材料導(dǎo)論高分子材料

1、第一節(jié) 塑 料 第二節(jié) 橡 膠 第三節(jié) 合成纖維 第四節(jié) 膠 粘 劑,第三章 聚合物材料,第一節(jié) 塑 料,概 述,塑料是在玻璃態(tài)下使用的、具有可塑性的高分子材 料。它以樹脂為主要組分，加入各種添加劑，能在一定 溫度和壓力下加工成形的各種材料的總稱,2）填充劑（填料）: 提高塑料的力學(xué)、電學(xué)性能或降低成本等。它在塑料占有相當(dāng)大的比例。如加入鋁粉可提高光反射能力和防老化；加入二硫化鉬可提高潤滑性。 常用填充劑有云母粉、石墨粉、炭粉、氧化鋁粉、木屑、玻璃纖維、碳纖維等,3）增塑劑: 提高塑料的可塑性和柔軟性。常用熔點低的低分子化合物來增加大分子鏈間距離，從而達(dá)到增加大分子鏈的柔順性的目的。 常用增塑

2、劑有甲酸酯類、磷酸酯類、氯化石蠟等,4）穩(wěn)定劑: 提高塑料對熱、光、氧等的穩(wěn)定性，延長使用壽命。 常用熱穩(wěn)定劑有硬酯酸鹽、環(huán)氧化合物和鉛的化合物等。光穩(wěn)定劑有炭黑、氧化鋅等遮光劑,5）增色劑: 賦予塑料制品各種色彩。 常用的著色劑是一些有機(jī)染料和無機(jī)顏料。有時也采用能產(chǎn)生熒光或磷光的顏料,6）潤滑劑: 提高塑料在加工成形過程中的流動性和脫模能力，同時可使制品光亮美觀。 常用潤滑劑有硬酯酸、鹽類等,7）固化劑: 與樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使受熱可塑的線型結(jié)構(gòu)變成熱穩(wěn)定好的體型結(jié)構(gòu)。 常用的固化劑如六次甲基四胺、過氧化二苯甲酰等,8）其他: 還有發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等,塑料的分類,1）按塑料熱性質(zhì)分類

3、： 熱塑性塑料：受熱時軟化或熔融、冷卻后硬化，韌性好，可反復(fù)成形。它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等。 熱固性塑料：在加熱、加壓并經(jīng)過一定時間后即固化為不溶、不熔的堅硬制品，不可再生。具有更好耐熱性和抗蠕變能力。常用熱固性塑料有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、有機(jī)硅樹脂等,2）按塑料的功能和用途分類： 通用塑料：產(chǎn)量大用途廣價格低的塑料。主要包括聚乙 烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料 等，產(chǎn)量占塑料總產(chǎn)量的75%以上。 工程塑料：具有較高性能，能替代金屬制造機(jī)械零件和 工程構(gòu)件的塑料。聚酰胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚 砜、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲

4、酯、環(huán)氧樹脂等。 功能塑料：導(dǎo)電塑料、導(dǎo)磁塑料、感光塑料等,1） 結(jié)構(gòu)單元,熱塑性塑料,聚乙烯（PEpolyethylene,2） 支化結(jié)構(gòu),右圖：（a）高密度PE 分子鏈（b）低密度PE 分子鏈（c）線性低密 度PE分子鏈,3）性質(zhì)： 耐化學(xué)腐蝕； 良好的電絕緣性和高頻介電性能； 韌性、耐寒性好； 較低的摩擦系數(shù)； 不易吸水； 不耐熱，不耐大氣老化,4）應(yīng)用： 聚乙烯是塑料中產(chǎn)量最大的一類品種，屬于結(jié)晶 性塑料，外觀乳白，半透明。 低密度聚乙烯(LDPE) ：日用制品、薄膜、軟質(zhì)包 裝材料、層壓板、電線電纜包覆等。 高密度聚乙烯(HDPE) ：小負(fù)荷齒輪和軸承、化工管 道、閥門、高頻電纜絕緣

5、層、硬質(zhì)包裝材料等,1） 結(jié)構(gòu)單元,聚氯乙烯（ PVCpolyvinyl chloride,2） 性質(zhì)： 具有較高的強度、剛性；良好的電絕緣性、耐化學(xué)腐 蝕性；能溶于四氫呋喃和環(huán)已酮等有機(jī)溶劑；具有阻燃 性；但熱穩(wěn)定性較差，使用溫度較低，介電常數(shù)、介電 損耗較高,3）應(yīng)用： 純聚氯乙烯屬無規(guī)立構(gòu)，無色透明，硬而脆，很少 應(yīng)用。常利用橡膠和增塑劑對其改性處理。 硬聚氯乙?。河糜诠I(yè)管道、給排水系統(tǒng)、板件、 管件、建筑及家用防火材料，化工防腐設(shè)備及各種機(jī)械 零件。 增塑（軟）聚氯乙?。河糜诖昂?、桌布、雨衣、手 提箱、人造革、墻紙；農(nóng)用薄膜、耐酸堿軟管及電線電 纜包覆層等,1） 結(jié)構(gòu)單元,聚丙烯（

6、PP-polypropylene),2） 性質(zhì)： 無毒、無味、無臭、半透明蠟狀固體。密度小，力 學(xué)性能高于聚乙烯；耐熱性、耐水性良好，化學(xué)穩(wěn)定性 好；但不耐芳香族和氯化烴溶劑，耐寒性差，易老化,3）應(yīng)用： 聚丙烯屬等規(guī)立構(gòu)，結(jié)晶性塑料，外觀乳白半透明。 主要用于家庭廚房用具、包裝薄膜、醫(yī)療器械、 高頻絕緣材料；化工管道、家用電器部件等，以及汽車 及機(jī)械零部件，如車門、方向盤、齒輪、接頭等,1） 結(jié)構(gòu)單元,聚苯乙烯（ PS-polystyrene,2） 性質(zhì)： 無毒、無味、無色透明狀固體。電絕緣性優(yōu)良，介電損耗極??；耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，但不耐苯、汽油等有機(jī)溶劑；強度較低，硬度高，脆性大，不耐沖擊，

7、耐熱性差，易燃,3）應(yīng)用： 聚丙烯屬無規(guī)立構(gòu)，非晶性塑料，高度透明（透光 率為8892）。 主要用于日用、裝潢、包裝及工業(yè)制品；儀器儀表外殼、燈罩、光學(xué)零件、裝飾件、透明模型、玩具、化工儲酸槽，包裝及管道的保溫層，冷凍絕緣層等,1） 結(jié)構(gòu)單元,聚甲基丙烯酸甲酯 （ PMMA-polymethyl methacrylate,2） 性質(zhì)： 較高的強度和韌性、優(yōu)良的光學(xué)性能，透光率比普通硅玻璃好（透光率約為9193）；優(yōu)良的電絕緣性；耐化學(xué)腐蝕性好，熱導(dǎo)率低；但硬度低，表面易擦傷，耐磨性差，耐熱性不高,3）應(yīng)用： 聚甲基丙烯酸甲酯又稱有機(jī)玻璃，屬無規(guī)立構(gòu)，非 晶性塑料。 主要用于飛機(jī)、汽車的窗玻璃和

8、罩蓋，光學(xué)鏡片，儀表外殼，裝飾品，廣告牌，燈罩，光學(xué)纖維，透明模型，標(biāo)本，醫(yī)療器械等,1） 結(jié)構(gòu)單元,聚四氟乙烯（ PTFE,2） 性質(zhì)： 出色的耐熱、耐寒能力（-180+260長期使用）；摩擦系數(shù)極低，有自潤滑效果；化學(xué)穩(wěn)定性極佳，俗稱“塑料王”；極好的電絕緣性和介電性；但強度低，抗蠕變性較差，不易加工成形,3）應(yīng)用： 聚四氟乙烯屬結(jié)晶性塑料，外觀呈瓷白色，一般在 360380燒結(jié)成形。 主要用于軸承、墊圈等自潤滑材料；高溫電纜絕緣材料、電器元件；化工管道及零件；不粘鍋涂層等,1） 結(jié)構(gòu)： 尼龍的品種很多，如尼龍6、尼龍66、尼龍610等。 數(shù)字表示基本單元中的碳原子數(shù)目。所有尼龍分子結(jié)構(gòu)

9、單元中都有一個相同的特征基團(tuán)酰胺基,聚酰胺（尼龍或錦綸）（ PApolyamides,CN,3）應(yīng)用： 纖維增強尼龍主要用于軸承、齒輪、高壓密封圈、 閥門、包裝材料、輸油管、汽車保險杠及絲織品等,2） 性質(zhì)： 聚酰胺屬結(jié)晶性塑料，半透明，乳白，略帶黃色。 由于酰胺基的存在，分子之間有很強的氫鍵作用， 因此聚酰胺的強度高，韌性好；另外耐磨性和自潤滑性 好，摩擦系數(shù)低；具有良好的耐油、耐溶劑性、阻燃性； 但吸水性大，熱膨脹系數(shù)大，耐熱性不高,1） 結(jié)構(gòu)單元,聚甲醛（ POM-polyformaldehyde,2） 性質(zhì)： 具有較高的強度、硬度、剛性、韌性、耐磨性和自潤滑性，耐疲勞性能高，吸水性小，

10、摩擦系數(shù)小，耐化學(xué)品腐蝕性好，電絕緣性能良好，但熱穩(wěn)定性差，易燃。具有較高的綜合性能，可以替代一些金屬和尼龍,3）均聚甲醛的改性： 工業(yè)上利用共聚反應(yīng)來生成共聚甲醛，來改善熱穩(wěn) 定性。共聚甲醛的結(jié)構(gòu)單元為,4）應(yīng)用： 聚甲醛屬結(jié)晶性塑料，乳白色。 部分取代有色金屬和合金，用于制造低載荷齒輪、 軸承，塑料彈簧等,1） 結(jié)構(gòu)單元,聚碳酸酯（ PC-polycarbonate,2） 性質(zhì)： 低溫沖擊韌性極佳； 高模量、高強度、抗蠕變，尺寸穩(wěn)定性好,3）應(yīng)用： 由于聚碳酸酯具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，又高度透 明，故俗稱“透明金屬”。 纖維增強聚碳酸酯可部分取代鋼、有色金屬等制造 儀器儀表的機(jī)械傳動部件。

11、未增強聚碳酸酯用于制作車 燈罩、護(hù)目鏡、安全帽、門窗玻璃甚至防彈玻璃等,透光率高，約為8692； 電絕緣性好,1） 結(jié)構(gòu)單元： 丙烯晴(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三種單體（共聚生成,ABS塑料,2） 性質(zhì)： 丙烯晴能提高強度、硬度、耐熱性和耐腐蝕性，丁二烯能提高韌性，苯乙烯能提高電性能和成型加工性能。 ABS塑料具有較好的抗沖擊性能、尺寸穩(wěn)定性和耐磨性，成型性好，不易燃，耐腐蝕性好，但不耐酮、醛、酯、氯代烴類溶劑,3）應(yīng)用： ABS作為“堅韌、質(zhì)硬且剛性”的材料，是最早被人 類認(rèn)識和使用的“高分子合金”。 用于輕載齒輪、軸承，電器外殼，汽車部件，各類 容器、管道等,1） 結(jié)構(gòu)單元,聚對苯

12、二甲酸丁二醇酯（PBT,2） 性質(zhì)： 結(jié)晶性塑料，呈乳白色，工程上常用玻璃纖維增強PBT作為結(jié)構(gòu)材料,1） 聚 砜（PSF,其他熱塑性塑料,聚砜是含硫的透明樹脂，其耐熱性抗蠕變性突出，長期使用溫度可達(dá)150174，脆化溫度-100。廣泛用于電器、機(jī)械、交通和醫(yī)療領(lǐng)域,2） 聚苯醚（PPO）： 聚苯醚是線性非晶態(tài)工程塑料，綜合性能好，使用溫度寬-190190，耐磨性、電絕緣性和耐水蒸氣性能好。主要用作在較高溫度下工作的齒輪、軸承、凸輪、化工管道、閥門和外科醫(yī)療器械等,3）聚酰亞胺,聚酰亞胺是含氮的環(huán)形結(jié)構(gòu)的耐熱性樹脂，其強度硬度較高，使用溫度可達(dá)260；但加工性較差，脆性大，成本高。 主要用于特

13、殊條件下工作的精密零件，如噴氣發(fā)動機(jī)供燃料系統(tǒng)的零件，耐高溫高真空用自潤滑軸承及電氣設(shè)備，是航空航天工業(yè)中常用的高分子材料,熱固性塑料,熱固性塑料是樹脂經(jīng)固化處理后獲得的。所謂固化處 理就是樹脂中加入固化劑并壓制成型，使其由線型聚合物 變?yōu)轶w型聚合物的過程。 熱固性塑料具有耐熱性高，剛度大，抗蠕變性能好， 尺寸穩(wěn)定性高；但脆性大，不易成形,酚醛塑料（ PF-bakelite,酚醛塑料中的酚醛樹脂是酚類和醛類的縮聚產(chǎn)物。根 據(jù)酚類和醛類的反應(yīng)摩爾比及反應(yīng)介質(zhì)PH值的差異，可 以分別得到熱固性和熱塑性兩類材料。 苯酚上與羥基鄰位或?qū)ξ坏?個氫原子都很活潑，均 能與甲醛發(fā)生兩種情形下的縮聚反應(yīng),1）

14、 酚醛樹脂,苯酚鄰位氫原子與甲醛的縮聚反應(yīng)如下,熱塑性酚醛樹脂：只有加入能與之反應(yīng)的固化劑，才能固化。 熱固性酚醛樹脂：制備時反應(yīng)不徹底，在熱的作用下可繼續(xù)進(jìn)行縮聚反應(yīng)形成高度交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),2） 酚醛塑料,以熱塑性酚醛樹脂為原料,通常作粘膠劑或浸漬增強劑壓制成層狀塑料,以熱固性酚醛樹脂為原料,以木粉為原料的酚醛塑料粉又稱膠木粉或電木粉， 它價格低廉，但性脆、耐光性差，用于制造手柄、瓶蓋、 電話及收音機(jī)外殼、燈頭、開關(guān)、插座等。 以云母粉、石英粉、玻璃纖維為填料的塑料粉可用來制造電閘刀、電子管插座、汽車點火器等。 以石棉為填料的塑料粉可用于制造電爐、電熨斗等設(shè)備上的耐熱絕緣部件。 以玻璃布、石棉

15、布等為填料的層狀塑料的可用于制造軸承、齒輪、帶輪、各種殼體等,環(huán)氧塑料（EP-epoxy plastics,環(huán)氧塑料是以環(huán)氧樹脂為基，加入填料及其它添加劑 而制成。樹脂中每個分子含有 兩個或兩個以上環(huán)氧基團(tuán),1） 環(huán)氧樹脂,環(huán)氧樹脂中最常用的是雙酚A型環(huán)氧樹脂,n07,其中，R為,塑料制品的成形工藝,將塑料原料放入成型 模加熱熔化，加壓，使塑 料充滿整個型腔，同時發(fā) 生交聯(lián)反應(yīng)而固化。 模壓成型主要用于熱固性塑料，適用于形狀復(fù)雜或帶有復(fù)雜嵌件的制品，但生產(chǎn)率低、模具成本較高,模壓成形,將塑料原料在注射機(jī)料筒內(nèi)加熱熔化，通過推桿或螺桿向前推壓至噴嘴，迅速注入封閉模具內(nèi)，冷卻后即得塑料制品,注射成

16、型,主要用于熱塑性塑料。能生產(chǎn)形狀復(fù)雜、薄壁、嵌 有金屬或非金屬的塑料制品,擠出成型,將原料在料筒中加熱至流動狀態(tài)，同時通過螺桿向 前推壓至機(jī)頭，通過不同形狀和結(jié)構(gòu)的口模連續(xù)擠出， 獲得不同形狀的型材，如管、棒、帶、絲、板等,擠出成形的生產(chǎn)效率高，可自動化連續(xù)生產(chǎn)，一般 使用熱塑性塑料作原料,吹塑成形,熔融態(tài)的塑料坯通過擠出機(jī)或注射機(jī)擠出后，置于 模具內(nèi)，用壓縮空氣將此坯料吹脹，使其緊貼模內(nèi)壁成 型而獲得中空制品,吹塑成型還 可以用壓縮空 氣將型坯連續(xù) 吹脹成薄膜,真空成形（吸塑成形,將熱塑性塑料板（片）材置于模具上，四周加緊并 加熱；待塑料進(jìn)入高彈態(tài)后，對模腔抽真空，使板材在 大氣壓作用下緊

17、貼模腔內(nèi)壁，冷卻后硬化成形,抽真空前,抽真空后,澆注成形,又稱澆塑法，根據(jù)澆注方式的差異可分為靜態(tài)鑄型 、嵌鑄型和離心鑄型等。 在液態(tài)樹脂中加入適量固化劑，然后澆入模具型腔 中，在常壓或低壓及常溫或適當(dāng)加熱條件下固化成型。 此法主要用于生產(chǎn)大型制品，設(shè)備簡單，但生產(chǎn)率低,第二節(jié) 橡 膠,橡膠是以高分子化合物為基礎(chǔ)的、具有良好高彈性 的材料。以生膠為原料加入適量配合劑而形成的高分子 彈性體,橡膠的組分,橡膠是以生膠為主要成分，添加各種配合劑和增強 材料制成的,用來改善橡膠的某些性能。常用配合劑有硫化劑、硫化促進(jìn)劑、活化劑、填充劑、增塑劑、防老化劑、著色劑等,硫化劑: 用來使生膠的結(jié)構(gòu)由線型轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

18、交聯(lián)體型結(jié)構(gòu)，從而具有一定強度、韌性、高彈性。 常用硫化劑有硫磺和含硫化合物，有機(jī)過氧化物，胺類化合物、樹脂類化合物、金屬氧化物等,配合劑,活化劑：用來提高促進(jìn)劑的作用。 常用活化劑有氧化鋅、氧化鎂、硬酯酸等,硫化促進(jìn)劑: 縮短硫化時間，降低硫化溫度，改善橡膠性能。 常用促進(jìn)劑有二硫化氨基甲酸鹽、黃原酸鹽類、噻唑類、硫脲類和部分醛類及醛胺類等有機(jī)物,填充劑： 用來提高橡膠的強度、改善工藝性能和降低成本。 用于提高性能的填充劑稱為補強劑，如炭黑、二氧化硅、氧化鋅、氧化鎂等；另外還有用于降低成本的填充劑，如滑石粉、硫酸鋇等,增塑劑： 用來增加橡膠的塑性和柔韌性。 常用增塑劑有石油系列、煤油系列和松

19、焦油系列增塑劑,防老劑：用來防止或延緩橡膠老化。 主要有石蠟、胺類和酚類防老劑,生膠流動溫度高、粘度大，它與各種配合劑的混合， 需要通過塑煉和混煉來實現(xiàn),混 合,2） 混 煉,將塑煉后的生膠和配合劑混合均勻的過程。 混煉的加料順序是：塑煉膠、防老劑、填充劑、增塑 劑、硫化劑及硫化促進(jìn)劑等?；鞜挄r要注意嚴(yán)格控制溫度 和時間。 常用的混煉機(jī)有密煉機(jī)和開煉機(jī)，通常聯(lián)合使用,開煉后的狀態(tài),2）注射法： 與熱固性塑料注射成形類似,成 形,大多數(shù)橡膠制品都是被加熱到硫化溫度以上，在模具中成形,1）模壓法： 將預(yù)壓好或經(jīng)稱重的型坯直接放入模腔，合模加 熱加壓，使產(chǎn)品硫化直至定型,常見橡膠,天然橡膠,具有較高

20、的彈性、較好的力學(xué)性能、良好的電絕緣 性及耐堿性。主要用于制造輪胎、膠帶、膠管等,由丁二烯聚合而成。其彈性、耐磨性、耐熱性、耐寒 性均優(yōu)于天然橡膠，是制造輪胎的優(yōu)良材料。缺點是強 度較低，加工性能差、抗撕性差,順丁橡膠,由丁二烯與丙烯睛聚合而成。其耐油性好，耐熱、耐 燃燒、耐磨、耐堿、耐有機(jī)溶劑。缺點是耐寒性差，其脆 化溫度為-10-20,丁腈橡膠,以碳原子為主鏈，含有氟原子的聚合物。其化學(xué)穩(wěn)定 性高、耐蝕性能居各類橡膠之首，耐蝕性好，最高使用溫 度為300。主要用于國防和高技術(shù)中的密封件,氟橡膠,苯乙烯和丁二烯的三嵌段共聚物。分子鏈的兩端是柔性較小的聚苯乙烯段，中間是柔性很好的聚丁二烯。兼有

21、硫化橡膠和熱塑性橡膠的優(yōu)點。 強度高，彈性好，可反復(fù)回收利用,SBS熱塑彈體,第三節(jié) 合成纖維,凡能保持長度比本身直徑大100倍的均勻條狀或絲狀 的高分子材料均稱纖維。 它可分為天然纖維和化學(xué)纖維。 化學(xué)纖維又可分為人造纖維和合成纖維。人造纖維 是用自然界的纖維加工制成，如：“人造絲”、“人造棉”。 合成纖維是以石油、煤、天然氣為原料制成的，它發(fā)展 很快,1）滌綸 即聚酯纖維，又叫的確良，具有高強度、耐磨、耐腐 蝕，易洗快干等優(yōu)點，是很好的衣料纖維。 2）尼龍 即聚酰胺，又稱棉綸，其強度大、耐磨性好、彈性較 好，主要缺點是耐光性差。 3）腈綸 即聚丙烯腈，有人造羊毛之稱,4）維綸 性能與棉花相似，且強度高，缺點是彈性差，織物 易皺。 5）丙綸 即聚丙烯，以輕、牢、耐磨著稱，缺點是可染性較 差，且曬易老化。 6）氯綸 難燃、保暖、耐曬、耐磨、彈性好，但染色性差， 熱收縮大，限制了它的應(yīng)用,第四節(jié) 膠 粘 劑,膠粘劑是把兩個固體表面粘合在一起，并且在膠接 面處具有足夠強度的物質(zhì)；以各種樹脂、橡膠、淀粉等為