塑料的演变|古林

塑料的演变

塑料技术的发展日新月异。针对新应用的新材料开发、针对现有材料市场的性能提升以及针对特殊应用的性能提升可谓是新材料开发和应用创新的几个重要方向。
新型高导热生物塑料
日本电气公司新开发出以植物为原料的生物塑料，其导热率与不锈钢相当。该公司将数毫米长、直径0.01毫米的碳纤维和特殊粘合剂混合到玉米基聚乳酸树脂中，生产出一种具有高导热性的新型生物塑料。如果混合10%的碳纤维，生物塑料的导热系数与不锈钢相当；当添加30%碳纤维时，生物塑料的导热系数是不锈钢的两倍，而密度仅为不锈钢的1/5。
这种生物塑料除了导热性能好外，还具有重量轻、易成型、环境污染小等优点。可用于生产轻薄型电脑、手机等电子产品的外框。
变色塑料薄膜
英国南安普顿大学和德国达姆施塔特塑料研究所联合开发了一种变色塑料薄膜。这种薄膜将自然光学效应与人工光学效应结合起来，实际上是物体精确变色的一种新方式。这种变色塑料薄膜是一种塑料蛋白石薄膜，由三维空间中的塑料球体堆叠而成。塑料球中间还有微小的碳纳米颗粒，因此光线不仅在塑料球与周围材料之间的边缘区域反射，而且在填充在这些塑料球之间的碳纳米颗粒的表面上也反射。这大大加深了影片的色彩。只要控制塑料球的体积，就可以产生只散射某些光谱频率的光物质。
塑料血
英国谢菲尔德大学的研究人员开发出一种人造“塑料血液”，看起来像浓稠的糊状物。只要溶于水，就可以作为急诊病人的血液代用品。这种新型人造血液由塑料分子组成。一块人造血液中有数百万个塑料分子。这些分子的大小和形状与血红蛋白分子相似。它们还可以携带铁原子，如血红蛋白，向全身输送氧气。由于制造材料为塑料，这种人造血液重量轻，便于携带，无需冷藏，使用寿命长，工作效率比真正的人造血液高，成本低。
新型防弹塑料
墨西哥的一个科研团队于2013年开发出一种新型防弹塑料，可用于制作防弹玻璃和防弹服装，其质量仅为传统材料的1/5至1/7。这是一种经过特殊加工的塑料材料。与普通结构的塑料相比，具有超强的防弹性能。测试表明，这种新型塑料可以抵抗直径22毫米的子弹。通常的防弹材料被子弹击中后会损坏、变形，无法再使用。这种新材料在受到子弹撞击后会暂时变形，但很快就会恢复到原来的状态，可以继续使用。此外，这种新材料可以均匀分散子弹的冲击力，从而减少对人体的伤害。
可以降低汽车噪音的塑料
美国聚合物集团公司（PGI）利用可再生聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯创造出一种新型基材，可应用于可模压汽车零部件以降低噪音。此类材料主要用于汽车车身和轮舱内衬，产生阻隔层，可吸收汽车车厢内的声音，降低噪音25%~30%。 PGI公司开发了一种特殊的一步生产工艺，将回收材料和未经处理的材料有机地结合在一起，并通过层压方法和针刺方法使两种材料成为一个整体。

1、收缩率
热塑性塑料的成型收缩率的形式和计算方法如上所述。影响热塑性塑料成型收缩率的因素如下：
1.1塑料品种热塑性塑料在成型过程中，还存在因结晶引起的体积变化、内应力强、塑件中冻结的残余应力大、分子取向性强等因素，因此与热固性塑料相比，收缩率较大，收缩率范围较宽，方向性明显。另外，成型、退火或调湿处理后的收缩率一般比热固性塑料大。

1.2塑件的特性当熔融材料接触型腔表面时，外层立即冷却，形成低密度的实心壳。由于塑料导热性能差，塑件内层冷却缓慢，形成收缩率较大的高密度实心层。因此，壁厚、冷却慢、层厚致密的收缩较多。另外，镶件的有无以及镶件的布局和数量直接影响材料的流动方向、密度分布和抗收缩能力。因此，塑件的特性对收缩尺寸和方向有较大影响。

1.3 进料口的形式、尺寸和分布直接影响物料的流动方向、密度分布、保压和进料效果以及成型时间。直接进料口和大断面（特别是厚断面）的进料口收缩率小但方向性大，而宽度和长度较短的进料口方向性小。靠近进料口或与料流方向平行的收缩率较大。

1.4成型条件模具温度高，熔料冷却慢，密度高，收缩率大。特别是结晶材料，由于其结晶度高，体积变化大，收缩率较大。模具温度分布还与塑件的内外冷却和密度均匀性有关，直接影响各部分收缩的大小和方向。另外，保压压力和时间对收缩率也有较大影响，压力大、时间长的收缩率小但方向性大。注射压力高，熔料粘度差小，层间剪切应力小，脱模后弹性回弹大，因此收缩率也可适当减小。材料温度高，收缩率大，但方向性小。因此，调整成型时的模具温度、压力、注射速度、冷却时间等因素也可以适当改变塑料的收缩率。
模具设计时，应根据各种塑料的收缩范围、塑件的壁厚和形状、进料口的形式、尺寸和分布，凭经验确定塑件各部分的收缩率，然后计算型腔尺寸。对于高精度塑件且难以掌握收缩率时，一般应采用以下方法进行模具设计：
①塑件外径应有较小的收缩率，内径应有较大的收缩率，以便为试模后的修正留有余地。
②试模确定浇注系统的形式、尺寸和成型条件。
③需后处理的塑件需进行后处理以确定尺寸变化（必须在脱模后24小时进行测量）。
④ 根据实际收缩情况修正模具。
⑤ 重新试模，适当改变工艺条件，稍微修改收缩值，以满足塑件的要求。