塑料材料-第五章：聚苯乙烯PPT课件

.,1,第5章聚苯乙烯Polystyrene，PS,作为通用级的热塑性树脂又常称为GPPS(GeneralPurposePS)。聚苯乙烯的合成的合成方法主要有：本体聚合，悬浮聚合，除此之外，还有乳液聚合聚苯乙烯和定向聚合等规聚苯乙烯等。以本体聚合法和悬浮聚合法为主。聚苯乙烯为无色透明，无延展性，似玻璃状材料，制品掉在地面上或敲打时具有清脆的“响声”。聚苯乙烯易燃，离开火源后继续燃烧，火焰呈橙黄色并有浓烟炭束，燃烧时起泡、软化，并发出特殊的苯乙烯单体味。,.,2,聚苯乙烯(PS)具有透明性、电绝缘性能好，刚性强，以及耐化学腐蚀性、耐水性、着色性和良好的加工流动性，且价格低廉，在电子、日用品、玩具、包装、建筑、汽车等领域有广泛应用。为改善聚苯乙烯不耐冲击、性脆、易开裂、易燃烧以及耐热性差等缺点。通过苯乙烯与不同单体共聚组或均聚苯乙烯与其他高分子材料的共混、复合、增强等方法进行改性，生产出一系列聚苯乙烯产品。,.,3,早在1948年DOW化学公司就开发出了抗冲聚苯乙烯；1952年，DOW化学公司又开发出高抗冲聚苯乙烯(HIPS)。此后，关于高抗冲聚苯乙烯的研究不断取得进展，有阻燃级、抗应力开裂级、高光泽度级、极高冲击强度级、玻璃纤维增强级以及低残留挥发分等的改性聚苯乙烯。其它PS共混体系的研究不断取得了成果。此外，ABS、AS等改性PS系列产品也纷纷开发出来。,.,4,5.1聚苯乙烯的性能,聚苯乙烯的密度为1.041.07gcm3，Mn=(23)105，尺寸稳定性非常好，制件收缩率约为0.1mm25.4mm，吸得性低，约为0.02%，透明度达8892，折光率为1.591.60。,.,5,玻璃化转变温度(Tg)约100，脆化温度为-30。热变形温度为7098，制品的最高连续使用温度为6080，与承载的大小有关；加热至300以上开始解聚，在高真空和350左右将急剧分解成低聚体，同时释放出苯乙烯、甲苯等物质。聚苯乙烯还容易燃烧，燃烧速度缓慢，燃烧时有黄烟产生。,.,6,.,7,聚苯乙烯在常温下质硬且脆，无延伸性，拉伸至屈服点附近即断裂温度升高，拉伸强度、弹性模量显著下降，温度升至80以上断裂伸长率将急剧增大，试样变软发粘。在一定范围内，拉伸强度的高低取决于树脂相对分子质量的大小，当其相对分子质量小至5104以下时，拉伸强度很低，性极脆。随相对分子质量增大拉伸强度逐渐增加，脆性随之减少；当相对分子质量大于10104以后，其强度变化不太明显。,.,8,此外，受力状况也影响强度变化，通用级聚苯乙烯在长期载荷作用下，拉伸强度可能降至原有强度的1314。因此，承载两星期以上的制品，设计强度应考虑一个有效系数。,.,9,主链为饱和碳碳链及侧基为苯环结构的聚苯乙烯，非极性。聚苯乙烯在常温下能溶于芳香烃类(甲苯、苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯、异丙苯等)、酯类(乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等)、氯化烃类(氯苯、一氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、三氯乙烯等)、甲乙酮等溶剂，且可以利用这些溶剂对其制件进行粘接。一些非溶剂如煤油、烷烃、高级醇等，能促使聚苯乙烯制品产生裂纹、开裂等不良现象。,.,10,聚苯乙烯不溶于脂肪烃类(乙烷、庚烷等）、低级醇(甲醇乙醇、丁醇等)，也不溶于乙醚、丙酮、苯酚、植物油、水及各种盐溶液。聚苯乙烯还能耐碱，耐任何含量的硫酸、磷酸、硼酸、质量分数10-36的盐酸、25以下的醋酸、10-90的甲酸以及其他有机酸，但不耐氧化性酸(如浓硝酸)，也不耐氧化剂。此外，它的耐油性也差。,.,11,.,12,5.2聚苯乙烯的成型加工,1.聚苯乙烯的成型加工工艺特性1)聚苯乙烯的吸水率小，成型前一般不进行干燥。为提高制品表面光泽，可以先在70左右的温度下预热12h，其制品表观质量更佳。2)聚苯乙烯在熔融状态下的表现粘度随温度和剪切应力(或剪切速率)的增高而降低。后者对粘度的影响更为敏感，表现出明显的非牛顿性。在成型加工过程中，要降低熔体粘度提高流动性，为避免树脂在高温下的热、氧降解，提高成型压力或提高剪切速率比提高温度的措施更有利。,.,13,3)聚苯乙烯粘流温度和分解温度的距离较远，即成型温度(TfTd)区间较宽，热稳定性好。流动性也好，在粘流态下温度的小范围波动不会影响成型过程的顺利进行。4)非晶性聚苯乙烯比热容小，加热熔融和冷却定型都快，制品成型收缩率较小(0.40.7)，制品尺寸稳定性好。5)聚苯乙烯的透明度高，任何外来的杂质都会影响透明程度，应注意防止。在注射成型过程中，其受剪切作用局部取向分子不仅会影响折光率变化，更易导致制品产生内应力且内应力不易自行消失，脱模后的制品最好适当地进行热处理。,.,14,6)聚苯乙烯制品耐环境应力开裂性较差，对缺口很敏感，热膨胀系致也大，因而制件不宜带有金属嵌件，否则容易产生应力开裂。7)聚苯乙烯很容易着色、粘接、印刷性也很好。2.聚苯乙烯的成型加工方法由于聚苯乙烯的粘度小，流动性好，加工温度(TfTd)范围宽，它是一种很容易成型加工的塑料。常用热塑性塑料的成型加工方法，如注射成型、挤出成型、吹塑、发泡以及二次加工等方法，均可用于聚苯乙烯的成型加工。,.,15,5.3聚苯乙烯的应用,聚苯乙烯因具有透明、价廉、刚性、电性能和化学性能好以及易着色、易成型加工等优点，使它在轻工制品、装磺和包装等方面的应用占有重要地位。近年来，在合成木材、合成纸张及新型装饰材料、新型建筑材料领域内的应用也发展很迅速。其中用量很大的也是很有前途的包装品种是热成型的一类容器，尤其是某些一次性用包装，如快餐包装用餐盒、鸡蛋箱、各种盘、碗、茶具、托盘等；,.,16,其次的用途是家用电器，如电视机、收录机、电冰箱、洗衣机等的一些零部件；透明性很好的聚苯乙烯广泛用于制作各种仪器仪表外壳、灯罩、机壳透明窗、透明模型、陈列柜、光盘存放盒、医疗用品、药瓶、大口杯等；泡沫聚苯乙烯片材被用作建筑物板条和隔声绝热材料，仪器仪表的缓冲防震材料。此外聚苯乙烯还大量用来制作牙刷柄、梳子、瓶盖、玩具等生活日用品。,.,17,5.4高抗冲聚苯乙烯HighImpactpolystyrene，HIPS,HIPS中，橡胶含量一般在10以下，过高的橡胶含量会导致共混物的刚性下降。但在橡胶粒子中会包藏有树脂，形成包藏结构，使橡胶粒的体积分数大为增加，超过20；这就大大提高了增韧效果，且对刚件的降低较小。橡胶粒径一般控制在1-5um范围内。,.,18,HIPS具有良好的韧性、刚性、加工性能，可通过注射成型制造各种仪器外壳、防织用纱管、电器零件、生活用品等，也可采用挤出成型方法生产板村、管材等。,.,19,1.机械共混方法生产HIPS,机械共混方法生产HIPS，是将PS与增韧橡胶按一定比例进行熔融共混，最简单和最常用的混炼设备是挤出机和双辊筒混炼机。大批量生产时，也可使用密炼机，它具有较强的剪切作用，混合分散效果好。使用双螺杆挤出机和带有静态混合器的单螺杆挤出机，共混条件容易控制，分散混合和分配混合效果俱佳，是最有效的混炼没备。,.,20,2.接枝共聚共混法生产HIPS,机械共混HIPS的橡胶粒子粗大，增韧效率较低，取而代之的接枝共聚共混方法不仅可以促进橡胶粒子在基体树脂中充分分散，改善共混体的相容性，提高增韧效率，而且增加了HIPS的可生产品种，满足不同的应用要求。现已成为HIPS的主要生产方法。,.,21,3.HIPS的性能,影响HIPS抗冲性能的因素比较多，一般包括橡胶的种类、用量、橡胶粒径的大小及其分布、基体树脂分子量、橡胶交联密度和相体积比等。,.,22,以SBB为增韧剂可生产中抗冲级HIPS，使用等规聚丁二烯橡胶和SBR可得到高抗冲级HIPS。由于橡胶在苯乙烯单体中的溶解度比较低，HIPS的橡胶含量一般在10%以下，但橡胶粒子中有内包藏树脂时，橡胶相的体积分数可超过20，能提高增韧效果。橡胶粒径一般控制在l-5um范围内，最好是1-2um。,.,23,.,24,.,25,4.高抗冲聚苯乙烯的成型加工及应用,高抗冲聚苯乙烯具有与聚苯乙烯树脂同样良好的成型工性，可用注射成型、挤出成型、热成型、粘接、电镀等方法加工成型。牌号不同的HIPS，其成型加工工艺条件略有差异。,.,26,HIPS树脂吸湿性小且吸收水分较慢，微量的水分对成型加工和制品质量没有明显影响，因而一般情况下不必进行干燥。为保证制品的外观质量和最好的光泽度，最好在70的温度下干燥23h，可得到更好的效果。HIPS具有很好的热稳定性，在成型温度下一般不易分解，能够掺混较多的回收料而不致严重影响制品性能。对于阻燃级HIPS，加工温度一般不应超过240，以防止添加剂产生付反应。,.,27,5.5苯乙烯共聚物,丙烯腈苯乙烯共聚物(SAN)苯乙烯马来酸酐共聚物(SMA)苯乙烯丁二烯嵌段共聚物（K树脂）苯乙烯丁二烯嵌段共聚物(SBS),.,28,1.丙烯腈苯乙烯共聚物(SAN),丙烯腈苯乙烯树脂的性能SAN树脂是线性的非晶形共聚物，是一种无色、透明的热塑性树脂，易着色，能缓馒燃烧。由于聚合物分子中含有丙烯腈链节，与聚苯乙烯相似，SAN树脂有较高的刚性和硬度，不易擦伤，机械强度和耐应力开裂性胜过通用级聚苯乙烯，但仍显脆性，对缺口也敏感。,.,29,通过对相对分子质量的控制和丙烯腈与苯乙烯配比的调节，可以调节共聚物的性能。一般来说，随共聚物中丙烯腈含量增加，力学性能和耐油性提高，但加工流动性变差，成型困难程度增大，树脂变黄也趋严重。通常丙烯腈含量(质量分数)控制在20-35%范围。SAN树脂的耐热性较好，可在80-100下长期使用。但要注意SAN制品的最高使用温度受应力、环境介质和取向度的影响较大。,.,30,SAN树脂的耐油性好，化学稳定性好，能耐脂肪烃、非氧化性酸碱、植物油、某些醇类和洗涤剂，但与一些芳香烃、酮类(丙酮、甲乙酮、环己酮等)、酯类(乙酸乙酯、乙酸丁酯等)和氯化烃接触会被侵蚀。此外，SAN树脂因极性较强，电绝缘性不如聚苯乙烯好，耐候性优于ABS树脂，SAN树脂与橡胶相容性好，粘合性也好。,.,31,.,32,丙烯腈-苯乙烯树脂的成型加工,SAN树脂加工性能良好，可用注射、挤出、吹塑等方法进行成型加工。SAN树脂具有一定的吸湿性，成型前应在75-85的温度下预热干燥约2h。注射成型物料温度控制在比160-200，注射压力90110MPa，成型加工中应注意加热温度不宜过高，熔体在设备内停留时间不宜太长，否则会影响制品的色泽和透明度。,.,33,SAN制品还可进行二次加工，加热冲压、涂漆、丝网印刷、超声波焊接、机械加工、真空喷镀、溶剂粘接等。SAN树脂最大的用途是作为一种组分来制备ABS树脂。此外，由于SAN树脂具有很好的透明度和耐化学腐蚀性，可用来制作冷藏柜抽屉、搅拌器、真空吸尘器部件、洗衣机、洗涤剂喷洒器、食用杯盘餐具等。,.,34,2.苯乙烯-马来酸酐共聚物的性能,SMA树脂有不合橡胶的透明共聚物和含橡胶的不透明共聚物两种类型。相对分子质量低的SMA