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塑料知识培训顺威智能科技工程部高分子材料的基本概念按照来源：天然、合成按物理形态和用途：塑料，橡胶，纤维，粘合剂，涂料，聚合物基复合材料，聚合物合金等高分子材料的基本概念什么是高分子？

定义：许多原子由共价键联结而成的化合物(相对分子质量>10000)。

别称：聚合物

－

Polymer

大分子－

Macromolecule高分子材料的基本概念聚合物：由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成。

单体：通过反应能制备聚合物分子的物质。高分子材料的基本概念

聚合物按重复单元数划分：

低聚物Oligomer高聚物Highpolymer

摩尔平均质量<10000

高分子材料用基本成分。

高分子材料的基本概念

聚合物按聚合单体数划分：

均聚物homopolymer共聚物copolymer

一种单体聚合而成。

二种或二种以上单体共聚合而成。

高分子材料的基本概念

分子链的相关术语：支链（侧链）

*

聚合度：高分子链中所含重复单元

的平均数目。

聚合物的结构

高分子链结构聚集态结构

（超分子结构）

分子内作用

分子间作用

大分子链的化学组成

重复单元的连接方式

重复单元的空间排列方式

大分子链的几何形状

共聚物大分子链的序列结构

非晶态

结晶态

液晶态

高分子链的构象近程（一级）结构

─远程（二级）结构

取向态高分子材料的基本概念高分子材料的基本概念

重复单元的连接方式

大分子链骨架的几何结构

Liner线型(形)Figure1.1SchematicrepresentationofCovalentchainstructure

Cross-linked交联

Branched

支化Network（3D）

网状。高分子材料的基本概念

高分子材料的基本概念Figure1.3

Schematicrepresentationof

(a)random（无规）,(b)alternating（交替）,(c)block（嵌段）,(d)graft（接枝）copolymer.Thetwodifferentmertypesaredesignatedbyblackandcoloredcircles.

塑料的定义和分类热热固性和热塑性塑料区别热塑性塑料：线型或支化聚合物

热固性塑料：交联或三维网状聚合物。PE聚乙烯PE是由聚乙烯单体(石油裂解而来)自由基聚合而成的聚合物，简称PE分子式：-[-CH2-CH2-]-n物理性能：质量轻、无毒、具有优良的耐化学腐蚀性、电绝缘性以及耐低温性。属于结晶型聚合物。聚乙烯中晶相含量不同，密度也不同HDPE0.93-0.97(结晶温度126-136℃)LLDPE0.92-0.935（结晶温度120-125）LDPE0.91-0.93（108-125）

应用：电器工业、化学工业、食品工业、机器制造以及农业等方面。发展历程以及分类：1933年英国帝国化学公司高压法合成低密度聚乙烯（LDPE）1939年量产1953年德国化学家齐格勒低压法合成高密度聚乙烯（HDPE）1957年量产1957年美国菲利普石油化学公司中压法HDPE1970年代后有超高相对分子量聚乙烯（UHMWPE，可作为工程塑料使用

）、交联聚乙烯（CPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）

PE聚乙烯结构由-C-C-链构成（非极性基团）分子间作用力小，且呈线性分布，故是柔性很好的热塑性聚合物；相对于其主链长度，其支链长度很低，所以分子链规整，综合两特性，PE分子链可以反复折叠并整齐堆砌排列形成结晶。PE聚乙烯分子含结晶结构和无定形结构，两者相互穿插。当结晶结构低，聚乙烯呈柔性和弹性，其密度，硬度，拉伸强度，软化温度降低，反之则升高。在注塑过程中，影响结晶度的是：温度和冷却速度。PE性能力学性能由结晶度高低决定，除抗冲击性能以外，其他性能一般；热性能热变形温度很低，无负载LDPE约80℃，HDPE约120℃，耐低温性很好，催化温度：-50℃，随相对分子质量增大而增大，最低可达-140℃。PE耐化学性在常温下没有溶剂可溶解PE，化学稳定性良好，但不耐强氧化剂，如浓硫酸，发烟硫酸，铬酸等。在60摄氏度以下会与卤代烃长期接触会溶胀或开裂聚乙烯表面胶接困难电性能：优异，但是需要加入抗氧剂PE环境性能日光照射最终释放氢气，并交联，改变结晶度，最终变色并成为橡胶状产物。可加入炭黑，在日光条件下使用可提高力学性能，若不是日光条件，则会变脆；耐环境应力差，可与潮湿土壤反应。PE加工性能吸湿性低，＜0.01%，故一般不需干燥结晶能力高，高结晶导致冷却后收速率高，而高模温有利于提高制品的结晶度，力学性能提高，但尺寸超差，故模具温度一般30-60℃即可；聚乙烯熔体在空气中易氧化，温度越高氧化越严重，避免熔体暴露空气中；加工温度一般高于熔点40-50℃，LDPE:170-200℃＜80R/MIN;HDPE180-220℃30-60R/MIN.浇口形式：直接、侧浇口、点浇口。PE交联(CPE)辐射交联（PE老化过程发生）化学方法（催化剂打断长链C=C键，并与支链或另外的长链链接，最终构成平面网状结构）氯化聚乙烯，二级碳原子上的氢原子被取代一.聚丙烯的分类等规聚丙烯（isotactic

polypropylene，iPP）间规聚丙烯（SyndiotacticPolypropylene，sPP）无规聚丙烯（AtacticPolypropylene,aPP）

本章主要介绍等规聚丙烯，一般无特殊说明即指等规聚丙烯。20世纪50年代，意大利科学家G.Natta首先以TiCl3-AlEt3作为引发剂，使得丙烯聚合成为等规聚丙烯。

等规聚丙烯具有下列优良性能：熔点高，拉伸强度高（35MPa),耐应力开裂和耐腐蚀优良，性能接近工程塑料，可做纤维，薄膜，塑料和管材等，是发展最快的塑料品种。二.聚丙烯的结构

聚丙烯的结构为[CH2―CH(CH3)]n，主链上碳原子交替存在着甲基。如果把聚丙烯分子主链拉成平面锯齿形，则其有规立构构型可表示为图1。

atacticPPSyndiotacticPPIsotacticPP

图1PPtacticspatialstructure2.1高分子链结构等规聚丙烯立构规整性的程度是用等规度（或称全同指数、立构规整度IIP）来表示的。所谓等规度就是立构规整聚合物占总聚合物的分数。聚丙烯的等规度常用沸腾正庚烷的萃取剩余物所占分数来表示，一般IIP大于90%。问题：当PP材料的熔体流动指数(MI)一定时，悬臂梁冲击强度随着等规度的提高而（）。A:增加B:降低C:不变

聚丙烯从熔融状态缓慢冷却时所形成的晶体，一般为球晶结构，其形态有五种类型，见表1。晶系Ⅰ型单斜在134℃以下生成Ⅱ型单斜在138℃以上生成混合型单斜在138℃附近出现Ⅲ型六方128℃以下与Ⅰ型混合出现类型生成条件Ⅳ型六方128~132℃间出现Table1CrystalstructureforPP2.2聚丙烯的聚集形态结构七大晶系立方四方正交三方单斜三斜六方

聚丙烯的结晶形态

目前已观测到四种晶体结构:、、和拟六方型。最常见最稳定的是晶态，属单斜晶系，在138℃结晶时生成晶态，熔点176℃。在128℃以下结晶时生成晶态，属六方晶系，熔点145-150℃，在熔点以上进行热处理，β晶态能转变成α晶态。γ晶态属三斜晶系，熔点在α晶态低约20℃，一般条件下，只有在分子量很低而分子活动性很高时结晶才能生成晶态,形成的几率比要低。拟六方型：不稳定结构，有聚合物熔体骤冷即可获得。球晶的类型、大小和结晶度影响着PP材料的性能。球晶尺寸大、结晶度高，材料具有较差的透明性，冲击强度和断裂伸长率低，而硬度、强度与模量则高。球晶尺寸小、结晶度高，材料具有一定的透明性，冲击强度和断裂伸长率高，而硬度、强度与模量则高。因此，可以在结晶型高分子材料比如聚丙烯熔体中加入成核剂，降低球晶的尺寸，提高聚丙烯的冲击性能。脆性高分子材料韧性高分子材料非晶态聚合物（硬而且韧）的拉伸应力-应变曲线AYBYieldingpoint屈服点Pointofelasticlimit弹性极限点Breakingpoint断裂点Strainsoftening应变软化Colddrawing冷拉Strainhardening应变硬化PP是所有树脂中最轻的品种之一，密度为0.90-091g/cm3;吸水率低，仅为001～0.04％;PP中晶相与非晶的密度分别为0.94和0.85，其差值较小，因此与PE相比，PP具有较好的透明性，而茂金属PP（

mPP

）的透明度可达96，能与PS相媲美。三.聚丙烯的性能3.1物理性能强度当等规度IIP相同时，随着MI的增大，拉伸屈服强度升高；当MI一定时，随着IIP的提高，拉伸屈服强度增加。三.聚丙烯的性能3213.2力学性能图线1：等规度：95%-96%图线2：等规度：88%-90%图线3：等规度：83%-84%分子量强度这主要是因为MI大的PP具有较低的分子量，易于结晶，结晶度高，拉伸屈服强度高；反之MI小，分子量大，PP分子不易结晶，结晶度低，拉伸屈服强度低。

PP的结晶能力不仅与分子量的大小有关，而且还受IIP的影响，IIP增加，结晶能力强，结晶度高，因此，PP的拉伸强度随IIP的增加而上升。由此可以看出，对于PP，MI和IIP是两个重要参数。

原因分析：一般来说，增大MI或IIP有利于提高拉伸强度、弯曲强度，但使冲击强度降低，断裂伸长率减小。表1IIP对拉伸强度和弯曲强度的影响IIP（%）拉伸强度（MPa）弯曲强度（Mpa）9834.556.596.532.545.093.629.041.088.2－40.01MI＝12MI＝3212当MI大，IIP较小时（约小于80%），PP具有高的冲击强度。

当MI大，IIP增加时，随着IIP的上升，冲击强度表现出急剧下降的区域；MI小，冲击强度受IIP的影响程度小，随IIP的升高呈现逐渐降低趋势，这是结晶度和分子量综合影响的结果。102分子量大分子量小等规度（%）注意：MI-熔融指数图2PP冲击强度与等规度关系MI大，分子量低，对冲击强度的贡献小，且分子量低时IIP的升高更有利于提高结晶度，此时结晶度对冲击强度的影响占主要地位，即结晶度增加，冲击强度有一急剧降低区间。MI小，分子量高，使冲击强度升高，它补偿了因结晶度的上升而使冲击强度显著下降的程度，表现为冲击强度随IIP的增大而缓慢下降。原因分析：值得注意的是PP的低温脆性差，在010℃内，冲击强度急剧下降。冲击强度除了受分子量、结晶度、球晶尺寸的影响外，还与制品的内应力有关，内应力的存在会使冲击强度降低，因此，制品经退火减少或消除内应力后，能大幅度提高冲击强度，最后趋于一个稳定值。表2冲击强度与热处理温度的关系温度℃未处理85100110120130140150冲击强度KJ/m212.415.123.029.533.938.141.036.0热处理时间为60min模量与表面硬度PP的模量与表面硬度一般都随IIP的增大而增大。显然，模量和硬度与结晶度有关，结晶度提高，它们都随之上升。211MI＞52M＜11021MI>52M<112疲劳强度与耐磨性能PP具有突出的耐弯曲疲劳性，用它成型的铰链，常温下，经过7×107次折叠弯曲而不产生损坏和断裂。PP的自身的磨擦系数为012，与尼龙相仿，但它不因润滑而有很大的降低。PP齿轮热变形温度/℃1221201181161141121100.51.0

251012

随着MI的增大，维卡软化点和热变形温度均增加，这显然是结晶度的变化引起的。热性能

耐热性能

PP的结晶熔化温度为164~176℃，具有良好的耐热性能，其制品能在100℃以上使用。低温脆性

0.1

1101003020100-6211IPP80—90%2IIP70—80%PP的玻璃化温度一般认为是10℃左右,在0℃以下PP易变脆,冲击强度急剧下降。

等规度IIP对脆化温度的影响不大，但MI的影响较大，随MI的增大，脆化温度迅速升高，等规度高的更为明显。稳定性耐应力开裂性对于PP，不同试剂产生应力开裂的方式不一样，如乙二醇、蓖麻油和表面活性剂是PP强的应力开裂剂；强氧化性的硫酸、硝酸和铬酸等可能使PP降解而产生应力开裂；在受热受力作用时，PP表面热氧化作用加剧，使分子量下降而产生应力开裂，这种现象称为热应力脆化。PP比PE有较好的耐应力开裂性，其分子量越大，耐应力开裂性能越好。PP共聚物的耐应力开裂性优于均聚物。耐化学试剂性能PP有优良的耐化学试剂性能，且随结晶度的增加而提高。由于PP中存在叔碳原子，因此易被氧化性介质侵蚀；PP很容易在非极性有机溶剂中溶胀或溶解，温度越高溶胀和溶解越历害。对极性有机溶剂却很稳定，例如醇类、酚类、醛类、酮类和多数羧酸不易使PP溶胀，但芳烃和氯化烃在80℃以上对它有溶解作用。电性能PP是非极性聚合物，吸湿性小，因此PP具有优良的电性能，且几乎不受环境湿度变化的影响。

PP的介电常数和介电损耗角正切值都小，基本上不随温度、湿度和频率的变化而变化，可作高频绝缘材料。

真空电容

Co=Qo/V＝

os/d