第3章工程塑料

1、 概述概述通用工程塑料通用工程塑料特种工程塑料特种工程塑料工程塑料工程塑料工程塑料：工程塑料： 力学性能和热性能较好、可以作为结构材料使用、力学性能和热性能较好、可以作为结构材料使用、在较宽的温度范围内可承受一定的机械应力、能在较在较宽的温度范围内可承受一定的机械应力、能在较苛刻的化学、物理环境中使用的塑料。苛刻的化学、物理环境中使用的塑料。 具有优异的力学性能、化学性能、电性能、耐热具有优异的力学性能、化学性能、电性能、耐热性、耐磨性、耐老化性能等。性、耐磨性、耐老化性能等。使用量较大、长期使用温度使用量较大、长期使用温度100150的塑料，如的塑料，如PA、POM、PC、PPO、PET、P

2、BT等。等。使用量小、价格高、长期使用温度使用量小、价格高、长期使用温度150的塑料，如的塑料，如PI、PSF、PPS、PEEK、PTFE等。等。3.1 聚酰胺（聚酰胺（PA，Polyamide）PA (尼龙，尼龙，nylon）：分子链含有酰胺基团的聚合物；）：分子链含有酰胺基团的聚合物；由二元胺和二元酸缩聚而成，也可由由二元胺和二元酸缩聚而成，也可由-氨基酸或内酰胺氨基酸或内酰胺自聚而成；自聚而成； PA的品种：的品种： 尼龙尼龙6、尼龙、尼龙66、尼龙、尼龙610、尼龙、尼龙612、尼龙、尼龙1010 （前为（前为胺）胺） 、尼龙、尼龙46、尼龙、尼龙7、尼龙、尼龙9等等 极性酰胺基上的极

3、性酰胺基上的H能与另一分子酰胺基的能与另一分子酰胺基的O形成氢键形成氢键NH2(CH2)6NH2HOOC(CH2)4COOHnCO(CH2)4CONH(CH2)6NHHOH+CH2NHCOCH2CH2NHCOCH2NHCONH(CH2)5COnNH(CH2)COHOH聚酰胺的结构与性能聚酰胺的结构与性能 酰胺基的比例越大，吸水率越大：酰胺基的比例越大，吸水率越大： PA6 PA66 PA610 注意吸水率对性能的影响注意吸水率对性能的影响极极性性酰酰胺胺基基及及氢氢键键易易产产生生结结晶晶化化具具有有较较高高的的力力学学性性能能和和高高的的熔熔点点亲亲水水性性强强，尺尺寸寸稳稳定定性性差差亚亚

4、甲甲基基- -C CH H2 2- -的的存存在在分分子子链链比比较较柔柔顺顺具具有有较较高高的的韧韧性性结结构构CH2NHCOCH2 物理性能物理性能 白色至淡黄色颗粒，制品坚硬，表面有光泽白色至淡黄色颗粒，制品坚硬，表面有光泽 优良的优良的力学性能（拉伸强度、压缩强度、冲击强度等）力学性能（拉伸强度、压缩强度、冲击强度等） 但力学性能会受温度和湿度的影响但力学性能会受温度和湿度的影响 热性能热性能 熔点高（熔点高（200 ），但），但Tg一般在一般在75%）的线性聚合物；的线性聚合物； 工业上一般采用三聚甲醛为原料；工业上一般采用三聚甲醛为原料； 优良的综合性能；优良的综合性能； 特色：特

5、别适合作为轴承使用特色：特别适合作为轴承使用具有良好的摩擦磨损性具有良好的摩擦磨损性能，尤其是具有优越的干摩擦性能。能，尤其是具有优越的干摩擦性能。CH2OCH2OOCH3COnCOCH3聚甲醛的性能聚甲醛的性能 白色粉末或粒料，硬而质密，表面光滑有光泽；白色粉末或粒料，硬而质密，表面光滑有光泽； 较好的力学性能，尤其是具有较好弹性模量、硬度和较好的力学性能，尤其是具有较好弹性模量、硬度和刚度以及优异的耐磨擦性能；刚度以及优异的耐磨擦性能； 热性能：具有较高的热性能：具有较高的Tg，短期使用温度，短期使用温度140 ，长期，长期使用不应使用不应超过超过100100 ； 电绝缘性能优良，且不随温

6、度变化；电绝缘性能优良，且不随温度变化； 吸水率吸水率0.25% 0.25% ，湿度对其尺寸无影响；，湿度对其尺寸无影响； 但不耐酸碱，耐候性也较差，对紫外线敏感。但不耐酸碱，耐候性也较差，对紫外线敏感。CH2OOCH3COnCOCH3聚甲醛的加工性能聚甲醛的加工性能 加工方法可以是注塑、挤出、吹塑、模压等，以加工方法可以是注塑、挤出、吹塑、模压等，以注塑注塑为主。为主。 吸水率小吸水率小原料一般不必干燥；原料一般不必干燥；热稳定性较差热稳定性较差加工温度应控制在加工温度应控制在250以下，且在料筒中以下，且在料筒中时间不宜过长；时间不宜过长； 熔体的冷凝速度快，模具的温度不宜低，以避免植皮表

7、面熔体的冷凝速度快，模具的温度不宜低，以避免植皮表面产生缺陷；产生缺陷； 制品会产生残余应力，应适当进行后处理（制品会产生残余应力，应适当进行后处理（100130 ， 6h）；）；聚甲醛的应用聚甲醛的应用 比刚度和比强度接近金属，可替代有色金属制作各种结比刚度和比强度接近金属，可替代有色金属制作各种结构零部件，特别适合制造耐磨擦的零件，如齿轮、滑轮、构零部件，特别适合制造耐磨擦的零件，如齿轮、滑轮、轴承等；轴承等； 添加玻璃纤维、碳纤维、玻璃球等增强材料可制得增强添加玻璃纤维、碳纤维、玻璃球等增强材料可制得增强聚甲醛；聚甲醛； 加入石墨、加入石墨、PTFE、硅油等润滑材料，可明显提高、硅油等润

8、滑材料，可明显提高POM的润滑性能。的润滑性能。3.4 聚苯醚（聚苯醚（PPO） 分子主链上含有分子主链上含有 重复单元，又称为聚亚苯基氧；重复单元，又称为聚亚苯基氧； 线性非结晶性聚合物；线性非结晶性聚合物； 工业上一般采用工业上一般采用2.6-二甲基苯酚为原料，在氧气中缩聚而成；二甲基苯酚为原料，在氧气中缩聚而成； 白色或微黄色粉末，硬而坚韧；白色或微黄色粉末，硬而坚韧； 分子主链中含有大量的酚基芳香环分子主链中含有大量的酚基芳香环分子链段内旋转困难，熔点升分子链段内旋转困难，熔点升高，熔体粘度增大，高，熔体粘度增大， 流动性小，加工困难；流动性小，加工困难；OCH3CH3OCH3nCH3

9、OHCH3CH3nO2聚苯醚的性能聚苯醚的性能 具有很好的拉伸强度、模量、抗冲击性能，硬度高于具有很好的拉伸强度、模量、抗冲击性能，硬度高于POM、PC和和PA，但耐应力开裂性不好；，但耐应力开裂性不好； 优良的热性能：优良的热性能：Tg为为210 ，Tf为为350 ； 电绝缘性能优异，介电常数是工程塑料中最低的；电绝缘性能优异，介电常数是工程塑料中最低的； 吸水率为吸水率为0.03% 0.03% ，尺寸稳定性好，且具有优良的耐水性。，尺寸稳定性好，且具有优良的耐水性。优良的综合性能，很多性能均优于优良的综合性能，很多性能均优于POM、PC、PA，但缺陷也，但缺陷也很明显：流动性差、加工性能差

10、、制品易开裂、价格昂贵等。很明显：流动性差、加工性能差、制品易开裂、价格昂贵等。聚苯醚的加工性能聚苯醚的加工性能 加工以注塑为主加工以注塑为主 吸水率小吸水率小但为避免表面形成银丝、起泡，最好加工前但为避免表面形成银丝、起泡，最好加工前进行干燥，进行干燥，140150 ，3h；刚性较大，刚性较大，Tg高，制品易产生内应力，需要后处理高，制品易产生内应力，需要后处理（180 ，4h）；）； 熔体的粘度较大，应提高温度并适当增加注射压力；熔体的粘度较大，应提高温度并适当增加注射压力；聚苯醚的改性聚苯醚的改性 PPO/PS合金：合金：PS常选用常选用HIPS PPO/ABS合金合金 PPO/PPS合

11、金合金PPO/PA合金合金PPO/玻璃纤维玻璃纤维 刚性的苯环、极性酯基、柔性脂肪烃基刚性的苯环、极性酯基、柔性脂肪烃基大分子大分子链刚硬，又有一定的柔性；链刚硬，又有一定的柔性； 支化程度很低，分子结构规整，结晶度可达支化程度很低，分子结构规整，结晶度可达40%，但结晶速度慢，且结晶温度高；但结晶速度慢，且结晶温度高；由饱和二元酸和饱和二元醇缩聚得到的线性高聚物。由饱和二元酸和饱和二元醇缩聚得到的线性高聚物。（1）聚对苯二甲酸乙二醇酯（）聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）COnCOOOCH2CH23.5 热塑性聚酯热塑性聚酯具有很好的拉伸强度、刚度和硬度，具有很好的拉伸强度、刚度和硬度，PET的

12、拉伸强度是的拉伸强度是PE膜的膜的9倍，倍，PC和和PA膜的膜的3倍；倍； 优良的热性能：熔融温度优良的热性能：熔融温度255260 ，长期使用温度，长期使用温度120 ； 不耐强酸强碱，在水蒸气作用下也会水解；不耐强酸强碱，在水蒸气作用下也会水解； 吸水率很低吸水率很低 ，尺寸稳定性好，且具有优良的耐候性。，尺寸稳定性好，且具有优良的耐候性。PET的性能的性能PET的用途的用途 涤纶纤维：目前其产量约占到世界上合成纤维的一涤纶纤维：目前其产量约占到世界上合成纤维的一半；半； 薄膜：各种绝缘膜、精密仪器包装膜、磁盘、磁带、薄膜：各种绝缘膜、精密仪器包装膜、磁盘、磁带、磁卡等磁卡等； 聚酯瓶聚酯

13、瓶：饮料、食用油、调味品的包装等；：饮料、食用油、调味品的包装等； 增强改性增强改性PETPET：各类电器、机械零件。：各类电器、机械零件。（2）聚对苯二甲酸丁二醇酯（）聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT） 与与PET相比，相比，PBT脂肪烃链节更长一些，柔性会更好一些，脂肪烃链节更长一些，柔性会更好一些，Tg和和Tm均会低一些，刚性也小一些；均会低一些，刚性也小一些； PBT结晶速度较快，只有薄膜制品是无定形态；结晶速度较快，只有薄膜制品是无定形态；PBT的力学性能一般，的力学性能一般，80% 品种都是改性品种，如玻璃纤维增强品种都是改性品种，如玻璃纤维增强PBT；应用主要集中在电子、电气、汽车、

14、机械方面，如汽车保险杠等。应用主要集中在电子、电气、汽车、机械方面，如汽车保险杠等。COnCOOOCH24特种工程塑料概述特种工程塑料概述20世纪世纪60年代以来至年代以来至80年代初年代初美苏两霸冷战时期军备美苏两霸冷战时期军备竞赛的产物。竞赛的产物。主要品种：主要品种：1聚酰亚胺（聚酰亚胺（PI）2聚芳酯（聚芳酯（U-polymer）3聚苯硫醚（聚苯硫醚（PPS）4聚砜（聚砜（PSF）（聚醚砜、聚芳砜）（聚醚砜、聚芳砜）5. 聚醚醚酮（聚醚醚酮（PEEK）6. 聚苯并咪唑（聚苯并咪唑（PBI）7. 氟塑料氟塑料特种工程塑料概述特种工程塑料概述特点：特点：1）物性方面）物性方面： a. 耐热

15、等级高（一般定义为耐热等级高（一般定义为UL温度指数在温度指数在150以上）以上） b. 力学强度大（一般为通用塑料的力学强度大（一般为通用塑料的24倍）倍） c. 综合性能优异（如耐辐射、耐温、耐候）综合性能优异（如耐辐射、耐温、耐候）2）加工工艺方面：）加工工艺方面： a. 加工温度高（一般在加工温度高（一般在300400） b. 注射压力大（一般需要注射压力大（一般需要120MPa160MPa） c. 模具必须加热（与通用塑料的冷却正相反）模具必须加热（与通用塑料的冷却正相反）3）附加值高）附加值高（一般每吨在（一般每吨在110万美元之间，为通用塑料的几十倍）万美元之间，为通用塑料的几十

16、倍）3.6 聚酰亚胺（聚酰亚胺（PI） 分子主链上含有酰亚胺基团分子主链上含有酰亚胺基团 的一类芳杂环聚合物；的一类芳杂环聚合物； 芳杂环耐高温聚合物中最早工业化的品种（芳杂环耐高温聚合物中最早工业化的品种（DuPont，1960）；）； 耐热性最好的品种之一；耐热性最好的品种之一； 制备方法：先采用芳香族二元酸酐和芳香族二元胺缩聚成聚酰制备方法：先采用芳香族二元酸酐和芳香族二元胺缩聚成聚酰胺酸，然后经热转化或化学转化脱水形成胺酸，然后经热转化或化学转化脱水形成PI； PI品种有品种有20多种多种COCONCONArCOCONArCOnNNOOOOnNNNNm聚酰亚胺的结构与性能聚酰亚胺的结构

17、与性能 大量的五元杂环及芳环大量的五元杂环及芳环分子链刚性大，分子间作用力强；分子链刚性大，分子间作用力强； 芳杂环的共轭效应芳杂环的共轭效应耐热性很高；耐热性很高； 分子主链中含有大量的酚基芳香环分子主链中含有大量的酚基芳香环分子链段内旋转困难，分子链段内旋转困难，熔点升高，熔体粘度增大，流动性小，加工困难；熔点升高，熔体粘度增大，流动性小，加工困难； 具有优良的力学性能（具有优良的力学性能（-200260 ），非常适合制造高温下使），非常适合制造高温下使用尺寸精度要求高的制品；用尺寸精度要求高的制品； 极其优异的热稳定性：热分解温度极其优异的热稳定性：热分解温度500以上以上； 电绝缘性能

18、优异电绝缘性能优异结构对称、结构对称、TgTg高和刚性大大影响了极性基高和刚性大大影响了极性基团的活动；团的活动； 在强氧化剂下会氧化降解，在碱作用下会发生水解。在强氧化剂下会氧化降解，在碱作用下会发生水解。3.7 聚芳醚酮（聚芳醚酮（PAEK）亚苯基环通过醚键亚苯基环通过醚键-o-和酮基和酮基-c=o连接而成的聚合物。连接而成的聚合物。按分子链中醚键、酮基与苯环连接次序和比例的不同，按分子链中醚键、酮基与苯环连接次序和比例的不同，可形成许多不同的聚合物。可形成许多不同的聚合物。聚醚醚酮（聚醚醚酮（PEEK）目前已开发出来的目前已开发出来的PAEK品种有：品种有：PEEKOCOOn耐高温塑料：

19、可在耐高温塑料：可在250下长期使下长期使用，与其他耐高温塑料如用，与其他耐高温塑料如PI、PPS、PTFE、PPO等相比，使用温度上限等相比，使用温度上限高出近高出近50 ；聚醚醚酮（聚醚醚酮（PEEK）OCOOn0200400600800406080100 PEEKWeight(%)Temperature( C)聚醚醚酮（聚醚醚酮（PEEK）性能）性能具有高强度、高模量、高断裂韧性以及优良的尺寸稳定性，刚性接具有高强度、高模量、高断裂韧性以及优良的尺寸稳定性，刚性接近于金属铝材料；近于金属铝材料；具有优异的耐化学药品性，只有浓硫酸能溶解或者破坏它，耐腐蚀具有优异的耐化学药品性，只有浓硫酸能

20、溶解或者破坏它，耐腐蚀性与镍钢相近；性与镍钢相近；韧性好，对交变应力的优良耐疲劳性是所有塑料中最出众的，可与韧性好，对交变应力的优良耐疲劳性是所有塑料中最出众的，可与合金材料媲美；合金材料媲美；具有突出的摩擦学特性，耐滑动磨损和微动磨损性能优异，尤其是具有突出的摩擦学特性，耐滑动磨损和微动磨损性能优异，尤其是能在能在250下保持高的耐磨性和低的摩擦系数；下保持高的耐磨性和低的摩擦系数； 很好的阻燃性能，对很好的阻燃性能，对、射线的抵抗能力是目前高分子材料中射线的抵抗能力是目前高分子材料中最好的。最好的。OCOOn聚醚醚酮（聚醚醚酮（PEEK）的应用）的应用航空航天：航空航天：PEEK树脂可以替

21、代铝和其它金属材料制造各种飞机零部树脂可以替代铝和其它金属材料制造各种飞机零部件；件；电子电器（第二大应用领域）：电子电器（第二大应用领域）：PEEK在很大的温度范围内不变形，在很大的温度范围内不变形，用其制作的零部件可经受热焊处理的高温环境。可用来制造电子绝缘用其制作的零部件可经受热焊处理的高温环境。可用来制造电子绝缘膜片、连接器、印刷电路板、超大规模集成电路材料；膜片、连接器、印刷电路板、超大规模集成电路材料；医疗方面医疗方面：灭菌要求高、需反复使用的手术和牙科设备、人造骨，灭菌要求高、需反复使用的手术和牙科设备、人造骨，PEEK人造骨是塑料材料中与人体骨骼最接近的材料，可与肌体有机人造骨

22、是塑料材料中与人体骨骼最接近的材料，可与肌体有机结合；结合；汽车和机械工业：汽车和机械工业：利用利用PEEK良好的耐摩擦性能和机械性能，可以作良好的耐摩擦性能和机械性能，可以作为金属不锈钢和钛的替代品用于制造发动机内罩、汽车轴承、垫片、为金属不锈钢和钛的替代品用于制造发动机内罩、汽车轴承、垫片、密封件、离合器齿环等各种零部件。密封件、离合器齿环等各种零部件。OCOOn3.8 氟塑料氟塑料 白色蜡状固体或粉体，密度白色蜡状固体或粉体，密度2.142.2g/cm3，是塑料中，是塑料中密度最大的品种；密度最大的品种； PTFE侧基全部为氟原子；侧基全部为氟原子；“塑料王塑料王”：防腐、耐摩擦、绝缘、防粘。：防腐、耐摩擦、绝缘、防粘。 含氟塑料的总称，部分或全部氢被氟取代的聚合物。含氟塑料的总称，部分或全部氢被氟取代的聚合物。与其他塑料相比，具有更优越的耐高、低温，耐腐蚀，耐与其他塑料相比，具有更优越的耐高、低温，耐腐蚀，耐候性，电绝缘性，不吸水以及低的摩擦系数。候性，电绝缘性，不吸水以及低的摩擦系数。 聚四氟乙烯（聚四