料的成型技術(shù)與工藝第三節(jié)表面處理與裝飾技術(shù)第一節(jié)常用工程塑料及其性質(zhì)高分子材料塑料屬高分子材料，高分子材料又稱高分子化合物或高分子聚合物（高聚物），是以高分子化合物為主要成份的有機(jī)材料。高分子材料分兩類(lèi)：天然高分子材料蠶絲、羊毛、纖維素、油脂、天然橡膠、淀粉、蛋白質(zhì)等人工合成高分子材料塑料、合成橡膠、合成纖維、膠粘劑、涂料等工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。高分子化合物——是指相對(duì)分子質(zhì)量很大的化合物（5000以上乃至幾百萬(wàn)）低分子化合物——相對(duì)分子質(zhì)量在500以下。在這個(gè)數(shù)量之間的根據(jù)其性能來(lái)確定。

高分子材料一般性能：高分子化合物一般有較好的彈性、塑性和強(qiáng)度，低分子化合物這些性能較低。所以，高分子化合物是相對(duì)分子量大到使其機(jī)械性能具有工程意義的化合物。高分子材料幾個(gè)概念：?jiǎn)误w高分子化合物由低分子化合物體通過(guò)聚核反應(yīng)獲得，組成高分子化合物的低分子化合物稱作單體。鏈節(jié)大分子鏈由許多結(jié)構(gòu)相同的基本單元重復(fù)連接構(gòu)成，組成大分子鏈的這種結(jié)構(gòu)單元稱作鏈節(jié)。高分子材料高分子材料高分子材料一種或幾種單體相互加成而鏈結(jié)成聚合物的反應(yīng)。（應(yīng)用80%以上）例：聚乙烯的反應(yīng)方程式聚合反應(yīng)：加（成）聚合反應(yīng)一種或幾種單體相互混合而連結(jié)成聚合物，同時(shí)析出（縮去）某種低分子物質(zhì)（如：水、氨、醇、鹵化氫等）的反應(yīng)。反應(yīng)生成物成份與單體不同，反應(yīng)較復(fù)雜。少用。縮（合）聚（合）反應(yīng)化學(xué)組成組成大分子鏈的化學(xué)元素主要是碳、氫、氧，另外還有氮、氯、氟、硼、硅、硫等元素，其中碳是形成大分子鏈的主要元素。大分子鏈的原子以共價(jià)鍵結(jié)合，其組成元素不同，原子間共價(jià)鍵力就不同，高分子材料的性能亦不同。大分子鏈的化學(xué)組成、形態(tài)和聚合態(tài)形態(tài)：分子鏈的形態(tài)對(duì)聚合物性能有顯著影響。大分子鏈可呈現(xiàn)不同的幾何形狀，主要有線型、支化型、和體型（或網(wǎng)型）三類(lèi)。大分子鏈的化學(xué)組成、形態(tài)和聚集態(tài)高分子材料的聚合態(tài)：晶態(tài)部分結(jié)晶態(tài)非晶態(tài)（玻璃態(tài)）大分子鏈的化學(xué)組成、形態(tài)和聚合態(tài)高分子材料的性能機(jī)械性能：高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)線性非晶態(tài)高聚物的三種力學(xué)狀態(tài)：線性非晶態(tài)高聚物在不同溫度下表現(xiàn)出三種物理狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。塑料概念以天然樹(shù)脂或合成樹(shù)脂（也稱合成高分子化合物，因外觀似天然樹(shù)脂如琥珀、松香、蟲(chóng)膠等而得名）為原料，在一定溫度和壓力條件下，可以用模具使其成型為具有一定形狀和尺寸的塑料制件，當(dāng)外力解除后，在常溫下其形狀保持不變。多數(shù)以合成樹(shù)脂為基本成分，一般含有添加劑如：填料、穩(wěn)定劑，增塑劑、色料或潤(rùn)化劑等。塑料的特點(diǎn)比重小，比強(qiáng)度大；耐腐蝕，耐磨，絕緣，減磨，消聲，減震；易成型，易復(fù)合等優(yōu)良的綜合性能。易老化耐熱性差剛性差尺寸穩(wěn)定性差塑料生產(chǎn)（樹(shù)脂或半制品生產(chǎn)）塑料制品的生產(chǎn)（塑料成型工業(yè)or加工工業(yè)）塑料工業(yè)塑料制品的簡(jiǎn)單生產(chǎn)流程塑料制品生產(chǎn)系統(tǒng)組成成型、機(jī)械加工、修飾三個(gè)過(guò)程組成。原料樹(shù)脂塑料生產(chǎn)塑料制品塑料塑料制品生產(chǎn)1合成樹(shù)脂（高聚物）是由低分子化合物通過(guò)縮聚或加聚反應(yīng)合成的高分子化合物,如酚醛樹(shù)脂、聚乙烯等,是塑料的主要組成,也起粘接劑作用。合成樹(shù)脂在塑料中的含量約占40%~100%，對(duì)塑料的性能起決定性作用。塑料的組成2．添加劑為改善性能而加入的其他組分,主要有以下幾種：(1)填料或增強(qiáng)材料填料在塑料中主要起增強(qiáng)作用。有時(shí)也可改善或提高塑料的某些特殊性能,以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。填料的用量可達(dá)20%~50%,是塑料改性最重要的組成。例如：加入石墨、石棉纖維或玻璃纖維等,可以改善塑料的機(jī)械性能；加人石棉粉可提高塑料的耐熱性；加入云母粉可提高塑料的電絕緣性；加入二硫化鉬等可提高塑料的自潤(rùn)滑性；加入鋁粉可提高塑料對(duì)光的反射能力等。塑料的組成2．添加劑(2)固化劑它的作用在于通過(guò)交聯(lián)使樹(shù)脂具有體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),成為較堅(jiān)硬和穩(wěn)定的塑料制品。例如：在酚醛樹(shù)脂中加入六亞甲基四胺；在環(huán)氧樹(shù)脂中加入乙二氨、順丁烯二酸酐等。塑料的組成2．添加劑(3)增塑劑用以提高樹(shù)脂可塑性和柔性的添加劑。常用的為液態(tài)或低熔點(diǎn)的固體有機(jī)化合物。例如：聚氯乙烯樹(shù)脂中加入鄰苯二甲酸二丁酯,可變?yōu)橄鹉z一樣的軟塑料。塑料的組成2．添加劑(4)穩(wěn)定劑為了防止受熱、光等的作用使塑料過(guò)早老化,加入少量能起穩(wěn)定化作用的物質(zhì)。例如：能抗氧的物質(zhì)有酚類(lèi)和胺類(lèi)等有機(jī)物;炭黑則可作紫外線吸收劑。其他一些添加劑,如潤(rùn)滑劑、著色劑、阻燃劑、抗靜電劑和發(fā)泡劑等。塑料的組成塑料的特性塑料能自由成型并易加工。雖然塑料制品的性能,根據(jù)其種類(lèi)、成型條件及使用環(huán)境等變化較大,但與其它材料相比較,塑料具有良好的綜合特性。1多數(shù)塑料制品有透明性,并富有光澤,能著鮮艷色彩。2質(zhì)輕,耐振動(dòng)與沖擊,比強(qiáng)度高（按單位質(zhì)量計(jì)算的強(qiáng)度）塑料比金屬輕,一般塑料比重在0.9~2.3之間(各種泡沫塑料的比重在0.01~0.5之間)；強(qiáng)度較高，有些增強(qiáng)塑料的比強(qiáng)度接近甚至超過(guò)鋼材。例如合金鋼材，其單位質(zhì)量的拉伸強(qiáng)度為160兆帕，而用玻璃纖維增強(qiáng)的塑料可達(dá)到170~400兆帕。大多數(shù)塑料具有優(yōu)良的減摩、耐磨和自潤(rùn)滑特性。如工程塑料制造的耐摩擦零件；在耐磨塑料中加入某些固體潤(rùn)滑劑和填料時(shí)，可降低其摩擦系數(shù)或進(jìn)一步提高其耐磨性能。減震消音，具有柔韌性和彈性塑料的特性3塑料電絕緣性、熱物理性能好。幾乎所有塑料都具有優(yōu)異的電絕緣性能，如極小的介電損耗和優(yōu)良的耐電弧特性，可與陶瓷媲美導(dǎo)熱率極小,只有金屬的1/600~1/200,泡沫塑料的導(dǎo)熱率與靜態(tài)空氣相當(dāng),因此被廣泛用作絕熱保溫材料或建筑節(jié)能、冷藏等絕熱裝置材料。塑料的特性4優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性能一般塑料對(duì)酸堿等化學(xué)藥品均有良好的耐腐蝕能力特別的如，聚四氟乙烯的耐化學(xué)腐蝕性能比黃金還要好，甚至能耐"王水"等強(qiáng)腐蝕性電解質(zhì)的腐蝕，被稱為"塑料王"。塑料的特性5塑料成型容易、加工方便,能大批量生產(chǎn)容易進(jìn)行切削、焊接、表面處理等二次加工,精加工成本低,用塑料制品代替金屬制品,可以節(jié)約大量金屬材料。塑料的特性塑料與金屬及其它工業(yè)材料相比較有如下缺點(diǎn)：1塑料不耐高溫,低溫容易發(fā)脆多數(shù)塑料雖不易燃燒,但在300℃以上發(fā)生變形,燃燒時(shí)放出有毒氣體。由于耐熱性較差,使塑料的用途受到限制塑料的缺點(diǎn)2塑料制品易變形溫度變化時(shí)尺寸穩(wěn)定性較差,成型收縮較大,即使在常溫負(fù)荷下也容易變形。3塑料有“老化”現(xiàn)象塑料在長(zhǎng)時(shí)間使用或貯藏過(guò)程中,質(zhì)量會(huì)逐漸下降。這是由于受周?chē)h(huán)境如氧氣、光、熱、輻射、它是塑料制品性能的一個(gè)嚴(yán)重缺陷。塑料的缺點(diǎn)塑料的分類(lèi)塑料的分類(lèi)體系比較復(fù)雜，各種分類(lèi)方法也有所交叉，按常規(guī)分類(lèi)主要有以下三種：一是按使用特性分類(lèi)；二是按理化特性分類(lèi)；三是按加工方法分類(lèi)。

通常分通用塑料、工程塑料和特種塑料三種。

1）通用塑料

一般是指原料來(lái)源豐富、產(chǎn)量大、應(yīng)用面廣、成型性好、價(jià)格便宜的塑料如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等塑料的分類(lèi)——1、按使用特性分類(lèi)2)工程塑料

一般指能承受一定外力作用，具有良好的機(jī)械性能和耐高、低溫性能，尺寸穩(wěn)定性較好，可以用作工程結(jié)構(gòu)的塑料，如聚酰胺、聚砜等。分為以下兩大類(lèi)。通用工程塑料：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、熱塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯醇共聚物等特種工程塑料：交聯(lián)型：聚氨基雙馬來(lái)酰胺、聚三嗪、交聯(lián)聚酰亞胺、耐熱環(huán)氧樹(shù)指等。非交聯(lián)型：聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚醚醚酮（PEEK）等具有較高物理機(jī)械性能，應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域

塑料的分類(lèi)——1、按使用特性分類(lèi)

3)特種塑料

一般是指具有特種功能，可用于航空、航天等特殊應(yīng)用領(lǐng)域的塑料。如氟塑料和有機(jī)硅具有突出的耐高溫、自潤(rùn)滑等特殊功用增強(qiáng)塑料和泡沫塑料具有高強(qiáng)度、高緩沖性等特殊性能塑料的分類(lèi)——1、按使用特性分類(lèi)4)增強(qiáng)塑料在外形上可分為粒狀（如鈣塑增強(qiáng)塑料）纖維狀（如玻璃纖維或玻璃布增強(qiáng)塑料）片狀（如云母增強(qiáng)塑料）按材質(zhì)可分為布基增強(qiáng)塑料（如碎布增強(qiáng)或石棉增強(qiáng)塑料）無(wú)機(jī)礦物填充塑料（如石英或云母填充塑料）纖維增強(qiáng)塑料（如碳纖維增強(qiáng)塑料）

塑料的分類(lèi)——1、按使用特性分類(lèi)5)泡沫塑料可分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)和軟質(zhì)泡沫塑料三種。硬質(zhì)泡沫塑料沒(méi)有柔韌性，壓縮硬度很大，只有達(dá)到一定應(yīng)力值才產(chǎn)生變形，應(yīng)力解除后不能恢復(fù)原狀；軟質(zhì)泡沫塑料富有柔韌性，壓縮硬度很小，很容易變形，應(yīng)力解除后能恢復(fù)原狀，殘余變形較小；半硬質(zhì)泡沫塑料的柔韌性和其他性能介于硬質(zhì)他軟質(zhì)泡沫塑料之間塑料的分類(lèi)——1、按使用特性分類(lèi)1)熱固性塑料

指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、環(huán)氧塑料等。又分兩種：甲醛交聯(lián)型：包括酚醛塑料、氨基塑料（如脲－甲醛－三聚氰胺－甲醛）其他交聯(lián)型：包括不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、鄰苯二甲二烯丙酯樹(shù)脂等

2)熱塑料性塑料指在特定溫度范圍內(nèi)能反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化的塑料，如聚乙烯、聚四氟乙烯等又分烴類(lèi)、含極性基因的乙烯基類(lèi)、工程類(lèi)、纖維素類(lèi)等多種類(lèi)型塑料的分類(lèi)——2、按按理化特性分類(lèi)熱固性塑料和熱塑料性塑料的溫度依賴性根據(jù)不同成型方法，分膜壓、層壓、注射、擠出、吹塑、澆鑄塑料和反應(yīng)注射塑料等膜壓塑料

多為物性和加工性能與一般熱固性塑料相類(lèi)似的塑料；層壓塑料

指浸有樹(shù)脂的纖維織物，經(jīng)疊合、熱壓而結(jié)合成為整體的材料；注射、擠出和吹塑

多為物性和加工性能與一般熱塑性塑料相類(lèi)似的塑料；澆鑄塑料

是指能在無(wú)壓或稍加壓力的情況下，傾注于模具中能硬化成一定形狀制品的液態(tài)樹(shù)脂混合料，如MC尼龍等；反應(yīng)注射塑料是用液態(tài)原材料，加壓注入膜腔內(nèi)，使其反應(yīng)固化成一定形狀制品的塑料，如聚氨酯等塑料的分類(lèi)——3、按加工方法分類(lèi)按密度分低密度、中密度、高密度按聚合壓力分高壓聚乙烯、中壓聚乙烯、低壓聚乙烯按分子量大小分低分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯塑料的分類(lèi)——4、其他分類(lèi)方法常用塑料及其應(yīng)用熱塑性塑料五大品種：PE、PVC、PS、PP、ABS氟塑料高分子復(fù)合材料：玻璃鋼、碳纖維增強(qiáng)塑料1．聚乙烯（PE塑料）由乙烯聚合而成，分子式：（CH2—CH2）n其原料充足，產(chǎn)量一直是世界塑料產(chǎn)量的首位，在我國(guó)具第二位，僅次于PVC塑料，屬易加工塑料分類(lèi)：第一類(lèi)：PE-HD對(duì)于密度為0.91-0.925g/cm3，為第一類(lèi)型PE-HD；對(duì)于密度為

0.926-0.94g/cm3，為第二類(lèi)型PE-HD；對(duì)于密度為0.94-0.965g/cm3，為第三類(lèi)型PE-HD。第二類(lèi)：PE-LD特點(diǎn)：在所有塑料中密度較低

PE-HD是高結(jié)晶材料，高結(jié)晶度導(dǎo)致了它的高密度、抗張力強(qiáng)度、高扭曲溫度，粘性以及化學(xué)穩(wěn)定性PE-HD比PE-LD抗?jié)B透性強(qiáng)、但抗沖擊強(qiáng)度較低PH-HD的特性主要由密度和分子量分布所控制PE-LD是半結(jié)晶材料，成型后收縮率較高，在1.5%到4%之間。分子量越高，PH-LD的流動(dòng)特性越差，但是有更好的抗沖擊強(qiáng)度。1．聚乙烯（PE塑料）性能：由于其在密度、結(jié)晶度、分子量方面的差異其性能差異是較大的。一般，低密度聚乙烯的機(jī)械性能較高密度聚乙烯稍差，制品較高密度聚乙烯軟。無(wú)毒。電絕緣性能、耐化學(xué)腐蝕性能、耐低溫性能和流動(dòng)性能優(yōu)良。柔順性、熱塑性、彈性、透氣性好；透水性差。1．聚乙烯（PE塑料）性狀：白色或淺白色臘狀半透明固體。薄膜狀聚乙烯幾乎透明。常用方面：

薄膜線型低密度聚乙烯地膜覆蓋用薄膜（應(yīng)用最多）、農(nóng)用大棚薄膜、包裝用薄膜、果品保鮮用薄膜、防化膜、其他吹塑超薄薄膜等1．聚乙烯（PE塑料）常用方面：管材線性低密度聚乙烯軟管用于電線、電纜絕緣護(hù)管、套；管可用于煤氣管、自來(lái)水上下水管、農(nóng)用暗管、60℃以下耐蝕性輸液管道等。塑料容器高密度聚乙烯可制作中空容器如周轉(zhuǎn)箱、瓦楞箱、桶、瓶、大型儲(chǔ)槽等機(jī)械零件

超高分子量聚乙烯具有良好的耐磨性，用于各種機(jī)械零部件做不粘、耐磨、低噪音的潤(rùn)滑部件，如密封圈、軸承、低載的齒輪、人體關(guān)節(jié)等。用火焰法或靜電法噴覆于金屬表面，已提高耐磨性及耐腐蝕性，如家電外殼。1．聚乙烯（PE塑料）常用方面：日用品皂合（常用著色劑：熒光黃、透明紅、熒光綠）塑料袋、藥品瓶、油桶、餐具、玩具、花、日用雜品等。其他板材（即出版材、片材）人造革單絲泡沫塑料及其制品1．聚乙烯（PE塑料）2．聚丙烯（PP）屬易加工塑料。分子式：特點(diǎn)：由于分子鏈上掛有側(cè)基CH3,不利于分子排列的規(guī)整度和柔性，使剛性增大。相對(duì)密度在塑料里最小，僅為0.90—0.91/cm3。時(shí)塑料中最輕的塑料。性狀：制品表面低透明度、低光澤度，透明好于聚乙烯，易著色。2．聚丙烯（PP）性能：機(jī)械性能(強(qiáng)度、硬度、和彈性等)均高于聚乙烯。拉伸強(qiáng)度為32—40兆帕彎曲強(qiáng)度為40—55兆帕抗彎折能力強(qiáng)，抗沖擊強(qiáng)度高PP的強(qiáng)度隨著乙烯含量的增加而增大。由于結(jié)晶度較高，這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好，不存在環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題。通常采用加入玻璃纖維、金屬添加劑或熱塑橡膠的方法對(duì)PP進(jìn)行改性。耐高溫（100℃以下可長(zhǎng)期工作），低溫性能稍差優(yōu)良的電絕緣性和耐腐蝕性能在常溫下耐酸、堿腐蝕沖擊韌性差，抗老化差，透氣性比PE大2．聚丙烯（PP）常用方面：工農(nóng)業(yè)噴灌管、化工管道、板材、電纜包覆和護(hù)套、打包帶、包裝袋、瓦楞板等機(jī)械零件法蘭、齒輪、手把、接頭、汽車(chē)水、油箱殼體、電視機(jī)殼體等日用品水杯、食具、玩具、飲料、藥品容器、包裝薄膜如玻璃紙透明。紡織品丙綸纖維、無(wú)紡布等。另外聚丙烯改性后，大大擴(kuò)展了其用途，可做成仿木材。發(fā)泡制品可作包裝材料使用。2．聚丙烯（PP）用聚丙烯扁片和標(biāo)準(zhǔn)的照明設(shè)備設(shè)計(jì)可自行組裝的燈飾聚丙烯板提供了多種顏色和印刷工藝,從而使這種材料在外形上為日常用品的生產(chǎn)提供了許多無(wú)盡的可能性.可用于家具,包裝,照明設(shè)備,文具,墊。3．聚氯乙烯(PVC)

由乙炔氣體和氯化氫合成氯乙烯，再聚合而成,是熱塑性塑料。分子式：特點(diǎn)：聚氯乙烯的分子鏈中存在極性氯原子,增大了分子間的作用力,阻礙了單鏈內(nèi)旋,減小了分子鏈間距離,所以剛度、強(qiáng)度和硬度均比聚乙烯高。質(zhì)硬、耐老化性好。優(yōu)點(diǎn)：具有輕質(zhì)、防水、防潮隔熱、保溫、防潮、阻燃、施工簡(jiǎn)便等。規(guī)格、色彩、圖案繁多，極富裝飾性，可應(yīng)用于居室內(nèi)墻和吊頂?shù)难b飾，是塑料類(lèi)材料中應(yīng)用最為廣泛的裝飾材料之一。缺點(diǎn)：怕火，不耐高溫，在較熱的環(huán)境中工作容易變形。3．聚氯乙烯(PVC)性能：硬質(zhì)聚氯乙烯（薄璃球樹(shù)脂）加人少量增塑劑、穩(wěn)定劑和填料獲得，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較好的耐蝕性（酸、堿）。拉伸強(qiáng)度為40—50兆帕。軟質(zhì)聚氯乙烯（棉花球樹(shù)脂）增塑劑加入量達(dá)30%~40%時(shí),制得軟質(zhì)聚氯乙烯,其延伸率高,制品柔軟,具有良好的耐蝕性和電絕緣性。拉伸強(qiáng)度在10—20兆帕。3．聚氯乙烯(PVC)性狀：白色粉末，密度1.4。常用方面：工農(nóng)業(yè)農(nóng)用薄膜（透氣、透紫外線）、雨布耐酸、堿管、絕緣層、電線管、醫(yī)藥衛(wèi)生器具國(guó)防結(jié)構(gòu)零件建材墻板、天花板、目前大量用于飾條、室內(nèi)門(mén)窗、塑鋼門(mén)窗等。3．聚氯乙烯(PVC)聚乙烯薄膜與聚氯乙烯薄膜的鑒別聚乙烯薄膜無(wú)毒，可盛放食物，強(qiáng)度差