高分子材料基础

1、4.1.5 工程塑料工程塑料 n工程塑料一般是指在较广的温度范围内，在一定的机械应 力和较苛刻的化学、物理环境中能长期作为结构材料使用 的那些塑料。 n 工程塑料既具有独特的力学性能，还具有耐热、耐低 温、电绝缘、耐磨、耐化学腐蚀、耐气候等优良性能。 工程塑料的发展历史和现状：工程塑料的发展历史和现状： 工程塑料的发展只有30多年的历史，其增长速率远远超过通用塑 料。当前工程塑料的发展方向是对现有的品种进行改性、进一步 追求性能与价格之间最佳平衡并开拓应用范围。由于工程塑料的 综合性能优异，其使用价值远远超过通用塑料。 工程塑料的分类：工程塑料的分类： 工程塑料 通 用 工程塑料 （耐热100

2、140） 特 种 工程塑料 （耐热150以上） 热塑性 结晶型 无定型 聚酰胺（PA） 聚甲醛（POM） 聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT） 增强聚对苯二甲酸乙二醇酯 聚碳酸酯（PC） 改性聚苯醚（MPPO） 热塑性 非交联型 结晶型 无定型 聚苯硫醚（PPS） 聚芳醚酮（PAEK） 全芳族聚酯 热塑性含氟树脂 聚芳酯（PAR） 聚砜（PSU) 聚醚酰亚胺（PEI） 聚酰胺-酰亚胺（PAI） 非热塑性 聚四氟乙烯(PTFE) 全芳香族聚酯 聚酰亚胺（PI) 交联型 聚氨基马来酰亚胺PABNM 三嗪树脂 交联型PI、PAI 工程塑料的主要特性：工程塑料的主要特性： 质量轻、相对密度小 较高的比强度

3、突出的耐磨性和自润滑性 优良的机械性能 优良的电绝缘性 化学稳定性好 优良的吸震、消声性 较好的尺寸稳定性 较高的耐热性 良好的加工性 4.1.5.1 聚酰胺聚酰胺 n尼龙PA C O NH NHCH2CO x NHCH2NHCOCH2 x m CO n-2 由内酰胺分子或胺基酸自聚 由二元胺和二元酸单体缩聚 一、性能一、性能： PA为结晶性聚合物，存在牢固的氢键，因而具有优良的韧性、耐油、和耐 溶剂性以及优异的力学性能。当有足够能量时，氢键会暂时解脱，分子链 易于流动，所以PA的加工性也很好。 PA热变形温度低，使用温度-40100 PA具有良好的力学性能，可代替某些金属材料使用 吸水性大，

4、尺寸稳定性较差 PA具有优良的耐摩擦性和耐磨耗性，摩擦系数0.10.3。添加二硫化钼、 石墨、PE、PTFE可降低摩擦系数和提高耐磨耗性。 1.PA具有良好的耐疲劳性 二、成型加工与应用二、成型加工与应用 成型方法：成型方法：注射、挤出、模压、吹塑、浇铸、 流化床浸 渍涂覆、烧结、冷加工 注意：注意： 成型前对树脂进行干燥 成型后进行热处理 应用：应用： 制造各种机械、电器部件，如轴承、齿轮、滑轮、 涡轮、风扇叶片、垫片、储油容器、绳索、接头 三、主要品种：三、主要品种：PA66、PA6、PA610、PA1010 增强尼龙：增强尼龙： 单体浇铸尼龙（单体浇铸尼龙（MC尼龙）尼龙） 反应注射成型

5、尼龙（反应注射成型尼龙（RIM） 芳香族尼龙：芳香族尼龙：NOmex、Kevlar 透明尼龙透明尼龙 ：Trogamid-T 、PACP9/6 高抗冲尼龙高抗冲尼龙 电镀尼龙电镀尼龙 4.1.5.2 聚碳酸酯聚碳酸酯 CO CH3 CH3 OC O n 目前主要的生产公司目前主要的生产公司： 西德的拜尔、美国的GE，莫贝、日本的帝人及三菱化成 合成方法：合成方法：光气法和酯交换法 一、性能一、性能 n力学性能：均衡的刚性和韧性、突出的冲击强度： 拉伸强度，6170MPa，伸长率，80130，冲击强度，缺口1724/m2 n热性能：非结晶，Tg145150，脆化温度-100，最高使用温度 135

6、，热变形温度115127 n透明性：透光率8791% 1.其他性能：吸水率低、成型收缩率小、尺寸精度高、良好的电性能、优 良的耐化学腐蚀性、自熄、易增强、阻燃、无毒、易着色 二、二、PC的应用领域的应用领域 n 光盘材料 n 汽车工业 n 电子电气行业 n 机械行业 n 代替玻璃和金属做透明材料和结构材料 4.1.5.3 聚甲醛聚甲醛 POM CH2O n 高度结晶、高熔点、品牌：delrin、Celcon 突出性能：突出性能： 综合力学性能好（最接近金属材料的品种之一），硬而不脆、耐磨、耐 疲劳和耐磨耗、耐蠕变 热性能：Tm165175，长期使用温度100 。短期使用140 耐溶剂性能优良，

7、几乎没有常温溶剂 电绝缘性能优良，即使在潮湿的环境里仍有很好的绝缘性 尺寸稳定性好，不吸水（吸水率0.25），适合制作精密制件 缺点：缺点：密度大，耐酸性和阻燃性不好 应用：应用： 代替有色金属和合金在汽车、机床、化工、电器、仪表中应用，用来制 造轴承、凸轮、辊子、齿轮、垫圈、各种仪表外壳、护罩、汽车升降窗装 置 4.1.5.4 聚苯醚聚苯醚PPO CH3 CH3 O 特点：特点：耐高低温性能 -127121，无负载时，可以用到204 ；介电性能 是工程塑料中最好的，并且不受温度和湿度的影响；无毒、吸水率极低；综合 力学性能好，阻燃性好，自熄 缺点：缺点：加工性能差 MPPO （PPO/PS、

8、PPO/PA、PPO/PPS、PPO/BT) 应用：应用：PPO最适合用于潮湿、有载荷、要求优良电绝缘性、力学性能和尺寸 稳定性的场合，如电器零部件、医疗器械、蒸煮消毒器具、较高温度下工作的 齿轮、轴承、凸轮、泵叶轮、化工设备部件 4.1.5.5聚酯（聚酯（PBT、PET）(涤纶）涤纶） CO(CH2)4OC OO CO(CH2)2OC OO 特点：特点： 优良的电绝缘性，即使在潮湿、高频及恶劣的环境中工作，电绝缘性也不 会出问题；价格便宜、加工容易； 耐老化、耐光性能由于POM，可以户外长期使用； 摩擦系数小、磨耗低 阻燃 应用：应用： 最大的市场是电子电器，因为聚酯电绝缘性好，且流动性好有

9、利于模塑精密制件 PET：饮料瓶 4.1.5.5 聚酰亚胺（聚酰亚胺（PI） 特种工程塑料：具有优异的性能 C C N O O C C O O O C C O O O ONH2NH2 + 室温下熔融聚合 360环化 C C N O O C C N O O O 特点：特点： 耐热性，-269600、耐溶剂、低热膨胀、耐辐射性能、阻燃性、无毒 用途：用途： （1）薄膜，Kapton、Upilex等品牌，用于电机的槽绝缘及电缆绕包材料， 透明薄膜可用作太阳能电池底板 （2）涂料 作为绝缘漆 （3）先进复合材料，用于航空、航天的零部件 （4）纤维 弹性模量仅次于碳纤维，作为高温介质及放射物质的过滤材料

10、和 防弹、防火织物 (5) 泡沫塑料 用作耐高温隔热材料 4.1.5.5 聚酰亚胺（聚酰亚胺（PI） 4.1.6 热固性塑料 结构特点：结构特点： 体型交联聚合物、刚性、一般含有填料 加工特点加工特点：模压、传递模塑、浇铸 主要品种主要品种： 酚醛塑料PF、氨基塑料、环氧塑料EP、不 饱和聚酯塑料UP、有机硅塑料SIR 4.1.6.1 酚醛塑料PF 以酚类和醛类化合物缩聚而得的树脂称为PF, 主要用作绝缘材料“电木电木” 1909年开始生产，现在产量占合成树脂的46，居第六位 热塑性酚醛树脂：以酸作催化剂，酚过量，线型聚合物 热固性酚醛树脂：以碱作催化剂，醛过量 甲阶树脂（线型结构） 乙阶树脂

11、（部分线型结构） 丙阶树脂（体型结构） 合成方法合成方法 按加工成型方法：按加工成型方法：酚醛层压塑料、酚醛模压塑料、酚醛泡沫塑料 4.1.6.1 酚醛塑料PF 1）酚醛层压塑料）酚醛层压塑料 将各种片状填料（棉布、玻璃布、木材片、石棉布、纸等）浸以甲阶热固性 酚醛树脂，干燥、切割迭配后，放入层压机内层压成制品。 价格便宜、尺寸稳定性好，耐热性优良。 （2）酚醛模压塑料）酚醛模压塑料 甲阶热固性酚醛树脂与填料混合均匀，再采用模压方法成型。填料为木粉、 云母粉得到粉状压缩料，称为压缩粉；碎屑压缩粉使用的填料为小布 块、小纸块、小木块。 具有较高的力学性能和突出的耐磨性。耐热性，可以制作优良摩擦片

12、或制动 零件、刹车片、耐高温摩擦制品，化工设备衬里、阀件。 (3) 酚醛泡沫塑料酚醛泡沫塑料 热塑性或甲阶热固性酚醛树脂，加入法泡剂、固化剂等经起跑后得到。 主要用作隔热材料、救生圈、浮筒等。 4.1.6.2 氨基塑料UF、MF CH2NCH2 C N O CH2CH2NN CH2NCH2 C N O CH2CH2NN CH2NCH2 C N O CH2 CO N CO N CH2NCH2 C N O CH2CH2NN CH2 CH2NCH2 CO CO NCH2CH2NN CO COCO UF N C N C N CNN HH CH2 NH CH2 N H N H (CH2)2 N C N

13、C N C NH CH2 N C N C N CNN HH (CH2)2 NH CH2 MF 氨基树脂加填料、固化剂、着色剂、 润滑剂等即制得层压料或模压料，经 成型。固化即得氨基塑料制品。 特点：无色，可制成各种色彩得塑料 制品。 用途：主要用作各种颜色鲜艳的日用 品、装饰品及电器设备 4.2 橡胶橡胶 合成橡胶合成橡胶 通用橡胶 特种橡胶 其他橡胶 丁苯橡胶（SBR） 顺丁橡胶（BR） 异戊橡胶（IR） 氯丁橡胶（CR） 丁基橡胶（IIR） 丁腈橡胶（NBR） 乙丙橡胶（EPDM） 硅橡胶 氟橡胶 聚氨酯橡胶 聚硫橡胶 热塑性弹性体（如：SBS、SIS） 合成胶乳（如：丁苯、丁腈） 粉末橡

14、胶（如：丁苯、丁腈） 液体橡胶（如：氯丁、聚丁二烯） 我国合成橡胶企业14家， 生产能力1127kt/a 4.2.1 结构与性能 一、结构特征一、结构特征 n大分子链具有足够的柔性 n在使用条件下不结晶或结晶度很小 n在使用条件下无分子间滑动（无冷流） n二、性能二、性能 n弹性和强度 n耐热性和耐老化性 n耐寒性 n化学反应性 1.加工性 4.2.2 原料及加工工艺 一、原料一、原料 （1）生胶和再生胶 （2）橡胶的配合剂： 硫化剂、硫化促进剂、硫化活化剂、防焦剂、防老剂、补强剂和填 充剂 二、加工工艺：塑料、混炼、压延、压出、成型、硫化等二、加工工艺：塑料、混炼、压延、压出、成型、硫化等

15、三、加工设备三、加工设备:开炼机、密炼机开炼机、密炼机 4.2.3 天然橡胶NR 工艺工艺：三叶橡胶树胶乳加酸凝固洗涤压片干 燥打包天然橡胶 主要成分主要成分：异戊二烯链节分子量33000万，d2.810 特点：特点：弹性好、机械强度高、耐挠曲疲劳性 缺点：缺点：耐油性、耐臭氧老化性、耐热氧老化性 用途：用途：制造各类轮胎、各种工业橡胶制品，如胶管、胶 带和工业橡胶杂品、日常生活用品，如胶鞋雨衣 4.2.4 合成橡胶 一、顺丁橡胶一、顺丁橡胶 中国：1967年开始工业化生产，产量和消耗量居第二，次于丁苯橡胶 特点：弹性高、耐低温性好Tg-105、耐磨性好 缺点：加工性能差 、撕裂强度和拉伸强度

16、低、抗润滑性不好橡胶并用 用途：轮胎、胶管、运输管、胶板、胶鞋、文体用品 二、异戊橡胶二、异戊橡胶 结构与性能与天然橡胶相近，也称合成天然橡胶 与NR相比： 优点：生热小、抗龟裂、吸水小、电性能及耐老化性能好 缺点：硫化速率慢、炼胶时粘辊、成型粘度大、价格高 三、丁苯橡胶三、丁苯橡胶 品种多，占合成橡胶产量的55，部分或全部代替NR 特点：耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性比天然橡胶好，不容易焦烧 缺点：弹性、耐寒性、耐撕裂性和粘着性比NR差 与NR并用 CH2CHCHCH2 n CH2C CH3 CHCH2 n CH2C CH3 CHCH2 CH2CH CH CH2 CH2 CH xyz 4.

17、2.4 合成橡胶 CH2CHCHCH2CH2CH CN x y n 四、丁腈橡胶（四、丁腈橡胶（NBR） 1937年工业化（德国） 以耐油性而著称的特种合成橡胶、耐热性、气密性由于NR、SBR 五、丁基橡胶五、丁基橡胶IIR 1943年美国生产 异丁烯与异戊二烯的共聚物，气密性最好的橡胶，耐溶剂性好，主要用于气密 性制品，如汽车内胎、蒸汽软管、化工设备衬里 六、乙丙橡胶（六、乙丙橡胶（EPDM） 饱和橡胶 特点：耐老化、耐臭氧性是通用橡胶中最好的一种；耐热120长期使用；耐溶 剂、绝缘性好、耐蒸汽、低密度（0.86） 缺点：硫化速率慢、不易与不饱和橡胶并用、耐燃性、耐油性、气密性差 用途：汽车零件、电器制品、建筑材料、家庭用品、防水材料 CH2C CH3 CHCH2 CCH2 CH3 CH3 CCH2 CH3 CH3 x Y 4.2.4 合成橡胶 七、硅橡胶七、硅橡胶 特点：既耐高温又耐低温（-100300）；绝缘性好、耐候性、耐臭氧性好、 无味、无毒 缺点：物理机械性能、耐磨性、耐化学腐蚀性较差、加工困难 用途：制造耐高温、耐低温的密封件、高温电线、电缆绝缘层、食品工业耐高 温制品、及人造心脏、人造血管。 八、氟橡胶（八、氟橡胶（FPM） 特点：耐热、耐油、耐腐蚀、对光、臭氧、气候稳定