塑料材料与配方第六章PA、PC、POM、PET课件

1、第六章 通用工程塑料工程塑料的特点是： 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，广泛应用于机械、电子、汽车及航天航空等领域。 工程塑料中开发利用最早的品种是聚酰胺，在20世纪40年代主要用作纤维，50年代后期逐渐用作工程塑料。 第一节 聚酰胺一、聚酰胺的合成与命名 聚酰胺（PA，俗称尼龙）是指大分子链结构单元中含有酰胺基的一类聚合物的总称。1、由氨基酸或相应的内酰胺合成聚酰胺 这类聚酰胺的通式中X为氨基酸或内酰胺分子中的碳原子数，称为聚酰胺x（PA-x）或尼龙x。该类PA中最常用的是聚己内酰胺，它是己内酰胺开环缩聚的

2、产物，称为聚酰胺6（PA-6）或尼龙6。什么是氨基酸？什么内酰胺？2、由二元胺和二元酸缩聚成聚酰胺 这类聚酰胺的结构通式中含有X和Y两个数字 ，其中X表示二元胺中的碳原子数，Y表示二元酸中的碳原子数，称为聚酰胺XY（PA-XY），如由己二胺和己二酸合成的聚酰胺称为聚酰胺66或PA-66，由癸二胺和癸二酸合成的聚酰胺称为聚酰胺1010或PA-1010。什么是二元胺？什么二元酸？3、由多种二元胺、二元酸或内酰胺 进行共缩聚制得聚酰胺 PA的共缩聚常指在内酰胺或氨基酸进行的均缩聚中加入第二种单体，以及在二元胺和二元酸进行的混缩聚中加入第三种单体的聚合反应。如尼龙-66/6（60：40），表示由60%

3、的66和40%的己内酰胺所制得；尼龙-66/610（50：50），表示由等质量的66和610所得。 上述共缩聚的产物称为共聚尼龙，具有独特的性能。共聚尼龙: 破坏了尼龙原有的结构，失去结晶能力，材料具有较好的韧性，是耐磨的弹性材料。二、聚酰胺的结构特征 1聚酰胺的分子结构 （1）PA分子链上具有极性酰胺基（CONH），大分子链之间形成氢键，使PA分子间的作用力增大，是典型的极性高聚物，具有较高的力学强度。 （2）PA分子链的酰胺基之间嵌有非极性的亚甲基结构，极性和非极性共存的结构使PA宏观上表出坚而韧的性质。（3）PA虽常用塑料中最易吸水的塑料品种 酰胺基是亲水基团，因而PA的吸湿性大，其吸水

4、率随分子结构中酰胺基的密度增加而增大 。 *吸水后发生尺寸变化，降低制品尺 寸稳定性； *力学性能对吸水率有较大依赖性； *吸水给成型加工带来困难。 （2）共聚尼龙因分子链规整性和氢键遭到较大程度的破坏，结晶能力大大下降，结晶度低，具有较好的韧性和透明性。 PA大分子链中极性的酰胺基团空间排列规整，分子间作用力强，因而具有较高的结晶能力。结晶进一步提高了其强度。2聚酰胺的结晶性 （1）PA是典型的结晶塑料品种，结晶度35%左右。 3相对分子质量 PA相对分子质量不高，一般不超过5万，常用的PA品种在1.5 3万。 增加PA的相对分子质量可提高其力学强度、耐热性和尺寸稳定性。但过高的相对分子质量

5、会使其合成较困难。 尽管PA的相对分子质量不高，但仍具有工程塑料的优良性能。？由于大分子间能形成氢键和结晶三、聚酰胺的主要性能 1、物理性能（1）PA无毒、无味、不霉烂，外观为半透明或不透明的乳白色或淡黄色结晶粒料。密度一般在1.021.36g/cm3之间。（2）不易燃烧，离火自熄，燃烧时伴有角质燃烧的味道。（3）易吸水，是常用塑料中最易吸水的品种，随着链节中碳原子数的增加，密度和吸水率下降。 ？2力学性能 （1）PA是典型的硬而韧聚合物，综合性能优于前面介绍的各种通用塑料，是最早使用的工程塑料品种。 几种PA的综合力学性能见表6-1。 （2）不同品种的PA力学性能有较大差异，这主要取决于大分

6、子链中酰胺基团的含量。 如何比较PA66与PA1010及PA6与PA12的力学强度？ 其中尤以PA-1010的耐磨性最佳。它的密度约为铜的1/7，而耐磨性却是铜的8倍。各种PA的摩擦系数差别不大，通常在0.10.3之间。因而PA是生产耐磨塑料零件的常用材料。 添加二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯粉末等，可进一步提高PA的耐磨性。（3） 优良的耐磨性是PA力学性能的一个显著特点，且具有自润滑性。 （4） PA具有良好的耐疲劳性，在1240MPa交变循环应力作用下的疲劳寿命达l07次，与铸铁和铝合金等金属材料相当，显示了适宜于制做承受循环载荷部件的特性。 若用玻璃纤维增强可以有效地改善其耐疲劳性，增强P

7、A的疲劳强度约为未增强PA的2.5倍。见表6-3 。3热性能 （1） PA的熔融温度范围窄，具有较明晰的熔点，通常在180280。？ （2）长期使用温度却不高，一般不超过100 ，温度过高易产生氧化 。PA66的熔点约为260PA6约为220 PA9约为PA1010约为1801754、耐侯性 PA的耐侯性一般。通常加入炭黑、胺类和酚类稳定剂可明显提高其耐候性，并使耐热性也能得到改善。 作为工程塑料品种，一般使用环境较为温和，不易老化。5、电性能 PA在低温及低湿度条件下是较好的电绝缘体，体积电阻率达1101381014cm，但温度及湿度增加时，绝缘性能恶化。 因此，PA不适合作为高频和在潮湿环

8、境下工作的电绝缘材料。 这主要是PA分子链中含有极性酰胺基易吸水所至。 （1） PA易吸水率，吸水率较高的物料，成型中制品表面出现气泡、银丝、斑纹，力学性能和电性能也显著降低。 成型前必须对树脂进行干燥，使吸水率降低至0.2%以下。6成型加工性能 为避免氧化，通常采用真空干燥法，干燥温度80100，干燥时间6l0h。 （3）熔融伏态的PA热稳定性差，易降解和氧化，故应严格控制物料温度和在高温下的停留时间。一般成型加工温度高于PA熔点550，受热时间不宜超过半小时。（2）熔融后，熔体黏度低，流动性大，在成型加工中应防止流涎和溢边现象的发生。 （4）PA的结晶性使其具有较大的成型收缩率，一般为1.

9、5%2.5%。 对于使用温度高于80或精度要求较高的制品，成型后可以进行后处理：退火处理： 将制品置于高于使用温度20的非氧化性油中停留适当时间，通常不超过半小时； 调湿处理： 将制品放入水或醋酸钾水溶浓中进行调湿处理，调湿温度为80121，时间随制品的厚度而定。四、聚酰胺的成型加工与应用 PA的品种虽多，但都具有相似的成型加工性能，可采用一般热塑性塑料的加工方法来成型，如注塑、挤出、吹塑、模压等，也可采用特殊的工艺来成型，如烧结、浇铸、涂覆等。其中以注塑成型应用最为广泛，约占其制品总量的65%。 1、注塑成型与制品 通过注塑成型可以制得各种形状复杂、尺寸精度较高的PA制品。由于PA的品种较多

10、，各类注塑制品在材料选择上既要注意其共性，又要了解各种品种的特性，根据实际使用环境和条件进行选用。例如，作为耐磨和自润滑材料，PA齿轮在各方面得到了广泛应用。 除齿轮外，PA还用来制造轴承、轴瓦、凸轮、滑块、涡轮、接线柱、滑轮、导轨、脚轮、螺栓、螺母等，广泛用于汽车、机械、电子电器、精密仪器等工业。 2、挤出成型与制品 挤出制品占PA塑料制品总量的25%左右，产品有薄膜、管材、棒材、单丝、片材等。生产薄膜主要采用PA-6、PA-66以及PA66/PA-6共聚物。 与其它薄膜相比，PA薄膜的力学强度高，气密性好，尤其是对香味、油脂和氧的阻隔性能突出，但成本稍高，主要用于价值较高的食品包装，如肉类

11、、奶酪和药品等。 棒材: 经过二次加工制成各种工业配件。3、单体浇铸尼龙（MC尼龙） 单体浇铸尼龙（MC尼龙）与本体聚合PMMA相似，是聚合与成型一体化的方法。其产品相对分子质量高，力学性能比一般PA制品大，可生产大型大型齿轮、高负荷轴承、辊轴、导轨等。 轴套第二节 聚碳酸酯 聚碳酸酯(PC)是上世纪50年代末发展起来的重要热塑性工程塑料，它具有优异而均衡的力学、热和电性能，特别是冲击强度为一般热塑性塑料之冠。 工业生产双酚A型PC主要采用的是光气法和酯交换法，以光气法为主。主要单体为双酚A。一、聚碳酸酯的结构特征 从PC大分子结构中可看出：苯撑基 、氧基 、酯基构成了PC的基本结构 1、苯撑

12、基 （1）构成了主链上的刚性部分，分子链显示出较大的刚性，赋予PC较高的力学强度、耐热性及较高的尺寸稳定性。 （2）受外力强迫取向后又不易松弛，造成残余内应力难以消除，因而易引起制品产生应力开裂现象； （3）刚性基团也阻碍了大分子间的相对滑移运动，从而使其熔融温度升高，熔体黏度增大。 3、聚碳酸酯的非晶性 大分子链刚性大，PC的结晶能力很弱，是非晶塑料品种，具有较好的透明性，可做为透明材料使用。2、氧基和酯基 氧基和酯基赋于大分子链一定的柔性，使PC具有较高冲击强度； 但酯基是极性基团高温下较易水解。综合来看： 由于主链中存在柔软的碳酸酯基和刚性的苯环，使PC大分子结构显示出刚柔相济的特性。因

13、而具有优异而均衡的力学、热性能，特别是冲击强度为一般热塑性塑料之冠。二、聚碳酸酯的主要性能 1、物理性能 （1）PC是一种无味、无嗅、无毒，密度为1.2g/cm3，吸水率小于0.2%。 （2） PC是透明的非晶热塑性聚合物，可制成透明、半透明和不透明制品 。 （3）燃烧缓慢，离火慢熄，黑烟碳束，燃烧时熔融、起泡，伴有腐烂花果臭气味。 2力学性能 （1） PC是典型的硬而韧聚合物，拉伸强度为5874MPa，尤为突出的是它的冲击强度，高出PA 3倍，属于冲击强度优异的工程塑料品种。 （2）与其它热塑性塑料比较，PC的刚性大，耐蠕变，具有良好的尺寸稳定性，该性能优于PA，是优秀的抗蠕变塑料品种。（3

14、）疲劳强度和耐磨性一般，较易产生内应力而引起应力开裂。PC的耐磨性不如PA和聚甲醛等工程塑料，但仍比某些金属好，属于中等耐磨材料。 （1）PC的Tg约为150，熔融温度为220230， Td在320以上； （2）PC长期工作温度可高达120，短时使用温度可达140； 脆化温度低达100，具有良好的耐寒性。 4.热性能 根据PC的分子结构，估计其玻璃化温度与PMMA相比是高还是低？4、光学性能 纯净的PC是无色透明，透光率可达90%可作为透明塑料品种使用。5、成型加工性能（1）成型前必须进行干燥 酯基易发生高温水解，在成型加工温度下微量的水分也能导致其降解，放出CO2等气体，产生变色，分子量急剧

15、下降。 通常干燥温度应在135以下，干燥时间因干燥方法不同而异。 （2）熔体特性 PC大分子链刚性大，熔体黏度高，熔体黏度对温度敏感，成型加工中常用温度来调节熔体的流动性，并需采用较高的成型压力 。 成型加工温度为220300；注射成型时模具温度控制较高，在80120 。 ？（3）制品设计 PC对缺口敏感，因而制品设计中应尽量减少尖角、缺口以及厚度突变的区域，以免产生应力集中而导致制品破坏。（4）制品的热处理 好处：减小PC的内应力，提高拉伸强度、弯曲强度、硬度和热变形温度、提高尺寸稳定性和耐环境应力开裂性。 坏处：因结晶增多而导致其冲击强度降低。三、应用 PC可采用注塑、挤出、吹塑、热成型和

16、流延等加工方法制得能够满足不同用途的各类制品，广泛应用于光学、电子电器、汽车工业、机械制造、医疗、建筑等方面。 PC采光板 第三节 聚甲醛 聚甲醛（POM）是指分子链中以链节为主的线型聚合物。 具有优异的综合力学性能、良好的尺寸稳定性和成型加工性，获得了较快发展，现在己成为工程塑料中的一个重要品种，产量在工程塑料中仅次于PA和PC居第三位。 一、 聚甲醛的结构特征 1、结晶性 POM的分子结构与PE较相似，链节结构简单、对称，无支化现象，因而容易结晶，是典型的结晶聚合物。 2、大分子链敛集紧密 POM大分子链上的CO键的键长较小（CC键为0.154nm，CO键为0.146nm），有极性，因而它

17、的分子敛集紧密，显示出比PE高得多的刚度和硬度。 3、大分子链具有较大柔性 CO键的存在使大分子的内旋转容易，因而POM的熔体流动性好，固体冲击强度高。 二、 聚甲醛的性能特征 1、物理性能 （1）外观呈淡黄或白色，为粉状或粒状固体物，密度为1.42g/cm3。 （2）易燃，燃烧时，火焰上端呈黄色，下端蓝色，有熔融滴落现象，并伴有刺激性甲醛味和鱼腥臭味。 2、力学特性 （1）POM刚性大，冲击强度、高，疲劳强度及耐磨性好，具有优良的综合力学性能，俗称“赛钢”。在很多领域中可替代钢、铝、铜等有色金属材料使用。 POM的力学性能如表6-5所示 （2）POM的表面硬度与铝合金接近，动态摩擦时具有自润

18、滑作用，无噪声，其优良的耐磨性，适用于做长期经受滑动的部件 。 3、热性能 （1）熔点 均聚甲醛熔点为175，共聚甲醛熔点力165。长期使用温度不超过100。若在受力较小的情况下，短时使用温度可达140。 （2）POM属热敏性聚合物，在成型温度下的热稳定性差，易分解。 4、成型加工 特性 （1）干燥 POM吸水率低，一般为0.2%0.25%，因此成型前可不进行干燥处理。但对于成型大面积的薄壁制品及制品要求有较高的表面质量或树脂表面吸附水分时，必须进行干燥。 干燥温度控制在90100，时间约5 h左右。 （2）工艺特点 POM的熔体黏度低，流动性好，熔体黏度对剪切速率较敏感。一般成型加工温度为1

19、70- 250。 热稳定性差，若温度过高，受热时间长，会引起物料分解，逸出强烈刺激性的甲醛气体，再进一步氧化成甲酸使制品产生变色和气泡。成型时应尽量降低温度，缩短物料在高温下的停留时间，如图所示。图6-9 共聚甲醛物料温度与停留时间的关系 三、POM制品的应用 POM的比强度和比刚度与金属十分接近，其制品80%以上用于代替铜、锌、铝等有色金属制造各种零部件，广泛应用于汽车工业、机械制造、精密仪器、电子电器、农业和日用制品等方面。 第四节 聚对苯二甲酸乙二酯 聚对苯二甲酸乙二酯（PET）于上世纪40年代末期问世，起初主要用于合成纤维，俗称涤纶，后用于生产薄膜，逐渐在塑料工业得到应用。一、PET的结构和性能 PET是对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯与乙二醇进行酯交换反应而制得的热塑性