聚合物的基礎(chǔ)知識(shí)

1、聚合物(polymer)的基礎(chǔ)知識(shí)聚合物(polymer),又可稱(chēng)為高分子或巨分子(macromolecules)，也是一般所俗稱(chēng)的塑 料(plastics)或樹(shù)脂(resin)。聚合物是由許多較小而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的小分子(monomer)，藉共價(jià)鍵來(lái)組合而成的。聚合物的種 類(lèi)繁多，一般若是以對(duì)熱之變化來(lái)分類(lèi)，它可以分為兩大類(lèi)：一、熱固性塑料(Thermoset plastics):指的是加熱后，會(huì)使分子構(gòu)造結(jié)合成網(wǎng)狀型態(tài)，一 但結(jié)合成網(wǎng)狀聚合體，即使再加熱也不會(huì)軟化，顯示出所謂的非可逆變化，是分子構(gòu)造發(fā) 生變化(化學(xué)變化)所致。二、熱塑性塑料(Thermo plastics):指加熱后會(huì)熔化，可流

2、動(dòng)至模具冷卻后成型，再加熱后 又會(huì)熔化的塑料，即可運(yùn)用加熱及冷卻，使其產(chǎn)生可逆變化(液態(tài)一固態(tài))，是所謂的物 理變化。熱塑性塑料又可再區(qū)分為泛用塑料、泛用工程塑料、高性能工程塑料等三類(lèi)。PE屬于結(jié)晶性的聚合體，結(jié)晶對(duì)塑料的影響：1.主要是尺寸不能固定，用射出成型的較少， 很難做精密零件。PP有二次結(jié)晶的問(wèn)題食用塑料必須加入抗氧化劑，因氧氣透過(guò)材質(zhì)影響產(chǎn)品品質(zhì)，所以用防腐劑抗氧化。高壓閥壓出來(lái)的是低密度乙烯，低壓閥壓出來(lái)的是高密度乙烯。MPS+PC+PBT做汽車(chē)保險(xiǎn)杠聚乙烯（PE）結(jié)構(gòu)式：-CH2-CH2-n英文名稱(chēng):Polyethylene比重:0.94-0.96克/立方厘米成型收縮率:1.5

3、-3.6%成型溫度：140-220 C聚乙烯是最結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高分子。它是由重復(fù)的-CH2-單元連接而成的。聚乙烯是通過(guò)乙烯（CH2=CH2 ）的加成聚合而成的。聚乙烯在薄膜狀態(tài)下可以被認(rèn)為是透明的，但是在塊狀存在的時(shí)候由于其內(nèi)部存在大量的晶 體，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的光散射而不透明。鑒別：用牙咬，無(wú)異味，軟；用火燒，味同蠟燭。PE特性聚乙烯無(wú)臭，無(wú)毒，手感似蠟，絕緣性好，密封性較好，透明，軟，不耐高溫。具有優(yōu)良的 耐低溫性能（最低使用溫度可達(dá)-70-100C），化學(xué)穩(wěn)定性好，盛裝物不變色，化學(xué)藥劑很 難清洗。能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕（不耐具有氧化性質(zhì)的酸），常溫下不溶于一般溶劑，吸水性 小，電絕緣性能優(yōu)良；但

4、聚乙烯對(duì)于環(huán)境應(yīng)力（化學(xué)與機(jī)械作用）是很敏感的，耐熱老化性差。 缺點(diǎn):不耐高溫（熔點(diǎn)140C），易崩解，不宜二次加工，易變型，有滲透性，很難印刷。成型性能結(jié)晶料，吸濕小,不須充分干燥，流動(dòng)性極好流動(dòng)性對(duì)壓力敏感，成型時(shí)宜用高壓注射， 料溫均勻，填充速度快，保壓充分.不宜用直接澆口,以防收縮不均，內(nèi)應(yīng)力增大.注意選擇 澆口位置,防止產(chǎn)生縮孔和變形收縮范圍和收縮值大，方向性明顯，易變形翹曲.冷卻速度宜慢，模具設(shè)冷料穴,并有冷 卻系統(tǒng).加熱時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)發(fā)生分解,灼傷.軟質(zhì)塑件有較淺的側(cè)凹槽時(shí),可強(qiáng)行脫模.可能發(fā)生融體破裂，不宜與有機(jī)溶劑接觸，以防開(kāi)裂.PE種類(lèi)（1）LDPE:低密度聚乙烯、高

5、壓聚乙烯（2） LLDPE :線形低密度聚乙烯（3） MDPE：中密度聚乙烯、雙峰樹(shù)脂（4） HDPE：高密度聚乙烯、低壓聚乙烯（5） UHMWPE:超高分子量聚乙烯（6）改性聚乙烯：CPE、交聯(lián)聚乙烯（PEX）（7）乙烯共聚物：乙烯-丙烯共聚物（塑料）、EVA、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其它烯烴（如 辛烯POE、環(huán)烯烴）的共聚物、乙烯-不飽和酯共聚物（EAA、EMAA、EEA、EMA、EMMA、 EMAH）分子量達(dá)到3, 000，000-6, 000，000的線性聚乙烯稱(chēng)為超高分子量聚乙烯（UHMWPE）。 超高分子量聚乙烯的強(qiáng)度非常高，可以用來(lái)做防彈衣。應(yīng)用LDPE的主要消費(fèi)領(lǐng)域是薄膜（包括

6、農(nóng)膜），其它應(yīng)用于注塑及電線電纜等領(lǐng)域。HDPE的主要應(yīng)用領(lǐng)域是中空吹塑、薄膜制品和注塑。HDPE適用于生產(chǎn)各類(lèi)中空容器，如 牛奶瓶、果汁瓶、化裝品瓶、藥瓶、洗滌劑及食品容器、工業(yè)瓶等?；瘖y品主要用作軟管，一般軟管選擇多層PE，通常第1層PE,中間EVOH （有極性，封尾 性能較好。），第3層PE.利用在化妝品里大多是不透明的，因化妝品大多原料是畏光的。聚丙烯(PP)結(jié)構(gòu)式： CH3 -CH2-CH-n英文名稱(chēng)為Polypropylene,簡(jiǎn)稱(chēng)PPPP是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹(shù)脂。聚丙烯按其結(jié)晶度可以分為等規(guī)聚丙烯和無(wú)規(guī) 聚丙烯，等規(guī)聚丙烯為高度結(jié)晶的熱塑性樹(shù)脂，結(jié)晶度高達(dá)95%以上，分

7、子量在815萬(wàn)之 間，無(wú)規(guī)聚丙烯在室溫下是非結(jié)晶的，應(yīng)用較少。以下介紹的聚丙烯主要為等規(guī)聚丙烯。一、聚丙烯的特性物理性能：聚丙烯為無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)味的乳白色高結(jié)晶的聚合物，密度只有 0.90.0.91g/cm3,是目前所有塑料中最輕的品種之一。對(duì)水特別穩(wěn)定，在水中24h的吸水 率僅為0.01%，分子量約815萬(wàn)之間。成型性好，但因收縮率大，厚壁制品易凹陷。制品 表面光澤好，易于著色。力學(xué)性能：聚丙烯的結(jié)晶度高，結(jié)構(gòu)規(guī)整，因而具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其強(qiáng)度和硬度、 彈性都比HDPE高，但在室溫和低溫下，由于本身的分子結(jié)構(gòu)規(guī)整度高，所以沖擊強(qiáng)度較 差。PP最突出的性能就是抗彎曲疲勞性。缺點(diǎn)：受熱易黃化，

8、裂解，碳化，易出現(xiàn)二次結(jié) 晶(收縮)，夏天包材易變型，遇熱膨脹，不能燙金。熱性能：PP具有良好的耐熱性，熔點(diǎn)在164170C，制品能在100以上溫度進(jìn)行 消毒滅菌，在不受外力的，150 C也不變形。脆化溫度為-35 C。耐寒性不如聚乙烯?；瘜W(xué)穩(wěn)定性：聚丙烯的化學(xué)穩(wěn)定性很好，除能被濃硫酸、濃硝酸侵蝕外，對(duì)其它各種 化學(xué)試劑都比較穩(wěn)定，適合制作各種化工管道和配件，防腐蝕效果良好。但低分子量的脂肪 烴(ting)、芳香烴和氯化烴等能使PP軟化和溶脹，電性能：聚丙烯的高頻絕緣性能優(yōu)良，可以用來(lái)制作受熱的電氣絕緣制品。它的擊穿 電壓也很高，適合用作電氣配件等?？闺妷?、耐電弧性好，但靜電度高，與銅接觸易老

9、化。耐候性：聚丙烯對(duì)紫外線很敏感，加入氧化鋅、碳黑等填料可以改善其耐老化性能。二、聚丙烯的成型加工聚丙烯的成型加工性好，成型的方法很多，如注塑、吹塑、真空熱成型、涂覆、旋轉(zhuǎn)成型、 熔接、機(jī)加工、電鍍和發(fā)泡等，并可在金屬表面噴涂。其中注塑成型的比例大，注塑溫度在 180200之間，注塑壓力在68.6137.2MPa，模具溫度為4060C。預(yù)干燥溫度在80C左 右。應(yīng)避免PP長(zhǎng)時(shí)間與金屬壁接觸。聚丙烯的二次加工性很好，其印刷性比聚乙烯好，照 相凸版，膠版、平凹板等印刷方法均可使用，要獲得良好的良好的耐熱、耐油、耐水等要求 的印刷性能，須經(jīng)電暈放電處理等再行印刷。三、聚丙烯的用途薄膜制品：聚丙烯薄膜

10、制品透明而有光澤，它分為吹膜薄膜、流延薄膜(CPP)、雙 向拉伸薄膜(BOPP)等。注塑制品：可用于汽車(chē)、電氣、機(jī)械、儀表、無(wú)線電、紡織、國(guó)防等工程配件，日用 品，周轉(zhuǎn)箱，醫(yī)療衛(wèi)生器材，建筑材料。擠塑制品：可做管材、型材、單絲、漁用繩索。打包帶、捆扎繩、編織袋，纖維，復(fù) 合涂層，片材，板材等。吹塑中空成型制品各種小型容器等。其它：低發(fā)泡、鈣塑板，合成木材，層壓板，合成紙，高發(fā)泡可作結(jié)構(gòu)泡沫體。聚苯乙烯（PS）結(jié)構(gòu)式：C6H5-CH=CH2-n產(chǎn)品英文名：Styrene;Styrol;Vinylbenzene聚苯乙烯是由苯乙烯單體（SM）聚合而成的，可由多種合成方法聚合而成，目前工業(yè)上主 要采用

11、本體聚合法和懸浮聚合法。PS是一種熱塑性非結(jié)晶性的樹(shù)脂，主要分為通用級(jí)聚苯 乙烯（GPPS、俗稱(chēng)透苯）、抗沖擊級(jí)聚苯乙烯（HIPS、俗稱(chēng)改苯）和發(fā)泡級(jí)聚苯乙烯（EPS）。性能PS主鏈為飽和碳鏈，側(cè)基為共軛苯環(huán)，使分子結(jié)構(gòu)不規(guī)整，增大了分子的剛性，使PS成 為非結(jié)晶性的線型聚合物。由于苯環(huán)存在，PS具有較高的Tg （8082C），所以在室溫 下是透明而堅(jiān)硬的，由于分子鏈的剛性，易引起應(yīng)力開(kāi)裂。聚苯乙烯無(wú)色透明，能自由著色，相對(duì)密度也僅次于PP、PE，具有優(yōu)異的電性能。另外， 在光穩(wěn)定性方面僅次于甲基丙烯酸樹(shù)脂，但抗放射線能力是所有塑料中最強(qiáng)的。熱性能：最高工作溫度為6080C。當(dāng)加熱至Tg以上，

12、PS轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)，且保持這種狀 態(tài)在較寬的范圍內(nèi)，這就使其熱成型提供方便。PS的熱變形溫度為7080C，脆化溫度 為-30C，PS在高真空和330380C下劇烈降解。機(jī)械性能：PS的分子量過(guò)高，加工困難，所以通常聚苯乙烯的分子量為520萬(wàn)。PS的 機(jī)械性能，隨溫度升高，剛性（彈性模量、抗拉強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等下降，而斷裂伸長(zhǎng)率較大。 PS的透明性好，透光率達(dá)8892%，僅次于丙烯酸類(lèi)聚合物。故可用作光學(xué)零件，但它受 陽(yáng)光作用后，易出現(xiàn)發(fā)黃和混濁。PS有主要缺點(diǎn)是性脆和耐熱性低。對(duì)PS進(jìn)行改性，如橡膠改性的高抗沖PS （HIPS）； MMA-丁二烯-苯乙烯（MBS）； A （丙烯月青）B （丁二烯）

13、S，在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的是A BS塑料。成型加工聚苯乙烯流動(dòng)性好，加工性能好，易著色，尺寸穩(wěn)定性好。可用注塑、擠塑、吹塑、發(fā)泡、 熱成型、粘接、涂覆、焊接、機(jī)加工、印刷等方法加工成各種制件。特別適用于注塑成型， 注塑成型時(shí)物料一般可不經(jīng)過(guò)干燥直接使用。但為了提高制品質(zhì)量，可在55C70C鼓風(fēng)烘 箱內(nèi)預(yù)干燥12h。具體加工條件大致為：料筒溫度200 C左右，模具溫度6080C，注塑溫 度170C至220C，注塑壓力比為1.64.0。成型后的制品應(yīng)在紅外線燈或鼓風(fēng)烘箱內(nèi)，于70C 恒溫處理24h。用途通用級(jí)聚苯乙烯，可用于日用品、電氣、儀表外殼、玩具、燈具、家用電器、文具、 化妝品容器、室內(nèi)外裝飾

14、品、果盤(pán)、光學(xué)零件（如三棱鏡、透鏡）透鏡窗鏡和模塑、車(chē)燈、 電訊配件，電頻電容器薄膜，高頻絕緣材料、電視機(jī)等集裝箱、波導(dǎo)管，化工容器等。懸浮 聚合樹(shù)脂可制成不同密度的泡沫塑料，用作絕熱、隔音、防震、漂浮、包裝材料，軟木代用 品，預(yù)發(fā)泡體可作水過(guò)濾介質(zhì)及制備輕質(zhì)混凝土，低發(fā)泡塑料可制成合成木材做家具等。高抗沖擊級(jí)聚苯乙烯（HIPS）可注塑或擠塑成各種制品，適合家電產(chǎn)品外殼，電器用 品、儀器儀表配件、冰箱內(nèi)襯、板材、電視機(jī)、收錄機(jī)、電話機(jī)殼體、文教用品、玩具、包 裝容器、日用品、家具、餐具、托盤(pán)、餐具、結(jié)構(gòu)泡沫制品等。聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）結(jié)構(gòu)式:聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，又稱(chēng)聚酯，英文名pol

15、yethylene terephthalate（簡(jiǎn)稱(chēng)PET）聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯是由對(duì)苯二甲酸二甲酯與乙二醇酯交換或以對(duì)苯二甲酸與乙二醇酯 化先合成對(duì)苯二甲酸雙羥乙酯，然后再進(jìn)行縮聚反應(yīng)制得。性能分子結(jié)構(gòu)的高度對(duì)稱(chēng)性和對(duì)亞苯基鏈的剛性，使此聚合物具有高結(jié)晶度、高熔融溫度和不溶 于一般有機(jī)溶劑的特點(diǎn)，熔融溫度為257265C；PET是乳白色或淺黃色、高度結(jié)晶的聚合物，表面平滑有光澤。在較寬的溫度范圍內(nèi)具有 優(yōu)良的物理機(jī)械性能，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)120 C，電絕緣性優(yōu)良，抗蠕變性，耐疲勞性，耐 摩擦性、尺寸穩(wěn)定性都很好。PET有酯鍵，在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和水蒸汽作用下會(huì)發(fā)生分解，耐 有機(jī)溶劑、耐候性好，具有

16、很好的光學(xué)性能。成型性能由于PET大分子中含有脂基，具有一定的親水性，粒料在高溫下對(duì)水比較敏感，當(dāng)水份含 量超過(guò)極限時(shí)，在加工中PET分子量下降，制品帶色、變脆。困此，在加工前必須對(duì)物料 進(jìn)行干燥。PET成型溫度高，且料溫調(diào)節(jié)范圍窄（260300C），但熔化后，流動(dòng)性好，故工藝性差， 且往往在射咀中要加防延流裝置。機(jī)械強(qiáng)度及性能注射后不高，必須通過(guò)拉伸工序和改性 才能改善性能。模具溫度準(zhǔn)確控制，是防止翹曲。變形的重要因素，因此建議采用熱流道 模具。模具溫度高，否則會(huì)引起表面光澤差和脫模困難。PET經(jīng)過(guò)拉伸吹塑成型工藝生產(chǎn) 的高強(qiáng)度、高透明的塑料瓶,常用的容量范圍可以從幾十mL到幾L瓶;透明度和

17、光澤度好、 有很好的可塑性、耐沖擊性和及尺寸穩(wěn)定性、化學(xué)性能好、阻氣性好;觸感柔軟等優(yōu)點(diǎn)。主要用途薄膜片材方面：各類(lèi)食品、藥品的包裝材料；紡織品、精密儀器的高檔包裝材料；錄音帶、 電影膠片及感光膠片等的基材；電氣絕緣材料、柔性印刷電路板等電子領(lǐng)域和機(jī)械領(lǐng)域。包裝瓶的應(yīng)用：由最初的碳酸氣飲料發(fā)展到現(xiàn)在的啤酒瓶、調(diào)味品瓶、藥品瓶、化妝品瓶等。電子電器制造連接器、線圈繞線器、集成電路外殼、變壓器外殼、電視機(jī)配件、調(diào)協(xié)器、 開(kāi)關(guān)、計(jì)時(shí)器外殼、自動(dòng)熔斷器、和繼電器等。汽車(chē)配件：如配電盤(pán)罩、發(fā)火線圈、各種閥門(mén)、排氣零件、分電器蓋，計(jì)量?jī)x器罩殼。也可 利用PET優(yōu)良的裝性、表面光澤及剛性，制造汽車(chē)的外裝零件

18、。機(jī)械設(shè)備：制造齒輪、凸輪、泵殼體、電動(dòng)機(jī)框架和鐘表零件，也可用作微波烘箱烤 盤(pán)、各種項(xiàng)棚，戶外廣告牌和模型等聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(有機(jī)玻璃)結(jié)構(gòu)式:英文名稱(chēng):Polymethyl Methacrylate比重:1.18克/立方厘米成型收縮率：0.5-0.7% 成型溫度：160-230C由甲基丙烯酸甲酯(MMA)聚合而制得的熱塑性樹(shù)脂，多為無(wú)定形聚合物，分子量常高達(dá)100 萬(wàn)。性能透明性極好，強(qiáng)度較高，有一定的耐熱耐寒性,耐腐蝕，絕緣性良好，綜合性能超過(guò)聚苯乙烯，但 質(zhì)脆，易熔于有機(jī)溶劑,如作透光材料，其表面硬度稍低，容易擦花.適于制作透明絕緣零件和強(qiáng) 度一般的零件.成型性能無(wú)定形料，

19、吸濕大,需干燥，不易分解，流動(dòng)性中等，易發(fā)生填充不良，粘模，收縮，熔接痕等.宜高壓注射，在不出現(xiàn)缺陷的條件下取高料溫，高模溫,以增加流動(dòng)性，降低內(nèi)應(yīng)力,改善透 明性及強(qiáng)度。其中注射溫度的影響大于注射壓力，但注射壓力提高，有利于改善產(chǎn)品的收 縮 率。注射溫度范圍較寬，熔融溫度為160C，而分解溫度達(dá)270C，因此料溫調(diào)節(jié)范圍 寬，工藝性較好。故改善流動(dòng)性，可從注射溫度著手。沖擊性差，耐磨性不好，易劃花， 易脆裂，故應(yīng)提高模溫，改善冷凝過(guò)程，去克服這些缺陷。模具澆注系統(tǒng)表面應(yīng)光潔,脫模 斜度大，頂出均勻.同時(shí)設(shè)排氣口，以防出現(xiàn)起泡。用途PMMA作為性能優(yōu)異的透明材料廣泛應(yīng)用于各種燈具、照明器材、光

20、學(xué)玻璃、各種儀器儀 表表盤(pán)、罩殼、刻度盤(pán)、光導(dǎo)纖維、商品廣告櫥窗、廣告牌、飛機(jī)座艙玻璃、飛機(jī)下汽車(chē)的 防彈玻璃、各種醫(yī)用、軍用、建筑用玻璃等領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著PMMA改性與復(fù)合材料技 術(shù)進(jìn)展，PMMA的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。丙烯腈-苯乙烯樹(shù)脂(AS)(SAN)結(jié)構(gòu)式:4 CH, - CH H CH, - CH Vk CN 入英文名：Acrylonitrile-styrene resin丙烯睛-苯乙烯共聚物又稱(chēng)AS或SAN樹(shù)脂，它是以丙烯月青和苯乙烯為原料用懸浮法聚合， 是用熱引發(fā)或引發(fā)劑引發(fā)均可，也可采用乳液聚合法制得。性能AS樹(shù)脂為無(wú)色或微黃色透明的珠?；蝾w粒料，比聚苯乙烯有較高的沖擊強(qiáng)度，并改

21、善了耐 熱性、耐油性、耐化學(xué)腐蝕和抗應(yīng)力開(kāi)裂性能，比ABS有較好的耐氣候性，最高的使用溫 度為759 0C，與GPPS(通用級(jí)聚苯乙烯)相比，機(jī)械強(qiáng)度好，透明度相當(dāng)，不溶于 酮類(lèi)和某些芳烴。樹(shù)脂本身無(wú)毒。但含有丙烯青單體，而丙烯青毒性較大?？稍斐赡I臟損傷以及血液生化改變。 慢性動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)對(duì)腎、腦、統(tǒng)和腎臟損傷作用，甚至引起腫瘤。而且，樹(shù)脂中的丙烯青會(huì) 向食品遷移、遷移量與殘留量呈顯著的線性相關(guān)。因此， 食品容器、包裝材料用丙烯青- 苯乙烯成型品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，丙烯青溶出量在50mg/kg以下。成型加工AS樹(shù)脂的成型加工方法與聚苯乙烯相同，以注塑、擠塑、發(fā)泡成型等方法加工成制品。AS粒料在加工前

22、還須在7 08 5C下預(yù)干燥，注塑溫度為1602 0 0 C，壓力為90104CAS樹(shù)脂的成型加工性好，對(duì)增強(qiáng)的AS可注塑、擠塑、模壓、層壓、可真 空成型、機(jī)加工、粘接、電鍍。AS樹(shù)脂的用途可共生產(chǎn)耐油性機(jī)械零件、油箱、車(chē)燈、儀表板、儀表透鏡、各種開(kāi)關(guān)按鈕等，也用于盤(pán)子、 杯子、餐具、化妝品和家用電器配件，如電風(fēng)扇葉片、電磨器、磁帶盒等，汽車(chē)工業(yè)配件， 如蓄電池用的瓶殼等。增強(qiáng)的AS樹(shù)脂用于汽車(chē)儀表盤(pán)、把手等，電子電器部件與外殼，計(jì) 算機(jī)、電動(dòng)工具、文教用品等配件，機(jī)械零件如滑輪風(fēng)扇、葉輪、照相機(jī)部件等。丙烯腈-丁二烯苯乙烯（ABS）結(jié)構(gòu)式:4CHE-CH = CH-CH!HtCHF-CH4GHCHCNL * pPiriyhnitrile Styrene)英文名稱(chēng):Acrylonitrile Butadiene Styrene 比重：1.05克/立方厘米 成型收縮率:0.4-0.7%成型溫度：200-240CABS塑料的主體是丙烯月青、丁二烯和苯乙烯的共混物或三元共聚物，是一種堅(jiān)韌而有剛性 的熱