材料科学概论-雷源源课件第9节高分子材料

第三章高分子材料

高分子材料又称为高分子聚合物(简称高聚物),是以高分子化合物为主要组分的有机材料。高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量一般在5000以上，有的甚至高达几百万。高分子化合物由低分子化合物通过聚合反应获得。组成高分子化合物的低分子化合物称作单体。高分子材料的发展概况（1）蒙昧期：19世纪中叶以前人们是无意识地使用高分子材料。（2）萌芽期：20世纪初期出现化学改性和人工合成的高分子。（3）争鸣期：20世纪初期到30年代高分子（MacromoleculePolymer）概念形成。1920年德国学者H.Staudinger发表了他的划时代的文献“论聚合”，提出异戊二烯构成橡胶，葡萄糖构成淀粉，纤维素氨基酸构成蛋白质，都是以共价键彼此连接，提出高分子长链结构的概念。

1932年，H.Staudinger

提出了溶液粘度与分子量的关系式。并测定出大分子的分子量。从此，才开始了合成高分子科学的时代，相继合成了尼龙（聚酰胺）聚氯丁橡胶、丁苯橡胶等许多高分子材料，形成了高分子化学研究领域。（4）发展期：20世纪30年代到50年代，随着大批新合成高分子的出现，对这些聚合物的性能表征，以及了解其结构对性能的影响等问题也随之变得必要了，从20世纪50年代，随着物理学家、化学家的投入，开始形成高分子物理研究领域。以下是获得诺贝尔奖的几项较为突出的成就：1953年H.Staudinger（德国）：把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（1953年诺贝尔奖）H.Staudinger(1881-1965)1963，KarlZiegler（德国）andGiulio

Natta（意大利）：发现了乙烯、丙烯配位聚合，并获得了1963年诺贝尔奖KarlZiegler(1903-1979)Giulio

Natta(1898-1973)1974,PaulJ.Flory(美国）:发现了聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系，并获得1974年诺贝尔奖。PaulJ.Flory(1910-1985)1991,Pierre-GillesdeGennes(法国)：发现了软物质、普适性、标度、魔梯，并获得了1993年诺贝尔奖。Pierre-GillesdeGennes(1932~)高分子材料的命名根据单体的名称来命名这种命名方法常用在加成聚合形成的聚合物中。例如用乙烯得到的聚合物就称为“聚”乙烯。其他如聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、聚氯乙烯登也都是用这种方法命名的。按聚合物中所含的官能团来命名用缩合聚合的方法得到的高分子化合物的主链中常含有一些特殊的官能

O团，如酰胺基、酯基等。我们把含酰胺基-C-NH-的这类聚合物统称为聚酰胺

O（尼龙）；而把分子中含有酯基-C-O-的一类聚合物统称为聚酯。此外还

OO有聚碳酸酯-O-C-O-和聚砜-O-S-O-等。按聚合物的组成来命名这种命名方法在热固性树脂和橡胶类聚合物中常用。如酚醛树脂是由苯酚同甲醛聚合而成的，环氧树脂是由环氧化合物为原料聚合而成的。丁苯橡胶是由丁二烯和苯乙烯共聚而成，此外还有丁腈橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。按商品名称或习惯名来命名几乎所有的纤维都称为“纶”，如聚酯纤维是涤纶、聚丙烯腈纤维为腈纶、聚丙烯纤维为丙纶、此外还有氯纶（聚氯乙烯）、维尼纶（聚乙烯醇缩甲醛）、锦纶（聚己内酰胺）、氨纶（聚氨基甲酸酯）等等。平时，我们把聚甲基丙烯酸甲酯叫做有机玻璃，把聚醋酸乙烯酯称为白胶，都是习惯命名或商品命名法。高分子材料化学名称的标准英文名缩写因其简捷方便在国内外被广泛采用。英文名缩写采用印刷体、大写、不加标点。如下表3-1.列举了常见的高分子材料缩写名称。高聚物的分类高分子的组成高分子的相对分子质量很大，同一个分子中包含有许多不同的结构单元。这些组成高分子的结构单元可以是相同的，也可以是不同的。生物大分子的组成十分复杂，由许许多多不同的结构单元构成。如蛋白质的分子是由不同的氨基酸分子按一定的序列结合而成的，只要其中一个氨基酸分子的种类和排列方式发生改变，蛋白质的性质就会改变。镰刀形贫血症就是这种分子组装引起的遗传性疾病。另一类高分子化合物的分子中虽然也包含了成千上万个结构单元，但是所有的结构单元都是相同的，是由很多相同的单元连接在一起的，不少天然的有机高分子材料都有这样的结构，例如天然橡胶的主要成分是异戊二烯，棉纤维的主要成分是纤维素。

构成大分子的最小重复结构单元，简称结构单元，或称链节。构成结构单元的小分子称单体。我们把起始的小分子化合物氯乙烯称为单体，生成的高分子产物称为聚合物或高聚物，在工业上称作树脂。把组成聚合物的单元称为重复单元或结构单元，重复单元的数目n称为聚合度。所以，一个高分子的聚合度通常是在103-105之间。高分子化合物的相对分子质量虽然很高，但化学结构却非常简单。我们平时接触到的许多高分子化合物都有类似的结构，如大量用作食品包装薄膜的聚乙烯[CH2-CH2]n是由乙烯（CH2=CH2）聚合而成。

高分子材料的制备并不是所有的小分子化合物都能聚合形成高相对分子质量的材料，能够聚合的单体必须具有能同相邻的单体分子形成两根化学键的能力，互相牵起了才能够形成一条长链。具备这种聚合能力的单体有两大类：一类是分子中含有两个或两个以上可反应基团的化合物；另一类是具有不饱和双键烯烃类化合物。不过，这两类单体采用的聚合方法是不同的，前者采用缩合聚合的方法（简称缩聚），后者采用加成聚合的方法（简称加聚）。我们之前介绍的两种聚合物，尼龙-66和聚氯乙烯就是分别用这两种方法聚合的。缩聚反应缩聚反应的单体自身含有两个可以反应的基团，在反应过程中，所有的单体都是反应的活性中心，它们在反应的每一时刻都同对应的基团进行反应。先生成二聚体，二聚体再反应生成三聚体或四聚体，以此类推，相对分子质量逐步增加。所以，缩聚反应也被称为逐步聚合反应缩聚反应示意图加聚反应一旦体系中有一个引发剂自由基存在，它们马上就会同单体反应，生成单体自由基。生成的单体自由基又会迅速地同另一个单体分子反应，使单体分子一个个地加成上去。自由基变得越来越长，直到最后遇到另一个自由基，相互合并在一起，变成一个稳定的大分子为止(这种终止形式称为偶合终止。如果两个自由基间有氢原子的交换，最后生成两个聚合物分子，则称为歧化终止。)。整个加成聚合过程包括链引发，链增长和链终止三个阶段。其聚合过程如图所示。

高分子材料的结构与性能

（一）高分子材料的结构一、大分子链的结构

1.大分子链的化学组成

组成大分子链的化学元素，主要是碳、氢、氧，另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等元素，其中碳是形成大分子链的主要元素。大分子链根据组成元素不同可分为三类，即碳链大分子、杂链大分子和元素链大分子。其中碳链大分子的主链全部由碳原子以共价链相连接，即-C-C-C-。大分子主链除有碳原子外，还有氧、氮、硫、磷等原子，它们以共价链相连接，称为杂链大分子。当大分子主链不含碳原子，而是由硅、氧、硼、硫、磷等元素组成，称为元素链大分子。2.大分子链的形态

大分子链呈现不同的几何形状，主要有线型、支化型和体型(或网型)等三类。

(1)线型分子链

各链节以共价链连接成线型长链分子，其直径小于1纳米，而长度可达几百甚至几千纳米，像一根长线，呈卷曲状或线团状。

(2)支化型分子链

在主链的两侧以共价链连接相当数量的长短不一的支链,其形状有树枝形、梳形、线团形。

(3)体型(网型或交联型)

分子链在线型或支化型分子链之间,沿横向通过链节以共价键连接起来,形成的三维(空间)网状大分子。大分子链的形态.大分子链的空间构型大分子链空间构型指大分子链原子或原子团在空间的排列方式，即链结构。图为乙烯聚合物常见的三种空间构型。取代基R有规律地位于碳链平面同一侧,称为全同立构;取代基R交替地排列在碳链平面两侧,称为间同立构;取代基R无规律地排列在碳链平面两侧,称为无规立构。乙烯聚合物的立体异构

二、大分子链的构象及柔性

聚合物大分子链也在不停地运动，这种运动是由单链内旋转引起的。这种由于单链内旋转所产生的大分子链的空间形象称为大分子链的构象。正是这种极高频率的单键内旋转随时改变着大分子链的构象，使线型大分子链在空间很容易呈卷曲状或线团状。在拉力作用下，呈卷曲状或线团状的线型大分子链可以伸展拉直，外力去除后，又缩回到原来的卷曲状和线团状。这种能拉伸、回缩的性能称为分子链的柔性，这是聚合物具有弹性的原因。

碳链大分子链的内旋转1112

三、高分子材料的聚集态

高分子材料的聚集状态有三种：

晶态：分子链在空间规则排列。

部分晶态：分子链在空间部分规则排列。

非晶态：分子链在空间无规则排列，亦称玻璃态。

通常线型聚合物在一定条件下可以形成晶态或部分晶态，而体型聚合物为非晶态(或玻璃态)。获得完全晶态的聚合物很困难，大多数聚合物都是部分晶态或完全非晶态。聚合物三种聚集态结构示意图(二)高分子材料的性能

一、高分子材料的机械性能

1.高聚物的物理、力学状态

(1)线型非晶态高聚物的三种力学状态

线型非晶态高聚物在不同温度下表现出三种物理状态：玻璃态、高弹态和粘流态。在恒定载荷作用下，其变形度-温度曲线如图所示。图中为Tb为脆化温度、Tg为玻璃化温度、Tf为粘流温度,Td为分解温度。变形度-温度曲线①玻璃态在Tg

温度以下曲线基本上是水平的,变形量小,而弹性模量较高,高聚物较刚硬,处于所谓玻璃态。此时，物体受力的变形符合于胡克定律，应变与应力成直线比，并在瞬时达到平衡。②高弹态Tg温度之后曲线急剧变化，但很快即稳定而趋于水平。在这个阶段，变形量很大，而弹性模量显著降低，外力去除后变形可以回复，弹性是可逆的。高聚物表现为柔软而富弹性，具有橡胶的特性，处于所谓高弹态或橡胶态。③粘流态温度高于Tf后，变形迅速发展，弹性模量再次很快下降，高聚物开始产生粘性流动，处于所谓粘流态，此时变形已变为不可逆。(2)晶态高聚物和体型高聚物的力学状态

对于完全晶态的线型高聚物，则和低分子晶体材料一样，没有高弹态；对于部分晶态的线型高聚物，非晶态区在Tg温度以上和晶态区在熔点Tm温度以下存在一种即韧又硬的皮革态。此时,非晶态区处于高弹态,具有柔韧性,晶态区则具有较高的强度和硬度,两者复合组成皮革态。2.高分子材料的机械性能特点

(1)强度低

高聚物的强度平均为100MPa,比金属低得多,但由于其重量轻、密度小，许多高聚物的比强度还是很高的,某些工程塑料的比强度比钢铁和其他金属还高。对于粘弹性的高聚物，其强度主要受温度和变形速度的影响。随着温度的升高，高聚物的力学状态发生变化，在脆化温度Tb以下，高聚物处于硬玻璃态；在Tb～Tg之间处于软玻璃态；在略高于Tg时处于皮革态；在高于Tg较多时处于橡胶态；在接近于粘流温度Tf时处于半固态。相应地，高聚物的性能由硬脆逐渐变为强硬、强韧、柔韧、软弱。有机玻璃具有这类典型的变化规律。载荷作用的时间影响转变温度。作用较慢时，分子链来得及位移，呈韧性状态；速度较高时，链段来不及运动，表现出脆性行为。

低速拉伸时强度较低，伸长率较大，发生韧性断裂，曲线属皮革态的类型；相反，速度高时强度高而伸长率小，曲线为玻璃态类型。差不多所有的高聚物大都服从这种规律。(2)弹性高、弹性模量低

高聚物的弹性变形量大，可达到100%～1000％，而一般金属材料只有0.1%～1.0％。高聚物的弹性模量低，约为2MPa～20MPa,一般金属材料为103MPa～2×105MPa。高聚物加载速度-应力-应变曲线(3)粘弹性

大多数高聚物的高弹性大体是“平衡高弹性”，即应变与应力同步发生，或应变与应力即时达于平衡。有一些高聚物,例如橡胶,特别是在低温和老化状态时,高弹性表现出强烈的时间依赖性。应变不仅决定于应力,而且决定于应力作用的速率。即应变不随作用力即时建立平衡,而有所滞后。这就是粘弹性,它是高聚物的又一重要特性。粘弹性产生的重要原因是：链段的运动遇到困难，需要时间来调整构象以适应外力的要求。所以，应力作用的速度愈快，链段愈来不及作出反应，则粘弹性愈显著。粘弹性的主要表现有蠕变、应力松驰和内耗等。

应力应变与时间关系ａ．蠕变蠕变是在应力保持恒定的情况下，应变随时间的增长而增加的现象。高聚物在室温下受力的长期作用时，发生不可回复的塑性变形，例如，架空的聚氯乙烯电线套管，在电线和自身重量的作用下发生缓慢的挠曲变形，就属于蠕变。它是在外力的持久作用下，分子链逐渐产生构象的变化和位移，由原卷曲、缠结的状态，改变为较伸直的形态，而使外形发生伸长变形。高聚物的蠕变比其它材料严重。金属在高温时发生明显的蠕变，而高聚物在室温下蠕变就很明显。改性聚苯醚、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜具有较好的抗蠕变性能。蠕变实际上反应了材料在一定外力作用下的尺寸稳定性，对于尺寸精度要求高的聚合物零件，如果在使用过程中产生蠕变，将导致失效，这时应选用蠕变抗力高的材料如聚砜、聚碳酸酯等。b.应力松弛高聚物受力变形后所产生的应力随时间而逐渐衰减的现象叫应力松弛。例如，连接管道的法兰盘中的密封垫圈，经过长时间工作后发生渗漏现象，就是应力松弛的表现。与蠕变一样它也是由大分子链在力的长时间作用下，逐渐改变构象和发生了位移所引起的。c.滞后与内耗

高聚物受周期载荷时，例如，橡胶轮胎、传送带或减震器工作时，产生伸－缩的循环应变。

橡胶受载伸张时应变落后于应力。由于应变对应力的滞后，在重复加载时，就会出现上一次变形还未来得及回复时，或分子链的构象跟不上改变时，又施加了下一次载荷，于是造成分子间的内摩擦，产生所谓内耗，而那部分未来得及释放的、由变形所引起的弹性储能转变为热能。一次循环所储存的能量等于曲线ACB、BDA所包围的面积。内耗的存在会导致高聚物温度的升高，加速其老化，但内耗能吸收震动波，有利于高聚物的减震性能。(4)塑性与受迫弹性

高聚物由许多很长的分子组成,加热时分子链的一部分受热，其它部分不会受热或少受热，因此材料不会立即熔化，而先有一软化过程，所以表现出明显的塑性。处于高弹态的橡胶，在温度较低和分子量很高时这样。处于玻璃态的塑料（如聚乙烯等热塑性塑料），当温度较高时也具有这样的性能。

(5)韧性

高聚物的内在韧性较好，即在断裂前能吸收较大的能量。但是由于强度低，高聚物的冲击韧性比金属小得多，仅为其百分之一的数量级。

(6)减摩、耐磨性

大多数塑料对金属和对塑料的摩擦系数值一般在0.2～0.4范围内,但有一些塑料的摩擦系数很低。例如,聚四氟乙烯对聚四氟乙烯的摩擦系数只有0.04，几乎是所有固体中最低的。塑料的另一优点是磨损率低而且可以进行一定的估计。二、高分子材料的物理和化学性能

1.绝缘性

高聚物分子是良好的绝缘体，绝缘性能与陶瓷相当。对热、声也有良好的绝缘性能。

2.耐热性

热固性塑料的耐热性比热塑性塑料高。常用热塑性塑料如聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙等，长期使用温度一般在100℃以下；热固性塑料如酚醛塑料的为130℃～150℃；耐高温塑料如有机硅塑料等，可在200℃～300℃使用。

3.耐蚀性

高聚物的化学稳定性很高。它们耐水和无机试剂、耐酸和碱的腐蚀。尤其是被誉为塑料王的聚四氟乙烯，不仅耐强酸、强碱等强腐蚀剂，甚至在沸腾的王水中也很稳定。耐蚀性好是塑料的优点之一。

4.老化

老化是指高聚物在长期使用和存放过程中，由于受各种因素的作用，性能随时间不断恶化，逐渐丧失使用价值的过程。其主要表现：对于橡胶为变脆，龟裂或变软，发粘；对于塑料是退色，失去光泽和开裂。这些现象是不可逆的，所以老化是高聚物的一个主要缺点。工程塑料塑料是以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常可在加热、加压条件下塑制成型，故称为塑料。

3.1.1塑料的组成

塑料是以有机合成树脂为基础，再加入添加剂所组成的。

一、合成树脂

是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主要组成，也起粘接剂作用。

二、添加剂

为改善塑料的性能而加入的其它组成，主要有：

(1)填料或增强材料

填料在塑料中主要起增强作用。

(2)固化剂

可使树脂具有体型网状结构，成为较坚硬和稳定的塑料制品。

(3)增塑剂

用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。

(4)稳定剂

用以防止受热、光等的作用使塑料过早老化。3.1.2塑料的分类

常用的塑料分类方法有下述两种：

一、按树脂的性质分类根据树脂在加热和冷却时所表现的性质，可分为热塑性塑料和热固性塑料。

1.热塑性塑料

加热时软化并熔融，可塑造成形，冷却后即成型并保持既得形状，而且该过程可反复进行。这类塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚甲醛、聚碳酸脂等。这类塑料加工成形简便，具有较高的机械性能，但耐热性和刚性比较差。

2.热固性塑料

初加热时软化，可塑造成形，但固化后再加热将不再软化,也不溶于溶剂。这类塑料有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯等。它们具有耐热性高，受压不易变形等优点，但机械性能不好。

二、按使用范围分类

1.通用塑料

应用范围广、生产量大的塑料品种。主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚醛塑料和氨基塑料等，其产量约占塑料总产量的四分之三以上。

2.工程塑料

综合工程性能(包括机械性能、耐热耐寒性能、耐蚀性和绝缘性能等)良好的各种塑料。主要有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯和ABS等四种。

3.耐热塑料

能在较高温度（100℃～200℃以上）下工作的各种塑料。常见的有聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有机硅树脂、环氧树脂等。3.1.3常用工程塑料

一、热塑性塑料

1.聚乙烯(PE)

聚乙烯由乙烯单体聚合而成。根据合成方法不同,可分为高压、中压和低压三种。高压聚乙烯相对分子质量、结晶度和密度较低，质地柔软，常用来制作塑料薄膜、软管和塑料瓶等。低压聚乙烯质地刚硬，耐磨性、耐蚀性及电绝缘性较好，常用来制造塑料管、板材、绳索以及承载不高的零件，如齿轮、轴承等。PE管材2.聚丙烯(PP)

聚丙烯由丙烯单体聚合而成。聚丙烯刚性大,其强度、硬度和弹性等机械性能均高于聚乙烯。聚丙烯的密度仅为0.90g/cm3～0.91g/cm3,是常用塑料中最轻的。聚丙烯的耐热性良好,长期使用温度为100℃～110℃。聚丙烯具有优良的电绝缘性能和耐蚀性能，在常温下能耐酸、碱,所以经常制作成导线外皮。但聚丙烯的冲击韧性差，耐低温及抗老化性也差。聚丙烯可用于制作某些零部件，如法兰、齿轮、风扇叶轮、泵叶轮、把手及壳体等，还可制作化工管道、容器、医疗器械等。聚丙烯制成电容器外皮聚丙烯管子3.聚氯乙烯(PVC)

聚氯乙烯是由乙炔气体和氯化氢合成氯乙烯，再聚合而成。具有较高的机械强度和较好的耐蚀性。可用于制作化工、纺织等工业的废气排污排毒塔、气体液体输送管，还可代替其它耐蚀材料制造贮槽、离心泵、通风机和接头等。当增塑剂加入量达30%～40％时，便制得软质聚氯乙烯，其延伸率高，制品柔软，并具有良好的耐蚀性和电绝缘性，常制成薄膜，用于工业包装、农业育秧和日用雨衣、台布等，还可用于制作耐酸耐碱软管、电缆外皮、导线绝缘层等。4.聚苯乙烯(PS)

聚苯乙烯由苯乙烯单体聚合而成。聚苯乙烯刚度大、耐蚀性好、电绝缘性好，缺点是抗冲击性差，易脆裂、耐热性不高。可用以制造纺织工业中的纱管、纱绽、线轴；电子工业中的仪表零件、设备外壳；化工中的储槽、管道、弯头；车辆上的灯罩、透明窗；电工绝缘材料等。

5.ABS塑料

ABS塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。具有"硬、韧、刚"的特性，综合机械性能良好，同时尺寸稳定，容易电镀和易于成形，耐热性较好，在－40℃的低温下仍有一定的机械强度。可制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、储槽内衬、电机外壳、仪表壳、仪表盘、蓄电池槽、水箱外壳等。近来在汽车零件上的应用发展很快，如作挡泥板、扶手、热空气调节导管，以及小轿车车身等。作纺织器材、电讯器件都有很好的效果。摩托车挡泥板6.聚酰胺(PA)

又称尼龙或锦纶,是由二元胺与二元酸缩合而成，或由氨基酸脱水成内酰胺再聚合而得，有尼龙610、66、6等多个品种。尼龙具有突出的耐磨性和自润滑性能；良好的韧性，强度较高(因吸水不同而异)；耐蚀性好，如耐水、油、一般溶剂、许多化学药剂，抗霉、抗菌，无毒；成形性能也好。

制造耐磨耐蚀零件，如轴承、齿轮、螺钉、螺母等。尼龙轴套尼龙拉杆7.聚碳酸酯(PC)

聚碳酸酯誉称"透明金属"，具有优良的综合性能。冲击韧性和延性突出，在热塑性塑料中是最好的；弹性模量较高，不受温度的影响；抗蠕变性能好，尺寸稳定性高。透明度高，可染成各种颜色；吸水性小。绝缘性能优良，在10℃～130℃间介电常数和介质损耗近于不变。制造精密齿轮、蜗轮、蜗杆、齿条等。利用其高的电绝缘性能，制造垫圈、垫片、套管、电容器等绝缘件，并可作电子仪器仪表的外壳、护罩等。由于透明性好，在航空及宇航工业中，是一种不可缺少的制造信号灯、挡风玻璃，座舱罩、帽盔等的重要材料。光盘8.氟塑料

氟塑料比其它塑料的优越性是,耐高、低温,耐腐蚀,耐老化和电绝缘性能很好,且吸水性和摩擦系数低,尤以F-4最突出。聚四氟乙烯俗称塑料王,具有非常优良的耐高、低温性能,缺点是强度低,冷流性强。主要用于制作减摩密封零件、化工耐蚀零件与热交换器，以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。氟塑料制隔膜阀氟塑料制管道补偿器9.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)

俗称有机玻璃。有机玻璃的透明度比无机玻璃还高,透光率达92%;密度也只有后者的一半,为1.18g/cm3。机械性能比普通玻璃高得多(与温度有关)。

制造仪表护罩、外壳、光学元件、透镜等。有机玻璃顶棚二、热固性塑料

1.酚醛塑料(PF)

由酚类和醛类在酸或碱催化剂作用下缩聚合成酚醛树脂,再加入添加剂而制得的高聚物。一般为热固性塑料。酚醛塑料具有一定的机械强度和硬度,耐磨性好，绝缘性良好,耐热性较高，耐蚀性优良。缺点是性脆，不耐碱。酚醛塑料广泛用于制作插头、开关、电话机、仪表盒、汽车刹车片、内燃机曲轴皮带轮、纺织机和仪表中的无声齿轮、化工用耐酸泵日用用具等。酚醛塑料制品2.环氧塑料(EP)

为环氧树脂加入固化剂后形成的热固性塑料。环氧塑料强度较高，韧性较好；尺寸稳定性高和耐久性好；具有优良的绝缘性能；耐热、耐寒；化学稳定性很高；成形工艺性能好。缺点是有某些毒性。环氧塑料是很好的胶粘剂，对各种材料(金属及非金属)都有很强的胶粘能力。环氧塑料用于制作塑料模具、印刷线路板，灌封电器元件，配制飞机漆、油船漆、罐头涂料。环氧塑料导弹涂料环氧塑料地面3.2合成纤维合成纤维是以石油、天然气、煤和石灰石等为原料，经过提炼和化学反应合成高分子化合物，再经过熔融或溶解后纺丝制得的纤维。具有强度高、密度小、弹性好、耐磨、耐酸碱性好、不霉烂、不怕虫蛀等特点。除用作衣料等生活用品外，还用于汽车、飞机轮胎帘子线、渔网、索桥、船缆、降落伞及绝缘布等。

3.2.1合成纤维的生产方法合成纤维的制取工艺包括单体制备和聚合、纺丝和后加工三个基本环节。

一、单体制备和聚合

利用石油、天然气、煤和石灰石等为原料，经分馏、裂化和分离得到有机低分子化合物，如苯、乙烯、丙烯、苯酚等作为单体，在一定温度、压力和催化剂作用下，聚合而成的高聚物，即为合成纤维的材料，又称成纤高聚物。

二、纺丝

将成纤高聚物的熔体或浓溶液,用纺丝泵(或称计量泵)连续、定量而均匀地从喷丝头(或喷丝板)的毛细孔中挤出，而成为液态细流，再在空气、水或特定的凝固溶中固化成为初生纤维的过程称作"纤维成形",或称"纺丝"，这是合成纤维生产过程中的主要工序。合成纤维的纺丝方法主要有两大类：熔体纺丝法和溶液纺丝法。在溶液纺丝中根据凝固方式不同，又分为湿法纺丝和干法纺丝。熔体纺丝三、后加工

纺丝成形后得到的初生纤维其结构还不完善，物理机械性能较差，如强度低、尺寸稳定性差，还不能直接用于纺织加工，必须经过一系列的后加工。后加工随合成纤维品种、纺丝方法和产品要求而异，其中主要的工序是拉伸和热定型。3.2.2常用合成纤维合成纤维主要有涤纶、锦纶、腈纶、维纶、丙纶和氯纶，通称为六大纶。其中最主要的是涤纶、锦纶和腈纶三个品种，它们的产品占合成纤维总产量的90％以上。下面简要介绍这六种合成纤维的主要特性和用途。

一、涤纶

化学名称为聚酯纤维，商品名称为涤纶或的确良，由对苯二甲酸乙二酯抽丝制成。涤纶的主要特点是弹性好，弹性模量大，不易变形，强度高，抗冲击性能高，耐磨性好，耐光性、化学稳定性和电绝缘性也较好，不发霉，不虫蛀。现在除大量地用作纺织品材料外，工业上广泛地用于运输带、传动带、帆布、渔网、绳索、轮胎帘子线及电器绝缘材料等。涤纶的缺点是吸水性差、染色性差、不透气、织物穿着感到不舒服、摩擦易起静电，容易把脏物吸附，不宜暴晒。涤纶纤维二、锦纶

化学名称为聚酰胺纤维，商品名称为锦纶或尼龙。由聚酰胺树脂抽丝制成，主要品种有锦纶6、锦纶66和锦纶1010等。锦纶的特点是质轻、强度高、弹性和耐磨性好、良好的耐碱性和电绝缘性，但耐酸、耐热、耐光性能较差。主要缺点是弹性模量低，容易变形，缺乏刚性。锦纶纤维多用于轮胎帘子线、降落伞、宇航飞行服、渔网、针织内衣、尼龙袜、手套等工农业及日常生活用品。尼龙绳索三、腈纶

化学名称为聚丙烯腈纤维，商品名称为腈纶或奥纶。它是丙烯腈的聚合物-聚丙烯腈树脂经湿纺或干纺制成。腈纶质轻，密度为1.14g/cm3～1.17g/cm3。，柔软，保暖性好，犹如羊毛。腈纶不发霉，不虫蛀,弹性好,吸湿小，耐光性能特别好，多数用来制造毛线和膨体纱及室外用的帐蓬、幕布、船帆等织物，还可与羊毛混纺，织成各种衣料。腈纶的缺点是耐磨性差，弹性不如羊毛，摩擦后容易在表面产生许多小球，不易脱落，且因摩擦、静电积聚小球容易吸收尘士使织物弄脏。腈纶毛衣四、维纶

化学名称为聚乙烯醇纤维，商品名称为维尼纶或维纶。由聚乙烯醇树脂经混纺制成。维纶的最大特点是吸湿性好，具有较高的强度，耐磨性、耐酸、碱腐蚀均较好，耐日晒、不发霉、不虫蛀，其纺织品柔软保暖，结实耐磨，穿着时没有闷气感觉，是一种很好的衣着原料。主要用作帆布、包装材料、输送带、背包、床单和窗帘等。

五、丙纶

化学名称为聚丙烯纤维，商品名称为丙纶。由丙烯的聚合物-聚丙烯制成。丙纶的特点是质轻强度大，相对密度只有0.91g/cm3。，比腈纶还轻，能浮在水面上，故是渔网的理想材料，也是军用蚊帐的好材料。丙纶耐磨性优良，吸湿性很小，还能耐酸、碱腐蚀。用丙纶制的织物，易洗快干，经久耐用，故用于衣料、毛毯、地毯、工作服外，还包作包装薄膜、降落伞、医用纱布和手术衣等。丙纶纤维六、氯纶

化学名称为聚氯乙烯纤维，商品名称为氯轮。由聚氯乙烯树脂制成。这种纤维的特点是保暖性好，遇火不易燃烧，化学稳定性好，能耐强酸和强碱,弹性、耐磨性、耐水性和电绝缘性均很好，并能耐日光照射，不霉烂，不虫蛀。故常用作化工防腐和防火衣着的用品，以及绝缘布、窗帘、地毯、渔网、绳索等。又因氯轮的保暖性好，静电作用强，做成贴身内衣。氯纶的缺点是耐热性差。4.3合成橡胶橡胶是一种具有极高弹性的高分子材料，其弹性变形量可达100％～1000％，而且回弹性好，回弹速度快。同时，橡胶还有一定的耐磨性，很好的绝缘性和不透气、不透水性。它是常用的弹性材料、密封材料、减震防震材料和传动材料。

橡胶制品4.3.1橡胶的分类和橡胶制品的组成

一、橡胶的分类

按照原料的来源，橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。合成橡胶主要有七大品种：丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶和丁腈橡胶。习惯上按用途将合成橡胶分成两类：性能和天然橡胶接近、可以代替天然橡胶的通用橡胶和具有特殊性能的特种橡胶。

二、橡胶制品的组成

人工合成用以制胶的高分子聚合物称为生胶。生胶要先进行塑练，使其处于塑性状态，再加入各种配料，经过混练成型、硫化处理，才能成为可以使用的橡胶制品。配料主要包括：

1.硫化剂

变塑性生胶为弹性胶的处理即为硫化处理，能起硫化作用的物质称硫化剂。常用的硫化剂有硫磺、含硫化合物、硒、过氧化物等。

2.硫化促进剂

胺类、胍类、秋兰姆类、噻唑类及硫脲类物质，可以起降低硫化温度、加速硫化过程的作用，称为硫化促进剂。

3.补强填充剂

为了提高橡胶的机械性能，改善其加工工艺性能，降低成本，常加入填充剂，如碳黑、陶土、碳酸钙、硫酸钡、氧化硅、滑石粉等。4.3.2常用合成橡胶

一、通用合成橡胶

1.丁苯橡胶

是以丁二烯和苯乙烯为单体共聚而成。具有较好的耐磨性、耐热性、耐老化性，价格便宜。主要用于制造轮胎、胶带、胶管及生活用品。

2.顺丁橡胶

是由丁二烯聚合而成。顺丁橡胶的弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶，是制造轮胎的优良材料。缺点是强度较低、加工性能差。主要用于制造轮胎、胶带、弹簧、减震器、耐热胶管、电绝缘制品等。顺丁橡胶3.氯丁橡胶

是由氯丁二烯聚合而成。氯丁橡胶的机械性能和天然橡胶相似，但耐油性、耐磨性、耐热性、耐燃烧性、耐溶剂性、耐老化性能均优于天然橡胶，所以称为"万能橡胶"。它既可作为通用橡胶，又可作为特种橡胶。但氯丁橡胶耐寒性较差(-35℃)，密度较大(为1.23g/cm3),生胶稳定性差,成本较高。它主要用于制造电线、电缆的外皮、胶管、输送带等。

二、特种橡胶

1.丁腈橡胶

以其优异的耐油性著称。

2.硅橡胶

硅橡胶的性能特点是耐高温和低温。

3.氟橡胶

它是以碳原子为主链、含有氟原子的高聚物。氟橡胶具有很高的化学稳定性，它在酸、碱、强氧化剂中的耐蚀能力居各类橡胶之首，其耐热性也很好，缺点是价格昂贵、耐寒性差、加工性能不好。主要用于高级密封件、高真空密封件及化工设备中的里衬，火箭、导弹的密封垫圈。4.4胶粘剂胶粘剂又称粘合剂或粘接剂。它是一类通过粘附作用，使同质或异质材料连接在一起，并在胶接面上有一定强度的物质。

4.4.1常用胶粘剂

一、树脂型胶粘剂

1.热塑性树脂胶粘剂

以线型热塑性树脂为基料，与溶剂配制成溶液或直接通过熔化的方式进行胶接。这类胶粘剂使用方便、容易保存、具有柔韧性、耐冲击性，初粘能力良好。但耐溶剂性和耐热性较差，强度和抗蠕变性能低。

聚醋酸乙烯酯胶粘剂是一种常用的热塑性树脂胶粘剂，它是以聚醋酸乙烯脂为基料的胶粘剂。具有胶接强度好、粘度低、使用方便、无毒不燃等优点，适宜于胶接多孔性、易吸水的材料，如纸张、木材、纤维织物的粘合，也可用于塑料及铝箔等的粘合。

2.热固性树脂胶粘剂

以多官能团的单体或低分子预聚体为基料，在一定的固化条件下通过化学反应，交联成体型结构的胶层来进行胶接。胶层呈现刚性，有很高的胶接强度和硬度，良好的耐热性与耐溶剂性，优良的抗蠕变性能。缺点是起始胶接力较小，固化时容易产生体积收缩和内应力。

环氧树脂胶粘剂是一种常用的热固性树脂胶粘剂,其基料是环氧树脂，主要品种为双酚A缩水甘油醚树脂，又称双酚A型环氧树脂。环氧树脂的突出优点是：(1)粘附力强

对金属、陶瓷、塑料、木材、玻璃等都有很强的粘附力，被称之为"万能胶"；(2)内聚力大

树脂固化后，胶层的内聚力很大，以致在被胶物受力破坏时，断裂往往发生在被胶物内；(3)工艺性能好

胶接时可以不加压或仅使用接触应力，并可在室温或低温快速固化；(4)收缩率低

一般小于2％，有的甚至可低至1％左右；

(5)耐温性能较好

既具有一定的低温性能，又有一定的耐热性。

另外，环氧树脂胶粘剂的机械强度高，蠕变性和吸水性小，有较好的化学稳定性和电绝缘性能。主要缺点是耐热性不高，耐紫外线性能较差，部分添加剂有毒，适用期短，即配制后需尽快使用，以免固化。

环氧树脂胶粘剂常用来胶接各种金属和非金属材料,在机械、化工、建筑、航空、电子等工业部门得到广泛应用。二、橡胶型胶粘剂

橡胶胶粘剂是以氯丁、丁腈、丁苯、丁基等合成橡胶或天然橡胶为基料配制成的一类胶粘剂。这类胶粘剂具有较高的剥离强度和优良的弹性，但其拉伸强度和剪切强度较低，主要适用于柔软的或膨胀系数相差很大的材料的胶接。

1.氯丁橡胶胶粘剂

基料为氯丁橡胶。该胶粘剂具有较高的内聚强度和良好的粘附性能，其耐燃性、耐气候性、耐油性和耐化学试剂性能等均较好。主要缺点是稳定性和耐低温性能较差。氯丁橡胶胶粘剂可用于极性或非极性橡胶的胶接，非金属、金属材料的胶接，在汽车、飞机、船舶制造和建筑