塑料研究
關注創建者：錢啟文 創建時間：2015-08-18
塑料研究的實例教程
中新網2月27日電 綜合報道，每年，有超過800萬噸塑料垃圾流入海洋，造成海洋生物死亡且傷害生態系，但減少塑料污染的關鍵可能就藏在海洋中。據一項研究顯示，魷魚體內發現的蛋白質能用來制造塑料的替代物。
資料圖：當地時間2018年3月3日，一名英國男子在巴厘島海域潛水時拍下觸目驚心的一幕。海洋中漂浮著大量塑料垃圾：瓶子、袋子、杯子、桶、吸管等等，魚類及其他海洋生物都避之而不及。 圖片來源：視覺中國
據美國有線電視新聞網(CNN)報道，據發表于化學期刊Frontiers in Chemistry的一項研究，魷魚體內發現的蛋白質能用來制造永續的塑料替代物。
魷魚用觸腕上的吸盤捕抓獵物，吸盤上有銳利的齒環，這些齒環是由類似絲的蛋白質所組成，這些蛋白質過去幾年已成為科學研究的主題。
研究報告的第一作者是賓州州立大學的狄米瑞(Melik Demirel)，他針對既有研究檢視這些蛋白質制成的物質。他表示，他的團隊從魷魚齒環蛋白質制造出纖維、涂料和3D物體的雛型。狄米瑞表示，這些天然物質可透過生物分解，并能成為“很棒”的塑料替代品。
魷魚齒環蛋白質可以全程在實驗室使用基因工程細菌做出來，不需要用到任何魷魚，制作過程以發酵為主，只需糖、水和氧氣。
展開 ，才第一次正式提出微塑料這一概念。而在這篇文章發表近10年后，2013年國內外科學家才開始真正將目光聚焦在微塑料上，關于微塑料相關研究的文章數目開始直線上升。
2015年12月28日，美國總統奧巴馬簽署了《2015無微珠水域法案》，禁止在美國生產和銷售刻意添加了塑料微珠的清潔類化妝品，標志著微塑料問題在政府層面上受到關注，從科研領域走入人們的生活。
從土壤污染到微塑料研究 方法是難題
與大部分從事微塑料研究的科學家不同，潘響亮對微塑料的研究不是從海洋，而是從土壤開始入手的，這源于他的特殊背景。“我之前在中國科學院新疆生態與地理研究所工作，大家都知道，新疆乃至于整個西北地區都非常干旱缺水，所以為了保溫保濕，使用塑料地膜十分普遍。同時，由于當地的紫外線特別強，塑料地膜老化非常嚴重，大量的地膜都破碎在土地中，造成了很大的污染?！?從2013年開始，潘響亮就開始從事微塑料相關研究。他回憶說，最初國內從事微塑料相關研究的團隊還不到十個，到了2018年第一屆全國環境(海洋)微塑料污染與管控學術研討會召開，參會的人數已經超過500人，有140多個團隊在從事相關研究。而到了今年，這個數目還在大幅增長。越來越多的人加入到這個領域中來，但是潘響亮也感嘆說:“盡管微塑料研究團隊像雨后春筍般地冒出來，但微塑料的研究依然處于起步階段?！?潘響亮表示，現階段關于海洋微塑料濃度的報道差異很大，主要由于目前國際上對微塑料缺乏統一的采樣標準，造成很難估算海洋中到底有多少微塑料。另外，粒徑較小的微塑料的危害目前也很難評價。這些微塑料很容易進入生物體內的各種組織中，但由于缺乏有效的研究方法，加之海洋環境的復雜性，人們對微塑料對海洋生態系統的安全和健康造成影響的程度，知之甚少。
近年來，科學儀器行業也在大力開發微塑料相關檢測技術。
展開 在塑料生產過程中，原料質量不穩定問題一直是困擾生產企業的一大難題，比如使用同一供應商的不同批次原料，在相同的生產與加工工藝條件下，制成的成品合格率各不相同，此時若追責供應商，供應商會推責產品生產工藝問題，兩方各執一詞就也無法從根源上解決問題。
原料出廠時，供應商往往只會提供產品的熔融指數等基礎物性，但是高分子材料隨著溫度和剪切速率變化的流變性能，是科學制定材料加工工藝的關鍵，而熔融指數并不能很好反映原料在特定生產工藝條件下的加工性能。
若想從根源解決原料質量不穩定問題，可以利用高壓毛細管流變儀提供的流變數據作為指導，合理設定該聚合物的加工溫度和剪切速率。比如，對比合格原料和不合格原料在同一條件下的粘度曲線差異，推斷產生質量不穩定問題的來源，確定是原料問題還是加工工藝的問題；根據材料在不同溫度下的粘度曲線來優化產品的加工工藝，提高良品率。
展開 案例敘述
單元過程是進行生命周期清單分析時為量化輸入和輸出數據而確定的最基本部分，對于塑料而言一般將生產工藝過程劃分為塑料生產和包裝存儲兩大單元過程。經過調研和數據收集，目前塑料企業的產品主要包裝存儲方式有兩種：包裝運輸和非包裝槽罐車運輸。按照塑料產品碳計算邊界范圍劃分，產品的運輸不在計算邊界范圍內。槽罐車運輸一般是單一的物料，并且量較大，裝卸料需要專業的抽料設備，并不是所有的塑料企業都有能力使用槽罐車。大部分選擇的是包裝運輸的方式。對于相同的牌號的產品，其配方和生產能耗是一致的，但是根據不同企業的需求在包裝存儲單元過程中采用不同的包裝規格，會導致碳排放差異。因此，我們需要分析不同的包裝和存儲方式對塑料碳排放影響的差異，以便于制定包裝存儲單元過程的減碳路徑，助力塑料產品的低碳設計。
實景數據調研情況
目前塑料企業的產品包裝主要有2種，如下表所示：①鋁塑復合包裝袋②紙塑復合包裝袋。其中鋁塑復合袋防潮性能較好，主要用于尼龍等對濕度敏感的產品；紙塑復合包裝為通用的最廣泛的包裝。因此，本案例根據LCA方法和ISO14067標準，采用GaBi軟件同時建模計算分析了1個包裝袋和裝1噸產品的包裝袋的碳排放，以便于對比分析不同包裝袋帶來的碳排放差異和不同功能單位的包裝袋的碳排放的差異。
2、碳排放分析
功能單位是影響包裝碳排放值的一個主觀因素，同一個牌號，功能單位不同，其碳排放值的大小不同；對于塑料產品，一般按照單位質量的產品為功能單位統計，如1噸產品來統計，因此對功能單位為裝1噸產品的包裝袋的包裝碳排放進行進一步分析可以得出以下結論：鋁塑包裝碳排放值＞紙塑包裝碳排放值；包裝存儲減碳路徑：①采用可回收或可重復利用的包裝存儲方式，如非包裝槽罐車運輸；②采用輕量和低碳的包裝材料，如大規格包裝和紙塑包裝。
展開 在全球塑料消費中，家電業僅次于汽車業。聚丙烯（PP）具有質輕、性能優良、耐腐蝕和易成形加工等優點，其優越性在于不僅能代替熱固性塑料和金屬，還能代替其他熱塑性塑料。環保要求家電產品節能、節水、部件可回收等，這使得聚丙烯在家電方面的應用日趨廣泛起來。對于家電殼體來說，具有高的強度（平衡的剛性/韌性性能）以及能吸引人的外觀是最重要的。Borealis 聚烯烴公司稱其推出的 PP 專用料達到 UL 94V-0 阻燃條件，適用于電視機后殼、內框和部件；Feno 公司推出高抗沖擊性、低翹曲的M PP25FU 22HB 共聚 PP，可用于生產音響的揚聲器；美國 Solar 公司用 Ferro 公司的玻璃增強PP 制造家用除草機外殼等。
家電外殼用材料，應當滿足一些阻燃性能，其中灼熱絲可燃性指數 GWFI 作為著火危險性試驗的一部分，與人們的人身財產安全息息相關，對于不可控的、不可靠的因素，需要尤其注意。筆者對改性阻燃聚丙烯樹脂（LDP-3008 P9W）進行灼熱絲可燃性指數（GWFI）測試，研究樣板燒至開裂或兩半時的火焰熄滅時間與樣板尺寸和灼熱溫度的關系，以期提高 GWFI 測試結果及判定的準確性和科學性。
1 、實驗
1.1 材料和儀器
改性聚丙烯樹脂 PP；
灼熱絲試驗機，測量溫度范圍：室溫～1 000℃。
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電氣性能阻燃性能評價
國高材分析測試中心專注于高分子材料檢測評價，擁有三十余年塑料阻燃性能研究經驗。中心可依據國際國內標準，提供涵蓋UL 94垂直燃燒、極限氧指數、煙密度（NBS煙箱法）、錐形量熱（熱釋放速率、生煙速率等）等項目的權威阻燃性能綜合評價。
隨著全球對環境和能耗的關注日益提高，包括復合材料、工程塑料和橡膠在內的高分子聚合物材料，因其材料性能具有較高的強質比，被越來越多的應用到汽車輕量化設計當中。
但是，相對于傳統金屬材料，聚合物材料在不同溫度和加載速率下所表現出了巨大差異性和敏感性，這些差異包括彈性模量、峰值應力、應力應變曲線以及失效應變。
上述差異將會增加材料本構模型建立的難度和準確度，進一步影響實際產品的仿真結果
在高分子材料的研發、生產與質量控制過程中，機械性能測試是評估材料性能的關鍵環節。拉伸強度、斷裂伸長率、缺口沖擊強度等指標能直觀反映材料的力學特性，這些數據直接影響產品設計、工藝優化和質量判定。然而，許多實驗室在實際測試中常面臨一個共性難題：測試結果的重復性差。同一材料、相同測試項目，多次檢測數據卻差異顯著。這種波動不僅延誤研發進度，更可能引發質量誤判。究其原因，除了設備精度、環境溫濕度、人員操作等顯性因素
成功案例丨汽車塑料尾門模態分析優化及對標11個月前
因此，本文重點研究塑料尾門的模態（即一階固有頻率）。通過對塑料尾門進行結構優化以滿足尾門模態指標，最終與試驗對標，以驗證仿真分析的可靠性。
本文采用AltairOptiStruct求解器對汽車塑料尾門進行模態分析及優化，最終與試驗對標。
PART.02
試驗設備
國高材分析測試中心配備的塑料阻燃機理研究檢測設備：
水平垂直燃燒試驗儀
氧指數測定儀
錐形量熱儀
掃描電鏡
激光共聚焦顯微拉曼光譜儀
TGA-FTIR-GC-MS聯用系統
PART.03
試驗結果
3.1 TPU復合材料的阻燃性能
TPU的LOI僅為21.9%
參考文獻
[1] 施政達，史磊，黃煒.以UG軟件為基礎的塑料模具設計加工研究[J].塑料工業，2019,47(3):62?64.Shi Zhengda,Shi Lei,Huang Wei. Study of plastic mold design and manufacturing based on UG software[J].
決定多模穴平衡性的實驗程序
將飽壓壓力條件設定為0
將飽壓作用時間條件設定為0
將螺桿塑化后退延遲時間設定成預估的保壓時間近似值
設定冷卻時間約為此產品足夠冷卻可頂出的時間
將射出速度條件設成由塑料黏度曲線研究上所得到的射出速度值
其余的射出條件設定與另一文件- 黏度研究所使用條件相同，開始進行射出實驗
調整切換VP位置，以得到射出短射樣品，若有不平衡現象則以最大量模穴樣品產生短射件的條件進行樣品射出
BALSI M 等在意大利撒丁島西北部進行了海灘塑料垃圾檢測研究，開發了一種自動識別海洋塑料的系統。該系統使用無人機高光譜遙感系統進行數據采集，通過自行訓練的分類器完成了 對聚乙烯塑料（PET）的實時識別。
在全球塑料消費中，家電業僅次于汽車業。聚丙烯（PP）具有質輕、性能優良、耐腐蝕和易成形加工等優點，其優越性在于不僅能代替熱固性塑料和金屬，還能代替其他熱塑性塑料。環保要求家電產品節能、節水、部件可回收等，這使得聚丙烯在家電方面的應用日趨廣泛起來。對于家電殼體來說，具有高的強度（平衡的剛性/韌性性能
江蘇?。ňA）高性能特種工程塑料工程技術研究中心的定位是圍繞PEEK等高性能特種工程塑料產業需求，以促進科技創新為目標，加強工程化研發平臺建設，開展工程技術研究、試驗和技術服務，推動PEEK等特種工程塑料前沿技術研究和核心關鍵技術攻關。
