塑料原料（经典课件）

1、塑 料 原 料根本内容提要塑料性能几种代表塑料塑料性能机械性能热学性能电性能光学性能化学性能自然老化性能燃烧与阻燃性能扩散与渗透性能其他性能几种代表塑料PEPPPVCPSABSPMMAPTFEPAPCPOM 第一局部 塑料的根本性能塑料的定义塑料是一种以合成或天然的高分子化合物为主要成分，在一定的温度和压力条件下，可塑制成一定形状，当外力解除后，在常温下仍能保持其形状不变的材料。 PE聚乙烯 PP聚丙烯 PVC聚氯乙烯 PS聚苯乙烯 ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 PMMA聚甲基丙烯酸甲酯(俗称有机玻璃) PTFE聚苯酯、聚四氟乙烯 PA聚酰胺(俗称尼龙) PC聚碳酸酯 POM聚甲醛 塑料

2、的组成和分类塑料的主要成分是树脂，约占塑料总量的40%100%。1、热塑性塑料：树脂为线型或支链型大分子链的结构聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(俗称尼龙)(PA)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(俗称有机玻璃)(PMMA) 2、热固性塑料酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、氨基树脂、醇酸树脂、烯丙基树脂、脲甲醛树脂(UF)、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯(UP)、硅树脂、聚氨酯(PUR)塑料的组成和分类3、通用塑料聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、酚醛树脂、氨基树脂4、工程塑料广义：凡可作为

3、工程材料即结构材料的塑料。狭义：具有某些金属性能，能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能、电性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能的塑料。通用工程塑料：聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯醚(PPO)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBTP)及其改性产品。特种工程塑料高性能工程塑料：耐高温、结构材料。聚砜(PSU)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚芳酯(PAR)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚苯酯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚酮类、离子交换树脂、耐热环氧树脂5、功能塑料特种塑料具有耐辐射、超导电、导磁和感光等特殊功能的塑料。氟塑料、有机硅塑料塑

4、料的组成和分类6、结晶型塑料分子规整排列且保持其形状的塑料。 PE、 PP、PA7、非结晶型塑料长链分子绕成一团对热塑性塑料或结成网状对热固性塑料，且保持其形状的塑料。 PS、PC、ABS一 机械性能1、蠕变和应力松弛1.1 蠕变根本定义产生原因1.2 应力松弛根本定义产生原因问题：热塑性塑料和热固性塑料抗蠕变性和抗应力松弛的区别？2、耐疲劳性塑料疲劳的根本原因塑料的耐疲劳性表征3、摩擦和磨损性能摩擦FffFN影响摩擦因素的因素摩擦力如何变化磨损磨损量：WKFNS(m3)磨痕深度：dKPvt(m)二 热学性能1、热导率导热定义热导率是材料导热能力的一个量度QKAdT/dx2、线膨胀系数3、比热

5、容J/kgK三 电学性能1、介电常数表示材料作为绝缘物储存电能的能力2、介质损耗因素介质损耗角正切损耗能量/存储能量电介质在交变电场中以发热形式损耗的能量为：PKfE2tan3、电阻率外表电阻率sRs2/ln(d2/d1) ()3.2 体积电阻率vRvAe/t(m)4、介电强度Eb表征绝缘材料承受电压的能力5、耐电弧性及耐电弧径迹性6、温度、湿度、电场频率对电性能的影响偶极极化:在外电场的作用下，极性分子沿电场方向排列而发生取向，这种现象称为偶极极化电子极化：指分子中各原子的价电子云在外场作用下,相对于原子核向正极方向偏移,使分子的正负电荷中心的位置发生的变化.极性塑料：凡在分子链节的带有极性

6、基团的高分子聚合物。一般分为强极性塑料，如酚醛，聚氨酯，聚酯。极性塑料，如聚氯乙烯，有机玻璃。弱极性塑料，如尼龙。非极性塑料，如聚乙烯，聚四氟乙烯。共四类塑料。 四 光学性能1、透光率TtT2/T12、雾度hsTs/T2透光性与透明性的区别什么原因影响着材料的透明性五 化学性能1、耐化学药品性决定因素：化学组成和组成结构PTFE塑料之王2、耐溶剂应力开裂性产生原因：内聚能降低内聚能临界应力3、耐环境应力开裂性 环境应力开裂的必要条件如何提高耐环境应力开裂性 应力 应力集中因素 活性物质分子量分散性六 自然老化性能1、什么是老化？2、老化对塑料的危害？3、导致塑料老化的因素 外部因素 内部因素外

7、部因素：a.日光照射b.温度c.湿度d.大气污染内部因素：a.化学组成b.分子结构C.聚集态结构七 燃烧与阻燃性能1、燃烧的过程分解产生挥发性分解产物扩散并燃烧产生热量更多材料分解进行燃烧2、决定塑料燃烧性能的因素 a.树脂所含各基团的内聚能越大，熔融温度越高，越不易挥发，其可燃性越小。b.分子链上化学键解离能越大，材料可燃性越小。c.材料的燃烧热越小，燃烧时释放的热量越少，那么越不易继续燃烧。 塑料的热稳定性 热分解产物的可燃性分子内含有极性基团可增加内聚能3、塑料的分类4、塑料燃烧性的表征 阻燃性良好 阻燃性较差 易燃塑料 易燃着性 火焰蔓延 耐火焰性 释热速率 易熄灭程度 释烟密度 毒性

8、气体释放情况八 扩散与渗透性能1、渗透过程凝结溶解向薄膜内移动从薄膜另一侧表面蒸发2、渗透率 渗透物在单位时间内沿薄膜垂直于渗透方向单位外表类所透过的量：J=Q/AT 菲克第一扩散定律：Jc/x稳定态渗透3、塑料薄膜中大分子间隙与聚合物聚集态的相关性。TA玻璃态BC高弹态DE粘流态TgTf九 其他性能1、吸水性2、收缩性：塑件从模腔脱出后尺寸缩小的现象. 塑料的收缩率 取向：高聚物中包含的分子链、链段、基团、晶粒等组成的结构单元在空间上是无规指向的。聚合物熔体或溶液的流动、拉伸、挤压迫使其按一个方向指向。 绝对值大 变化范围大3、密度 塑料的密度随温度变化而变化。 氟塑料是密度最大的一族。作

9、业1、分析热固性塑料的抗蠕变和抗应力松弛为什么优于热塑性塑料。2、简述温度对极性塑料电性能的影响。3、分析薄膜中大分子间隙和聚合物聚集态的相关性。第二局部几种常用塑料一 聚乙烯1、结构 CH2-CH2n 非极性结晶型热塑性聚合物 制备方法 高压法：支链多 低压法：支链少分子量分布宽分子量分布窄结晶度降低密度降低结晶度增大密度增大2、性能 物理性状：白色蜡状固体、无臭无味无毒、除薄膜外皆不透明。 力学性能： a.软而韧.冲击强度高，其它性能较低. b.无定形相处于高弹态不具备承载能力；结晶相具备一定承载能力. c.支化度增大 结晶度降低 密度降低 韧性增加，其他力学性能降低. 增大所有理学性能增

10、加。 为什么？热学性能 g较低，韧性良好，耐寒性优良。 m 密度降低 结晶度降低 支化度增大 c.热变形温度低 d.比热容及热导率较大电性能 无极性因此具有优良的介电及电绝缘性.耐化学试剂及耐溶剂性 浓硫酸、浓硝酸等可以使其氧化环境和老化性能 如何提高其耐环境应力开裂性？燃烧性能：极易燃烧1.降低结晶度2.交联3、加工 加工性能 a.吸水性小 b.熔体粘度低 c.非牛顿性不明显Lgtg第一牛顿区非牛顿区第二牛顿区d.塑化装置有较大的加热功率e.结晶能力高f.收缩率的绝对值及变化范围大g.熔体易氧化加工工艺 1.注塑 2.挤出 3.中空吹塑4应用5、超高分子量、低分子量PE 超高分子量PE：M1

11、06 采用低压聚合法 具有优异的摩擦磨损性能及耐环境应力开裂性. 低分子量PE: 1000M10000 采用高压聚合法 力学性能极低6、PE的改性 线型低密度PELLDPE a.制备：参加少量烯烃 b.结晶度降低，只含有短支链. c.力学性能比一般低密度PE有所提高.交联PE a.辐射交联 b.化学交联不溶不熔二 聚丙烯1、结构： 分子链刚性增加侧甲基 分子链规整性降低Tg及Tm升高Tg及Tm降低最终导致Tg及Tm升高 a.等规PP CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2 b.间规PP CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2 c.无规PP CHCH2CHCH2CHCH2CHCH2CH3CH

12、3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3等规度 等规异构体极易结晶，无规异构体是无定形相。 等规指数越大，聚合物结晶度越高，熔融温度和 耐热性也增高，硬度、拉伸、压缩等强度提高，韧性下降. MTm、硬度、刚度及屈服强度降低熔体粘度及韧性升高由于分子量大使PP结晶困难，结晶度下降2 PP性能物理性状：白色蜡状固体，比PE略显透明力学性能等规指数、分子量对其影响较大。b 断裂 c 韧性不够好，低温时脆性明显，具有优异的抗弯曲疲劳性.脆性断裂：TTg，先屈服后断裂，外表粗糙 热性能：耐热性稍高于PE电性能： 非极性 优异的介电和电绝缘材料 2.4 耐化学试剂性及耐溶性a.强氧化

13、剂对其有侵蚀作用b.室温下 不溶于任何溶剂，可以在某些溶剂中 溶胀溶胀：吸附溶剂分子，体积膨胀 2.5 环境与老化性能 氧或紫外线高能辐射铜害作用：加速降解 2.6 燃烧性能：极易燃烧PP降解3 PP的加工 加工性能a 吸湿性小b 适用于多种成型方法c 熔体粘度小d 收溶率绝对值及变化范围大e 具有明显的非牛顿性f 易产生内应力g 受热时容易氧化降解 3.2 加工工艺a 注塑 b 挤出4. 应用5. PP的改性a PE共混：改善PP的韧性b 与乙丙橡胶共混：改善其韧性和耐寒性c 与其他聚合物共混：与PA共混，改善染色性，提高耐热性d 增强聚丙烯玻璃纤维增强PP：使PP的拉伸强度弯曲强度提高钙塑

14、PP：使PP的硬度及刚度提高，收容率降低，耐热性提高作业为什么PE的透明性相对于PP要显得差一些？说明高压聚合法、低压聚合法分别制得的PE有何不同。举例说明如何提高PP的韧性、硬度、刚度以及耐寒性。三、PVC1、PVC的结构n CHCH2 CHCH2 n极性非晶热塑性塑料ClCl由于Cl存在 分子链间吸引力 ，具有位阻效应变刚，变硬 Tg ，耐寒性 ，韧性 电性能 具有阻燃性 存在空间异构间规，无规 结晶度很低低温聚合支链 结晶度 Tg变脆，Tm 难于加工2、PVC的性能物理性状：白色或淡黄色的坚硬粉末2.1 力学性能： 具有较高的强度，刚度，硬度，较低的韧性2.2 热学性能： 热稳定性差，分

15、解放出HCl硬质PVC：含增塑剂极性介电 电绝缘性 2.4 耐化学药品性： 良好的耐化学腐蚀性，可作为防腐材料 可以被芳烃、强极性溶剂溶胀 2.5 耐环境老化性能 热稳定性差 HCl 2.6 燃烧性 良好的阻燃性3、PVC的加工 3.1 加工特性3.2 加工工艺：注塑硬质PVC，挤出热稳定性差，分解放出HCl熔体粘度高HCl对设备有腐蚀熔体冷却速度快，成型周期短4、应用 门窗框架板材等四、PS的结构nCH=CH2 CH-CH2n非极性非晶热塑性塑料分子链变刚、变硬存在空间异构化学特性活泼易氧化，并引起降解耐溶剂性差优异的介电、电绝缘性较高的耐辐射性的性能物理性状：无色、无臭、无味、透明的刚硬固

16、体。力学性能硬而脆、韧性低、拉伸时无屈服现象；经过退火处理可提高其力学强度及热变形温度。热学性能TTg 开始软化T120 成为熔体T180 具有流动性 T300 开始分解良好的绝热保温材料。具有较宽的成型加工温度区间电性能优异的介电、电绝缘性及耐电弧性。耐化学试剂性不耐氧化酸的侵蚀、可以溶解于某些有机溶剂。苯乙烯可以防止外表碳化TPS 耐油脂性、耐候性、耐热性优于PSCH3C=OOCH3c.加工应用可采用注塑、挤出、模压应用于制造挡风玻璃及光学镜头、汽车透明零件。五、ABS1. ABS的结构(CH2CH)a(CH2CH=CHCH2)b(CH2CH)cnCN极性非晶热塑性塑料制备方法： (1)

17、共混法：AS树脂丁腈橡胶的混合物A-A-B-A-A-B-B-B-A-A-B+S-A-S-S-A-A-B-B-B-A-S (2) 接枝共聚法：AS树脂分子链与丁二烯分子链接枝S-A-S-A-A-S-A-S-AB-B-B-B-B-B-B-B-B-BA-S-S-A-S-A-S-S-A-S-A2. ABS的性能物理性状：淡黄色非晶态树脂、不透明。丙烯晴：使材料具有良好的刚性、硬度、耐油脂性及耐腐蚀性。丁二烯：赋予材料良好的韧性及耐寒性。苯乙烯：赋予材料良好的刚性、硬度、光泽性及加工流动性。非晶态：尺寸稳定、加工性能优良。2.1 力学性能a.最大拉伸强度发生在屈服点，超过屈服点b随伸长的增大而减小直至断

18、裂。b.具有良好的冲击韧性。橡胶成分增加韧性提高材料抗蠕变性降低橡胶成分减少其他两相成份增加材料刚性及硬度、耐热性、拉伸强度提高。拉伸强度 冲击强度刚度 蠕变硬度 热胀耐热性 熔体粘度中冲击 高冲击 超高冲击 橡胶含量增加 冲击韧性2.2 热学性能a.从表中看出ABS具有较高的热变形温度，但是最高连续使用温度不高；通过改性与聚碳酸酯共混可以提高最高连续使用温度及冲击强度。b.良好的耐寒性c. 具有可燃性，引燃后可以缓慢燃烧。 电性能与所含单体比例相关 耐化学试剂性良好的耐化学试剂性浓的氧化性酸对其有侵蚀作用醇类、烃类使其缓慢溶胀醛、酮等极性溶剂使其溶解 耐候性由于ABS含有双键故耐候性较差，紫

19、外线或热的作用下易氧化降解。的品级a.通用型：中冲击型、高冲击型、超高冲击型，代表了大多数ABS。b.高耐热型：更换单体之一的苯乙烯为甲基苯乙烯；由于熔体粘度较高故加工稍困难一些。c.电镀型：控制单体丁二烯的含量在18%23%，并采用接枝共聚法制备。d.透明型：用甲基丙烯酸甲酯作为第四种单体与ABS的三种单体共聚，或用甲基丙烯酸甲酯代替ABS中的丙烯晴。e.阻燃ABS：添加卤素化合物。 合金：1ABS/PC：共混法制备，具有优异的韧性、抗热变形及良好的刚性 ，主要成型方法为注塑。2ABS/PVC：共混法制备，具有良好的阻燃性，主要采用挤出成型。3ABS/SMA;共聚制备，耐热性有较大的提高，主

20、要采用注塑和挤出成型。的加工的加工特性无明显熔点热稳定性好具有较明显的非牛顿性吸湿性较小成型收缩率较小 加工工艺1注塑2挤出3电镀：控制单体丁二烯的含量在18%23%，并采用接枝共聚法制备。 工艺过程： 消除应力 除油粗化：增加塑件外表粗糙度，保证镀层牢固。敏化; 使塑件外表吸附一层复原性的金属离子。活化：在已经敏化的塑件外表再吸附一层金属微粒，作为化学镀的催化中心。化学镀; 是金属离子在含有复原剂的水溶液中被催化复原而连续沉积到塑件外表的过程。电镀：塑件作为阴极，金属板作为阳极。的应用机械零件、仪器仪表、板材等。作业什么是增塑剂？增塑后的PVC在性能上有什么变化？举例说明如何改善PS的韧性。

21、简述ABS的电镀过程。分析PS与ABS的力学性能有什么不同之处并说明理由。六、PMMA的结构 n CH2=C CH2-Cn极性、非晶热塑型CH3C=OOCH3CH3OCH3C=O 分子链刚性增加、Tg升高 电性能降低 不对称碳原子的存在使其具有空间异构 阴离子聚合可以得到以等规、间规为主 的聚合物。的性能物理性状：刚性、硬质、无色透明。侧甲基侧甲酯基力学性能良好的综合力学性能，冲击韧性较差；硬而脆，外表硬度低易划伤。2.2 热学性能耐热性与耐寒性较差；具有较宽的熔融加工温度范围。 电学性能由于其极性并不是很大，故仍具有良好的介电和电绝缘性能；具有优异的耐电弧性。 耐化学试剂性可耐较稀的无机酸，

22、浓的无机酸及温热的KOH、NaOH使它侵蚀；对臭氧和二氧化硫具有良好的抵抗能力。 耐候性优异的耐大气老化性能 燃烧性易燃烧的加工的加工特性有限氧指数？a.明显的吸湿性b.具有非牛顿流体特性c.具有较宽的加工温度区间d.制件易产生内应力e.收缩率及变化范围小f.较好的切削性能 加工工艺浇注、注塑、挤出、热成型加热使其软化，加压，冷却定型，修边。4. 应用灯具、照明器材，光学玻璃，仪器仪表等。5. 定向有机玻璃1定向拉伸方法加热至TTg,放置于拉伸设备进行拉伸到要求的拉伸强度，停止拉伸并保持在拉力下冷却。2定向有机玻璃性能拉伸强度、弯曲强度、冲击强度及断裂伸长率皆得到提高。七、PTFE的结构 n

23、CF2= CF2 CF2-CF2n 非极性、结晶型热塑性塑料1) C-F键短:扭曲的锯齿形排列2) F、C紧密堆砌故使其产生较大刚性3) 高度结晶：具有高耐热性及高熔点4) 对称性：优异的介电及电绝缘性5) C-F键能大：使其具有高的热稳定性6) 非极性及结晶结构：优异的耐化学试剂性及耐溶剂性7) 熔体粘度高流动性差8) 分子链间吸引力小：力学性能差，易出现冷流现象冷流性：塑料在拉伸或压缩载荷的作用下表现出的蠕变现象。的性能物理性状：质地柔软、呈白色、外表手感滑腻力学性能刚度、硬度、强度都较小，且受载时易出现蠕变现象。 热学性能优异的耐高温及耐低温性2.3 电学性能优异的介电及电绝缘性，且在潮

24、湿环境下可以保持良好的电性能。2.4 耐化学试剂性及耐溶剂性俗称“塑料之王2.5 其他性能不能燃烧不受臭氧的作用，耐大气老化性能突出高能辐射可以破坏C-F及C-C。的加工加工特性无熔融流动态，只出现凝胶态。冷却速率影响制品性能加热速率及烧结温度影响材料的热分解F2线膨胀系数大故尺寸变化大3.2 加工工艺烧结成型4.应用防腐材料密封材料电绝缘材料防粘材料耐磨擦磨损材料作业为什么PMMA可以作为优质的有机透明材料使用？什么是定向有机玻璃？如何制得定向有机玻璃？从分子结构角度说明PTFE为何具有优异的耐化学药品性？八、PA的结构 线型结构、良好的柔曲性、结构规整、存在氢键 -C-N-H H-N-C=

25、OOHHa.氢键的存在使分子链间作用力增大，结晶能力增强，使聚合物熔点升高。b.CN使分子链具有良好柔性，故材料具有良好的韧性。c.极性、结晶型热塑性塑料1P型PA由氨基酸H2N(CH2)P-1COOH制备得到PA6：n COOH(CH2)5NH2OH-OC(CH2)5NHn-H+(n-1)H2O单体 含有2n1个C，那么100形成氢键 含有2n个C，那么50形成氢键2mP型PA尼龙66：nCOOH(CH2)4COOH+nH2N(CH2)6NH2HO-OC(CH2)4CO-NH(CH2)6NHn-H+(2n-1)H2O 单体有 2n个C：100形成氢键2n1个C：50形成氢键2 PA的性能物理性状：乳白色角质状固体，吸湿性强2.1 力学性能 硬而韧，综合力学性能优异，良好的耐磨性，结晶度越高，耐磨性越好 2.2 热学性能熔融温度范围较窄，有明显熔点；连续亚甲基的数量及奇偶数影响PA的Tg及熔点；热变形温度及最高连续使用温度不高。 电学性能 枯燥条件下有较好的电性能；潮湿环境下电性能下降。 耐化学试剂性及耐溶剂性 少数盐类及氧化剂、酸类对其有浸蚀；酸类使PA断链降解 PA具有良好的耐溶剂性；醇类和水使PA溶胀2.5 其他性能 室温条件下可保持长时间性能不变；炭黑是PA的有效防老剂；多数PA在燃烧时具有自熄灭性。3. PA的加工 加工特性 吸湿性强；熔体粘度低;成型压力对制品性能影