對酸堿度敏感的新型熱固性塑膠問世

　　人類造出了化學穩定性很好的熱固性塑膠，但是如何回收處理它工程塑膠們卻成了難題。比如熱固性塑膠的敏感分解溫度通常要比它的耐熱溫度高很多。因此，科學家們一直在尋找解決熱固性塑膠回收問題的方法。

　　近日，IBM阿爾馬登研究中心的研究人員提出了新的思路：創造一種對酸堿度敏感的新型熱固性塑膠。這種塑膠保持了優越的性能，並且能夠在酸性條件下被分解為小分子單體，從而表現出可逆性。

　　加西亞博士和他的團隊合成的是一種含氮雜環聚合物塑膠:團隊合成的在酸性條件下可降解的含氮雜環聚合物塑膠。圖中每一個紅藍相間的結構都是一個1，3，5-六氫化三嗪。

　　加西亞等人先使用具有2個氨基的可聚合單體與聚甲醛在約50℃條件下合成一種半縮醛胺的共價網絡結構，然後繼續加熱到200℃，半縮醛胺脫水形成了1，3，5-六氫化三嗪並形成交聯點，形成塑膠的高分子結構。含氮雜環三嗪就這樣牽著彼此的手不放開，化學鍵良好的熱穩定性讓這種新型熱固性塑膠具有很好的耐熱能力。實驗分析表明，這種塑膠的韌性要比傳統的氮基聚合塑膠更優秀。

　　而真正讓它突破傳統的一點是這種新型熱固性塑膠的pH敏感可逆性：雖然它對溫度不敏感，不過在pH值小於2時，只需經過簡單的分解反應，幾個小時後就能讓高分子聚合物分解成水和二氨基二苯醚：

　　pH敏感塑膠分解後產生4，4''-二氨基二苯醚。它可以被用於聚酰亞胺和聚酯酰亞胺樹脂的生產。

　　與傳統的溫控反應相比，這種由pH控制的反應的好處在於耗能少、反應易控制。這種反應不需要加熱到很高的溫度，也不需要很長的反應鏈。同時這種反應的產物也很環保——二氨基二苯醚可以作為合成塑膠的原料再次被利用，而水就更不用說了。這樣就保證了回收這種塑膠不會帶來任何已知的環境問題。

　　在發明和技術進步的同時，我們也需要關注對環境的影響。加西亞和她的團隊發明的這種對pH敏感的可逆塑膠正是關注了這一點。如果這種塑膠的合成純度能夠達到工業生產要求，那麼對塑膠產品對環境的影響就很可能會減少。同時，由於這種熱固性塑膠具有更高的韌性，其塑膠制品的壽命可能也會被進一步提高，從而間接地減少了塑膠垃圾。

以塑膠取代金屬的新趨勢

　　工程塑膠的性能不斷提高，以塑膠射出加工替代金屬的案例也隨著更加普遍。新一代的纖維增強塑膠，例如Solvay 的IXEF ， 其機械性能己可與一些金屬媲美，加上IXEF注塑後的表面非常平滑美觀，也可用於結構性的外觀件上。又例如 Solvay 的Amodel PPA，有些型號的熱變形溫度可高達 310℃ 而且耐水解，可用於又高溫又潮濕的環境中。在纖維增強的塑膠中，長纖維熱塑性塑膠近年在國內外也人氣急升，成型後的纖維仍可保持相當的長度而且互相纏結，使成品同時具備高剛性及很好的韌性；加上尺寸穩定性、質輕及耐腐蝕塑膠加工等優點，長纖材料已被廣泛用於 汽車、航天、醫療、交通、體育用品、家用電器和電子產品中。現在的汽車設計中塑膠部件己占車重的16%，第一基石(香港)有限(www。first-foundation。com)估計在五年內此百分率將繼續增加至約25%。這趨勢令新一代的汽車更省油、更少碳排放及更舒適。

　　塑膠代金屬的好處

　　雖然個別塑膠應用在不同的代金屬個案中有著不完全一樣的誘因，一般而言以工程塑膠替代金屬可歸納為以下的好處:

　　1。 減輕重量 - 代金屬塑膠的比重大部份在1。7 以下。比 鋼 (~7。8) 及質輕的金屬如鋁(~2。8) 等更輕。一般來說，使用碳纖維增強的塑膠在減重上的效果更明顯。

　　2。 耐化學性- 較高的耐化學性讓 塑膠件比金屬更可抵抗鏽蝕、雨水、清潔劑等物質。

　　3。 節省成本 - 不單比較部件成 本，在整體系統的塑膠射出成塑膠零件本效益上，塑膠件可能有助整合數個組件，減少部件數目和組裝工序，或在注塑時著色以減少金屬件的拋光及上色等成本。

　　4。 適合更復雜部件- 當部件的復雜度提高，塑膠部件比金屬件的工序和成本上升較緩和。

　　5。 增加設計自由度- 塑膠件更能勝任生產形狀復雜的設計，設計自由度更高，更可加強品牌或產品的獨特性。

　　6。 降低廢品率 - 使用塑膠時可降低多重工序及回料使用都有助減少廢品率。

　　7。 吸聲減震 - 塑膠件 對緩和震動及降低噪音較有效，讓產品的使用更安靜更耐用。

　　塑膠代金屬的步驟

　　首先擬定哪些金屬部件有可能由塑膠替代 。對現有的工程塑膠設計作綜合的功能性和工序成本的評估。一般來說， 無牽涉部件間之轉動或滑動，或對使甪時無需牽涉到裝卸功能的部件，可以統合成較少組成部份，亦可能較適合由塑膠件替代。在組裝上，原來的螺釘設計也可考慮減少或以彈力嵌入(snap fit)、超聲或其他的裝嵌法取代。此外在設計方面，也可使用FEA (有限元分析) 預先評估塑膠件在使用時的受力狀況和安全系數。模具的設計和加工參數方面 ， 利用 MFA (模流分析) 等軟件工具可助分析注塑時的應力分布。有助優化成品部件和生產工藝，讓項目達到更高經濟效益。

工程塑膠的應用

　　和通用塑膠相比，工程塑膠在機械性能、耐久性、耐腐塑膠零件蝕性、耐熱性等方面能達到更高的要求，而且加工更方便並可替代金屬材料。工程塑膠被廣泛應用於電子電氣、汽車、建築、辦公設備、機械、航空航天等行業，以塑代鋼、以塑代木已成為國際流行趨勢。工程塑膠已成為當今世界塑膠工業中增長速度最快的領域，其發展不僅對國家支柱產業和現代高新技塑膠加工術產業起著支撐作用，同時也推動傳統產業改造和產品結構的調整。

　　工程塑膠在汽車上的應用日益增多，主要用作保險杠、燃油箱、儀表板、車身板、車門、車燈罩、燃油管、散熱器以及發動機相關零塑膠射出部件等。

　　在機械上，工程塑膠可用於軸承、齒輪、絲杠螺母、密封件等機械零件和殼體、蓋板、手輪、手柄、緊固件及管接頭等機械結構件上。

　　在電子電器上，工程塑膠可用於電線電纜包覆、印刷線路板、絕緣薄膜等絕緣射出加工材料和電器設備結構件上。

　　在家用電器上，工程塑膠可用於電冰箱、洗衣機、空調器、電視機、電風扇、吸塵器、電熨鬥、微波爐、電飯煲、收音機、組合音響設備與照明器具上。

　　在化工上，工程塑膠可用於熱交換器、化工設備襯裡等化工設備上和管材及管配件、閥門、泵等化工管路中。

　　由於我國汽車、電子和建築等行業發展迅速，當前，我國已成為全球工程塑膠需求增長最快的國家。據分析，隨著國內經濟的不斷發展，工程塑膠的需求將會進一步得到增長，我國工程塑膠行業發展前景十分廣闊。以家電行業來說，僅以冰箱、冷櫃、洗衣機、空調及各類小家電產品每年的工程塑膠需求量將達60萬噸左右。而工程塑膠用於通信基礎設施建設以及鐵路、公路建設等方面的工程塑膠用量則更為驚人，預計今後數年內總需求量將達到450萬噸以上。

塑膠加工的相關故障

　　在塑料機械加工中，經常會遇到各種各樣塑膠射出的塑膠加工故障，這些故障在塑料機械行業中用什麼樣的專業術語表達更為精確，下面我們就來逐一分析一下塑膠加工故障的專業術語。

　　1、欠注：在塑膠加工中，由於型腔填充不滿，導致塑件外形殘缺不完整的現像。

　　2、溢料飛邊：塑膠加工模塑過程中，溢入模具合模面縫隙間並留存在塑件上的剩余料。

　　3、熔接痕：塑件表面的一種線狀痕跡，是由注射或擠出中若干股流料在漠具中分流彙合，熔料在界面處未完全熔合，彼此不能熔接為一體，造成熔合印跡，影響塑件的外觀質量及力學性能。

　　4、波流痕：由於熔料在模具型腔中的不適當流動，導致塑件表而產生年輪狀、螺旋狀或雲霧塑膠加工狀的波形凹凸不平的缺陷。

　　5、表面混濁：指塑件表面產生有空隙的裂縫及由此形成的破損。由於長時間或反復施加低於塑料力學性能的應力而引起塑件外部或內部產生裂紋的現像稱為應力開裂；由於塑件在特定溫度下經受一定時間的恆定負荷作用而突然完一全破裂的現像稱為應力破裂；某些熱塑性期件塑膠零件過度暴露在較高溫度下發生的裂紋及破裂稱為熱應力開裂。

　　6、壓裂：指透過表面覆蓋的樹脂層可以看見層壓塑料較外面的一層或幾層增強材料中所具有的明顯裂紋。

　　7、皺裂：層壓塑料表面產生破裂和明顯分開的一種缺陷。

　　8、皺折：塑膠加工過程中，塑件表面一層或多層出現折痕或皺紋的外觀缺陷。

　　9、龜裂及白化：塑件表面產生的比較明顯的微細裂紋稱為龜裂，與龜裂相似的霜狀微細裂紋稱為白化，龜裂和白化都是沒有射出加工裂隙的微細裂紋。當塑件暴露在某種化學品環境或處於應力條件下時，就會產生環境應力龜裂。

　　10、銀絲紋：塑件表面沿料流方向產生的針狀銀白色如霜一般的細紋。

　　11、條紋：塑件表面或內部存在的線狀條紋缺陷。

　　1工程塑膠2、斑紋：由於色料分散或混合不良以及其他原因造成塑件表面產生雲母片狀的暗斑缺陷。

　　13、桔皮紋：塑件表面產生的如桔皮般凹凸不平的外觀缺陷。

　　14、泡孔條紋：指在泡沫塑料中，與其固有泡孔結構區別很大的泡孔層。

　　15、黑點：在塑膠加工成型過程中，熔料在高溫高壓條件下過熱分解，導致塑件表面產生黑色的碳化點。

塑膠加工的注意事項

　　加工收縮痕

　　塑膠加工收縮問塑膠加工題是塑膠加工中塑膠射出最常見的問題之一，對表面質量要求高的塑料制品，收縮更是棘手的問題。因此隨著塑膠加工工藝的不斷完善，以最大限度地減少塑膠加工收縮問題，提高產品質量勢在必行

　　在塑膠加工注塑塑料部件較厚位置，如筋肋或突起處形成的收縮要比鄰近位置更嚴重，這是由於較厚區域的冷卻速度要比周圍區域慢得多。冷卻速度不同導致連接面處形成凹陷，即為人們所熟悉的收縮痕。這種缺陷嚴重限制了塑料產品的設計和成型，尤其是大型厚壁制品如電視機的斜面機殼和顯示器外殼等。事實上，對於日用電器這一類要求嚴格的產品上必須消除收縮痕，而對於玩具等一些表面質量要求不高的產品允許有塑膠加工收縮痕的存在。

　　形成塑膠加工收縮痕的原因可能有一個或多個，包括加工方法、部件幾何形狀、材料的選擇以及模具設計等。其中幾何形狀和材料選擇通常由原材料供應商決定，且不太容易改變。但是模具制造商方面還有很多關於模具設計的因素可能影響到塑膠加工收縮環節。冷卻流道設計、澆口類型、澆口尺寸可能產生多種效果。例如，小澆口如管式澆口比錐形的澆口冷卻得快得多。澆口處過早冷卻會減少型腔內的填充時間，從而增加收縮痕產生的幾率。對於成型工人，調塑膠零件整加工條件是解決塑膠射出加工加工收縮問題的一種方法。填充壓力和時間顯著影響收縮。部件填充後，多余的材料繼續填充到型腔中補償材料的收縮。填充階段太短將會導致收縮加劇，最終會產生較多或較大的收縮痕。這種工程塑膠解決塑膠加工收縮方法本身也許並不能將收縮痕減少到滿意的水平，但是成型工人可以調整填充條件改善收縮痕。