深入了解塑料：从定义到来源，探索这种人造高分子有机化合物

1. 什么是塑料？

塑料是人造的具有可塑性的高分子有机化合物（树脂）。

塑料是指以有机合成树脂为主要成分，添加或不添加其他配比材料（助剂）而制成的人工材料，在加热、加压条件下通常能模制成具有一定形状的器件。

可塑性是指粘土在受力时会变形，但撤去力后不会恢复原状的特性。弹性（弹力）是指粘土在受力时会变形，但撤去力后又会恢复原状的特性。这种特性称为弹性（例如橡胶），具有弹性的物体称为弹性体（例如松紧带）。塑料就是利用这种受热时产生的可塑性加工成各种形状的。

2. 塑料的来源

塑料是由低分子有机化合物（如乙烯、丙烯、苯乙烯、氯乙烯、乙烯醇等）在一定条件下聚合而成的高分子有机化合物（聚合物）。

组成塑料的分子的分子量在10000以上，所以塑料是高分子化合物（聚合物）。一般塑料分子中含有碳（C）原子和氢（H）原子，有的塑料分子中含有少量的氧（O）和硫（S）原子。塑料的基本原料是低分子碳氢化合物，是从石油、天然气或煤炭裂解产物中提取、合成的人造树脂。

3.塑料的发展历程

不同塑料的开发和生产时间：

1920-1933年：聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚丙烯（PP）

1935年：丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS）

1939 年：聚对苯二甲酸乙二醇酯 (ABS)

1949 年：聚酰胺（尼龙）

1950 年：聚甲基丙烯酸甲酯（丙烯酸）

1956 年：聚甲醛（POM）

1958 年：聚碳酸酯（PC）

1964年：聚氧化二甲苯（PPO）

1965 年：聚砜（PSF）

1975年：聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）

1985年：液晶塑料（LCP）

1994年：改性为注塑级PET（PETG）

1995年：超弹性聚甲醛（TPOM）

1996 年：透明硬质 PVC

1960年以后，塑料的应用和加工技术有了长足的发展。

4. 塑料的分类

目前塑料的种类有300多种，最常用的塑料有十几种。

1.按塑料的应用领域分类

一般分为通用塑料和工程塑料：

通用塑料只能作为一般非结构材料，产量较大，价格相对较低，性能一般，多用于制作生活用品。（如：PE、PP、PVC、PS、PMMA、EVA等）

工程塑料是指具有高机械性能、耐高温、耐腐蚀等性能的材料，可用作结构材料，具有优良的综合性能（包括力学性能、电性能、耐热性、耐化学性等），能在很宽的温度范围内和较长时间内保持这些性能良好，能在机械应力和苛刻的化学、物理环境中长期使用。公认的七大工程塑料为：ABS、PC、POM、PA、PET、PBT、PPO等。工程塑料产量相对较少，价格也比较昂贵。此外还有功能塑料（如：LCP、人造器官等）、纳米塑料、可降解塑料等。

2.按塑料的晶型分类

一般分为结晶性塑料和非结晶性塑料：

结晶性塑料是指在适当的条件下，分子能产生一定的几何结构的塑料（如PE、PP、PA、POM、PET、PBT等），大部分塑料是部分结晶性的。

非晶态塑料是指分子形状和分子排列不是呈晶体结构而是呈无序状态的塑料（如ABS、PC、PVC、PS、PMMA、EVA、AS等）。非晶态塑料在各个方向上的力学性能都是相同的（各向同性）。

3. 根据加热时的基本行为分类

一般分为热塑性塑料和热固性塑料；

热塑性塑料是指在特定的温度范围内可以反复加热软化、冷却硬化的塑料（如ABS、PP、POM、PC、PS、PVC、PA、PMMA等），并可以回收利用。

热固性塑料是指受热后不熔化，再次加热时不再具有塑性，且不能回收利用的塑料（例如酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚氨酯、发泡聚苯乙烯等）。

4.按塑料的透光率分类

一般分为透明塑料、半透明塑料和不透明塑料；

透光率在88%以上的塑料称为透明塑料（如PMMA、PS、PC、Z-聚酯等）。常用的半透明塑料有PP、PVC、PE、AS、PET、MBS、PSF等。不透明塑料主要有POM、PA、ABS、HIPS、PPO等。

5.按塑料硬度分类

一般分为硬质塑料、半硬质塑料、软质塑料；

常见的硬质塑料有：ABS、POM、PS、PMMA、PC、PET、PBT、PPO等。

半硬质塑料包括：PP、PE、PA、PVC等；

软质塑料包括：软PVC、K胶（BS）、TPE、TPR、EVA、TPU等。

6.按塑料化学结构分类

A.聚烯烃（如LDPE、MDPE、HDPE、LLDPE、UHMWPE、PP等）

B.聚苯乙烯（如：PS、AS、BS、ABS、MBS、HIPS等）

C.聚酰胺（如：PA6、PA66、PA610、PA1010等）

D、聚醚（如PC、POM、PSF、PPO等）

E.聚酯（如PBT、PET等）

F.丙烯酸酯（例如PMMA）

5.塑料的物理性质

1、比重（密度）★

塑料的比重是试样的重量与一定温度下同体积水的重量之比，单位为g/cm3，通常采用液体浮力法测定。

2. 吸水率

塑料的吸水率是指规定尺寸的试样在一定温度（25±2）℃的蒸馏水中浸泡24小时后所吸收的水量；吸水量影响其尺寸和形状。吸水率用重量表示时，通常以％表示。

3.透气性

透气率是指在一个大气压下，24小时内透过一平方米面积内一定厚度的塑料薄膜的气体体积（cm3）。但透气率与薄膜厚度、面积、时间、温度、压差等有关。

4. 透湿性

透湿率是指水蒸气透过塑料薄膜的能力，其基本原理和定义与透气率相同。

5.透明度

透过物体的光通量与入射到物体上的光通量之比称为透过率；入射光方向上的散射光与全部透射光之比称为雾度或浊度。雾度通常是半透明的，对入射光具有漫射性质。

6.拉伸强度

拉伸强度是指在规定的试验温度、湿度和拉伸速度下，沿试样纵轴方向施加拉伸载荷，试样破坏时的最大载荷。

7.抗压强度

抗压强度是指对试样施加压缩载荷直至其断裂（对于脆性材料）或产生屈服（对于非脆性材料）时的强度。

8.弯曲强度

弯曲强度是指在两个支点处施加集中载荷，使试样变形或断裂时的强度。

9. 冲击强度

冲击强度是指试样受冲击破坏时单位面积所消耗的焦耳数。对于一些冲击强度较高的塑料，常在试样中部开出规定尺寸的缺口，以减少试样破坏时所需的焦耳数。

针对不同的试样可采用不同的试验方法：落球冲击试验、高速拉伸冲击试验。

10.摩擦系数

摩擦系数是指摩擦力与法向压力的比值，对样品施加法向压力，测量样品在刚性运动过程中的动静比。

11. 穿着

磨损是指在摩擦过程中塑料颗粒不断脱离摩擦表面，引起摩擦件尺寸不断变化，从而产生机械破坏的过程，也称磨耗或蚀损。

12.硬度

塑料硬度是指塑料抵抗其他坚硬物体压力的性能，常见的硬度有洛氏硬度和肖氏硬度两种。

肖氏硬度是指在规定的压力和时间内，压头的压痕针的深度。

肖氏压头分为A型和D型两大类，施加荷重重量分别为1.0和5.0公斤，压紧时间为15秒。A型适用于软质塑料，D型适用于半硬质塑料。当A型测量值超过量程的95%时，应改用D型。当D型测量值超过量程的95%时，应改用洛氏压头。

13.疲劳强度

疲劳强度是指在静态破坏力和少量交变循环作用下，引起塑性破坏的强度；疲劳载荷源包括拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击等。

14. 蠕变

蠕变是指塑料在一定的温度、湿度条件下，在固定外力的连续作用下，随时间变化的特性。这种变形特性随载荷的增加而增大，随载荷的减小而减小，变形逐渐恢复。蠕变的来源有拉伸蠕变、压缩蠕变、弯曲蠕变等。

15.持久的力量

持久强度是指塑料长期承受静载荷的能力由高到低的时间函数。例如：塑料在载荷前强度为1000小时，但载荷后可能只有其50％至70％。

16.线膨胀系数

线膨胀系数是指温度上升1摄氏度，塑料每厘米伸长多少厘米，塑料的线膨胀系数一般是钢材的十倍左右。

17. 比热

比热是指将1克塑料的温度升高1摄氏度所需的热量单位。

18.热导率

热导率是指单位面积和厚度的塑料所能传递的热量。塑料的热导率很小，仅为钢的百分之一左右，因此是良好的绝缘材料。

19. 耐热性

塑料的耐热性是反映温度与塑件变形之间关系的特性，对于受温度影响较大的塑件，耐热性更为重要。

20.玻璃化转变温度

塑料由熔融可流动温度降至固态的温度称为玻璃化转变温度，此时分子链段基本不能移动，链节间也难以转动紧固，原子间只有轻微的运动和拉伸以及一般的弹性变形，因此此时的塑料会很脆。

21.脆性温度

当在某一低温下对塑料施加压力时，塑料会几乎不发生变形就断裂，这个温度就是脆性温度。

22.分解温度★

分解温度是指塑料大分子链受热时发生断裂的温度，也是鉴别塑料耐热性的指标之一。当熔体温度超过分解温度时，大部分熔体会出现黄色，制品强度也会大大降低。

23.熔融指数★

熔融流动指数（MFI）MI是指热塑性塑料在一定的温度和压力下，10分钟内从试验机小孔流出的熔融物质的重量，单位用克/10分钟来表示。

7.塑料的特性

1.塑料的优点

（1）易于加工制造（易于成型）

（2）可根据需要着色或制成透明制品

（3）可生产轻质、高强度的产品

（4）无生锈、腐蚀

（5）不易导热，隔热性能好

（6）既可制作导电零部件，又可制作绝缘制品。

（7）减震降噪性能优良，透光率好

（8）产品制造成本低

2.塑料的缺点

（1）耐热性差，易燃烧

（2）随着温度的变化，性质也会发生很大变化

（3）机械强度低

（4）易被特殊溶剂和化学品腐蚀

（5）耐久性差，易老化

（6）易损坏，且容易被灰尘和污垢污染

（7）尺寸稳定性差

8.塑料着色

着色剂的应用品种有：干粉（色粉）、色种、色母粒、液体色浆等，分为有机颜料和无机颜料两大类。

着色剂需要具备以下良好性能：着色力强、遮盖力强、分散性（相容性）好、耐热性好、耐光性好、耐迁移性好、耐溶剂性好、耐化学性好、收缩性低等。随着客户对塑件颜色的要求越来越严格，色母粒或颗粒的应用也越来越广泛。

9. 浇口材料的回收利用

一般热塑性塑料浇口料是可以回收利用的，实验表明，浇口料的添加比例在25%以内对塑料的性能（强度）影响不大（小于10%）。浇口料的控制和回收利用是塑料工业的研究课题，采用热流道模具是减少浇口料的一种创新方法。浇口料的回收频率和配比对塑料制品的着色强度有不同程度的影响。生产时应严格控制浇口料的添加量。