2.第二章 塑料、橡膠和復(fù)合材料

1、第二章 塑料、橡膠和復(fù)合材料高分子材料包括塑料、橡膠、纖維、膠粘劑和涂料等，其中塑料、合成纖維和合成橡膠被稱為現(xiàn)代高分子三大合成材料，塑料占總量的80。而在塑料中占80的是通用高分子，包括聚乙烯、聚丙烯以及聚氯乙烯與聚苯乙烯。塑料、橡膠與纖維三大合成高分子已經(jīng)成為工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中必不可少的重要材料。塑料中的專業(yè)術(shù)語B階熱固性樹脂固化中的中間階段，在這一階段，樹脂受熱并發(fā)生流動，因而可在所需形狀下最終固化pH值一種溶液酸性和堿性狀態(tài)的度量，pH值是7是中性的（蒸餾水），pH值低于7時隨著pH值趨于0酸性變大；pH值大于7時隨著pH值趨于14堿性增大表面電阻率材料表面的單位正方形兩個對邊之間的

2、電阻，可能由于測量條件的不同變化較大玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度材料失去其玻璃態(tài)性能而變成半液態(tài)的溫度觸變描述材料在靜止時呈凝膠狀而攪拌時呈液態(tài)的行為催化劑這種化學(xué)物質(zhì)可以引起或加速樹脂固化但并不成為最終產(chǎn)物的一個化學(xué)組成部分彈性模量材料在彈性變形狀態(tài)下，應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系電容當(dāng)導(dǎo)體之間存在電位差時，導(dǎo)體和介電體的系統(tǒng)儲存電的能力。它的數(shù)值表示為電量與電位差的比值，并且始終是正值電阻率材料抵抗電流通過其本體或表面流過的能力。體積電阻率的單位是：歐姆.厘米；面積電阻率的單位是：歐姆介電常數(shù)又稱介電系數(shù)或電容率，它指單位電位梯度下決定介電材料每單位體積儲存靜電能的性能介電強(qiáng)度絕緣材料在發(fā)生電擊穿前所能經(jīng)受的電壓，

3、通常表示為電壓梯度（如伏每密爾，V/mil）晶態(tài)熔點(diǎn)材料中的晶態(tài)結(jié)構(gòu)破壞的溫度聚合使兩種或兩種以上同種單體或聚合物進(jìn)行化學(xué)結(jié)合形成一個具有更高分子量的分子的過程抗彎模量在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與相應(yīng)應(yīng)變的比模塑通過壓縮模塑、傳遞模塑、注射模塑或某些其他的壓力工藝形成塑料制品熱導(dǎo)率材料導(dǎo)熱的能力，是當(dāng)單位正方體材料的兩個面溫度差1時，在單位時間內(nèi)通過其熱量的物理常數(shù)熱固性樹脂是一類加熱時通過化學(xué)反應(yīng)發(fā)生固化，而固化后不能靠加熱重新軟化的樹脂熱塑性樹脂是一類易于軟化且重復(fù)加熱后又重新軟化的樹脂，其硬化是通過冷卻實(shí)現(xiàn)的溶劑溶解其他物質(zhì)的液態(tài)物質(zhì)1.介電強(qiáng)度：是指給介質(zhì)施加電壓后,當(dāng)電壓超過某一極限值時,通過

4、電介質(zhì)的電流急劇增加,電介質(zhì)的介電性能被破壞,這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)擊穿,這時的電壓稱為擊穿電壓,相應(yīng)的電場強(qiáng)度稱為電介質(zhì)介電強(qiáng)度2.電阻率(1)定義或解釋：電阻率是用來表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量。某種材料制成的長1米、橫截面積是1平方毫米的導(dǎo)線的電阻，叫做這種材料的電阻率。(2)單位：國際單位制中，電阻率的單位是歐姆米，常用單位是歐姆平方毫米/米。(3)說明：電阻率不僅和導(dǎo)體的材料有關(guān)，還和導(dǎo)體的溫度有關(guān)。在溫度變化不大的范圍內(nèi)，：幾乎所有金屬的電阻率隨溫度作線性變化，即=0(1+at)。式中t是攝氏溫度，0是O時的電阻率，a是電阻率溫度系數(shù)。由于電阻率隨溫度改變而改變，所以對于某些電器的電阻

5、，必須說明它們所處的物理狀態(tài)。如一個220 V，100 W電燈燈絲的電阻，通電時是484歐姆，未通電時只有40歐姆左右。電阻率和電阻是兩個不同的概念。電阻率是反映物質(zhì)對電流阻礙作用的屬性，電阻是反映物體對電流阻礙作用的屬性。高分子材料的主要優(yōu)點(diǎn)有：(1)常用高分子材料的分子量在幾百到幾百萬之間高分子量使它通常都是固體物質(zhì)，與同等密度的天然物質(zhì)相比具有了較高的強(qiáng)度，從而可以作為工業(yè)材料使用。而且有很多高分子材料不僅僅是聚合長鏈，各鏈間能輕易發(fā)生交聯(lián)形成三維空間的巨大網(wǎng)狀分子，具有較高強(qiáng)度。(2)高分子材料都是由小分子物質(zhì)聚合而成，因此我們可以對材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與綜合。(3)通過各種手段使高分子或

6、高分子單體與其它物質(zhì)相互作用后產(chǎn)生物理變化或化學(xué)變化，從而使高分子化合物成為能完成特殊功能的功能高分子材料。這些功能高分子材料主要包括：物理功能高分子材料，如導(dǎo)電高分子、高分子半導(dǎo)體、光導(dǎo)電高分子、壓電及熱電高分子、磁性高分子、光功能高分子、液晶高分子和信息高分子材料等?；瘜W(xué)功能高分子材料，如反應(yīng)性高分子、離子交換樹脂、高分子分離膜、高分子催化劑以及高分子試劑及人工臟器等。此外還有生物功能和醫(yī)用高分子材料，如生物高分子、模擬酶、高分子藥物及人工骨材料等。 1.聚酰亞胺聚酰亞胺的主鏈結(jié)構(gòu)含有芳環(huán)和雜環(huán)，使得其耐高溫性能好。聚酰亞胺有一系列非常好的綜合性能，特別是在200260高低溫下具有突出的力

7、學(xué)性能、電絕緣性、耐磨性、耐輻照以及在高真空下難揮發(fā)性，以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性和粘結(jié)性等。聚酰亞胺是性能優(yōu)異的高溫膠粘劑，使用溫度在200以上，也能很好地粘結(jié)玻璃、硼、金剛石、鋁、鈷、鋼、石墨和石英等；另外，聚酰亞胺還可制薄膜、絕緣漆、模壓制品等，是電子工業(yè)中常用的絕緣、膠粘材料.2.聚酯樹脂聚酯薄膜具有良好的電學(xué)性能和機(jī)械性能，被廣泛用于電子工業(yè)中。如制造小型電機(jī)的槽絕緣，可代替漆布，減薄了絕緣厚度，縮小了電機(jī)尺寸；聚酯薄膜還可以用來制造壓敏帶、薄膜繞包線等，可用于小型電容器、變壓器與其它電器中。此外還廣泛用于制造錄音帶、感光膠片等。下面介紹常見的幾種聚酯：樹脂：聚對苯二甲酸乙二酯(PET)除

8、可制成薄膜外，還可用于聚酯纖維與聚酯非織布的制造。聚對苯二甲酸可二酯(PBT)制品也可用于電氣與電子工業(yè)的絕緣材料。聚萘二甲酸乙二酯(PEN)是一種結(jié)晶的熱塑性聚合物，熔點(diǎn)高達(dá)273，它的抗拉強(qiáng)度很高，能耐沸水的作用，在熱的酸性或堿性介質(zhì)中部是穩(wěn)定的?？梢杂脕碇圃毂∧?，用作電器絕緣材料。 3.聚碳酸酯聚碳酸酯是具有線性結(jié)構(gòu)的熱塑性樹脂，相對分子質(zhì)量可達(dá)280020000。分子對稱性較好，有一定柔曲性，故可以形成結(jié)晶。它是透明、強(qiáng)度高、具有耐熱性的塑料，可在130下長期工作，是熱塑性樹脂中較為突出者。尤其是沖擊強(qiáng)度大，抗蠕變性能好，甚至在120下仍保持其強(qiáng)度。因此，其作為工業(yè)用塑料而被廣泛應(yīng)用.

9、聚碳酸酯薄膜具有高的電氣強(qiáng)度，介電性能隨溫度、頻率變化小，耐水性也較好。這種薄膜可作電磁線絕緣。它可用一般熱塑性樹脂加工成型的方法如注塑、擠塑、吹塑等加工制造一些電器與電子零件，也可用來制造機(jī)械與汽車零件，更可制造澆注絕緣制品，如澆注電纜接頭和端部封閉。聚碳酸酯耐化學(xué)藥品性稍低，不耐堿、強(qiáng)酸和芳香烴。4.聚氯乙烯聚氯乙烯(PVC)是由氯乙烯聚合而得的塑料，通過加入增塑劑，其硬度可大幅度改變。用聚氯乙烯制成的硬質(zhì)制品，有較高的機(jī)械強(qiáng)度，特別是沖擊韌度優(yōu)異，因此可用作結(jié)構(gòu)材料。它的介電性能優(yōu)異，因而也是良好的絕緣材料。聚氯乙烯軟制品廣泛用于電線電纜。根據(jù)不同的使用條件，改變各組分的品種及其用量，可

10、以制成各種電線電纜用的軟聚氯乙烯塑料。聚氯乙烯電線電纜用塑料，按用途不同可分護(hù)套電纜材料和絕緣級電纜材料。對于絕緣級的聚氯乙烯塑料，豐要用于直接包覆導(dǎo)線表面。對于電纜護(hù)套用的聚氯乙烯塑料，主要用于電纜的外部保護(hù)。5.聚四氟乙烯聚四氟乙烯為代表性的氟樹脂具有優(yōu)異的耐熱性(260)、耐冷件(260)，可在場250下長期使用，承受高溫和高溫氧氣的腐蝕；也可在300下可短期工作；在很低的溫度下(200)脆性很小，具有優(yōu)良的韌性，可在195下應(yīng)用。聚四氟乙烯化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定具有極好的耐化學(xué)藥品性，是任何溶劑(如氫氟酸、發(fā)煙硫酸、濃堿、王水等)都不能溶解或溶脹的，在煮沸的情況下也不能與之發(fā)生作用，有“塑料王”

11、之美稱。僅熔融堿金屬能與之發(fā)生作用。聚四氟乙烯在壓力作用下變形極小，且不受溫度的影響摩擦系數(shù)極低(為0.01)，自潤滑性很好。另外，聚四氟乙烯的介電性能也很好。因此，用聚四氟乙烯作絕緣的電線電纜，可在高溫、高濕、低溫等惡劣條件下以及化工廠中長期使用，也可用于高壓電器設(shè)備及高頻絕緣和電線電纜絕緣。其缺點(diǎn)是不能用通常的加工方法加工，價格高。 熱固性塑料可以比熱塑性塑料在更高的溫度下工作。聚合物的交聯(lián)或固化反應(yīng)是一種放熱過程，需要控制溫度的升高以防止反應(yīng)失控，同時聚合物的體積會收縮，此時可以通過加入填料或增強(qiáng)纖維或織物加以控制其收縮率。環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂(EP)是用固化劑固化的熱固性塑料，通過醚鍵連接

12、各單體。它的粘接性極好，電學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，機(jī)械性質(zhì)也良好。環(huán)氧樹脂的主要用途是作金屬防蝕涂料和粘接劑，常用于印刷線路板和電子元件的封裝。對于電子工業(yè)來說環(huán)氧樹脂舉足輕重。橡膠在電子工業(yè)中的應(yīng)用較少，塑料由樹脂和添加劑組成。樹脂又分為天然樹脂和合成樹脂兩種，目前合成樹脂是應(yīng)用的主要原料，其主要來源是石油。1.模具 2.噴嘴 3.加熱器 4.螺桿 5.料筒 6.料斗 7.螺桿傳動裝置 8.注射液壓缸 9.行程開關(guān)1.注射成形2.擠出成形1.擠出機(jī) 2.機(jī)頭 3.冷卻定型裝置 4.牽引裝置 5.切斷器 6.卸料槽3.壓縮成形（壓塑或壓制成形）1.上凸模固定板 2.上凸模 3.凹模 4.下凸模 5.下凸模

13、固定板 6.墊板4.壓注成形 （傳遞成形）1.柱塞 2.加料腔 3.上模板 4.凹模 5.型芯 6.型芯固定板 7.墊板所有聚合物的加工步驟都包括把聚合物加熱使其軟化，迫使軟化的聚合物進(jìn)入或通過模具以使其成形，然后將熔融的聚合物冷卻或固化成最終的形狀。（有些聚合物可能是液態(tài)的）1.層壓板大多數(shù)印制電路板（PWB）都是由增強(qiáng)型的熱固性樹脂制造的。層壓板是通過把紡織的增強(qiáng)材料浸在通常溶在溶劑中的液態(tài)樹脂中，加熱浸過的纖維以去除溶劑，并使樹脂的固化達(dá)到“B階”，這樣材料在室溫下是剛性的，并容易處理。這稱為“預(yù)浸料”2.粘接劑在電子工業(yè)中使用的粘接劑具有與電性能或熱力學(xué)性能相關(guān)的多種要求。一般需要和被

14、粘接材料具有合適的熱膨脹系數(shù)以及良好的力學(xué)吸附作用。3.有機(jī)涂層把涂料涂覆到各種基體上，主要是防止基體受到外界環(huán)境或異常沖擊的影響。根據(jù)具體器件的工作環(huán)境，涂層除了易于涂覆之外，還需要相應(yīng)的物理、化學(xué)和電性能的優(yōu)良特性。保形涂層主要材料類型有：丙烯酸、聚氨脂、環(huán)氧樹脂、硅橡膠、聚酰亞胺等。4.高分子絕緣材料：高分子絕緣材料根據(jù)用途可分為電工絕緣材料和電子絕緣材料兩大類。電工絕緣材料：主要用于電機(jī)、電器，如在發(fā)電機(jī)、電動機(jī)中作電樞槽楔、定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組的絕緣。按形狀分為 6類：絕緣漆、樹脂液和膠粘劑類。例如絕緣浸漬漆、硅鋼片漆、漆包線漆、灌封樹脂液和多種膠粘劑等常用的有環(huán)氧樹脂、聚酯、聚氨酯、

15、有機(jī)硅樹脂、聚酰亞胺醇酸樹脂等。浸漬纖維制品類。如以樹脂浸漬各類棉、絲、合成纖維和玻璃纖維或織物所得的絕緣布、帶等制品。層壓制品類。各種有機(jī)或無機(jī)底材浸漬樹脂后的層壓材料制品，如多種層壓板。塑料制品類。由樹脂中添加各種有機(jī)或無機(jī)填料制得，如電視機(jī)殼，儀器、儀表外殼，電器開關(guān)接插件外殼等。薄膜、合成紙及其復(fù)合制品類。例如各種高分子薄膜電容器介質(zhì)材料，常用的有聚苯乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚酰亞胺等薄膜；各種合成纖維絕緣紙，如芳香族聚酰胺纖維紙、聚酯纖維紙；各種絕緣膠粘帶、絕緣膠布等。橡膠制品類。例如各種電線電纜絕緣層與護(hù)套、熱收縮管、硅橡膠絕緣端子等。電子絕緣材料：主要用于半導(dǎo)體元器件及其電子設(shè)備的絕緣保護(hù)。印刷電路版，即覆銅箔版。底材為樹脂層壓板者，