非金屬材料論文.doc

_本科課程論文題 目 特種加工 學(xué) 院 工程技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械制造及其自動(dòng)化 年 級(jí) 2014 學(xué) 號(hào) 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 成 績(jī) _ 2016年 11 月 16 日 目 錄摘要11 前言12 塑料的利弊12.1 塑料的優(yōu)點(diǎn)12.1.1 耐磨性12.1.2 密度與比強(qiáng)度12.1.3 熱性能22.1.4 電性能22.1.5 耐腐蝕性能22.1.6 塑料的加工22.2 塑料的缺點(diǎn)32.2.1 強(qiáng)度32.2.2 熱性能32.2.3 耐氣候性能32.2.4 廢舊塑料的處理33 塑料的可持續(xù)發(fā)展43.1 廢舊塑料回收現(xiàn)狀43.1.1 填埋處理43.1.2 焚燒處理43.1.3 再生顆粒技術(shù)43.2 廢舊塑料回收新型技術(shù)53.2.1 簡(jiǎn)單再生技術(shù)53.2.2 改性再生技術(shù)53.2.3 燃料熱能利用技術(shù)53.2.4 裂解單體化技術(shù)53.3 我國(guó)廢舊塑料回收利用領(lǐng)域的現(xiàn)狀64 結(jié)束語6-可編輯修改-摘 要：本文將對(duì)塑料的利弊進(jìn)行分析，闡述塑料作為有機(jī)高分子材料對(duì)人類生產(chǎn)和生活的影響，在如今追求環(huán)保的時(shí)代大趨勢(shì)下，向讀者分析說明塑料走可持續(xù)發(fā)展路線的可行性和優(yōu)越性。關(guān)鍵詞：塑料 環(huán)保 可持續(xù)發(fā)展1. 前言作為常用的材料品種，塑料的應(yīng)用越來越廣泛。生活中如紐扣，雨衣雨靴，頭盔；食品包裝袋，餐具；燈具，桌椅；自行車零部件，汽車零部件等等除了貫穿人們的衣食住行，在生產(chǎn)制造方面塑料也有著極為重要的作用，在農(nóng)業(yè)中作地膜，管道、噴頭等；在機(jī)械制造業(yè)中作結(jié)構(gòu)件、傳動(dòng)件、摩擦磨損件、耐蝕件、絕緣件、軟飾件等；在化學(xué)工業(yè)中作各種管道、容器、泵、閥門等；在電子、電氣工業(yè)上作電機(jī)、變壓器、絕緣包線、電線、電纜等原件；甚至在國(guó)防和航空航天工業(yè)中也成為了不可缺少的材料。隨著時(shí)代的發(fā)展，生產(chǎn)力的增強(qiáng)，塑料的種類和生產(chǎn)工藝也越來約豐富多樣。然而在滿足人們生活生產(chǎn)的需求之際，塑料的某些弊端亦逐漸開始暴露。其中最主要的就是廢棄塑料的處理問題最為嚴(yán)重。生產(chǎn)方便，應(yīng)用廣泛的塑料同時(shí)也帶來了十分嚴(yán)重的污染問題。人類為了追求社會(huì)、文化的發(fā)展已經(jīng)令我們的地球家園千瘡百孔，如今環(huán)保、可持續(xù)才是我們時(shí)代的主題、科技文明的發(fā)展方向。因此對(duì)塑料可持續(xù)發(fā)展的對(duì)策進(jìn)行研究的任務(wù)迫在眉睫，也是我們文章接下來要探究的主要內(nèi)容。2. 塑料的利弊2.1 塑料的優(yōu)點(diǎn)2.1.1 耐磨性塑料的硬度比金屬低，但它的耐摩擦磨損性能卻遠(yuǎn)優(yōu)于金屬，這是因?yàn)樗芰系哪Σ料禂?shù)比較低。同時(shí)，有許多塑料，如聚四氟乙烯、尼龍等，本身就具有自潤(rùn)滑性能，因此它是制造軸承、保持架、活塞環(huán)等一類摩擦磨損零件的好材料。用塑料制成的零件，可以在各種液體摩擦、邊界摩擦甚至干摩擦的條件下有效地工作。2.1.2 密度與比強(qiáng)度塑料是最輕的一類材料，比金屬和陶瓷都輕。一般塑料的相對(duì)密度在0.82.2之間，這樣塑料的比強(qiáng)度就較高。最輕的塑料聚丙烯的相對(duì)密度為0.91，比紙還輕。泡沫塑料的相對(duì)密度可達(dá)0.01.質(zhì)量輕是塑料的最大特點(diǎn)，某些塑料的比強(qiáng)度可達(dá)甚至超過鋼的水平，這對(duì)于要求減輕自重、增加承載能力和速度的飛機(jī)、船舶、車輛等有著十分重要的意義。如用碳纖維或硼纖維增強(qiáng)塑料代替飛機(jī)上的鋁合金、鈦合金，可減輕重量1530。2.1.3 熱性能某些特殊耐高溫塑料，瞬時(shí)耐高溫性能特別優(yōu)異，有時(shí)甚至可瞬時(shí)耐1000以上的高溫，火箭、導(dǎo)彈、宇宙飛船等耐燒蝕部件可用這些材料制成。塑料的導(dǎo)熱系數(shù)一般約為金屬的1/5001/600，是理想的絕熱材料。對(duì)于某些零件，如機(jī)床上的操作手柄、汽車和拖拉機(jī)方向盤等，因?qū)?dǎo)熱性無要求，冷天工人操作是手感溫暖亦是個(gè)優(yōu)點(diǎn)。2.1.4 電性能一般來說，塑料的大分子中既無自由電子，又無足夠的自由運(yùn)動(dòng)例子，因而是不良導(dǎo)體或絕緣體。換句話說，絕大多數(shù)塑料都具有良好的絕緣性能。當(dāng)然，塑料中可能含有微量的導(dǎo)電性。各種塑料的組成和結(jié)構(gòu)不同，其電性能也存在一定差異，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯的電絕緣性可以與陶瓷和橡膠媲美。2.1.5 耐腐蝕性能一般來說，大多數(shù)塑料對(duì)酸、堿、鹽等介質(zhì)具有良好的抗腐蝕能力，所以廣泛用作防腐蝕工程材料。塑料與金屬的腐蝕機(jī)理有很大區(qū)別。金屬材料既存在氧化（化學(xué)）腐蝕，往往又存在電化學(xué)腐蝕。而塑料除了與環(huán)境中的氧、臭氧和氧化性介質(zhì)起不同程度的氧化破壞外，不會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕。因?yàn)樗芰系姆肿渔溂?xì)長(zhǎng)且相互糾纏成團(tuán)，許多基團(tuán)被包裹在里面，腐蝕劑僅能與其表面基團(tuán)作用而不能滲入內(nèi)部。而且分子鏈上能發(fā)生反應(yīng)的官能團(tuán)較少，鏈內(nèi)主鏈都是牢固的共價(jià)鍵，缺乏與介質(zhì)形成電化學(xué)作用的自由電子或運(yùn)動(dòng)的離子，這就是許多塑料可作耐腐蝕工程材料的理論依據(jù)。2.1.6 塑料的加工塑料的原材料來源豐富，成本低。20世紀(jì)40年代以來，高分子合成材料不再只是農(nóng)副產(chǎn)品作原料，它可以大量使用石油化工產(chǎn)品作為其原料，因而發(fā)展更加迅速。而由于塑料成型工藝性好，其成型加工容易，生產(chǎn)率高。如一臺(tái)普通的塑料注射機(jī)，一年可生產(chǎn)15萬只塑料齒輪，相當(dāng)于一個(gè)擁有20臺(tái)滾齒機(jī)和5臺(tái)車床的齒輪車間的年產(chǎn)量，尚不算其毛坯生產(chǎn)耗費(fèi)的設(shè)備、能源和工時(shí)。2.2 塑料的缺點(diǎn)2.2.1 強(qiáng)度塑料的強(qiáng)度比金屬低，一般熱塑性塑料的抗拉強(qiáng)度為50MPa100MPa，約為45鋼的1/121/6；熱固性塑料的抗拉強(qiáng)度則只有30Mpa60MPa；即使是增強(qiáng)型塑料，其抗拉強(qiáng)度也只有200MPa,略超過鋁合金，相當(dāng)于鑄鐵的強(qiáng)度。且塑料易受剪切應(yīng)力破壞，沖擊強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和硬度也不如金屬。同時(shí)塑料的抗蠕變性較差，其在室溫下受載荷作用后就會(huì)發(fā)生顯著的蠕變現(xiàn)象。當(dāng)載荷大時(shí)，將發(fā)生蠕變斷裂。塑料的這種現(xiàn)象又成為冷流。綜上所述，塑料不適合用于高速重載的零件制造。2.2.2 熱性能塑料的耐熱性較差，溫度升高后強(qiáng)度很快下降。熱塑性塑料的使用溫度一般為6080，而熱固性塑料的耐熱性比熱塑性塑料高。因此塑料不適合制作在高溫環(huán)境下使用的產(chǎn)品。塑料的導(dǎo)熱系數(shù)一般為金屬的1/5001/600。由于導(dǎo)熱性能差，故不宜制作工程上有散熱要求的零件，如軸襯套等摩擦零件以及一些高速旋轉(zhuǎn)的零件。塑料的線膨脹系數(shù)比金屬大3倍10倍，而熱塑性塑料又比熱固性塑料大。因此塑料零件的尺寸精度隨環(huán)境溫度的變化較大，而且在制造帶有金屬嵌件或于金屬緊密結(jié)合的塑料制品時(shí)，常會(huì)因膨脹系數(shù)相差過大而造成開裂，造成金屬的脫落或松動(dòng)等。同時(shí)塑料易于燃燒，其燃燒會(huì)產(chǎn)生多環(huán)芳香烴化合物、一氧化碳等有害物質(zhì)。2.2.3 耐氣候性能塑料在長(zhǎng)期使用過程中，由于受到氧氣、熱、紫外線、水蒸氣、機(jī)械力和微生物等因素的作用，會(huì)逐漸失去彈性，變脆變硬，出線光澤消失、眼色變化、表面龜裂、斑點(diǎn)、氣泡、分層、長(zhǎng)霉、軟化發(fā)粘和尺寸變化等現(xiàn)象，稱為塑料的氣候老化。塑料抵抗氣候老化的能力就是耐氣候性。塑料的老化是一個(gè)比較復(fù)雜的化學(xué)變化過程。通常認(rèn)為，大分子鏈的交聯(lián)或裂解是陰氣老化的主要原因。交聯(lián)是大分子鏈由線型轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型的過程；裂解是大分子鏈發(fā)生斷鏈，使分子量下降的過程。因交聯(lián)產(chǎn)生的老化通常使塑料失去彈性、變脆、出現(xiàn)龜裂；因裂解引起的老化則會(huì)使塑料失去剛性、產(chǎn)生蠕變、變軟發(fā)粘。一般情況下，這兩種現(xiàn)象大多同時(shí)發(fā)生。2.2.4 廢舊塑料的處理隨著我國(guó)塑料產(chǎn)品的大量使用，廢舊塑料也急劇增加，“白色污染”已成為環(huán)境保護(hù)突出的問題。廢舊塑料垃圾被填埋，使生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重影響，而且浪費(fèi)資源，1萬噸的廢舊塑料侵占土地約667。廢舊塑料不易降解，自然界沒有能消化塑料的細(xì)菌和酶。不可降解塑料制品進(jìn)入土壤，會(huì)影響土壤內(nèi)的物、熱的傳遞和微生物生長(zhǎng)，改變土壤特質(zhì)，污染地下水源。塑料廢棄物的焚燒，如聚氯乙烯燃燒產(chǎn)生氯化氫（HCl），ABS、丙烯腈燃燒產(chǎn)生氰化氫（HCN），聚氨酯燃燒產(chǎn)生氰化物，聚碳酸酯燃燒產(chǎn)生光氣等有害氣體，對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞極大。3. 塑料的可持續(xù)發(fā)展3.1 廢舊塑料回收現(xiàn)狀3.1.1 填埋處理人們常利用丘陵凹地或自然凹陷坑池建設(shè)填埋場(chǎng)，對(duì)廢舊塑料進(jìn)行衛(wèi)生填埋。衛(wèi)生填埋法具有建設(shè)投資少、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來都是世界各國(guó)大量采用的廢舊塑料的處理方法。但填埋處理存在著嚴(yán)重的缺點(diǎn)：（1）塑料廢棄物由于密度小、體積大,因此占用空間面積較大，增加了土地資源壓力；（2）塑料廢棄物難以降解，填埋后將成為永久垃圾，嚴(yán)重妨礙水的滲透和地下水流通；（3）塑料中的添加劑如增塑劑或色料溶出還會(huì)造成二次污染。同時(shí)該法填埋了大量可利用的廢舊塑料，這與可持續(xù)利用背道而馳。3.1.2 焚燒處理焚燒回收熱能是廢舊塑料處理的另一主要方法。將廢舊塑料進(jìn)行焚燒的處理方法具有處理數(shù)量 大、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。與直接填埋相比，焚燒處理對(duì)廢舊塑料進(jìn)行了有效的利用。但焚燒處理同樣存在諸多缺點(diǎn)：（1）隨著塑料品種、焚燒條件的變化，廢舊塑料在焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生多環(huán)芳香烴化合物、一氧化碳等有害物質(zhì)，例如PVC會(huì)產(chǎn)生HCl，聚丙烯腈會(huì)產(chǎn)生HCN，聚氨酯會(huì)產(chǎn)生氰化物等，這些物質(zhì)對(duì)環(huán)境造成了污染；（2）在廢舊塑料中還含有鎘、鉛等重金屬化合物，在焚燒過程中，這些重金屬化合物會(huì)隨煙塵、焚燒殘?jiān)黄鹋欧牛瑯游廴经h(huán)境。3.1.3 再生顆粒處理將廢舊塑料回收后制造再生塑料顆粒，是廢舊塑料回收技術(shù)的一大進(jìn)步。運(yùn)用專用造粒設(shè)備，可將廢舊聚乙烯、聚丙烯等塑料通過破碎-清洗-加熱塑化-擠壓成型工藝，加工生產(chǎn)出市場(chǎng)暢銷的再生顆粒。與簡(jiǎn)單填埋和焚燒處理相比，再生塑料顆?？梢宰鳛樗芰瞎I(yè)的原料投入再利用，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的資源循環(huán)利用。但我國(guó)絕大多數(shù)企業(yè)始終處于小規(guī)模、無序化的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式，還存在許多問題。3.2 廢舊塑料回收新型技術(shù)3.2.1 簡(jiǎn)單再生技術(shù)簡(jiǎn)單再生法指不經(jīng)改性將廢舊塑料經(jīng)過分選、清洗、破碎、熔融、造粒后直接用于成型加工的回收方法。簡(jiǎn)單再生技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，成本低，投資少，所加工的塑料制品應(yīng)用廣泛。但是簡(jiǎn)單再生法不適合制作高檔次的塑料制品，其應(yīng)用面受到一定的限制。3.2.2 改性再生技術(shù)1. 物理改性物理改性主要是指將再生料與其它聚合物或助劑通過機(jī)械共混，如增韌、增強(qiáng)、并用、復(fù)合活性粒子填充的共混改性，使再生制品的力學(xué)性能得到改善或提高，可以做檔次較高的再生制品。這類改性再生利用的工藝路線較復(fù)雜，有的需要特定的機(jī)械設(shè)備。2. 化學(xué)改性化學(xué)改性包括：（1）氯化改性（2）交聯(lián)改性（3）接枝共聚改性3. 物理化學(xué)改性塑料改性的另一種方法，即原位反應(yīng)擠出工藝的改性與成型。這種方法同時(shí)實(shí)現(xiàn)化學(xué)改性和物理改性，突破了過去的化學(xué)改性、物理改性和成型加工之間的界限或不連續(xù)化，大幅度地縮短了塑料材料制備和制品生產(chǎn)的周期，也有效地改善了再生塑料的綜合力學(xué)性能。3.2.3 燃料熱能利用技術(shù)廢舊塑料燃燒會(huì)產(chǎn)生大量熱能，如果加以回收利用將會(huì)產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益。廢舊塑料發(fā)熱量高達(dá)地3347237656kJ/kg，比煤高而比重油略低，可以很好地加以利用。廢塑料粉體燃燒熱值高，并且不含NOX，SOX，屬于理想的燃料資源。3.2.4 裂解單體化技術(shù)裂解廢塑料可制備化工原料（乙烯、苯乙烯、焦油等）和液體燃料（汽油、柴油、液化氣），國(guó)內(nèi)對(duì)此技術(shù)的研究推廣已有10余年的歷史。通常分為熱裂解和催化裂解。1. 熱裂解熱裂解一般是在反應(yīng)器中使那些無法分選和污染的廢塑料加熱到其分解溫度（600900）使其分解、吸收、凈化得到可利用分解物，主要利用廢塑料熱裂解溫度特性的差異采用分段熱裂解分離回收。2. 催化裂解熱裂解反應(yīng)溫度要求高，難以控制。為降低溫度、節(jié)約成本、提高產(chǎn)率，常使用催化劑催化裂解。廢塑料催化裂解制燃料油技術(shù)在世界范圍內(nèi)已有成功的先例。3.3我國(guó)廢舊塑料回收利用領(lǐng)域的發(fā)展方向結(jié)合目前國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)和技術(shù)現(xiàn)狀，量力而行地進(jìn)行技術(shù)研究和開發(fā)，是我國(guó)今后很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)廢舊塑料回收行業(yè)的發(fā)展方向，具體可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行發(fā)展。1. 通過政府政策、立法、環(huán)保等多方面的支持，規(guī)范現(xiàn)有的主要廢舊塑料處理方式：（1）逐步減少，最終取消廢舊塑料的填埋處理方式；（2）適度擴(kuò)大廢舊塑料焚燒發(fā)電規(guī)模；（3）完善和規(guī)范廢舊塑料的再生顆粒制造行業(yè)。2. 針對(duì)現(xiàn)有先進(jìn)的新型廢舊塑料回收利用方式，結(jié)合我國(guó)當(dāng)前的現(xiàn)狀，合理選擇、吸收和推廣：（1）由政府出面通過各種優(yōu)惠政策，全力支持廢舊塑料油化技術(shù)在我國(guó)的推廣和應(yīng)用；（2）大力支持利用廢舊塑料制造水泥減水劑；（3）適度支持利用廢舊塑料制造各種新型化合物的回收方式。4. 結(jié)束語綜上所述，塑料雖然有其不可代替的優(yōu)秀之處，但現(xiàn)如今關(guān)于塑料的應(yīng)用和回收應(yīng)用仍然存在這許多問題和缺陷。在環(huán)保和可持續(xù)的時(shí)代口號(hào)下，廢棄塑料