复合材料-热塑性树脂基体2概要课件

1、 热塑性树脂基鲁学峰、袁超平 热塑性树脂基鲁学峰、袁超平目录一、聚乙烯二、聚丙烯三、聚氯乙烯四、聚苯乙烯五、ABS六、聚酰胺七、聚碳酸酯八、氟塑料九、LFT2目录23 聚乙烯(PE) 按密度分为高密度聚乙烯、中密度聚乙烯和低密度聚乙烯。（一）性能 1、不含极性基团，介电性、化学稳定性好，吸水性低，无毒、 无味、乳白色蜡状固体。0.910.96之间，制成薄膜是透 明的。耐寒性很好。分子量越高，支化越多，脆化点越低。 2、强度主要由结晶时分子紧密堆砌程度所提供。机械性能 取决子聚乙烯的分子量和支化度。强度不高，表面硬度 低，弹性模量小，容易蠕变和应力松弛。 3、非极性聚合物，绝缘性比其他任何介电物

2、质都好，作超 高频绝缘材料。介电损耗和介电常数几乎与电场强度和频 率无关，介电常数与其密度是线性依赖关系，密度高的介 电常数也高。遇热时密度降低，介电常数也低。此外，聚 乙烯在氧化时会产生羰基，介电损耗有所提高。 4、耐酸碱腐蚀。3 聚乙烯(PE) 按密度分为高密度聚乙4（二）PE用途 电缆料：因而能用于制造电话、信号装置、远距离操纵系统、高频装置和电气工程中的电线绝缘和电缆绝缘、以及水底电缆的绝缘、地下电缆外护套等。 管材：城市室外给排水管路网，牧场、农村、工厂的给排水，室内自来水管和排水管，泵站的管道和室内灌溉网。交联聚乙烯管子可用于热水给水系统。热塑性塑料管用于输送天然气。还可以用于发泡

3、保温材料。 薄膜：农业育秧膜、大棚膜、地膜、食品包装膜等薄膜。 制件或板材：各种零件、家庭用品、玩具、化工和电气零件。高密度聚乙烯用辊压或火焰喷涂，或静电喷涂，可以作为化工设备中容器的耐腐蚀涂层。还可以代替钢和不锈钢制造阀门、衬套、管道等。耐磨性好，可制小载荷的齿轮、轴承、冷冻仓库包装容器、油桶、周转箱、软瓶、牛奶瓶、盆子、瓶盖、冰箱盘子、盒等。4（二）PE用途5 聚丙烯(PP)（一）聚丙烯的结构与性能 1、结构： 头尾相接的线型结构，根据其侧链甲基 的空间排列，有三种不同的形式： 全同立构：甲基在同侧间同立构：甲基交替地向主链的两个方向排列。 无规立构：甲基是任意而无序排列的。5 聚丙烯(P

4、P)间同立构：甲基交替地向主链的两个方向排列。62、性能 1）高聚物的立体规整性愈高，熔点也愈高。 2）分子量一般在150000700000的范围内，宽分子量分布 的聚合物的流变性对制品的性能有很大影响，缩小其分 子量分布，制品的机械强度可明显改善。 3）塑料当中比重最小的一种(0.890.92)，与PE相比软化 温度显著提高，全同立构聚丙烯的熔点170，拉伸强度、 刚性、弯曲强度都很高，在适当拉伸条件下处理，抗张强 度、刚性和冲击强度都提高，耐弯曲疲劳性明显改善， 比PE成品的透明性及表面光泽都好，成型时收缩率小，外 观和尺寸精度都好。 4）与石棉、硅粉、滑石粉、玻璃纤维复合，机械性能有大

5、改变，弯曲弹性模量和硬度有很大变化，热膨胀系数下降。 5）是非极性高聚物、有优良的电性能，耐热性好，在电器工 业上广泛使用，在室温时体积电阻率约1017-cm，在 130时为1013-cm，有高的表面电阻和良好的介电强度. 62、性能7（二） PP的用途 1 制备管材、容器、汽车及电器电子零部件、纤维及其织物和簿膜等制品； 2 经GF增强，制备高性能的复合材料制品。 3 其机械强度与尼龙差不多，在耐酸耐碱的化学装置与衬里材料方面大量使用，加法兰、接头、泵叶轮、阀门配件、电缆被覆材料等等。 4 汽车内外装饰件及发动机机罩内部件。 5 聚丙烯无纺布、各种管材、医疗器械、家具、玩具、餐具、文体用品和

6、日用品。7（二） PP的用途 88聚氯乙烯（PVC）（一）PVC的结构与性能 1 结构：无定形结构，主链结构单元是“头-尾”相接的链接方式。9 也有少量“尾尾” (头头)键接形式，由于极性基的影响，氯乙烯分子间力较大，不易形成结晶。聚氯乙烯没有明显的熔点，玻璃化温度在80左右。 比重约1.4，是白色粉末，耐水性、耐酸性、难燃性、电绝缘性好，耐很多溶剂，聚合度低或多种成分共聚物容易溶解。聚氯乙烯（PVC）（一）PVC的结构与性能9 也有10 2 性能：1）在6485软化，120150有塑性，170以上熔 融，190以上分解放出氯化氢。适合加工的温度是150180。2）聚合度对材料的性能与应用都有

7、影响。当高于800时，强度基本不变，加工变差了，一般聚合度在80012003）化学稳定性好，氧和臭氧不能明显地浸蚀聚氯乙烯，某些氧化物会对它有破坏作用，浓KMnO4溶液使聚氯乙烯表面受侵蚀。室温下，除了浓硫酸(90以上)和浓硝酸(50%以上)以外，聚氯乙烯耐酸、碱性良好，在60以上耐强酸性下降。4）耐大多数油类、脂肪烃和醇类的浸蚀，不耐芳烃、酮类、脂类和环醚。环己酮、四氢呋喃、二氯乙烷等等是常用溶剂。10 2 性能：11（二）PVC的用途 工业上：作防腐材料，如输送酸、碱、油、纸浆等用的管道，酸、碱吸收塔、排气塔、贮槽、泵、风机及其代替铅的防腐化工设备，或者用于钢管衬里层。 建筑材料（硬质PV

8、C）：如地下水道、废水管、阻燃的门、地板和墙壁材料。 电线：聚氯乙烯由于绝缘性、耐老化性好，用作电线的绝缘层做电线和电线的护套。 人造革：广泛用做椅子、防雨布、各种箱子、沙发、衣服、办公用品和家具等。 11（二）PVC的用途12聚苯乙烯(PS)（一）结构与性能 1 结构：主链是饱和烃，侧基是苯基。聚合温度愈高，支链愈多，由于分子结构不规整，苯基的位阻效应，使分子链内旋转困难，因而大分子刚性很大，不易结晶，是典型的非晶态线型高分子化合物，质脆且透明。 2 性能： 1）分子量高的机械强度高。分子量在5万以下，抗张强度很 低；10万以上抗张强度的提高不明显。 2）介电常数和介电损耗：不受频率 (60

9、106Hz) 影响，107Hz以上介电常数变化不大，但介电损耗提高四倍。高频下电性能仅次于聚四氟乙烯。 3）加工方法：采用注射成型方法，软化点低，熔融温度范围较宽，熔体流动性好。 12聚苯乙烯(PS)（一）结构与性能13（二）PS用途电气用品：如电视机、录音机以及各种电器仪表零件、壳体； 包装容器：如食品包装容器； 日用杂品：如梳、盒、牙刷柄、圆珠笔以及儿童玩具。 质轻的泡沫塑料，在建筑工业上能防震、保温。电冰箱、 火车、船、飞机等用来隔音、隔热。还用于做耐腐蚀设 备，如贮酸槽，以及救生圈等。13（二）PS用途14 ABS（一）ABS的合成 三种合成方法：即共混法、接枝法和接枝共混法。 由丙烯

10、腈、苯乙烯、丁二烯共聚而得。（二） 性能 综合性能较好的工程塑料，微黄，不透明，无毒无味，分子量10000左右。 1 具有优异的耐冲击强度，特别是低温下有很高的冲击强 度，而且热变形温度高。 2 电性能、耐化学药品性、耐油性好， 3 尺寸稳定性好、耐蠕变、耐应力开裂制品表面光泽性好， 4 成型方法：注射成型、挤出成型、真空成型、吹塑成型等。14 ABS（一）ABS的合成15（三）用途 机械工业：制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、贮槽内衬等。 电气工业: 电机外壳、仪表壳、蓄电池槽、电话机壳、听筒、手持话筒以及冷藏库、洗衣机、除尘器、电风扇、收音机、电视机、录音机等家用电器具和零部件等。 汽车

11、行业：如挡泥板、扶手、调速器的刻度盘、灯罩。 航空工业：作为机舱内装饰板，代替了过去的酚醛塑料板。15（三）用途16 聚酰胺（PA） （一）聚酰胺的种类和合成 种类：NHRNHCORCOn和NHRCOn两种。 PA6：由已内酰胺连续加热聚合，得聚己内酰胺。 PA66：己二酸和己二胺等当量混合，得到66盐，进行缩聚反应，脱去水，可得到PA66。16 聚酰胺（PA） 17（二） PA结构与性能 1 结构：每隔一定距离就含有一个酰胺基，这个酰胺基与相邻分子的酰胺基极易形成氢键。2 性能：1）拉伸强度和冲击强度在热塑性工程塑料中是较好的。 结晶度、结晶构造、吸水量和使用温度不同，有很大差别。拉伸强度在

12、4575MPa，经GF增强其拉伸强度可达200MPa以上，并且有较大的伸长率。拉伸强度极限随温度升高而逐渐降低，断裂伸长率却随温度升高而增加。17（二） PA结构与性能2 性能：18 2） 耐磨耗性和润滑性好；种类不同，摩擦系数也不大一样， 结晶度增大摩擦系数变小。 PA是一种自润滑材料，可以做成轴承、齿轮等摩擦零件。 PA耐一般的化学药品，在普通的使用条件下醇、碱、脂、烃、酮、油等对它不起作用。酚类和甲酸在常温下，卤化醇、多元醇在加热情况下可溶解PA。 3） 酰胺键的水解作用：温度在l00以下时，水对酰胺键不起作用，但温度超过150时，并在压力作用下，水则会使酰胺键发生水解。在碱作用下，水解

13、反应会稍有增加。无机酸和强有机酸使酰胺键强烈水解，弱有机酸几乎不起作用。在氧化物和紫外线作用下，大分子会逐渐降物解。18 2） 耐磨耗性和润滑性好；种类不同，摩擦系数也不大一样194）耐油性很好，对矿物油、动物油和油脂均具有惰性。5）PA薄膜对水蒸汽透过率高，但对氧、氮、二氧化碳气体透过率极小。6）在干燥时电性能很好，随着吸水量增大而变坏。当水分增加1时，电阻系数下降10，介电常数与介电损耗随吸水量的增加而增大。不适合作高频绝缘材料。194）耐油性很好，对矿物油、动物油和油脂均具有惰性。203.加工时应注意以下几点： (1) 因为PA是结晶性高分子，熔融温度范围窄、PA 66在250，PA6和

14、PA610在210高温下有明显的熔点。一般成型温度在230290。 (2) 熔融粘度对温度的依赖性很大，分解温度与熔点相近，成型时要严格控制加工温度，在成型时应避免长时间在设备中滞留而分解。 (3)PA的熔体粘度低，流动性大，喷嘴必须用弹簧针阀式喷嘴，以免产生流延现象，模具也需精确加工。 (4)PA吸湿性大，应避免长时间暴露于空气中，使用前控制水分在0.1以下。 203.加工时应注意以下几点：21（三）用途 1 做纤维使用：因为比重小，耐摩擦，抗弯曲，适合用于制 造绳子、渔网、轮胎帘子线、过滤布、各种刷子等制品。 作为衣料用纤维，所占比例也较大。 2 机械工业：纺织机械中的各种齿轮、辊、凸轮、

15、衬套、以 及各种导向件。 3 汽车：用于汽化器、燃料泵的零件、导油管、电扇等。 4 一般机械：用于油轮、凸轮、衬套、耐压软管、壳、罩、 皮带轮、链子等。即使在无油润滑的情况下操作，转时也 无噪音。在电气工业上用于线圈、开关、电池套以及计算 机数字盘等。 5 建筑材料、日用品、家庭用品方面也有广泛应用。例如窗 帘、梳子、器皿、拉链、球板和雨衣、雨伞等方面。21（三）用途22聚碳酸酯（PC）（一）聚碳酸酯结构与性能 1、结构：主链结构是芳香族的碳酸酯结构，平均分子量为 2500050000，高时可达70000。 2、性能： 1）结构单元分子量254，且较长。主链上有苯环，主链结构刚 性较大，酯基团

16、是极性基团，增加了分子之间的相互作用力，使其柔性很差，熔点、玻璃化温度高。链的刚性又使高聚物在受力情况下形变小，抗蠕变性好，尺寸稳定。 2）溶解性：由于酯基存在使PC在很多溶剂中溶解。 3）加工性能：PC分子量高，熔融时粘度增加，加工特性也随之变化，成形材料的形变温度上升。分子量在2万以上时，强度不受分子量影响，分子量在2万以下，强度是要下降的。 22聚碳酸酯（PC）（一）聚碳酸酯结构与性能234）PC塑料透明，呈淡黄色，透光率可达89，可代替PMMA，也可以做染色制品。尺寸稳定性好，收缩率也最小，为0.50.8，吸水性也最小。5）PC力学性能较好，有很好的抗冲击性能，在常温下悬壁梁式缺口冲击

17、强度为5070kg-cm/cm，是塑料中最高的。对温度的变化依赖性小。6）耐磨性较差，加入某些填充料可以改善它的耐磨性。7）耐热性好，长期使用温度为120，热变形温度为132 (1.85MPa负荷) -140(0.46MPa负荷)。8）介电常数与介电损耗在很大的范围内，与温度和频率没有依赖性，9）无毒、无味、无臭，具有一定的耐化学腐蚀性。在室温下不受稀酸、氧化剂、还原剂、盐类、油及各种脂肪烃浸蚀。10）成型方法：热塑性树脂的成型方法都适用于PC的成型。234）PC塑料透明，呈淡黄色，透光率可达89，可代替PM24（二）用途 电子、电器零件：各种开关、开关套子、绝缘接插件、继电器外壳、电容器、接

18、线柱、风扇、家用电器和电子计算器的零件。 结构材料：传递中小负荷的零部件，如齿轮、齿条、蜗轮、蜗杆、凸轮等，各种机罩、缝韧机、纺织机零件、钢盔、照相机壳、户外公用电话亭、信号灯罩、广告板。 航空及宇宙飞行：登月宇宙航行员的护目镜、头盔和机器防护设施。其它方面应用如包装用薄膜、容器、化妆器、包装容器、鞋跟等等。24（二）用途25氟塑料(FP)（一） 氟塑料的种类和制法 1.PTFE(F-4) F-4：白色半透明到不透明固体，高度结晶，结晶熔点为327，氟含量76。俗称“塑料王”。 2.PCTFE(F-3) F-3：好的机械性能、化学性能和介电性能，受热时有一定的流动性，可采用普通热塑料的加工方法

19、进行加工，并可制得形状复杂的制品，优于F-4。 F-3由许多形状规整的聚合物球体粘结成的聚集体，容易分散成粉末状，结晶度可达85%90。25氟塑料(FP)（一） 氟塑料的种类和制法263.FEP(F-46)（四氟乙烯和全氟丙烯的共聚物） 具有F-4的优良性能，又有热塑成型的特点，使用温度低于F-4；耐腐蚀性、电性能和物理机械性能与F-4相仿，抗透气性及耐低温性优于F-4，与玻璃、金属有很好粘接力。 4.聚偏氟乙烯 由偏氟乙烯、二氯二氟乙烷脱氯或者一氯二氟乙烷热分解而成。 通常的聚合方法不适用，只能在900大气压以上的高压下，在80100加热得到聚合物,得到蜡状的低分子量聚合物。263.FEP(

20、F-46)（四氟乙烯和全氟丙烯的共聚物）27（二）性能 氟树脂的高分子链上原子对称规整排列，一般是结晶性高分子，物理性能受分子量和结晶度的影响。所有种类的氟树脂都与分子结构有关，大分子中C-F键具有高的离解能以及氟原子的屏蔽效应和高的电负性，使聚合物具有优良的耐高低温性能，耐化学介质及优良的介电性能。 缺点：一般溶剂都不能溶解，胶接连接很难，耐磨和抗蠕变性不好。但是加入GF、二硫化钼、铜粉等都可改善这些性能。有些氟塑料，如F-4不能用普通的塑料加工方法成型。27（二）性能28 氟塑料性质： 1.耐药品性： F-4最好，塑料中居第一，只有熔融碱金属和氟气体除外，通常的有机溶剂、王水、三氟化硼、热

21、硝酸、热硫酸和高浓度荷性钠溶液都不能侵蚀它。化学稳定性超过了玻璃、陶瓷、不锈钢，甚至金、铂。F-3化学稳定性次于F-4，在高温高压下不能溶解在四氯化碳、苯、甲苯、对二甲苯、均三甲苯、环己烷、环己酮、甲基三氯甲烷等溶剂中。28 氟塑料性质：292.耐热性 F-4在-196260范围内连续使用，超过330时失去结晶性，机械强度急剧下降。250经1000h老化后，其机械强度及介电性能无明显变化。受热膨胀和冷却收缩比大多数塑料和金属更大，模压件冷至-180时收缩2，而从室温加热到260时膨胀率达46。 F-4缺点：随温度变化体积变化很大。聚三氟氯乙烯-四氟乙烯共聚物比F-4的耐热性差一些，但是仍然可在

22、- 200 200温度范围内连续使用。292.耐热性 30 3.电性能 介电损耗和介电系数低，不受温度和湿度的影响，优异的电性能。F-3和聚偏氟乙烯介电系数大，不适合作高频绝缘材料，可作为普通电绝缘材料。F-4介电性能不受频率影响。氟塑料耐电晕放电性低。4.摩擦系数 氟塑料具有低摩擦系数，良好的减摩、自润滑轴承材料，特别突出的是F-4和F-3。5.不粘性 所有的粘接性物质都不能粘接它，这一特点在氟塑料中，又属F-4和聚四氟乙烯-六氟丙烯共聚物最特殊。30 3.电性能 316.吸水性和透湿性 吸水率和透湿性几乎为零。特别是F-3在塑料当中有最低的透湿性。7.耐气候性 氟树脂对紫外线最稳定。特别是

23、聚偏氟乙烯，耐气候件最好，所以适合室外长期使用。氟树脂对放射线比较稳定，但聚氟乙烯经射线辐射后变脆，剂量超过108伦琴时也会成为粉末。8.机械性能 氟塑料的结晶情况对机械强度有很大的影响，氟塑料的机械强度、刚性和硬度都较其他塑料差些，在外力作用下容易发生“冷流”现象。316.吸水性和透湿性 32 9.成型加工性能 热塑性树脂，一般塑料成型方法加工成型，但是F-4即使再加热也不熔融，在330以上成为凝胶状物质，所以可以用类似粉末冶金的方法成型。在所设计的或近似形状的模具中，加入粉末状成型材料，然后慢慢加压，大约在1035MPa的压力下，成型以后，从模具中取出，然后在360380温度下烧结，全部变

24、透明凝胶时取出。必要时再放入第二个模具进行二次成型，但是复杂形状的时候或尺寸精度要求高时，成型后可以用机械加工的办法得到制品。32 9.成型加工性能 33（三）用途 不受任何化学药品的浸蚀，其耐热性、电性能优异。但价格高，主要用在工业方面，民用等领域。 主要用途：涉及化学药品装置的零部件、垫圈、填料、管子、薄壁容器、反应釜、活门、旋塞、阀门、膜片、泵等，它的寿命可以说是半永久性的。氟塑料用于防腐蚀方面，钉孔防腐蚀可以用F-3、聚四氨乙烯-六氟丙烯共聚体，防粘时用F-4，对于流延成型、橡胶模具等方面可以成为永久的脱模剂，也可作为家庭用电熨斗、炒灼的贴胶层。33（三）用途34电器工业方面：氟塑料用

25、于电动机、变压器、蓄电池、电容器、电缆等领域，在高温下使用的绝缘材料；在雷达、电视等无线电通讯的高频电线上，用聚四氟乙烯和聚四氟乙烯六氟丙烯的电线、零件。聚四氟乙烯漆包线用于制造微型电机、热电偶、控制装置等，以及水中运转的电机、无人操纵航标灯的绝缘材料。 聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯的片材、薄膜加工容易且透明，耐候性和化学稳定性好，用途广泛，可用于温室、畜室窗以及特殊医药包装材料。机械工业: 聚四氟乙烯制件对钢的动、静摩擦系数为0.04，是无油润滑和机械工业中不可缺少的材料。 当加入MOS2、SiO2、青铜、玻璃粉、炭黑或石墨等填料以后，除保持它原有的优良性能外，在负荷下其尺寸稳定性可提高l0倍，耐

26、磨性可提高5001000倍。把F-4粉状填料加入到其他塑料中时，使共摩擦系数大大减小。 除F-4以外的氟塑料，尤其是聚偏氟乙烯可以作为热收缩薄膜，用于包装工业。F-4纤维可用于滤布、编织填料、人工血管、垫圈以及各种轴承。34电器工业方面：氟塑料用于电动机、变压器、蓄电池、电容器、LFT概念及发展历史LFT是Long-fiber reinforce thermoplastic的简称,中文译为长纤维增强热塑性塑料; 早在20世纪80年代，欧美国家就提出了LFT的概念。只是，由于当时的纤维浸渍技术以及长纤维粒料的注塑、模压成型工艺及生产设备相对落后，导致对LFT技术的研究进步缓慢。20世纪90年代中

27、期，随着汽车工业的快速发展，以及人们对环保及节能意识的增强，尤其是能源危机、石油涨价，促使汽车轻量化成为新型汽车的发展趋势，也使得人们再次将注意力转向到了FT的研究和开发上；环保、节能、汽车轻量化成为LFT快速发展的主要动力在2002年时，LFT的产量就达到6万t/y,（其中PP占到56、PA占到32，从地区分布看，欧美占到了总量的92），并保持30%左右的增长率，2006仅欧洲的用量就接近14万t了，经过近几年的快速发展、亚州的比重也有了明显的提高。LFT概念及发展历史LFT是Long-fiber reinfLFT的成型工艺及主要成品长纤维经过专用的模具浸渍专用的树脂体系，得到被树脂充分浸润的长条，然后根据需要切成需要的长度采用最多的基体树脂是PP、其次是PA、也有使用PBT、PPS、SAN等树脂的，只是针对不同的树脂需要使用不同的纤维，才以达到较好的效果；根据最终用途不同，成品可以是长条的、也可以是带状的、一定宽度的板子，甚至可以是棒状的、直接用于取代热固性产品。 LFT的成型工艺及主要成品长纤维经过专用的模具浸渍专用的树脂LFT制品