高分子材料的品种与基本性能.ppt

第二章 高分子材料概论,2.1 概述,一.塑料的特点 质轻、机械性能好；,适宜的阻隔性和渗透性；,化学稳定性好；,光学性能优良；,良好的加工性能和装饰性能,卫生性良好；,塑料是一种新兴的高分子合成材料，自公园1895年诞生以来，发展非常迅猛，以体积计算已超过钢的产量。21世纪是信息、生物技术和新材料的时代，而新材料中主要一部分就是新型高分子材料。 据不完全统计，到目前为止已见报道的塑料品种已超过10000种，实现工业化的300余种，而市面上可见到的也有70余种，我们常用的一般有30余种。 对于某一塑料制品而言，选择哪一种塑料作为原料，是生产合格产品的关键。怎样从众多的塑料品种中选择最合适的一种了？这正是塑料配方设计中最首要的内容。,热塑性高分子材料,一.高分子材料的分类,热固性高分子材料,热塑性高分子材料和热固性高分子材料的对比,热塑性高分子材料 热固性高分子材料,分子结构 线型及支链型大分子 线型大分子，固化 后成为三维体型大分子,热行为 受热可熔化，冷却又 制成制品后即成为 变硬，可反复此过程 不溶不熔的材料,溶解性 可溶于特定的溶剂 仅在某些溶剂中溶胀,成型方法 可用注射、挤出、 可用模压、层压成型 压延、热成型等方法 及机械加工等方法 加工，也可用机械 加工的方法,透明性 多数材料能制成 制品几乎全不透明 透明制品,可回收性 多数可回收再用 不能回收再用,塑料,通用热塑性塑料,通用工程塑料,通用热固性塑料,其他各类塑料,功能性塑料,通用热塑性塑料,聚苯乙烯,聚氯乙烯,聚丙烯,聚乙烯,聚甲基丙烯酸甲酯,工程塑料又分为通用工程塑料和特种工程塑料。 通用工程塑料使用温度一般在150以下； 特种工程塑料的使用温度一般在150以上。,通用工程塑料,热塑性聚酯,聚碳酸酯,聚甲醛,聚酰胺,ABS,通用工程塑料,通用热固性塑料,环氧树脂,不饱和聚酯,氨基树脂,酚醛树脂,其他各类塑料,特种工程塑料,氟树脂,聚氨酯树脂,功能性塑料,形状记忆树脂,压电树脂,高吸水树脂,导电性树脂,阻隔性树脂,2.2 高分子材料 常用树脂和助剂,第一节 常用树脂,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,聚乙烯 PolyethylenePE,2. 聚乙烯的品种及性能,第一节 常用树脂,聚乙烯 PolyethylenePE,2. 聚乙烯的品种及性能,第一节 常用树脂,（1）低密度聚乙烯（LDPE） 自由基聚合 a. 高压法：150200Mpa, 180-220C 催化剂：O2（微量）,2. 聚乙烯的品种及性能,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,聚乙烯 PolyethylenePE,2. 聚乙烯的品种及性能,第一节 常用树脂,聚乙烯 PolyethylenePE,2. 聚乙烯的品种及性能,c用途,第一节 常用树脂,2. 聚乙烯的品种及性能,（2）高密度聚乙烯（HDPE） 阴离子配位聚合 a. 低压法：0.49-1.47Mpa，70100 C 催化剂：齐格勒纳塔型,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,2. 聚乙烯的品种及性能,b.HDPE 性能： 不易链转移，直链型，结晶度高，密度大，性脆。 坚韧的刚性材料，具较高的硬度、机械强度和耐热性。 耐80 C以下的大多数溶剂，且具有耐油性。 透明性、弹性以及成型加工性能较差。,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,2. 聚乙烯的品种及性能,c. HDPE用途： 适于制成瓶、罐、桶、箱等多种包装容器，以及对强度和耐热性要求较高的包装薄膜，袋子、捆扎绳、编织丝，电线、电缆。,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,2. 聚乙烯的品种及性能,（3）中密度聚乙烯（MDPE） a. 制法： 低压法：乙烯丙烯、丁烯等； 高、低密度PE两种材料混合而成； 高压法：乙烯醋酸乙烯、丙烯 酸酯等。,聚乙烯 PolyethylenePE,b. MDPE性能： 支链数较LDPE少，结晶度居LDPE与HDPE之间，是一种坚硬的材料。 制品刚硬，强度较高，具有较好的抗应力开裂性。 c. MDPE用途： 适于制成瓶、桶等包装容器。,第一节 常用树脂,2. 聚乙烯的品种及性能,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,2. 聚乙烯的品种及性能,（4）线性低密度聚乙烯（LLDPE） 阴离子聚合 a. 低压法：0.8-2.0Mpa, 100 C 催化剂：离子型 乙烯烯烃 （丙烯，1丁烯，1戊烯）,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,2. 聚乙烯的品种及性能, 线性直链型分子结构，接近于HDPE，但密度又与LDPE相近。故兼具二者性能，也有其特性。 结晶度近于LDPE，熔点比LDPE稍高，脆化温度比LDPE低3040 C，故使用温度范围比LDPE要宽。 抗冲击强度、耐应力开裂性与HDPE相近，而透明度、硬度和加工性能则在HDPE和LDPE之间。 伸长率和耐穿刺性是PE中最好的。 良好的热封合性。,b.LLDPE 性能：,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,2. 聚乙烯的品种及性能,c. LLDPE用途： 特别适宜制作超薄包装薄膜、容器、液体包装。,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,2. 聚乙烯的品种及性能,LDPE： HDPE： LLDPE：,三种PE链结构比较,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,2. 聚乙烯的品种及性能,（5）超高分子量聚乙烯（UHMWPE） a. 合成方法：与HDPE类似。 b.性能： 线型分子结构，结晶度8085。 机械强度HDPE，优异的抗环境应力开裂性、抗高温蠕变性、耐磨性和抗疲劳强度，低吸湿。 塑料中吸收能量最好的一种。 熔体粘度很大，加工困难。 c. 用途： 可制成大型包装容器如：桶、集装箱以及特种薄膜等。,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,2. 聚乙烯的改性, 玻璃纤维：抗张强度、抗冲击强度提高；伸长率显著下降。 化学或辐射方法使之交联：网状结构，其抗张强度、耐热性、耐环境应力开裂性以及化学稳定性和耐老化性等均提高。,（1）增强或交联：,聚乙烯 PolyethylenePE,第一节 常用树脂,聚乙烯 PolyethylenePE,2. 聚乙烯的改性,乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA） 结晶性低，弹性、韧性提高，透明性提高，具较好的介电封焊性。,（2） 共聚改性：,乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA） (Ethylene Vinylacetate Copolymer), 识别特征：半透明或略带乳白色的固体，无毒。 制法：类似于LDPE。,第一节 常用树脂,（CH2 CH2）x(CH2 CH) yn O CH3 CO,乙烯共聚物 Ethylene Copolymer,第一节 常用树脂,（1） 性能：,乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA） (Ethylene Vinylacetate Copolymer),乙烯共聚物 Ethylene Copolymer,第一节 常用树脂,乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA） (Ethylene Vinylacetate Copolymer), 弹性突出，很高的伸长率。 耐应力开裂性、耐寒性及低温热封性PE。 耐强碱、弱酸的侵蚀。 防潮性LDPE，气密性不良，透明性不好。 耐热性差。 易受强酸等有机溶剂的侵蚀，能溶于芳烃或氯代烃，耐油性不良。,（1） 性能：,乙烯共聚物 Ethylene Copolymer, 复合材料的热封层（低温热封性）。 吹塑容器也用于药品和食品的包装。, 主要用作包装薄膜（因弹性好，做托盘的缠绕包装）。,第一节 常用树脂,乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA） (Ethylene Vinylacetate Copolymer),（2） 用途：,乙烯共聚物 Ethylene Copolymer,第一节 常用树脂,2. 乙烯丙烯酸乙酯共聚物（EEA） (Ethylene /ethylAcrylate Copolymer),（CH2 CH2）x(CH2 CH) yn COO C2 H5,柔韧似橡胶的半透明固体。, 高压游离基聚合 原料：乙烯丙烯酸乙酯 催化剂：氧、过氧化物 接枝共聚 游离基引发剂,乙烯共聚物 Ethylene Copolymer,第一节 常用树脂,2. 乙烯丙烯酸乙酯共聚物（EEA） (Ethylene /ethylAcrylate Copolymer), 结晶度比PE低，弹性大。 耐低温性突出。 优良的抗冲击性能和耐环境应力开裂性。 耐老化性PE。 良好的热粘合性，加工中热稳定性好，可做热熔粘合剂。 耐热性、阻汽性PE。（交联、辐射） 气密性不良，但PE 包装薄膜及中空容器。,乙烯共聚物 Ethylene Copolymer,第一节 常用树脂,2. 乙烯乙烯醇共聚物（EVOH） (Ethylene Vinyl Alcohol Copolymer),（CH2 CH2）x(CH2 CH) yn OH, 有极性羟基，分子间作用力大，结晶度高，刚性、强度好。 极佳隔氧、保香、耐酸及耐油性能，高阻隔性包材。 吸湿、吸水性强，吸湿后使其阻隔性降低。,乙烯共聚物 Ethylene Copolymer,第一节 常用树脂,乙烯共聚物 Ethylene Copolymer,2. 乙烯乙烯醇共聚物（EVOH） (Ethylene Vinyl Alcohol Copolymer),主要以薄膜形式用在包装上，常用作复合薄膜的阻隔层。,第一节 常用树脂,CH2 CHn CH3, 单体生成方法： 与LDPE相似，重油热变，自由基聚合。 聚合：泥浆法，本体法，气相法。,聚丙烯 Polypropylene , PP,第一节 常用树脂,品种：, 等规PP：可作为塑料、纤维、橡胶。 间规PP：不单独作塑料使用，是一种很好的改性剂。广泛用在制作热熔胶、压敏胶、溶剂胶等包装用粘合剂上。,聚丙烯 Polypropylene , PP,第一节 常用树脂,聚丙烯 Polypropylene , PP,第一节 常用树脂, 优良防潮性和抗水性，防止异味透过性较PE好，可以热封合。 抗张强度、硬度、耐磨性均优于PE。尤其是具优良耐热性，在高温时抗张强度保留率高。 极好的耐弯曲疲劳强度。 能耐80C以下的酸、碱、盐溶液及大多数有机溶剂。,（1）优点,2. 性能：,聚丙烯 Polypropylene , PP,第一节 常用树脂, 耐老化性差（抗氧剂，UV吸收剂）。 对Cu敏感（Cu抑制剂）。 耐寒性差，低温抗冲性PE。 气密性不良。 某些氯代化合物、芳烃、高沸点脂肪酸能使PP发生溶胀并轻微侵蚀其表面。 非极性材料，印刷性差。,（2）缺点,2. 性能：,聚丙烯 Polypropylene , PP,第一节 常用树脂,聚丙烯 Polypropylene , PP,3. 用途：,高温蒸煮袋内层以及家庭用品和消毒医疗器械的包材。 PP连体包装盒。 化妆品、药品、洗涤剂物品的包装。 广泛用于食品、饮料、等塑料周转箱、瓶子、编织袋、包装薄膜、打包带、捆扎绳以及泡沫塑料缓冲材料等。,第一节 常用树脂,CH2 CHn Cl,聚合方法：,聚氯乙烯 Polyvinyl Chloride,PVC,第一节 常用树脂,无色、透明、坚韧树脂 难燃，具自熄性，火焰上黄下绿，燃烧冒白烟，刺激性气味。,1. 识别特征：,聚氯乙烯 Polyvinyl Chloride,PVC,第一节 常用树脂, 较好的硬度和刚性，介电常数介电损耗PO。 透明度高，表面光泽度高，优良机械性能、耐压性。 硬质PVC具有较好的气密性、保香性、防潮性。 可热封合，良好印刷性和难燃性。 耐强酸、强碱、氧化剂和非极性溶剂。,2. 性质：,（1）优点,聚氯乙烯 Polyvinyl Chloride,PVC,第一节 常用树脂, 耐热性差。 易受极性溶剂的侵蚀，可溶于氯化烃、某些酮类和酯类，溶胀于芳烃。 硬质耐寒性较差，低温时易脆裂；软质增塑剂易外迁，有异味，有毒。,2. 性质：,（2）缺点,聚氯乙烯 Polyvinyl Chloride,PVC,第一节 常用树脂, 无定形聚合物，无明显熔点，热稳定性差，需加入热稳定剂。 为得到软制品，且降低熔融温度和熔体粘度，利于成型，可加入增塑剂。 硬质PVC：机械性能优良，低温脆性。 软质PVC：柔软性、伸长率、耐寒性、吸水性提高； 密度、硬度、脆性、机械强度等降低。 加入润滑剂：润滑、减少磨擦热，提高表面光泽度。 可根据需要加入UV吸收剂、填充剂、着色剂等。,（3）其性能主要与加入的加工助剂有关：,聚氯乙烯 Polyvinyl Chloride,PVC,第一节 常用树脂, 硬质包装容器、透明泡罩包装和软质包装薄膜以及泡沫塑料缓冲材料等； 可用于矿泉水、食用油、调味品的包装； 透明片材可经热成型制成各种薄壁包装容器，大量等于食品和药品的包装。,3. 用途：,聚氯乙烯 Polyvinyl Chloride,PVC,第一节 常用树脂,聚苯乙烯 Polystyrene,PS,CH2 CHn, 生产方法： 本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。,第一节 常用树脂,聚苯乙烯 Polystyrene,PS,识别特征： 无色透明，类似玻璃，敲击、落地有清脆金属声，密度近似水。 易燃，无自熄性，火焰金黄色，冒大量油烟，燃烧时塑料软化，放出芳烃味。,第一节 常用树脂,聚苯乙烯 Polystyrene,PS,（1）很好的透明性，仅次于有机玻璃，良好的光泽。 （2）着色性和印刷性好。 （3）熔融流动性好，易加工，成型收缩率低。 （4）吸水率很低，尺寸稳定性好。 （5）耐化学性较好。,1. 性能（ ）,第一节 常用树脂,聚苯乙烯 Polystyrene,PS,（6）性脆，耐冲击强度低。 （7）表面硬度小，易划痕磨毛。 （8）成型中易产生内应力，易开裂（热处理）。 （9）耐热性较差，连续使用温度6080度。 （10）气密性和防潮性不良。 （11）耐油性差，不耐烃类、酮类、高级脂肪酯，能溶于芳烃和氯代烃等。,1. 性能（）,第一节 常用树脂,聚苯乙烯 Polystyrene,PS,（1）广泛用于制作包装盒、杯、瓶等小型容器以及包装薄膜，用于食品、医药及日用品的包装； （2）大量用于制作泡沫塑料缓冲材料，保温容器等。,2. 用途：,第一节 常用树脂,聚苯乙烯 Polystyrene,PS,3. 改性：,a. 制法： 苯乙烯少量合成橡胶 （聚丁二烯橡胶、丁苯胶） 接枝共聚 本体悬浮法 本体法 混炼,（1）高抗冲性聚苯乙烯（HIPS）,第一节 常用树脂,聚苯乙烯 Polystyrene,PS, 白色或微黄色不透明的热塑性树脂，具PS的大多数优点：刚性好、易着色、易成型加工。 抗冲击强度大大提高，拉伸强度和透明性降低。,主要用于制作包装容器，如薄杯、盘、乳品容器、冷藏食品容器以及多层复合包装材料等。,3. 改性：,（1）高抗冲性聚苯乙烯（HIPS）,a. 制法： 丙烯腈丁二烯苯乙烯 三元共聚物 (CH2 CH)x (CH2 CH CH CH2 )y (CH2 CH) zn CN 乳液聚合 本体聚合 悬浮聚合 混炼,（2）ABS树脂,第一节 常用树脂,聚苯乙烯 Polystyrene,PS,3. 改性：,（2）ABS树脂,第一节 常用树脂,聚苯乙烯 Polystyrene,PS,3. 改性：, 不透明，象牙黄色，表面光洁，硬度高。 燃烧缓慢，无自熄性，火焰黄色，冒黑烟，塑料表面有C黑，无熔滴，发出特殊气味。,b. 识别特征：,（2）ABS树脂,第一节 常用树脂,聚苯乙烯 Polystyrene,PS,3. 改性：, 兼具三者共性：坚韧、质硬、刚性、耐腐蚀。, 耐强碱、弱酸、醇类、耐油性好；但不耐强酸、酮、醛。酯、某些氯代烃和芳烃。 极易进行电镀金属化。 耐气候老化性差。,c.性能：,（2）ABS树脂,第一节 常用树脂,聚苯乙烯 Polystyrene,PS,3. 改性：,d. 用途： 多用于制作电器产品的外壳； 制造薄壁包装容器，用于食品的高档包装。,第一节 常用树脂,聚酰胺（尼龙） Polyamide,PA,O H （C N）,1. 制法：,（1）二元胺二元酸 缩聚反应； NH(CH2) mNHCO(CH2) n-2 CO x 尼龙mn m二元胺C原子数；n二元酸C原子数 （2）内酰胺自聚； NH(CH2) n-1CO x 尼龙n n氨基酸中C原子数,第一节 常用树脂,聚酰胺（尼龙） Polyamide,PA,2. 识别特征： 坚韧、不太透明角质材料，无毒，无味； 燃烧时有烧焦羊毛味。,第一节 常用树脂,聚酰胺（尼龙） Polyamide,PA, 氢键，结晶性强，熔点高，机械性能优良。 韧性好，抗拉强度和抗冲击强度很好，抗冲击强度随含水量增高而增大。 耐磨性好，摩擦系数低，优异的自润滑性。 耐弯曲疲劳强度较好。 耐低温性良好。 气密性PE、PP。 无毒，不易积累静电。 成型加工及印刷性能良好。 耐油性优良，耐烃类、酯类等有机溶剂和弱碱。,3. 性质：,（1）优点：,第一节 常用树脂,聚酰胺（尼龙） Polyamide,PA, 高温稳定差，易降解老化。 吸水性强，透湿率大，吸水后气密性急剧下降，影响其尺寸稳定性。 不耐酸、氧化剂、苯酚和醇类等极性溶剂。,3. 性质：,（2）缺点：,第一节 常用树脂,聚酰胺（尼龙） Polyamide,PA, 以薄膜形式用于食品包装，特别适用于油性食品的包装。 尼龙容器也用于农药、化学试剂等液体产品的包装。,4. 用途：,第一节 常用树脂,聚对苯二甲酸乙二醇酯 Polyethylene Terephthlate,PET,O O C- -C-OCH2CH2On,第一节 常用树脂,聚对苯二甲酸乙二醇酯 Polyethylene Terephthlate,PET,COOH + nHOCH2CH2OH直接法 COOH 酯交换法,1. 制法：,第一节 常用树脂,聚对苯二甲酸乙二醇酯 Polyethylene Terephthlate,PET, 饱和 二元醇二元酸 缩聚 热塑性饱和聚酯； 不饱和 二元醇二元酸 热固性不饱和聚酯 ；,无色透明，极为坚韧的材料，无毒，无味。,第一节 常用树脂,聚对苯二甲酸乙二醇酯 Polyethylene Terephthlate,PET,4. 结构与性能：,第一节 常用树脂,聚对苯二甲酸乙二醇酯 Polyethylene Terephthlate,PET,（ 1）优良机械性能，强韧性位所有热塑性塑料之首；良好的刚性、硬度、耐磨性、尺寸稳定性和耐蠕变性。 （2）优良的阻隔性，良好的气密性、防潮性。 （3）耐热、耐寒性好，在较宽温度范围内能保持其优良的物理机械性能。 （4）耐弱酸、弱碱和大多数有机溶剂，耐油性好。,5. 性能：,（5）适于印刷。 （6）酯键对热水、碱溶液敏感，不耐强酸、氯代烃。 （7）宜做电气绝缘材料，但介质损耗较大，易带静电。 （8）不能热封。 （9）结晶速度太慢而使加工性能较差（成核剂）。,第一节 常用树脂,聚对苯二甲酸乙二醇酯 Polyethylene Terephthlate,PET,5. 性能：,薄膜适于冷冻食品和蒸煮食品的包装。 胶片片基、录音带、复合薄膜，热收缩性膜。 聚酯瓶则大量用于饮料的包装。,6. 用途： 主要用于制作薄膜和容器。,第一节 常用树脂,聚对苯二甲酸乙二醇酯 Polyethylene Terephthlate,PET,第一节 常用树脂,聚碳酸酯 Polycarbonate,PC,CH3 O C OCn CH3,第一节 常用树脂,聚碳酸酯 Polycarbonate,PC,是在分子主链中含有碳酸酯基 O R OC 的一类聚合物。 根据R的不同，可以是脂肪族、脂环族、芳香族、脂肪芳香族的聚碳酸酯。, PC：,第一节 常用树脂,聚碳酸酯 Polycarbonate,PC,1. 性状： 无色透明（或淡黄色透明）、刚硬 而坚韧的材料，无毒、无味，外观类似于有机玻璃。,第一节 常用树脂,聚碳酸酯 Polycarbonate,PC,（1）异丙撑基碳酸酯基苯环 交互相连形成线形大分子，结构对称、规整、重复单元长。 （2）苯环（刚性）碳酸酯（极性吸水） 共轭体系 刚性稳定性 异丙撑基（非极性疏水）甲基（对称） 柔性 （3）碳酸酯的极性受到芳烃基的影响，吸水率不高，但在高湿度下仍易水解。,2. 结构与性能：,第一节 常用树脂,聚碳酸酯 Polycarbonate,PC,(1) 优 点, 透明度高，适用于作光学材料。 优良的保香性，良好的气密性和防潮性。 机械性能优良，突出的冲击韧性是热塑性塑料中最高的。 蠕变小，尺寸稳定性好。,3. 性质：, 抗拉强度、耐磨性以及电绝