【材料课件】第2章塑料.ppt

,第二章塑料,概述,通用塑料约占塑料总产量的80%。,通用塑料,工程塑料,热塑性塑料,热固性塑料,通用热塑性塑料：可溶可熔，可反复加工成型。综合性能较好、力学性能一般、产量大、应用范围广、价格低廉，但刚性、耐热性、尺寸稳定性较差。如PE、PP、PS、PVC等,通用热固性塑料：不溶不熔，不可反复加工成型。刚性、耐热性以及尺寸稳定性较好。但成型工艺复杂、加工较难。如酚醛、环氧、不饱和聚酯以及氨基树脂等,PE：乙烯单体经自由基聚合而成；产量约占世界塑料的1/3，高居首位；PE的品种：低密度聚乙烯（LDPE）：高温高压法，英国ICI公司（1933）高密度聚乙烯（HDPE）：低温低压法，德国Ziegler（1953）超高分子量聚乙烯（UHMWPE）交联聚乙烯（X-PE）线性低密度聚乙烯（LLDPE）：乙烯与a-烯烃的共聚物（79%）聚乙烯是一种结晶型聚合物晶相的含量决定了其密度的不同,2.1.1聚乙烯（PE）,2.1通用塑料,（1）聚乙烯的结构,PE为线性聚合物，高分子长链脂肪烃；柔顺性很好的热塑性聚合物；分子对称，无极性基团存在，分子间作用力小；分子链的空间排列呈平面锯齿形。,可反复折叠并整齐堆砌排列形成结晶,（1）聚乙烯的结构,PE分子链中含有少量的支链：LDPE：2030个侧甲基/1000个主链CHDPE：5个侧甲基/1000个主链CLDPE含有更多的支链（乙基、丁基或更长的支链）密度降低，结晶度降低，变软，透明度增加,链转移反应所致,LDPE与HDPE在制备方法、结构及性能上的差异？,问题,（2）聚乙烯的性能,物理性能：无味、无毒、乳白色蜡状固体；密度0.910.96g/cm3；透水率低而透气性较大，易燃力学性能：一般，软而韧力学性能密度结晶度大分子的支化程度聚合方法热性能：耐热性不高Tg在塑料中是很低的，LDPE使用温度80，HDPE使用温度30%时为弹性材料用途：薄膜、涂料、粘合剂等,5)乙烯共聚物乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）,2.1.2聚丙烯（PP）,热塑性塑料中的后起之秀（1957年工业化）、发展最快的塑料品种，其产量仅次于PE、PVC；按结构分为等规、间规、无规三种：,其中等规PP占到90%以上；无规PP呈粘稠状，不能用于塑料，只用于改性载体；间规PP属于高弹性塑料。,2.1.2聚丙烯（PP）,电绝缘性和耐化学腐蚀性优良，力学性能和耐热性在通用热塑性树脂中最高，价格在所有树脂中最低；经过玻璃纤维增强的PP具有很高的强度，性能接近工程塑料。,优点:,（1）聚丙烯的结构,侧甲基在空间三种排列方式：等规、间规、无规；侧甲基的位阻效应螺旋形结构（三个单体单元为一周期）；三种PP性能差异很大：等规PP：结构规整性好，结晶度高，良好的力学性能；无规PP：无定型材料，不能单独使用；间规PP：介于两者之间,（2）聚丙烯的性能,白色蜡状固体，密度很低（0.890.92g/cm3），是塑料中除4-甲基-1-戊烯之外最轻的品种；力学性能：与PE相比，其强度、刚度和硬度都比较高，光泽性也好，但在塑料中仍属偏低的。电性能：非极性聚合物优异的电绝缘性能，但存在低温脆性，其在绝缘领域的应用不如PE和PVC，主要在电信电缆、电器外壳方面。,耐化学药品性：非极性很好的耐化学腐蚀性，在室温下不溶于任何溶剂，仅不耐强氧化剂；环境性能：叔碳上的氢耐候性差；其它性能：易燃、表面能低。,（3）聚丙烯的加工性能,加工前不需干燥吸水率很低；PP熔体接近非牛顿流体，提高压力和温度可改善熔体流动性：结晶度高成型收缩率较大（12.5%）；受热易氧化降解PP几乎所有成型加工方法都适用，最常采用的是注射和挤出。,(4)聚丙烯的改性,低温脆性大热形变温度低收缩率大,缺陷：,改性方法：,聚丙烯合金（与HDPE、乙丙橡胶、热塑性弹性体共混韧性、耐寒性）填充聚丙烯（CaCO3、CaSO4、滑石粉等各种填料）硬度、热形变温度、成型收缩率及线膨胀系数都有所改善增强聚丙烯（玻璃纤维）,通用树脂注塑制品：各种日用品（桶、盆、瓶盖等）挤出制品：单丝（绳索、渔网）、扁丝（编织袋）纤维（地毯、草坪、无纺布等）专用树脂专用树脂有三个特征，一是技术含量高、档次高；二是用途专一；三是附加价值较高。我国仅有7个种类PP专用料：BOPP专用料、流延膜专用料、纤维专用料、烟用丝束专用料、洗衣机专用料、汽车专用料、家电专用料。,(5)聚丙烯的应用,2.1.3聚氯乙烯（PVC）,PVC是最早工业化的塑料品种之一，目前产量仅次于PE之后，居第二位；目前PVC以悬浮聚合为主，约占PVC产量的8090%；PVC分疏松型和紧密型PVC,2.1.3聚氯乙烯,无定形结构的热塑性树脂，结晶度60，硬树脂油漆；,耐热性差，不能在高温下使用,（2）双酚S型环氧树脂（3）酚醛多环氧树脂（4）间苯二酚型环氧树脂（5）间苯二酚-甲醛型环氧树脂,缩水甘油酯类环氧树脂,由环氧氯丙烷与有机酸在碱性催化剂作用下反应而生成的产物。如邻苯二甲酸双缩水甘油酯：,浅色透明液体，粘度低，加工工艺好，粘合力比通用环氧树脂高，具有良好的耐超低温性以及较好光泽性。,缩水甘油胺类环氧树脂,由环氧氯丙烷与脂肪族或芳香族伯胺或仲胺化合物反应生成的产物，其特点是多官能度、环氧当量高、交联密度大、耐热性显著提高，但缺点是脆性较大。,四缩水甘油甲基二苯胺环氧树脂,三缩水甘油对氨基苯酚环氧树脂,线性脂肪族环氧树脂,特点：分子链中无苯环、无酯基，仅有脂肪链，环氧基与脂肪链相连。韧性好，但耐热性差。,新型环氧树脂,提高耐热性,合成多官能度环氧树脂在环氧骨架中引入萘环与其他耐热性好的树脂共混（如PI）在主链或侧基上引入硅氧烷,提高韧性,使用增韧剂、改性固化剂与有机硅、橡胶共混,降低粘度扩大应用范围,采用超支化方法制备环氧树脂,环氧树脂固化剂,环氧树脂本身是热塑性线性结构，不能直接使用。,固化剂,反应型固化剂,催化型固化剂,含活泼H，如多元伯胺、多元酸、多元硫醇、多元酚等,引发分子中环氧基按离子聚合历程进行固化反应，如叔胺、三氟化硼等,（1）多元胺类固化剂,固化剂用量计算：,脂肪族胺类：较为常用，固化速度快，但刺激性较大，固化产物较脆且耐热性差；芳香族胺类：反应活性较差，需加热固化，但耐热性好。,（1）多元胺类固化剂,环氧值：每100g树脂中所含环氧基的克当量数。如相对分子质量340，每分子含2个环氧基的树脂的环氧值为：2/340100=0.59。环氧当量：1克当量环氧基的树脂的质量，340/2=170,环氧值为0.4的双酚A环氧树脂，用乙二胺固化，求每100g树脂所需胺的量？,（2）酸酐类固化剂,用酸酐固化的环氧树脂其热形变温度较高，耐辐射和耐酸性均优于胺类固化剂，但固化时间较长，固化温度一般高于150。,K为常数，一般酸酐，K=0.80.9；卤化酸酐，K=0.6。,用邻苯二甲酸酐固化环氧当量为190的双酚A环氧树脂100g，求需要酸酐的量？（K取0.85）,（3）其它固化剂,树脂类固化剂：酚醛树脂（-OH）、聚酰胺树脂（-NH2）,阴离子固化剂：叔胺类化合物（如2-甲基咪唑）,阳离子固化剂：路易斯酸（如AlCl3、BF3等）,2.1.9不饱和聚酯（UP）树脂,聚酯：主链含有酯键的聚合物的总称，由二元醇（多元醇）与二元酸（多元酸）缩聚而成。,聚酯,聚酯纤维,不饱和聚酯,醇酸树脂,不饱和二元酸（酸酐）与多元醇缩聚而成的线性高聚物,结构特点：主链同时含有酯键和不饱和键,不饱和聚酯的合成原料,二元酸组分采用不饱和二元酸和饱和二元酸的混合组分。,调节双键密度，降低结晶性，增加与交联单体St的相容性,不饱和二元酸：最常用为顺丁烯二酸酐（顺酐）饱和二元酸：邻苯二甲酸酐（苯酐）通用不饱和聚酯中两者是1：1投料,二元醇,合成不饱和聚酯主要用二元醇一元醇作分子链长控制剂，多元醇产生高分子量、高熔点的支化聚酯最常用的二元醇是1,2-丙二醇，结晶倾向小（不对称甲基）,不饱和聚酯的固化,交联剂（烯类单体）,既是交联剂，又是溶剂；要求：高沸点、低粘度、能溶解树脂，并能与树脂共聚成均匀的共聚物St为用量最大的一种交联剂,引发剂,一般为有机过氧化物常用的：BPO、过氧化叔丁基、异丙苯过氧化氢等,一般是在引发剂作用下使不饱和聚酯与烯类交联单体进行自由基聚合，生成不溶不熔的体型结构。,不饱和聚酯的应用,常温常压下成型，固化能力强；组成与性能具有多变性；基本性能：坚硬、不溶、不熔的褐色半透明材料，具有良好的刚性和电性能；缺点：易燃、不耐老化、不耐腐蚀；主要用途：制作玻璃钢制品（占用量的80%），用作承载结构材料，比强度高于铝合金，接近钢材。如船体、汽车外用部件、化工容器等。,2.1.10聚氨酯（PU）,聚氨酯：主链含有许多重复的氨基甲酸酯基团的一类聚合物，由异氰酸酯与含活泼H的化合物（如醇、胺、酸和水等）缩聚而成。,聚氨酯,热塑性聚氨酯,热固性聚氨酯,弹性体、涂料、胶粘剂、合成革等,泡沫塑料,聚氨酯的合成原料,异氰酸酯（含2个或2个以上异氰酸基）,甲苯二异氰酸酯（TDI）：主要用于软质泡沫塑料二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）：用于半硬质、硬质泡沫塑料及胶粘剂多亚甲基对苯基多异氰酸酯（PAPI）：热固性硬质泡沫塑料,多元醇（构成PU的弹性部分）,聚醚多元醇：多元醇、多元胺等与氧化烯烃开环聚合而成，粘度较低聚酯多元醇：多元醇与多元酸酯化而得到,聚氨酯的合成原料,催化剂,胺类：二乙烯二胺锡类：二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡,扩链剂（与异氰酸酯反应生成聚合物中的硬段）,低分子量的二元胺：乙二醇、丙二醇、丁二醇等低分子量的二元醇：一般为芳香族，如二苯基甲基二胺,聚氨酯的应用,主要产品：占80%以上；根据原料不同，分为聚醚型和聚酯型泡沫塑料；根据制品性质不同：分为软质、半硬质、硬质泡沫塑料,聚氨酯泡沫塑料,软质泡沫塑料（海绵）：TDI与23官能团聚醚多元醇聚合，发泡剂为水。家具用品、织物衬里等。,半硬质泡沫塑料：TDI（MDI）与34官能团聚醚多元醇聚合，发泡剂为水和物理发泡剂。较好的隔热、隔音、减震材料等。,硬质泡沫塑料：MDI与38官能团聚醚多元醇聚合，发泡剂为水和物理发泡剂。优质绝热保温材料等。,国外聚氨酯硬泡主要消费于建筑业,占硬泡消费量的50%以上;我国大多用于冰箱、冷库。目前,我国聚氨酯泡沫需求量已达到35万40万吨/年,聚氨酯的应用,具有优良的弹性，模量介于橡胶与塑料之间；耐油、耐磨、耐撕裂、耐辐射；主要分为混炼型、浇注型、热塑性,聚氨酯弹性体,混炼型PU弹性体：与天然橡胶混炼；,浇注型PU弹性体：可浇注或灌注各种复杂模型的制品（造纸辊）；加容剂配成PU溶液，用作涂料（家具和墙的内外装饰、体育场地板漆、跑道等），浸渍织物（人造皮）。,热塑型PU弹性体：像塑料一样加工，制成各种弹性制品。,聚氨酯涂料：耐油、耐磨、耐老化