第1章 塑料材料与助剂-绪论

1声明务必请同学们上课认真听讲，我保证你能学到很多东西，哪怕你们将来不从事本专业，偶尔聊起塑料材料时也能侃侃而谈，别人也很难忽悠你，不负你们高分子专业的身份！特此声明！陈大华2020.03

广东轻工职业技术学院高分子教研室广东高校高分子材料加工工程技术开发中心陈大华二〇二〇年一月十日塑料材料与助剂

广东轻工职业技术学院高分子教研室广东高校高分子材料加工工程技术开发中心陈大华二〇二〇年一月十日绪论4

塑料是什么？从哪里来的？到哪里去了？5

身上穿的衣物中你的电脑和手机中你家的瓶瓶罐罐中你家的电器中你家的建筑中汽车中。。。。。。塑料无处不在，塑料的广泛使用给我们的生活带来了极大的便利，也带来了污染，做好垃圾分类和回收利用，从我做起！oC从原料到塑料制品的生产流程示意图（产业链示意图）塑料产业链6中国目前塑料年产量超过一亿吨，即人均年消费量约80公斤，比人均肉类消费量还大！你消费了这么多吗？上游中游下游助剂、改性剂等7高分子材料和塑料是什么关系？8桑永主编，《塑料材料与配方》，化学工业出版社，2014许健南主编，《塑料材料》，中国轻工业出版社，1999王文广主编，《塑料材料的选用》，化学工业出版社，2001张克惠，《塑料材料学》，西北工业大学出版社，2000R.根赫特H.米勒，《塑料添加剂手册》，化学工业出版社，1993G.W.埃伦斯坦，《聚合物材料—结构、性能、应用》，化学工业出版社，2007徐思亭，《塑料材料与助剂》，天津大学出版社，2007王澜、王佩璋，《高分子材料》，中国轻工业出版社，2009主要参考书目91、塑料材料的发展2、塑料材料的分类3、塑料的性能4、塑料材料的加工方法5、塑料材料的应用目录10塑料就是以树脂（主要是合成树脂）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。塑料(Plastics)

=树脂(Resin)

+助剂(Additive)

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。

塑料与树脂助剂：又称添加剂，是指那些为改善材料的加工性能和最终产品的性能而加入并分散在树脂中的其他化合物。“树脂”和“塑料”的名称从何而来？11

人类社会的进步是与材料的使用密切相关的。材料有四大类：木材、水泥、钢铁、塑料。20世纪，塑料成为一类迅速发展起来的新材料。

早在19世纪以前，人们就已经利用沥青、松香、琥珀、虫胶等天然树脂。塑料的发展史沥青松香琥珀1218801900192019401862首次出现人造塑料1866赛璐璐（Celluloid）1891人造丝（Rayon）酚醛树脂（Bakelite）19071913玻璃纸（Cellophane）19331939193819261957聚氯乙烯（PVC）尼龙（PA）特氟龙（Teflon）尼龙粘扣聚乙烯（PE）塑料的发展史13塑料的发展史时间聚合物名称时间聚合物名称1907酚醛树脂1944PET1927聚氯乙烯1947环氧树脂1927醋酸纤维素1948ABS树脂1930丁苯橡胶1955线型聚乙烯1936聚甲基丙烯酸甲酯1957聚丙烯1936聚醋酸乙烯酯1957聚碳酸酯1938聚苯乙烯1960线型低密度聚乙烯1938尼龙661964离聚物树脂1939聚偏氯乙烯1965聚酰亚胺1941聚四氟乙烯1970热塑性弹性体1942不饱和聚酯1972丙烯腈共聚物1942支化聚乙烯1972乙烯-乙烯醇聚合物1943丁基橡胶1974聚芳酰胺1943尼龙61992茂金属聚合物1943含氟聚合物1994聚萘二甲酸乙二酯14塑料产业概况塑料产业链概况上游：树脂及助剂聚合厂家：生产各种基础树脂（PE,PP,PVC等）塑料助剂生产商：各种抗氧剂、润滑剂、增塑剂等生产商中游：各种改性塑料中间品或各种母粒下游：各种塑料制品生产商（塑料管道、型材、容器、薄膜等）中国拥有全球最大的塑料消费市场，年消费塑料超过1亿吨；中国拥有最完整的塑料加工业上下游产业链，中国是拥有高分子材料工程师最多的国家。塑料制造（下游）在国际竞争优势突出，上游和中游国际竞争力还需要快速提升。15塑料产业概况中国各类塑料消费量概况（万吨）*不含纤维用途种类PEPPPVCABSPS工程塑料2019年消费量300025002000400350600中国塑料应用领域概况（约）应用领域包装建材家电汽车电子电气其他占比>50%20%10%5%<5%?问题1：塑料消费量为何如此巨大？问题2：不同种类的塑料在各应用领域的占比为什么差别巨大？16在四大材料中，塑料是最容易成型加工的，可以快速、低成本、低能耗地制得各种制品（从形状复杂的制品到薄膜到纤维等等），还可回收。大部分塑料的熔融温度远低于金属材料，在200℃附近。容易着色塑料制品的绝热性和绝缘性优异。塑料的强度、柔韧性和韧性范围广。塑料的耐化学、耐溶剂性及耐腐蚀性优异。塑料的产业优势与金属相比，塑料有什么优势和劣势？与木材相比，塑料有哪些优势和劣势？171、按树脂的化学成分分类2、按化学结构及热行为分类3、按塑料的产量和耐热等级分类4、按树脂的加工方法分类塑料材料的分类18按树脂的化学成分分类：（1）元素聚合物为基础：氟塑料、有机硅（2）无机聚合物为基础：聚硫酸铁、聚氯化磷腈（3）有机树脂为基础：PE、PP、PVC等19按化学结构及热行为分类热塑性塑料(thermoplasticplastics)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。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(thermosettingplastics)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，反应性官能团会发生化学反应，形成新的化学键，即所谓的“固化反应”。同时树脂由线性结构变为三维体型（网状）结构，塑料不能溶于溶剂，受热也不会熔化。即“不溶、不熔”。按塑料的产量和耐热等级分类：（1）通用塑料：指一般用途的塑料。大多无极性或低极性特点：成本低、产量大、用途广泛、性能变化大、制品多样，但机械性能和耐热性不高。耐热温度小于100℃（2）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。特点：强度、刚性、硬度等均比通用塑料高、耐高、低温性能好，但产量相对小，成本较高。耐热温度大于100℃；大多强极性或主链上有苯环（3）特种工程塑料：耐热等级更高，价格更贵，产量更小。大多主链上有较多的苯环等环状结构或强极性这个分类方法主要是针对热塑性塑料热塑性塑料通用塑料工程塑料特种工程塑料低密度聚乙烯（LDPE)高密度聚乙烯（HDPE)聚丙烯（PP）聚氯乙稀（PVC)聚苯乙烯类（PS，ABS)聚碳酸酯（PC)聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT)聚酰胺（尼龙，PA）聚甲醛（POM）聚苯醚（PPO）聚酰亚胺（PI）聚苯硫醚（PPS）聚醚醚酮（PEEK）聚砜（PSU）聚苯砜（PPSU)塑料的分类21这个分类是随着时代进步而变化的！热固性塑料22酚醛树脂(PF）环氧树脂（EP）聚氨酯（PUR）不饱和聚酯树脂(UP)……HDPELDPEPCRF-PPm-PPOPTFEPETPBTPAPOMPESPEIPEEKPVCPPSUPAIPE-UHMWPMMAPPABSPPSPSUPBI无定型结晶型PS150ºC100ºC

200ºCPIPU热塑性塑料金字塔模型通用塑料工程塑料高性能塑料/特种工程塑料24项目通用塑料工程塑料极性大多无极性或低极性大多为极性强度低高模量低高耐化学性高低耐热温度通常100C通常

100C低温韧性较高通常较低加工性易加工相对稍难加工通用塑料与工程塑料的性能比较塑料的分类?25塑料制品的标识塑料制品的标识——标明材质及组成，方便分类回收，一般标识在制品的背面。ISO 11469:2000《塑料制品的标识和标志》GB/T16288-2008《塑料制品的标志》>ABS<>ABS+PC<>PP-GF30<

三个箭头组成的三角形，意思是“可回收再利用”。每个数字代表该种塑料容器的材质，主要是方便回收以及了解其使用条件，材质不同使用上禁忌上也存在不同。26塑料容器的标识不同的材料有不同的性能，比如钢材和塑料在力学性能、电性能、老化性能、耐热性能、耐腐蚀性能、成型加工性能方面就有显著的不同。因此讲材料的性能，一般是从力学性能、化学性能、电学性能、耐热性能、老化性能、成型加工性能等多个方面来讲的。需要特别说明的是成型加工性能：是指将材料通过一定的加工方法成型为制品的难易程度。比如面团的成型加工性能就很好，可以很容易地制作出各种面食品。塑料材料的性能2728塑料材料的性能讲到塑料的性能，我们必须从塑料材料的结构讲起，因为结构决定性能。请温习一下高分子物理。在学习塑料材料的性能时，我们可以多和其他材料如金属比比，这样有助于我们理解。塑料的性能一般包含以下方面：一般物性（密度、外观、燃烧特性等）、力学性能、热学性能、电学性质光学性质、化学性质、老化性能、加工性能等等。与钢材相比，塑料有自己的性能特点，比如密度远低于金属，这是优点。强度和耐热性低，这是缺点。耐化学药品性一般远好于钢材，不会被腐蚀。电绝缘性能好成型加工为制品的性能远优于钢材，。。。。。。。塑料材料的性能29这些都是塑料的共性对“塑料姐妹花，塑料兄弟情”的说法表示极大地愤怒！“钢铁姐妹花、钢铁兄弟情”还经不起腐蚀呢从以下塑料的分子结构上能看出材料的哪些性能特征？塑料材料的结构与性能关系（塑料的个性）30[CH2—CH2]n[CH2—CH

]nCH3PEPPPSPA6我们要学会“看相”，看相识人“看分子结构能识塑料”塑料材料的结构与性能关系31[CH2—CH2]n[CH2—CH

]nCH3PEPPPSPA6极性大小化学反应活性分子间作用力大小阻燃性好坏密度大小分子链柔顺性结晶能力力学性能高低从分子链结构，我们大致能判断：塑料材料的结构与性能关系32高分子材料性能强度韧性刚性耐热性………?分子极性大小会影响材料哪些性能？分子间作用力会影响材料的哪些性能结晶会影响材料的哪些性能？玻璃化转变温度Tg、结晶熔点Tm会和材料的哪些性能有关联？力学性能究竟是啥，强度、刚性、韧性是啥?耐热性和热稳定性是一个意思吗？其实大都是高分子物理的常识这些常识将决定本课程你能否学得轻松塑料材料的结构与性能关系中的几个重点诀窍33在塑料性能的描述中，请注意教材中形容词程度的区别34比如说“具有较好的电绝缘性能”是什么意思呢？意思就是与其他塑料比，“电绝缘性能其实一般”，只是与金属比，确实“较好”。因为塑料的电绝缘性能都较好。真正电绝缘性能特别好的如PE等塑料，我们会这样说：“具有优异的电绝缘性能”塑料（热塑性塑料）成型加工为制品，一般都在熔融状态（150oC~350oC）下在模具中进行：熔融---成型----冷却定型。金属既可以在熔融状态下成型，大部分也可以在常温下冷压成型。不同塑料有不同的成型方法。热塑和热固塑料的成型方法存在较大的区别。热塑性塑料主要采用注射、挤出、吹塑、模压等成型方法。热固性塑料部分也可采用注塑和挤出，但更多的是采用模压、RTM等成型方法。35塑料成型加工方法36注塑成型注塑成型(和挤出成型)是最常用、最重要也是最经济的成型方法视频注塑成型周期注塑成型37挤出成型挤出成型是借助螺杆的挤压作用,使塑化均匀的塑料强行通过机头成为的连续制品，如管、板、丝、薄膜、电线电缆等。挤出成型是塑料成型加工中重要方法之一。38视频39薄膜吹塑成型上吹法：PVC、PE、PS、HDPE下吹法：PP、PA、PVDC视频吹塑成型40视频吸塑成型薄片放卷薄片预热压塑成型裁切取样41视频真空吸塑成型42主要应用包括餐具中的碗碟、烧水壶的把手；高压开关的外壳，滑雪板，一些橡胶鞋底还包括一些纤维增强的复合材料。压缩模塑法（模压）主要用于热固性塑料的成型成型过程包括模具升温和压制成型转送成型过程通过树脂流动制造复杂结构制件成型后需要去除飞边

43模压成型压缩模塑法（模压）44月饼就是模压成型视频塑料材料的应用由日用品到汽车及航天工程，由建筑到包装，由医疗器件到光学器件，由农业生产到体育休闲等各个领域，都可以看到塑料制品。塑料无处不在。塑料的广泛应用给人类生活带来了极大便利，但也带来了污染。做好垃圾分类及回收再利用，减少白色污染，从我做起！46结构材料(StructuralMaterials)

电视机壳体、冰箱壳体、轴承、机械零件绝缘材料(InsulationMaterials)

电缆、绝缘板、电器零件建筑材料(BuildingMaterials)贴面板、地贴、塑料门窗、上下水管塑料的主要应用47包装材料(PackagingMaterials)

塑料袋、薄膜、泡沫塑料日用(HouseholdAppliances)衣架/椅子/盆类/书架/玩具