工程塑料

1、 工工 程程 材材 料料 工工 程程 塑塑 料料杨晋涛杨晋涛学习目的及要求学习目的及要求l 认识工程塑料的分类、主要性能特点、发展简史、应用领域以及发展认识工程塑料的分类、主要性能特点、发展简史、应用领域以及发展 前景前景l 掌握五大工程塑料：尼龙（掌握五大工程塑料：尼龙（PA）、聚碳酸酯（）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（）、聚甲醛（POM） 聚苯醚（聚苯醚（PPO）、聚对苯二甲酸乙二醇（）、聚对苯二甲酸乙二醇（PBT）的结构和性能特点，）的结构和性能特点， 主要生产工艺，加工成型性以及主要应用领域。主要生产工艺，加工成型性以及主要应用领域。l 掌握工程塑料合金的性能设计、增容技术及主要工程塑料

2、合金的制备、掌握工程塑料合金的性能设计、增容技术及主要工程塑料合金的制备、 性能特点性能特点课时安排课时安排l 第一部分第一部分 概述（概述（2 2课时）课时） 塑料及工程塑料简介塑料及工程塑料简介l 第二部分第二部分 PA及及PC （2课时）课时）l 第三部分第三部分 POM及及PPO（2课时）课时）l 第四部分第四部分 PBT及特种工程塑料部分（及特种工程塑料部分（2课时）课时）l 第五部分第五部分 工程塑料合金部分（工程塑料合金部分（2课时）课时）高分子的概念高分子的概念高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合高分子化合物、大分子化合物、高分子、大分子、高聚物、聚合物物

3、这些术语一般可以通用这些术语一般可以通用Macromolecules, High Polymer, Polymer分子量很高并由共价键连接的一类化合物分子量很高并由共价键连接的一类化合物三大合成高分子材料：三大合成高分子材料：树脂、纤维和橡胶树脂、纤维和橡胶塑塑 料料l塑料塑料(plastics)(plastics) 以树脂为主要成分，适当加入（或不加）添加剂（填料、增塑以树脂为主要成分，适当加入（或不加）添加剂（填料、增塑剂、稳定剂、颜料等），可在一定温度、压力下塑化成型，而剂、稳定剂、颜料等），可在一定温度、压力下塑化成型，而产品最后能在常温下保持形状不变的一类高分子材料。产品最后能在常温

4、下保持形状不变的一类高分子材料。l塑料与树脂的区别塑料与树脂的区别 树脂是纯的高聚物，而塑料是以树脂为主的高聚物制品树脂是纯的高聚物，而塑料是以树脂为主的高聚物制品。l添加剂添加剂 为改善塑料某些性能而必须加入的物质称添加剂。分为以下几为改善塑料某些性能而必须加入的物质称添加剂。分为以下几类：类：填料填料 为改善塑料的某些性能（如强度等），扩大其应用范围，降为改善塑料的某些性能（如强度等），扩大其应用范围，降低成本而加入的一些物质称填料。它在塑料占有相当大的比例。低成本而加入的一些物质称填料。它在塑料占有相当大的比例。加入铝粉可提高光反射能力和防老化；加入二硫化钼可提高润滑加入铝粉可提高光反射

5、能力和防老化；加入二硫化钼可提高润滑性。性。增塑剂增塑剂 提高树脂的可塑性与柔顺性的物质称增塑剂。常用熔点低提高树脂的可塑性与柔顺性的物质称增塑剂。常用熔点低的低分子化合物来增加大分子链间距离，从而达到增加大分子链的低分子化合物来增加大分子链间距离，从而达到增加大分子链的柔顺性的目的。的柔顺性的目的。固化剂固化剂 加入后可在聚合物中生成横跨链，使分子交联，并由受热加入后可在聚合物中生成横跨链，使分子交联，并由受热可塑的线型结构变成体型结构的热稳定塑料的一类物质称固化剂。可塑的线型结构变成体型结构的热稳定塑料的一类物质称固化剂。 稳定剂稳定剂 提高树脂在受热和光作用时的稳定性，防止过早老化，延长

6、提高树脂在受热和光作用时的稳定性，防止过早老化，延长使用寿命的一类物质称稳定剂。使用寿命的一类物质称稳定剂。润滑剂润滑剂 为防止塑料在成型过程中粘在模具或其它设备上而加入的，为防止塑料在成型过程中粘在模具或其它设备上而加入的，同时可使制品表面光亮美观的物质称润滑剂（如硬脂酸等）。同时可使制品表面光亮美观的物质称润滑剂（如硬脂酸等）。着色剂着色剂 为使塑料制品具有美观的颜色及适合使用的要求而加入的染为使塑料制品具有美观的颜色及适合使用的要求而加入的染料称着色剂。料称着色剂。其它其它 发泡剂、催化剂、阻燃剂等。发泡剂、催化剂、阻燃剂等。l 塑料的发展历史塑料的发展历史 第一种改性塑料：硝酸处理的纤

7、维素第一种改性塑料：硝酸处理的纤维素 第一种合成塑料：酚醛树脂第一种合成塑料：酚醛树脂 2020世纪世纪2020年代到年代到7070年代，每年都有几十个塑料新产品出年代，每年都有几十个塑料新产品出现现7070年代后，塑料新产品的开发速度放慢，开发重点放年代后，塑料新产品的开发速度放慢，开发重点放在对原有品种的改性上在对原有品种的改性上l塑料的分类塑料的分类按受按受热后热后变化变化分分热塑性塑料热塑性塑料成型后再加热重新软成型后再加热重新软化加工而化学组成不变的一类塑料，化加工而化学组成不变的一类塑料，即具有可溶可熔性。即具有可溶可熔性。热固性塑料热固性塑料成型后不能再加热重成型后不能再加热重新

8、软化加工的一类塑料，即具有不新软化加工的一类塑料，即具有不溶不熔性。溶不熔性。聚丙烯（聚丙烯（PP）聚乙烯（聚乙烯（PE）聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC）聚苯乙烯（聚苯乙烯（PS）环氧树脂环氧树脂酚醛树脂酚醛树脂脲醛树脂脲醛树脂按塑料的按塑料的组分分类组分分类单组分塑料单组分塑料合成树脂为主，少量助剂合成树脂为主，少量助剂多组分塑料多组分塑料除合成树脂外，较多量助剂除合成树脂外，较多量助剂聚乙烯聚乙烯聚苯乙烯聚苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯聚丙烯聚丙烯聚氯乙烯聚氯乙烯酚醛塑料酚醛塑料氨基塑料氨基塑料按应用分类按应用分类通用塑料通用塑料产量大、应用广、加工性能好、成本低的塑料产量大、应用广、

9、加工性能好、成本低的塑料一般塑料一般塑料用量小、性能一般的塑料，如用量小、性能一般的塑料，如PMMA等等特种塑料特种塑料性能独特、价格高的耐热、阻隔、导电塑料性能独特、价格高的耐热、阻隔、导电塑料工程塑料工程塑料作为结构材料、性能好、耐热性好、用量飞作为结构材料、性能好、耐热性好、用量飞 速增加、速增加、l 塑料的应用塑料的应用 包装材料包装材料 日用品日用品 农用材料农用材料 建筑材料建筑材料 绝缘材料绝缘材料 机械制品机械制品 汽车配件汽车配件 医学材料医学材料 光学材料以及其它光学材料以及其它l 概述概述l 国内外发展现状国内外发展现状l 发展展望发展展望第一章第一章 绪绪 论论 概概

10、述述l 工程塑料的定义工程塑料的定义l 工程塑料的分类工程塑料的分类l 工程塑料的机械物理性能特点工程塑料的机械物理性能特点l 工程塑料发展简史工程塑料发展简史l 五大通用工程塑料五大通用工程塑料l 工程塑料的成型加工工程塑料的成型加工l 工程塑料的应用领域工程塑料的应用领域l 工程塑料的定义工程塑料的定义 工程塑料是指机械性能和热性能均较好，在能够在较宽的工程塑料是指机械性能和热性能均较好，在能够在较宽的温度范围和较长的使用时间内，保持优良的性能，可在承受温度范围和较长的使用时间内，保持优良的性能，可在承受机械应力和较为苛刻的化学物理环境中使用，用于代替某些机械应力和较为苛刻的化学物理环境中

11、使用，用于代替某些金属作为结构材料而使用的一类塑料金属作为结构材料而使用的一类塑料指指 标标抗拉强度抗拉强度 50MPa；弯曲模量弯曲模量 2GPa；冲击强度：冲击强度： 60J/m使用温度：使用温度： 100 Cl 工程塑料的分类工程塑料的分类 按化学组成分按化学组成分 聚酰胺类（俗称尼龙）、聚酯类（聚碳酸酯、聚芳酯、聚苯酯）、聚酰胺类（俗称尼龙）、聚酯类（聚碳酸酯、聚芳酯、聚苯酯）、 芳芳 环环 聚合物类（聚酰亚胺、聚醚亚胺、聚苯丙咪唑）含氟聚合物（聚四氟聚合物类（聚酰亚胺、聚醚亚胺、聚苯丙咪唑）含氟聚合物（聚四氟 乙烯杂、聚三氟氯乙烯乙烯杂、聚三氟氯乙烯 ） 按物理形态分按物理形态分 结

12、晶型：尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚苯酯、聚醚结晶型：尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯硫醚、聚苯酯、聚醚 醚酮、间规聚苯乙烯等醚酮、间规聚苯乙烯等 无定型：聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜类等无定型：聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜类等 按耐热性能分按耐热性能分 通用工程塑料：长期使用温度在通用工程塑料：长期使用温度在150以下以下 特种工程塑料：长期使用温度高在特种工程塑料：长期使用温度高在150以上以上l 工程塑料的品种及分类工程塑料的品种及分类 工程塑料通用工程塑料特种工程塑料聚酰胺PA聚碳酸酯聚甲醛聚苯醚聚酯PCPOM PPOPETPBT聚苯硫醚聚酰亚胺聚醚酮聚芳酯聚苯酯热致液晶聚合物氟塑料工程

13、塑料的主要性能特点工程塑料的主要性能特点工工程程塑塑料料性性能能物理性能物理性能比重、透气性、透湿性、透明度、吸水率、折射率比重、透气性、透湿性、透明度、吸水率、折射率机械性能机械性能抗拉强度、抗冲击强度、抗压强度、抗弯强度、伸抗拉强度、抗冲击强度、抗压强度、抗弯强度、伸长率、抗蠕变性能、持久强度、疲劳强度、摩擦和长率、抗蠕变性能、持久强度、疲劳强度、摩擦和磨耗、硬度磨耗、硬度热性能热性能线膨胀系数、导热系数、玻璃化温度、耐热性、耐寒线膨胀系数、导热系数、玻璃化温度、耐热性、耐寒性、熔融指数、热分解温度、阻燃性性、熔融指数、热分解温度、阻燃性电性能电性能表面电阻、体积电阻、击穿电压、耐电弧性、

14、介电常表面电阻、体积电阻、击穿电压、耐电弧性、介电常数、介电损耗数、介电损耗化学性能化学性能耐化学药品性能、耐老化性能、耐候性、耐辐射性耐化学药品性能、耐老化性能、耐候性、耐辐射性工程塑料的主要性能特点工程塑料的主要性能特点l 质量轻质量轻 主要工程塑料 尼龙聚碳酸酯聚甲醛聚苯醚聚对苯二甲酸丁二醇比重1.141.21.421.061.21工程塑料的比重一般为钢铁的1/4，铝的1/2，大多数有色金属的1/81/5l 机械性能高机械性能高 材 料 名 称密度（g/cm3）拉伸强度(1105Pa)比拉伸强度（拉伸强度/相对密度）合金钢8.0128001600硬铝2.83900454014001500

15、铸铁8.01500190玻纤增强PC1.41.6130014001100玻纤增强PA1.2218001500玻纤增强PBT2.135501700l 耐热性高耐热性高名称热变形温度，1.86MPa（括号内为30玻纤增强）UL长期连续使用温度，（括号内为30玻纤增强）名称热变形温度, 1.86MPa（括号内为30玻纤增强）UL长期连续使用温度，（括号内为30玻纤增强）尼龙663（190）105(115)改性聚苯醚130(140)100(110)尼龙6670（240）105(125)聚苯硫醚260220聚碳酸酯135（145）110(130)聚酰亚胺357260316聚甲醛123（163）80(10

16、5)聚砜175150聚对苯二甲酸丁二醇酯58（210）120(140)聚醚砜203170180聚醚醚酮160240l 化学稳定性好，对酸、碱及一般有机溶剂均有良好的耐腐蚀性化学稳定性好，对酸、碱及一般有机溶剂均有良好的耐腐蚀性l 具有优良的电绝缘性具有优良的电绝缘性l 机械物理性能优良，在较宽的温度范围内，具有优异的抗冲击、机械物理性能优良，在较宽的温度范围内，具有优异的抗冲击、耐疲劳性能，减摩、耐摩、自润滑性能好耐疲劳性能，减摩、耐摩、自润滑性能好l 加工成型性能好，能耗低，工程塑料可采用注塑、挤出、吹塑加工成型性能好，能耗低，工程塑料可采用注塑、挤出、吹塑等成型工艺加工，与加工金属制件相比

17、，每加工一吨的塑料制等成型工艺加工，与加工金属制件相比，每加工一吨的塑料制品可节省能耗品可节省能耗5050，节约工时，节约工时540540个，模具投入费用仅为加工个，模具投入费用仅为加工金属的金属的1/301/30l 尺寸稳定性好，可以进行精密成型加工尺寸稳定性好，可以进行精密成型加工l 工程塑料的发展简史工程塑料的发展简史 1 1、2020世纪世纪3030年代，聚酰胺最先实现工业化生产，在年代，聚酰胺最先实现工业化生产，在W.H.CarohersW.H.Carohers的研的研 究基础上，杜邦公司于究基础上，杜邦公司于19391939年实现了工业生产。主要作为纤维开发，年实现了工业生产。主要

18、作为纤维开发， 5050年代开始塑料制品。年代开始塑料制品。 2 2、19561956年杜邦公司开发出共聚甲醛，于年杜邦公司开发出共聚甲醛，于19591959年工业生产年工业生产 3 3、19581958年德国拜耳公司开发出酯交换法聚碳酸酯年德国拜耳公司开发出酯交换法聚碳酸酯 19601960年美国通用电气公司开发光气法聚碳酸酯年美国通用电气公司开发光气法聚碳酸酯 4 4、19641964年通用电气公司开发了聚苯醚年通用电气公司开发了聚苯醚 5 5、19701970年美国赛拉尼斯公司将聚对苯二甲酸丁二醇酯开发为工程塑料年美国赛拉尼斯公司将聚对苯二甲酸丁二醇酯开发为工程塑料 五五 大大 工工 程

19、程 塑塑 料料 19641964年美国杜邦公司开发成功聚酰亚胺，之后又相继开发生年美国杜邦公司开发成功聚酰亚胺，之后又相继开发生产了聚砜类树脂、聚苯硫醚等耐高温工程塑料产了聚砜类树脂、聚苯硫醚等耐高温工程塑料 19961996年美国陶氏化学公司和日本出光化学公司开发成功间规年美国陶氏化学公司和日本出光化学公司开发成功间规聚苯乙烯聚苯乙烯 五大工程塑料五大工程塑料l 聚酰胺聚酰胺l 聚碳酸酯聚碳酸酯l 聚甲醛聚甲醛l 改性聚苯醚（改性聚苯醚（MPPO）l 聚对苯二甲酸丁二醇酯聚对苯二甲酸丁二醇酯聚酰胺聚酰胺NC0Hl 聚酰胺是指主链上含有酰胺基团聚酰胺是指主链上含有酰胺基团 的高分子聚合物的高分

20、子聚合物l 聚酰胺的命名聚酰胺的命名聚酰胺的命名一般以单体中所含的碳原子数表示聚酰胺的命名一般以单体中所含的碳原子数表示l 聚酰胺的制备方法聚酰胺的制备方法己内酰胺开环聚合、二胺和二酸缩聚己内酰胺开环聚合、二胺和二酸缩聚l 聚酰胺属高结晶性聚合物，具有很高的机械强度和韧性，耐磨、耐聚酰胺属高结晶性聚合物，具有很高的机械强度和韧性，耐磨、耐 油、耐弱酸、弱碱和一般有机溶剂。油、耐弱酸、弱碱和一般有机溶剂。l 聚酰胺是工程塑料中发展最早的品种，目前在产量上也居于首位聚酰胺是工程塑料中发展最早的品种，目前在产量上也居于首位l 聚酰胺满足汽车发动机部件的苛刻要求，还适宜制造汽车电部件和聚酰胺满足汽车发

21、动机部件的苛刻要求，还适宜制造汽车电部件和 车体部分车体部分l 尼龙尼龙6 6、尼龙、尼龙6666、尼龙、尼龙610610、尼龙、尼龙10101010、铸型尼龙和芳香尼龙是常应、铸型尼龙和芳香尼龙是常应 用于机械工业中的几种。被大量用于制造小型零件替代有色金属及用于机械工业中的几种。被大量用于制造小型零件替代有色金属及 其合金。其合金。l 尼龙挤出薄膜对气体特别是氧气阻隔性好，耐油、耐穿刺、低温冲击尼龙挤出薄膜对气体特别是氧气阻隔性好，耐油、耐穿刺、低温冲击 性能好，是当前最优良的冷冻制品包装材料性能好，是当前最优良的冷冻制品包装材料l 铸型尼龙通过简便的聚合工艺使单体直接在模具内聚合成型的一

22、种特铸型尼龙通过简便的聚合工艺使单体直接在模具内聚合成型的一种特 殊尼龙。殊尼龙。l 芳香尼龙具有耐磨、耐辐射及很好的电绝缘性等优点，是尼龙中耐热芳香尼龙具有耐磨、耐辐射及很好的电绝缘性等优点，是尼龙中耐热 性最好的品种。性最好的品种。聚碳酸酯（聚碳酸酯（PCPC）OROCOl 聚碳酸酯是指链段结构中含有聚碳酸酯是指链段结构中含有 的聚合物的聚合物l 以双酚以双酚A为原料制备的聚碳酸酯为原料制备的聚碳酸酯 是应用最广泛的聚碳酸酯是应用最广泛的聚碳酸酯OCCH3CH3COnl 聚碳酸酯的生产工艺主要分酯交换熔融缩聚法，简称酯交换法和光聚碳酸酯的生产工艺主要分酯交换熔融缩聚法，简称酯交换法和光 气

23、化界面缩聚法，简称光气法气化界面缩聚法，简称光气法l 聚碳酸酯具有聚碳酸酯具有“透明金属透明金属”的称号具有优异的抗冲击性能和良好的的称号具有优异的抗冲击性能和良好的 耐热性能、电绝缘性能和尺寸稳定性，首先在电子电气、机械和耐热性能、电绝缘性能和尺寸稳定性，首先在电子电气、机械和 汽车行业进行推广使用。汽车行业进行推广使用。l 进入进入70年代，充分发挥年代，充分发挥PC高透明、抗冲击、质轻、隔音等优势，在高透明、抗冲击、质轻、隔音等优势，在 采光板、装饰板以及窗用玻璃等建筑行业采光板、装饰板以及窗用玻璃等建筑行业l 80年代，开始生产光盘年代，开始生产光盘CD基盘的基盘的PC专用料，要求树脂

24、流动性好，耐专用料，要求树脂流动性好，耐 热性高，熔融指数要求热性高，熔融指数要求50g/10min（300），），90年代末生产出熔融年代末生产出熔融 指数指数80g/10min（300），用于数字视频盘），用于数字视频盘DVD的专用料的专用料 随着汽车轻型化、节能化的趋势，许多公司瞄准以随着汽车轻型化、节能化的趋势，许多公司瞄准以PC替代汽车窗用无机替代汽车窗用无机 玻璃，投资解决玻璃，投资解决PC存在的易刮伤和耐磨性差的缺陷。存在的易刮伤和耐磨性差的缺陷。聚甲醛（POM）CH2Onl 聚甲醛是高结晶性线性聚合物聚甲醛是高结晶性线性聚合物l 聚甲醛分均聚甲醛和共聚甲醛，化学结构式分别为：聚

25、甲醛分均聚甲醛和共聚甲醛，化学结构式分别为：OHCH2CH2OCH2CH2O*CH2CH2OnmCH2CHOl 具有高熔点、高刚性，优异的力学性能，耐磨，耐疲劳，自润滑，良好具有高熔点、高刚性，优异的力学性能，耐磨，耐疲劳，自润滑，良好 的电性能的电性能l 聚甲醛塑料价格低廉，性能优于尼龙，故可代替有色金属和合金，聚甲醛塑料价格低廉，性能优于尼龙，故可代替有色金属和合金， 并逐步取代尼龙制作轴承、衬套等。并逐步取代尼龙制作轴承、衬套等。l 聚甲醛也存在韧性差，缺口冲击强度低，阻燃性能较差等缺点，主要聚甲醛也存在韧性差，缺口冲击强度低，阻燃性能较差等缺点，主要 原因是由于主链上缺少功能基团，近年

26、来改性研究在合金化及阻燃方原因是由于主链上缺少功能基团，近年来改性研究在合金化及阻燃方 面取得了一定的进展面取得了一定的进展聚苯醚（聚苯醚（PPO）l 聚苯醚是非结晶热塑性树脂，其结构是如下：聚苯醚是非结晶热塑性树脂，其结构是如下：CH3CH3nl 聚苯醚的商用产品均为改性聚苯醚，具有优异的综合性能，特别聚苯醚的商用产品均为改性聚苯醚，具有优异的综合性能，特别是尺寸稳定性、电绝缘性、耐水性以及耐蒸煮性，在通用塑料中居是尺寸稳定性、电绝缘性、耐水性以及耐蒸煮性，在通用塑料中居于前列，力学性能好，拉伸强度高，抗蠕变性能好：于前列，力学性能好，拉伸强度高，抗蠕变性能好：l 改性聚苯醚广泛应用于电视机

27、及计算机外壳和性能要求苛刻的零改性聚苯醚广泛应用于电视机及计算机外壳和性能要求苛刻的零 部件以及电子电气件部件以及电子电气件l 改性聚苯醚无毒、具有自熄性，重量轻，相对密度是通用工程改性聚苯醚无毒、具有自熄性，重量轻，相对密度是通用工程 塑料中最低的，易着色等优点，广泛应用于办公设备的结构部塑料中最低的，易着色等优点，广泛应用于办公设备的结构部 件、医疗卫生、食品器材及水暖管件等件、医疗卫生、食品器材及水暖管件等聚对苯二甲酸丁二醇酯（聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）l 聚对苯二甲酸丁二醇酯属结晶型热塑性树脂，其结构式如下：聚对苯二甲酸丁二醇酯属结晶型热塑性树脂，其结构式如下：COCOOCH2O4

28、nl 聚对苯二甲酸丁二醇酯的制备方法主要是聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸丁二醇酯的制备方法主要是聚对苯二甲酸乙二醇酯 与与1 1，4 4丁二醇的酯交换缩聚法和对苯二甲酸与丁二醇的酯交换缩聚法和对苯二甲酸与1 1，4 4丁二醇反丁二醇反 应的直接酯化缩聚法两种方法应的直接酯化缩聚法两种方法。l 聚对苯二甲酸丁二醇酯的纯树脂性能较低，不具备作为工程塑料聚对苯二甲酸丁二醇酯的纯树脂性能较低，不具备作为工程塑料 的条件，但经过玻纤增强后，综合性能大大提高，可长期在的条件，但经过玻纤增强后，综合性能大大提高，可长期在 130130140140的高温下使用。的高温下使用。l 玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇

29、酯具有优良的电性能，抗化学腐玻纤增强的聚对苯二甲酸丁二醇酯具有优良的电性能，抗化学腐 蚀、减摩耐磨，阻燃，成型加工性能好，广泛用于汽车和电子电蚀、减摩耐磨，阻燃，成型加工性能好，广泛用于汽车和电子电 气行业气行业工程塑料的成型加工工程塑料的成型加工l 根据工程塑料的用途，工程塑料可以进行涂层加工、塑料制件加根据工程塑料的用途，工程塑料可以进行涂层加工、塑料制件加 工、纤维加工和薄膜加工工、纤维加工和薄膜加工l 工程塑料制件的加工方法有包括注射成型、挤出成型、模压、工程塑料制件的加工方法有包括注射成型、挤出成型、模压、 浇铸、烧结、压延等方法浇铸、烧结、压延等方法TgTfTd玻璃态玻璃态高弹态高

30、弹态粘流态粘流态形变形变l 注射成型注射成型 此法生产率很高，可以实现高度机械化、自动化生产，制品尺寸此法生产率很高，可以实现高度机械化、自动化生产，制品尺寸 精确，可以生产形状复杂、壁薄和带金属嵌件的塑料制品，适用于精确，可以生产形状复杂、壁薄和带金属嵌件的塑料制品，适用于大批量生产。大批量生产。 l 挤出成型挤出成型 又称挤塑成型，主要用于生产管材以及各种型材。又称挤塑成型，主要用于生产管材以及各种型材。l 模压成型模压成型 是塑料成型中最早的一种方法，主要适用于形状复杂或带有复杂是塑料成型中最早的一种方法，主要适用于形状复杂或带有复杂 嵌件的制品，如电器零件，电话机件、收音机外壳等。嵌件

31、的制品，如电器零件，电话机件、收音机外壳等。l 浇铸成型浇铸成型 将单体或聚合物预聚体中加入催化剂，将单体或聚合物预聚体中加入催化剂， 然后浇入模具型腔中，在常压或低压然后浇入模具型腔中，在常压或低压 下，常温或适当加热条件下，反应后经下，常温或适当加热条件下，反应后经 冷却凝固成型。这种方法设备简单，操冷却凝固成型。这种方法设备简单，操 作方便，成本低，便于制作大型制件；作方便，成本低，便于制作大型制件； 但生产周期长，收缩率较大。但生产周期长，收缩率较大。l 烧结成型烧结成型 属于粉末冶金的方法，适用于熔体粘度极高的聚四氟乙烯（属于粉末冶金的方法，适用于熔体粘度极高的聚四氟乙烯（PTFE）

32、 等特种工程塑料，将树脂粉料与填料及助剂加入模腔中，在压机上预等特种工程塑料，将树脂粉料与填料及助剂加入模腔中，在压机上预 压成型坯，然后在烧结炉中进行烧结，使树脂由颗粒通过扩散熔融压成型坯，然后在烧结炉中进行烧结，使树脂由颗粒通过扩散熔融 而粘结成连续相整体，最后冷却定型而粘结成连续相整体，最后冷却定型工程塑料加工助剂工程塑料加工助剂l 抗氧剂、阻燃剂、光稳定剂、抗静电剂、发泡剂、润滑剂、相容剂抗氧剂、阻燃剂、光稳定剂、抗静电剂、发泡剂、润滑剂、相容剂 成核剂成核剂国内外发展概况国内外发展概况l 工程塑料自工程塑料自20世纪问世以来，以其优异的性能替代其他材料或开发世纪问世以来，以其优异的性

33、能替代其他材料或开发新的应用领域，发展速度很快。新的应用领域，发展速度很快。品种19881998年均增长(%)通用工程塑料209.5451.37.97PA81154.56.67PC48.7147.011.72POM37.267.66.16PPO20.836.65.81PBT21.8457.51特种工程塑料1024.29.24合计（万t）219.5475.58.0l 我国工程塑料的研制工作起始于我国工程塑料的研制工作起始于19581958年，黑龙江化工研究院、沈阳化年，黑龙江化工研究院、沈阳化工研究院、上海化工研究院开始研究尼龙等聚酰胺材料工研究院、上海化工研究院开始研究尼龙等聚酰胺材料l 随后

34、，沈阳化工研究院、晨光化工研究院、浙江省化工研究所、清随后，沈阳化工研究院、晨光化工研究院、浙江省化工研究所、清华大学等开使聚碳酸酯的酯交换法和光气法研究华大学等开使聚碳酸酯的酯交换法和光气法研究l 6060年代初，沈阳化工研究院、中国科学院长春应用化学研究所开始聚年代初，沈阳化工研究院、中国科学院长春应用化学研究所开始聚甲醛的研究甲醛的研究l 6060年代中期，上海树脂研究所和北京化工研究院开始聚苯醚和改性聚年代中期，上海树脂研究所和北京化工研究院开始聚苯醚和改性聚苯醚的研究苯醚的研究l 7070年代北京化工研究院、晨光化工研究院开始对聚对苯甲酸丁二醇酯年代北京化工研究院、晨光化工研究院开始

35、对聚对苯甲酸丁二醇酯的研究的研究l 8080年代应用自主开发的技术，陆续形成了除聚苯醚以外的四大通用塑年代应用自主开发的技术，陆续形成了除聚苯醚以外的四大通用塑料的装置。同时，特种工程塑料的技术公关也取得了一定的成绩，主要料的装置。同时，特种工程塑料的技术公关也取得了一定的成绩，主要供应国防军工需求。供应国防军工需求。品种生产能力产量净进口量消费量PAPCPOMPPOPBT合计2.30.580.350.436.631.30.040.030.20.62.173.58.65.60.350.418.454.58.650.41.219.71998年通用工程塑料的生产与消费量/万t工程塑料发展展望工程塑

36、料发展展望l 应用新工艺改造传统工艺应用新工艺改造传统工艺l 工程塑料合金化工程塑料合金化l 工程塑料的复合化工程塑料的复合化聚聚 酰酰 胺胺l 制备尼龙的主要原料制备尼龙的主要原料 内酰胺、脂肪羧酸、脂肪胺、芳香二元酸、芳香二元胺内酰胺、脂肪羧酸、脂肪胺、芳香二元酸、芳香二元胺l 尼龙的命名尼龙的命名 重复单元中碳原子的数目来确定产品名称重复单元中碳原子的数目来确定产品名称 （1）内酰胺开环制备的尼龙称为尼龙）内酰胺开环制备的尼龙称为尼龙m （2）由二元酸和二元胺缩聚得到聚合物，称为）由二元酸和二元胺缩聚得到聚合物，称为尼龙尼龙mnNHCH2COn-1pH2NCH2NH2mHOOCCH2CO

37、OHn-2NHCH2NHCOCH2COpmn-2(2p-1) H2O尼龙尼龙6的生产工艺的生产工艺l 制备单体制备单体 己内酰胺己内酰胺COCH2NH5l 己内酰胺的生产工艺己内酰胺的生产工艺 苯加氢环己烷氧化法苯加氢环己烷氧化法H2H2O2OH2NOHH2SO4NOH贝 克曼 重排COCH2NH5OHH2OHO2OH2NOHH2SO4NOH贝克曼重排COCH2NH5CH3O2COOHH2COOHONOSO3HH2SO4COCH2NH5压硝酰硫酸l 苯酚法苯酚法l 甲苯法甲苯法l 硝基环己烷法硝基环己烷法HNO3NO2H2NOHCOCH2NH5l 己二腈法己二腈法NH3COCH2NH5CH2C

38、HCHCH2HCNNCCH2CH2CH2CH2CNH2H2N(CH2)5CNH2OH2N(CH2)5CNH2O尼龙尼龙6的聚合方法的聚合方法l 聚合机理聚合机理 水解聚合 碱性阴离子聚合 固相聚合l 聚合工艺聚合工艺 高压间歇聚合 常压水解连续聚合 两段连续聚合（又称高压前聚法） 单体浇注反应 双螺杆挤出聚合 连续固相聚合 间歇固相聚合l 工业上应用最多的是水解连续聚合，常压水解聚合适合生产中工业上应用最多的是水解连续聚合，常压水解聚合适合生产中粘度、低粘度尼龙粘度、低粘度尼龙6 6。二段水解连续聚合以及固相缩聚适合生产高。二段水解连续聚合以及固相缩聚适合生产高粘度尼龙粘度尼龙6 6。单体浇注

39、适合生产大型制件；双螺杆挤出聚合工艺是。单体浇注适合生产大型制件；双螺杆挤出聚合工艺是在单体浇注反应基础上发展起来的。在单体浇注反应基础上发展起来的。水解开环聚合的基本反应水解开环聚合的基本反应HNCO + H2OH2NCOOHCOOH+H2NCONH+H2OHNCONH2+NHCONH2CONHH2N+CONH+H2N123132 水解水解 缩合聚合缩合聚合 加成聚合加成聚合 酰胺交换酰胺交换间歇聚合间歇聚合l 间歇聚合间歇聚合l 第一阶段：水解缩聚第一阶段：水解缩聚 温度：温度：230250 压力：压力：0.50.50.8MPa0.8MPa 第二阶段：真空聚合第二阶段：真空聚合 温度：温度

40、：250 250 真空：真空：0.06MPa0.06MPa 第三阶段：真空脱泡第三阶段：真空脱泡l 适合小批量生产，生产不同粘度的产品牌号，生产效率较低适合小批量生产，生产不同粘度的产品牌号，生产效率较低连续聚合连续聚合l 常压水解连续聚合常压水解连续聚合 管式反应器管式反应器l 两段连续聚合两段连续聚合 两个管式反应器，采用不同的聚合工艺两个管式反应器，采用不同的聚合工艺 前段高压、后段减压，前段高压、后段常压，前段常压、后段常压前段高压、后段减压，前段高压、后段常压，前段常压、后段常压l 第一段聚合第一段聚合 己内酰胺水解开环和部分加成反应，吸热，提高温度有利于反应己内酰胺水解开环和部分加

41、成反应，吸热，提高温度有利于反应 第二段聚合第二段聚合 缩聚加成反应，放热，移走水分，聚合物相对粘度可达缩聚加成反应，放热，移走水分，聚合物相对粘度可达3.03.6连续聚合装置连续聚合装置聚合反应器的特点聚合反应器的特点l 顶部结构顶部结构l 列管列管l 内分配内分配萃取工艺与设备萃取工艺与设备碱性阴离子聚合碱性阴离子聚合NaOHC(CH2)5NHOC(CH2)5NONaH2ONaC(CH2)5NHOC(CH2)5NONa1/2 H2l 阴离子聚合机理阴离子聚合机理 阴离子的形成阴离子的形成 链增长链增长C(CH2)5NHOC(CH2)5NONHCH2CON(CH2)5COC(CH2)5NHO

42、NHCH2CON(CH2)5COC(CH2)5NONH2CH2CON(CH2)5CONH2CH2CON(CH2)5CON(CH2)5COC(CH2)5NHONH2CH2CON(CH2)5CON(CH2)5COHC(CH4)5NO依次类推制备过程制备过程l 催化剂：催化剂： 金属钠、氢氧化钠、醇钠金属钠、氢氧化钠、醇钠l 助催化剂：乙酰基己内酰胺、异氰酸酯助催化剂：乙酰基己内酰胺、异氰酸酯 氨基甲酸酯衍生物、碳酸酯氨基甲酸酯衍生物、碳酸酯固相缩聚合固相缩聚合NH2(CH2)5CO2NH2(CH2)5CO2NH2(CH2)5CO2NH(CH2)5CONH(CH2)5CONH(CH2)5CO氨基己酸

43、链式两性离子氨基己酸链式两性离子H H2 2O Ol 固相聚合原理固相聚合原理l 固相聚合特点固相聚合特点 通过加入一定的催化剂如磷酸或含氨基羧基化合物，使低粘度尼龙通过加入一定的催化剂如磷酸或含氨基羧基化合物，使低粘度尼龙 在熔点以下，可以将相对粘度提高到在熔点以下，可以将相对粘度提高到4以上。以上。l 塔内进行氮气保护塔内进行氮气保护l 氮气温度氮气温度160180l 尼龙粘度从相对粘度尼龙粘度从相对粘度 2.52.5增加到增加到4 4插层聚合插层聚合l 插层聚合指在己内酰胺中加入经有机化处理的具有多层层状结构插层聚合指在己内酰胺中加入经有机化处理的具有多层层状结构 的硅酸盐（如蒙脱土），

44、在的硅酸盐（如蒙脱土），在250下己内酰胺插层进入到硅酸盐下己内酰胺插层进入到硅酸盐 的层间进行聚合反应，生成尼龙纳米复合材料的聚合方法的层间进行聚合反应，生成尼龙纳米复合材料的聚合方法l 插层聚合原理插层聚合原理 层状硅酸盐层间阳离子可进行交换，有机阳离子进入到层间而层状硅酸盐层间阳离子可进行交换，有机阳离子进入到层间而 使硅酸盐发生膨润。使硅酸盐发生膨润。 己内酰胺与有机化改性层状硅酸盐混合后，熔融状态下，己内己内酰胺与有机化改性层状硅酸盐混合后，熔融状态下，己内 酰胺插层进入到硅酸盐的层间。酰胺插层进入到硅酸盐的层间。 在在250下己内酰胺开环聚合，得到硅酸盐（蒙脱土）片晶均下己内酰胺开

45、环聚合，得到硅酸盐（蒙脱土）片晶均 匀分散与聚合物基体中的纳米复合材料。匀分散与聚合物基体中的纳米复合材料。l 插层聚合过程与特征插层聚合过程与特征 硅酸盐有机化改性硅酸盐有机化改性 粘土己内酰胺分散体的制备粘土己内酰胺分散体的制备 开环聚合开环聚合聚聚 碳碳 酸酸 酯酯l 聚碳酸酯中唯一具有大规模工业生产价值的只有双酚聚碳酸酯中唯一具有大规模工业生产价值的只有双酚A型碳酸酯型碳酸酯 化学结构式化学结构式OCCH3CH3COnl 制备所需主要原料制备所需主要原料 双酚双酚A、碳酸二苯酯、光气、一氧化碳、甲醇等、碳酸二苯酯、光气、一氧化碳、甲醇等l 碳酸二苯酯碳酸二苯酯 是合成碳酸酯最重要的原料

46、之一，其合成方法有光气法、酯交换法、是合成碳酸酯最重要的原料之一，其合成方法有光气法、酯交换法、 氧化羰基化法氧化羰基化法 OCOOl 光气法光气法OCOOOHCOClCl22NaOH2NaClH2OOHNaOHONaONaCOClClOCOO2NaCll 该反应是放热反应，必须制冷，反应温度控制在该反应是放热反应，必须制冷，反应温度控制在15以下以下l 酯交换法酯交换法OHCH3OCOOCH3OCOO2CH3OHl 该法避免了使用光气，但碳酸二丁酯的反应活性远低于光气，反应速该法避免了使用光气，但碳酸二丁酯的反应活性远低于光气，反应速 率慢产率低。率慢产率低。l 反应催化剂：最初使用碱或碱金

47、属化合物，速率慢同时产生大量的二反应催化剂：最初使用碱或碱金属化合物，速率慢同时产生大量的二 氧化碳和苯甲醚，产率低。后采用路易斯酸，产率略有提高，但设备氧化碳和苯甲醚，产率低。后采用路易斯酸，产率略有提高，但设备 腐蚀严重。腐蚀严重。80年代后，以硅、铅、铁、锂和铝的烷氧基化合物、氧年代后，以硅、铅、铁、锂和铝的烷氧基化合物、氧 化物及乙酸盐类催化剂以及钛、锡的金属有机化合物，如钛酸丁酯、化物及乙酸盐类催化剂以及钛、锡的金属有机化合物，如钛酸丁酯、 二丁基氧化锡等，效果好，产率可达二丁基氧化锡等，效果好，产率可达44。l 反应装置：为了提高产率，必须将副产物甲醇及时排出体系外。反应装置：为了

48、提高产率，必须将副产物甲醇及时排出体系外。l 意大利意大利Enichem公司成功的用甲醇、一氧化碳在催化剂作用下发生氧公司成功的用甲醇、一氧化碳在催化剂作用下发生氧 化羰基化反应，先合成碳酸二甲酯，再采用酯交换法制备碳酸二苯化羰基化反应，先合成碳酸二甲酯，再采用酯交换法制备碳酸二苯 酯。酯。2CH3OHCuCl2CH3OCOOCH3OOCOOPhOHCOl 氧化羰基化法氧化羰基化法OH2CO1/2O2OCOOH2O催化剂l 该法工艺简单、无污染。但存在副反应，要选择高活性、高选择性该法工艺简单、无污染。但存在副反应，要选择高活性、高选择性 的催化剂的催化剂l 反应一般在反应一般在0.40.43

49、MPa3MPa，100100150150，钯催化剂下进行。，钯催化剂下进行。l 钯系催化剂较贵且转化效率不高、碳酸二苯酯收率低，使得该法尚钯系催化剂较贵且转化效率不高、碳酸二苯酯收率低，使得该法尚 未实现工业化生产。未实现工业化生产。聚碳酸酯的合成聚碳酸酯的合成聚碳酸聚碳酸酯的合酯的合成工艺成工艺光气法光气法传统酯交换法传统酯交换法光气法光气法间歇间歇法法连续法连续法溶液法溶液法界面法界面法二步法二步法一步法一步法光气法或非光气法光气法或非光气法开环聚合法开环聚合法固相聚合法固相聚合法非光气法非光气法非光气酯交换法非光气酯交换法非光气界面缩聚法非光气界面缩聚法双酚双酚A A（氧化）羰基化法（氧

50、化）羰基化法传统酯交换法传统酯交换法l 合成路线合成路线HOCCH3CH3OHOCOOOCOCO2nOHnnnl 传统酯交换法又成为熔融缩聚法由西德传统酯交换法又成为熔融缩聚法由西德SchnellSchnell公司于公司于5050年代初年代初 开发的，于开发的，于19581958年年BayerBayer公司首先工业化公司首先工业化l 工业生产中要重视的条件工业生产中要重视的条件 足够高的温度使物料呈熔融态并有一定的活化能足够高的温度使物料呈熔融态并有一定的活化能 酯交换反应是典型的催化反应，必须又碱金属、碱金属盐之弱酸盐类酯交换反应是典型的催化反应，必须又碱金属、碱金属盐之弱酸盐类 做催化剂，

51、才能快速反应。做催化剂，才能快速反应。 酯交换反应是一种平衡性反应，反应体系中生成的苯酚要及时排出，酯交换反应是一种平衡性反应，反应体系中生成的苯酚要及时排出， 反应需在真空下进行反应需在真空下进行 原料配比严格保持，尤其是双酚原料配比严格保持，尤其是双酚A A不能过量不能过量 反应器要保证均匀加热，反应后期粘度增大，要保证良好的搅拌反应器要保证均匀加热，反应后期粘度增大，要保证良好的搅拌l 典型的原料配比典型的原料配比原料摩尔比一次性投料量/kg双酚A190碳酸二苯酯1.051.1088.74醋酸锂5.591052.25103l 工艺流程工艺流程催化剂催化剂碳酸二苯酯碳酸二苯酯双酚双酚A A

52、酯交换反应酯交换反应缩聚反应缩聚反应切粒切粒产品产品l 酯交换过程酯交换过程 反应器：带搅拌系统、进料管、通氮系统、抽真空系统的不锈钢质反反应器：带搅拌系统、进料管、通氮系统、抽真空系统的不锈钢质反 应釜应釜 反应温度：初始反应温度：初始150150180180， 随着反应的进行到随着反应的进行到200200230230，当苯酚，当苯酚 馏出量达到理论量的馏出量达到理论量的80809090时，温度升至时，温度升至298298 真空度：初始压力降至真空度：初始压力降至6666Pa6666Pa，当苯酚馏出量为，当苯酚馏出量为80809090时，体系时，体系域域 压降至压降至133.32Pa133.

53、32Pa以下以下l 缩聚过程缩聚过程 反应器：附属系统与材质与酯交换反应釜类似反应器：附属系统与材质与酯交换反应釜类似 反应温度：反应温度：295295300300 真空度：余压约在真空度：余压约在133.32133.32以下以下l 酯交换法的优缺点酯交换法的优缺点 优点：优点：氯元素在制备单体的时候被除去，对设备腐蚀和环境污染小；氯元素在制备单体的时候被除去，对设备腐蚀和环境污染小；过程中无溶剂，没有溶剂回收设备，树脂从反应器压出后可直接切粒包装。过程中无溶剂，没有溶剂回收设备，树脂从反应器压出后可直接切粒包装。 缺点：缺点：在高温高真空下进行，生产设备要求严格，投资大；物料熔体在高温高真空

54、下进行，生产设备要求严格，投资大；物料熔体粘度大，必须采用特殊的搅拌装置；难以得到高分子量的树脂；催化剂存粘度大，必须采用特殊的搅拌装置；难以得到高分子量的树脂；催化剂存在污染，产品中存在副产物苯酚，光学性能差，黄度指数偏高；由于搅拌、在污染，产品中存在副产物苯酚，光学性能差，黄度指数偏高；由于搅拌、传热以及间歇聚合等工程问题的限制，难以实现大吨位工业生产传热以及间歇聚合等工程问题的限制，难以实现大吨位工业生产改进：改进：由间歇式逐步向连续式工艺过渡由间歇式逐步向连续式工艺过渡光气法光气法l 直接以光气为原料，使二羟基化合物（双酚直接以光气为原料，使二羟基化合物（双酚A A）羰基化合成聚碳酸酯

55、）羰基化合成聚碳酸酯l 合成路线合成路线OHCCH3CH3OHCOCl2OCCH3CH3OCOn2nHClnnl 反应生成的低分子聚碳酸酯溶于有机溶剂，一般加入除酸剂排除副产反应生成的低分子聚碳酸酯溶于有机溶剂，一般加入除酸剂排除副产 物盐酸物盐酸l 溶液缩聚法溶液缩聚法 溶液缩聚法是将光气通入双酚溶液缩聚法是将光气通入双酚A A的吡啶溶液中进行。不具备工业化条件的吡啶溶液中进行。不具备工业化条件l 界面缩聚法界面缩聚法 界面缩聚法是指在两相界面上使原料单体进行缩聚的方法。界面缩聚法是指在两相界面上使原料单体进行缩聚的方法。 特点：特点：是一个不可逆非平衡转变过程是一个不可逆非平衡转变过程 通

56、常在室温下进行，在互不相容的两相界面上进行通常在室温下进行，在互不相容的两相界面上进行 优势：优势：能够制备很高分子量的树脂能够制备很高分子量的树脂 最适合那些本身对热不稳定，但能合成高熔点聚合物的单体最适合那些本身对热不稳定，但能合成高熔点聚合物的单体l 聚碳酸酯是该种方法进行工业化生产的首次成功聚碳酸酯是该种方法进行工业化生产的首次成功OHCCH3CH3OH2NaOHNaOCCH3CH3ONa2H2ONaOCCH3CH3ONaCOCl2OCCH3CH3OCOn2nNaClnnl 具体合成路线具体合成路线l 具体路线具体路线 在搅拌下将光气通入惰性溶剂与双酚在搅拌下将光气通入惰性溶剂与双酚A

57、 A氢氧化钠水溶液种进行反应氢氧化钠水溶液种进行反应 将液化光气溶于溶剂中，在滴加双酚将液化光气溶于溶剂中，在滴加双酚A A氢氧化钠水溶液氢氧化钠水溶液l 工艺流程工艺流程盐溶液盐溶液碱水溶液碱水溶液双酚双酚A A光气光气溶剂溶剂光气法反应光气法反应缩聚缩聚相分离相分离碱盐溶液碱盐溶液 有机相有机相（原胶液）（原胶液）水洗水洗 树脂液树脂液（精胶液）（精胶液）分离分离干燥干燥造粒造粒l 操作过程操作过程 两个过程：两个过程： 树脂合成、胶液后处理分离树脂合成、胶液后处理分离l 树脂合成树脂合成 二步法：双酚二步法：双酚A A钠盐的制备、光气化反应、界面缩聚钠盐的制备、光气化反应、界面缩聚 光气化反应：将双酚光气化反应：将双酚A A钠盐加入光化釜