非金屬材料論文.doc

_本科課程論文題 目 特種加工 學 院 工程技術學院 專 業(yè) 機械制造及其自動化 年 級 2014 學 號 姓 名 指 導 教 師 成 績 _ 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12.1.1 耐磨性12.1.2 密度與比強度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32.2.1 強度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 廢舊塑料回收現狀43.1.1 填埋處理43.1.2 焚燒處理43.1.3 再生顆粒技術43.2 廢舊塑料回收新型技術53.2.1 簡單再生技術53.2.2 改性再生技術53.2.3 燃料熱能利用技術53.2.4 裂解單體化技術53.3 我國廢舊塑料回收利用領域的現狀64 結束語6-可編輯修改-摘 要：本文將對塑料的利弊進行分析，闡述塑料作為有機高分子材料對人類生產和生活的影響，在如今追求環(huán)保的時代大趨勢下，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，在生產制造方面塑料也有著極為重要的作用，在農業(yè)中作地膜，管道、噴頭等；在機械制造業(yè)中作結構件、傳動件、摩擦磨損件、耐蝕件、絕緣件、軟飾件等；在化學工業(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、變壓器、絕緣包線、電線、電纜等原件；甚至在國防和航空航天工業(yè)中也成為了不可缺少的材料。隨著時代的發(fā)展，生產力的增強，塑料的種類和生產工藝也越來約豐富多樣。然而在滿足人們生活生產的需求之際，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重。生產方便，應用廣泛的塑料同時也帶來了十分嚴重的污染問題。人類為了追求社會、文化的發(fā)展已經令我們的地球家園千瘡百孔，如今環(huán)保、可持續(xù)才是我們時代的主題、科技文明的發(fā)展方向。因此對塑料可持續(xù)發(fā)展的對策進行研究的任務迫在眉睫，也是我們文章接下來要探究的主要內容。2. 塑料的利弊2.1 塑料的優(yōu)點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優(yōu)于金屬，這是因為塑料的摩擦系數比較低。同時，有許多塑料，如聚四氟乙烯、尼龍等，本身就具有自潤滑性能，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。一般塑料的相對密度在0.82.2之間，這樣塑料的比強度就較高。最輕的塑料聚丙烯的相對密度為0.91，比紙還輕。泡沫塑料的相對密度可達0.01.質量輕是塑料的最大特點，某些塑料的比強度可達甚至超過鋼的水平，這對于要求減輕自重、增加承載能力和速度的飛機、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塑料代替飛機上的鋁合金、鈦合金，可減輕重量1530。2.1.3 熱性能某些特殊耐高溫塑料，瞬時耐高溫性能特別優(yōu)異，有時甚至可瞬時耐1000以上的高溫，火箭、導彈、宇宙飛船等耐燒蝕部件可用這些材料制成。塑料的導熱系數一般約為金屬的1/5001/600，是理想的絕熱材料。對于某些零件，如機床上的操作手柄、汽車和拖拉機方向盤等，因對導熱性無要求，冷天工人操作是手感溫暖亦是個優(yōu)點。2.1.4 電性能一般來說，塑料的大分子中既無自由電子，又無足夠的自由運動例子，因而是不良導體或絕緣體。換句話說，絕大多數塑料都具有良好的絕緣性能。當然，塑料中可能含有微量的導電性。各種塑料的組成和結構不同，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，大多數塑料對酸、堿、鹽等介質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理有很大區(qū)別。金屬材料既存在氧化（化學）腐蝕，往往又存在電化學腐蝕。而塑料除了與環(huán)境中的氧、臭氧和氧化性介質起不同程度的氧化破壞外，不會發(fā)生電化學腐蝕。因為塑料的分子鏈細長且相互糾纏成團，許多基團被包裹在里面，腐蝕劑僅能與其表面基團作用而不能滲入內部。而且分子鏈上能發(fā)生反應的官能團較少，鏈內主鏈都是牢固的共價鍵，缺乏與介質形成電化學作用的自由電子或運動的離子，這就是許多塑料可作耐腐蝕工程材料的理論依據。2.1.6 塑料的加工塑料的原材料來源豐富，成本低。20世紀40年代以來，高分子合成材料不再只是農副產品作原料，它可以大量使用石油化工產品作為其原料，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，生產率高。如一臺普通的塑料注射機，一年可生產15萬只塑料齒輪，相當于一個擁有20臺滾齒機和5臺車床的齒輪車間的年產量，尚不算其毛坯生產耗費的設備、能源和工時。2.2 塑料的缺點2.2.1 強度塑料的強度比金屬低，一般熱塑性塑料的抗拉強度為50MPa100MPa，約為45鋼的1/121/6；熱固性塑料的抗拉強度則只有30Mpa60MPa；即使是增強型塑料，其抗拉強度也只有200MPa,略超過鋁合金，相當于鑄鐵的強度。且塑料易受剪切應力破壞，沖擊強度、抗彎強度和硬度也不如金屬。同時塑料的抗蠕變性較差，其在室溫下受載荷作用后就會發(fā)生顯著的蠕變現象。當載荷大時，將發(fā)生蠕變斷裂。塑料的這種現象又成為冷流。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)境下使用的產品。塑料的導熱系數一般為金屬的1/5001/600。由于導熱性能差，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的零件。塑料的線膨脹系數比金屬大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合的塑料制品時，常會因膨脹系數相差過大而造成開裂，造成金屬的脫落或松動等。同時塑料易于燃燒，其燃燒會產生多環(huán)芳香烴化合物、一氧化碳等有害物質。2.2.3 耐氣候性能塑料在長期使用過程中，由于受到氧氣、熱、紫外線、水蒸氣、機械力和微生物等因素的作用，會逐漸失去彈性，變脆變硬，出線光澤消失、眼色變化、表面龜裂、斑點、氣泡、分層、長霉、軟化發(fā)粘和尺寸變化等現象，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。塑料的老化是一個比較復雜的化學變化過程。通常認為，大分子鏈的交聯或裂解是陰氣老化的主要原因。交聯是大分子鏈由線型轉變?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。因交聯產生的老化通常使塑料失去彈性、變脆、出現龜裂；因裂解引起的老化則會使塑料失去剛性、產生蠕變、變軟發(fā)粘。一般情況下，這兩種現象大多同時發(fā)生。2.2.4 廢舊塑料的處理隨著我國塑料產品的大量使用，廢舊塑料也急劇增加，“白色污染”已成為環(huán)境保護突出的問題。廢舊塑料垃圾被填埋，使生態(tài)環(huán)境受到嚴重影響，而且浪費資源，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菌和酶。不可降解塑料制品進入土壤，會影響土壤內的物、熱的傳遞和微生物生長，改變土壤特質，污染地下水源。塑料廢棄物的焚燒，如聚氯乙烯燃燒產生氯化氫（HCl），ABS、丙烯腈燃燒產生氰化氫（HCN），聚氨酯燃燒產生氰化物，聚碳酸酯燃燒產生光氣等有害氣體，對生態(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填埋場，對廢舊塑料進行衛(wèi)生填埋。衛(wèi)生填埋法具有建設投資少、運行費用低等特點，長期以來都是世界各國大量采用的廢舊塑料的處理方法。但填埋處理存在著嚴重的缺點：（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造成二次污染。同時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。將廢舊塑料進行焚燒的處理方法具有處理數量 大、成本低、效率高等優(yōu)點。與直接填埋相比，焚燒處理對廢舊塑料進行了有效的利用。但焚燒處理同樣存在諸多缺點：（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產生多環(huán)芳香烴化合物、一氧化碳等有害物質，例如PVC會產生HCl，聚丙烯腈會產生HCN，聚氨酯會產生氰化物等，這些物質對環(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隨煙塵、焚燒殘渣一起排放，同樣污染環(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的一大進步。運用專用造粒設備，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，加工生產出市場暢銷的再生顆粒。與簡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，實現了真正意義上的資源循環(huán)利用。但我國絕大多數企業(yè)始終處于小規(guī)模、無序化的生產經營方式，還存在許多問題。3.2 廢舊塑料回收新型技術3.2.1 簡單再生技術簡單再生法指不經改性將廢舊塑料經過分選、清洗、破碎、熔融、造粒后直接用于成型加工的回收方法。簡單再生技術工藝簡單，成本低，投資少，所加工的塑料制品應用廣泛。但是簡單再生法不適合制作高檔次的塑料制品，其應用面受到一定的限制。3.2.2 改性再生技術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械共混，如增韌、增強、并用、復合活性粒子填充的共混改性，使再生制品的力學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雜，有的需要特定的機械設備。2. 化學改性化學改性包括：（1）氯化改性（2）交聯改性（3）接枝共聚改性3. 物理化學改性塑料改性的另一種方法，即原位反應擠出工藝的改性與成型。這種方法同時實現化學改性和物理改性，突破了過去的化學改性、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的周期，也有效地改善了再生塑料的綜合力學性能。3.2.3 燃料熱能利用技術廢舊塑料燃燒會產生大量熱能，如果加以回收利用將會產生極大的經濟效益。廢舊塑料發(fā)熱量高達地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），國內對此技術的研究推廣已有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溫度要求高，難以控制。為降低溫度、節(jié)約成本、提高產率，常使用催化劑催化裂解。廢塑料催化裂解制燃料油技術在世界范圍內已有成功的先例。3.3我國廢舊塑料回收利用領域的發(fā)展方向結合目前國內的生產和技術現狀，量力而行地進行技術研究和開發(fā)，是我國今后很長一段時期內廢舊塑料回收行業(yè)的發(fā)展方向，具體可以從以下幾個方面進行發(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. 針對現有先進的新型廢舊塑料回收利用方式，結合我國當前的現狀，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在我國的推廣和應用；（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. 結束語綜上所述，塑料雖然有其不可代替的優(yōu)秀之處，但現如今關于塑料的應用和回收應用仍然存在這許多問題和缺陷。在環(huán)保和可持續(xù)的時代口號下，廢棄塑料