關于塑料
一、塑料的來源
塑料工業屬于高分子工業,是石化工業的一環,具有高度關聯性,是多層次加工特性之產業。塑料是以石油或天然氣為原料,經提煉、裂解成各種石化基本原料(單體)后,再經聚合反應(加成聚合或縮合聚合)而得的高分子樹脂。各類塑料經過逐步加工衍生出各種下游制品,包括橡膠、涂料、接著劑、人造纖維、合成樹脂等。
二、塑料的定義
塑料是以石油或天然氣為原料,經過合成反應而得到的高分子樹脂。所謂高分子樹脂是指單體化合物經過聚合反應,聚合合成高分子聚合體,其分子量可達到數千甚至數百萬。在高分子領域的分類上,分子量未達1000者稱為低分子,介于1000~10000者稱為準高分子或寡聚合體(Oligomer),大于一萬以上者稱為高分子(Polymer)。一般常用來做成型加工的塑料,其分子量大約在10000~1000000之間,而分子量低于一萬的寡聚合體則常用來做紡織用樹脂、涂料、接著劑、合成樹脂等。所以,并非所有高分子聚合體均可作為塑料的用途,事實上要看其分子量、分子結構、官能基、玻璃轉移溫度(Glasstransitiontemperature,簡稱Tg)等種種因素,塑料隨溫度與分子間鍵結而呈現玻璃態、橡膠態、熔膠態等變化。
塑料名 稱分 子 量 M/W.C
聚乙烯 PE4000
聚異丁烯PIB17000
聚乙烯醇PVA29200
聚苯乙烯 PS38000
壓克力PMMA10400
三、塑料的種類
一般而言,塑料可大分為兩大類:熱塑性塑料(Thermoplastic)及熱固性塑料(Thermosetting)。
熱塑性塑料在常溫下通常為顆粒狀,加熱到一定溫度后變成熔融狀,將其冷卻后則固化成型,若再次加熱則又會變成熔融狀,可進行再次的塑化成型。因此,熱塑性塑料可經加熱熔融而反復固化成型,所以熱塑性塑料的廢料通常可回收再利用,即有所謂的「二次料」之稱。熱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)。
熱固性塑料則是加熱到一定溫度后變成固化狀態,即使繼續加熱也無法改變其狀態。因此,熱固性塑料無法經再加熱來反復成型,所以熱固性塑料的廢料通常是不可回收再利用的。
四、工程塑料的定義及其特性
工程塑料是指被用做工業零件或外殼材料的工業用塑料,是強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑料。日本業界將它定義為“可以做為構造用及機械零件用的高性能塑料,耐熱性在100℃以上,主要運用在工業上”,其性能包括:
1.熱性質:玻璃轉移溫度(Tg)及熔點(Tm)高;熱變形溫度(HDT)高;長期使用溫度高(UL-746B);使用溫度范圍大;熱膨脹系數小。
2. 機械性質:高強度、高機械模數、低潛變性、強耐磨損及耐疲勞性。
3. 其它:耐化學藥品性、抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。
被當做通用性工程塑料者包括聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚酰胺(尼龍,Polyamide,PA)、聚縮醛(Polyacetal, PolyoxyMethylene,POM)、變性聚苯醚(PolyPhenyleneOxide,變性PPE)、聚酯(PETP,PBTP)、聚苯硫醚(PolyphenyleneSulfide,PPS)、聚芳基酯,熱硬化性塑料則有不飽和聚酯、酚塑料、環氧塑料等。它們的基本特性為拉伸強度均超過50Mpa,抗拉強度在500kg/cm2以上,耐沖擊性超過50J/m,彎曲彈性率在24000kg/cm2,負載撓曲溫度超過100℃,硬度、老化性優。聚丙烯若改善其硬度和耐寒性,也可列入工程塑料的范圍。此外,還包括較特殊者的強度弱、耐熱耐藥品性優的氟素塑料,耐熱性優的硅溶融化合物,以及聚酰胺酰亞胺、聚酰亞胺、Polybismaleimide、Polysufone(PSF)、PES、丙烯塑料、變性蜜胺塑料、BTResin、PEEK、PEI、液晶塑料等。
各工程塑料的化學構造不同,所以它們的耐藥品性、摩擦特性、電機特性等有所差異。由于各工程塑料的成型性不同,因此有的適用于任何成型方式,有的只能以某種成型方式進行加工,這樣就造成了應用上的局限。熱硬化型工程塑料的耐沖擊性較差,因此大多添加玻璃纖維。工程塑料除了聚碳酸酯等耐沖擊性大外,通常具有硬、脆、延伸率小的性質,但如果添加20~30%的玻璃纖維,則它的耐沖擊性將有所改善。
五、結晶性塑料的定義及其特性
結晶是指分子排列的規則,冷卻后成為結晶構造。一般塑料的結晶構造是由許多線狀、細長的高分子化合物組成的集合體,依分子成正規排列的程度,稱為結晶化程度(結晶度),亦謂每條分子只有部分排列整齊,所以結晶性樹脂其實只有部分是結晶。結晶部分占有的比例,即為結晶度。而結晶化程度可用X線的反射來量測。有機化合物的構造復雜,塑料構造更復雜,且分子鏈的構造(線狀、毛球狀、折迭狀、螺旋狀等)多變化,致其構造亦因成形條件不同而有很大的變化。結晶度大的塑料為結晶性塑料,分子間的引力易相互作用,而成為強韌的塑料。為了要結晶化及規則的正確排列,故體積變小,成形收縮率及熱膨脹率變大。因此,若結晶性越高,則透明性越差,但強度越大。
結晶性塑料有明顯熔點(Tm),固體時分子呈規則排列,強度較強,拉力也較強。熔解時比容積變化大,固化后較易收縮,內應力不易釋放出來,成品不透明,成形中散熱慢,冷模生產后收縮較大,熱模生產后收縮較小。相對于結晶性塑料,另有一種為非結晶性塑料,其無明顯熔點,固體時分子呈不規則排列,熔解時比容積變化不大,固化后不易收縮,成品透明性佳,料溫越高色澤越黃,成形中散熱快,以下針對兩者物性進行比較。
結晶性塑料的特性如下:
1.分子在結晶構造中緊密的靠在一起,所以結構就更堅實。密度、強度、鋼度、硬度就增加,但透明度降低。
2.結晶性樹脂在熔點溫度時產生了急劇的比容下降,非結晶性樹脂比容在熔點溫度沒有急劇改變。比容是指單位質量的體積,單位是/g。結晶度依樹脂種類,冷卻速度而異,硬質聚乙烯結晶度高達90%,耐龍的結晶度僅20~30%左右。冷卻速度愈慢,結晶度愈高。