第一节塑料第二节橡胶第三节合成纤维第四节胶粘剂

第一节塑料第二节橡胶第三节合成纤维第四节胶粘剂第十二章高分子材料第一节塑料概述塑料是在玻璃态下使用的、具有可塑性的高分子材料。它以树脂为主要组分，加入各种添加剂，能在一定温度和压力下加工成形的各种材料的总称。塑料的组成：1）树脂:塑料的主要组分。它胶粘着塑料中的其它一切组成部分，并使其具有成型性能。绝大多数塑料就是以所用树脂命名的。2）填充剂（填料）:提高塑料的力学、电学性能或降低成本等。它在塑料占有相当大的比例。如加入铝粉可提高光反射能力和防老化；加入二硫化钼可提高润滑性。常用填充剂有云母粉、石墨粉、炭粉、氧化铝粉、木屑、玻璃纤维、碳纤维等。3）增塑剂:提高塑料的可塑性和柔软性。常用熔点低的低分子化合物来增加大分子链间距离，从而达到增加大分子链的柔顺性的目的。常用增塑剂有甲酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡等。4）稳定剂:提高塑料对热、光、氧等的稳定性，延长使用寿命。常用热稳定剂有硬酯酸盐、环氧化合物和铅的化合物等。光稳定剂有炭黑、氧化锌等遮光剂。5）增色剂:赋予塑料制品各种色彩。常用的着色剂是一些有机染料和无机颜料。有时也采用能产生荧光或磷光的颜料。6）润滑剂:提高塑料在加工成形过程中的流动性和脱模能力，同时可使制品光亮美观。常用润滑剂有硬酯酸、盐类等。7）固化剂:与树脂发生交联反应，使受热可塑的线型结构变成热稳定好的体型结构。常用的固化剂如六次甲基四胺、过氧化二苯甲酰等。8）其他:还有发泡剂、催化剂、阻燃剂等。塑料的分类：1）按塑料热性质分类：热塑性塑料：受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成形。它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等。热固性塑料：在加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制品，不可再生。具有更好耐热性和抗蠕变能力。常用热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、有机硅树脂等。2）按塑料的功能和用途分类：通用塑料：产量大用途广价格低的塑料。主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料等，产量占塑料总产量的75%以上。工程塑料：具有较高性能，能替代金属制造机械零件和工程构件的塑料。聚酰胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂等。功能塑料：导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。1）结构单元：热塑性塑料聚乙烯（PE－polyethylene）：——CH2—CH2——［］2）支化结构：右图：（a）高密度PE分子链（b）低密度PE分子链（c）线性低密度PE分子链3）性质：①耐化学腐蚀；②良好的电绝缘性和高频介电性能；③韧性、耐寒性好；④较低的摩擦系数；⑤不易吸水；⑥不耐热，不耐大气老化。4）应用：聚乙烯是塑料中产量最大的一类品种，属于结晶性塑料，外观乳白，半透明。低密度聚乙烯(LDPE)：日用制品、薄膜、软质包装材料、层压板、电线电缆包覆等。高密度聚乙烯(HDPE)：小负荷齿轮和轴承、化工管道、阀门、高频电缆绝缘层、硬质包装材料等。1）结构单元：聚氯乙烯（PVC－polyvinylchloride）：2）性质：具有较高的强度、刚性；良好的电绝缘性、耐化学腐蚀性；能溶于四氢呋喃和环已酮等有机溶剂；具有阻燃性；但热稳定性较差，使用温度较低，介电常数、介电损耗较高。——CH2—CH2——［］Cl│3）应用：纯聚氯乙烯属无规立构，无色透明，硬而脆，很少应用。常利用橡胶和增塑剂对其改性处理。硬聚氯乙稀：用于工业管道、给排水系统、板件、管件、建筑及家用防火材料，化工防腐设备及各种机械零件。增塑（软）聚氯乙稀：用于窗帘、桌布、雨衣、手提箱、人造革、墙纸；农用薄膜、耐酸碱软管及电线电缆包覆层等。1）结构单元：聚丙烯（PP-polypropylene)）：2）性质：无毒、无味、无臭、半透明蜡状固体。密度小，力学性能高于聚乙烯；耐热性、耐水性良好，化学稳定性好；但不耐芳香族和氯化烃溶剂，耐寒性差，易老化。——CH2—CH2——［］CH3│3）应用：聚丙烯属等规立构，结晶性塑料，外观乳白半透明。主要用于家庭厨房用具、包装薄膜、医疗器械、高频绝缘材料；化工管道、家用电器部件等，以及汽车及机械零部件，如车门、方向盘、齿轮、接头等。1）结构单元：聚苯乙烯（PS-polystyrene）：2）性质：无毒、无味、无色透明状固体。电绝缘性优良，介电损耗极小；耐化学腐蚀性优良，但不耐苯、汽油等有机溶剂；强度较低，硬度高，脆性大，不耐冲击，耐热性差，易燃。——CH2—CH2——［］│3）应用：聚丙烯属无规立构，非晶性塑料，高度透明（透光率为88～92％）。主要用于日用、装潢、包装及工业制品；仪器仪表外壳、灯罩、光学零件、装饰件、透明模型、玩具、化工储酸槽，包装及管道的保温层，冷冻绝缘层等。1）结构单元：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA-polymethylmethacrylate）：2）性质：较高的强度和韧性、优良的光学性能，透光率比普通硅玻璃好（透光率约为91～93％）；优良的电绝缘性；耐化学腐蚀性好，热导率低；但硬度低，表面易擦伤，耐磨性差，耐热性不高。——CH2—C—C——［］│CH3COOCH3│3）应用：聚甲基丙烯酸甲酯又称有机玻璃，属无规立构，非晶性塑料。主要用于飞机、汽车的窗玻璃和罩盖，光学镜片，仪表外壳，装饰品，广告牌，灯罩，光学纤维，透明模型，标本，医疗器械等。1）结构单元：聚四氟乙烯（PTFE）：2）性质：出色的耐热、耐寒能力（-180～+260℃长期使用）；摩擦系数极低，有自润滑效果；化学稳定性极佳，俗称“塑料王”；极好的电绝缘性和介电性；但强度低，抗蠕变性较差，不易加工成形。——CF2—CF2——［］3）应用：聚四氟乙烯属结晶性塑料，外观呈瓷白色，一般在360～380℃烧结成形。主要用于轴承、垫圈等自润滑材料；高温电缆绝缘材料、电器元件；化工管道及零件；不粘锅涂层等。1）结构：尼龙的品种很多，如尼龙6、尼龙66、尼龙610等。数字表示基本单元中的碳原子数目。所有尼龙分子结构单元中都有一个相同的特征基团－酰胺基：聚酰胺（尼龙或锦纶）（PA－polyamides）：——C—N——［］‖OH│3）应用：纤维增强尼龙主要用于轴承、齿轮、高压密封圈、阀门、包装材料、输油管、汽车保险杠及丝织品等。2）性质：聚酰胺属结晶性塑料，半透明，乳白，略带黄色。由于酰胺基的存在，分子之间有很强的氢键作用，因此聚酰胺的强度高，韧性好；另外耐磨性和自润滑性好，摩擦系数低；具有良好的耐油、耐溶剂性、阻燃性；但吸水性大，热膨胀系数大，耐热性不高。1）结构单元：聚甲醛（POM-polyformaldehyde）：——CH2—O——［］2）性质：具有较高的强度、硬度、刚性、韧性、耐磨性和自润滑性，耐疲劳性能高，吸水性小，摩擦系数小，耐化学品腐蚀性好，电绝缘性能良好，但热稳定性差，易燃。具有较高的综合性能，可以替代一些金属和尼龙。3）均聚甲醛的改性：工业上利用共聚反应来生成共聚甲醛，来改善热稳定性。共聚甲醛的结构单元为：4）应用：聚甲醛属结晶性塑料，乳白色。部分取代有色金属和合金，用于制造低载荷齿轮、轴承，塑料弹簧等。—CH2—O—［］x—CH2-CH2-CH2-CH2-O—［］y，1）结构单元：聚碳酸酯（PC-polycarbonate）：2）性质：①低温冲击韧性极佳；②高模量、高强度、抗蠕变，尺寸稳定性好；—O—C—O——［］│O———C—││CH3CH33）应用：由于聚碳酸酯具有优异的综合力学性能，又高度透明，故俗称“透明金属”。纤维增强聚碳酸酯可部分取代钢、有色金属等制造仪器仪表的机械传动部件。未增强聚碳酸酯用于制作车灯罩、护目镜、安全帽、门窗玻璃甚至防弹玻璃等。③透光率高，约为86～92％；④电绝缘性好。1）结构单元：丙烯晴(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体（共聚生成）ABS塑料：2）性质：丙烯晴能提高强度、硬度、耐热性和耐腐蚀性，丁二烯能提高韧性，苯乙烯能提高电性能和成型加工性能。ABS塑料具有较好的抗冲击性能、尺寸稳定性和耐磨性，成型性好，不易燃，耐腐蚀性好，但不耐酮、醛、酯、氯代烃类溶剂。3）应用：ABS作为“坚韧、质硬且刚性”的材料，是最早被人类认识和使用的“高分子合金”。用于轻载齿轮、轴承，电器外壳，汽车部件，各类容器、管道等。1）结构单元：聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）：2）性质：结晶性塑料，呈乳白色，工程上常用玻璃纤维增强PBT作为结构材料。—CH2－CH2－CH2－CH2－O－C——C—［］O‖‖O1）聚砜（PSF）：其他热塑性塑料：聚砜是含硫的透明树脂，其耐热性抗蠕变性突出，长期使用温度可达150~174℃，脆化温度-100℃。广泛用于电器、机械、交通和医疗领域。2）聚苯醚（PPO）：聚苯醚是线性非晶态工程塑料，综合性能好，使用温度宽-190～190℃，耐磨性、电绝缘性和耐水蒸气性能好。主要用作在较高温度下工作的齿轮、轴承、凸轮、化工管道、阀门和外科医疗器械等。3）聚酰亚胺：聚酰亚胺是含氮的环形结构的耐热性树脂，其强度硬度较高，使用温度可达260℃；但加工性较差，脆性大，成本高。主要用于特殊条件下工作的精密零件，如喷气发动机供燃料系统的零件，耐高温高真空用自润滑轴承及电气设备，是航空航天工业中常用的高分子材料。热固性塑料热固性塑料是树脂经固化处理后获得的。所谓固化处理就是树脂中加入固化剂并压制成型，使其由线型聚合物变为体型聚合物的过程。热固性塑料具有耐热性高，刚度大，抗蠕变性能好，尺寸稳定性高；但脆性大，不易成形。酚醛塑料（PF-bakelite）：酚醛塑料中的酚醛树脂是酚类和醛类的缩聚产物。根据酚类和醛类的反应摩尔比及反应介质PH值的差异，可以分别得到热固性和热塑性两类材料。苯酚上与羟基邻位或对位的3个氢原子都很活泼，均能与甲醛发生两种情形下的缩聚反应：PH值甲醛与苯酚摩尔比链结构产物＜70.8～0.9线性热塑性＞71.1～1.5交联热固性1）酚醛树脂：苯酚邻位氢原子与甲醛的缩聚反应如下：热塑性酚醛树脂：只有加入能与之反应的固化剂，才能固化。热固性酚醛树脂：制备时反应不彻底，在热的作用下可继续进行缩聚反应形成高度交联网状结构。2）酚醛塑料：热塑性酚醛树脂固化剂添加剂压塑粉压坯成品混合模压加热①以热塑性酚醛树脂为原料：通常作粘胶剂或浸渍增强剂压制成层状塑料。②以热固性酚醛树脂为原料：有一定的强度和硬度、良好的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性及电绝缘性、热导率低，成本低廉。酚醛塑料所用的填料分为粉状、纤维状、层状。③应用以木粉为原料的酚醛塑料粉又称胶木粉或电木粉，它价格低廉，但性脆、耐光性差，用于制造手柄、瓶盖、电话及收音机外壳、灯头、开关、插座等。以云母粉、石英粉、玻璃纤维为填料的塑料粉可用来制造电闸刀、电子管插座、汽车点火器等。以石棉为填料的塑料粉可用于制造电炉、电熨斗等设备上的耐热绝缘部件。以玻璃布、石棉布等为填料的层状塑料的可用于制造轴承、齿轮、带轮、各种壳体等。环氧塑料（EP-epoxyplastics）：环氧塑料是以环氧树脂为基，加入填料及其它添加剂而制成。树脂中每个分子含有两个或两个以上环氧基团：1）环氧树脂：（CH2—CH—）O环氧树脂中最常用的是双酚A型环氧树脂：n＝0～7其中，R为2）环氧塑料：环氧树脂有“万能胶”之称。其粘性好，强度高，具有良好的耐热性、耐腐蚀性、尺寸稳定性，优良的电绝缘性能。主要用于：仪表构件、塑料模具、精密量具、电子元件的密封和固定、粘合剂、复合材料等。塑料制品的成形工艺将塑料原料放入成型模加热熔化，加压，使塑料充满整个型腔，同时发生交联反应而固化。模压成型主要用于热固性塑料，适用于形状复杂或带有复杂嵌件的制品，但生产率低、模具成本较高。模压成形：将塑料原料在注射机料筒内加热熔化，通过推杆或螺杆向前推压至喷嘴，迅速注入封闭模具内，冷却后即得塑料制品。注射成型：主要用于热塑性塑料。能生产形状复杂、薄壁、嵌有金属或非金属的塑料制品。挤出成型：将原料在料筒中加热至流动状态，同时通过螺杆向前推压至机头，通过不同形状和结构的口模连续挤出，获得不同形状的型材，如管、棒、带、丝、板