常用高分子材料性能特征与用途介绍.ppt

1 第三章常用高分子材料 2 第一节常用树脂 一 热固性树脂 热固性模塑料的基体树脂是由结构单体聚合而成具有一定分子量的线型聚合物 A阶段 易溶易融 经与填料 固化交联剂及其他添加剂混合塑炼使分子量进一步增大 形成有支化结构的高聚物 B阶段 可溶可融 当再经高温热压 高聚分子中活性基团交联固化成网状结构 C阶段 不溶不融 从而使固化后的塑料制品具有优异的使用性能 广泛用于电子 电器行业 不同类型的塑料 因其分子结构不同 其固化的反应不同 3 1 PF酚醛树脂 酚类和醛类缩聚而成的合成树脂的总称通常指由苯酚或其同系物 如甲酚 二甲酚 和甲醛作用而得的液态或固态产品 根据所用原料的类型 酚与醛的配比 催化剂的类型的不同 可制得热塑性和热固性两类不同的树脂 4 5 6 7 8 9 1 酚醛塑料 以酚醛树脂为基本成分的塑料的总称 一般可分为非层压酚醛塑料和层压酚醛塑料两类 非层压酚醛塑料又可分为铸塑酚醛塑料和压制酚醛塑料 10 2 酚醛塑料应用 广泛用作电绝缘材料 家具零件 日用品 工艺品等 此外 还有主要作耐酸用的石棉酚醛塑料 作绝缘用的涂胶纸 涂胶布 作绝热隔音用的酚醛泡沫塑料和蜂窝塑料等 酚醛树脂成型时常使用各种填充材料 根据所用填充材料的不同 成品性能也有所不同 酚醛树脂作为成型材料 主要用在需要耐热性的领域 也作为粘接剂用于胶合板 砂轮和刹车片 11 2 UP不饱和聚酯 由二元酸 或酸酐 与二元醇经缩聚而制得的不饱和线型热固性树脂 这种聚酯在液态乙烯基单体 如18 40 苯乙烯或苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯的混合物 中的溶液经交联固化 而成为体型结构 12 1 主要用途 各种不饱和聚酯未固化时是从低粘度到高粘度的液体 加入各种添加剂后加热固化 固化后即成刚性或弹性的塑料 可以是透明的或不透明的 不饱和聚酯的主要用途是用玻璃纤维增强制成玻璃钢 是增强塑料中的主要品种之一 13 2 玻璃钢的应用 玻璃钢具有优良的抗拉强度和冲击韧性 相对密度小 热及电绝缘性能好 还有良好的透光 耐候 耐酸和隔音等特性 广泛用于制造雷达天线罩 飞机零部件 汽车外壳 小型船艇 透明瓦楞板 卫生盥洗器皿 化工设备和管道 14 15 16 3 氨基塑料 氨基模塑料俗称电玉粉 是由氨基树脂为基质添加其他填充剂 脱模剂 固化剂 颜料等 经过一定塑化工艺制成 按树脂类型分脲醛模塑料 UF 脲三聚氰胺甲醛模塑料 UMF 三聚氰胺甲醛模塑料 MF 3大类 按填料种类分为 纤维素和玻璃纤维2类 按加工方法分为模塑料和注射料2类 17 1 脲 甲醛树脂与塑料 性能 脲醛塑料 UF 的特性为坚硬 耐刮伤 有较好的耐电弧性能和一定的机械强度 并具有自熄性 无臭 无味 但耐热性 耐水性比酚醛塑料稍差 在前70 下可长期使用 在110 120 下可短期使用 外观美丽鲜艳 对霉菌作用较为稳定 产品在贮藏过程中 脲醛树脂会进一步进行缩合而降低流动性 所以应放在干燥低温之处 时间不宜超过数月 18 2 三聚氰胺甲醛塑料 性能 a三聚氰胺甲醛塑料 MF 的吸水性比脲醛树脂要低 而且耐沸水煮 耐热性也优于脲醛塑料一般可在150 200 范围内使用 并有抗果汁 洒类饮料的沾污 其他性能与脲醛塑料相同 所以它是制品食具的一种良好的塑料材料 在市场上常以密胺餐具而闻名 19 3 三聚氰胺甲醛玻璃纤维模塑料 性能 三聚氰胺甲醛玻璃纤维模塑料最大的一个特点是其制品具有优良的耐电弧性能和很高的机械强度 以及良好的电绝缘性和耐热性 特别适合于压制煤矿中用的耐电弧防爆电器设备配件 以及其他一些要求高强度的电器开关和电动工具的绝缘部件等 20 21 4 聚氨酯 主链含 NHCOO 重复结构单元的一类聚合物 由异氰酸酯 单体 与羟基化合物聚合而成 由于含强极性的氨基甲酸酯基 不溶于非极性基团 具有良好的耐油性 韧性 耐磨性 耐老化性和粘合性 用不同原料可制得适应较宽温度范围 50 150 的材料 包括弹性体 热塑性树脂和热固性树脂 22 聚氨酯弹性体用作滚筒 传送带 软管 汽车零件 鞋底 合成皮革 电线电缆和医用人工脏器等 软质泡沫体用于车辆 居室 服装的衬垫 硬质泡沫体用作隔热 吸音 包装 绝缘以及低发泡合成木材 涂料用于高级车辆 家具 木和金属防护 水池水坝和建筑防渗漏材料 以及织物涂层等 胶粘剂对金属 玻璃 陶瓷 皮革 纤维等都有良好的粘着力 此外聚氨酯还可制成乳液 磁性材料等 用途 23 24 25 26 27 5 环氧树脂 环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物 除个别外 它们的相对分子质量都不高 环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征 环氧基团可以位于分子链的末端 中间或成环状结构 由于分子结构中含有活泼的环氧基团 使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶 不熔的具有三向网状结构的高聚物 28 未固化的环氧树脂是粘性液体或脆性固体 没有什么实用价值 只有与固化剂进行固化生成三维交联网络结构才能实现最终用途 环氧树脂最大的特征是含有反应活性很高的环氧基 29 30 二 通用热塑性树脂 1 聚乙烯PE 1 PE的链结构 31 2 PE的基本物理性能 PE为乳白色不透明或半透明的蜡状固体 无毒 无味 几乎不吸水 密度比水小 LDPE HDPE和LLDPE三者都存在蠕变大 尺寸稳定性差 不能做结构使用 UHMW PE是强而韧的材料 具有优异的性能 耐磨 自润滑 蠕变低 可以制作传动零件 32 3 PE的基本加工性能 黏度低 流动性好 热容量大 加工温度低 成型收缩率较大 LDPE 薄膜 管材 涂覆材料 HDPE 薄膜 管材 丝 注塑制品 中空容器 片材 板材 UHMWPE 燃油箱 工程材料 骨胳材料 改性材料 LLDPE 薄膜 管材 涂覆材料等 4 PE的用途 33 5 PE的新品种 茂金属聚乙烯 mPE 交联聚乙烯 PE Cl 氯化聚乙烯 PE C 习惯上写成CPE 34 2 聚丙烯 PP 1 PP的性能PP为白色蜡状材料 无味 无臭 无毒 密度为0 89 0 91g cm3 具有优良的力学性能 PP具有良好的耐热性 熔点为165 170 具有高度化学稳定性 优良的电绝缘性 35 2 PP的成型加工性 黏度低 比PE还低 加工温度范围较宽 成型收缩率较大 结晶度过对温度敏感 薄膜 管材 片材 板材 注塑制品 涂覆材料 扁丝 热收缩薄膜 等等 3 PP的应用 36 4 PP的新品种 即改性品种 茂金属PP mPP 共聚PP PP R管材 助剂改性PP 如耐热PP 耐燃PP等等 玻璃增强PP 接枝PP 增韧PP 等等 37 3 聚氯乙烯 PVC a 软制品主要是薄膜和人造革 薄膜制品有农膜 包装材料 防雨材料 台布等 b 硬制品主要是硬管 瓦楞板 衬里 门窗 墙壁装饰物 c 半硬制品电线 电缆的绝缘层 地板 家具 录音材料等 38 1 PVC塑料的性能 不加填料的PVC塑料 其化学稳定性较好 PVC塑料的电性能良好 工业化生产的PVC树脂基本无毒 PVC塑料的毒性取决于 树脂中氯乙烯的含量 各种配合剂的毒性及用量 由于PVC树脂的含氯量较大 因此 PVC具有很好的阻燃 氧指数为40以上 PVC塑料的加工性较差 39 2 PVC树脂的用途 薄膜 管材 片材 板材 异型材 注塑制品 PVC糊及其制品 电线电缆 化工生产中的泵体 中空制品 压延制品 等等 40 3 PVC新品种 改性PVC 氯化聚氯乙烯 CPVC 可以通过溶液氯化法和悬浮化法对PVC进行氯化生成CPVC 其性能与PVC相近 但耐热性 耐老化 耐腐蚀性有所提高 高聚合度PVC 聚偏氯乙烯 PVDC 41 4 聚苯乙烯 PS 及其改性品种 1 PS的结构 42 2 PS树脂的性能 无毒 无色透明的粒状物 密度接近1g cm3 所以 我国注塑机以PS为标准 将体种换算成重量 即XXX克注塑机 似玻璃 等等 物理性能 43 力学性能 拉伸强度较高 冲击强度不高 即材料的韧性不太好 蠕变和应力松弛比较大 热性能 热稳定性较好 使用温度不高 一般不超过80 C 44 化学稳定性 PS有较好的化学稳定性 易发生热氧老化 易发生环境应力开裂 电性能 表面电阻和体积电阻率高 正电损耗价极低 电性能不受频率和温度的影响 45 光学性能 透光率达88 92 折射率为1 59 1 60 受强光后易变黄 等等 加工性 现有树脂中最易加工的塑料品种 最易着色的塑料品种 成型收缩率小 制品的内应力较大 等等 46 3 PS的改性品种 ABSABS是指由丙烯腈 Acrylonitril 丁二烯 Butadiene 苯乙烯 Styrene 三种单体组成热塑性塑料 其成分较复杂 不仅仅是三种单体的共聚物 也可以含有某种单体的均聚物及其混合物 47 a ABS的性质 具有坚韧 质硬 刚性大等优异力学性能 特别是冲击强度高 并且也大大提高了耐磨性 使用范围 40 100 具有良好的电绝缘性和一定化学稳定性 但耐候性差 ABS应用广泛 可用于制造齿轮 泵叶轮 轴承 把手 管道 电机外壳 仪表壳 冰箱衬里 汽车零部件 电气零件 纺织器材 容器 家具等 也可用作PVC等聚合物的增韧改性剂 b ABS的用途 48 AAS AAS是丙烯腈 丙烯酸酯 Acrylate 苯乙烯的三元共聚物 AAS的性能与成型加工及应用性能与AAS相近 由于用不含双键的丙烯酸酯代替了丁二烯 所以AAS的耐候性要比ABS高8 10倍 49 ACS ACS是丙烯腈 氯化聚乙烯 苯乙烯的三元共聚物 一般是经悬浮聚合而得 其组成一般为 丙烯腈为20 氯化聚乙烯为30 苯乙烯为50 ACS的性能 加工及应用与ABS相近 50 MBS MBS是由甲基丙烯酸甲酯 MMA 丁二烯 苯乙烯的三元共聚物 由于用MMA代替丙烯腈 因此透明性好 其性能与ABS相仿 故有透明ABS之称 合成方法大体与ABS相仿 可用做透明性的制品 51 AS和BS AS和BSAS是由丙烯腈和苯乙烯的共聚物 BS是丁二烯与苯乙烯的共聚物 二者都改进了PS的韧性 52 HIPS 在苯乙烯单体中加人合成橡胶 以自由基引发聚合可制得HIPS 当然随着橡胶品种及用量不同 HIPS有不同的性能 如苯乙烯与顺丁二烯橡胶及丁苯嵌段共聚橡胶 SBS热塑性弹性体 接枝共聚 可制得高耐抗冲击型HIPS 苯乙烯与丁苯橡胶 SBR 接枝共聚 可得中耐冲击型HIPS HIPS具有PS的大多数优点 但拉伸强度提高1倍 软化点有所下降 53 三 热塑性工程材料 工程塑料分为通用工程塑料和特种工程塑料两大类 与通用塑料相比 工程塑料具有更高的力学强度 能经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件 具有较高的尺寸稳定性 可在工程中作为结构材料 广泛应用与机械 电子 汽车及航空航天领域 五大通用工程塑料为 聚酰胺 聚碳酸酯 聚甲醛 热塑性聚酯 聚苯醚 54 1 聚酰胺 PA 55 聚酰胺 PA 俗称尼龙 大分子链中含有酰氨基的一类聚合物的总称 是工程塑料中开发利用最早的品种 20世纪40年代主要作纤维 50年代后期逐渐用作工程材料 常见品种 聚己内酰胺 聚己二酰己二胺 聚癸二酰己二胺 聚癸二酰癸二胺 聚十一内酰胺 聚十二内酰胺等 56 1 聚酰胺的主要性能 力学性能PA具有优良的耐磨性 PA 1010最佳 在PA中添加二硫化钼 石墨或聚四氟乙烯粉末可进一步提高其耐磨性 PA具有优良的耐疲劳性 添加玻纤可进一步增强其耐疲劳性 纤维增强PA成为主要手段 可提高其力学强度 冲击强度 硬度 抗蠕变性以及耐热性和尺寸稳定性也大大提高 57 热性能PA熔点高 熔融温度范围窄 通常在180 280 之间 PA使用温度不超过100 通常为80 在100 以上的温度长期与氧接触会引起其表面的缓慢热氧降解 是制品逐渐呈现褐色丧失使用性能 新开发的芳香族PA长期使用温度可达200 PA散热性较差 可加入铜粉或石墨提高其散热性 PA具有自熄性 58 化学性能PA室温下耐稀酸 弱碱和大多数盐 不耐强酸和浓度较高的酸及强氧化剂 PA具有优良的耐油性 但水和醇及其类似的化合物可使PA产生溶胀 PA的耐候性一般 通常加入碳黑 胺类和酚类提高其耐候性 电性能由于极性酰氨基的存在 PA不适合作为高频和在潮湿环境下工作的电绝缘材料 59 成型加工性能由于PA的吸水性 加工前应在80 100 下真空干燥6 10h PA的熔体黏度对温度敏感 加工过程中要使温度和黏度相匹配 PA的熔程窄 一般在10 左右 故要严格控制加工温度 一般在PA熔点以上5 50 受热时间不宜超过0 5h PA具有较大的成型收缩率 对于使用温度高于80 或精度要求较高的制品成型后需进行退火处理 60 2 聚酰胺的成型加工与应用 注塑成型与制品 齿轮 轴承 滑轮 导轨挤出成型与制品 薄膜 管材 片材等单体浇注 MC尼龙 大型制件 61 2 聚碳酸酯 PC 62 PC是20世纪50年代末发展起来的重要热塑性工程塑料 产量仅次于PA 具有优异的均衡力学 热和电性能 特别是冲击强度为一般热塑性塑料之冠 易于加工 PC是一类主链含有碳酸酯基的聚合物 通常根据结构单元的组成分为芳香族 脂肪族和脂肪 芳香族三类 工程塑料的品种主要为双酚A型的芳香族PC 63 1 聚碳酸酯的主要性能 力学性能PC具有突出的冲击强度 高出PA的3倍 在相对分子质量3万左右出现峰值 PC的冲击强度对缺口较敏感 PC具有良好的尺寸稳定性 PC的疲劳强度和耐磨性一般 容易产生内应力而引起应力开裂 64 热性能PC玻璃化温度约150 熔融温度220 230 长期使用温度高 在120 具有优良的耐寒性 脆化温度低达 100 化学性能耐油性优良 不耐碱 浓硫酸 王水和糠醛等 能溶解于极性溶剂 如四氯乙烷 吡啶 噻吩 四氢呋喃等极性有机溶剂 耐候性一般 可加入抗氧剂1076和紫外线吸收剂U P等稳定化助剂 电性能一般 65 光学性能PC无色透明 具有良好的透过可见光的能力 长期在光照环境中使用需加入紫外线吸收剂以提高其防老化性能 成型加工性能PC由于酯基易于发生高温水解 加工前需在135 下干燥 PC熔体流动特性接近牛顿流体 熔体黏度对温度变化敏感 成型加工可通过温度调节控制熔体流动 6