非金属材料论文-塑料特种加工

本科课程论文题 目 特种加工 学 院 工程技术学院 专 业 机械制造及其自动化 年 级 2014 学 号 姓 名 指 导 教 师 成 绩 _ 2016年 11 月 16 日 目 录摘要11 前言12 塑料的利弊12.1 塑料的优点12.1.1 耐磨性12.1.2 密度与比强度12.1.3 热性能22.1.4 电性能22.1.5 耐腐蚀性能22.1.6 塑料的加工22.2 塑料的缺点32.2.1 强度32.2.2 热性能32.2.3 耐气候性能32.2.4 废旧塑料的处理33 塑料的可持续发展43.1 废旧塑料回收现状43.1.1 填埋处理43.1.2 焚烧处理43.1.3 再生颗粒技术43.2 废旧塑料回收新型技术53.2.1 简单再生技术53.2.2 改性再生技术53.2.3 燃料热能利用技术53.2.4 裂解单体化技术53.3 我国废旧塑料回收利用领域的现状64 结束语6摘 要：本文将对塑料的利弊进行分析，阐述塑料作为有机高分子材料对人类生产和生活的影响，在如今追求环保的时代大趋势下，向读者分析说明塑料走可持续发展路线的可行性和优越性。关键词：塑料 环保 可持续发展1. 前言作为常用的材料品种，塑料的应用越来越广泛。生活中如纽扣，雨衣雨靴，头盔；食品包装袋，餐具；灯具，桌椅；自行车零部件，汽车零部件等等除了贯穿人们的衣食住行，在生产制造方面塑料也有着极为重要的作用，在农业中作地膜，管道、喷头等；在机械制造业中作结构件、传动件、摩擦磨损件、耐蚀件、绝缘件、软饰件等；在化学工业中作各种管道、容器、泵、阀门等；在电子、电气工业上作电机、变压器、绝缘包线、电线、电缆等原件；甚至在国防和航空航天工业中也成为了不可缺少的材料。随着时代的发展，生产力的增强，塑料的种类和生产工艺也越来约丰富多样。然而在满足人们生活生产的需求之际，塑料的某些弊端亦逐渐开始暴露。其中最主要的就是废弃塑料的处理问题最为严重。生产方便，应用广泛的塑料同时也带来了十分严重的污染问题。人类为了追求社会、文化的发展已经令我们的地球家园千疮百孔，如今环保、可持续才是我们时代的主题、科技文明的发展方向。因此对塑料可持续发展的对策进行研究的任务迫在眉睫，也是我们文章接下来要探究的主要内容。2. 塑料的利弊2.1 塑料的优点2.1.1 耐磨性塑料的硬度比金属低，但它的耐摩擦磨损性能却远优于金属，这是因为塑料的摩擦系数比较低。同时，有许多塑料，如聚四氟乙烯、尼龙等，本身就具有自润滑性能，因此它是制造轴承、保持架、活塞环等一类摩擦磨损零件的好材料。用塑料制成的零件，可以在各种液体摩擦、边界摩擦甚至干摩擦的条件下有效地工作。2.1.2 密度与比强度塑料是最轻的一类材料，比金属和陶瓷都轻。一般塑料的相对密度在0.82.2之间，这样塑料的比强度就较高。最轻的塑料聚丙烯的相对密度为0.91，比纸还轻。泡沫塑料的相对密度可达0.01.质量轻是塑料的最大特点，某些塑料的比强度可达甚至超过钢的水平，这对于要求减轻自重、增加承载能力和速度的飞机、船舶、车辆等有着十分重要的意义。如用碳纤维或硼纤维增强塑料代替飞机上的铝合金、钛合金，可减轻重量1530。2.1.3 热性能某些特殊耐高温塑料，瞬时耐高温性能特别优异，有时甚至可瞬时耐1000以上的高温，火箭、导弹、宇宙飞船等耐烧蚀部件可用这些材料制成。塑料的导热系数一般约为金属的1/5001/600，是理想的绝热材料。对于某些零件，如机床上的操作手柄、汽车和拖拉机方向盘等，因对导热性无要求，冷天工人操作是手感温暖亦是个优点。2.1.4 电性能一般来说，塑料的大分子中既无自由电子，又无足够的自由运动例子，因而是不良导体或绝缘体。换句话说，绝大多数塑料都具有良好的绝缘性能。当然，塑料中可能含有微量的导电性。各种塑料的组成和结构不同，其电性能也存在一定差异，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯的电绝缘性可以与陶瓷和橡胶媲美。2.1.5 耐腐蚀性能一般来说，大多数塑料对酸、碱、盐等介质具有良好的抗腐蚀能力，所以广泛用作防腐蚀工程材料。塑料与金属的腐蚀机理有很大区别。金属材料既存在氧化（化学）腐蚀，往往又存在电化学腐蚀。而塑料除了与环境中的氧、臭氧和氧化性介质起不同程度的氧化破坏外，不会发生电化学腐蚀。因为塑料的分子链细长且相互纠缠成团，许多基团被包裹在里面，腐蚀剂仅能与其表面基团作用而不能渗入内部。而且分子链上能发生反应的官能团较少，链内主链都是牢固的共价键，缺乏与介质形成电化学作用的自由电子或运动的离子，这就是许多塑料可作耐腐蚀工程材料的理论依据。2.1.6 塑料的加工塑料的原材料来源丰富，成本低。20世纪40年代以来，高分子合成材料不再只是农副产品作原料，它可以大量使用石油化工产品作为其原料，因而发展更加迅速。而由于塑料成型工艺性好，其成型加工容易，生产率高。如一台普通的塑料注射机，一年可生产15万只塑料齿轮，相当于一个拥有20台滚齿机和5台车床的齿轮车间的年产量，尚不算其毛坯生产耗费的设备、能源和工时。2.2 塑料的缺点2.2.1 强度塑料的强度比金属低，一般热塑性塑料的抗拉强度为50MPa100MPa，约为45钢的1/121/6；热固性塑料的抗拉强度则只有30Mpa60MPa；即使是增强型塑料，其抗拉强度也只有200MPa,略超过铝合金，相当于铸铁的强度。且塑料易受剪切应力破坏，冲击强度、抗弯强度和硬度也不如金属。同时塑料的抗蠕变性较差，其在室温下受载荷作用后就会发生显著的蠕变现象。当载荷大时，将发生蠕变断裂。塑料的这种现象又成为冷流。综上所述，塑料不适合用于高速重载的零件制造。2.2.2 热性能塑料的耐热性较差，温度升高后强度很快下降。热塑性塑料的使用温度一般为6080，而热固性塑料的耐热性比热塑性塑料高。因此塑料不适合制作在高温环境下使用的产品。塑料的导热系数一般为金属的1/5001/600。由于导热性能差，故不宜制作工程上有散热要求的零件，如轴衬套等摩擦零件以及一些高速旋转的零件。塑料的线膨胀系数比金属大3倍10倍，而热塑性塑料又比热固性塑料大。因此塑料零件的尺寸精度随环境温度的变化较大，而且在制造带有金属嵌件或于金属紧密结合的塑料制品时，常会因膨胀系数相差过大而造成开裂，造成金属的脱落或松动等。同时塑料易于燃烧，其燃烧会产生多环芳香烃化合物、一氧化碳等有害物质。2.2.3 耐气候性能塑料在长期使用过程中，由于受到氧气、热、紫外线、水蒸气、机械力和微生物等因素的作用，会逐渐失去弹性，变脆变硬，出线光泽消失、眼色变化、表面龟裂、斑点、气泡、分层、长霉、软化发粘和尺寸变化等现象，称为塑料的气候老化。塑料抵抗气候老化的能力就是耐气候性。塑料的老化是一个比较复杂的化学变化过程。通常认为，大分子链的交联或裂解是阴气老化的主要原因。交联是大分子链由线型转变为体型的过程；裂解是大分子链发生断链，使分子量下降的过程。因交联产生的老化通常使塑料失去弹性、变脆、出现龟裂；因裂解引起的老化则会使塑料失去刚性、产生蠕变、变软发粘。一般情况下，这两种现象大多同时发生。2.2.4 废旧塑料的处理随着我国塑料产品的大量使用，废旧塑料也急剧增加，“白色污染”已成为环境保护突出的问题。废旧塑料垃圾被填埋，使生态环境受到严重影响，而且浪费资源，1万吨的废旧塑料侵占土地约667。废旧塑料不易降解，自然界没有能消化塑料的细菌和酶。不可降解塑料制品进入土壤，会影响土壤内的物、热的传递和微生物生长，改变土壤特质，污染地下水源。塑料废弃物的焚烧，如聚氯乙烯燃烧产生氯化氢（HCl），ABS、丙烯腈燃烧产生氰化氢（HCN），聚氨酯燃烧产生氰化物，聚碳酸酯燃烧产生光气等有害气体，对生态环境的破坏极大。3. 塑料的可持续发展3.1 废旧塑料回收现状3.1.1 填埋处理人们常利用丘陵凹地或自然凹陷坑池建设填埋场，对废旧塑料进行卫生填埋。卫生填埋法具有建设投资少、运行费用低等特点，长期以来都是世界各国大量采用的废旧塑料的处理方法。但填埋处理存在着严重的缺点：（1）塑料废弃物由于密度小、体积大,因此占用空间面积较大，增加了土地资源压力；（2）塑料废弃物难以降解，填埋后将成为永久垃圾，严重妨碍水的渗透和地下水流通；（3）塑料中的添加剂如增塑剂或色料溶出还会造成二次污染。同时该法填埋了大量可利用的废旧塑料，这与可持续利用背道而驰。3.1.2 焚烧处理焚烧回收热能是废旧塑料处理的另一主要方法。将废旧塑料进行焚烧的处理方法具有处理数量 大、成本低、效率高等优点。与直接填埋相比，焚烧处理对废旧塑料进行了有效的利用。但焚烧处理同样存在诸多缺点：（1）随着塑料品种、焚烧条件的变化，废旧塑料在焚烧过程中会产生多环芳香烃化合物、一氧化碳等有害物质，例如PVC会产生HCl，聚丙烯腈会产生HCN，聚氨酯会产生氰化物等，这些物质对环境造成了污染；（2）在废旧塑料中还含有镉、铅等重金属化合物，在焚烧过程中，这些重金属化合物会随烟尘、焚烧残渣一起排放，同样污染环境。3.1.3 再生颗粒处理将废旧塑料回收后制造再生塑料颗粒，是废旧塑料回收技术的一大进步。运用专用造粒设备，可将废旧聚乙烯、聚丙烯等塑料通过破碎-清洗-加热塑化-挤压成型工艺，加工生产出市场畅销的再生颗粒。与简单填埋和焚烧处理相比，再生塑料颗粒可以作为塑料工业的原料投入再利用，实现了真正意义上的资源循环利用。但我国绝大多数企业始终处于小规模、无序化的生产经营方式，还存在许多问题。3.2 废旧塑料回收新型技术3.2.1 简单再生技术简单再生法指不经改性将废旧塑料经过分选、清洗、破碎、熔融、造粒后直接用于成型加工的回收方法。简单再生技术工艺简单，成本低，投资少，所加工的塑料制品应用广泛。但是简单再生法不适合制作高档次的塑料制品，其应用面受到一定的限制。3.2.2 改性再生技术1. 物理改性物理改性主要是指将再生料与其它聚合物或助剂通过机械共混，如增韧、增强、并用、复合活性粒子填充的共混改性，使再生制品的力学性能得到改善或提高，可以做档次较高的再生制品。这类改性再生利用的工艺路线较复杂，有的需要特定的机械设备。2. 化学改性化学改性包括：（1）氯化改性（2）交联改性（3）接枝共聚改性3. 物理化学改性塑料改性的另一种方法，即原位反应挤出工艺的改性与成型。这种方法同时实现化学改性和物理改性，突破了过去的化学改性、物理改性和成型加工之间的界限或不连续化，大幅度地缩短了塑料材料制备和制品生产的周期，也有效地改善了再生塑料的综合力学性能。3.2.3 燃料热能利用技术废旧塑料燃烧会产生大量热能，如果加以回收利用将会产生极大的经济效益。废旧塑料发热量高达地3347237656kJ/kg，比煤高而比重油略低，可以很好地加以利用。废塑料粉体燃烧热值高，并且不含NOX，SOX，属于理想的燃料资源。3.2.4 裂解单体化技术裂解废塑料可制备化工原料（乙烯、苯乙烯、焦油等）和液体燃料（汽油、柴油、液化气），国内对此技术的研究推广已有10余年的历史。通常分为热裂解和催化裂解。1. 热裂解热裂解一般是在反应器中使那些无法分选和污染的废塑料加热到其分解温度（600900）使其分解、吸收、净化得到可利用分解物，主要利用废塑料热裂解温度特性的差异采用分段热裂解分离回收。2. 催化裂解热裂解反应温度要求高，难以控制。为降低温度、节约成本、提高产率，常使用催化剂催化裂解。废塑料催化裂解制燃料油技术在世界范围内已有成功的先例。3.3我国废旧塑料回收利用领域的发展方向结合目前国内的生产和技术现状，量力而行地进行技术研究和开发，是我国今后很长一段时期内废旧塑料回收行业的发展方向，具体可以从以下几个方面进行发展。1. 通过政府政策、立法、环保等多方面的支持，规范现有的主要废旧塑料处理方式：（1）逐步减少，最终取消废旧塑料的填埋处理方式；（2）适度扩大废旧塑料焚烧发电规模；（3）完善和规范废旧塑料的再生颗粒制造行业。2. 针对现有先进的新型废旧塑料回收利用方式，结合我国当前的现状，合理选择、吸收和推广：（1）由政府出面通过各种优惠政策，全力支持废旧塑料油化技术在我国的推广和应用；（2）大力支持利用废旧塑料制造水泥减水剂；（3）适度支持利用废旧塑料制造各种新型化合物的回收方式。4. 结束语综上所述，塑料虽然有其不可代替的优秀之处，但现如今关于塑料的应