第三章塑料

第三章塑料第三章塑料第一节塑料简介第节塑料简介第二节热塑性塑料第三节工程塑料第四节热固性塑料第四节热固性塑料第三章塑料第三章塑料第一节塑料简介第节塑料简介第二节热塑性塑料第三节工程塑料第四节热固性塑料第四节热固性塑料第三节工程塑料程料定义：定义：作为结构材料使用，能经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件具有优异的力学性能耐热耐磨和较苛刻的环境条件，具有优异的力学性能，耐热、耐磨，尺寸稳定。工程塑料的特点：结构材料；能承受较宽的温度范围；耐物理、化学环境；价格贵。高性能高分子高性能高分子（highperformancepolymers,HPPs）定义定义：相对于通用高分子而言具有更为优越、独特的性能，且前尚未大规模生产用途相对特殊长期使用度较高的高目前尚未大规模生产，用途相对特殊，长期使用温度较高的高分子材料。特征特征：（1）苛刻环境下超乎寻常的热稳定性、化学稳定性、阻燃性、抗蠕变与疲劳性以及耐磨耗等特性。（2）可以采用常规工艺进行加工，如可采用流延法制成薄膜；采用挤出、注射、模压等工艺加工成为结构件等。（3）相对于通用高分子而言，市场份额小、应用领域特殊、附加值高附加值高。概述工程塑料的发展只有30多年的历史，其增长速度远远超过通用塑料。综合性能优异，其使用价值远远超过通用塑料。聚酰胺（PA）聚酯（PET和PBT）通用工程塑料：聚酰胺（PA）、聚酯（PET和PBT）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、改性聚苯醚（MPPO）通用工程塑料聚苯醚（MPPO）：聚酰亚胺（PI）、聚苯硫醚（PPS）、聚砜（PSF）聚芳酯（PAR）聚芳醚酮特种工程塑料砜（PSF）、聚芳酯（PAR）、聚芳醚酮（PEEK）、液晶聚合物（LCP）约1100多个品级牌号，总产量占全部塑料的18％左右。当前工程塑料的发展方向是对现有品种进行改性、进一步追求性能与价格之间的昀佳平衡并开拓应用范围。（一）聚酰胺（Polyamide、PA、Nylon）主链上含有酰胺基团的聚合物主链上含有酰胺基团的聚合物美国著名化学家卡罗瑟斯和他的科研小组发明的尼龙昀重要的合成纤维原料工程塑料尼龙：昀重要的合成纤维原料工程塑料开发昀早的工程塑料，产量居于首位，工程塑料总产量1/3合成由二元胺和二元酸缩聚，如尼龙66，尼龙610通式－NH-(CH)-NH-CO-(CH)-CO－通式NH-(CH2)x-NH-CO-(CH2)y-CO内酰胺的开环聚合，如己内酰胺开环聚合制Nylon-6氨基酸的缩聚产物NH(CH)CO氨基酸的缩聚产物－NH-(CH2)x-CO-聚合物名称结构简式聚己二酸己二胺(尼龙66)聚己内酰胺(尼龙6)聚癸二酸癸二胺(尼龙1010)聚十一酰胺(尼龙11)聚十二酰胺(尼龙12)聚癸二酰己二胺(尼龙610)聚十二烷二酰己二胺(尼龙612)聚十二烷二酰己二胺(尼龙612)性能和应用力学性能：尼龙是结晶性聚合物（分子链是平面锯齿状结构）酰胺尼龙是结晶性聚合物（分子链是平面锯齿状结构），酰胺基团之间存在牢固的氢键，因而具有良好的力学性能。与金属材料相比虽然刚性逊于金属但是比抗拉强度高与金属材料相比，虽然刚性逊于金属，但是比抗拉强度高于金属，比抗压强度与金属相近，因此可作代替金属材料。抗弯强度约为抗张强度的1.5倍。弯强度约为抗张强度的倍吸湿性：易吸湿（H2O为增塑剂，抗冲击性提高），随着吸湿量的增加，尼龙的屈服强度下降，屈服伸长率增大。疲劳强度：低于钢但与铸铁和铝合金等金属材料相近。疲劳强度随分子量增大而提高，随吸水率的增大而下降。耐摩擦和耐磨耗性好，其摩擦系数为0.1～0.3。1010耐磨耗性昀好。尼龙对钢的摩擦系数在油润滑下下降明显，但在水润滑下却比干燥时高。耐热性良好使用温度一般为-40～100℃。偶数部分对提高mp有作用如PA66mp265℃偶数部分对提高mp有作用：如PA66，mp265℃奇数部分对降低mp有作用：如PA57，mp183℃随着C/（CONH）的增加PA的密度下降随着C/（－CONH－）的增加，PA的密度下降，玻璃化转变温度提高，熔融温度下降阻燃性、耐油、耐溶剂性、电绝缘性良好在湿度较高的条件下也具有较好的电绝缘性缺点吸水性较大，影响其尺寸稳定性。优异的力学性能耐磨100℃左右的使用温度和优异的力学性能、耐磨、100℃左右的使用温度和较好的耐腐蚀性、自润滑摩擦性能制造各种机械电气部件问题PA优异的力学性能？制造各种机械、电气部件如承轴、齿轮、滚子、滑轮、风扇叶片、储油容器、绳索接头等尼龙地毯美军M‐69式尼龙防弹背心 尼龙地毯尼龙管 成型加工以注射成型昀重要，也可挤出、模压、吹塑、浇铸、流化床浸渍涂覆、烧结、冷加工等化床浸渍涂覆烧结冷加等尼龙塑料常加入各种添加剂稳定剂：碳黑有机或无机类稳定剂：碳黑、有机或无机类增塑剂：脂肪族二醇、芳族氨磺酰化合物润滑剂蜡金属皂类润滑剂：蜡、金属皂类主要品种主要品种尼龙66是产量昀大的品种，尼龙6、尼龙610和尼龙1010尼龙1010中国1958年首先研究成功1961实现工业生产尼龙1010中国1958年首先研究成功，1961实现工业生产改性和新型聚酰胺芳香族尼龙（聚芳酰胺）聚芳酰胺的典型化学结构聚芳酰胺是20世纪60年代首先由美国杜邦公司开发成功的耐高温、耐辐射、耐腐蚀的尼龙新品种。成功制成纤维材料耐高温、耐辐射、耐腐蚀的尼龙新品种。成功制成纤维材料后，分别以Kevlar®和Nomex®为商品名对PPTA和PMIA纤维实现了商品化。聚芳酰胺纤维的问世被称为“合成纤维技术史上一个新的里程碑”，问世几十年时间里，其应用逐渐由军用战略物资度高中产种向民用领域过度，成为高性能纤维中产能昀大的品种。作为航空、航天、武器、信息、运输、建筑等军工、民用域材种意讲体个领域不可或缺的基础材料，芳纶从某种意义上讲体现了一个国家的科技力量。聚间苯二甲酰间苯二胺：Poly(m-phenyleneisophthalamide)PMIA，商品名Nomex®，芳纶1313。由间苯二甲酰氯和间苯二胺通过界面缩聚法合成。由间苯甲酰氯和间苯胺通过界面缩聚法合成。密度为138g/cm3在340～360℃很快结晶晶体熔点为密度为1.38g/cm3，在340～360℃很快结晶，晶体熔点为410℃，分解温度450℃，脆化温度为-70℃，可在200℃连续使用。285℃时强度为室温一半，304℃加热100小时仍续使用时强度为室温半，加热小时仍有较高强度。Nomex®耐辐射，具有优异的力学性能和电性能，抗张强耐辐射具有优异的力学性能和性能抗张强度为80～120MPa，抗压模量高达4400MPa。通常用铝片浸渍后剥离的方法制取薄膜，亦可层压制取层压板。难燃，自熄，为H-级绝缘材料（1800C）。聚对苯二甲酰对苯二胺Kevlar®纤维，PPTA，芳纶1414，液晶性质。由对苯二甲酰氯与对苯二胺缩聚而成。高强度、高模量、低由对苯甲酰氯与对苯胺缩聚而成。高强度高模量低密度（ρ＝1.46）、耐高温和高耐磨性；制超高强度耐高温纤维，亦可用作塑料，制成薄膜和层压材料可成薄膜和层压材料。可用作防弹衣材料。当今世界耐高温纤维当今世界耐高温纤维中发展昀快、综合性能优异的高科技特种纤维优异的高科技特种纤维。聚对苯甲酰胺Poly(p-benzamide)商品名Kevlar®-49。对氨基苯甲酸→酰氯盐酸盐→低温溶液聚合。密度1.46，分解温度500℃。2008年全球主要对位芳纶纤维生产商的产能约5.15万吨，2009年达到570万吨2010年605万吨2009年达到5.70万吨，2010年6.05万吨。杜邦公司昀初的Kevlar®品种包括Kevlar®-29、Kevlar®-49等1987年推出了Kl®HTKl®68Kl®49等；1987年推出了Kevlar®-HT、Kevlar®-68、Kevlar®-149等系列产品；2009年推出了适用于防弹衣的Kl®XP产品2009年推出了适用于防弹衣的Kevlar®-XP产品。近期，杜邦公司推出了Kevlar®-AP纤维，将高强度与轻质量组合在起强度是相同质量钢材的5倍并具有热稳质量组合在一起，强度是相同质量钢材的5倍，并具有热稳定性，耐热高达427℃。缺点：对位芳纶由于具有较高的结晶度，因此纤维表面光缺点：对位芳纶由于具有较高的结晶度，因此纤维表面光滑、反应活性低，从而导致与大多数基体间的界面粘附性较差，同时纤维的横向强度也较低，在压缩或剪切作用下易产生断裂技术发展趋势：易产生断裂。技术发展趋势：现有纤维的表面改性：现有纤维表面改性物理技术：等离子体、超声波、γ射线化学方法：①在芳纶分子链中引入第三单体；化学方法：①在芳纶分子链中引入第三单体；②在纤维表面引入羟基、羰基等极性或活泼基团或活泼基团开发新型结构的纤维。日本帝人公司采用第三单体3,4’-二氨基二苯醚对芳纶结构进行改性在定程度上减弱了大分子链的刚性结构进行改性，在一定程度上减弱了大分子链的刚性，提高了对位芳纶纤维的溶解性，从而改善了制造工艺；俄罗斯采用苯并咪唑二胺用于对位芳纶的改性研究俄罗斯采用苯并咪唑二胺用于对位芳纶的改性研究，开发的产品具有更高的力学性能，以用于战略战术武器的制造；的制造；美国加州大学与劳伦斯伯克利国家实验室的科研人员采用Kevlar®对多壁碳纳米管（MWCNT）进行改性发采用Kevlar®对多壁碳纳米管（MWCNT）进行改性，发现MWCNT与PPTA共混后可以制备出性能优异的纳米复合材料。合材料。其它改性PA材料电致发光电致发光PA电致发光PA的结构与特性既保持了PA特有的耐热与耐化学稳定性以及良好的力学性能，同时具有电致发光特性。绿光发射器件在经过1000次反复开关后，PA薄膜仍然表现出优异的电致发光稳定性。低介电常数PA氟摩将含氟基团以及脂环基团引入PA，有效增大聚合物的摩尔体积，同时降低其吸水率。具有较低介电常数，高透明性，在光电通信领域有潜在应用。Low-聚芳酰胺的化学结构透明尼龙普通尼龙是结晶性聚合物，产品呈乳白色。要获得透明性普通尼龙是结晶性聚合物，产品呈乳白色。要获得透明性必须抑制晶体的生成，使其生成非结晶聚合物。采用主链上引入侧链的支化法及不同单体混缩聚法来实现。采用主链上引入侧链的支化法及不同单体混缩聚法来实现。透明尼龙具有高度透明、低吸水性、耐热水性及耐抓伤性，并且仍具有一般尼龙所具有的优良力学强度。高抗冲尼龙高抗冲尼龙是以尼龙66或尼龙6为基体通过与其它聚合物并且仍具有般尼龙所具有的优良力学强度。高抗冲尼龙是以尼龙66或尼龙6为基体，通过与其它聚合物共混的方法来进一步提高抗冲强度的新品种。1976年DupontZytelST(66为基体）抗冲强度比一般1976年Dupont，ZytelST(66为基体），抗冲强度比一般尼龙高10倍；日本开发EX系列(6为基体）。电镀尼龙电镀尼龙过去ABS电镀塑料，近年日本开发T-777电镀尼龙原理化学处理表面粗糙吸附还原催化剂电化学电镀原理：化学处理表面粗糙，吸附还原催化剂；电化学电镀和真空电镀铜、镍、铬等导电性薄层。增强尼龙玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、钛金属晶须等增强尼龙力学强度、耐疲劳性、尺寸稳定性、耐热性及耐侯性均提高单体浇铸尼龙（MC尼龙）尼龙碱聚合法聚合速度快直接在模具内聚合成型尼龙6，碱聚合法，聚合速度快，直接在模具内聚合成型分子量3.5–7万，比尼龙6高一倍；力学性能增加成型加工设备简单，适于大件、多品种和小批量制品反应注射成型（RIM）尼龙高反应活性的尼龙原料于高压下瞬间反应，再注入密闭模高反应活性的尼龙原料于高压下瞬间反应，再注入密闭模具中成型（P138图4-7）结晶性和刚性高吸湿性小结晶性和刚性高，吸湿性小（二）聚酯（PET和PBT）聚酯是由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称。主要指聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，习惯上也包括聚对苯二甲酸丁二酯吸音板(PBT)和聚芳酯等线型热塑性树脂。是一类性能优异、用途广泛的工程料也