第3章工程塑料

第三章工程塑料概述通用工程塑料特種工程塑料工程塑料工程塑料：

力學(xué)性能和熱性能較好、可以作為結(jié)構(gòu)材料使用、在較寬的溫度范圍內(nèi)可承受一定的機(jī)械應(yīng)力、能在較苛刻的化學(xué)、物理環(huán)境中使用的塑料。具有優(yōu)異的力學(xué)性能、化學(xué)性能、電性能、耐熱性、耐磨性、耐老化性能等。使用量較大、長(zhǎng)期使用溫度100~150℃的塑料，如PA、POM、PC、PPO、PET、PBT等。使用量小、價(jià)格高、長(zhǎng)期使用溫度>150℃的塑料，如PI、PSF、PPS、PEEK、PTFE等。3.1聚酰胺（PA，Polyamide）PA(尼龍，nylon）：分子鏈含有酰胺基團(tuán)的聚合物；由二元胺和二元酸縮聚而成，也可由ω-氨基酸或內(nèi)酰胺自聚而成；PA的品種：

尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍612、尼龍1010（前為胺）、尼龍46、尼龍7、尼龍9等

極性酰胺基上的H能與另一分子酰胺基的O形成氫鍵聚酰胺的結(jié)構(gòu)與性能

酰胺基的比例越大，吸水率越大：

PA6>PA66>PA610

注意吸水率對(duì)性能的影響

物理性能白色至淡黃色顆粒，制品堅(jiān)硬，表面有光澤優(yōu)良的力學(xué)性能（拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度等）但力學(xué)性能會(huì)受溫度和濕度的影響

熱性能熔點(diǎn)高（>200℃

），但Tg一般在<80℃

具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性一般不溶于普通溶劑，但室溫能溶解于強(qiáng)極性溶劑（酚類(lèi)、硫酸、甲酸等）電性能

低溫和干燥條件下具有良好的電絕緣性，但在潮濕條件下會(huì)顯著降低。聚酰胺的加工性能

加工前原料必須干燥

PA的吸濕性很大

熔體粘度低、流動(dòng)性大必須采用自瑣式噴嘴，以免漏料熱穩(wěn)定性較差應(yīng)避免采用較高的熔體溫度結(jié)晶性聚合物，成型收縮率較大PA作為熱塑性塑料，一般的塑料成型方法（注射、擠出、模壓、吹塑、澆注）都可采用，最常用的方法是注射成型。普通PA的應(yīng)用

目前工業(yè)上產(chǎn)量最大的工程塑料；機(jī)械、化學(xué)及電氣零件：軸承、齒輪、密封圈、渦輪等；

PA粉末噴涂于各種零件表面，提高磨擦性能；汽車(chē)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、電子電氣、包裝業(yè)、體育器材等行業(yè)越來(lái)越廣泛地使用PA塑料。其它種類(lèi)PA其主要原料是PA6，直接將PA6單體澆注到模具內(nèi)進(jìn)行聚合并制成制品；

分子量（3.5萬(wàn)~7萬(wàn)）比一般PA6高一倍，各項(xiàng)物理、力學(xué)性能、熱性能均比一般PA6要好；能根據(jù)模具方便地制出任意形狀的制件、型材；優(yōu)良的耐磨擦性，可與POM相媲美；用途：造船、汽車(chē)、造紙、各種機(jī)械的部件。(1)單體澆注聚酰胺（monomercastPA，MCPA）:

聚對(duì)苯酰胺聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺（kevlar，芳綸）

(2)芳香族聚酰胺

合成方法：對(duì)苯二胺與對(duì)苯二甲酰氯縮聚而成。特性：超高強(qiáng)度（強(qiáng)度最高的合成纖維）、超高模量、耐高溫（Tg=410℃、Tf=450℃）、耐腐蝕、阻燃、耐疲勞、尺寸穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)異的特點(diǎn)。聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺（kevlar，芳綸）

用途：增強(qiáng)材料：橡膠補(bǔ)強(qiáng)材料、制成增強(qiáng)塑料用于航天器、導(dǎo)彈殼體等高技術(shù)領(lǐng)域。有機(jī)纖維：輪胎簾子線(xiàn)、特種繩索和工業(yè)織物（如防彈衣、賽艇、弓箭、羽毛球等體育器材）。

引入側(cè)基來(lái)破壞分子鏈的規(guī)整性，減小結(jié)晶；透光率可達(dá)90%。(3)透明聚酰胺通常PA不透明（晶區(qū)存在）

一般采用玻璃纖維作為增強(qiáng)材料；其力學(xué)性能、耐蠕變性能、尺寸穩(wěn)定性在原有基礎(chǔ)上有大幅提高。(4)增強(qiáng)聚酰胺:3.2聚碳酸酯（PC，Polycarbonate）

指分子主鏈中含有鏈節(jié)的線(xiàn)性高聚物；

R可以為脂肪族、脂環(huán)族、芳香族，最具工業(yè)價(jià)值的是芳香族PC，特別是雙酚A型PC，其產(chǎn)量?jī)H次于PA；合成工藝：酯交換法、空氣界面縮聚法；聚碳酸酯的結(jié)構(gòu)與性能

主鏈的剛性和苯環(huán)的位阻效應(yīng)，結(jié)晶能力較差，無(wú)定形聚合物，具有優(yōu)良的透明性，透光率87~90%；力學(xué)性能優(yōu)良，特別是沖擊性能十分突出，優(yōu)于一般的工程塑料；很好的耐高低溫性，長(zhǎng)期使用溫度-70~120℃；尺寸穩(wěn)定性能好；主鏈上酯基對(duì)水敏感，高溫下易水解；易產(chǎn)生應(yīng)力開(kāi)裂。

綜合性能優(yōu)良（剛而韌）聚碳酸酯的改性

加工流動(dòng)性差、制品殘余應(yīng)力大、高溫易水解、不耐磨擦等。缺陷：改性方法：

增強(qiáng)PC：PC合金

增強(qiáng)材料：玻璃纖維、碳纖維、硼纖維等；拉伸、彎曲強(qiáng)度、耐熱性、耐應(yīng)力開(kāi)裂性均明顯改善；主要用于注射成型各種工程零件，機(jī)械方面：電動(dòng)工具外殼；電氣方面，插頭、插座、繼電器等。PC/PE：改善加工流動(dòng)性、耐應(yīng)力開(kāi)裂性及乃沸水性，但耐熱性有所降低；PC/ABS、PC/POM、PC/PTFE等。PC的應(yīng)用

玻璃裝配業(yè)：各種防護(hù)玻璃、大型燈罩、飛機(jī)座艙玻璃；汽車(chē)工業(yè)：儀表盤(pán)系統(tǒng)和內(nèi)裝飾系統(tǒng)，如前燈罩、前后檔板，反光鏡框等；電子電器工業(yè)：接線(xiàn)盒、插座、插頭、繼電器外殼，家用電器手柄等。三大應(yīng)用領(lǐng)域：

生活日用品：純凈水周轉(zhuǎn)桶、熱水杯、奶瓶、餐具等；光學(xué)材料：錄影（音）帶、光盤(pán)、儲(chǔ)存器介質(zhì)等。其它應(yīng)用領(lǐng)域：3.3聚甲醛（POM，Polyoxymethylene）

產(chǎn)量?jī)H次于PA和PC，第三大通用工程塑料；分子主鏈上具有重復(fù)單元，是一種無(wú)側(cè)鏈、高密度、高結(jié)晶度（>75%）的線(xiàn)性聚合物；工業(yè)上一般采用三聚甲醛為原料；優(yōu)良的綜合性能；特色：特別適合作為軸承使用——具有良好的摩擦磨損性能，尤其是具有優(yōu)越的干摩擦性能。聚甲醛的性能

白色粉末或粒料，硬而質(zhì)密，表面光滑有光澤；較好的力學(xué)性能，尤其是具有較好彈性模量、硬度和剛度以及優(yōu)異的耐磨擦性能；熱性能：具有較高的Tg，短期使用溫度140℃，長(zhǎng)期使用不應(yīng)超過(guò)100℃；電絕緣性能優(yōu)良，且不隨溫度變化；吸水率<0.25%，濕度對(duì)其尺寸無(wú)影響；但不耐酸堿，耐候性也較差，對(duì)紫外線(xiàn)敏感。聚甲醛的加工性能

加工方法可以是注塑、擠出、吹塑、模壓等，以注塑為主。吸水率小——原料一般不必干燥；熱穩(wěn)定性較差——加工溫度應(yīng)控制在250以下，且在料筒中時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)；熔體的冷凝速度快，模具的溫度不宜低，以避免植皮表面產(chǎn)生缺陷；制品會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行后處理（100~130℃，<6h）；聚甲醛的應(yīng)用

比剛度和比強(qiáng)度接近金屬，可替代有色金屬制作各種結(jié)構(gòu)零部件，特別適合制造耐磨擦的零件，如齒輪、滑輪、軸承等；添加玻璃纖維、碳纖維、玻璃球等增強(qiáng)材料可制得增強(qiáng)聚甲醛；加入石墨、PTFE、硅油等潤(rùn)滑材料，可明顯提高POM的潤(rùn)滑性能。3.4聚苯醚（PPO）

分子主鏈上含有重復(fù)單元，又稱(chēng)為聚亞苯基氧；線(xiàn)性非結(jié)晶性聚合物；工業(yè)上一般采用2.6-二甲基苯酚為原料，在氧氣中縮聚而成；白色或微黃色粉末，硬而堅(jiān)韌；分子主鏈中含有大量的酚基芳香環(huán)——分子鏈段內(nèi)旋轉(zhuǎn)困難，熔點(diǎn)升高，熔體粘度增大，流動(dòng)性小，加工困難；聚苯醚的性能

具有很好的拉伸強(qiáng)度、模量、抗沖擊性能，硬度高于POM、PC和PA，但耐應(yīng)力開(kāi)裂性不好；優(yōu)良的熱性能：Tg為210℃，Tf為350℃；電絕緣性能優(yōu)異，介電常數(shù)是工程塑料中最低的；吸水率為0.03%，尺寸穩(wěn)定性好，且具有優(yōu)良的耐水性。優(yōu)良的綜合性能，很多性能均優(yōu)于POM、PC、PA，但缺陷也很明顯：流動(dòng)性差、加工性能差、制品易開(kāi)裂、價(jià)格昂貴等。聚苯醚的加工性能

加工以注塑為主吸水率小——但為避免表面形成銀絲、起泡，最好加工前進(jìn)行干燥，140~150℃，3h；剛性較大，Tg高，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，需要后處理（180℃，4h）；熔體的粘度較大，應(yīng)提高溫度并適當(dāng)增加注射壓力；聚苯醚的改性

PPO/PS合金：PS常選用HIPSPPO/ABS合金

PPO/PPS合金PPO/PA合金PPO/玻璃纖維

剛性的苯環(huán)、極性酯基、柔性脂肪烴基——大分子鏈剛硬，又有一定的柔性；支化程度很低，分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，結(jié)晶度可達(dá)40%，但結(jié)晶速度慢，且結(jié)晶溫度高；由飽和二元酸和飽和二元醇縮聚得到的線(xiàn)性高聚物。（1）聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）3.5熱塑性聚酯具有很好的拉伸強(qiáng)度、剛度和硬度，PET的拉伸強(qiáng)度是PE膜的9倍，PC和PA膜的3倍；優(yōu)良的熱性能：熔融溫度255~260℃，長(zhǎng)期使用溫度120℃；不耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿，在水蒸氣作用下也會(huì)水解；吸水率很低，尺寸穩(wěn)定性好，且具有優(yōu)良的耐候性。PET的性能PET的用途

滌綸纖維：目前其產(chǎn)量約占到世界上合成纖維的一半；薄膜：各種絕緣膜、精密儀器包裝膜、磁盤(pán)、磁帶、磁卡等；聚酯瓶：飲料、食用油、調(diào)味品的包裝等；增強(qiáng)改性PET：各類(lèi)電器、機(jī)械零件。（2）聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）

與PET相比，PBT脂肪烴鏈節(jié)更長(zhǎng)一些，柔性會(huì)更好一些，Tg和Tm均會(huì)低一些，剛性也小一些；

PBT結(jié)晶速度較快，只有薄膜制品是無(wú)定形態(tài)；PBT的力學(xué)性能一般，80%品種都是改性品種，如玻璃纖維增強(qiáng)PBT；應(yīng)用主要集中在電子、電氣、汽車(chē)、機(jī)械方面，如汽車(chē)保險(xiǎn)杠等。特種工程塑料概述20世紀(jì)60年代以來(lái)至80年代初——美蘇兩霸冷戰(zhàn)時(shí)期軍備競(jìng)賽的產(chǎn)物。主要品種：1．聚酰亞胺（PI）2．聚芳酯（U-polymer）3．聚苯硫醚（PPS）4．聚砜（PSF）（聚醚砜、聚芳砜）5.聚醚醚酮（PEEK）6.聚苯并咪唑（PBI）7.氟塑料特種工程塑料概述特點(diǎn)：1）物性方面：

a.耐熱等級(jí)高（一般定義為UL溫度指數(shù)在150℃以上）

b.力學(xué)強(qiáng)度大（一般為通用塑料的2~4倍）

c.綜合性能優(yōu)異（如耐輻射、耐溫、耐候）

2）加工工藝方面：

a.加工溫度高（一般在300~400℃）

b.注射壓力大（一般需要120MPa~160MPa）

c.模具必須加熱（與通用塑料的冷卻正相反）

3）附加值高（一般每噸在1~10萬(wàn)美元之間，為通用塑料的幾十倍）3.6聚酰亞胺（PI）

分子主鏈上含有酰亞胺基團(tuán)的一類(lèi)芳雜環(huán)聚合物；芳雜環(huán)耐高溫聚合物中最早工業(yè)化的品種（DuPont，1960）；耐熱性最好的品種之一；制備方法：先采用芳香族二元酸酐和芳香族二元胺縮聚成聚酰胺酸，然后經(jīng)熱轉(zhuǎn)化或化學(xué)轉(zhuǎn)化脫水形成PI；

PI品種有20多種聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)與性能

大量的五元雜環(huán)及芳環(huán)——分子鏈剛性大，分子間作用力強(qiáng)；芳雜環(huán)的共軛效應(yīng)——耐熱性很高；分子主鏈中含有大量的酚基芳香環(huán)——分子鏈段內(nèi)旋轉(zhuǎn)困難，熔點(diǎn)升高，熔體粘度增大，流動(dòng)性小，加工困難；具有優(yōu)良的力學(xué)性能（-200~260℃），非常適合制造高溫下使用尺寸精度要求高的制品；極其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性：熱分解溫度500℃以上；電絕緣性能優(yōu)異——結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)、Tg高和剛性大大影響了極性基團(tuán)的活動(dòng)；在強(qiáng)氧化劑下會(huì)氧化降解，在堿作用下會(huì)發(fā)生水解。3.7聚芳醚酮（PAEK）亞苯基環(huán)通過(guò)醚鍵-o-和酮基-c=o連接而成的聚合物。按分子鏈中醚鍵、酮基與苯環(huán)連接次序和比例的不同，可形成許多不同的聚合物。聚醚醚酮（PEEK）目前已開(kāi)發(fā)出來(lái)的PAEK品種有：PEEK耐高溫塑料：可在250℃下長(zhǎng)期使用，與其他耐高溫塑料如PI、PPS、PTFE、PPO等相比，使用溫度上限高出近50℃；聚醚醚酮（PEEK）聚醚醚酮（PEEK）性能具有高強(qiáng)度、高模量、高斷裂韌性以及優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，剛性接近于金屬鋁材料；具有優(yōu)異的耐化學(xué)藥品性，只有濃硫酸能溶解或者破壞它，耐腐蝕性與鎳鋼相近；韌性好，對(duì)交變應(yīng)力的優(yōu)良耐疲勞性是所有塑料中最出眾的，可與合金材料媲美；具有突出的摩擦學(xué)特性，耐滑動(dòng)磨損和微動(dòng)磨損性能優(yōu)異，尤其是能在250℃下保持高的耐磨性和低的摩擦系數(shù)；很好的阻燃性能，對(duì)α、β、γ射線(xiàn)的抵抗能力是目前高分子材料中最好的。聚醚醚酮（PEEK）的應(yīng)用航空航天：PEEK樹(shù)脂可以替代鋁和其它金屬材料制造各種飛機(jī)零部件；電子電器（第二大應(yīng)用領(lǐng)域）：PEEK在很大的溫度范圍內(nèi)不變形，用其制作的零部件可經(jīng)受熱焊處理的高溫環(huán)境?？捎脕?lái)制造電子絕緣膜片、連接器、印刷電路板、超大規(guī)模集成電路材料；醫(yī)療方面：滅菌要求高、需反復(fù)使用的手術(shù)和牙科設(shè)備、人造骨，PEEK人造骨是塑料材料中與人體骨骼最接近的材料，可與肌體有機(jī)結(jié)合；汽車(chē)和機(jī)械工業(yè)：利用PEEK良好的耐摩擦性能和機(jī)械性能，可以作為金屬不銹鋼和鈦的替代品用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)罩、汽車(chē)軸承、墊片、密封件、離合器齒環(huán)等各種零部件。3