化工通用高分子材料

1、化工通用高分子材料第1頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二塑料定義 塑料是以樹脂為主要成分，在一定溫度和壓力下塑造成一定形狀，并在常溫下能保持既定形狀的有機(jī)高分子材料。 樹脂是指受熱時(shí)通常有轉(zhuǎn)化或熔融范圍，轉(zhuǎn)化時(shí)受外力作用具有流動性，常溫下呈固態(tài)或半固態(tài)或液態(tài)的有機(jī)聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。廣義地講，在塑料工業(yè)中作為塑料基本材料的任何聚合物都可稱為樹脂。 第2頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二塑料發(fā)展史 在19世紀(jì)，臺球都是用象牙做的，數(shù)量自然非常有限。于是有人懸賞1萬美元征求制造臺球的替代材料。1869年，美國的海厄特，1837-1

2、920)把硝化纖維、樟腦和乙醇的混合物在高壓下共熱，然后在常壓下硬化成型制出了廉價(jià)臺球，贏得了這筆獎(jiǎng)金。這種由纖維素制得的材料就是“賽璐珞”?！百愯寸蟆笔侨祟悮v史上第一種合成塑料，它是一種堅(jiān)韌材料，具有很大的抗張強(qiáng)度，耐水，耐油、耐酸。從此，賽璐珞被用來制造各種物品，從兒童玩具到襯衫領(lǐng)子中都有“賽璐珞”。它還被用來做膠狀銀化合物的片基，這就是第一張實(shí)用照相底片。不過，由于“賽璐珞”中含硝酸根，所以它有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是極易著火引起火災(zāi)。第3頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二賽璐珞產(chǎn)品 第4頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二 人類歷史上第一種完全人工

3、合成的塑料是在1909年由美國人貝克蘭(Leo Baekeland)用苯酚和甲醛制造的酚醛樹脂，又稱貝克蘭塑料。酚醛樹脂是通過縮合反應(yīng)制備的，屬于熱固性塑料。其制備過程共分兩步：第一步先做成線型聚合度較低的化合物；第二步用高溫處理，轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型聚合度很高的高分子化合物。20世紀(jì)40年代乙烯類單體的自由基引發(fā)聚合迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的包括氯乙烯、聚苯乙烯和有機(jī)玻璃等，這是合成高分子蓬勃發(fā)展的時(shí)期。 進(jìn)入50年代，從石油裂解而得的烯烴主要包括乙烯與丙烯，德國人齊格勒(Karl Ziegler)與意大利人納塔(Giulio Natta)分別發(fā)明用金屬絡(luò)合催化劑合成低壓聚乙烯與聚丙烯的方法，前者1952

4、年工業(yè)化，后者1957年工業(yè)化，這是高分子化學(xué)的歷史性發(fā)展，因?yàn)榭梢杂墒蜑樵嫌帜芙⒛戤a(chǎn)10萬噸的大廠，他們二人后來都獲得了1963年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 第5頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二 60年代，由于要飛往月球而出現(xiàn)高溫高分子的研究熱。耐高溫的定義是材料能夠在氮?dú)庵小?00環(huán)境中能使用一個(gè)月；在空氣中，300環(huán)境下能使用一個(gè)月。其結(jié)果主要分為兩大類，一類是芳香聚酰胺例如苯二胺與間苯二?？s聚得到的Nomex，這在當(dāng)時(shí)曾被作為太空服的原料。還有對苯二胺與對苯二酰氯縮聚得到的Kevlar，它屬于耐高溫的高分子液晶，現(xiàn)在用于超音速飛機(jī)的復(fù)合材料中。另一類是雜環(huán)高分子，例

5、如聚芳亞酰胺和作為高溫粘合劑的聚苯并咪唑，為現(xiàn)在宇航飛行所需的材料打下了基礎(chǔ)。 第6頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二 塑料的種類很多。除了酚醛樹脂和聚乙烯外，還有聚氯乙烯、聚苯乙烯等。我們常見的有機(jī)玻璃，其實(shí)也是塑料的一種。它的透明度比普通玻璃還高，有韌性，不易破碎，槍彈打上去也只能穿一個(gè)洞。因此，它是制作飛機(jī)舷窗的絕好材料。 第7頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二塑料有三個(gè)最主要的優(yōu)點(diǎn)。第一，它比較輕，這是相對于金屬和有機(jī)玻璃而言的，輕的原因不是因?yàn)樗歉叻肿踊衔?，而是因?yàn)樗鼈兪怯袡C(jī)化合物，即由碳、氫、氧、氮等較輕的元素組成的。第二，塑料易于加

6、工。塑料具有可塑性，即在加熱或加壓后變形，在降溫或壓力消失后維持原形不變。可以通過擠出，注射等方式加工成各自形狀的產(chǎn)品。第三，塑料不會腐爛也不會生銹。但是，這一性質(zhì)也給人類帶來一個(gè)嚴(yán)重的問題：由于塑料不易腐爛，大量的塑料廢棄無法被自然界吸收、分解，從而造成一定程度的環(huán)境污染。 第8頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二 由于這些優(yōu)良性能，塑料這一新型材料的發(fā)展十分迅速。特別是石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，為塑料生產(chǎn)開辟了廣闊的原料來源。從1947年到1967年的20年間，美國的塑料產(chǎn)量從60多萬噸增至600多萬噸。目前，其產(chǎn)量按體積已遠(yuǎn)遠(yuǎn)鋼鐵。鋼鐵生產(chǎn)已有兩千多年的歷史，而塑料問世不過

7、百余年，足可見塑料工業(yè)發(fā)展速度之驚人。 第9頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二塑料分類 1按塑料用途分：通用塑料(Universal Plastics)：一般指產(chǎn)量大、用途廣、成型性好、價(jià)廉的塑料。工程塑料(Engineering Plastics)：一般指能承受一定的外力作用，并有良好的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定性，在高、低溫下仍能保持其優(yōu)良性能，可以作為工程結(jié)構(gòu)件的塑料。特種塑料：一般指具有特種功能（如耐熱、自潤滑等），應(yīng)用于特殊要求的塑料。如氟塑料、有機(jī)硅等。 第10頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二通用塑料(Universal Plastics) 聚

8、乙烯（PE）*環(huán)氧樹脂（EP）*聚丙烯（PP）*酚醛樹脂（PF）*聚苯乙烯（PS）*聚氨酯（PU）*聚氯乙烯（PVC）*不飽和聚脂*聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）*第11頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二工程塑料(Engineering Plastics) 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）*聚甲醛（POM）* 聚對苯二酰對苯二胺（Kevlar）* 聚醚砜（PES）* 超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）* 聚醚醚酮（PEEK）* 聚苯硫醚（PPS）* 聚四氟乙烯（PTFE）* 聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）* 聚碳酸酯（PC）* 聚砜（PSU）* 第12頁，共71頁，2022

9、年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二2按塑料的物理化學(xué)性能分：熱塑性塑料：指在特定溫度范圍內(nèi)能反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化的塑料。如聚乙烯、聚氯乙烯塑料等。熱固性塑料：因受熱或其它條件能固化成不熔不溶性物料的塑料。如酚醛塑料、環(huán)氧塑料等。第13頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二3按塑料成型方法分: 模壓塑料：供模壓用的樹脂混合料。如一般熱固性塑料。層壓塑料：指浸有樹脂的纖維織物，可經(jīng)疊合、熱壓結(jié)合而成為整體材料。注射、擠出和吹塑塑料：一般是指能在料筒溫度下熔融、流動，在模具中迅速硬化的樹脂混合科。如一般熱塑性塑料。澆鑄塑料：能在無壓或稍加壓力的情況下，傾注于模具中能硬化成一定形狀

10、制品的液態(tài)樹脂混合料。如MC尼龍。反應(yīng)注射模塑料：一般是指液態(tài)原材料，加壓注入模腔內(nèi)，使其反應(yīng)固化制得成品。如聚氨脂類。 第14頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二4按塑料半制品和制品分: 模塑粉：又稱塑料粉，主要由熱固性樹脂（如酚醛）和填料等經(jīng)充分混合、按壓、粉碎而得。如酚醛塑料粉。增強(qiáng)塑料：加有增強(qiáng)材料而某些力學(xué)性能比原樹脂有較大提高的一類塑料。泡沫塑料：整體內(nèi)合有無數(shù)微孔的塑料。薄膜：一般指厚度在0.25mm以下的平整而柔軟的塑料制品。 第15頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二塑料加工用助劑簡介 1、增塑劑 一些玻璃化溫度較高的塑料，為了制取室溫

11、下的軟質(zhì)制品和改善加工時(shí)的熔融流動性能，就需要加入一定量的增塑劑。這些小分子量的油狀的增塑劑與高聚物有良好的相溶性，它們分布在高分子鏈之間，降低了它們分子間的作用力，從而在一定溫度和壓力下容易使分子鏈運(yùn)動，達(dá)到加工成型的目的。因此，增塑劑有降低塑料玻璃化溫度及最低成型溫度的作用。第16頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二 增塑劑可分為主增塑劑和副增塑劑兩大類：主增塑劑的特點(diǎn)是與樹脂的相溶性好、塑化效率高、耐遷移、低揮發(fā)性、低的油（水）抽出性、低溫柔性。副增塑劑的相溶性較差，主要是與主增塑劑一道使用以降低成本，所以也稱增量劑。 增塑劑總量中的7580%應(yīng)用于聚氯乙烯塑料，主要

12、是碳原子數(shù)6-11的脂肪醇與鄰苯二甲酸類合成的酯類，其中最為主要的是鄰苯二甲酸二辛酯（DOP），是標(biāo)準(zhǔn)增塑劑。此外，還有環(huán)氧類、磷酸酯類和癸二酸酯類增塑劑及氯化石臘類增量劑等 第17頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二2、防老化劑 塑料制品在熱加工和使用過程中，高分子鏈由于受到外能的作用而斷裂，分子量逐漸下降以致失去強(qiáng)度或破碎的現(xiàn)象就是老化現(xiàn)象，為了阻緩這種老化現(xiàn)象就須添加不同的防老化劑，它包括：抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、變價(jià)金屬離子抑制劑、光屏蔽劑等。 第18頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二（1）抗氧劑 能抑制或延緩高聚物氧化過程的助劑稱為抗

13、氧劑。高聚物的氧化過程是一種自催化的連鎖反應(yīng)，是導(dǎo)致老化的重要因素?？寡鮿┑淖饔镁驮谟谒芟匣磻?yīng)中生成的過氧化游離基、還原烷氧基游離基等，從而使氧化的連鎖反應(yīng)終止，達(dá)到防止高聚物氧化老化的目的。 抗氧劑有取代酚類、芳香族胺類、亞磷酸酯類、含硫酯類等幾種化合物。 第19頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二（2）熱穩(wěn)定劑 主要用于聚氯乙烯及其共聚物，聚氯乙烯在熱加工過程中，在達(dá)到熔融流動之前就有少量的分子鏈斷裂而放出氯化氫，而氯化氫是一種加速分子鏈斷裂連鎖反應(yīng)的催化劑，所以不及時(shí)排除剛分解出來的氯化氫就會高分子鏈一直裂解成為低分子化合物，以致使聚氯乙烯這類塑料不能成型加工

14、，如果在聚氯乙烯中加入適當(dāng)?shù)膲A性物質(zhì)則就能馬上中和分解出來的氯化氫，達(dá)到上述目的，這就是熱穩(wěn)定劑的作用原理。 第20頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二熱穩(wěn)定劑分以下幾類：金屬鹽類和皂類：主要是鉛的鹽類和皂類，如鹽基性硫酸鉛和硬脂酸鉛；其次是鈣、鎘、鋅、鋇、鋁、鋰、鍶的鹽類和皂類。它們是主穩(wěn)定劑。 有機(jī)錫：它是透明聚氯乙烯制品必須用的主穩(wěn)定劑，還有良好的光穩(wěn)定性。有機(jī)穩(wěn)定劑：主要指環(huán)氧化油和酯類，它是輔助穩(wěn)定劑也是增塑劑。螯合劑：幾乎全是亞磷酸的烷基或芳基的酯類，能與金屬鹽類形成絡(luò)合物。螯合劑單獨(dú)使用并不見效，需與主穩(wěn)定劑并用，才能顯示其穩(wěn)定作用。有代表性的主要螯合劑是亞磷

15、酸三苯酯。 第21頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二（3）紫外線吸收劑高聚物受紫外線照射會發(fā)生光降解。紫外線吸收劑是一類能吸收紫外線或減少紫外線透射作用的化學(xué)物質(zhì)，它能進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，即將高能量的紫外光轉(zhuǎn)換成以熱的形式或無破壞性的較長光波的形式把能量釋放出來，從而保護(hù)高聚物免遭紫外線破壞。紫外線吸收劑按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為多羥基苯酮類、水楊酸苯酯類、本并三唑類、三嗪類、磷酰胺類等。 第22頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二（4）變價(jià)金屬離子抑制劑不少高聚物會因變價(jià)金屬離子的存在而加速老化的過程，變價(jià)金屬離子如銅、錳、鐵離子的這種催化氧化作用對聚烯烴（特別是聚

16、丙烯）影響很大。抑制變價(jià)金屬離子的催化氧化活性，在于把這些離子聯(lián)結(jié)到一些化合物中去，在這些化合物中價(jià)鍵是不能轉(zhuǎn)移或很難轉(zhuǎn)移的。變價(jià)金屬離子抑制劑就是一類能與金屬離子的活性鹽聯(lián)結(jié)為絡(luò)合物，從而消除這些金屬離子的催化氧化活性的化學(xué)物質(zhì)，它們主要是銅抑制劑和鐵抑制劑。變價(jià)金屬離子抑制劑有醛和二胺縮合物、草酰胺類、酰肼類、三唑和四唑類化合物等。 第23頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二（5）光屏蔽劑光屏蔽劑是一類能將有害于高聚物的光波吸收，然后將光能轉(zhuǎn)換成熱能散射出去或?qū)⒐獠ǚ瓷涞?，從而對高聚物起到屏蔽作用的物質(zhì)。光屏蔽劑主要有炭黑、氧化鋅、鈦白粉、鋅鋇白等黑色或白色之能吸收或反

17、射光波的物質(zhì)。 第24頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二3、增強(qiáng)劑、填料為了提高塑料制品的強(qiáng)度和剛性，可以加入各種纖維材料作增強(qiáng)劑。最常用的增強(qiáng)劑是玻璃纖維，它有連續(xù)長絲、玻璃帶、玻璃紗、玻璃布、短切纖維等幾種。另外還有石棉纖維、碳纖維、石墨纖維和硼纖維等。填料，雖然也有改善某些塑料物理性能的作用，但它的主要功能是降低成本和收縮率。主要的填料種類有：硅石（砂、石英）、硅酸鹽（云母、滑石、陶土、石棉）、碳酸鈣、金屬氧化物、炭黑、玻璃珠和粉等。一種增強(qiáng)劑或填料對塑料的增強(qiáng)效果，取決于它們和樹脂界面處的分子間相互作用的狀況，如果它們的表面用某些化合物處理一下（如有機(jī)硅烷）則與樹

18、脂的分子鏈容易通過化學(xué)鍵偶聯(lián)起來，達(dá)到增強(qiáng)的目的。 第25頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二4、抗靜電劑在塑料配方中加入抗靜電劑，可減少或消除成品表面靜電荷的形成，大多數(shù)抗靜電劑是吸水的化合物（電解質(zhì)），由于它們與聚合物的相溶性有限，它們會滲出到部分表面，形成水溶性導(dǎo)電層，可讓表面電荷分散開來?？轨o電劑一般是有機(jī)氮化物（酰胺、胺類及季胺化合物）或具有聚醚結(jié)構(gòu)的化合物?？轨o電劑的選擇取決于聚合物的本性，以及抗靜電劑本身的使用特性、有效性、無毒性等。 第26頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二5、阻燃劑減緩塑料燃燒性能的助劑稱阻燃劑，根據(jù)阻燃機(jī)理的不同可分

19、為四種類型：與塑料的分解產(chǎn)物相結(jié)合而產(chǎn)生一種可悶熄火焰的氣體，如三氧化銻與PVC分解時(shí)釋放出來的氯化氫反應(yīng)，即生成有熄火作用的三氯氧化銻。吸收燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量來冷卻塑料，以減緩燃燒速率如氫氧化鋁，氫氧化鋁是阻燃劑中用的最普遍的一種：它呆起填料、滅煙劑、阻燃劑的作用，同時(shí)價(jià)格低廉、對聚合物性能影響又小，所以它獲得應(yīng)用的增長速率引人注目。提供一種與氧氣隔絕的涂層，如磷酸酯類主要產(chǎn)品有磷酸三甲苯酯等，它們實(shí)際上也是一種有阻燃性能的增塑劑。 能產(chǎn)生阻止燃燒反應(yīng)的游離基，這些游離基可與塑料反應(yīng)生成燃燒性能較差的產(chǎn)物。 第27頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二6、發(fā)泡劑發(fā)泡劑是一類受

20、熱時(shí)會分解放出氣體的有機(jī)化合物，這些氣體留在塑料基材中便成為有許多細(xì)微泡沫結(jié)構(gòu)的泡沫塑料。作為一種良好的發(fā)泡劑應(yīng)具備下列條件：短時(shí)間內(nèi)放出氣體，放氣速度可以調(diào)節(jié)，分解放出的氣體應(yīng)是CO2、N2之類的惰性氣體，在塑料中容易分散和分解，分解溫度適當(dāng)，分解時(shí)發(fā)熱量不大，分解反應(yīng)是不可逆的，發(fā)泡劑無毒等。發(fā)泡劑中應(yīng)用最廣的是偶氮二甲酰胺（AC）。 第28頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二7、潤滑劑高聚物在熱加工過程中，往往要加入少量的潤滑劑才能加工，達(dá)到脫模方便的目的。潤滑劑可以分為內(nèi)外兩種：外潤滑劑與內(nèi)潤滑劑。外潤滑劑主要作用是使聚合物熔融體能順利地離開加工設(shè)備的熱金屬表面而有

21、利于它的流動，外潤滑劑與聚合物的相溶性較差，只是在聚合物與金屬的界面處形成薄薄的潤滑劑層。內(nèi)潤滑劑與聚合物有良好的相溶性，能降低聚合物分子間的內(nèi)聚力，從而有助于聚合物的流動和降低由內(nèi)摩擦熱所致的升溫。最常用的外潤滑劑是硬脂酸及其金屬鹽類，內(nèi)潤滑劑是低分子量的聚乙烯等。 第29頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二8、著色劑著色劑賦于塑料制品各種色澤，分染料和顏料兩類。染料是有機(jī)化合物，常能溶于增塑劑之類的有機(jī)溶劑。顏料可分有機(jī)和無機(jī)化合物兩類，它們的顆粒較大，通常難溶于有機(jī)化合物。 9、偶聯(lián)劑增強(qiáng)劑或填料用偶聯(lián)劑處理后，可使其表面獲得一種化學(xué)改性，而在分散的無機(jī)相和連續(xù)的聚合

22、物之間形成一種橋鍵，成為一種復(fù)合材料，提高增強(qiáng)劑或填料的作用，有機(jī)硅烷是最為廣泛使用的偶聯(lián)劑，有機(jī)鈦酸酯是一種更高效的偶聯(lián)劑。 第30頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二10、交聯(lián)劑線型高分子鏈在化學(xué)交聯(lián)劑所產(chǎn)生之自由基的作用下，激發(fā)了活性中心，使它們足以相互交聯(lián)起來而成為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，達(dá)到改善強(qiáng)度和其它性能的目的。一般的交聯(lián)劑多指有機(jī)過氧化物，如聚乙烯的交聯(lián)劑可使用過氧化二異丙苯。 第31頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二橡膠定義 橡膠(Rubber)是一種高彈性的高分子化合物。它具有其它材料所沒有的高彈性，因而也稱做彈性體。橡膠的主要特征是分子量大，一

23、般都在數(shù)十萬，甚至達(dá)到上百萬左右；其次是橡膠具有多分散性，也即橡膠的分子是大小不等的，有一個(gè)分布范圍，這是決定橡膠成為工程材料的內(nèi)在原因。 有關(guān)橡膠最早的文字記載是1525年西班牙人安吉拉著的新世界（New world）。后來，1901年托德西拉斯在著作中稱海地島居民玩的奇特的球是由樹膠（Gum）制成的，至今還是法語和日語對橡膠的稱呼，頁南美印地安人的方言土語則把橡膠稱作“Caoutchouc”，原意為“樹的眼淚”。 第32頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二橡膠發(fā)展史 哥倫布在發(fā)現(xiàn)新大陸的航行中發(fā)現(xiàn)，南美洲土著人玩的一種球是用硬化了的植物汁液做成的。哥倫布和后來的探險(xiǎn)家們

24、無不對這種有彈性的球驚訝不已。一些樣品被視為珍品帶回歐洲。 后來人們發(fā)現(xiàn)這種彈性球能夠擦掉鉛筆的痕跡，因此給它起了一個(gè)普通的名字 “擦子(Rubber)”。這仍是現(xiàn)在這種物質(zhì)的英文名字。這種物質(zhì)就是橡膠。 1839年，美國人古德伊爾(Charles Goodyear)成功地將天然橡膠進(jìn)行了硫化后，橡膠才成為有使用價(jià)值的材料。通過與硫磺一起加熱進(jìn)行硫化，實(shí)現(xiàn)了橡膠分子鏈的交聯(lián)，使橡膠具備了良好的彈性。 第33頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二第34頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二 1845年，英國工程師RW湯姆森在車輪周圍套上一個(gè)合適的充氣橡膠管，并

25、獲得了這項(xiàng)設(shè)備的專利，到了1890年，輪胎被正式用在自行車上，到了1895年，被用在各種老式汽車上。 用天然橡膠的結(jié)構(gòu)單元-異戊二烯來制造合成橡膠。早在1880年，化學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)，異戊二烯放置過久就會變軟發(fā)動，經(jīng)酸化處理后則會變 成類似橡膠的物質(zhì)。德皇威廉二世曾讓人用這種物質(zhì)制成皇家汽車的輪胎。 在第一次世界大戰(zhàn)期間，迫于橡膠匾乏，德國人采用了二甲基丁二烯聚合而成甲基橡膠，這種橡膠可以 大量生產(chǎn)，而且價(jià)格低廉。 大約在1930年，德國和蘇聯(lián)用丁二烯作為單體，金屬鈉作為催化劑，合成了一種叫做丁鈉橡膠。與苯乙烯共聚得到丁苯橡膠(Buna-S)，它的性質(zhì)與天然橡膠極其相似。 第35頁，共71頁，20

26、22年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二 大約在1930年，德國和蘇聯(lián)用丁二烯作為單體，金屬鈉作為催化劑，合成了一種叫做丁鈉橡膠。與苯乙烯共聚得到丁苯橡膠(Buna-S)，它的性質(zhì)與天然橡膠極其相似。 美國在戰(zhàn)后大力研究合成橡膠。首先合成了氯丁橡膠，氯原子使氯丁橡膠具有天然橡膠所不具備的一些抗腐蝕性能。 1955年美國人利用齊格勒在聚合乙烯時(shí)使用的催化劑(也稱齊格勒納塔催化劑)聚合異戊二烯。首次用人工方法合成了結(jié)構(gòu)與天然橡膠基本一樣的合成天然橡膠。不久用乙烯、丙烯這兩種最簡單的單體制造的乙丙橡膠也獲成功。此外還出現(xiàn)了各種具有特殊性能的橡膠?，F(xiàn)在合成橡膠的總產(chǎn)量已經(jīng)大大超過了天然橡膠。 第36頁，

27、共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二橡膠分類 1）按材料來源可分為天然橡膠(Natural Rubber)和合成橡膠(Synthetic Rubber) 兩大類。2）按其性能和用途可分為通用橡膠(Universal Rubber)和特種橡膠(Specialty Rubber Eastomer)兩大類。3)熱塑性橡膠：SBS熱塑性橡膠 第37頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二通用橡膠(Universal Rubber)凡是性能與天然橡膠相同或接近，物理性能和加工性能較好，能廣泛用于輪胎和其它一般橡膠制品的橡膠稱為通用橡膠。通用橡膠有：天然橡膠（NR）、丁苯橡

28、膠（SBR）、順丁橡膠（聚丁二烯橡膠，BR）、異戊橡膠（聚異戊二烯橡膠，IR） 第38頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二特種橡膠(Specialty Rubber Eastomer) 凡是具有特殊性能，專供耐熱、耐寒、耐化學(xué)腐蝕、耐油、耐溶劑、耐輻射等特殊性能橡膠制品使用的稱為特種橡膠。特種橡膠有：丁腈橡膠（NBR）、硅橡膠、氟橡膠、聚氨酯橡膠、聚硫橡膠、聚丙烯酸酯橡膠（UR）、氯醚橡膠、氯化聚乙烯橡膠（CPE）、氯磺化聚乙烯（CSM）、丁吡橡膠等。 實(shí)際上，通用橡膠和特種橡膠之間并無嚴(yán)格的界限，如乙丙橡膠兼具上述兩方面的特點(diǎn)。通用橡膠與特種橡膠之間的有：氯丁橡膠（CR）

29、、乙丙橡膠（EPDM）、丁基橡膠（IIR） 第39頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二橡膠特點(diǎn) （1）高彈性橡膠的彈性模量小，一般在19.8MPa。伸長變形大，伸長率可高達(dá)1000%，仍表現(xiàn)有可恢復(fù)的特性，并能在很寬的溫度（-50150）范圍內(nèi)保持有彈性。（2）粘彈性橡膠是粘彈性體。由于大分子間作用力的存在，使橡膠受外力作用。產(chǎn)生形變時(shí)受時(shí)間、溫度等條件的影響，表現(xiàn)有明顯的應(yīng)力松馳和蠕變現(xiàn)象。 （3）緩沖減震作用橡膠對聲音及振動和傳播有緩和作用，可利用這一特點(diǎn)來防除噪音和振動。（4）電絕緣性橡膠和塑料一樣是電絕緣材料，天然橡膠和丁基橡膠和體積電阻率可達(dá)到1015cm以上。

30、第40頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二（5）溫度依賴性 高分子材料一般都受溫度影響。橡膠在低溫時(shí)處于玻璃態(tài)變硬變脆，在高溫時(shí)則發(fā)生軟化、熔融、熱氧化、熱分解以至燃燒。 （6）具有老化現(xiàn)象 如同金屬腐蝕、木材腐朽、巖石風(fēng)化一樣，橡膠也會因環(huán)境條件的變化而發(fā)生老化，使性能變壞，使壽命縮短。 （7）必須硫化 橡膠必須加入硫黃或其它能使橡膠硫化（或稱交聯(lián)）的物質(zhì)，使橡膠大分子交聯(lián)成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，才能得到具有使用價(jià)值的橡膠制品，但是，熱塑性橡膠可不必硫化。 除此之外，橡膠密度低，屬于輕質(zhì)材料，硬度低，柔軟性好；透氣性較差，可做氣密性材料；還是較好的防水性材料等等。使得橡膠材料和橡

31、膠制品的應(yīng)用范圍特別廣泛，制品不定多達(dá)數(shù)萬種。 第41頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二纖 維 纖維根據(jù)其來源可分為天然纖維（如棉、毛、絲、麻等）和化學(xué)纖維。 化學(xué)纖維(Chemcial Fiber)又包括人造纖維(Rayon)和合成纖維(Synthetic fiber)。 人造纖維：將天然高分子經(jīng)化學(xué)處理再加工紡制而成的纖維。如粘膠纖維、醋酸纖維、銅氨纖維等。 合成纖維：是聚合物加工紡制成的纖維。如滌綸、錦綸（聚酰胺類(Polyamide) ，也叫尼龍(Nylon）、丙綸、維尼綸、氯綸、腈綸等。 第42頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二主要合成纖維

32、品種 學(xué)名 商品名 聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維(PET) 滌綸、 Terylene、Dacron 聚己內(nèi)酰胺纖維(PA6) 錦綸 6、尼龍6、Kapron、Perlon 聚己二酰己二胺纖維(PA66) 錦綸 66、尼龍66、Nylon 聚對苯二甲酰對苯二胺纖維 芳綸、Kelvar 丙烯腈 -丙烯酸酯共聚物 腈綸、Cashmilan、OrlonCourtelle 聚丙烯纖維 (PP) 丙綸、Pylen、Meraklon 超高分子量聚乙烯纖維 (UHMW-PE) Spectra 900、Dyneema 聚乙烯醇縮甲醛 維綸、維尼綸、KuralonMewlon 聚氯乙烯纖維(PVC) 氯綸、Leavi

33、l、Rhovyl 聚氨酯彈性纖維(PU) 氨綸、Lycra、Dorlustan、Vairin 聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維(PTT) PTT纖維, Corterra 第43頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二膠粘劑(Adhesive) 膠粘劑定義：粘合劑(Adhesive)是靠界面間作用使各種材料牢固地粘接在一起的物質(zhì)。 第44頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二粘合劑的組成 1、粘料 粘合劑以稱基料、主劑、是決定粘合劑性能主要組分，能起到膠粘的作用，作為粘料的物質(zhì)可以是天然高分子、合成樹脂及合成橡膠。天然高分子有淀粉、蛋白質(zhì)、天然橡膠等，還有無機(jī)材料如硅酸

34、鹽、硝酸鹽等。 粘料的選擇需考慮聚合物的特性和被粘物的特性。 第45頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二2、固化劑和固化促進(jìn)劑以熱固性聚合物為粘料時(shí)，必須加入固化劑使粘合組分交聯(lián)形成體型結(jié)構(gòu)。固化促進(jìn)劑是加速交科反應(yīng)，縮短固化時(shí)間或降低固化溫度的組分。 3、增塑劑和增韌劑為了改善膠層柔韌性，提高膠層沖擊強(qiáng)度而加入的配合劑。 4、稀釋劑稀釋劑是為了降低粘合劑粘度、增加粘合劑浸穩(wěn)透力而使用的低分子化合物，有些稀釋劑還能降低粘合劑的活性，延長粘合劑的使用期。 第46頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二5、填料填料的作用是改善粘合性能和降低粘合劑的成本。填料一般

35、是粉末狀或細(xì)短纖維狀。填料的用量要合適，否則會導(dǎo)致粘接性能下降。 6、偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑是為了改善粘合劑和被粘物表面之間的界面強(qiáng)度而使用的助劑。偶聯(lián)劑是具有反應(yīng)性基團(tuán)的化合物，可與被粘物表面分子形成化學(xué)鍵合。偶聯(lián)劑又稱增粘劑。 7、其他助劑粘合劑組分除上述必需的組分外，有進(jìn)根據(jù)粘料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、用途還需加入防老劑、著色劑等組分。 第47頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二粘合劑的分類 1、按形態(tài)分類水溶液型、溶液型、乳液（膠乳）型、無溶劑型、固態(tài)型、膏狀與膩?zhàn)?2、按化學(xué)成分分類1）無機(jī)：包括硅酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽、陶瓷類及低熔點(diǎn)金屬類2）有機(jī)：天然系及合成系。天然系包括淀粉系類、

36、蛋白系類、天然樹脂系類、天然橡膠系列、瀝青系類。合成系包括樹脂型、橡膠型（氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、丁基橡膠、聚硫橡膠、羧基橡膠、有機(jī)硅橡膠、熱塑性橡膠）及復(fù)合型。其中樹脂型包括熱塑性類（聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇縮醛類、聚丙烯酸酯類、纖維素類、飽和聚酯、聚氨酯等）及熱固性類（脲醛樹脂、蜜醛樹脂、酚醛樹脂、間苯二酚甲醛樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯等）。 第48頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二3、按來源分類膠粘劑按來源可分天然膠粘劑和合成膠粘劑，前者如動物的皮、骨、血膠，植物的淀粉、天然橡膠、松香膠等都屬于天然膠粘劑，開發(fā)應(yīng)用已有數(shù)千年歷史，但強(qiáng)度不理想。后者始于本

37、世紀(jì)初合成高分子出現(xiàn)之后，其性能優(yōu)越，已形成脲醛、酚醛、蜜醛、聚醋酸乙烯乳液、合成橡膠膠漿、聚丙烯酸酯等廉價(jià)的大品種和具有形形色色特性的品種。 第49頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二粘合劑的性能 1、粘合劑的性能參數(shù)2、貯存期3、工作壽命（適用期）4、粘度5、固含量6、固化時(shí)間7、其他：粘合劑的密度、pH值。8、粘合劑的機(jī)械性能剪切強(qiáng)度、剝離強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度9、粘合劑的物理化學(xué)性能主要是指固化后、膠層本身及界面層的物理化學(xué)性能，包括耐熱性、耐水性、耐化學(xué)試劑性能、耐潮性、耐老化性、耐低溫性，以及經(jīng)受環(huán)境條件變化的特性。如耐高低溫突變性能、耐干濕突變性能等。 第5

38、0頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二粘合劑品種簡介 1、熱塑性高分子粘合劑熱塑性高分子粘合劑是以線型聚合物為粘料，很容易配制成溶液狀，乳液狀或熔融狀粘合劑進(jìn)行粘接操作，使用方便。固化過程中不產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，而是通過溶劑或分散介質(zhì)的揮發(fā)或熔體冷卻成為膠層、產(chǎn)生粘接力。此類粘合劑具有柔韌性、耐沖擊性、初粘力高、貯存穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，但耐熱性、耐溶劑性較差，膠接強(qiáng)度相對較低，在常溫下往往有蠕變傾向。這些缺點(diǎn)使其在應(yīng)用上有一定的局限性。 熱塑性粘合劑主要用于非結(jié)構(gòu)件的膠粘，如紙張、木材、皮革、纖維制品等低受力物品的粘接。熱塑性聚酰胺、聚酯等也用于金屬、金屬與塑料、橡皮間的粘接。 第5

39、1頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二2、熱塑性高分子粘合劑主要有1）聚醋酸乙烯酯及其共聚物粘合劑聚醋酸乙烯（PVAc）及其共聚物粘合劑是產(chǎn)量最大的熱塑性品種，主要品種有 PVAc 溶液粘合劑、PVAc乳液粘合劑、醋酸乙烯共聚物粘合劑，包括溶液型、乳液型和熱熔膠。2）丙烯酸樹脂粘合劑丙烯酸樹脂粘合劑的粘料是（甲基）丙烯酸及其酯類的均聚物或共聚物。丙烯酸乙酯、丁酯、異辛酯以及甲基丙烯酸甲酯等是常用的單體，丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯是常用的共聚單體。 第52頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二3）聚乙烯醇（ PVA ）和聚乙烯醇縮醛粘合劑將

40、聚乙烯醇和水在加熱下溶解可直接得到水溶性粘合劑。通常命名用的聚乙烯醇牌號為PVA-1788，其醇解度為88%，平均聚合度為1700。若醇解度太低水溶性不好，醇解度太高則容易結(jié)晶，粘合效果下降。因聚乙烯醇粘合劑價(jià)格低、無毒、主要用于紙品的粘接和辦公用品中的漿液。 4）含氯樹脂粘合劑等含氯樹脂包括PVC及其氯化產(chǎn)物（過氯乙烯樹脂、由PVC氯化制得）、聚偏氯乙烯（PDVC），以及醋酸乙烯或偏二氯乙烯的共聚樹脂。 第53頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二5）熱固性樹脂粘合劑熱固性樹脂粘合劑是以中低分子量、且含有高反應(yīng)性基團(tuán)的聚合物為粘料的粘合劑，在加熱（或/和固化劑）作用下，聚合

41、物之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成不溶不熔的膠層。此類粘合劑的特點(diǎn)是聚合物分子量小易擴(kuò)散滲透，粘接力強(qiáng)，膠層耐熱性、耐蠕變性好。但起始粘接力小，固化后易產(chǎn)生體積收縮和內(nèi)應(yīng)力，使膠接強(qiáng)度下降，所以在往往需加壓、加入填料來彌補(bǔ)這些不足。 第54頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二3、熱固性高分子粘合劑主要有1）氨基樹脂粘合劑2）酚醛樹脂粘合劑3）環(huán)氧樹脂粘合劑4）熱固性丙烯酸樹脂粘合劑5）橡膠粘合劑6）復(fù)合型粘合劑7）特種粘合劑8）熱熔粘合劑（簡稱熱熔膠）9）壓敏粘合劑（簡稱壓敏膠）10）厭氧粘合劑11）微膠囊粘合劑 第55頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二膠接技術(shù)

42、與傳統(tǒng)的鉚、螺、焊接相比有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如工藝簡便、膠接件表面光潔美觀、應(yīng)力集中小、疲勞壽命長、適用面廣，無論同質(zhì)異質(zhì)、軟硬脆無不可接，而紙、薄膜、泡沫或蜂窩結(jié)構(gòu)等的連接，更非膠接法不可。故應(yīng)用遍及國民經(jīng)濟(jì)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。大品種膠的應(yīng)用多集中在木材、建筑、輕紡、汽車等行業(yè)。 第56頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二 有兩類膠粘劑產(chǎn)量不很大，但其某些性能非常突出，且增長速度很快，是目前膠粘劑工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。一類是結(jié)構(gòu)膠粘劑（Structural adhensive)，主要用于航空和宇航及其他工業(yè)中受力構(gòu)件的粘接，目前結(jié)構(gòu)膠主要品種是改性的熱固性膠粘劑。如用尼龍、羧酸丁

43、腈、聚砜改性的環(huán)氧膠或聚乙烯醇縮醛、丁腈改性的酚醛膠，都具有很高的強(qiáng)度和韌性及優(yōu)良的耐濕、熱老化（除環(huán)氧尼龍外）氧等性能。 第57頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二另一類是特種膠粘劑。除一般性能外還有某些特殊功能如耐超高溫低溫、導(dǎo)電、醫(yī)用.品種配方多達(dá)數(shù)萬種，附加價(jià)值高。也此相似，一些特殊工藝膠粘劑如熱熔膠(Hot melt adhesive)、厭氧膠(Anaerobic adhesive)、壓敏膠(Pressure adhesive)等發(fā)展迅速，年增長率在15%以上。 第58頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二涂 料涂料定義：涂料是指涂布在物體表面而

44、形成具有保護(hù)和裝飾作用膜層的材料第59頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二涂料的組成成膜物質(zhì)：與物體表面和顏料具有良好的結(jié)合力，可分為轉(zhuǎn)化 型和非轉(zhuǎn)化型兩種類型。顏料：起裝飾作用，并對物體表面起抗腐蝕的保護(hù)作用填充劑：增量劑(體質(zhì)顏料)溶劑：溶解成膜物質(zhì)的易揮發(fā)性液體增塑劑：提高漆膜柔性催干劑：促使聚合或交聯(lián)的催化劑增稠劑：提高涂料的黏度稀釋劑：降低涂料的黏度其他填加劑：殺菌劑，顏料分散劑，阻聚劑，防結(jié)皮劑等第60頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二涂料的類型施工層次：膩?zhàn)?、底漆、面漆、罩光漆稀釋介質(zhì)：溶劑型、水溶型、水乳型漆膜光澤：無光漆、半光漆、有光

45、漆施工方法：噴漆、烘漆、電泳漆成膜物質(zhì)：油性涂料(油基樹脂漆)、合成樹脂類漆第61頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二油基樹脂漆(1)油脂類漆 油脂類漆是以植物油或植物油加天然樹脂或改性酚醛樹脂為基的涂料，有清油、清漆、色漆等不同類型。清油是干性油的加工產(chǎn)品，含有樹脂時(shí)稱為清漆。清漆中加顏料即為色漆(瓷漆)。在配方中1份樹脂所使用油的份數(shù)稱為油度比。以質(zhì)量比計(jì)，樹脂：油為1：3時(shí)稱為長油度，1：23時(shí)，稱為中油度，1：0.5 2時(shí)稱為短油度。下面對油脂類漆所用的主要成分簡介如下。第62頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二(1)油類。植物油主要成分為甘油三

46、脂肪酸酯。形成甘油三脂肪酸酯的脂肪酸分為飽和及不飽和兩種。飽和脂肪酸如硬脂酸，不飽和脂肪酸如油酸、桐油酸等，含有雙鍵，可在空氣中氧的作用下進(jìn)行聚合與交聯(lián)反應(yīng)。含有不飽和脂肪酸的植物油可進(jìn)行氧化聚合而干燥成膜，故稱為干性油，不能進(jìn)行氧化聚合的植物油稱為不干性油。涂料工業(yè)應(yīng)用的植物油可分成干性油、半干性油和不干性油3種，是依碘值劃分的。碘值在140以上的為干性油，如桐油、梓油、亞麻油、大麻油等。碘值在100一140的為半干性油，如豆油、花生油、棉子油等它們干燥的速度比干性油小。不能自行干燥的油稱為不干性油，一般用作增塑劑和制造合成樹脂，如蓖麻油、椰子油、米糠油等都屬于不干性油。第63頁，共71頁，

47、2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二 松香加工樹脂。松香的主要成分為樹脂酸C19H29COOH。樹脂酸有多種異構(gòu)體，包括松香酸、新松香酸、海松酸等，其中最主要的是松香酸，它是一種不飽和酸。涂料中用的松香加工樹脂是松香經(jīng)加工處理可制得的松香皂類、酯類或與其他材料改性的樹脂，如松香改性酚醛樹脂。 催干劑。催干劑即油類氧化聚合的催化劑，常用的有鈷、錳的有機(jī)酸皂類其中最重要的是環(huán)烷酸鈷。鈣和鋅的有機(jī)酸皂常用作助催干劑。 其他的樹脂。油性涂料常用的其他樹脂有松香改性酌醛樹脂、丁醇醚化酚醛樹脂、酚醛樹脂、石油樹脂、古馬隆樹脂等。 溶劑。油基樹脂漆主要使用油漆溶劑油、二甲苯及松節(jié)油。第64頁，共71頁，2022年，5月20日，1點(diǎn)17分，星期二 (2)大漆 大漆是一種天然漆，俗稱土漆和生漆，生漆經(jīng)加工即成熟漆。 生該是漆樹的分泌