第四章 塑料橡膠纖維

第四章塑料、橡膠、纖維*2本次課基本內(nèi)容：1、塑料的發(fā)展概況、定義和分類2、塑料性能;3、塑料的應(yīng)用領(lǐng)域;4、本課程的主要內(nèi)容和要求;5、聚乙烯種類、性能與應(yīng)用領(lǐng)域；6、聚乙烯簡(jiǎn)單識(shí)別學(xué)習(xí)目的及要求：了解塑料塑料的性能與應(yīng)用領(lǐng)域，聚乙烯種類、應(yīng)用與識(shí)別。本章重點(diǎn)：1.

塑料的定義2.

塑料性能3.應(yīng)用領(lǐng)域。學(xué)習(xí)方法：掌握基本的、重點(diǎn)的內(nèi)容，多聯(lián)系實(shí)際。。

第一部分塑料*3

人類社會(huì)的進(jìn)步與材料的使用密切相關(guān)。人類要生存、要發(fā)展就離不開(kāi)材料的使用。從石器時(shí)代、銅器和鐵器時(shí)代發(fā)展到今天，人類使用的材料主要有四大類，即木材、硅酸鹽（水泥、陶瓷）、鋼鐵、塑料。其中塑料是20世紀(jì)才發(fā)展起來(lái)的一大類新材料。塑料是高分子材料中最大的一類材料，目前世界高分子材料的年產(chǎn)量中，塑料約2

億噸，合成纖維約0.5億噸，合成橡膠約0.2

億噸，

人類在遠(yuǎn)古時(shí)期已經(jīng)開(kāi)始使用天然高分子材料，并逐步學(xué)會(huì)對(duì)它們的加工。如用蠶絲、棉、毛織布，用木材、棉、麻造紙。19世紀(jì)30年代末開(kāi)始了對(duì)天然高分子的化學(xué)改性，如對(duì)天然橡膠的硫化，纖維素的硝化成為第一個(gè)塑料品種，方法是用硝酸將纖維素硝化，用樟腦作增塑劑制得硝酸纖維素塑料，俗稱賽璐珞。1907年人工合成了第一個(gè)高分子材料——酚醛樹(shù)脂（苯酚、甲醛路線）。

前言*4

塑料定義：從廣義上來(lái)說(shuō)：凡能夠塑成一定形狀的材料，或者是在一定溫度或壓力條件下，能夠流動(dòng)的材料(如：石墨、玻璃、銅、鋁等)都可稱為“塑料”。狹義上來(lái)說(shuō)：一般是指以合成樹(shù)脂為基本成分的高分子有機(jī)化合物，在一定條件(如溫度、壓力等)可塑成一定形狀的、并且在常溫下保持形狀不變的材料。

多數(shù)塑料是以合成樹(shù)脂為基礎(chǔ)，并根據(jù)用途的不同，添加不同的助劑，如：填料、增塑劑、抗氧劑、抗靜電劑、爽口劑等。

*5塑料的分類

1.2.1塑料的種類很多，基本可分為十八大類樹(shù)脂，二百多個(gè)品種，（有資料介紹有300多品種），但其中常用的品種有二十幾種。各有其特殊的物理、化學(xué)、電和機(jī)械等性能。分類方法有兩種：

a根據(jù)塑料受熱后的變化分為：熱塑性塑料和熱固性塑料。

b根據(jù)塑料的組分性質(zhì)分為：纖維素塑料、蛋白質(zhì)塑料和合成樹(shù)脂塑料。1.2.2熱塑性塑料

熱塑性塑料，是以熱塑性樹(shù)脂為基本成分的塑料。這種塑料主要具有鏈狀的線性結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是受熱后發(fā)生物態(tài)變化，由固體軟化或熔融成粘流體狀，在壓力的作用下，可塑成所需要的形狀，在常溫下不變形，但加熱后可軟化，這個(gè)過(guò)程可以反復(fù)多次塑制，而塑料分子結(jié)構(gòu)并不發(fā)生變化。如：聚乙烯、尼龍等。塑料軟包裝用的基材屬于此類*6塑料的分類熱固性塑料

熱固性塑料是以熱固性樹(shù)脂為基本成分的塑料。成形后具有網(wǎng)狀的體型結(jié)構(gòu)，受熱后不再軟化，強(qiáng)熱后會(huì)分解破壞，不能反復(fù)塑制。如：酚醛塑料、氨基塑料等。其中松香改性酚醛樹(shù)脂，可以制造亮光油墨和鉛印油墨。纖維素塑料

纖維素塑料是以纖維素的衍生物為基本成分的塑料。如：硝酸纖維(素)塑料，醋酸纖維(素)塑料，乙基纖維(素)塑料等。包裝印刷常用的玻璃紙、攝影膠片、制版用的軟片等皆屬于這類塑料。

*7塑料的分類蛋白質(zhì)塑料蛋白質(zhì)塑料是以蛋白質(zhì)為基本成分的塑料。如：大豆蛋白質(zhì)塑料等。常用于制成玩具或和其它塑料并用作為改性劑。合成樹(shù)脂塑料合成樹(shù)脂塑料，即合成樹(shù)脂，又稱人造樹(shù)脂。是由單體經(jīng)聚合而成的樹(shù)脂，種類很多。有的能溶于水或有機(jī)溶劑介體。有的加熱軟化。有的受熱后變?yōu)椴蝗懿蝗蹱顟B(tài)，根據(jù)化學(xué)組成分為；乙烯基樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂等。各有其物理、化學(xué)和電性能，上列樹(shù)脂是制造塑料包裝印刷用薄膜和塑料油墨的重要原料。*8什么是工程塑料？工程塑料是指具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、剛性、耐沖擊等物理性能，可以代替金屬材料應(yīng)用于各種工程機(jī)械設(shè)備上的一種塑料。如尼龍、聚碳酸酯、聚醚酮等。這類塑料有的也是制作高強(qiáng)度的包裝材料。什么特種塑料？

特種塑料是指具有某一特性特別優(yōu)良的塑料。如：能耐500℃以上高溫的，或者能在一100℃以下低溫寒冷條件下使用的，或者能應(yīng)用于高能射線幅照強(qiáng)環(huán)境中使用的塑料。近年，國(guó)際上研究的塑料包裝材料，能夠抑制熱、聲、光、靜電、電磁技能量穿透的塑料，也屬于特種塑料。什么是聚烯烴塑料?聚烯烴塑料是烯烴類聚合物的總稱。烴類是含有元素種類最少的有機(jī)化合物，由碳和氫兩種元素組成。種類繁多，有廣泛的天然資源。如：天然氣、石油分餾產(chǎn)物、煤干餾產(chǎn)物、天然橡膠等的主要成分都屬于烴類。烴類塑料如聚乙烯、聚丙烯等是塑料包裝印刷用量最多的塑料。塑料的分類*92塑料的特點(diǎn)2.1質(zhì)輕、比強(qiáng)度高一般在0.9~2.3之間，有些增強(qiáng)塑料的比強(qiáng)度接近或超過(guò)鋼材，例如玻璃鋼。2.2優(yōu)質(zhì)的電絕緣性能幾乎所有的塑料都具有優(yōu)異的電絕緣性能。尼龍等例外。2.3優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性能一般塑料對(duì)酸堿等化學(xué)藥品均有良好的耐腐蝕能力，特別是聚四氟乙烯的耐腐蝕性比黃金還好，甚至能耐“王水”腐蝕，稱為“塑料王”。3.4減摩、耐磨性能好。3.5透光及防護(hù)性能多數(shù)塑料為透明或半透明，其中PS、PMMA為典型的代表。3.6減震、消音性能。3.7加工性能良好3.8不足：耐熱性比金屬差，熱膨脹系數(shù)比金屬大3~5倍，易蠕變、老化等。2塑料的特點(diǎn)*103塑料的應(yīng)用領(lǐng)域3.1農(nóng)業(yè)①薄膜：地膜、大棚膜：育苗，蔬菜，養(yǎng)殖②管材和管件：灌溉，自來(lái)水供水③網(wǎng)：養(yǎng)殖，育苗，運(yùn)動(dòng)草皮，沙漠綠化3.2包裝：用途廣泛①

包裝容器，代替金屬、陶瓷、玻璃、木材等②

保鮮軟裝罐頭、果汁、化裝品③

防震：PS、PU、PE泡沫塑料④

日常包裝：袋，編織袋，捆扎繩，打包帶3.3交通運(yùn)輸：主要用于汽車、輪船的零部件及裝修上（比強(qiáng)度大）3.4電氣工業(yè)：電線、電纜、錄音機(jī)、錄像機(jī)、電視機(jī)等3.5化學(xué)工業(yè)：塑料容器和管道、耐腐蝕

*113.6儀表工業(yè)：制造輔件3.7建筑工業(yè)：化學(xué)建材，代替木材，水泥磚瓦，頂棚，地板3.8航空材料：飛機(jī)上用塑料件，減輕重量3.9國(guó)防與尖端工業(yè)：衛(wèi)星、火箭及原子能工業(yè)中做燒蝕材料、耐腐蝕材料，武器中做零部件，塑料地雷，隱身飛機(jī)3.10家具：桌椅3.11體育用品和日用品：釣魚(yú)竿、梳子、玩具、餐具、盆、筐、鞋、衣、塑料跑道、體育器械等。

3.12醫(yī)療衛(wèi)生：一次性注射器，輸液器，人造骨骼及氣管、血管等。

3塑料的應(yīng)用領(lǐng)域*12通用塑料1.聚乙烯（HDPELDPELLDPEUHMWPECPEVLDPEULDPEmPE)。2.聚氯乙烯（PVC）（懸浮聚合、乳液聚合）3.聚丙烯（全同、簡(jiǎn)同、無(wú)規(guī)）（PP-RPP-HPP-B)4.聚苯乙烯（GPSHIPSEPS)5.ABS(苯乙烯類聚合物）*13工程塑料1.聚酰胺（PA6PA66PA1010PA11PA12MC2.聚酯樹(shù)脂（PETPBT)3.聚碳酸酯（PC)4.聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)5.聚氨酯（PU)6.POM*14熱固性塑料酚醛塑料（PF）:電絕緣、耐熱性、耐酸性好，用于電器通信、涂料、膠粘劑。氨基塑料：電絕緣、耐熱性、耐酸性好，用于絕緣材料、餐具等。環(huán)氧樹(shù)脂（EP）：粘接效果、電絕緣性、耐藥性好，用于粘合劑、涂料、電絕緣材料。脲醛（UF）:無(wú)色、著色容易，似酚醛，用于罩、按鈕、涂料。三聚氰胺：硬度大，耐磨性、阻燃性、耐水性好。用于裝飾板、強(qiáng)化地板、電器零件、涂料。

*15特種工程塑料普通雙酚A型聚砜聚砜（PSU）

改性聚砜（雙酚A與PMMA及ABS共聚物）

非雙酚A性聚砜（或稱聚苯醚砜）

聚醚砜（又稱聚芳醚）

聚酰亞胺（PI）聚苯醚（PPO）

聚苯硫醚（PPS）

聚醚酮PEK聚芳醚酮

聚醚酮銅（PEKK）

聚醚醚酮（PEEK）聚四氟乙烯(PTFE)夜晶聚合物（LCP）*16助劑1.增塑劑（DOP

DBP氯化石蠟

環(huán)氧大豆油

偏苯三酸三辛酯

單脂肪酸甘油酯

癸二酸二辛酯

己二酸二辛酯

油酸甲酯

對(duì)苯二甲酸二辛酯

癸二酸二丁酯

）2.穩(wěn)定劑（熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、光穩(wěn)定劑）3.潤(rùn)滑劑4.著色劑5.阻燃劑6.發(fā)泡劑7.抗靜電劑8.偶聯(lián)劑、增強(qiáng)劑、相容劑9.填料*17聚乙烯PE聚乙烯是世界塑料品種中產(chǎn)量最大的品種，應(yīng)用廣泛，約占世界塑料總產(chǎn)量的四分之一，目前聚乙烯的產(chǎn)量已達(dá)到四千多萬(wàn)噸，已有60多年的工業(yè)化歷史，其中我國(guó)2006年的聚乙烯產(chǎn)量為700萬(wàn)噸，其原料豐富，價(jià)格便宜，容易成型加工，性能優(yōu)良。聚乙烯根據(jù)合成的單體、方法、路線的不同可分為低密度聚乙烯，高密度聚乙烯和線性低密度聚乙烯等品種，下面簡(jiǎn)單介紹其合成路線，基本性質(zhì)，成型加工性能，改性狀況及用途。*181聚乙烯的生產(chǎn)1.1聚乙烯的品種第一代聚乙烯：低密度聚乙烯（LDPE）Low-DensityPolyethylene也叫做高壓聚乙烯。是由濃度為99.95%的乙烯單體經(jīng)高壓(100～300MPa),200～300℃)自由基聚合而成，密度較低，為0.91-0.93g/cm3。第二代聚乙烯：高密度聚乙烯（HDPE）high-DensityPolyethylene也叫低壓聚乙烯，是由濃度為99.95%的乙烯單體經(jīng)低壓(2～5MPa,85～100℃)聚合而成，按離子聚合反應(yīng)歷程進(jìn)行。密度較高，為0.93-0.965克/立方厘米。第三代聚乙烯：線性低密度聚乙烯（LLDPE）Linelow-DensityPolyethylene樹(shù)脂，是乙烯與少量的α烯烴共聚（約含量8%），形成在線性乙烯主鏈上，帶有非常短小的共聚單體支鏈的分子結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)與HDPE相似，密度與LDPE相似。中壓條件下合成（≤10MPa)第四代聚乙烯：很低密度聚乙烯（VLDPE）Verylow-DensityPolyethylene和超低密度聚乙烯（ULDPE）Ultralow-DensityPolyethylene，VLDPE采用和LLDPE相似的聚合反應(yīng)機(jī)理，無(wú)長(zhǎng)支鏈，均為線型結(jié)構(gòu)，它是由乙烯與丁烯或其他碳原子較多的α烯烴單體共聚而成。而ULDPE是采用辛烯作為共聚單體的。這兩種樹(shù)脂的突出特點(diǎn)是密度低，有更大的柔性、韌性和耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性，

聚乙烯*191.2LDPE與HDPE的區(qū)別：

LDPE：結(jié)晶度為65%左右，分子結(jié)構(gòu)不規(guī)整，支鏈多而長(zhǎng)，大分子排列不緊密、密度低0.91～0.925，結(jié)晶度低，半透明，質(zhì)軟。HDPE：結(jié)晶度為85～95%左右，分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，支鏈少而短，大分子排列緊密，密度較高0.93～0.965，結(jié)晶度高，不透明，力學(xué)性能較LDPE高，但沖擊及斷裂伸長(zhǎng)率等較差一些。*201.3聚乙烯樹(shù)脂的分類、型號(hào)和命名GB1845-80

①

以20℃的聚乙烯樹(shù)脂的密度分為五類1.ρ≤0.9222、0.923~0.9323、0.933~0.9464、0.947~0.9565、ρ≥0.957②

按產(chǎn)品用途分為十二類B、中空成型C、涂層E、通用擠塑F、薄膜I、注射J、電纜護(hù)套K、電纜絕緣L、單絲P、管材S、粉末成型Y、扁帶T、特殊用途③

按熔體流動(dòng)速率大小分為十八類：略④

根據(jù)改性情況分為兩類A：本色，沒(méi)有添加劑、填料或只有為了保證造粒、貯存所必須數(shù)量的添加劑。B：為滿足各種用途和改性要求而加入規(guī)定的添加劑體系，填料或顏色。⑤

乙烯共聚物用C表示，乙烯混合物用D表示。例如：4B0.4BC，密度為0.947~0.956g/cm3范圍，中空成型用，熔體流動(dòng)速率范圍0.35~0.43g/10分，加有添加劑的共聚物的聚乙烯樹(shù)脂

*212聚乙烯性能

2.1簡(jiǎn)單識(shí)別

聚乙烯為乳白色半透明，有蠟狀滑膩感，敲擊聲音綿軟，燃燒容易，離火后繼續(xù)燃燒；火焰頂端黃色，底部藍(lán)色（藍(lán)芯），無(wú)煙，火焰熄滅后，白煙，氣味是類似石蠟氣味，熔融滴落。2.2化學(xué)穩(wěn)定性較好，能耐一般酸、堿、鹽的腐蝕，但不耐發(fā)煙硫酸、濃硝酸。

常溫下無(wú)溶劑，強(qiáng)化條件下，可溶于二甲苯（60℃）和四氫化萘+氫化萘（100℃以上）2.3耐候性不佳，有叔碳原子。2.4電絕緣性能良好，不受溫度和頻率的影響，（不含極性基團(tuán)）2.5力學(xué)性能，聚乙烯的品種不同性能有所差別，HDPE的熔點(diǎn)、拉伸強(qiáng)度及硬度較高，而LDPE的斷裂伸長(zhǎng)率和沖擊強(qiáng)度較高，韌性稍好。2.6熱性能，Tm=110～135℃，最高使用溫度：<100℃，最低使用溫度>-70℃，著火溫度340℃，*223聚乙烯應(yīng)用領(lǐng)域LDPE50%以上用途用于薄膜。HDPE主要用于注射、吹塑制品，魚(yú)網(wǎng)絲超高分子量聚乙烯，用于工程塑料，加工困難。LDPE主要用于制造農(nóng)用膜、地膜，另外少部分用于各種輕、重包裝膜，如食品袋、貨物袋、工業(yè)重包裝袋、復(fù)合薄膜或編織內(nèi)襯、涂層、各種管材、電線絕緣層等。

HDPE的出現(xiàn)，大大開(kāi)拓了聚乙烯的用途，不僅用于薄膜和包裝，還用于中空吹塑和注塑容器、魚(yú)網(wǎng)絲、管材、機(jī)械零件、代木產(chǎn)品等等。

LLDPE主要用于吹塑薄膜、編織袋、管材、中空制品、復(fù)合薄膜及交聯(lián)發(fā)泡制品，還可與一些橡膠或其他塑料（如LDPE、HDPE、PP等）進(jìn)行摻混。VLDPE目前可以代替熱塑性聚氨酯、EVA做管、瓶、桶內(nèi)襯、密封件、墊圈、電纜、玩具等；還可代替聚氯乙烯作醫(yī)用軟管、熱收縮膜、拉伸包裝膜等。也可以作為抗沖擊改性劑，提高其他材料的抗沖擊、耐穿刺和柔韌性。ULDPE作為添加劑，可改善薄膜的抗沖擊強(qiáng)度、抗撕列強(qiáng)度、柔軟性、低溫?zé)岱饪谛阅堋?34.1UHMWPE超高分子量聚乙烯（UHMWPE）是指分子量大于70萬(wàn)的高密度聚乙烯，密度介于0.936-0.964之間，其具有突出的高模量、高韌性、高耐磨、自潤(rùn)滑性優(yōu)良、密度低、制造成本低廉等特征，是目前發(fā)展中的高性能、低造價(jià)的工程塑料。廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械及零部件的制造，超高分子量聚乙烯的熔體粘度極高，成型加工較困難，常用冷壓燒結(jié)的方法成型。

4.2CPE氯化聚乙烯樹(shù)脂是高密度聚乙烯樹(shù)脂經(jīng)氯化反應(yīng)制得的一種橡膠性高分子材料。從分子結(jié)構(gòu)看，CPE可看作是乙烯、氯乙烯和1，2一二氯乙烯的無(wú)規(guī)共聚物，它分子鏈飽和，極性氯原子無(wú)規(guī)分布，因而具有優(yōu)異的機(jī)械物理性能和化學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電氣、化工、礦山、建材和礦山工業(yè)。CPE耐熱性、耐臭氧和耐天候老化優(yōu)于多數(shù)橡膠，耐油性優(yōu)于丁腈橡膠（NBR）、氯丁橡膠（CR），耐老化優(yōu)于氯磺化聚乙烯（CSM），耐酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)，無(wú)毒、難燃、無(wú)爆炸危險(xiǎn)。

CPE分通用型和橡膠型兩大類，其中通用型主要用于塑料改性，橡膠型主要用作彈性材料。

4聚乙烯其他品種*24mPE茂金屬聚乙烯是二十世紀(jì)90年代工業(yè)化生產(chǎn)的一種新穎熱產(chǎn)性塑料，由于它是使用茂金屬(MAO)為聚合催化劑生產(chǎn)出來(lái)的聚乙烯，因此，在性能上與傳統(tǒng)的Ziegler－Natta催化劑聚合而成的PE有顯著的不同mPE有以下特性：(一)mPE有比平常的Zieglor－Natta催化劑生產(chǎn)的PE高度的分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性，因而有更高的結(jié)晶度，強(qiáng)度高、韌性好、剛性好；(二)mPE比普通PE的透明性好，結(jié)晶度雖高，透明性也好，而且樹(shù)脂清潔度高；(三)mPE的分子量分布相當(dāng)?shù)卣?MN為2，而一般的聚乙烯的/MN為3～5，甚至更高；(四)mPE的樹(shù)脂嗅味比普通PE低，起始熱封溫度比普通PE低，而熱封強(qiáng)度高，隨mPE中辛烯－1或乙烯－1含量的提高，密度降低，當(dāng)辛烯－1含量在10～20％時(shí)，mPE密度在0.865～0.915g/cm3；(五)mPE樹(shù)脂的耐應(yīng)力開(kāi)裂性優(yōu)，可超過(guò)1000h，常常用作其它聚烯烴的耐應(yīng)力改性劑使用，例如：在高分子量高密度聚乙烯炮氣管道中，常用mPE來(lái)提高HDPE的耐應(yīng)力開(kāi)裂性；聚乙烯其他品種*25(六)mPE中的長(zhǎng)支鏈聚合物，熔體溫度較好，加工性可以，但是短支鏈化的mPE由于熔體粘度大，而熔體強(qiáng)度低，因而吹膜比較困難，容易發(fā)生膜泡破裂或產(chǎn)生鯊魚(yú)皮紋，因而在吹膜mPE時(shí)，口模間隙應(yīng)在1.5～2.8mm寬，比普通PE吹膜時(shí)稍寬，吹脹比應(yīng)小一點(diǎn)，一般在15左右較佳，雖然mPE同LLDPE一樣，可以用提高剪切速率的方法來(lái)降低高度的熔體粘度，但是，過(guò)大的吹膜速度會(huì)引起熔體破裂，同樣，過(guò)高的熔體溫度也是不合宜的，mPE同LLDPE不同的是，mPE的熔體粘度同溫度和剪切速率都很敏感，而LLDPE熔體粘度僅對(duì)剪切速率敏感，對(duì)溫度的敏感性很小。mPE的熔點(diǎn)隨品片的不同在94～121℃之間，加工時(shí)的熔體最大溫度在210℃，使用加工LDPE或加工LLDPE的設(shè)備均能順利地加工mPE。為了更好地加工mPE，可以在mPE中適當(dāng)添加氟彈性體、油酸酰胺、滑石粉或硅藻土等添加劑，添加量?jī)H0.3～0.5％，就可顯著提高mPE的成型性。mPE*265聚乙烯性能比較

LDPEHDPE制造工藝高壓法低壓法密度(g/cm3)0.91-0.930.94-0.97結(jié)晶度(%)65-7580-95硬度(邵氏D)40-5050-65結(jié)晶熔點(diǎn)(℃)108-125126-136拉伸強(qiáng)度(MPa)10-2520-40斷裂伸長(zhǎng)率(%)100-600100-700缺口沖擊強(qiáng)度(kJ/m2)20-5010-30平均分子量25,00010,000-350,000線膨脹系數(shù)(×10-5/℃)20-2412-13擊穿電壓(KV/mm)大于20大于20

*27加入助劑共混，PE+PPLDPE+HDPE等共聚，乙烯與醋酸乙烯共聚EVA，PE氯化CPEPE交聯(lián)LDPE可通過(guò)化學(xué)或物理的方法進(jìn)行改性，改善某些性能，或是成為