工程塑料介绍

第3章工程塑料工程塑料是指物理力学性能及热性能比较好的、可以当作结构材料使用的且在较宽的温度范围内可承受一定的机械应力和较苛刻的化学、物理环境中使用的塑料材料。12特性：优异的力学性能、化学性能、电性能、尺寸稳定性、耐热性、耐磨性、耐老化性能等。应用：电子、电器、机械、交通、航空航天等领域分类：通用工程塑料和特种工程塑料通用工程塑料：使用量大，长期使用温度在100~150℃，可作为结构材料使用的塑料材料例如：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、热塑性聚酯等3主要内容3.1聚酰胺（PA）3.2聚碳酸酯（PC）3.3聚甲醛（POM）3.4聚苯醚（PPO）3.5热塑性聚酯3.6聚苯硫醚（PPS）43.7聚酰亚胺（PI）3.8聚砜类塑料3.9聚芳醚酮类塑料（PAEK）3.10氟塑料3.11氯化聚醚（CP）3.1聚酰胺（POLYAMIDE，PA）聚酰胺俗称“尼龙”，指分子主链上含有酰胺基团（—NHCO—）的高分子化合物。制备：二元胺和二元酸通过缩聚反应或ω-氨基酸或内酰胺自聚而得5nHOOC(CH2)4COOHnNH2(CH2)6NH2HNH(CH2)6NHCO(CH2)4COOH(2n-1)H2On聚酰胺663.1.1聚酰胺的结构与性能白色至淡黄色的颗粒，制品坚硬，表面有光泽，氢键的存在使其具有良好的力学性能、耐油性、耐溶剂性，吸水率比较大。（1）力学性能优良拉伸强度、冲击强度、刚性、耐磨性较好；但易受温度和湿度的影响67（2）电性能在低温和干燥条件下具有良好的电绝缘性，但在潮湿的环境中，电阻率和介电强度会降低，介电常数和介质损耗明显增大。温度上升，电性能也下降（3）热性能存在氢键，熔融温度比较高，熔融温度范围比较窄，有明显的熔点热导率很低3.1.2聚酰胺的加工性能热塑性塑料的一般成型方法都适用：注射、挤压、模压、吹塑、浇注等（1）原料吸水性大，高温易氧化变色，加工前必须干燥，80~90℃，10~12h（2）融化物黏度低，流动性大，必须采用自锁式喷嘴（3）收缩率大，必须经过多次试加工，进行修模（4）热稳定性较差，易热分解而降低制品的性能83.1.3聚酰胺的应用由于聚酰胺优良的性能，在汽车工业、交通运输业、机械工业、电子电器工业、包装业、体育器材以及家具制造业上有广泛应用。例如：轴承、齿轮、凸轮、磙子、辊轴、泵叶轮、风扇叶轮、涡轮、螺钉、螺帽、垫圈、高压密封圈、阀座、输油管等93.2聚碳酸酯（POLYCARBONATE,PC）聚碳酸酯是指分子主链中含有链节的线性高聚物10OROCO分类：根据R基团的不同，分为脂肪族、脂环族、芳香族等类型其中，芳香族聚碳酸酯最有工业价值，以双酚A型为主，产量仅次于聚酰胺3.2.1聚碳酸酯的结构与性能双酚A型聚碳酸酯的结构式：11OCOCH3CH3COn分子主链中含有柔顺的碳酸酯链和刚性的苯环，从而赋予了聚碳酸酯许多优异的性能。聚碳酸酯是一种透明、微黄色的坚韧固体，密度1.20G/CM3（1）力学性能十分优良，既刚又韧；拉伸、弯曲、压缩强度都较高，且受温度影响小；冲击性能突出；抗蠕变性能好缺点是易产生应力开裂、耐疲劳性差，缺口敏感性高，不耐磨损12（2）热性能耐高低温性能很好；热导率、比热容不高；线膨胀系数较小；阻燃性好，具有自熄性（3）电性能较好的电绝缘性可在宽温度范围内和潮湿的条件下保持良好的电性能；介电常数和介电损耗在10~130℃接近常数13（4）耐化学药品性一定的耐化学药品性；（5）其他性能透光率很高，约为87~90%；折射率高，可作为透镜光学材料很好的耐候性和耐热老化能力143.2.2聚碳酸酯的加工性能采用注塑、挤出、吹塑、真空成型、热成型等方法（1）成型要求较高的温度和压力（2）易产生内应力，应进行后处理（3）吸水性不大，但高温下对微量水敏感，加工前应严格进行干燥（4）收缩率低，成型制品精度较好153.2.3聚碳酸酯的应用领域广泛应用于交通运输、机械工业、电子电器、包装材料、光学材料、医疗器械、生活日用品等方面例如：可应用在大型灯罩、防护玻璃、照相器材、飞机座舱玻璃、电力工具、防护安全帽、热水杯、奶瓶、餐具；录音带、录像带、光盘、储存器等163.3聚甲醛（POLYOXYMETHYLENE,POM）第三大通用工程塑料，产量仅次于聚酰胺和聚碳酸酯3.3.1聚甲醛的结构聚甲醛分子主链上具有重复单元，是一种无侧链、高密度、高结晶度的线性聚合物，具有优异的综合性能。17CH2O18根据分子链化学结构的不同，分为均聚甲醛和共聚甲醛均聚甲醛是以三聚甲醛为原料，以三氟化硼-乙醚络合物为催化剂，在石油醚中聚合，然后经过端基封闭而得到的分子结构式：CH3COCH2OCCH3OOn19共聚甲醛是以三聚甲醛为原料与二氧五环作用，以三氟化硼-乙醚为催化剂共聚，然后经后处理除去大分子链两端不稳定部分而成的分子结构式：CH2OCH2OCH2OCH2nxy3.3.2聚甲醛的性能白色粉末或颗粒，硬而质密，表面光滑有光泽，着色性好。（1）力学性能较高的弹性模量、硬度和刚性；耐疲劳性、耐磨性以及耐蠕变性好；随温度变化小（2）热性能热变形温度较高，短期使用温度140℃，长期100℃2021（3）电性能优良的电绝缘性能不随温度变化（4）耐化学药品性室温下，耐化学药品性非常好；但在高温下不耐强酸和氧化剂（5）其他性能吸水率0.25%，尺寸稳定性好，湿度对尺寸无影响耐候性不好，在紫外线辐射下，冲击强度下降，表面粉化，力学强度下降3.3.3聚甲醛的加工性能加工方法可采用注塑、挤出、吹塑、模压、焊接等（1）吸水性小，一般不干燥（2）热稳定性差，熔体黏度对温度不敏感，加工温度一般控制在250℃以下（3）结晶度高，成型收缩率大，壁厚制品采用保压补料方式防止收缩（4）冷凝速度快，易产生缺陷，可采用提高模具温度的方法减小缺陷（5）制品易产生残余内应力，后收缩比较明显应进行后处理，温度100~130℃，6h。223.3.4聚甲醛的应用领域聚甲醛具有十分优异的综合性能，特别适合于制造耐摩擦、磨损及承受高载荷的零件，如齿轮、滑轮、轴承等广泛应用于汽车工业、精密仪器、机械工业、电子电器、建筑器材等233.4聚苯醚（POLYPHENYPHENYLENEOXIDE,PPO）结构式：24合成：OCH3CH3nCH3OHCH3+n2O2CH3OCH3n+nH2On3.4.1聚苯醚的性能线型、非结晶性聚合物白色或微黄色粉末，综合性能优良（1）力学性能很高的拉伸强度、模量和抗冲击性；硬度和刚性都比较大；耐磨性好耐疲劳性和耐应力开裂不好25（2）热性能耐热性很好；26热变形温度190℃，玻璃化转变温度210℃，熔融温度260℃，热分解温度350℃，脆化温度-70℃，长期使用温度-125~120℃阻燃性能好，具有自熄性线膨胀系数最低（3）电性能优异的电绝缘性；介电常数和介电损耗都很小，最低电性能不受湿度影响（4）耐化学药品性优良3.4.2聚苯醚的加工性能可采用注塑、挤出、吹塑、发泡、真空成型、焊接成型等方法（1）熔融状态下熔体黏度很大，接近于牛顿流体，但随温度升高会有所偏离，加工时应提高温度并适当增加注射压力；27（2）分子链刚性较大，易产生内应力，需要后处理，180℃的甘油中热处理4h；（3）吸水性小，可进行干燥，140~150℃，3h；（4）成型收缩率低，可重复使用3.5热塑性聚酯热塑性聚酯：由饱和二元酸和饱和二元醇缩聚得到的线性高聚物。常用的两种：聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸丁二醇酯283.5.1聚对苯二甲酸乙二醇酯（POLYETHYLENETEREPHTHALATE,PET）制备：对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯与乙二醇缩聚分子结构式：29分子链由刚性的苯基、极性的酯基和柔性的脂肪烃基组成，大分子链既刚又硬，有一定的柔顺性。CCOOOCH2O2n聚对苯二甲酸乙二醇酯的性能无定形聚对苯二甲酸乙二醇酯：无色透明固体，密度1.3~1.33g/cm3，折射率1.655，透光率90%；结晶型聚对苯二甲酸乙二醇酯：乳白色半透明的固体，密度1.33~1.38g/cm3阻隔性能好，对O2、H2、CO2有较高的阻隔性；吸水性较低，尺寸稳定性好30（1）力学性能优越的力学性能较高的拉伸强度、刚度和硬度；良好的耐磨性；良好的耐蠕变性；力学性能随温度变化很小；热力学性能和冲击性能差（2）热性能熔融温度255~260℃，长期使用温度120℃，短期使用温度150℃31（3）电性能优良的电绝缘性；电性能受温度、湿度影响（4）耐化学药品性不耐强酸强碱；室温下对极性溶剂较稳定；具有优良的耐候性32聚对苯二甲酸乙二醇酯的加工性能可采用注塑、挤出、吹塑等方法（1）熔体具有较明显的假塑体特征，因而黏度对剪切速率的敏感性大，对温度的敏感性小（2）吸水性虽小，但熔融下易水解，必须干燥33（3）成型收缩率大，可改性或后处理（4）结晶速度慢，可采用提高模温或加入结晶促进剂改善聚对苯二甲酸乙二醇酯的应用聚对苯二甲酸乙二醇酯的应用领域主要有纤维、薄膜、聚酯瓶及工程塑料等几个方面；纤维的用量很大，目前世界上约有半数左右的合成前卫是有聚对苯二甲酸乙二醇酯制造的；没有增强改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯主要用来制作薄膜和聚酯瓶；3435改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯可用作电子器件、汽车零件、机械零件例如变压器、电视机、连接器、集成电路外壳、继电器、开关、阀门、排气零件、齿轮、叶片等3.5.2聚对苯二甲酸丁二醇酯（POLYBUTYLENETEREPHTHALATE,PBT）制备：对苯二甲酸和丁二醇缩聚，可以采用直接酯化法及酯交换法分子结构式：36COOCH2OC4On脂肪链较长，分子更加柔顺聚对苯二甲酸丁二醇酯的性能乳白色结晶固体，无味、无臭、无毒，密度1.31g/cm3，吸水率0.07%，制品表面有光泽（1）力学性能一般增强改性后性能大幅度提高（2）热性能耐热性不高玻璃化转变为度51℃，熔融温度225~230℃，热变形温度55~70℃37（3）电性能优良的电绝缘性温度和湿度影响小（4）耐化学药品性耐弱酸、弱碱、醇类、脂肪烃类、高分子量酯类和盐类不耐强酸、强碱、苯酚类化学试剂热水中水解38聚对苯二甲酸丁二醇酯的加工性能可采用注塑、挤出成型（1）加工流动性好，可以制备厚度较薄的制品（2）虽然吸水性小，但为防止高温下水解，进行干燥；120℃，3~5h（3）制品在不同方向上的成型收缩率差别大，不跟制品的几何形状、成型条件、贮存时间、条件及温度有关39聚对苯二甲酸丁二醇酯的应用电子、电气、汽车、机械等方面在电子、电气方面，主要利用其优良的耐热性、电绝缘性、阻燃性、成型加工性及尺寸稳定性；制作连接器、线圈架、电机零件、开关、插座、变压器骨架；在汽车工业方面，利用其优良的耐冲击性；制作汽车保险杠、手柄、底座等403.5.3聚芳酯（POLYARYLATE,PAR）分子结构式：41分子主链中带有芳香环和醚键，具有更好的耐热性和其他综合性能CCOOOCOCH3CH3n（1）力学性能良好具有良好的耐冲击性、耐蠕变性、应变回复性、耐磨性及较高的强度（2）热性能由于苯环的存在，具有优异的耐高温性线膨胀系数小，尺寸稳定性好，热收缩率低良好的阻燃性（3）电性能优良的电绝缘性，电性能受温度、湿度的影响小42性能：43（4）其他性能优异的透明性、耐紫外线性、气候稳定性（5）加工性能可以采用注塑、挤出、吹塑等方法成型前必须干燥应用：广泛应用于电子、电气、医疗器械、汽车工业、机械设备等各个方面3.5.4聚苯酯（AROMATICPOLYESTER）分子结构式：OCOn44性能：优异的综合性能；热稳定性、自润滑性、硬度、电绝缘性、耐磨耗性是目前所有高分子材料中最好的。同时具有极好的介电强度、很小的介电损耗，并且不溶于任何溶剂和酸中。3.6聚苯硫醚（POLYPHENYLSULFONE,PPS）分子主链上含有苯硫基的结晶性热塑性工程塑料分子结构式：45分子主链由苯环和硫原子交替排列，规整性强，苯环提供刚性，硫醚键提供柔顺性，刚柔兼备具有优异的综合性能Sn3.6.1