下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
（一）树脂
树脂是高分子化合物的聚合物，简称高聚物。高聚物包括塑料、橡胶、合成纤维等材料。高分子化合物的特性及其聚集态，决定了树脂的性质。树脂分为合成树脂和天然树脂。一般组成塑料的树脂，包括由单体化合物聚合的树脂（如聚乙烯、酚醛树脂等），以及由天然高分子物经化学改性制得的高聚物（如聚乳酸、玉米降解塑料等）。
由单体化合物转变成高聚物的过程，称为聚合反应。聚合反应分为加成聚合反应和缩聚合反应。由单体加成聚合反应生成的聚合物，称为加成聚合物，如聚乙烯、聚丙烯等；由两种不同的化合物缩聚合反应生成的聚合物，称为缩合聚合物，如聚酰胺、酚醛树脂等。缩合反应的过程会释放出水。若在加成聚合反应时，起始单体多于一种，或者在缩聚合反应时，起始反应物多于两种，所制得的聚合物称为共聚物，如ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）等。
根据大分子链的不同组成，高聚物的形态分为线型结构、支链型结构、网状结构，如图1-1所示。网状高分子化合物是在线型或支链型的大分子链之间，由原来单体或其他化合物或原子团产生交联作用而形成的。
图1-1 高聚物分子结构示意图
a）线型结构 b）支链型结构 c）网状结构
根据聚合物受热后所表现的不同性能，可以分为热塑性聚合物和热固性聚合物。热塑性聚合物，如聚乙烯、聚酰胺等；热固性聚合物，如酚醛及脲醛聚合物等。
在对高聚物进行区分时，不能简单地认为热塑性高聚物就是线型、支链型结构聚合物；热固性聚合物就是网状高分子结构聚合物。低密度聚乙烯（LDPE）是支链型高聚物；线型低密度聚乙烯是线型高聚物。若成型时，在塑料中加入交联剂，它们在交联剂及热的作用下，也可生成网状结构的交联聚乙烯，例如注射交联发泡聚乙烯拖鞋。热塑性酚醛聚合物在未固化成型前，也是线型结构聚合物，它们在固化剂及热的作用下，才形成为网状结构的热固性酚醛塑料，例如注射酚醛电器插座。
根据高聚物的聚集态区分，高聚物分为无定形聚合物和结晶型聚合物。
（二）塑料
塑料是以人工合成或天然树脂为基础，与稳定剂、增塑剂、润滑剂、着色剂等多种添加剂组成的合成材料。它在一定温度和压力作用下，能塑制成一定形状的制品，并且在冷却及压力解除后，在常温下仍能保持一定强度和形状不变。
单纯的树脂（高聚物）并不能成为理想的新材料，必须加入若干种添加剂后，才能成为有较好成型加工性能和使用性能的材料。例如，德国在1912年就成功地聚合出聚氯乙烯树脂，但由于缺少理想的添加剂，聚氯乙烯树脂直到1928年才投入工业化生产；而近几年，硬聚氯乙烯塑料制品能得到迅猛的发展，也是得益于添加剂业的发展。
在塑料中加入添加剂的影响，与树脂聚合反应在单体中添加的催化剂、引发剂作用不同。除交联剂、固化剂外，加入塑料中的添加剂只影响塑料的性能，不影响树脂的化学结构。各种添加剂与树脂混合后，以物理形式均匀分散于树脂中，形成多相或微多相结构。
塑料根据其受热后所表现的不同行为，可以分为热塑性塑料和热固性塑料。它们都可以选用注射成型的加工方法，制成各种塑料制品。
塑料具有密度低、力学性能较高、光学性能和热性能选择范围广的特点，还具有优良的电绝缘性和热绝缘性，良好的耐磨性和化学稳定性，相对低的成本和优异的成型加工性能。因此，塑料及其制品，在资源及环境保护的重重压力下，仍能逐年增长，应用范围不断扩大。塑料也具有容易老化，个别品种难于回收以及硬度较低、力学性能相对地低于金属的缺点。塑料、金属、陶瓷等材料，已成为当今的主要结构材料。
塑料作为结构材料使用，其历史远比金属材料和陶瓷材料短得多，但其品种的发展速度却很快，在短短的几十年间就有几百个品种问世。因此塑料有多种分类方法，最常用的是按树脂的受热特性和塑料的用途分类。
（一）按树脂的受热特性分类
按塑料加热冷却时树脂呈现的特性，分为热塑性塑料和热固性塑料两类。
1. 热塑性塑料 热塑性塑料的特征是塑料受热时软化，温度升高至一定数值时可呈现粘流态，当温度降低时（一般指室温）塑料变得坚硬。再次加热能再变软，冷却后又变硬，可以多次反复。
热塑性塑料除能多次反复加热冷却外，还能溶于某些溶剂，这种现象称为可熔可溶。常用的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS塑料、聚甲醛、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、聚碳酸酯和聚砜等。
2. 热固性塑料 热固性塑料的特征是塑料第一次受热时软化，冷却时固化并呈现刚硬状态。重新加热时不再软化，温度超过一定数值时发生分解。这类塑料不溶于溶剂，称为不熔不溶。常用的热固性塑料有酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料和不饱和聚酯等。
（二）按塑料用途分类
按塑料用途分为通用塑料和工程塑料两类。
1. 通用塑料 通用塑料通常指产量大、用量大、价格低廉、主要用于制造日用品的塑料。
有资料称，通用塑料的产量约占塑料总产量的3/4，成为塑料工业的重要支柱。常用的通用塑料有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、酚醛塑料和氨基塑料、不饱和聚酯等。
2. 工程塑料 工程塑料通常指具有较高力学性能及耐高温、耐腐蚀，在各类工程中用作结构材料的塑料。工程塑料又分为通用工程塑料和特种工程塑料。通用工程塑料主要有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯醚；特种工程塑料主要有聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚芳酯、液晶聚合物等。
随着塑料工业技术的迅速发展和塑料应用的日益广泛，某些通用塑料也在工程中获得了应用。
小型家用电器中大量采用塑料零件，而这类产品已很难划分其属性——日用品或工业品，故也可认为某些原属工程塑料的品种也用于制造日用品。因此通用塑料与工程塑料之间实际上已无明显界限。
（一）热塑性塑料
热塑性塑料具有可熔、可溶特性。热塑性塑料受热软化、熔融；当温度降低时，能变硬定形；若再次受热，仍能软化熔融，冷却变硬定型。这一过程可以反复多次进行。热塑性塑料在某些溶剂作用下能溶涨、溶解。热塑性塑料边角料及废旧塑料，可以回收复制成热塑性塑料制品。
用于注射成型的热塑性塑料，主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚砜、聚苯醚等。
1. 高聚物的三种力学状态 由于高聚物的大分子结构和分子热运动特点，高聚物在一定温度范围内呈现三种不同的力学状态：玻璃态、高弹态、粘流态。它们可以用高聚物形变-温度曲线表示，如图1-2所示。
图1-2 高聚物形变-温度曲线示意图
1—无定形聚合物 2—结晶型聚合物 3—高相对分子质量结晶型聚合物
T g —玻璃化温度 T f —粘流温度 T m —熔融温度 T d —分解温度
（1）玻璃态。在温度较低时，高聚物表现为像玻璃一样的刚硬固体称为玻璃态。这一温度称为玻璃化温度（ T g ）。处于玻璃态的高聚物，有较好的力学性能，受外力作用时，形变值很小，弹性模量较大，形变是可递的，去除外力后立即恢复原状。玻璃态的高聚物不宜进行变形较大的成型加工，但可进行机械加工（车、铣、刨等）。若温度继续下降到脆化温度（ T x ），则高聚物发脆、受力易断裂损坏，视为高聚物使用温度下限。
（2）高弹态。若聚合物处于玻璃化温度（ T g ）以上、粘流温度（ T f ）以下的温度范围时，聚合物将处于既非固体又非粘性液体的橡胶态，称为高弹态。在这个温度范围内，聚合物的热膨胀会突然变大，而且产生不可逆的形变。
（3）粘流态。当温度升高到粘流温度（ T f ）以上或熔融温度（ T m ）时，高聚物转变为粘性流体，它在外力作用下会产生粘性流动，其形变是不可逆。若温度继续升高到分解温度（ T d ），高聚物就发生分解。高聚物粘流态位于 T f 或 T m 到 T d 温度范围内，这一温度范围越宽，其成型加热温度越容易控制，反之将增加成型操作的难度。粘流态的高聚物适合进行熔融纺丝、注射、薄膜挤出及吹塑、挤出、复合等成型。若在室温下，聚合物就呈现粘流态，即为有机粘合剂。
高聚物力学状态的转变受化学组成、分子结构、所受应力和环境温度的影响。若高聚物组成一定时，它主要与温度有关。
2. 影响聚合物性能的主要参数 影响聚合物性能的主要参数有密度（ ρ ）、相对分子质量（ M r ）、分子质量分布（MWD）。为便于叙述，以高密度聚乙烯为例，说明这些参数对高聚物性能的影响。
（1）密度（ ρ ）。密度是指在规定温度下，单位体积物质的质量，其单位为g/cm 3 。在相同温度下同体积的参比物质质量之比，称为相对密度。对于同一品种的均聚物及共聚物来说，均聚物具有最大的密度，在一个较宽的相对分子质量范围内，随聚合物中高相对分子质量分数的变化，均聚物具有不同的密度；而在共聚物中，随共聚单体的加入，而使共聚合物的密度相应地降低。高聚物的密度与结晶率呈线性关系，可用密度来衡量高聚物结晶率的变化。结晶是一种次序的状态。在该状态中，各种分子以有规则的形式结合在一起。因此，对于结晶型聚乙烯，高密度聚乙烯比低密度聚乙烯有较高的结晶度；均聚聚乙烯比共聚聚乙烯有较高的结晶度。高聚物随密度的提高，其刚度、拉伸强度、硬度、耐溶剂性、阻渗性、耐热性等性能提高；而耐环境应力开裂性、（缺口）冲击强度、透明度等性能相对降低。
（2）相对分子质量（ M r ）。相对分子质量表示高聚物中简单的全部单体分子的质量，或由这些全部单体分子组合成的聚合物分子，减去任何释放出的部分。高密度聚乙烯的相对分子质量范围一般为4万～50万。相对分子质量可用多种测试方法测定，如流变及相对分子质量测量。但这些试验方法对于生产企业比较复杂，成本也较高，而熔体质量流动速率（MFR）或熔体体积流动速率（MVR）是相对分子质量的一种快速而简单表征，还能快速地指导高聚物成型工艺参数的选择。熔体质量流动速率大致与高聚物的重均分子质量范围相对应。高聚物的熔体质量流动速率低，表征其相对分子质量高、熔体粘度高、熔体强度高。在注射成型时，需选用较高的加热温度及较高的注射压力。而且，高相对分子质量的高聚物，有更好的力学性能、韧度、耐环境应力开裂性。
（3）分子质量分布（MWD）。在聚合反应过程，由于使用的催化剂及聚合工艺的影响，所生成的聚合物会存在不同的分子质量，从而形成从窄到宽的不同分子质量分布范围。分子质量分布范围窄的高聚物，成型性能差而制品力学性能高，反则亦然。最常用的分子质量分布测量指数是不均匀指数，它等于重均分子质量除以数均分子质量。高密度聚乙烯的不均匀指数范围是4～30。不同型号聚乙烯的分子质量分布，一般分成窄、中、宽三个范围，它可从供应商提供的产品技术说明书中查获。在聚乙烯新品种中，茂金属聚乙烯的分子质量分布范围较窄。而具有分子质量分布两个峰值的双峰聚乙烯，其特点是具有一个高分子质量的组元及一个低分子质量的组元，使该类聚乙烯既保持较高力学性能，又具有较好的成型加工性能。
（二）热固性塑料
热固性塑料受热后，开始软化并具有一定的可塑性，在更高的温度及压力下固化成型。此后，不再具有可塑性，若再继续加热，也不能熔化，而只会分解炭化。热固性塑料制品不溶于任何溶剂。热固性塑料在成型过程中，既有物理变化，又产生化学变化；不仅外观发生变化，分子结构也由线型分子结构转变为网状分子结构，而且这一变化过程是不可逆转的。热固性塑料的废次品及废旧塑料不能作为塑料回收利用，仅能在磨粉后，作为填充剂或其他用途。
用于注射成型的热固性塑料，有酚醛塑料、尿甲醛塑料、三聚氰胺甲醛塑料、不饱和聚酯塑料、邻苯二甲酸二丙烯酯（DAP）和间苯二甲酸二丙烯酯（DAIP）塑料等。目前我国使用较多的是热固性酚醛注射塑料。
传统上，热固性塑料采用压缩成型方法制造制品。自从20世纪60年代起，热固性塑料注射成型才得以快速发展。由于热固性塑料在注射成型过程中，要连续完成物理、化学变化，故热固性注射料应具有下述特性。
1. 流动性 选择热固性注射料的最佳流动性范围，才能体现注射料的最佳流动能力的流动速度，使用最小的注射压力达到最好的注射效果。热固性注射料的拉格西流动性，一般应大于180～200mm。
2. 热稳定性 热固性注射料要有较好的热稳定性，以保证在注射成型过程中，熔化的注射料在机筒中有较长的存放时间，避免注射系统偶然出现故障，或熔料在机筒停留时间超过预设时间时，瞬时产生交联固化，维持正常的注射过程。在正常温控条件下，熔料应能在机筒中存放15～20min。
3. 塑化温度范围大 在注射成型过程中，热固性注射料要完成塑化—熔化—固化过程。若这一过程的温度范围大，注射成型工艺就能稳定可靠地控制，使热固性注射料能在物料粘度最低时，具有最佳流动性，最容易进行注射成型。一般热固性注射料最好在70～90℃塑化，95～120℃熔融。
4. 固化速度快 热固性注射料从塑化状态转变为固化状态的速度，称为固化速度。热固性注射料应能在较高温度下快速固化，既可提高生产效率，又能避免出现制品变形、尺寸不稳定及其他缺陷。
5. 成型收缩率小 由于热固性塑料在注射成型时，物料所承受的单位面积压力远小于压缩成型，故其制品成型收缩率较大。热固性注射制品的收缩率除受成型工艺影响外，还受注射料组分中的填料品种及添加量影响。填料约占注射料总质量的40%～50%，是热固性塑料制品的重要组分。