高分子材料第2章1

第二章通用及特种高分子材料塑料橡胶纤维类型、结构特点性能指标、测试加工工艺合成高分子材料生产工艺、结构性能及应用塑料生产成倍增长，在机电仪表、电子电器、汽车等行业正大量代替钢铁。合成橡胶的产量早已大大超过天然橡胶，占橡胶总消耗量的2/3~3/4。合成纤维在民用领域占一半以上份额，在工业领域几乎取代了天然纤维。

20世纪中以来，高分子化学尤其是塑料、纤维、橡胶三大合成材料的发展速度惊人。40年代39万吨，50年代210万吨，60年代950万吨，70年代4100万吨，80年代超过了1亿吨。平均每10年增长5倍。概述第一节塑料1、定义

塑料就是具有可塑性的材料。在加热后，或在压力条件下，可以塑造成各种形状的物体。天然树脂，如虫胶、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。

2.2.1塑料类型及特性①

弹性形变区②

屈服点③

大形变区，又称为强迫高弹形变④

应变硬化区⑤

断裂结晶态聚合物的应力－应变曲线非晶态聚合物的应力－应变曲线随温度的增加，应力－应变曲线开始出现屈服点，从没有屈服点到出现屈服点之间存在一个特征温度

（称脆化温度Tb），

是塑料的耐寒性指标。塑料的使用温度范围在其Tb和Tg之间。es（1）

（1）材料硬而脆：在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，并在屈服点之前发生断裂，具有高的模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。聚合物刚性顺丁胶聚乙烯聚氯乙烯聚碳酸酯聚苯醚砜-85～-105-6880149288-73-70-90-100-240-12～-32+2+170+290+528TgTb△T=Tg-TbI’mplastic.工程塑料制品汽车防尘罩汽车密封条空气软管高压阻尼线挡泥板车灯橡胶件我们现在通常所说的塑料

，一般是指以合成树脂为主要成分的可塑性材料。具体说来，塑料就是以树脂为基体，添加一些具有特定作用的助剂，将基体与助剂混合、分散，再通过塑炼加工，并在加工过程中显示塑性且能流动成型的材料。

简而言之，

塑料=树脂+助剂树脂是硬而脆的、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。

结构材料：电视机壳体、冰箱壳体、轴承、机械零件

绝缘材料：电缆、绝缘板、电器零件

建筑材料：贴面板、地贴、塑料门窗、上下水管

包装材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料

日用：衣架、椅子、盆类、书架、玩具、文具、办公用品、家具

运输：道路交通设施、车辆部件

2、塑料的产量及应用2000年，世界总产量＞150Mt，中国18Mt（13%，第二），美国50Mt（44.4%，第一），日本15Mt（10%，第三）。国内塑料的应用包装材料（4Mt，22%）日用材料（3.5Mt，20%）农业材料（3Mt，17%）电子、电机、汽车材料（3Mt，17%）建筑材料（1.2Mt，7%）其他材料（3.3Mt，18%）3发展简史

（1）早期的塑料

年

代发

明

人名

称主

要

成

分用

途1862年AlexanderParKes柏士塑料硝酸纤维素+少量助剂

塑料梳子、伞柄、其它小制品1868年HyttCelluloid硝酸纤维素+增塑剂（樟脑）+润滑剂+着色剂文具、乒乓球、发卡、镜框、伞柄、照相底片

紫胶树脂（虫胶）

老式、慢转、易碎的唱片

第一个真正意义上人工合成的树脂是酚醛树脂，这是一种热固性塑料，商品名为电木粉（Bakelite），由此，打开了合成高分子的新时代。

（2）各种塑料品种的产生年代：

年份缩写名称名

称

年份缩写名称名

称1868NC硝酸纤维素（Celluloid）1938PA聚

酰

胺1909PF酚醛树脂（Bakelite）1941LDPE低密度聚乙烯1927PVC聚

氯

乙

烯1957PP聚

丙

烯1938PS聚

苯

乙

烯1956POM聚

甲

醛4塑料的分类及特性不同的标准有不同的分类方法。

（1）按树脂的化学成分分类：元素聚合物

为基础的塑料：氟塑料、有机硅塑料无机聚合物

为基础的塑料：聚硫酸铁、聚氯化磷腈有机树脂

为基础的塑料：PE、PP、PVC等（2）按塑料的产量分

通用塑料：指一般用途的塑料。优点：成本低、产量大、用途广泛、性能变化大、制品多样缺点：机械性能和耐热性不高

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。

优点：强度、刚性、硬度等均比通用塑料高、耐高、低温性能好。

缺点：产量相对小，成本较高。

特种工程塑料：相对于通用工程塑料而言，其耐热等级更高，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。

按塑料应用分类通用塑料→产量大、应用广、加工性能好、成本低的塑料工程塑料特种工程塑料氟塑料PTFE热致性液晶聚合物LCP聚苯酯PHB聚芳酯PAR聚醚酮类PEK聚醚类PSF聚酰亚胺类PI聚苯硫醚PPS通用工程塑料热塑性聚酯PBT聚苯醚PPO聚甲醛POM聚碳酸酯PC聚酰胺一般塑料→用量小、性能一般的塑料，如PMMA等特种塑料→性能独特、价格高的耐热、阻隔、导电塑料

（3）按塑料的组分分类单组分塑料→合成树脂为主，少量助剂多组分塑料→除合成树脂外，较多量助剂PE塑料PS塑料PMMA塑料PP塑料PVC塑料酚醛塑料氨基塑料

起初，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。但是，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，具有反应活性的官能团（基团）会发生化学反应，形成新的化学键，即所谓的“固化反应”。经过“固化反应”的塑料，由原来的线性结构演变为三维体型（网状）结构。这时的塑料不能溶于溶剂，受热也不会熔化。即“不溶、不熔”。

（4）最流行的按化学结构及热行为分：热塑性塑料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—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。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“可溶、可熔”的特性。热固性塑料线性支化体型交联2.2.2塑料组分及作用

大多塑料品种是多组分体系，除了基本组分聚合物（树脂）以外，还包含各种各样的添加剂（塑料助剂）添加我们的目的？塑料添加剂满足制品性能上的要求满足成型加工上的要求满足制品功能上的要求加添加剂的目的1、为什么塑料加工过程中要使用助剂？

（1）使用性能

任何一种聚合物（树脂）都很难同时满足使用性能要求。

强度：

玻纤增强的塑料（玻璃钢）

韧性：

PS、PP、PA等+弹性体（橡胶等）

表面性能：

印刷、染色

（2）加工性能（高速化）

流动性：

润滑剂（PVC）

加工窗口：

增塑剂使Tf降低；稳定剂使Td升高

（3）降低成本

填料

（4）特殊性能要求

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，也需加入助剂塑料口袋：

开口剂室内装修：

阻燃

（5）环保、污染（公害防止技术）

消除废旧塑料的污染

生物降解材料——淀粉

化学降解——稀土化合物

2、什么是塑料添加剂（加工用助剂

）塑料用加工助剂为改善塑料的使用性能或加工性能而添加的物质。主要包括：

填料及增强剂增塑剂稳定剂润滑剂抗静电剂着色剂防雾剂各种添加剂在高分子材料中的功能不一功能添加剂类别加工性能力学性能老化性能降低成本其它性能增塑剂、润滑剂、热稳定剂、加工助剂增塑剂、补强剂、增韧剂、固化剂抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂填充剂、增容剂发泡剂、阻燃剂、抗静电剂、偶联剂3.塑料添加剂的种类及作用

（1）增塑剂

作用

①提高聚合物的可塑性，实质是降低Tf

②改善加工性能，实质是降低粘度η③赋予制品柔顺性

增塑剂是增加高分子材料制品的塑性，改进其柔软性、延伸性和加工性的物质。增塑剂主要用于PVC树脂。性质

增塑剂是对热和化学试剂稳定的有机化合物。其中多数是沸点不高、低挥发性的液体，少数为低熔点固体，与树脂有一定的相容性，分子量一般较小。

选用要求

从以下方面考虑对增塑剂的选用：

相容性、增塑效率、挥发性、迁移性、渗出性、耐寒性、稳定性（耐热性）、污染性、价格等

加增塑剂可降低聚合物的TgTg降低值ΔT=αφα比例常数φ体积分数ΔT=βnβ比例常数n摩尔分数增塑剂要求（1）互溶性：良溶剂，若相溶不好，体系不稳定。互溶性与温度有关。温高，相溶性好；温低，相溶性差。（2）有效性：提高弹性、耐寒、耐冲击，是积极的效果；硬度、抗张、耐热性的降低，是消极的效果。（3）耐久性：高沸点、低挥发、耐溶剂、耐水等。低分子聚合物应是理想的。增塑机理（凝胶机理）

1927—1947年，经过20多年的研究，总结出凝胶机理。

认为：

在一定条件下，聚合物分子间作用力仅发生在某些链节与链节、基团与基团之间。

当T<Tf时，联接点越多，强度大、耐热、耐化学腐蚀性好当T>Tf时，联接点越多，流动性越差，粘度大，塑性差因此，聚合物中的联结点的多少和分子间作用力的大小是决定聚合物使用性能和加工性能的主要因素。

增塑机理：

（1）隔离作用：增大大分子间的距离，使分子间作用力减小；

（2）屏蔽作用：非极性部分遮蔽了极性基团和链节，使相邻的极性基团不发生强烈作用，使联结点数量降低；

（3）偶合作用：增塑剂的极性部分靠静电作用，与聚合物的极性基团偶合，破坏聚合物原有的联结点。

分类

（1）按化学组成分

邻苯二甲酸酯（综合型）脂肪族二元酸酯（低温型）磷酸酯类（阻燃型）

季戊四醇酯类（高温型）

（2）按与聚合物的相容性分

主增塑剂：

增塑剂：树脂用量（重量）=1：1

特点：相容性好，能单独使用。

次增塑剂：

相容性差，最大重量比为

增塑剂：树脂用量（重量）<3：1，不能单独使用，要与主增塑剂并用。

增充剂：

相容性极差，重量相容性<20：1，成本低，具有某些特殊性能。

（3）按分子量分

聚合型：分子量在5000——10000之间的低聚物单体型：分子量在200——500之间的低聚物（4）按添加方式

外增塑型(添加型)-高沸点的低分子酯类化合物或低熔点的固体。优点：性能较全面、增塑作用可调范围大缺点：耐久性较差，易挥发、迁移和抽出内增塑型(合成型)-共聚树脂(氯醋树脂)、引入支链(氯化聚乙烯)。优点：耐久性好，不挥发、难抽出缺点：聚合成本高，使用温度范围较窄

（5）按应用性能分

耐热、耐寒、耐水、无毒、阻燃等

（2）稳定剂

关于塑料的老化（定义、形式）

老化：聚合物在热、力、氧、光、辐射等作用下，往往会产生活性中心，使大分子进一步发生一系列变化，造成大分子性能下降的现象。

实质：

断链、交联、分子链结构的变化、侧基的改变降解机理

对大多数聚合物而言，光降解是由光能引发的自动氧化过程。

假定P—H表示聚合物

引发：链增长：

链终止：引起高聚物性能变坏的类型发硬、变脆是交联的结果发黏、变色、强度下降、破坏是降解、取代基脱除的结果＜0.01＜0.010.03-0.100.1-0.40.04＜0.010.02高高高高高高中高高高高高高高低（发脆）低（发脆）低（变色）高低（变色）高中（变色）低低中高低高高高中中中低高中PEPPPSPMMAPVC聚四氟乙烯涤纶吸水率，%水解臭氧降解光降解氧化降解热降解高聚物某些高聚物对各种因素影响的抵抗能力情况几种典型的稳定剂：

自由基捕获型

实例：醌类

作用：当自由基与之反应后使氧化反应终止。

电子给予体型

实例：变价金属盐

作用：通过给出电子而使自由基消失。从反应机理对抗氧剂分类主抗氧剂自由基链终止型抗氧剂辅助抗氧剂预防型抗氧剂主抗氧剂（链终止型抗氧剂）自由基捕获型电子给予体型氢给予型抗氧剂及作用生成的自由基由于有苯环的强共振作用而稳定，引发活性低。重排变价金属盐类阻聚剂一些变价金属盐可与自由基之间发生电子转移反应（即氧化还原反应），将自由基转化为非自由基，使之失去活性，阻止或减慢聚合反应。如：(C6H5)2NH＋ROO•ROOH＋(C6H5)2N•(C6H5)2N•＋ROO•(C6H5)2NOORC(CH3)3C(CH3)3CH3－－OH＋ROO•C(CH3)3C(CH3)3CH3－－O•＋ROOHC(CH3)3C(CH3)3CH3－－O•＋ROO•C(CH3)3C(CH3)3CH3－－OR＋O2氢给予型:含有活泼氢的仲芳胺、受阻酚类作用：通过活泼氢与自由基反应降低高聚物的氧化速度；再利用失去活泼氢而形成稳定自由基的抗氧剂分子捕获自由基而终止氧化反应。具体反应过程：

常见的胺类抗氧剂：注意：胺类抗氧剂抗氧能力强，但有颜色，主要用于深色塑料制品。常见的酚类抗氧剂：－NH－－NH－－NH－－N’H－N,N-二苯基对苯胺N-苯基-N’-环已烷对苯胺（抗氧剂H）（抗氧剂4010）－NH－－NH－－NH－苯基-β-萘胺（抗氧剂D）N,N-二-β-萘基对苯胺（抗氧剂DNP）CH3C(CH3)3(CH3)3COHCH2CH2COOC18H37C(CH3)3(CH3)3COH2.6-二叔丁基-4-甲酚（抗氧剂264）3（3.5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸十八酯（抗氧剂1076）

注意：酚类抗氧剂没有胺类强，但色浅或无色、无毒，因此广泛用于浅色制品和食品材料。CH3CH2(CH3)3COH2.2‘-亚甲基双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）（抗氧剂2264）CH3C(CH3)3OHC(CH3)3C(CH3)3HO－－CH2CH2C－O－CH2OC4四［3-（3.5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸］季戊四醇酯（抗氧剂1010）辅助抗氧剂（预防型抗氧剂）有机亚磷酸酯类硫代丙酸酯类ROOH＋P(OR’)3ROH＋O＝P(OR’)3P(O－－C9H19)3－O－P－O－OCH2CHC4H9C2H5CH2CH2COOC12H25SCH2CH2COOC12H25CH2CH2COOC18H37SCH2CH2COOC18H37亚磷酸三（壬基苯基酯）（抗氧剂TNP）亚磷酸二苯-辛酯（抗氧剂ODP）硫代二丙酸二月桂酯（抗氧剂DLTP）硫代二丙酸双十八酯（抗氧剂DSTP）

光稳定剂及作用能阻止高聚物光降解和光氧化降解的物质。

紫外线吸收剂（普遍使用）

作用：能选择性地吸收波长为290-400nm的紫外线，并通过能量转换放出较弱的荧光或热或转送给其它分子而自身恢复到稳定状态。常见的紫外线吸收剂按作用机理分类紫外线吸收剂自由基捕获剂光屏蔽剂淬灭剂2-羟基-4-甲氧基二苯酮（UV-9）－OCH3－C－OHO－OC8H17－C－OHO2-羟基-4-正辛氧基二苯酮（UV-531）

注意：UV-9、UV-531只吸收380nm以下紫外线，多用于透明或浅色制品；UV-326、UV-327具有良好的光、热、氧稳定性，其中UV-327可以生物降解，毒性最低，能与多种高聚物相溶，应用广泛。

作用机理：C(CH3)3Cl－HON－CH3NNC(CH3)3Cl－HON－C(CH3)3NN2-(3’-叔丁基-2’-羟基-5’-甲基苯基)-5-氯苯并三唑（UV-326）2-(2’-3’,5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑（UV-327）－OCH3－C－HOO－OCH3－C－HOOhv－OCH3－C－OOH－OCH3－C－HOO放热

自由基捕获剂（哌啶衍生物）

作用机理：通过捕获自由基，分解氢过氧化物，传递激发态能量等途径使高聚物稳定。

光屏蔽剂

作用机理：以涂层的形式涂在高聚物材料表面，防止有害光线透过。

实例：碳黑ROO•＋ROOH＋CH3ONHCH3CH3CH3CH3NO•CH3CH3CH3CH3NO•CH3CH3CH3ROO•＋CH3NORCH3CH3CH3＋O2

淬灭剂（能量转移剂）作用机理：通过分子间作用迅速有效地消除（转移）激发能。转移的形式：一是受激分子A＊将能量转移给淬灭分子D，使之成为一个非反应性激发态，如A＊＋DA＋D＊A＋D＋光或热；二是受激分子与淬灭剂形成激发态配合物，再通过其他光物理过程消散能量。常见的淬灭剂H17C8－－O－OSH17C8－NH2C4H9NiOHO－－CH2－P－OC2H5C(CH3)3C(CH3)3ONi·xH2OOHO－－CH2－P－OC2H5C(CH3)3C(CH3)3O(3)填料及增强剂

日常生活中的填料（火腿肠、蜂窝煤）

作用

降低成本、增强、改善成型加工性，赋予塑料制品特殊的性能。

分类

按化学结构分：有机、无机按来源分：天然（矿物、植物性）填料、合成填料按外观（外型）分：粉状、粒状、薄片状、纤维状、空心微珠等

按改性功能分：增强型、阻燃型、导电型、耐热型等

用量

填料通常大于15份，处理后可达50—70份，甚至更高。（磁性塑料）

填料的形状、晶型结构的影响填料的粒径及其分布的影响填料的化学成分和表面性质等的影响

影响因素（1）改善填料表面物理结构的方法：

①机械研磨，增加填料的凹凸度、比表面积。②熔烧法③化学腐蚀法

（2）改善填料表面化学结构的方法：

①机械化学法②偶联剂：活性填料-表面处理剂、增粘剂怎样才能得到好的填充效果

关键在于填料的表面处理。

（4）着色剂作用

（1）提高塑料制品的商品价值

（2）改善耐候性、光学性能及各种特殊用途（标志、标识、标牌；废旧塑料回收料（垃圾袋——黑色）；塑料墨镜等）

着色剂的分类

染料（有机）颜料（无机）溶解性溶于水、油、有机溶剂不溶机

理借助分子内的着色基团和助色基团着色靠遮盖作用着色性

能鲜艳、透明、鲜明度大透明性和鲜明性较差耐久性耐热、光溶剂性差；加工时易分解、渗出、迁移、串色、退色耐热、光溶剂性好；不易串色、退色选用

（1）着色力强；（2）易分散；（3）耐热性好；（4）光稳定性好；（5）耐溶剂性、耐腐蚀性好。

注意三点：

（1）塑料在配置和成型中的具体情况

对其它助剂的影响。

（2）色料的用量

一般小于2%，某些情况可低于0.01%。

（3）着色制品的用途

(5)抗静电剂

产生的原因和危害

当塑料制品因摩擦而产生静电时，由于其电阻很高，吸水性低，静电不易消除，积累的静电压很高，可达几千伏甚至几万伏，由此产生的放电对生产、生活很不利。

浅色塑料制品的表面粘灰、矿井、纺织厂、计算机房（火灾、爆炸）

作用通过降低电阻束减少摩擦电荷，从而能减少或消除制品表面静电荷的形成防静电的方法

消除静电的主要方法有：（1）摩擦物的体积传导；（2）表面传导；（3）向空中辐射。

工业上消除和防静电的方法采用：（1）在塑料加工中使用导电装置消除静电；（2）增加塑料制品加工和使用环境的空气湿度；（3）通过接枝共聚改变聚合物结构，使其带有较多的极性基团、增加导电性；（4）用强氧化剂氧化塑料制品表面，或用电晕放电处理其表面，增加导电性；（5）向塑料中添加导电性填料，如金属粉；（6）使用抗静电剂。

其中，采用抗静电剂比较有效、简单。

抗静电剂的分类（1）抗静电剂的亲水基团，增加制品表面的吸湿性，形成一个单分子的导电膜；（2）离子型抗静电剂增加制品表面的离子浓度，从而增加导电性；（3）介电常数大的抗静电剂可增加摩擦体之间的介电性；（4）增加制品表面的平滑性，降低摩擦系数。

其中，第（1）、（2）点是主要的。

塑料用抗静电剂的机理

按用途分外用型内用型按种类分阴离子型：长链的烷基季铵盐阳离子型：烷基磺酸盐非阴离子型：乙氧基化烷基胺对抗静电剂的要求

（1）抗静电效能好且持久；（2）耐热性好，在加工中不分解；（3）与塑料既有一定相容性；有需要一定的不相容性，以保证当表面的抗静电分子受到破坏时，内部的抗静电剂能及时渗出，形成新的分子层，恢复抗静电功能；（4）不影响塑料的加工性能和制品性能；（5）与其它助剂无对抗效应；（6）无毒、无臭、安全、价廉。

常用抗静电剂为有机氮化物（如酰胺、胺类及季胺化合物）或具有醚结构的化合物。(6)防雾剂

为什么要防雾

透明的塑料薄膜、片材或板材，在潮湿的环境中，当湿度达到露点以下时，会在其表面凝结一层细微的水滴，使其表面模糊雾化，阻碍光波的透过。例如，塑料大棚膜和地膜，由于水蒸气结雾，减小了光照强度，影响了作物的生长；利用薄膜包装时，也会因结雾而看不见。

防雾剂机理

防雾剂是一些带有亲水基团的表面活性剂，可在塑料表面取向，疏水基向内，亲水基向外，从而使水易于湿润塑料表面，凝结的水滴能迅速扩散形成极薄的水层或大水滴顺薄膜流下来。这样就可以避免小水滴的光散射造成雾化。

分类

按添加方式，可分为内加型和外涂型。内加型是将防雾剂添加到塑料制品中去。特点是不容易损失、效能持久，但对于结晶性较高的塑料难以得到良好的防雾性能。

外涂型是溶于水或有机溶剂后，涂于塑料制品表面，使用较为简便、成本低，但持久性差，易被洗去或擦去。

甘油单油酸酯、山梨糖酐单硬脂酸酯(7)阻燃剂

阻燃机理隔绝氧气；阻止自由基的生成，中断链式氧化反应；冷却燃烧反应。分类添加型：三氧化二锑、氢氧化铝和磷酸酯类等。反应型：四溴双酚A偶联剂：增加树脂与填充剂或增强剂界面结合力的物质，例：硅烷、钛酸酯类。发泡剂：一类受热时分解放出气体的有机化合物，如：偶氮二甲酰胺。交联剂（固化剂）：六次甲基四胺、BPO

润滑剂：防止塑料在成型加工过程中发生粘膜现象。(8)其他添加剂

4.选用添加剂应注意的问题

添加剂与树脂间的相容性添加剂的耐久性添加剂对加工条件及制品用途的适应性添加剂配合中的协同作用和对抗作用塑料制品通常是由聚合物或聚合物与其他组分的混合物，于受热后在一定条件下塑化制成一定形状，并经过冷却、修整而成，这个过程就是塑料的成型与加工。2.2.3成型加工方法热塑性塑料：挤出、注射、压延、吹塑热固性塑料：模压、铸塑及传递模塑

1.挤压模塑或挤塑，是热塑性塑料最主要的成型方法。1)概述挤出过程三大合成材料的挤出挤出成型的塑料制品其它成型工艺2)工艺特点生产效率高制品外形简单尺寸准确性较好适应性很强1.挤出成型3)挤出成型基本过程塑化成型定型4)挤出成型设备螺杆式挤出机柱塞式挤出机-间歇成型单螺杆式挤出机双螺杆式挤出机多螺杆式挤出机-行星螺杆式挤出机-连续成型单螺杆挤出机单螺杆挤出机的示意图

常用的单杆挤塑一般由一个圆柱形筒和一个与其紧密配合的螺旋状转子组成，基本上像一台螺旋泵，能使聚合物吸收高能剪切力，进而塑炼和混合。物料一次通过挤塑机，可以完成熔融，混合，均化，挤出等操作。具体步骤是：物料通过漏斗进入圆柱筒的另一端。物料被螺旋泵推向正前方，同时吸收机械剪切力，融化和混合，在最后一段螺旋的作用下，熔体的压力上升，直至能通过口模或喷嘴，挤出成型。123456872.单螺杆挤出机的基本结构和作用单螺杆挤出机传动系统挤出系统加热和冷却系统控制系统附属装置加料装置料筒螺杆机头口模结构几何参数作用即加料装置，向料筒的加料口提供物料有保温夹套，有定时定量自动加料装置1)料斗加料装置上料方式加料方式人工上料-用于小型挤出机鼓风上料弹簧上料真空上料重力加料强制加料用于大型挤出机“架桥”现象2)料筒是一个受压的金属圆筒，其外层有加热和冷却系统。料筒的作用：对物料加热；配合螺杆使物料塑化。对物料冷却的目的：防止停车时，因过热造成分解。3)螺杆是挤出机的最主要部件，其结构对挤出工艺有重要影响，挤出不同高聚物有不同结构形式的螺杆。1.螺杆的结构

螺杆结构H1—加料段螺槽深度H3—均化段螺槽深度D—螺杆直径

α—螺旋角L—螺杆长度e—螺棱宽度s—螺距2.螺杆的几何结构参数1）螺杆的直径D2）螺杆的长径比L/D3）螺杆的压缩比A4）螺槽的深度H5）螺旋角θ6）螺纹棱部宽度E7）螺杆和料筒的间隙δ1）螺杆的直径D

代表挤出机的规格，D，挤出机的生产能力2）螺杆的长径比L/D

（15-25）影响挤出机的产量和挤出质量（衡量塑化效率），L/D，塑料的停留时间，混合塑化效果。3）螺杆的压缩比AA=螺杆第一螺槽的容积/螺杆最后螺槽的容积A，制品致密，排除物料中所含空气的能力大。4）螺槽的深度H正比于挤出量。H小，产生的剪切速率大，塑化效果好，但生产率低。5）螺旋角θθ，出料快，生产率，但停留时间短，塑化效果。螺杆在螺距=直径时最容易加工，此时，θ=17°41’。6）螺纹棱部宽度E影响漏流，进而影响产量。7）螺杆和料筒的间隙δ3.螺杆的作用1）输送物料2）传热塑化物料3）混合与均化物料螺杆沿长度方向一般分三段，各段的作用和结构是不同的。几何段（固定段）加料段L1–靠近料斗一侧，固体输送，无压缩作用，等距等深深槽压缩段（输送段）L2–螺杆中段，较大程度压缩，深变浅槽均化段（计量段）L3–靠机头口模一侧，等距等深浅槽4)机头和口模可作为一个整体来看。机头和口模的作用：使料流从螺旋运动变为平直运动产生回压，利用进一步塑化，均化粘流态物料产生必要的成型压力，使制品致密成型制品，更换口模可改变制品断面的形状挤出成型设备塑料在普通单螺杆挤出机中的挤出过程熔体输送区熔融区固体输送区冷却料斗区迟滞区塑料成型工艺计量段压缩段加料段机头和口模的组成部件过滤网、多孔板、分流器、模芯、口模和机颈等。机头中还有校正和调整装置，能校正和调整模芯与口模的同心度、尺寸和外观。机头可分为：

直通式机头-挤管材、片材、其它型材

直角式机头-挤薄膜、挤线缆包覆物、吹塑制品

偏移式机头-共挤薄膜、共挤型材、共挤吹塑5)传动系统包括带动螺杆转的的电机和机械传动部件。6)加热和冷却系统主要功能是调节料筒、螺杆、料斗座等处的温度。7)附属设备塑料的输送、预热、干燥等预处理装置挤出后制品的定型、冷却装置牵引装置卷绕或切割装置控制装置另外，附属装置因制品的不同而不同。如：挤出-吹塑3.塑料挤出成型原理热塑性塑料在挤出过程中的变化：静态变化：固体弹性体粘流（熔融）体的形变动态变化：在螺杆和料筒间沿螺槽向前流动挤出过程中有：

T、P、η的变化

化学结构和物理结构的变化1)挤出过程和螺杆各段的职能加料段：固体输送区，物料形变小压缩段：熔融区，物料压缩形变大，熔融流动次要均化段：熔体输送区，熔融流动是主要的挤出过程物料塑化塑化物料通过口模成型挤出物固化定型固体物料→→料斗→→料筒→→螺杆→→口模→→辅助设备（冷却定型）→→制品重力挤出成型设备塑料在普通单螺杆挤出机中的挤出过程熔体输送区熔融区固体输送区冷却料斗区迟滞区计量段压缩段加料段2)挤出理论1.固体输送理论加料段的主要作用是固体输送。塑料-未塑化、疏松的固体。表面发粘结块、形变不大物料沿螺杆的向前运动旋转运动--物料与螺杆的摩擦作用力轴向水平运动--螺杆旋转时的轴向分力物料螺杆表面的摩擦力大料筒表面的切向摩擦力小旋转运动物料螺杆表面的摩擦力小料筒表面的切向摩擦力大轴向水平运动为提高轴向水平运动螺杆表面光洁度要高中心通冷却水--物料与螺杆表面的摩擦力下降料筒内壁光滑加料段特设纵向沟槽-物料与料筒表面的切向摩擦力增大2.熔化理论在压缩段塑料由固相→→液相转变→→相迁移段物料受到挤压：压缩比的作用物料受热：料筒加热+摩擦热

逐渐熔化1）熔化过程相互粘结固体粒子→→紧密堆砌的固体床→→→→→熔化压缩料筒热+摩擦热2）相迁移面固体相与熔体的界面称为相迁移面。熔化发生在相迁移面。3）熔融速率熔体与固体界面向固体床方向移动的速率。提高螺杆转速；料筒温度的升高；提高进料温度都使熔融速率升高。4）熔化长度从熔化开始到固体床的宽度降至零为止的螺槽总长。熔融速率越高，熔化长度越短。3.熔体输送理论均化段物料是均一的粘流状态，它关系到挤出物的产量和质量，对该段主要研究物料的流动—是一种拖曳流动。物料在均化段有四种流动，即正流、逆流、横流和漏流。挤出流量是这四种流动的总和。3)口模成型机头压力（流动阻力）的产生与挤出机无关。4)定型与冷却目的是使挤出物的形状及时固定下来。4.典型塑料挤出成型工艺1)管材挤出挤出机→机头（环隙）口模→定颈套（冷却）→冷却水槽→→牵引装置→切割装置→制品（管材）2)板材挤出挤出机→狭缝机头→三辊压光机→导辊→切边装置→二辊牵引机→→切断装置→制品（板材）管材挤出成形原理示意图挤出机→机头口模（环形狭缝）→冷却风环→牵引辊→人字板→→牵引辊→卷取辊→制品（薄膜）3)薄膜挤出吹塑4)线缆包覆挤出送料装置→矫正机→预热器→挤出机与直角机头口模→冷却水槽→→检验机→牵引辊→卷取机→制品（电线、电缆）1—吹气孔2—卷料辊3—挤出机头4—口模套5—冷却风环6—调节器7—薄膜管8—导向辊9—人字板10—牵引辊挤出吹塑薄膜加工工艺过程示意图平挤平吹生产工艺

平挤上吹生产工艺挤塑机特点：生产率高、周期短、对热塑性塑料的适应性强、生产中易于实现自动化、能一次成型形状复杂、精度高、带有嵌件的塑料制品。注射成型设备：柱塞式注射机或螺旋式注射机。2.注射成型注射成型又称注塑模塑或注射法。应用：注射成型塑料制品橡胶制品—注压合成纤维—不能加工热塑性塑料-最主要热固性塑料-少数将塑料在注射成型机料筒内加热熔化，当呈流动状态时，在柱塞或螺杆加压下熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前段的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模具内，经过一定的时间冷却定型后，开启模具即得制品。5

注射机的结构示意图1234678910111413121-液压电器系统2-液压泵3-液压电机和齿轮4-料筒5-料斗6-加热器7-喷嘴8-模具9-拉杆10-合模装置11-顶杆12-后模板13-动模板14-定模板(1)注射机的组成注射系统合模系统液压系统注射模具加料装置（料斗）料筒（塑化室）移动螺杆（柱塞及分流梭）喷嘴移动螺杆式注射机的基本结构（柱塞式）1.注射系统a.加料装置：有计量装置，干燥装置（同挤出机）。b.料筒：内壁光滑呈流线型。c.柱塞及分流梭：仅限柱塞式注射机。分流梭位于接近喷嘴和料筒的中心位置。d.螺杆：长径比小，压缩比小，均化段短，加料段长，螺杆头尖。e.喷嘴：料筒与注射模具的桥梁。工作过程：原料→料斗→料筒→喷嘴→模具→顶出注射机和塑模的剖面图注射机的螺杆结构螺杆式注射机的注射成型过程（顶出制品）注射机的螺杆头与喷嘴（b）螺杆头结构（a）普通螺杆头（b）带止逆环的螺杆头(a)喷嘴与模具的接触(a)不正确(b)不正确(c)正确(a)（b）（c）2.合模系统塑料注射压力：40-130MPa，甚至200MPa塑料注射速度：极快3.液压传动与电器控制系统4.注射模具定模动模浇注系统成型部件附属结构主流道分流道浇口冷却井型腔（2）注射机的分类a.

卧式注射机b.立式注射机c.角式注射机d.多模注射机（3）注射成型工艺（a）成型前的准备a.粒料预热与干燥b.料筒清洗c.脱模剂选用d.嵌件预热加料塑化注射充模保压退柱塞或螺杆冷却固化脱模后处理注射制品凝封（b）注射成型过程（c）制件的后处理a.热处理b.调湿处理c.整修粒状热塑性塑料干燥和预热注射机料筒清洗嵌件的预热加料→塑化移动螺杆式柱塞式注射成型由塑化、充模、保压、冷却和脱模五个阶段组成。（a）（b）高分子取向示意图（a）链段取向（b）分子链取向（a）（c）

聚合物注射成型的流动取向（a）单轴取向（b）浇口（c）双轴取向（b）（4）注射成型过程中聚合物的取向、结晶与内应力

1.聚合物的取向a.取向的形成b.取向对制品性能的影响对于具有取向分子的制品，沿着取向方向，制品的力学性能会明显增加，而垂直于取向方向的力学性能又会有明显降低。c.影响取向制品的因素熔体温度、模具温度、注射压力、注射速度（充模速度）a.充模过程中结晶的形成b.影响充模结晶的因素

温度；熔体应力c.聚合物结晶对制品性能的影响密度；力学性能；热性能2.注射成型中聚合物的结晶3.注射成型制品的内应力a.内应力产生温度梯度产生的体积温差应力，分子解取向受到阻滞而产生的取向应力，结晶聚合物产生的内应力，金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力。b.影响内应力的因素温度应力的影响和取向应力的影响。c.用热处理的方法降低与消除内应力压延成形是将已加热塑化的接近粘流温度的热塑性塑料通过一系列相向旋转的水平辊筒间隙，并在挤压和延展作用下成为规定尺寸的连续片状制品的成型方法。

压制成形的原材料大多是热敏性非晶态塑料，其中用得最多的是聚氯乙烯。压延软质聚氯乙烯薄膜时，如果将布或纸张随同薄膜一起压延成形，则薄膜就会粘在布或纸张上，所得制品为涂层布，也就是人造革或塑料墙纸。这种成型方法称为压延涂层法。压延成形过程主要包括以下：配制塑料塑化塑料向压延机供料压延牵引轧花冷却卷取切割3.压延将以塑化的物料通过一组热辊筒之间使其厚度变薄，从而制得均匀片状制品的方法。压延成型一般用于薄膜、片材的生产；还可以生产人造革和涂层产品。

（1）薄膜厚度小于0.25mm为薄膜（2）薄片厚度大于0.25mm为薄片（3）压延的最适宜加工范围0.05—0.6mm的软质片材及薄膜PVC0.10—0.7mm的硬质片材、薄膜及板材PVC1.压延机的结构

压延机的结构：a.辊筒b.机架轴承c.调距装置d.辊筒挠度补偿装置e.其它装置。压延设备（a）（b）（C）

胶片压型工艺示意图(a)两辊压延机压型(b)三辊压延机压型(c)四辊压延机压型（图中带剖面线者为花纹辊筒）2.压延机的类型

a.按辊筒的数量分类分为：两辊压延机、三辊压延机、四辊压延机；b.按辊筒的排列形式分类分为：I型、L型、Z型、S型等；c.按用途分类分为：压片材（薄膜）压延机、擦胶压延机、通用（万能）压延机、压型压延机、钢丝压延机。压延机辊筒排列形式

辊筒的结构

压延过程一般分为前后两个阶段：备料阶段，包括压延原材料的配制、塑化、热炼和向压延机供料等。后一阶段是压延成型的主要阶段，包括压延、牵引、轧花、冷却、卷取、切割等。压延工艺流程3.压延工艺PVC树脂+配合剂塑化混合压延轧花冷却卷绕压延阶段贴合布纸玻璃布人造革薄膜或片材制品轧花冷却卷绕或切割供料阶段PVC薄膜和人造革4.压延成型的特点压延成型具有加工能力大，生产速度快，产品质量好，生产连续，可以实现自动化等优点；缺点是设备庞大，前期投资高，维修复杂，制品宽度受压延机辊筒长度的限制。压延设备压延设备压延设备挤出吹塑：熔体被挤成一个垂直向下的罐装型坯，模子合栽型坯上，插上一个空气注射喷嘴，用空气压力迫使型坯贴在模子壁上，再使之冷却，开模，取出零件。

吹塑成型技术吹膜:从挤塑机挤出熔体垂直向上牵引到牵引轴，通过管状挤塑机注入空气，形成一个自由站立的膜泡，自下而上直径膨胀，形成薄膜，从膜泡外提供冷却空气，通过迁移棍后，薄膜进一步冷却并卷在卷轴上，或切割成制品。注射吹塑

注射吹塑设备包括注射型坯模和吹塑模具。注射吹塑工艺过程及特点：注射吹塑工艺过程可分两个阶段：第一阶段，由注射机注射成管状型坯，开模后，通过机械装置将热管坯与芯管一起转到吹塑模具内。第二阶段，闭合吹塑模具，吹压缩空气，冷却定型，脱模后得到制品。吹塑制品尺寸精度高，成型后不需要修饰加工，制品的重量偏差小，吹塑周期易控制，生产效率高。但注射吹塑仅适宜于生产批量大的小型精制容器和广口容器，一般不能生产容积超过4L，注射吹塑容器的形状比较简单，如圆柱或椭圆柱形塑料瓶，不能吹塑带手把的容器。注射吹塑工艺过程

1-注射机2-吹气型芯3-压缩空气入口4-型坯5-吹气孔6-注射吹塑成型7-吹塑瓶8-吹塑成型9-旋转机构10-注射成型81102945367模压成型又称压缩模塑：这种方法是将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的塑料放入加热的阴模模槽中，合上阳模后加热使其熔化，并在压力作用下使物料充满模腔，形成与模腔形状一样的模制品，再使其进一步发生交联反应而固化，或经加热融化后冷却成型(对热塑性塑料应冷却使其硬化)，脱模后凹得制品。高速混合机

单体浇铸成型：塑料的铸塑成型类似于金属的浇铸。碱催化聚己内酰胺、有机硅树脂、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯、聚氨酯等都常用铸造方法生产各种型材和制品。Mc-Nylon-6传递模塑又称传递成型或铸压成型：它是在模压成型基础上发展起来的一种热固性塑料的成型方法。它弥补了模压成型难以制造外形复杂、薄壁或壁厚变化很大、带有精细嵌件的制品和制品尺寸精度不高、生产周期长等缺点。传递模塑法是将热固性塑料且加热熔化后借助于压力，使塑料熔体通过铸口进入携腔成型的一种成型方法。塑料的二次加工：

切削、钻、割、刨、钉等加工处理，焊接、金属镀饰、喷涂、染色等处理，以适合各种特殊需要。其他的成型方法：

滚塑成型流延成型固相成型物理性能：（1）比重：与等体积的水在25±0.5℃时的重量比值（2）熔融指数：在恒定压力下和温度下，单位时间内流过特定毛细管聚合物的重量。熔融指数越大，流动性能就越大，黏度越小。高聚物熔体在挤出时，如果黏度超过一定极限时，熔体将出现不稳定流动，其现象是挤出物表面不光滑、不规范。波浪形鲨鱼皮形竹节形螺旋形不规则破碎形2.2.5塑料的性能测试：AA12354A－A熔融指数测定仪1-重锤；2-柱塞；3-塑化室4-温度计；5-出料孔熔融黏度的测定方法毛细管黏度计法、熔融指数测定法、旋转式黏度计法、落球式黏度计法。熔融指数测定仪如图所示。原理：高聚物熔体试样在规定的温度、压力下，在一定时间内流过标准出料孔的重量，记为熔融指数MI，以g/10min表示。（4）分子量分布（3）特性粘数（5）吸水率：浸在25±0.5℃水中24h后的增量（6）耐油性：浸在20±0.5℃的变压器油中24h测定其吸油率（%），拉伸强度及伸长率（%）热性能（1）软化温度：●定义在某一指定试样大小、升温速度、施加外力方式等条件下，测定高聚物试样达到一定形变时的温度。●软化温度的使用价值是产品质量控制、成型加工和应用的参数之一。●软化温度的表示方法

▲马丁耐热温度

测试条件：升温速度10℃/12min 悬臂弯曲力5MPa温度确定长240mm横杆项指示下降6mm所对应的温度专用设备：马丁耐热试验箱

▲维卡耐热温度测试条件：试样10mm×10mm×3mm升温速度（5±0.5）℃/6min或（12±1）℃/12min

圆柱压针截面积1mm2压入负荷5kg或1kg温度确定圆柱形针压入1mm所对应的温度

▲弯曲负荷热变形温度（简称热变形温度）测试条件：试样120mm×313mm×15mm升温速度（12±1）℃/6min

弯曲应力1.85MPa（或0.46MPa静弯曲负荷）温度确定试样达到规定弯曲挠度为0.21mm时所对应的温度（2）热分解温度

●定义在加热条件下，高聚物材料开始发生交联、降解等化学变化的温度。

●热分解温度的使用价值是塑料成型加工不能超过的温度。

热分解温度的测定方法DTA法、DG法、热-机械曲线法等。脆化温度

●定义指高聚物材料在受强外力作用时，从韧性断裂转变为脆性断裂时的温度。

●脆化温度的使用价值是塑料的最低使用温度。材料力学术语外力（externalforce）

内力（）

应力（stress）

应变（strain）

形变（）

强度（strength）

泊松比（Poisson’sratio）

模量（module）

柔量（）

抗张强度（tensilestrength

）

抗弯强度（flexuralstrength

）

抗冲击强度（impactstrength

）

硬度（hardness）

回弹性（resilience）

韧性（tenacity）

疲劳（fatiguelife）

▲可以作为工程塑料的高聚物△材料硬而脆刚性制品，不宜冲击，能承受静压力

典型实例：酚醛塑料制品△材料硬而强高模量高抗张，断裂伸长小或无屈服

典型实例：PVC硬制品△材料硬而韧高模量高抗张，断裂伸长大，有屈服

典型实例：聚碳酸酯制品es高聚物的电性能

●总论

高聚物具有体积电阻率高（1016～1020Ω·cm）、介电常数小（≤2）、介质损耗低（＜10－4）等半导体特殊优良的电性能，同时某些高聚物还具有优良的导电性能。另外，由于高聚物成型加工容易，品种多，故在电器方法应用广泛。高聚物计算值实验值高聚物计算值实验值聚乙烯（外推到无定型）聚丙烯（无定型）聚氯化苯乙烯聚四氟乙烯（无定型）聚氯乙烯聚醋酸乙烯酯聚甲基丙烯酸甲酯聚α-氯代丙烯酸甲酯2.202.152.552.822.03.202.943.452.32.22.552.62.12.252.6/3.73.4聚α-氯代丙烯酸乙酯聚甲基丙烯酸乙酯聚丙烯腈聚甲醛聚苯醚聚对苯二甲酸乙二酯(无定型)聚碳酸酯聚已二酰已二胺3.202.803.262.952.653.403.004.143.12.7/3.43.13.12.62.9/3.22.6/3.04.0▲高聚物的介电常数（dielectricconstant）

△定义显然，高聚物极化程度越大，极板感应产生的电荷Q’越大，介电常数越大。

△常见高聚物的介电常数

▲高聚物的介电损耗（dielectricloss）

△定义是电介质在交变电场的作用下，将一部分电能转变为热能而损耗的现象。一般用损耗角的正切值表示。式中－实验测得的介电常数；－高聚物将电能转变为热能损耗的程度。

△介电损耗的原因

对非极性高聚物在交变电场中，所含的杂质产生的漏导电流，载流子流动时，克服内摩擦阻力而作功，使一部分电能转变为热能，属于欧姆损耗。

对极性高聚物在交变电场中极化时，由于黏滞阻力，偶极子的转动取向滞后于交变电场的变化，致使偶极子发生强迫振动，在每次交变过程中，吸收一部分电能成热能而释放出来，属于偶极损耗。损耗的大小取决于偶极极化的松弛特性。

VVIIcδφab高聚物介电损耗示意图

△部分高聚物的介电损耗高聚物介电损耗（tanδ）60Hz103Hz106Hz高密度聚乙烯低密度聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚四氟乙烯聚碳酸酯聚已内酰胺聚已二酰已二胺聚甲基丙烯酸甲酯聚氯乙烯聚偏乙烯ABS聚甲醛0.00020.00050.00050.0001～0.0003＜0.00020.00090.014～0.040.010～0.060.04～0.060.08～0.150.007～0.020.004～0.0340.0040.0020.00050.0002～0.00080.0001～0.0003＜0.00020.00210.02～0.040.011～0.060.03～0.050.07～0.160.009～0.0170.002～0.0120.00030.00050.0001～0.00050.0001～0.0004＜0.00020.0100.03～0.040.03～0.040.02～0.030.04～0.1400.006～0.0190.007～0.0260.004

▲高聚物的绝缘电阻

▲高聚物的击穿电场强度（disruptivevoltagestrength）

△定义连续对高聚物材料升高电压，当试样被击穿时的电压和试样厚度的比值称为击穿电场强度。

△电流-电压曲线与击穿电压与温度曲线高聚物绝缘电阻的表示形式表面电阻率体积电阻率平等电极环状电极高电压区低电压区绝缘破坏I电极VSacbo光学性能

●光的折射与反射

▲透明高聚物的光学性质

▲高聚物的光学应用光的传递材料（镜片、光导纤维等）；发光、反光装饰材料（指示灯、反光镜片等）高聚物的光学性能光的透过光的吸收光的折射光的反射光的偏振高聚物折射率光透过率，%高聚物折射率光透过率，%聚甲基丙烯酸甲酯醋酸纤维聚乙烯醇缩丁醛1.491.491.48948771聚苯乙烯酚醛树脂1.601.6090852.2.6通用塑料的品种及性能

1聚乙烯Polyethylene，简称PE

PE的品种包括：低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯（MDPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、茂金属催化聚乙烯（MPE）等等。

概况

聚乙烯（polyethylene）是由乙烯单体经自由基聚合或配位聚合而获得的高聚物，简称PE。产量居居世界首位，占总树脂量的20%左右。2000年国内总产量48Mt，其中国内生产能力3.23Mt，实际生产2.75Mt。1935年英国化学公司的派林（M.W.Perrin）和帕顿（J.G.Paton）等在进行乙烯的高压实验中“巧遇”聚乙烯。1937年建成聚乙烯中试工厂。1938年取得生产高压聚乙烯的专利权。1939年建成商业规模工厂，从此具有优良的电绝缘性，低吸水性的高压聚乙烯问世。其第一个产品为潜艇电缆。1955年德国化学家Ziegler发明了TiCl4-AlEt3催聚体系，使聚乙烯的低压合成变成了现实。同年，德国Hoechst公司开发成功了淤浆法工艺，最早实现了PE的低压生产法。1990年美国Phillips公司对其进行了革新。1960年美国杜邦公司首先开发出溶液法生产聚乙烯工艺过程，开创了同一种工艺过程可以生产出低，中，高不同密度的全密度聚乙烯方法。60年代后期，美国Ucc公司开发成功气相法工艺，简化了全密度聚乙烯生产的工艺过程。1978年法国CDF化学公司在传统的高压法聚乙烯装置上，开发出使用钛系催化剂生产全密度聚乙烯的改良高压法工艺。（1）化学结构

1、分子结构（2）链结构

直链型（线性）结构

支链型结构

高密度聚乙烯(HDPE)——

在中等压力(15-30大气压)，由配位络合物引发剂引发进行Ziegler-Natta聚合而成的。聚乙烯分子是线性的分子链很长，分子量高达几十万；

低密度聚乙烯(LDPE)——在高压力(1000-2000大气压)，高温(190–210°C)，由分子氧引发进行的自由基聚合。低密度聚乙烯为支化结构

线性低密度聚乙烯(LLDPE)——将乙烯与带有烷基的支化烯烃（如4-甲基-戊烯(4-methyl-1-pentene)）共聚可以得到线性低密度聚乙烯(LLDPE)。

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)——采用配位催化剂，特定条件下，分子量达到3,000,000-6,000,000，线性结构，强度非常高，可用作工程塑料及特种材料，如用来做防弹衣。不同类型PE的合成

比较项目高压法中压法低压法操作条件聚合压力，MPa聚合温度，℃

引发剂98.1-245.2150-330微量氧或有机过氧化物2-7125-150过渡金属氧化物＜260齐格勒-纳塔引发剂转化率，%16-27接近100接近100反应机理自由基型配位离子型配位离子型实施方法气相本体聚合液相悬浮聚合液相悬浮聚合工艺流程简单复杂复杂结构性能大分子支化程度相对密度纯度热变形温度，℃

高低（0.910-0.925）高50℃，较软介于两者之间居中（0.926-0.940）基本与低压法相同基本与低压法相同大分子排列整齐高（0.941-0.970）产品含有引发剂残基78℃，较硬

建设投资高低低操作费用低高高聚乙烯生产方法（高压法、中压法、低压法）比较高压聚乙烯装置低压聚乙烯装置

PE的结构规整度高，易于结晶。不同种类的PE结晶度不同，LDPE的结晶度为65%，HDPE80%—90%，LLDPE为65—75%。随结晶度的增加，PE制品的密度、刚性、硬度和强度均有所提高，但冲击性能会下降。

2、聚集态结构3、性能（1）使用性能

①一般性能

PE无味、无毒的白色粉末或颗粒，外观呈乳白色，有蜡质感觉，吸水性低。PE易燃，燃烧时低烟，有少量熔融滴落。PE透气性较大，不适合作为保鲜包装而适合于防潮包装。PE无极性，难以粘合和印刷。②力学性能

力学性能一般。拉伸强度和抗蠕变性不好，但冲击强度较好。PE的力学性能受密度、结晶度和分子量的影响较大，随这几种指标的提高，力学性能增大。PE的耐环境应力开裂性不好，但随分子量增大而改善。PE的耐穿刺性不好。

③热性能PE的耐热性不好，随分子量和结晶度的提高有所改善。但PE的耐低温性能好。PE的热导率属热塑性塑料中较高的。

④电学性能

PE无极性，因此绝缘性能优异。PE的介电损耗很低，可用于高频绝缘。PE的耐电晕性能好，介电强度高，可以用作高压绝缘材料。

⑤环境性能

PE属于惰性聚合物，具有良好的化学稳定性。PE在常温下可耐酸、碱、盐类水溶液的腐蚀，如稀硫酸、稀硝酸，任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸等。PE在60℃下不溶于一般溶剂。

（2）加工性能

LDPE、HDPE的流动性好，加工温度低，粘度适中，分解温度低，是一种加工性能很好的塑料。LLDPE的粘度稍高，易发生熔体破碎，即加工温度稍高。PE的吸水性小，加工前不必作高温干燥处理。

PE熔体属非牛顿流动，其中，LLDPE熔体的粘度随剪切速率而下降的速度较慢。

PE是结晶性塑料，结晶形态和结晶度等参数对制品性能影响特别大，所以PE制品的冷却定性也是成型过程的关键。

5、应用

（1）薄膜类制品

薄膜类制品是PE的最主要的用途。LDPE树脂用于薄膜类制品可占50%以上；HDPE占10%以上；LLDPE的薄膜用量可占树脂的70%以上。主要用于食品包装、重包装袋、撕裂膜、背心袋、保鲜膜、农膜地膜、垃圾袋等。

（2）注塑制品

PE的加工性好，广泛应用于注塑制品。主要用于日常用品（盆、筒、盒、杯等）、周转箱、台灯罩、玩具等。

（3）中空制品

以HDPE为主，其制品具有耐应力开裂性好、耐油性好、耐低温冲击性好。可用于食品油、酒类、汽油及化学试剂等液体的包装，以及中空的玩具。

（4）管材类制品

以HDPE为主，主要用于生活给水、煤气输送、农业灌溉、液体吸管、圆珠笔芯等。LDPE管还可以作为化妆品、药品、牙膏等的包装。

（5）丝类制品

HDPE通常作为圆丝用，主要用于编织鱼网、缆绳、工业滤网以及民用纱窗网等。LDPE和LLDPE一般用作扁丝，主要用于编织袋、编织布及撕裂膜等。

（6）电缆制品

以LDPE为主，最高耐压可达220KV。广泛应用于中、高压电缆和护套等。

PE在汽车中的应用：

PE主要用于汽车零部件的生产，主要品种为高密度聚乙烯（HDPE）和超高分子量的聚乙烯（UHMW-PE），通常以吹塑成型导管、储罐类为多，如空气导管、燃油箱、制动液储罐等，还可以作挡泥板、行李箱衬里、顶棚和车门的衬里、风扇护罩等。特别是用作燃油箱近年来发展得较快，如PaxonPolymer公司开发的两种高分子量的HDPE（PaxonBA50-060、Paxon4261Q-450），具有优异的抗冲击强度和耐化学性，可用作油箱。SolvayPolymer公司开发的XF-714树脂也已用于汽车燃油箱。

PE是制造雷达的重要材料（绝缘性）3.1.2.2聚丙烯（PP）

聚丙烯，Polypropylene，简称PP。PP分为等规PP、间规PP及无规PP三种。目前，主要以等规PP最多，占90%以上。

1、聚合工艺（在Natta催化剂或茂金属催化剂作用下加聚而成的）。

聚丙烯根据结构不同分为全同聚丙烯(isotactic)和无规聚丙烯(atactic)2.立体构型3、性能、加工、应用

（1）使用性能

PP具有密度小、力学性能均衡、耐化学腐蚀、易成型加工、热变形温度高等优点，因此得到了广泛地应用。但是，PP也存在韧性差，特别是低温韧性极差，对缺口敏感、不耐磨，成型收缩率大等缺点。

（2）加工性能

PP的吸水性低，加工前不必进行干燥处理。PP熔体属非牛顿流动，对剪切速率比温度的变化更敏感。PP在高温下对氧特别敏感，为防止加工中发生热降解，一般要加入抗氧剂。PP熔体与铜接触会导致降解，应尽量避免PP与铜接触。成型加工方法常采用注射和挤出成型。

（3）应用

①注塑制品

PP树脂注塑制品可占50%左右。日用品通常以普通PP为原料，汽车配件以增强或增韧PP为原料，其它用途的制品往往以高冲击强度和低脆化温度的PP-C原料。

汽车：在汽车中的应用最广泛，如：世界上最大的PP生产公司Himont开发的新的“Catalloy”聚合技术，使PP性能大大提高和改进，可以在反应器中直接生产该性的PP合金，提高油漆性、耐刮伤性和耐热性，适合于作保险杠横梁。其它PP还应用于仪表板、电池托架、空气囊罩、轮罩等等许多零部件上。

日用品：衣架、椅子、桶类、盆类、凳子、书架、浴盆、玩具、文具、办公用品、家具、周转箱等。

电器：洗衣机筒、电视机壳、电扇叶、电冰箱内衬及电话外壳等。

②薄膜制品

用于高级衣料（物）、药品、香烟等包装。还可以用于电容器、电机、变压器的绝缘材料。

③纤维产品

单丝：用于绳索、鱼网。

扁丝：用于包装化肥、水泥、粮食、糖、盐等。

④挤出制品

管：上水、排水、供暖等。

片：吸塑制品（热成型）。

板：汽车的挡泥板、汽车坐椅、马达和泵的壳体等。

⑤中空制品

3.1.2.3聚氯乙烯（PVC）

1、分子结构

聚氯乙烯是由氯乙烯单体经自由基聚合而成的聚