塑料的來源、定義及性質(zhì)
塑料工業(yè)屬于高分子工業(yè)，是石化工業(yè)的一環(huán)，具有高度關(guān)聯(lián)性，是多層次加工特性之產(chǎn)業(yè)。塑料是以石油或天然氣為原料，經(jīng)提煉、裂解成各種石化基本原料（單體）后，再經(jīng)聚合反應(yīng)（加成聚合或縮合聚合）而得的高分子樹脂。各類塑料經(jīng)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(jīng)過合成反應(yīng)而得到的高分子樹脂。所謂高分子樹脂是指單體化合物經(jīng)過聚合反應(yīng)，聚合合成高分子聚合體，其分子量可達到數(shù)千甚至數(shù)百萬。在高分子領(lǐng)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(zhǔn)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(jié)構(gòu)、官能基、玻璃轉(zhuǎn)移溫度（Glasstransitiontemperature，簡稱Tg）等種種因素，塑料隨溫度與分子間鍵結(jié)而呈現(xiàn)玻璃態(tài)、橡膠態(tài)、熔膠態(tài)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(jīng)加熱熔融而反復(fù)固化成型，所以熱塑性塑料的廢料通?？苫厥赵倮茫从兴^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(tài)，即使繼續(xù)加熱也無法改變其狀態(tài)。因此，熱固性塑料無法經(jīng)再加熱來反復(fù)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(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，是強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料。日本業(yè)界將它定義為“可以做為構(gòu)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(yè)上”,其性能包括：
1.熱性質(zhì)：玻璃轉(zhuǎn)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(shù)小。
2. 機械性質(zhì)：高強度、高機械模數(shù)、低潛變性、強耐磨損及耐疲勞性。
3. 其它：耐化學(xué)藥品性、抗電性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。
被當(dāng)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(huán)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(yōu)。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(yōu)的氟素塑料，耐熱性優(yōu)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(xué)構(gòu)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(yīng)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(zhì)，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(jié)晶性塑料的定義及其特性
結(jié)晶是指分子排列的規(guī)則，冷卻后成為結(jié)晶構(gòu)造。一般塑料的結(jié)晶構(gòu)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(guī)排列的程度，稱為結(jié)晶化程度（結(jié)晶度），亦謂每條分子只有部分排列整齊，所以結(jié)晶性樹脂其實只有部分是結(jié)晶。結(jié)晶部分占有的比例，即為結(jié)晶度。而結(jié)晶化程度可用X線的反射來量測。有機化合物的構(gòu)造復(fù)雜，塑料構(gòu)造更復(fù)雜，且分子鏈的構(gòu)造（線狀、毛球狀、折迭狀、螺旋狀等）多變化，致其構(gòu)造亦因成形條件不同而有很大的變化。結(jié)晶度大的塑料為結(jié)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(jié)晶化及規(guī)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(jié)晶性越高，則透明性越差，但強度越大。
結(jié)晶性塑料有明顯熔點(Tm)，固體時分子呈規(guī)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(nèi)應(yīng)力不易釋放出來，成品不透明，成形中散熱慢，冷模生產(chǎn)后收縮較大，熱模生產(chǎn)后收縮較小。相對于結(jié)晶性塑料，另有一種為非結(jié)晶性塑料，其無明顯熔點，固體時分子呈不規(guī)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(jié)晶性塑料的特性如下：
1.分子在結(jié)晶構(gòu)造中緊密的靠在一起，所以結(jié)構(gòu)就更堅實。密度、強度、鋼度、硬度就增加，但透明度降低。
2.結(jié)晶性樹脂在熔點溫度時產(chǎn)生了急劇的比容下降，非結(jié)晶性樹脂比容在熔點溫度沒有急劇改變。比容是指單位質(zhì)量的體積，單位是/g。結(jié)晶度依樹脂種類，冷卻速度而異，硬質(zhì)聚乙烯結(jié)晶度高達90％，耐龍的結(jié)晶度僅20～30％左右。冷卻速度愈慢，結(jié)晶度愈高。
A. 結(jié)晶性與非結(jié)晶性塑料的物性對比
物 性結(jié)晶性非結(jié)晶性物 性結(jié)晶性非結(jié)晶性
比重較高較低耐磨耗性較佳較低
拉伸強度較高較低抗?jié)撟冃?Creep)較佳較低
拉伸模數(shù)較高較低硬度較硬較低
延展性或伸長率較低較高透明性較低較高
耐沖擊性較低較高加玻纖補強效果較高較低
*高使用溫度較高較低尺寸安定性較差較佳
脆 性較脆－翹曲性較易－
收縮率較高較低著色性較難較易
流動性(MI)較佳較低耐熱性較高較低
耐化學(xué)藥品性較高較低折動性較佳較差
B. 熱塑性塑料依結(jié)晶性與非結(jié)晶性區(qū)分
結(jié)晶性塑料非結(jié)晶性塑料
泛用塑料聚乙烯(Polyethylene,PE)
聚丙烯(Polypropylene,PP)
聚氯乙烯(PolyvinylChloride,PVC)
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物(Acrylonitrile-Butadene-Styrene,ABS)
通用級聚苯乙烯(Generalpurposepolystyrene，GPPS）
壓克力(AcrylicResin,PMMA)
泛用工程塑料尼龍(Polyamide,PA-6,PA-66, PA-46, PA-11, PA-12)
聚對苯二甲酸乙酯(Polyethylenephthalate,PET)
聚對苯二甲酸丁酯(Polybutylenephthalate,PBT)
聚縮醛(Polyacetal,PolyoxyMethylene, POM)
變性(，PPO）
聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)
變性氧化二甲苯（PolyphenyleneOxidePPO）
特殊工程塑料聚苯硫醚(PolyphenyleneSulfide,PPS)
液晶(LiquidCrystalPolymer, LCP)
聚二醚酮(PolyetherEtherKetone, PEEK)
氟碳樹脂(Polytetrafluorcethylene,PTFE)
聚氧苯甲酯(Polyoxybenzylene,POB)
聚醚(PolyphenyleneSulfide,PES)
聚諷(Polysulfone,PSF)
聚芳香酯(Polyarylate,U-Polymer,PAR)(Polyetherimide, PEI)
聚酰胺酰亞胺(Polyamideimide,PAI)
六、塑料的性質(zhì)
塑料雖有許多優(yōu)良性質(zhì)，但并非每一種塑料均能具備所有的優(yōu)良性質(zhì)。材料工程師與工業(yè)設(shè)計家都必須深入了解各類塑料的性質(zhì)，才能設(shè)計出**的塑膠制品。塑料的性質(zhì)，大體可分為基本物性、機械性質(zhì)、熱性質(zhì)、化學(xué)性、光學(xué)性及電氣性等六類，下文將逐項加以討論。
（一）基本物性
基本物性是指塑膠原料的基本物理性質(zhì)，常見的有比重、假比重、粒徑、粘度、分子量、游離單體含量、吸水率及透氣率。
1、比 重
比重是指物質(zhì)密度與水密度的比值（水密度為1），所謂密度是指單位體積的重量。目前所知塑料中比重較輕的為聚甲基戊烯（0.83），較重的為鐵氟龍（2.3），其它的多在1左右。比重可用來估算制品所需原料的重量，而要減輕塑料的用量或重量可采用發(fā)泡的方式解決。比重的測定可依ASTMD792水中置換法測得。
2、分子量
一般化合物的分子量是不變的，而聚合體的分子量則是大小不均，所以必須采用平均值及分布度表示。常用的分子量表示法為重量平均分子量MW及數(shù)目平均分子量MN，其比值MW/MN稱為分子量分布。這些的測定可依ASTMD3598的膠粒穿透色層分析法得到。
3、黏度黏度常用來顯示膠塑體（Plastisol）及膠溶體（Organosol）的特性，一般可依ASTMD1823及ASTMD1824的方法測得。
4、假比重及粒徑分布這兩項常用來顯示塑料原料的顆粒大小及填塞緊密狀況。粒徑分布可依ASTMD1921的篩分法測得，假比重可依ASTMD1895的方法測得。
5、游離單體（Free monomer）
游離單體含量可表示樹脂聚合的程度，一般以?或ppm表示。用做食品容器的塑料，或單體聚有毒性的塑料對游離單體含量管制較嚴(yán)。
6、吸水率（Water absorption）
吸水率表示塑料吸收水份的程度。其測量方法是將樣品烘干后稱重，再浸入水中24或48小時，然后取出來再稱重，計算重量增加的百分比，即為吸水率。酚醛樹脂、尿醛樹脂、尼龍、纖維素樹脂等吸水率較高，PE、PP等吸水率較低。一般吸水率大者，其機械強度與尺寸穩(wěn)定性易受影響。
7、透氣率 透氣率表示塑料膜或塑料板氣體穿透難易的程度，可依ASTM D1434的方法測得。
8、熔融指數(shù)（Melt Flow Index,MI）
熔融指數(shù)，全稱熔液流動指數(shù)，是一種表示塑膠材料加工時的流動性的數(shù)值。它是美國量測標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ASTM)根據(jù)美國**公司(DuPont)慣用的鑒定塑料特性的方法制定而成，其測試方法是先讓塑料粒在一定時間（10分鐘）內(nèi)、一定溫度及壓力（各種材料標(biāo)準(zhǔn)不同）下，融化成塑料流體，然后通過一直徑為2.1mm圓管所流出的克（g）數(shù)。其值越大，表示該塑膠材料的加工流動性越佳，反之則越差。*常使用的測試標(biāo)準(zhǔn)是ASTMD1238，該測試標(biāo)準(zhǔn)的量測儀器是熔液指數(shù)計(MeltIndexer)。測試的具體操作過程是：將待測高分子（塑料）原料置入小槽中，槽末接有細管，細管直徑為2.095mm，管長為8mm。加熱至某溫度后，原料上端藉由活塞施加某一定重量向下壓擠，量測該原料在10分鐘內(nèi)所被擠出的重量，即為該塑料的流動指數(shù)。有時您會看到這樣的表示法?MI25g/10min，它表示在10分鐘內(nèi)該塑料被擠出25克。一般常用塑料的MI值大約介于1~25之間。MI愈大，代表該塑料原料粘度愈小及分子重量愈小，反之則代表該塑料粘度愈大及分子重量愈大。
?。ǘC械性質(zhì)
機械性質(zhì)是指塑料的各種機械性能強度，主要可分下列各項：
1、抗張強度（Tensile strength）及伸長率（Elongation）
抗張強度又稱抗拉強度，是指將塑膠材料拉伸到某一程度，所需力量的大小，通常以每單位面積多少力來表示，而其所拉伸長度的百分比即為伸長率。拉伸強度試片其拉伸的速度通常為5.0～6.5mm/min。詳細測試方法依ASTMD638。Strain）。
2、彎曲強度（Flexual strength或Bending strength ）
彎曲強度又稱折曲強度，主要用來測定塑料耐折的能力，可依照ASTMD790的方法測試，常以每單位面積多少力來表示。一般塑料以PVC、美臘明樹脂、環(huán)氧樹脂及聚酯類彎曲強度為佳。玻璃纖維也常用來提升塑料的耐折性。
彎曲彈性率是指將試片彎曲時（測試方法如彎曲強度），在彈性范圍內(nèi)，單位變形量所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。一般彎曲彈性率越大，則表示該塑膠材料的剛性越好。
3、壓縮強度（Compressive strength）
壓縮強度是指塑料承受外來壓縮力的能力，其測試值可依照ASTMD695方法測定。聚縮醛、聚酯、壓克力、尿權(quán)樹脂和美臘明樹脂在這方面性能較突出。
4、沖擊強度（Impact strength）
沖擊強度是指塑料受外力打擊所能承受的強度，其測試值可依照ASTMD256測試，其中有夏比（Charpy）法及艾氏（Izod）法兩種。計算方法是將破壞試片所需的能量值除以試片的寬度。一般塑料以PVC、PE、PP、ABS等沖擊強度較高。
5、硬度（Hardness）
一般塑料的硬度常采用RockWellDurometer（洛氏硬度）及ShoreDurometer（蕭氏硬度）法來測試。其中ShoreA常用來測定較軟的塑料，如TPE等彈性體或橡膠；ShoreD則用來測定較硬的塑料；而RockWell幾乎都是測定較硬之工程塑料或高性能工程塑料。它們的公式換算為ShoreD ＋ 50 =ShoreA。普通PE、MF、UF、FRP等塑料較硬，PE類較軟。
6、彈性系數(shù)（Modulus）
彈性系數(shù)是指塑料受外力作用變形后恢復(fù)原來形狀的能力，一般以應(yīng)力對應(yīng)變的比值表示。彈性值愈大表示塑料材料的剛性（Rigidity）愈好。
