塑料

塑料是玻璃化温度或结晶聚合物熔点在室温以上，添加辅料后能在成型中塑制成一定形状的高分子材料。简单说，塑料是以合成树脂为主要原料，适当加入具有一定特性的助剂（填充剂、增塑剂、润滑剂、稳定剂、固化剂、着色剂），在一定条件下具有流动性、可塑性，并能够加工成型，当恢复正常条件时仍可保持加工时的形状的一种合成高分子材料。

树脂撑起材料的骨架，助剂改善它的性能。简单理解塑料就是以合成树脂为主要成分，加入适量的助剂，在一定温度和压力下成型的有机高分子材料。塑料=合成树脂+助剂。

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分类

塑料的种类繁多，其分类体系比较复杂，分类方法之间又存在着交叉。常用的分类方法有两种，分别是按热性能分类和按应用领域分类。

（1）按热性能分类

根据塑料受热时的性质，塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料。我们把高分子比喻成意大利面，热塑性就是一大堆意大利面在一起，加热时分子可以拉动，热固性是把每个面条都绑起来，加热时分子拉不动。

①热塑性塑料。可反复进行加热软化、熔融，冷却后硬化的塑料。将固态的塑料进行加热，塑料熔化后再注入模具中，冷却固化后成品就完成了。优点是产品加热后还能再回收利用，缺点是不耐热，如常见的PE（聚乙烯）牛奶瓶、PET（聚对苯二甲酸类塑料）瓶遇到高温会发生变形。

②热固性塑料。热固性塑料在加热过程中发生了化学变化，分子间形成了共价键，成为体型高分子。在冷却后继续加热，在进一步升温过程中导致共价键破坏，从而使原材料的化学结构也随之改变。也就是说热固性塑料仅在第一次加热（或加入固化剂前）时能发生软化、熔融，并在此条件下产生化学交联而固化，以后再加热时不会软化或熔融，也不会被溶解，若温度过高则会导致分子结构的破坏。

一般纤维增强亚克力塑料指的是热固性塑料。还有美耐皿仿瓷餐具（三聚氰胺甲醛树脂或叫密胺树脂）也是热固性塑料。热固性塑料优点是耐热性、耐候性极高；缺点是不易回收，因为一次成型，再怎么加热也不会发生软化，无法再利用。

（2）按应用领域分类

按照应用领域及性能的不同，通常把塑料分为通用塑料和工程塑料两大类。通用塑料一般指产量大、用途广、成型性好、价格相对低廉的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料等。工程塑料通常是指性能优良，能承受一定外力作用和具有较高的机械强度，适合作工程材料或结构材料的塑料，如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜、ABS等。

当然，在一些特殊的应用领域，对塑料的功能和性能也有特殊的要求，我们往往把这些具有特殊功能，能够满足特殊使用要求的塑料称为特种塑料。如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用，增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能，这些塑料都属于特种塑料的范畴。常见的特种塑料还有导电塑料、医用塑料、发光塑料等。

品种

现如今，随着塑料工业的发展，塑料材料的品种也越来越多，其性能也是千差万别。了解材料的性能，选择最合适的材料与工艺，是产品设计走向成功的重要环节。

常用塑料及其英文简称

英文简称	中文名称	英文简称	中文名称
ABS	丙烯腈-丁二烯-苯乙烯	POM	聚甲醛
AS	丙烯腈-苯乙烯	PP	聚丙烯
EP	环氧树脂	PPO	聚苯醚
HDPE	高密度聚乙烯	PP-R	无规共聚聚丙烯
LDPE	低密度聚乙烯	PS	聚苯乙烯
MDPE	中密度聚乙烯	PSU	聚砜
PA	聚酰胺	PTFE	聚四氟乙烯
PBT	聚对苯二甲酸丁二(醇)酯	PU	聚氨酯
PC	聚磁酸酯	PVC	聚氯乙烯
PE	聚乙烯	RP	增强塑料
PET	聚对苯二甲酸乙二(醇)酯	TPU	热塑性聚氨酯
PF	酚醛塑料	UF	脲醛树脂
PMMA	聚甲基丙烯酸甲酯	UP	不饱和聚酯

组成

塑料按组成成分的多少，可分为单组分塑料和多组分塑料。单组分塑料仅含合成树脂，如“有机玻璃”就是由一种被称为聚甲基丙烯酸甲酯的合成树脂组成。多组分塑料除含有合成树脂外，还含有一些辅助材料，这些辅助材料我们常称其为助剂或添加剂。常用的添加剂有填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、固化剂、发泡剂等。建筑装饰上常用的塑料制品一般都属于多组分塑料。

（1）合成树脂

合成树脂是人工合成的高分子化合物，它是塑料的基本原料和主体材料，在多组分塑料中约占30%~70%，单组分塑料中含有的树脂几乎达100%。树脂在塑料中主要起胶黏作用，把填充料等其他组分胶结成一个整体。因此，树脂是决定塑料性质的最主要因素。

（2）填料

填料是为了改善塑料制品某些性质，如提高塑料制品的硬度、强度、耐热性以及降低成本等，而在塑料制品中加入的一些材料。填料在塑料组成材料中约占40%~70%，常用的填料有木粉、石灰石粉、铝粉、滑石粉、硅藻土、炭黑、云母、二硫化钼、石棉、玻璃纤维等。不同的填料可以提高或改善塑料的某方面性能，如纤维填料可提高塑料的结构强度，石棉填料可改善塑料的耐热性，云母填料能增强塑料的电绝缘性，石墨、二硫化钼填料可改善塑料的摩擦和耐磨性能等。此外，由于填料一般都比合成树脂便宜，故填料的加入能降低材料成本。

（3）增塑剂

增塑剂通常是具有黏性的液体，往往与合成树脂具有一定的相容性。在塑料制品的生产、加工中加入增塑剂，不仅可以降低其脆性，还可以使塑料易于加工成型。

不是所有的聚合物都是可塑的，必须加入增塑剂以保证加工成型，相当于在分子和分子之间加入其他分子，减少长链之间的作用力，增加塑性。增塑剂是迄今为止产量和消费量最大的助剂，其中以邻苯二甲酸酯类增塑剂使用最为广泛。除玩具和儿童用品外，它还被广泛用于食品包装、PVC建筑材料、医疗器械及服装等。但某些增塑剂会引发婴儿生殖器畸形和男性不育。2007年1月16日，所有欧盟成员国都开始执行欧盟颁布的关于禁止在玩具中添加邻苯二甲酸酯类增塑剂的禁令。这一禁令适用于所有添加增塑剂的产品。增塑剂主要通过口入的方式影响人的身体，食品塑料包装应使用没有增塑剂的塑料。

（4）稳定剂

添加稳定剂是为了防止塑料在加工和使用过程中，因受热、氧化和光线作用而变质、分解，以延长塑料的使用寿命。常用的稳定剂有抗氧剂、光屏蔽剂、热稳定剂、紫外线吸收剂等。

（5）润滑剂

添加润滑剂主要是为了提高塑料在加工成型中的流动性和脱模性，以避免在成型过程中出现脱模困难等问题，此外它还可以使塑料制品获得更好的表面质量。

（6）着色剂

为使塑料制品具有特定的色彩和光泽，可加入着色剂。着色剂按其在着色介质中的溶解性分为有机颜料和无机颜料，有机颜料可溶于被着色的树脂中，无机颜料则不溶于被着色介质。颜料不仅可以使塑料着色，同时兼有填料和稳定剂的作用。

（7）固化剂

固化剂又称硬化剂或熟化剂。其主要作用是使某些合成树脂的线型结构交联成体型结构，从而使树脂具有热固性。不同品种的树脂应采用不同品种的固化剂，如酚醛树脂常用六亚甲基四胺，聚酯树脂常用过氧化物等。

（8）发泡剂

发泡剂的作用是使塑料在熔融加工的过程中，在特定的条件下产生大量气体，在塑料中形成均匀泡孔结构，从而成为具有轻量性、隔热性、缓冲性的泡沫塑料。

（9）其他添加剂

此外，为了改善塑料的加工和使用性能，往往根据实际需要加入其他成分，如为了提高塑料的抗着火性能，需要对其添加阻燃剂；为了防止产品因摩擦产生静电，可采用添加抗静电剂的方法；为了使材料具有荧光效果，则可以添加荧光剂；为了提高材料的抗冲击性能，可对其添加增韧剂等。

性能

产品设计对造型材料的要求是能够自由地成型或者容易加工，与其他材料相比，塑料具有良好的综合特性，但在不同的要求与条件之下，不同的塑料材料也并非均能具有所有优良性能，同时也会表现出其缺点。

（1）塑料的一般特性

①密度。塑料是密度较低的材料，一般塑料的密度都在900~2300kg/m3之间，发泡塑料的密度更低，仅约为10~500kg/m3，密度是钢铁的1/8~1/4。有些塑料密度比水小，如聚丙烯（PP）密度为900~910kg/m3。

②耐腐蚀性。大部分塑料对酸碱等物质有良好的抗腐蚀性能。其中最突出的是被称为“塑料王”的聚四氯乙烯，连“王水”也不能腐蚀，甚至将其在硫酸中煮沸，也不会受到侵害。塑料是一种优良的抗腐蚀材料。

③比强度。塑料的密度比金属小得多，但强度却比一般金属高。比强度是强度与密度的比值，有些塑料或增强塑料的比强度接近甚至超过金属材料。

④电绝缘性。塑料在一定范围内绝缘能力强，大多数塑料在低频低压下具有良好的电绝缘性能，有的即使在高频高压下也可以作电绝缘材料或电容介质材料，其优异的电绝缘性能可与陶瓷相媲美。

⑤击穿强度。任何介质在电场作用下，当电场和电压超过某一临界值时，通过介质的电流会急速增大，材料失去绝缘性能。这种现象叫介质击穿，击穿时的电压叫临界电压。塑料的击穿电场电压很高，击穿强度在15~40kV/mm。

⑥应力-应变行为。单位面积上试样受到的力叫应力，由应力作用引起的试样长度变化叫应变。在标准试样上沿轴向施加拉伸载荷，试样由于力的作用而发生变形直至破坏。使材料破坏的临界拉伸应力称为拉伸强度，它是衡量材料强度的重要指标之一。

在室温下，塑料可以分为四种类型。

刚而脆的材料，PF、PS；

刚而强的材料，PU、硬PVC、增强环氧树脂；

软而韧的材料，软PVC（加入增塑剂）；

刚而韧的材料，PC、PA、聚甲醛。

⑦弯曲强度。弯曲强度是使材料弯曲断裂的应力。

常见塑料中的聚酰胺（PA）的弯曲强度可达210MPa，玻璃纤维增强塑料的弯曲强度为350MPa。

⑧剪切强度。材料抵抗剪切应力的能力或被剪断时的应力，就是剪切强度。玻璃纤维增强塑料的剪切强度可达80~170MPa。

⑨冲击强度。以极快的速度对塑料试样施加载荷使之破坏的应力，即冲击强度。

⑩耐摩擦性。大多数塑料具有优良的减摩、耐磨和自润滑特性，许多以工程塑料为制造材料的耐磨零件就是利用此特性来减少摩擦和磨损的。塑料的摩擦系数很小，有的塑料可以在完全无润滑的条件下工作。如聚四氟乙烯、尼龙等自身就有润滑性能，可以用这类塑料制造轴承、凸轮等耐磨零件。

⑪耐热性。热固性塑料耐热性一般比热塑性塑料好。

⑫导热性。塑料导热性不好。

⑬膨胀系数。膨胀系数较大，一般为金属的3~10倍。

⑭透光性、可着色性好。多数塑料都可以具有透明或半透明性质，富有光泽，可以任意着色，许多塑料制品可以像玻璃一样透明，如PMMA、PC。

⑮隔热性能、消声性能优良。塑料的热导率很小，泡沫塑料的热导率更是与静态空气相当，因此被广泛用作保温、冷藏等绝热装置材料。同时，塑料还具有优良的消声性能，特别是各种泡沫塑料常被用作消声材料。

⑯成型加工性能良好。塑料可塑性优良，能任意成型，成型加工方便，能大批量生产。塑料通过加热、加压可制成各种形状的制品，易进行切削、焊接、表面处理等二次加工，精加工成本低。产品造型设计很大程度上不受形态和线型的制约，可以比较自由地表达设计师的构思。

（2）塑料的缺点

塑料与其他材料相比较也存在着以下不足之处。

①塑料的耐热性相对较差，具体表现为其不耐高温，低温时容易发脆。一般塑料仅能在100℃以下正常使用，随着温度升高发生变形，燃烧时会释放有毒气体。同时，塑料的热膨胀系数比金属要大3~10倍，在温度变化过程中的尺寸稳定性不佳。

②塑料在长时间使用或贮藏过程中，受大气、光照、热量、辐射、湿度、雨雪、溶剂、微生物等各种环境因素作用后，往往会出现色泽改变、力学性能下降等老化现象，变得硬脆或软黏，这一缺陷也影响或限制了塑料材料在某些领域的应用。

发展史

塑料是20世纪最重要的发明之一，自从它问世以来，其应用日益广泛，几乎渗透到人类生活的方方面面。塑料所具有的优异性能，使其在各类工业产品中发挥着其他材料不可替代的作用，在许多产品中它是木材、金属、玻璃和陶瓷等传统材料的最佳替代品，在家电、交通工具、通信器材、建材、日用品和机电设备等领域随处可见。2018年塑料的全世界产量3.6亿吨，已成为世界上应用最多的材料之一。

世界最早的塑料叫赛璐珞，又称硝酸纤维素塑料。那时候台球是象牙做的，但是象牙材料非常昂贵。象牙这种材料很特殊，它承受几千次撞击也不会凹陷或裂开，非常强韧，不会碎裂，又可以经机器加工成球形，但象牙非常贵，很少有人买得起。为了寻找替代品，美国一个工厂主悬赏1万美元征求制造台球的材料以替代象牙。海厄特利用天然高分子纤维素制成了硝化棉，然后搭配樟脑做塑化剂，加入少量酒精进一步做成了具有可塑性的赛璐珞。

赛璐珞这种材料燃点较低，约为70~80℃，但是弹性好，透明性好，硬度强，密度高，但只能人工加工，不能机械加工，机械加工会出现火星，把赛璐珞点燃，所以应用范围有限，现在只用在吉他拨片、乒乓球和日本产的眼镜框中。这种材料不能用酒精擦拭，因为接触表面会产生雾化。赛璐珞因为原料有硝化纤维，硝化纤维俗称黄火药，早期非常容易着火，大大限制了制造产品范围。打台球时，由于摩擦容易在桌子上起火，台球像风火轮一样在桌子上乱跑。后来人们改进了赛璐珞，用乙酸代替硝酸，减少了着火风险。赛璐珞也可以做薄膜，例如相机的底片、早期的钢笔和眼镜。

真正意义上的塑料——全合成塑料是1909年利奥·贝克兰用苯酚和甲醛制成的酚醛塑料，是一种能够耐高温的塑料，它是第一种用化学方法合成并在1909年投入工业化生产的塑料。直到今日，它仍然是人们日常生活和生产当中十分重要的热固性塑料之一。因此它的商业名称就叫做“电木”，学名酚醛树脂。虽不是第一种塑料，但历史上对酚醛树脂的评价甚至高于硝基纤维素，因为它是由一类全新的化学反应——缩聚反应合成而来。原料甲醛和苯酚都是小分子，分子量分别是30和94，但经过缩聚反应之后，酚醛树脂的分子量可以达到几万、几十万甚至趋向于1023数量级。它不是线型的，而是一团，这类树脂是热固性树脂，在最初加热时变得柔软可塑，继续加热会变硬。

在随后的数十年内，人造高分子的发展步伐明显加快，并且也由此奠定了很多大型化学公司的发展基础。例如杜邦公司在1930年开发出的尼龙（聚酰胺），到目前为止的快100年内，仍然没有竞争对手可以超越；拜耳公司在1937年开发出聚氨酯材料，而聚氨酯材料也成为拜耳公司最响亮的产品之一；1930年，巴斯夫公司成为全球第一家工业化生产聚苯乙烯的公司，而这项业务也被巴斯夫保留至今；陶氏的环氧树脂、3M的聚丙烯酸酯、ICI的聚乙烯……基本上每个化学界巨头都会发展各自的高分子板块。

1954年，一位叫做Natta的意大利化学家第一次在实验室聚合出了具有利用价值的聚丙烯，新的材料给新的造型和工艺带来新的可能。

近年来，塑料工业发展迅速，我们必须熟练掌握塑料的性能和用途，在设计中合理利用它们。现在我们日常生活中离不了它，从牙刷、衣服到家用电器，到处都用到塑料，但塑料却被冠以廉价和污染的代名词。塑料也给人类做过伟大的贡献。人类第一次登上月球时穿的太空装是塑料材料，包括面罩。电影胶片也是塑料薄膜。