第一二章关于塑料材料.

[e-mail]gineering塑料树脂配方及原理曹新鑫（河南理工大学材料学院）[e-mail]@hpu.edu.cn课程简介课程性质本课程是材料科学与工程专业高分子方向的专业选修课程，是以高分子化学及物理和高聚物流变学的基本理论为指导，分析塑料材料的结构性能、成型加工的特点，掌握成型用物料的配制、选材的基本原理与方法及塑料制品设计原则和注意事项，并了解一些典型制品的加工工艺及生产中的不正常现象产生的原因。学时：32选用教材《塑料产品工业设计基础》，郁文娟顾燕，化学工业出版社。参考教材1、张克惠.塑料材料学——高等学校材料科学系列教材.西安：西北工业大学出版社，2001年08月；2、王文广.塑料材料的选用.北京：化学工业出版社，2001年01月。[e-mail]课程学习目标熟知各类塑料树脂及其特性用途掌握相关制品设计注意事项了解相关树脂市场及大型企业[e-mail]第5章产品结构设计第6章产品组装设计第7章产品功能设计第8章产品应用设计第1章绪论第2章聚合物化学与塑料基础第3章塑料材料实用性能第4章塑料设计材料[e-mail]第1章塑料的历史与发展塑料的应用包装材料建筑材料电子电器汽车工业医疗卫生塑料——工业设计的首选材料绪论[e-mail]1.1塑料的历史与发展赛璐珞酚醛树脂聚烯烃、工程塑料天然高分子加工阶段合成树脂阶段大发展阶段纤维素的改性和加工新材料新技术以合成树脂为基础原料生产塑料目前我国是全世界塑料的第二大生产国，也是第二大消费国（另有说法：第一大消费国）。.从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起，塑料工业迄今已有140多年的历史。其发展历史可分为三个阶段。[e-mail]天然高分子加工阶段这个时期以天然高分子，主要是纤维素的改性和加工为特征。1869年美国人J.W.海厄特发现在硝酸纤维素中加入樟脑和少量酒精可制成一种可塑性物质，热压下可成型为塑料制品，命名为赛璐珞。1872年在美国纽瓦克建厂生产。当时除用作象牙代用品外，还加工成马车和汽车的风挡和电影胶片等，从此开创了塑料工业，相应地也发展了模压成型技术。1903年德国人A.艾兴格林发明了不易燃烧的醋酸纤维素和注射成型方法。1905年德国拜耳股份公司进行工业生产。在此期间，一些化学家在实验室里合成了多种聚合物，如线型酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯等，为后来塑料工业的发展奠定了基础。1904年世界塑料产量仅有10kt，还没有形成独立的工业部门。[e-mail]合成树脂阶段(3-1)这个时期是以合成树脂为基础原料生产塑料为特征。1909年美国人L.H.贝克兰在用苯酚和甲醛来合成树脂方面，做出了突破性的进展，取得第一个热固性树脂──酚醛树脂的专利权。在酚醛树脂中，加入填料后，热压制成模压制品、层压板、涂料和胶粘剂等。这是第一个完全合成的塑料。1910年在柏林吕格斯工厂建立通用酚醛树脂公司进行生产。在40年代以前，酚醛塑料是最主要的塑料品种,约占塑料产量的2/3。主要用于电器、仪表、机械和汽车工业。1920年以后塑料工业获得了迅速发展。其主要原因首先是德国化学家H.施陶丁格提出高分子链是由结构相同的重复单元以共价键连接而成的理论和不熔不溶性热固性树脂的交联网状结构理论，1929年美国化学家W.H.卡罗瑟斯提出了缩聚理论，均为高分子化学和塑料工业的发展奠定了基础。由于当时化学工业总的发展十分迅速，为塑料工业提供了多种聚合单体和其他原料。当时化学工业最发达的德国迫切希望摆脱大量依赖天然产品的局面，以满足多方面的需求。这些因素有力地推动了合成树脂制备技术和加工工业的发展。1914年-1918年[e-mail]合成树脂阶段(3-2)第一个无色的树脂是脲醛树脂。1928年，由英国氰氨公司投入工业生产。1911年，英国F.E.马修斯制成了聚苯乙烯，但存在工艺复杂、树脂老化等问题。1930年，德国法本公司解决了上述问题，在路德维希港用本体聚合法进行工业生产。在对聚苯乙烯改性的研究和生产过程中，已逐渐形成以苯乙烯为基础，与其他单体共聚的苯乙烯系树脂，扩展了它的应用范围。1931年,美国罗姆-哈斯公司以本体法生产聚甲基丙烯酸甲酯，制造出有机玻璃。1926年，美国W.L.西蒙把尚未找到用途的聚氯乙烯粉料在加热下溶于高沸点溶剂中,在冷却后,意外地得到柔软、易于加工、且富于弹性的增塑聚氯乙烯。这一偶然发现打开了聚氯乙烯得以工业生产的大门。1931年德国法本公司在比特费尔德用乳液法生产聚氯乙烯。1941年,美国又开发了悬浮法生产聚氯乙烯的技术。从此,聚氯乙烯一直是重要的塑料品种，它又是主要的耗氯产品之一，在一定程度上影响着氯碱工业的生产。1939年,美国氰氨公司开始生产三聚氰胺-甲醛树脂的模塑粉、层压制品和涂料。[e-mail]合成树脂阶段(3-3)1933年英国卜内门化学工业公司在进行乙烯与苯甲醛高压下反应的试验时，发现聚合釜壁上有蜡质固体存在，从而发明了聚乙烯。1939年该公司用高压气相本体法生产低密度聚乙烯。1953年联邦德国K.齐格勒用烷基铝和四氯化钛作催化剂，使乙烯在低压下制成为高密度聚乙烯，1955年联邦德国赫司特公司首先工业化。不久，意大利人G.纳塔发明了聚丙烯，1957年意大利蒙特卡蒂尼公司首先工业生产。从40年代中期以来，还有聚酯、有机硅树脂、氟树脂、环氧树脂、聚氨酯等陆续投入了工业生产。塑料的世界总产量从1904年的10kt，猛增至1944年的600kt，1956年达到3.4Mt。随着聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等通用塑料的发展，原料也从煤转向了以石油为主，这不仅保证了高分子化工原料的充分供应，也促进了石油化工的发展，使原料得以多层次利用，创造了更高的经济价值。1939年－1945年[e-mail]大发展阶段(3-3)在这一时期通用塑料的产量迅速增大。聚烯烃塑料在70年代又有聚1-丁烯和聚4-甲基-1-戊烯投入生产。形成了世界上产量最大的聚烯烃塑料系列。同时出现了多品种高性能的工程塑料。1958～1973年的16年中,塑料工业处于飞速发展时期,1970年产量为30Mt。除产量迅速猛增外，其特点是：①由单一的大品种通过共聚或共混改性，发展成系列品种。如聚氯乙烯除生产多种牌号外,还发展了氯化聚氯乙烯、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、氯乙烯－偏二氯乙烯共聚物、共混或接枝共聚改性的抗冲击聚氯乙烯等。②开发了一系列高性能的工程塑料新品种如聚甲醛、聚碳酸酯、ABS树酯、聚苯醚、聚酰亚胺等。③广泛采用增强、复合与共混等新技术，赋予塑料以更优异的综合性能，扩大了应用范围。。[e-mail]新技术、新材料塑料的物理、化学改性重新合成新的聚合物品种成型加工技术特种功能塑料纳米复合材料热塑性弹性体天然纤维复合材料BeforeAfter塑料研究领域的现状.仍是以注射、挤出、吹塑、热成型等为主超高速成型、精密注射成型、气辅注射成型、结构发泡成型、夹心注射成型、多组分注射、熔芯模塑、注射压缩、抵押注射成型等[e-mail]乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）薄膜（美国杜邦公司和日本旭硝子公司）10多万平米（108万平方英尺）PC屋顶板材（拜耳公司）沈阳奥体中心2万平方天津奥体中心（“水滴”）1.3万平方小常识•杜邦是由杜邦家族（法国移民）组成的依靠化学工业和军火工业起家的财团，尼龙（丝袜）、特氟龙、莱卡（塑身内衣）、Kevlar（防弹背心）•旭硝子株式会社（AGC，三菱子公司）世界三大液晶面板显示器基板玻璃厂商之一（美国康宁、德国肖特（：蔡司）），主打产品：电子玻璃、平板玻璃、汽车玻璃、显示器玻璃•拜耳，德国最大的产业集团。高分子、医药保健、化工以及农业是公司的四大支柱产业。阿司匹林，“世纪之药”。[e-mail]第1章塑料的历史与发展塑料的应用包装材料建筑材料电子电器汽车工业医疗卫生塑料——工业设计的首选材料绪论[e-mail]1.2塑料的应用2.低端产品为主高端的产品还比较缺乏，差别化的产品也比较少更多依靠制造业产业，才带动整个材料行业产业发展1.需求大，产量高产量地区分布集中在东南沿海广东、浙江、江苏、山东产量位居全国前列2009年国内塑料需求量汽车电气建材包装20067012001600单位：万吨国内市场特点小常识：五大通用树脂-----聚氯乙烯（PVC）与聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和[e-mail]包装材料蔬果保鲜包装薄膜塑料饮料瓶饮水包装瓶（桶）高阻隔性、多功能性薄膜或容器药用包装1.塑料瓶（HDPE、PP）包装代替低质量的黄圆玻璃瓶封蜡包装轻量化、薄壁化、高阻渗性、防静电、新型降解、茂金属塑料等要求：适应的气体透过性，保持适宜的O2和CO2浓度。eg.PET啤酒包装瓶--微量的氧气进入、CO2的流失、耐60度左右温度（巴氏灭菌方式）5加仑饮水桶：PVC（添加剂毒性问题）、PET（市场混乱、以次充好）举例：酸奶包装材料对比（下页）聚丙烯薄膜聚乙烯薄膜PET聚酯瓶碳酸饮料、啤酒、果汁等主要厂家：珠海中富、上海紫江集团发展食品级PC原料十分紧迫。2.铝塑泡罩包装：聚偏二氯乙烯（PVDC，对水蒸气及某些气体的阻隔性能均优于PVC）或其复合材料代替PVC3.口服液类塑料瓶包装：避光并有计量刻度或计量杯的塑瓶（PET、PC）代替低质落后的玻璃瓶或塑料瓶[e-mail]举例：酸奶包装材料对比[e-mail]建筑材料硬质（PVC-U）给排水管材阻燃LDPE电缆线套管、保温管道用的HDPE外护管、光纤通信电缆的硅芯套管均聚聚丙烯（PP-H管）、.嵌段共聚聚丙烯（PP-B管）、无规共聚聚丙烯（PP-R管）：给排水用ABS管等特殊用途塑料管材塑料门窗保温防水装饰材料塑料建材制品是继钢材、木材、水泥之后，第四类重要的建筑材料.聚氯乙烯（PVC）塑料玻璃纤维增强不饱和聚酯（GUP）塑料门窗聚氨基甲酸酯（PUR）硬质泡沫塑料门窗保温节能、隔声密封性好、抗风压性能、耐腐蚀性、耐候性、防火性能、绝缘性能、装饰性能好PVC外墙装饰板透明采光屋顶、天棚、天窗等厨房塑料壁柜、屋顶扣板等挤塑型、模塑型聚苯板与砂浆外墙外保温系统喷涂聚氨酯硬泡体防水保温材料聚氯乙烯和三元乙丙防水卷材20世纪50年代德国率先开发[e-mail]汽车工业纳米复合材料可喷涂和免喷涂塑料塑件配光镜和动力系统仪表板、内饰系统聚碳酸酯做成的前照灯配光镜(GE)复合材料(玻璃和碳纤维)传动轴动机气门室罩和机油盘采用聚酰胺、反应注塑聚氨酯、环氧树脂等玻璃纤维增强塑料模制或压制而成-TPO系纳米复合材料汽车踏脚板（GE）-纳米聚丙烯复合材料保险杠（TOYOTA）可导电的聚苯醚/聚酰胺车身塑料（GE）PC/PBT的汽车车身板-泡沫聚氨酯门板(部分国产汽车)-改性聚丙烯硬质仪表板（经济型车）-聚氨酯反应发泡成型软质仪表板（中高档车）汽车所用塑料不是纯的(单一)的某一种品种，而是经过改性的“改性塑料”。使用塑料代替金属的主要目的：减轻车重、减少排放和降低成本[e-mail]第1章塑料的历史与发展塑料的应用包装材料建筑材料电子电器汽车工业医疗卫生塑料——工业设计的首选材料绪论[e-mail]1.3塑料-工业设计的首选材料物理、化学、电学等适用加工方法、成本、难易程度、