高分子加工助剂第一章

1、高分子材料助剂高分子材料助剂一、为什么学习这门课程？一、为什么学习这门课程？加工机械加工机械高分子成型加工高分子成型加工橡胶加工、塑料加工、纤维加工、涂料及胶粘剂橡胶加工、塑料加工、纤维加工、涂料及胶粘剂等等有机化学，有机化学，物理化学物理化学聚合物合聚合物合成工艺学成工艺学高分子高分子化学化学高分子测高分子测试与表征试与表征高分子物理高分子物理高分子高分子流变学流变学加工助剂在高分子专业课程中的地位加工助剂在高分子专业课程中的地位理论讲解：讲解理论讲解：讲解10-12次次课程实验：每组课程实验：每组5人，依次做人，依次做11次次性能检测：性能检测：2次次期末习题练习及讲解：期末习题练习及讲解

2、：2次次考前辅导：考前辅导：1次次综合分数综合分数=平时成绩占平时成绩占40%（课堂表现（课堂表现+课程实验）课程实验） +期末考试占期末考试占60%（闭卷考试）（闭卷考试）三、教学安排三、教学安排高分子高分子： Macromolecule，相对分子质量很大的分子，又称大分子或大分子化合物，一般指相对分子质量大于104的分子，其分子质量可高达几百万。其中，将能够以重复单元表示的高分子称为聚合物聚合物（Polymer）。根据材料的使用力学状态和用途分类可分为：处于高弹态的橡胶橡胶(rubber)(rubber)；处于取向态并在取向方向上具有较高强度的纤维纤维(fiber)(fiber)；处于玻璃

3、态或半晶态的塑料塑料(plastics)(plastics)，以及涂料涂料(coatings)(coatings)，粘合剂粘合剂(adhesive)(adhesive)等。用量最大，最为重要的是用量最大，最为重要的是 塑料塑料。塑料：橡胶：纤维塑料：橡胶：纤维=65:30:5“塑料塑料”一词应用极为广泛而又难以准确定义。广义一词应用极为广泛而又难以准确定义。广义地讲，蜡烛、松香、虫胶、粘土、铁、铜、铝等有可塑地讲，蜡烛、松香、虫胶、粘土、铁、铜、铝等有可塑性的材料，都可称为塑料。因为它们加热后，或在压力性的材料，都可称为塑料。因为它们加热后，或在压力条件下，可以塑造成各种形状的物体。天然树脂，

4、如虫条件下，可以塑造成各种形状的物体。天然树脂，如虫胶、琥珀、沥青、松香等，因为成分和结构复杂，杂质胶、琥珀、沥青、松香等，因为成分和结构复杂，杂质很多，一般不用作塑料。很多，一般不用作塑料。 通常的理解为：主要由高相对分子质量的聚合物组成主要由高相对分子质量的聚合物组成，成品状态为成品状态为非弹性体的柔韧性或刚性固体非弹性体的柔韧性或刚性固体，在制造或成型加工过程中有一阶段，在制造或成型加工过程中有一阶段能能流动成型流动成型、或由、或由原位聚合固化定型原位聚合固化定型而得到的聚合物。而得到的聚合物。什么是塑料？什么是塑料？ 具体说来，塑料就是以具体说来，塑料就是以树脂树脂（主要是合成树脂）为

5、（主要是合成树脂）为基体，添加一些具有特定作用的基体，添加一些具有特定作用的助剂助剂，将基体与助将基体与助剂混合、分散，再通过塑炼加工，并在加工过程中剂混合、分散，再通过塑炼加工，并在加工过程中显示显示塑性且能流动成型塑性且能流动成型的材料。的材料。简而言之，简而言之， 塑料塑料 = = 树脂树脂 + + 助剂助剂 树脂树脂 是硬而脆的、固体或半固体、无定形、易熔是硬而脆的、固体或半固体、无定形、易熔融、易燃的物质。包括天然树脂、合成树脂。融、易燃的物质。包括天然树脂、合成树脂。 塑料的定义塑料的定义 塑料：在一定条件下具有流动性、可塑性，并能加工塑料：在一定条件下具有流动性、可塑性，并能加工

6、成型，当恢复平常条件时，则仍保持加工时形状的高分子成型，当恢复平常条件时，则仍保持加工时形状的高分子材料称为塑料。材料称为塑料。 橡胶：在室温下具有高弹性的高分子材料。熟悉的橡胶：在室温下具有高弹性的高分子材料。熟悉的有天然橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、有天然橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、乙丙橡胶等。乙丙橡胶等。 纤维：具备或保持其本身长度大于直径纤维：具备或保持其本身长度大于直径1000倍以上而倍以上而又具有又具有 一定强度的线条或丝状高分子材料。涤纶（一定强度的线条或丝状高分子材料。涤纶（PET），），尼龙（尼龙（PA66），腈纶（聚丙烯腈），丙纶（聚丙烯）氯纶

7、），腈纶（聚丙烯腈），丙纶（聚丙烯）氯纶（聚氯乙烯）。（聚氯乙烯）。按塑料的产量和耐热等级产量和耐热等级 分类： （1）通用塑料）通用塑料：指一般用途的塑料。这类塑料占塑料总量的98% 左右。特点：成本低、产量大、用途广泛、性能变化大、制品特点：成本低、产量大、用途广泛、性能变化大、制品多样，但机械性能和耐热性不高。耐热温度小于多样，但机械性能和耐热性不高。耐热温度小于100100（2）工程塑料）工程塑料：指适于作工程机构件和化工设备等工业用途的塑料，与通用塑料无严格的区分。 特点：强度、刚性、硬度等均比通用塑料高、耐高、低温特点：强度、刚性、硬度等均比通用塑料高、耐高、低温性能好，但产量相对

8、小，成本较高。耐热温度大于性能好，但产量相对小，成本较高。耐热温度大于100100（3）特种工程塑料）特种工程塑料：耐热等级更高，价格更贵，产量更小。主要品种包括聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺等。 塑料的分类塑料的分类塑料塑料通用塑料通用塑料工程塑料工程塑料特种工程塑料特种工程塑料低密度聚乙烯（LDPE)高密度聚乙烯（HDPE)聚丙烯（PP）聚氯乙稀（PVC)聚苯乙烯（PS)PMMA及一些共聚物聚碳酸酯（PC)聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT)聚酰胺（尼龙，PA）聚甲醛（POM）苯乙烯-丁二烯-丙稀腈共聚物（ABS)聚酰亚胺（PI）聚苯硫醚（PPS）聚醚醚酮（PEEK）

9、聚砜（PSU）聚苯醚（PPO）聚苯砜（PPSU)热塑性塑料的基本分类和主要品种热塑性塑料的基本分类和主要品种通用塑料与工程塑料的性能比较通用塑料与工程塑料的性能比较按按化学结构及热行为化学结构及热行为分类：分类：（1）热塑性塑料）热塑性塑料 (thermoplastic plastics) 以热塑性树脂为基础，其树脂的结构一般为直链型或带有少量支链以热塑性树脂为基础，其树脂的结构一般为直链型或带有少量支链的线性结构，多数为碳的线性结构，多数为碳- -碳为主链的聚合物。分子链之间主要以次价力或碳为主链的聚合物。分子链之间主要以次价力或氢键相吸引而显示一定强度，同时表现出弹性和塑性。氢键相吸引而显

10、示一定强度，同时表现出弹性和塑性。 在适当的溶剂中能溶解；在加热状态下能熔化，其间只经历物理过在适当的溶剂中能溶解；在加热状态下能熔化，其间只经历物理过程，不发生化学变化。即所谓的程，不发生化学变化。即所谓的“可溶、可熔可溶、可熔”的特性。的特性。（2）热固性塑料）热固性塑料 (thermosetting plastics) 其初始状态一般是分子量不高的预聚物或齐聚物，在适当的溶剂中其初始状态一般是分子量不高的预聚物或齐聚物，在适当的溶剂中可以溶解或溶胀；受热也可以熔化。可以溶解或溶胀；受热也可以熔化。 热固性树脂具有一定的反应活性，在熔化和继续受热过程中，反应热固性树脂具有一定的反应活性，在

11、熔化和继续受热过程中，反应性官能团会发生化学反应，形成新的化学键，即所谓的性官能团会发生化学反应，形成新的化学键，即所谓的“固化反应固化反应”。 同时树脂由线性结构变为三维体型（网状）结构，塑料不能溶于溶同时树脂由线性结构变为三维体型（网状）结构，塑料不能溶于溶剂，受热也不会熔化。即剂，受热也不会熔化。即“不溶、不熔不溶、不熔”。 包装材料包装材料 (Packaging Materials) 塑料袋、薄膜、泡沫塑料日日 用用 (Household Appliances) 衣架/椅子/盆类/书架/玩具/文具/办公用品/家居装饰材料/电器设备外壳等交通运输交通运输 （Transportation

12、Materials) 道路交通设施、车辆部件农用薄膜农用薄膜 地膜等塑料的应用塑料的应用 1 ）材料的性质(Properties of the materials)内在性质内在性质 (Speciality)加工性质加工性质 (Processability)产品性质产品性质 (Product Properties)塑料的性能塑料的性能内在性质内在性质材料的属性 决定于材料的组成及其物理和化学结构 内在性质内在性质是材料性能的内因，对产 品性能有根本性的影响，是设计和生产 制品时选材的主要依据主要依据。可否用特定的加工方法成型可否用特定的加工方法成型加工过程会产生何种变化加工过程会产生何种变化加工

13、性质加工性质Polymer Chemical StructureChemical Structure Processing 产品性质是制品的属性产品性质产品性质内在性质加工性质加工性质产品性质产品性质一切产品的性质均取决于：一切产品的性质均取决于： 材料的选择材料的选择 (Selection） 制品的加工（制品的加工（Processing） 应用的条件应用的条件 (Environment)CONCLUSION:TgModulusTemperature1010 1011 Pa107 105 PaTfTdGlassy StateRubber StateFlow StateDegradation1）

14、温度与聚合物状态的关系）温度与聚合物状态的关系The state of polymer relates with the temperature玻璃态一般不能熔融加工，只可机械加工高弹态可进行需要大形变的加工粘流态可进行流动性加工薄膜和纤维冷拉伸薄膜和纤维冷拉伸薄膜和纤维热拉伸薄膜和纤维热拉伸真空和压力成型真空和压力成型中空吹塑成型中空吹塑成型压延成型压延成型挤出成型挤出成型薄膜吹塑薄膜吹塑注射成型注射成型熔融纺丝熔融纺丝玻璃态玻璃态高弹态高弹态粘流态粘流态坚硬固体坚硬固体橡胶状弹性体橡胶状弹性体粘性流体粘性流体Processing TemperatureTgTgTfTfTdTdDeforma

15、tion（）（）线型非结晶聚合物的温度、线型非结晶聚合物的温度、力学状态及成型加工的关系力学状态及成型加工的关系成型方法与熔体流动速率的关系成型方法与熔体流动速率的关系 一些高分子材料的大致开发时间一些高分子材料的大致开发时间时时 间间聚合物名称聚合物名称时时 间间聚合物名称聚合物名称19071907酚醛树脂酚醛树脂19441944PETPET19271927聚氯乙烯聚氯乙烯19471947环氧树脂环氧树脂19271927醋酸纤维素醋酸纤维素19481948ABSABS树脂树脂19301930丁苯橡胶丁苯橡胶19551955线型聚乙烯线型聚乙烯19361936聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯1

16、9571957聚丙烯聚丙烯19361936聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯19571957聚碳酸酯聚碳酸酯19381938聚苯乙烯聚苯乙烯19601960线型低密度聚乙烯线型低密度聚乙烯19381938尼龙尼龙666619641964离聚物树脂离聚物树脂19391939聚偏氯乙烯聚偏氯乙烯19651965聚酰亚胺聚酰亚胺19411941聚四氟乙烯聚四氟乙烯19701970热塑性弹性体热塑性弹性体19421942不饱和聚酯不饱和聚酯19721972丙烯腈共聚物丙烯腈共聚物19421942支化聚乙烯支化聚乙烯19721972乙烯乙烯- -乙烯醇聚合物乙烯醇聚合物19431943丁基橡胶丁基橡胶197419

17、74聚芳酰胺聚芳酰胺19431943尼龙尼龙6 619921992茂金属聚合物茂金属聚合物19431943含氟聚合物含氟聚合物19941994聚萘二甲酸乙二酯聚萘二甲酸乙二酯塑料发展沿革及现状塑料发展沿革及现状第一代高分子材料第一代高分子材料： 通用高分子材料通用高分子材料第二代高分子材料第二代高分子材料： 工程塑料工程塑料第三代高分子材料第三代高分子材料： 特种工程塑料特种工程塑料第四代高分子材料第四代高分子材料： 导电高分子材料为代表导电高分子材料为代表第五代高分子材料第五代高分子材料： 生物高分子材料为代表生物高分子材料为代表 经过短短七十余年的发展，高分子材料已深入到经过短短七十余年的

18、发展，高分子材料已深入到人类社会活动的每一个领域，现在高分子材料已进入人类社会活动的每一个领域，现在高分子材料已进入更新的阶段：更新的阶段：一、为什么高分子材料加工过程中要使用助剂？一、为什么高分子材料加工过程中要使用助剂？ （1）使用性能使用性能 任何一种聚合物（树脂）都很难同时满足使用任何一种聚合物（树脂）都很难同时满足使用性能要求。性能要求。 强度：强度： 玻纤增强的塑料（玻璃钢）玻纤增强的塑料（玻璃钢） 韧性：韧性： PS、PPPP、PAPA等等 + + 弹性体（橡胶等）弹性体（橡胶等） 表面性能：表面性能： 印刷、染色印刷、染色 （2）加工性能（高速化）加工性能（高速化） 流动性：流

19、动性： 润滑剂（润滑剂（PVCPVC降解）降解） 加工窗口：加工窗口： 增塑剂使增塑剂使TfTf降低；稳定剂使降低；稳定剂使TdTd升高升高 （3）降低成本）降低成本 填料填料 （4）特殊性能要求）特殊性能要求 塑料制品，特别是有特殊用途的塑料制品，如塑料制品，特别是有特殊用途的塑料制品，如色泽、抗静电、抗粘、阻燃等，也需加入助剂色泽、抗静电、抗粘、阻燃等，也需加入助剂塑料口袋：塑料口袋： 开口剂开口剂室内装修：室内装修： 阻阻 燃燃 （5）环保、污染（公害防止技术）环保、污染（公害防止技术） 消除废旧塑料的污染消除废旧塑料的污染 生物降解材料生物降解材料淀粉淀粉 化学降解化学降解稀土化合物稀

20、土化合物 高分子助剂、高分子加工助剂、高分子合成助剂2、高分子材料中添加助剂的目的是什么？、高分子材料中添加助剂的目的是什么？ 3、塑料加工助剂有哪些、塑料加工助剂有哪些1、什么是老化？、什么是老化？4、常用的稳定化助剂有哪些、常用的稳定化助剂有哪些 助剂是一些材料和产品在生产或者加工过程中所添加的助剂是一些材料和产品在生产或者加工过程中所添加的各种辅助化学品，用以改善生产工艺和提高产品性能。各种辅助化学品，用以改善生产工艺和提高产品性能。 高分子材料在成型、贮存、使用过程中发生结构变化，逐渐高分子材料在成型、贮存、使用过程中发生结构变化，逐渐地失去使用价值的现象。地失去使用价值的现象。 热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂、防霉剂热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂、防霉剂 增塑剂、稳定剂、润滑剂、填充剂、着色剂、偶联剂、抗增塑剂、稳定剂、润滑剂、填充剂、着色剂、偶联剂、抗静电剂、阻燃剂、发泡剂等静电剂