塑料是我們身邊最常見的材料之一。不過同為塑料,塑料涼鞋、塑料軟管、泡沫塑料等非常柔軟,而塑鋼板、玻璃鋼、安全帽等卻非常堅硬,這是為什么呢?
塑料可以分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱塑性塑料,如聚乙烯、聚丙烯等,存在于其中的是一個個獨立的塑料分子,將這些分子維系起來的是分子間作用力,要想讓熱塑性塑料發生形變,我們就必須克服這種作用力。由于化學結構的差異,不同熱塑性塑料分子間作用力的強度也不盡相同。如果分子間作用力較強,即便很高的外力也很難將塑料分子分開,這些塑料自然就顯得比較硬。同時,較強的分子間作用力也阻礙塑料在高溫下熔化流動。
因此,比較硬的塑料,其熔點或者玻璃化轉變溫度(不能結晶的塑料遇熱變軟流動的溫度)通常顯著高于室溫,比如可以用來制作安全帽、防護眼鏡的聚碳酸酯;而熔點或者玻璃化轉變溫度在室溫附近或者更低的塑料則比較軟,比如經常被用于制鞋的乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。
值得一提的是,一些被稱為增塑劑的化學物質能夠顯著降低塑料的分子間作用力,從而降低塑料的硬度。一個典型的例子是聚氯乙烯,這種塑料本身很硬,家中堅硬的塑料水管和塑鋼板就是由它制成的;但添加了增塑劑后卻變得非常柔軟,可以被制成柔軟的軟管和橡皮擦。
如果將塑料分子交聯起來,即通過共價鍵逐個連接起來形成一個巨大的網絡結構,我們就得到了熱固性塑料。由于交聯的存在,外力不僅要克服分子間作用力,還必須打斷共價鍵才能讓塑料發生斷裂。因此,熱固性塑料往往能夠體現出更高的硬度,比如能用做風力發電機葉片的環氧樹脂。
此外,還有一些因素也能影響塑料的硬度。例如,無機物填料的硬度通常高于塑料,因此填充了無機物的塑料往往更硬一些,比如在塑料中加入玻璃纖維的玻璃鋼。另外,一些塑料可以被加工成內部含有大量氣泡的蓬松結構,即通常所說的泡沫塑料。這樣的塑料制品,我們自然會覺得它們比別的塑料更軟。
塑料遇冷變硬,遇熱變軟的原因是:一般的聚乙烯塑料和聚氯乙烯塑料都是熱塑性。
物質在加熱時能發生流動變形,冷卻后可以保持一定形狀的性質。大多數線型聚合物均表現出熱塑性,很容易進行擠出、注射或吹塑等成型加工。
熱塑性材料物質在加熱時能發生流動變形,冷卻后可以保持一定形狀的性質。大多數線型聚合物均表現出熱塑性,很容易進行擠出、注射或吹塑等成型加工。
塑料性質成分不一樣所以有硬有軟。