常見聚合物材料

關(guān)于常見聚合物材料第1頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三常用熱塑性塑料

1.

聚氯乙烯（Polyvinylchloride-PVC）典型的極性無定型聚合物，無毒、無臭的白色粉末，難燃，離火即熄，火焰上黃下綠，冒黑煙，燃燒時變軟，發(fā)出刺激性酸味，滴下能拉絲的膠質(zhì)。PVC在6585oC開始軟化，170oC以上呈熔融狀態(tài)，140oC以上即開始少量分解，190oC以上大量放出氯化氫，由于PVC的熔融溫度接近分解溫度，成型困難，故常常需加入穩(wěn)定劑以提高分解溫度。PVC的長期使用溫度為-1555

oC。第2頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三PVC是一種多組分的塑料，根據(jù)不同用途要求，可加入不同的添加劑（1）硬PVC（RPVC）：分子量較低的PVC樹脂、穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、增塑劑（少量或不加）、改性劑、加工助劑、填料等（2）軟PVC（SPVC）：分子量較高的PVC樹脂、穩(wěn)定劑、潤滑劑、著色劑、增塑劑等第3頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三2.聚乙烯（Polyethylene-PE）典型的非極性結(jié)晶聚合物，無臭、無味、無毒，乳白色蠟狀半透明材料，易燃燒，火焰上黃下藍，燃燒時產(chǎn)生熔融滴落且有明顯石蠟燃燒氣味。通常按密度可分為高密度、中密度、低密度聚乙烯；按壓力可分為低壓、中壓、高壓聚乙烯，此外還有超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、線形低密度聚乙烯（LLDPE）。第4頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三（1）高壓法聚乙烯（LDPE）：反應(yīng)溫度150～300℃，反應(yīng)壓力150～300MPa，采用O2或過氧化物作引發(fā)劑的自由基聚合。通常，反應(yīng)壓力高，相對分子質(zhì)量較高，支鏈較少；反應(yīng)溫度高，相對分子質(zhì)量較低，支鏈較多。第5頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三（2）中壓法聚乙烯：反應(yīng)溫度130～270℃，反應(yīng)壓力1.8～8MPa，采用CrO3或MoO3為催化劑的離子聚合，所得產(chǎn)物支鏈較少，分子鏈等規(guī)度較高，屬高密度聚乙烯。第6頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三（3）低壓法聚乙烯（HDPE）：反應(yīng)溫度85～100℃，反應(yīng)壓力常壓～2MPa，采用Ziegler-Natta的絡(luò)合配位聚合。第7頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三PE的主要產(chǎn)品質(zhì)量指標是密度和熔融指數(shù)。PE的力學(xué)性能在很大程度上取決于聚合物的分子量、支化度和結(jié)晶度。LDPE的熔點為105110

oC，HDPE的熔點為132135

oC。聚乙烯的成型加工性能良好，成型前無需干燥。

第8頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三3.聚丙烯（Polypropylene-PP）聚丙烯的性能與聚乙烯相近，但密度較小，耐熱性較好、透明性較高、力學(xué)強度較高，但耐低溫性能、耐老化性能較聚乙烯差。成型前一般不用干燥；成型溫度范圍寬(成型溫度在200300

oC)，流動性好，熔點160175℃，分解溫度350℃：PP熔體的粘度對剪切速率的依賴性比對溫度的依賴性大。

第9頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三4.聚苯乙烯（Polystyrene-PS）通用級聚苯乙烯為硬、脆、透明的無定型熱塑性塑料。無色、無味、無毒，易燃燒，燃燒時冒黑煙，有特殊氣味，敲擊時有金屬聲，斷口出現(xiàn)光澤，易于染色。PS的熔融溫度為150～180℃，熱分解溫度300℃，長期使用溫度60～80℃。第10頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三工業(yè)上生產(chǎn)PS的方法主要為懸浮聚合法和本體聚合法。PS具有較好的流動性，成型性能良好，成型溫度范圍寬，熱穩(wěn)定性好，吸濕性低，成型前無需干燥。成型時應(yīng)注意所產(chǎn)生的定向及內(nèi)應(yīng)力。第11頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三ABS樹脂：ABS是微黃色或白色、不透明、無毒、無味的熱塑性樹脂。丙烯晴（A）具有耐化學(xué)腐蝕性和一定的表面硬度；丁二烯（B）賦予樹脂彈性和良好的沖擊性能；苯乙烯（S）則使樹脂具有剛性和流動性。ABS并非三種單體的簡單共聚物或共混物，而是玻璃態(tài)聚合物連續(xù)相中分散著橡膠相的高分子。ABS成型性能良好，由于有一定的吸濕性，成型前應(yīng)進行干燥。

第12頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate-PMMA)

俗稱有機玻璃（雅克麗），為目前透明性最好的聚合物，但表面硬度較低。PMMA常采用澆鑄成型的方法制得厚度較大的板材。

第13頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三聚酰胺（Polyamide-PA）

PA俗稱尼龍，根據(jù)合成單體的不同，可分為PA66、PA6、PA1010、PA11等，具有優(yōu)良的力學(xué)性能：較高的沖擊強度和拉伸強度，優(yōu)良的耐磨性和自潤滑性。PA6的制造方法主要有兩種：（1）開環(huán)聚合：在水存在下，己內(nèi)酰胺在約260℃的高溫下進行聚合。第14頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三（2）陰離子聚合法：以氫氧化鈉為催化劑，N－乙酰基己內(nèi)酰胺或甲苯二異氰酸酯等為助催化劑。得到的是高相對分子質(zhì)量的PA6（單體澆鑄尼龍，MC尼龍），其力學(xué)性能（沖擊強度、耐磨性等）、耐熱性優(yōu)良。但加工性能較差。PA具有良好的成型加工性能，由于吸水性較大，成型前應(yīng)進行加熱干燥，PA的尺寸穩(wěn)定性差，收縮率大，常進行后處理。第15頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三聚甲醛（Polyoxymethylene-POM）

POM分為兩種：共聚甲醛和均聚甲醛。POM通常為白色或淺黃色粉末，制品表面光滑且有一定光澤，著色性好。POM具有優(yōu)良的力學(xué)性能，可代替金屬使用。POM的熔融溫度范圍狹窄，但尺寸穩(wěn)定性好，吸水率極低。

第16頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三聚碳酸酯（Polycarbonate-PC）

PC是幾乎無色或呈輕微淡黃色的透明塑料（非結(jié)晶型聚合物），燃燒時有黑煙冒出，且發(fā)出花果臭味。PC的制作方法主要有兩種：（1）酯交換法：在催化劑存在下，雙酚A和碳酸二苯酯在約200℃熔融狀態(tài)下進行酯交換，然后在295～300℃下縮聚得PC（分子量一般在2.5～3萬）。第17頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三（2）光氣法：采用雙酚A和光氣在氫氧化鈉或吡啶和溶劑存在下，反應(yīng)制得PC。采用相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑，分子量控制在10萬左右。PC具有極好的沖擊強度，耐熱性，長期使用溫度可達130

oC，同時，又具有良好的耐寒性，脆化溫度為-100

oC。（耐環(huán)境應(yīng)力開裂性差，缺口敏感性高）。第18頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三雖然PC的吸水率低，但成型前應(yīng)進行嚴格干燥。PC的熔融溫度高，成型溫度高（240300

oC），且接近分解溫度，因此成型困難。PC的流動特性接近牛頓流體，其粘度對溫度十分敏感。在實際成型操作中常采用“三高兩低”的方法：即注射溫度高、模具溫度高、熱處理溫度高；注射壓力低、塑化壓力低。PC脫模后最好經(jīng)過熱處理。第19頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三常用的熱固性塑料

酚醛樹脂（PF）

PF是一種重要的熱固性塑料，可由苯酚和甲醛聚合得到：當甲醛/苯酚摩爾比大于1在堿性條件下，得到的是堿法酚醛樹脂，又叫熱固性酚醛樹脂；當甲醛/苯酚摩爾比小于1在酸性性條件下，得到的是酸法酚醛樹脂，又叫熱塑性酚醛樹脂。

第20頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三PF的固化過程可表示如下：

第21頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三熱固性（甲階段）酚醛樹脂為粘稠黃色半透明液體，熱塑性酚醛樹脂為類似于松香的固體。PF具有極性的酚羥基和醚鍵，易吸水，經(jīng)交聯(lián)后形成的體型結(jié)構(gòu)會將極性的酚羥基包圍在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，極性顯示不出來，從而表現(xiàn)出較好的電絕緣性，廣泛應(yīng)用于電器產(chǎn)品。木粉填充的酚醛塑料制品（俗稱電木），電絕緣性能好，成型性能好。

第22頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三氨基樹脂氨基樹脂是含有胺基或酰胺基的單體與甲醛反應(yīng)生成的一類熱固性樹脂，主要品種有脲醛樹脂（UF）和三聚氰胺甲醛樹脂（MF）。氨基塑料突出的特點是可制成色澤鮮艷的制品，為塑料餐具和桌面裝飾層壓板的主要材料。脲醛塑料俗稱電玉。

第23頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三環(huán)氧樹脂（EP）環(huán)氧樹脂（EP）目前最重要的品種為雙酚A和環(huán)氧氯丙烷合成的環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂粘接力強，又能低溫低壓固化，因此廣泛用作粘合劑。EP可采用脂肪族或芳香族多元胺等有機多元胺，順丁烯二酸酐、鄰苯二甲酸酐等有機多元酸酐，AlCl3、ZnCl2、SnCl4、BF3等潛固化劑和酚醛樹脂、脲醛樹脂、糠醛樹脂、聚酰胺等合成樹脂，使環(huán)氧基開環(huán)而交聯(lián)固化，可制作高強度的增強塑料，優(yōu)良的電絕緣材料等。第24頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三常用橡膠

天然橡膠（NR）天然橡膠是一種從天然植物中采集出來的高彈性材料。最有經(jīng)濟價值的含橡膠成分的植物主要包括：三葉橡膠樹（巴西橡膠）、杜仲樹（古塔波膠或馬來樹膠）、橡膠草等，其中，三葉橡膠樹的產(chǎn)膠量最大，質(zhì)量最好，工業(yè)上應(yīng)用的天然橡膠的主要來源是三葉橡膠。第25頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三田間膠乳——又稱新鮮膠乳，剛從橡膠樹上流出的膠乳。易受細菌侵蝕而產(chǎn)生凝固，不便于保存。保存膠乳——經(jīng)過加氨處理的膠乳。氨水可起殺菌和保持分散體穩(wěn)定的作用。新鮮膠乳和保存膠乳的含膠量大約30％左右。經(jīng)濃縮加工，可得到含膠量達60％左右的濃縮膠乳。第26頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三NR是直接用田間膠乳或保存膠乳來制造的，其制法是將膠乳稀釋后，加入稀醋酸液進行凝固，然后經(jīng)過壓片、干燥、打包等處理。NR通常包括煙片、縐片、顆粒膠等許多品種，其制法各有不同。煙片膠是由天然膠乳經(jīng)酸凝固、壓片，然后熏煙干燥制成。其物理機械性能較好，保存期較長，是天然橡膠中最好的品種。第27頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三NR的主要成分為橡膠烴，還包括少量的蛋白質(zhì)、丙酮抽出物、水分、水溶物、灰分。一般天然橡膠（三葉橡膠）的橡膠烴是由含98％以上的順式1，4聚異戊二烯組成，NR的相對分子質(zhì)量約為70萬，相對分子質(zhì)量分布范圍較寬，這是它既有良好的物理機械性能，又有良好加工性能的原因。異戊橡膠（IR）的分子結(jié)構(gòu)與天然橡膠相同，性能也相似，故有“合成天然橡膠”之稱。IR的用途與NR相同。第28頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三順丁橡膠（BR）順丁橡膠又稱聚丁二烯橡膠，主要采用陰離子和配位陰離子聚合反應(yīng)制備。聚丁二烯橡膠根據(jù)其順式結(jié)構(gòu)的含量多少可分為高順式聚丁二烯橡膠、中順式聚丁二烯橡膠和低順式聚丁二烯橡膠。目前工業(yè)上常用的品種大多為高順式含量的（順丁膠），其彈性較高，生熱小，工藝性能較好。聚丁二烯橡膠主要用途是制造輪胎胎面，常與NR和SBR并用。第29頁，講稿共32頁，2023年5月2日，星期三塑料和橡膠制品的差別主要在于它們的玻璃化溫度，通常，塑料的Tg高于室溫，在室溫下通常處于玻璃態(tài)，呈現(xiàn)塑性；橡膠的Tg低于室溫，在室溫下通常處于高彈態(tài)，呈現(xiàn)彈性。第30頁，講稿共3