通用高分子材料.ppt

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1、第一节 塑 料 第二节 橡 胶 第三节 合成纤维 第四节 胶 粘 剂,第十二章 高分子材料,第一节 塑 料,概 述,塑料是在玻璃态下使用的、具有可塑性的高分子材 料。它以树脂为主要组分，加入各种添加剂，能在一定 温度和压力下加工成形的各种材料的总称。,2）填充剂（填料）: 提高塑料的力学、电学性能或降低成本等。它在塑料占有相当大的比例。如加入铝粉可提高光反射能力和防老化；加入二硫化钼可提高润滑性。 常用填充剂有云母粉、石墨粉、炭粉、氧化铝粉、木屑、玻璃纤维、碳纤维等。,3）增塑剂: 提高塑料的可塑性和柔软性。常用熔点低的低分子化合物来增加大分子链间距离，从而达到增加大分子链的柔顺性的目的。 常

2、用增塑剂有甲酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡等。,4）稳定剂: 提高塑料对热、光、氧等的稳定性，延长使用寿命。 常用热稳定剂有硬酯酸盐、环氧化合物和铅的化合物等。光稳定剂有炭黑、氧化锌等遮光剂。,5）增色剂: 赋予塑料制品各种色彩。 常用的着色剂是一些有机染料和无机颜料。有时也采用能产生荧光或磷光的颜料。,6）润滑剂: 提高塑料在加工成形过程中的流动性和脱模能力，同时可使制品光亮美观。 常用润滑剂有硬酯酸、盐类等。,7）固化剂: 与树脂发生交联反应，使受热可塑的线型结构变成热稳定好的体型结构。 常用的固化剂如六次甲基四胺、过氧化二苯甲酰等。,8）其他: 还有发泡剂、催化剂、阻燃剂等。,塑料的分类：,

3、1）按塑料热性质分类： 热塑性塑料：受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成形。它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等。 热固性塑料：在加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制品，不可再生。具有更好耐热性和抗蠕变能力。常用热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、有机硅树脂等。,2）按塑料的功能和用途分类： 通用塑料：产量大用途广价格低的塑料。主要包括聚乙 烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料 等，产量占塑料总产量的75%以上。 工程塑料：具有较高性能，能替代金属制造机械零件和 工程构件的塑料。聚酰胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚 砜、聚四

4、氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂等。 功能塑料：导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。,1） 结构单元：,热塑性塑料,聚乙烯（PEpolyethylene）：,2） 支化结构：,右图：（a）高密度PE 分子链（b）低密度PE 分子链（c）线性低密 度PE分子链,3）性质： 耐化学腐蚀； 良好的电绝缘性和高频介电性能； 韧性、耐寒性好； 较低的摩擦系数； 不易吸水； 不耐热，不耐大气老化。,4）应用： 聚乙烯是塑料中产量最大的一类品种，属于结晶 性塑料，外观乳白，半透明。 低密度聚乙烯(LDPE) ：日用制品、薄膜、软质包 装材料、层压板、电线电缆包覆等。 高密度聚乙烯(HDPE) ：小负荷齿轮和轴

5、承、化工管 道、阀门、高频电缆绝缘层、硬质包装材料等。,1） 结构单元：,聚氯乙烯（ PVCpolyvinyl chloride ）：,2） 性质： 具有较高的强度、刚性；良好的电绝缘性、耐化学腐 蚀性；能溶于四氢呋喃和环已酮等有机溶剂；具有阻燃 性；但热稳定性较差，使用温度较低，介电常数、介电 损耗较高。,3）应用： 纯聚氯乙烯属无规立构，无色透明，硬而脆，很少 应用。常利用橡胶和增塑剂对其改性处理。 硬聚氯乙稀：用于工业管道、给排水系统、板件、 管件、建筑及家用防火材料，化工防腐设备及各种机械 零件。 增塑（软）聚氯乙稀：用于窗帘、桌布、雨衣、手 提箱、人造革、墙纸；农用薄膜、耐酸碱软管及

6、电线电 缆包覆层等。,1） 结构单元：,聚丙烯（ PP-polypropylene)）：,2） 性质： 无毒、无味、无臭、半透明蜡状固体。密度小，力 学性能高于聚乙烯；耐热性、耐水性良好，化学稳定性 好；但不耐芳香族和氯化烃溶剂，耐寒性差，易老化。,3）应用： 聚丙烯属等规立构，结晶性塑料，外观乳白半透明。 主要用于家庭厨房用具、包装薄膜、医疗器械、 高频绝缘材料；化工管道、家用电器部件等，以及汽车 及机械零部件，如车门、方向盘、齿轮、接头等。,1） 结构单元：,聚苯乙烯（ PS-polystyrene ）：,2） 性质： 无毒、无味、无色透明状固体。电绝缘性优良，介电损耗极小；耐化学腐蚀性优

7、良，但不耐苯、汽油等有机溶剂；强度较低，硬度高，脆性大，不耐冲击，耐热性差，易燃。,3）应用： 聚丙烯属无规立构，非晶性塑料，高度透明（透光 率为8892）。 主要用于日用、装潢、包装及工业制品；仪器仪表外壳、灯罩、光学零件、装饰件、透明模型、玩具、化工储酸槽，包装及管道的保温层，冷冻绝缘层等。,1） 结构单元：,聚甲基丙烯酸甲酯 （ PMMA-polymethyl methacrylate ）：,2） 性质： 较高的强度和韧性、优良的光学性能，透光率比普通硅玻璃好（透光率约为9193）；优良的电绝缘性；耐化学腐蚀性好，热导率低；但硬度低，表面易擦伤，耐磨性差，耐热性不高。,3）应用： 聚甲基

8、丙烯酸甲酯又称有机玻璃，属无规立构，非 晶性塑料。 主要用于飞机、汽车的窗玻璃和罩盖，光学镜片，仪表外壳，装饰品，广告牌，灯罩，光学纤维，透明模型，标本，医疗器械等。,1） 结构单元：,聚四氟乙烯（ PTFE）：,2） 性质： 出色的耐热、耐寒能力（-180+260长期使用）；摩擦系数极低，有自润滑效果；化学稳定性极佳，俗称“塑料王”；极好的电绝缘性和介电性；但强度低，抗蠕变性较差，不易加工成形。,3）应用： 聚四氟乙烯属结晶性塑料，外观呈瓷白色，一般在 360380烧结成形。 主要用于轴承、垫圈等自润滑材料；高温电缆绝缘材料、电器元件；化工管道及零件；不粘锅涂层等。,1） 结构： 尼龙的品种

9、很多，如尼龙6、尼龙66、尼龙610等。 数字表示基本单元中的碳原子数目。所有尼龙分子结构 单元中都有一个相同的特征基团酰胺基：,聚酰胺（尼龙或锦纶）（ PApolyamides ）：,CN,3）应用： 纤维增强尼龙主要用于轴承、齿轮、高压密封圈、 阀门、包装材料、输油管、汽车保险杠及丝织品等。,2） 性质： 聚酰胺属结晶性塑料，半透明，乳白，略带黄色。 由于酰胺基的存在，分子之间有很强的氢键作用， 因此聚酰胺的强度高，韧性好；另外耐磨性和自润滑性 好，摩擦系数低；具有良好的耐油、耐溶剂性、阻燃性； 但吸水性大，热膨胀系数大，耐热性不高。,1） 结构单元：,聚甲醛（ POM-polyforma

10、ldehyde ）：,2） 性质： 具有较高的强度、硬度、刚性、韧性、耐磨性和自润滑性，耐疲劳性能高，吸水性小，摩擦系数小，耐化学品腐蚀性好，电绝缘性能良好，但热稳定性差，易燃。具有较高的综合性能，可以替代一些金属和尼龙。,3）均聚甲醛的改性： 工业上利用共聚反应来生成共聚甲醛，来改善热稳 定性。共聚甲醛的结构单元为：,4）应用： 聚甲醛属结晶性塑料，乳白色。 部分取代有色金属和合金，用于制造低载荷齿轮、 轴承，塑料弹簧等。,，,1） 结构单元：,聚碳酸酯（ PC-polycarbonate ）：,2） 性质： 低温冲击韧性极佳； 高模量、高强度、抗蠕变，尺寸稳定性好；,3）应用： 由于聚碳酸

11、酯具有优异的综合力学性能，又高度透 明，故俗称“透明金属”。 纤维增强聚碳酸酯可部分取代钢、有色金属等制造 仪器仪表的机械传动部件。未增强聚碳酸酯用于制作车 灯罩、护目镜、安全帽、门窗玻璃甚至防弹玻璃等。, 透光率高，约为8692； 电绝缘性好。,1） 结构单元： 丙烯晴(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体（共聚生成）,ABS塑料：,2） 性质： 丙烯晴能提高强度、硬度、耐热性和耐腐蚀性，丁二烯能提高韧性，苯乙烯能提高电性能和成型加工性能。 ABS塑料具有较好的抗冲击性能、尺寸稳定性和耐磨性，成型性好，不易燃，耐腐蚀性好，但不耐酮、醛、酯、氯代烃类溶剂。,3）应用： ABS作为“坚韧、质

12、硬且刚性”的材料，是最早被人 类认识和使用的“高分子合金”。 用于轻载齿轮、轴承，电器外壳，汽车部件，各类 容器、管道等。,1） 结构单元：,聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）：,2） 性质： 结晶性塑料，呈乳白色，工程上常用玻璃纤维增强PBT作为结构材料。,1） 聚 砜（PSF）：,其他热塑性塑料：,聚砜是含硫的透明树脂，其耐热性抗蠕变性突出，长期使用温度可达150174，脆化温度-100。广泛用于电器、机械、交通和医疗领域。,2） 聚苯醚（PPO）： 聚苯醚是线性非晶态工程塑料，综合性能好，使用温度宽-190190，耐磨性、电绝缘性和耐水蒸气性能好。主要用作在较高温度下工作的齿轮、轴承、凸轮、

13、化工管道、阀门和外科医疗器械等。,3）聚酰亚胺：,聚酰亚胺是含氮的环形结构的耐热性树脂，其强度硬度较高，使用温度可达260；但加工性较差，脆性大，成本高。 主要用于特殊条件下工作的精密零件，如喷气发动机供燃料系统的零件，耐高温高真空用自润滑轴承及电气设备，是航空航天工业中常用的高分子材料。,热固性塑料,热固性塑料是树脂经固化处理后获得的。所谓固化处 理就是树脂中加入固化剂并压制成型，使其由线型聚合物 变为体型聚合物的过程。 热固性塑料具有耐热性高，刚度大，抗蠕变性能好， 尺寸稳定性高；但脆性大，不易成形。,酚醛塑料（ PF-bakelite ）：,酚醛塑料中的酚醛树脂是酚类和醛类的缩聚产物。根

14、 据酚类和醛类的反应摩尔比及反应介质PH值的差异，可 以分别得到热固性和热塑性两类材料。 苯酚上与羟基邻位或对位的3个氢原子都很活泼，均 能与甲醛发生两种情形下的缩聚反应：,1） 酚醛树脂：,苯酚邻位氢原子与甲醛的缩聚反应如下：,热塑性酚醛树脂：只有加入能与之反应的固化剂，才能固化。 热固性酚醛树脂：制备时反应不彻底，在热的作用下可继续进行缩聚反应形成高度交联网状结构。,2） 酚醛塑料：, 以热塑性酚醛树脂为原料：,通常作粘胶剂或浸渍增强剂压制成层状塑料。, 以热固性酚醛树脂为原料：,以木粉为原料的酚醛塑料粉又称胶木粉或电木粉， 它价格低廉，但性脆、耐光性差，用于制造手柄、瓶盖、 电话及收音机

15、外壳、灯头、开关、插座等。 以云母粉、石英粉、玻璃纤维为填料的塑料粉可用来制造电闸刀、电子管插座、汽车点火器等。 以石棉为填料的塑料粉可用于制造电炉、电熨斗等设备上的耐热绝缘部件。 以玻璃布、石棉布等为填料的层状塑料的可用于制造轴承、齿轮、带轮、各种壳体等。,环氧塑料（EP-epoxy plastics ）：,环氧塑料是以环氧树脂为基，加入填料及其它添加剂 而制成。树脂中每个分子含有 两个或两个以上环氧基团：,1） 环氧树脂：,环氧树脂中最常用的是双酚A型环氧树脂：,n07,其中，R为,塑料制品的成形工艺,将塑料原料放入成型 模加热熔化，加压，使塑 料充满整个型腔，同时发 生交联反应而固化。

16、模压成型主要用于热固性塑料，适用于形状复杂或带有复杂嵌件的制品，但生产率低、模具成本较高。,模压成形：,将塑料原料在注射机料筒内加热熔化，通过推杆或螺杆向前推压至喷嘴，迅速注入封闭模具内，冷却后即得塑料制品。,注射成型：,主要用于热塑性塑料。能生产形状复杂、薄壁、嵌 有金属或非金属的塑料制品。,挤出成型：,将原料在料筒中加热至流动状态，同时通过螺杆向 前推压至机头，通过不同形状和结构的口模连续挤出， 获得不同形状的型材，如管、棒、带、丝、板等。,挤出成形的生产效率高，可自动化连续生产，一般 使用热塑性塑料作原料。,吹塑成形：,熔融态的塑料坯通过挤出机或注射机挤出后，置于 模具内，用压缩空气将此

17、坯料吹胀，使其紧贴模内壁成 型而获得中空制品。,吹塑成型还 可以用压缩空 气将型坯连续 吹胀成薄膜。,真空成形（吸塑成形）：,将热塑性塑料板（片）材置于模具上，四周加紧并 加热；待塑料进入高弹态后，对模腔抽真空，使板材在 大气压作用下紧贴模腔内壁，冷却后硬化成形。,抽真空前,抽真空后,浇注成形：,又称浇塑法，根据浇注方式的差异可分为静态铸型 、嵌铸型和离心铸型等。 在液态树脂中加入适量固化剂，然后浇入模具型腔 中，在常压或低压及常温或适当加热条件下固化成型。 此法主要用于生产大型制品，设备简单，但生产率低。,第二节 橡 胶,橡胶是以高分子化合物为基础的、具有良好高弹性 的材料。以生胶为原料加入

18、适量配合剂而形成的高分子 弹性体。,橡胶的组分,橡胶是以生胶为主要成分，添加各种配合剂和增强 材料制成的。,用来改善橡胶的某些性能。常用配合剂有硫化剂、硫化促进剂、活化剂、填充剂、增塑剂、防老化剂、着色剂等。, 硫化剂: 用来使生胶的结构由线型转变为交联体型结构，从而具有一定强度、韧性、高弹性。 常用硫化剂有硫磺和含硫化合物，有机过氧化物，胺类化合物、树脂类化合物、金属氧化物等。,配合剂, 活化剂：用来提高促进剂的作用。 常用活化剂有氧化锌、氧化镁、硬酯酸等。, 硫化促进剂: 缩短硫化时间，降低硫化温度，改善橡胶性能。 常用促进剂有二硫化氨基甲酸盐、黄原酸盐类、噻唑类、硫脲类和部分醛类及醛胺类

19、等有机物。, 填充剂： 用来提高橡胶的强度、改善工艺性能和降低成本。 用于提高性能的填充剂称为补强剂，如炭黑、二氧化硅、氧化锌、氧化镁等；另外还有用于降低成本的填充剂，如滑石粉、硫酸钡等。, 增塑剂： 用来增加橡胶的塑性和柔韧性。 常用增塑剂有石油系列、煤油系列和松焦油系列增塑剂。, 防老剂：用来防止或延缓橡胶老化。 主要有石蜡、胺类和酚类防老剂。,生胶流动温度高、粘度大，它与各种配合剂的混合， 需要通过塑炼和混炼来实现。,混 合,2） 混 炼：,将塑炼后的生胶和配合剂混合均匀的过程。 混炼的加料顺序是：塑炼胶、防老剂、填充剂、增塑 剂、硫化剂及硫化促进剂等。混炼时要注意严格控制温度 和时间。

20、 常用的混炼机有密炼机和开炼机，通常联合使用。,开炼后的状态,2）注射法： 与热固性塑料注射成形类似。,成 形,大多数橡胶制品都是被加热到硫化温度以上，在模具中成形。,1）模压法： 将预压好或经称重的型坯直接放入模腔，合模加 热加压，使产品硫化直至定型。,常见橡胶,天然橡胶,具有较高的弹性、较好的力学性能、良好的电绝缘 性及耐碱性。主要用于制造轮胎、胶带、胶管等。,由丁二烯聚合而成。其弹性、耐磨性、耐热性、耐寒 性均优于天然橡胶，是制造轮胎的优良材料。缺点是强 度较低，加工性能差、抗撕性差。,顺丁橡胶,由丁二烯与丙烯睛聚合而成。其耐油性好，耐热、耐 燃烧、耐磨、耐碱、耐有机溶剂。缺点是耐寒性差

21、，其脆 化温度为-10-20。,丁腈橡胶,以碳原子为主链，含有氟原子的聚合物。其化学稳定 性高、耐蚀性能居各类橡胶之首，耐蚀性好，最高使用温 度为300。主要用于国防和高技术中的密封件。,氟橡胶,苯乙烯和丁二烯的三嵌段共聚物。分子链的两端是柔性较小的聚苯乙烯段，中间是柔性很好的聚丁二烯。兼有硫化橡胶和热塑性橡胶的优点。 强度高，弹性好，可反复回收利用。,SBS热塑弹体,第三节 合成纤维,凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状 的高分子材料均称纤维。 它可分为天然纤维和化学纤维。 化学纤维又可分为人造纤维和合成纤维。人造纤维 是用自然界的纤维加工制成，如：“人造丝”、“人造棉”。 合成

22、纤维是以石油、煤、天然气为原料制成的，它发展 很快。,1）涤纶 即聚酯纤维，又叫的确良，具有高强度、耐磨、耐腐 蚀，易洗快干等优点，是很好的衣料纤维。 2）尼龙 即聚酰胺，又称棉纶，其强度大、耐磨性好、弹性较 好，主要缺点是耐光性差。 3）腈纶 即聚丙烯腈，有人造羊毛之称。,4）维纶 性能与棉花相似，且强度高，缺点是弹性差，织物 易皱。 5）丙纶 即聚丙烯，以轻、牢、耐磨著称，缺点是可染性较 差，且晒易老化。 6）氯纶 难燃、保暖、耐晒、耐磨、弹性好，但染色性差， 热收缩大，限制了它的应用。,第四节 胶 粘 剂,胶粘剂是把两个固体表面粘合在一起，并且在胶接 面处具有足够强度的物质；以各种树脂、

23、橡胶、淀粉等为基体材料，添加各种辅料而制成的。,环氧树脂胶粘剂 具有很高的粘接力，操作简便，不需外力即可粘接；有良好的耐酸、碱、油及有机溶剂的性能。但环氧胶胶层较脆。 用途：环氧树脂胶粘剂对金属、玻璃、陶瓷、塑料、橡胶、混凝土等均具有较好的粘合能力，常用于以上物品之间的粘接和修补，也可用于竹木和皮革、织物、纤维之间的粘接。,具有较强的粘接力，耐高温，但韧性低，剥离强度差。主要用于木材、胶合板、泡沫塑料等，也可用于胶接金属、陶瓷。 改性的酚醛-丁晴胶可在-60150使用，广泛用于机器、汽车、飞机结构部件的胶接，也可用于胶接金属、玻璃、陶瓷、塑料等材料。 改性的酚醛-缩醛胶具有较好的胶接强度和耐热

24、性，主要用于金属、玻璃、陶瓷、塑料的胶接，也可用于玻璃纤维层压板的胶结。,酚醛树脂胶粘剂 ：,初粘结力大，常温触压即可固化，有利于粘接大面积柔软材料及难以加压的工件。 在-250以下仍能保持较高的剥离强度，而且其抗剪强度随着温度下降而显著提高。 聚氨酯树脂胶毒性大，固化时间长，耐热性不高，易与水反应。 可对金属、玻璃、陶瓷、橡胶、木材、皮革和极性塑料有很强的粘结力，特别是超低温工件的粘接。,聚氨酯树脂胶粘剂 ：,具有透明性好、粘度低、粘结速度极快等特点，使用很方便。但它不耐水，性脆，耐温性和耐久性较差，有一定气味。 广泛用于：金属、陶瓷、玻璃及大多数塑料和橡胶制品的粘接及日常修理。市场上销售的“501”胶和“ 502”胶就属于这类胶粘剂。,-氰基丙烯酸酯胶粘剂 ：,具有良好的弹性和柔韧性，初粘力强，但强度较低，耐热性不高，贮存稳定性较差，耐寒性不佳，溶剂有毒。氯丁橡胶胶粘剂使用方便，价格低廉，广泛用于橡胶与橡胶、金属、纤维、木材、塑料之间的粘接。,氯丁橡胶胶粘剂 ：,