智能橡塑材料

第五章智能橡塑材料塑料和橡膠是以高分子聚合物為基礎(chǔ)添加各種助劑而成的混合物體系，在常溫下有固定的形狀和強(qiáng)度，在高溫下具有可塑性的高分子材料。塑料和橡膠的區(qū)別是塑料在常溫下處于玻璃態(tài)，強(qiáng)度較高；橡膠在常溫下處于高彈態(tài)，彈性較大。塑料根據(jù)塑料的用途，可以分為通用塑料、工程塑料和特種塑料三大類。大多數(shù)塑料都能在加熱時(shí)反復(fù)地塑化，稱之為熱塑性塑料。另外有一些塑料，它們只能在第一次加工時(shí)塑化，做成固定的形狀。以后再把它加熱，形狀不再發(fā)生變化，這類塑料稱為熱固性塑料。熱固性塑料由于其內(nèi)部高分子的交聯(lián)結(jié)構(gòu)使本身的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性都較熱塑性塑料好。常見的幾種塑料1.聚乙烯（PE）聚乙烯是發(fā)展最為迅速，產(chǎn)量最大的一種塑料品種。按照聚合反應(yīng)的壓力，可分為高壓法和低壓法。高壓法制成的聚乙烯。由于產(chǎn)品的密度較小，僅0.910g/cm3－0.925g/m3，因此被稱為低密度聚乙烯（LDPE）。用低壓法生產(chǎn)的聚乙烯密度高，達(dá)0.941g/cm3～0.965g/cm3，故稱為高密度聚乙烯（HDPE）。HDPE是不透明的白色粉末，力學(xué)性能是所有PE產(chǎn)品中最好的。熔點(diǎn)也高于LDPE。聚乙烯（PE）用途PE是制備包裝材料的重要原料，可以做成中空容器、食品周轉(zhuǎn)箱，也可以做成各種日用雜品。PE還能紡成纖維，制作漁網(wǎng)或繩索，將PE纖維做成絮片，可以代替棉花作保暖材料。利用PE優(yōu)良的電絕緣性，經(jīng)交聯(lián)處理的LDPE已大量用于制作電纜的絕緣層。PE還是電視、雷達(dá)等高頻電器的絕緣材料，并能用于海底電纜的絕緣。2.聚氯乙烯樹脂（PVC）

PolyvinylChloride它是世界上產(chǎn)量最大的塑料產(chǎn)品之一，價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛，聚氯乙烯樹脂為白色或淺黃色粉末。根據(jù)不同的用途可以加入不同的添加劑，聚氯乙烯塑料可呈現(xiàn)不同的物理性能和力學(xué)性能。在聚氯乙烯樹脂中加入適量的增塑劑，可制成多種硬質(zhì)、軟質(zhì)和透明制品。硬聚氯乙烯有較好的抗拉、抗彎、抗壓和抗沖擊能力，可單獨(dú)用做結(jié)構(gòu)材料。軟聚氯乙烯的柔軟性、斷裂伸長率、耐寒性會增加，但脆性、硬度、拉伸強(qiáng)度會降低。PVC性能及用途作為硬塑料，PVC可以用于制造在常溫下使用的不耐壓的容器、管材或板材，如化工廠的輸液管道、管配件、貯槽和輸液泵的泵體材料。聚氯乙烯有較好的電氣絕緣性能，可作低頻絕緣材料，其化學(xué)穩(wěn)定性也好。PVC的板材在建筑上有很多的應(yīng)用。在PVC中混入大量的碳酸鈣做成鈣塑料，可以提高塑料的硬度，降低成本，用于代替鋼鐵或木材，制作塑料門窗、樓梯扶手、地板、天花板和電線套管等。將PVC輕度發(fā)泡，可以制成塑料地毯和塑料墻紙等。3.ABS樹脂

（Acrylonitrile-Butadiene-Styrene）ABS的名稱是來自丙烯睛（Acrylonitrile）、丁二烯（Butadiene）和苯乙烯（Styrene）三種單體的第一個字母。是一種以苯乙烯樹脂為基料、通過三種單體共聚或共混制備而成的高強(qiáng)度樹脂。這種樹脂綜合了三種組分的優(yōu)點(diǎn)，因此，ABS樹脂的綜合性能非常優(yōu)異。抗沖擊性好，硬度高，絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性都好，ABS樹脂在家電和汽車工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，如電視機(jī)、洗衣機(jī)、電話等家用電器及儀器儀表的外殼，冰箱及其他冷凍設(shè)備的內(nèi)膽，汽車儀表板及其他車用零件，齒輪、泵的葉輪、塑料管道等。目前多數(shù)的塑料外殼筆記本電腦都是采用ABS工程塑料做原料的。4.尼龍（聚酰胺）PA

Polyamide聚酰胺俗稱尼龍。是最實(shí)用的、產(chǎn)量最大的工程塑料。它的性能良好，尤其是經(jīng)過玻璃纖維增強(qiáng)后，強(qiáng)度更佳，應(yīng)用更廣。尼龍塑料有很好的耐磨性、韌性和抗沖擊強(qiáng)度。主要用作具有自潤滑作用的齒輪和軸承。尼龍中的主要品種是尼龍6和尼龍66，占絕對主導(dǎo)地位，尼龍的改性品種數(shù)量繁多，如增強(qiáng)尼龍，單體澆鑄尼龍（MC尼龍），尼龍與其他聚合物共混物和合金等，滿足不同特殊要求，廣泛用作金屬，木材等傳統(tǒng)材料代用品，作為各種結(jié)構(gòu)材料。由于聚酰胺具有無毒、質(zhì)輕、優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度、耐磨性及較好的耐腐蝕性，因此廣泛應(yīng)用于代替銅等金屬在機(jī)械、化工、儀表、汽車等工業(yè)中制造軸承、齒輪、泵葉及其他零件。常用于制作梳子、牙刷、衣鉤、扇骨、網(wǎng)袋繩、水果外包裝袋等等。無毒性，但不可長期與酸堿接觸。聚酰胺熔融紡成絲后有很高的強(qiáng)度，主要做合成纖維并可作為醫(yī)用縫線,降落傘、飛機(jī)輪胎簾子布、軍服等軍工產(chǎn)品和絲襪、衣著,地毯，漁網(wǎng)等民用產(chǎn)品，是三大合成纖維之一。5.聚碳酸酯（PC）

PolycarbonatePC是一種韌而剛性的塑料，強(qiáng)度高，尺寸穩(wěn)定性高，特別適于制備精密儀器中的齒輪、照相機(jī)零件。醫(yī)療器械的零部件。PC的耐沖擊性能也很好，可制造銀行的安全玻璃和警察的防暴盾牌，也可用作電動工具的外殼。PC還具有良好的電絕緣性，是制備電容器的優(yōu)良材料。PC的耐溫性好，可反復(fù)消毒，近年來被大量用于制備嬰兒奶瓶、飲水杯（又稱“太空杯”）和凈水桶（用于盛裝“太空水”）等中空容器。PC的透光性好，可用于制備飛機(jī)風(fēng)檔，透明儀表板。同時(shí)，也是制備CD光盤的原料。日常常見的應(yīng)用有光碟，眼睛片，水瓶，防彈玻璃，護(hù)目鏡、銀行防子彈之玻璃、車頭燈等等防彈玻璃防彈玻璃是由兩片以上玻璃（無機(jī)或有機(jī)玻璃）中間層用PVB膠片在一定溫度、一定壓力下膠合而成，在武器射程范圍內(nèi)能阻止子彈穿透，對于人體和財(cái)產(chǎn)提供防護(hù)的多層玻璃組合體，具有防彈、防爆、防盜的功能，PVB--聚乙烯醇縮丁醛樹脂Polyvinylbutyralresin6.聚四氟乙烯（PTFE）

Polytetrafluorothylene

聚四氟乙烯有有非常優(yōu)良的耐高低溫性能，能在-260℃到250℃的溫度下長期使用?；瘜W(xué)性穩(wěn)定。由于它在王水中也不會溶解，被譽(yù)為“塑料王”。聚四氟乙烯的上述特性在工業(yè)上被用于制備化工設(shè)備和管道的耐腐蝕內(nèi)襯。聚四氟乙烯有很低的磨擦系數(shù)，是優(yōu)良的減磨材料。在工業(yè)上，可用作轉(zhuǎn)動部件的密封件。在民用上被用于制備不粘鍋的涂料。智能塑料對于智能塑料目前沒有嚴(yán)格的定義，通常指具有某些特殊機(jī)能的塑料材料，如導(dǎo)電塑料、磁性塑料、抗菌塑料、緩釋塑料、吸水性樹脂等。許多高分子材料同時(shí)兼有多種功能，如納米塑料、液晶高分子。不同功能的高分子材料之間也可以相互轉(zhuǎn)換和交叉，如光電效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是一種可逆效應(yīng)，具有光電效應(yīng)的材料可以說具有光功能，也可以說具有電功能。幾種功能塑料的介紹1.納米塑料納米塑料的研制始于20世紀(jì)80年代末，20世紀(jì)90年代已有很大的發(fā)展，研制的納米塑料大多是以無機(jī)納米粒子和聚合物復(fù)合而成。2.環(huán)境降解塑料環(huán)保玉米淀粉牙簽是指一類其制品的各項(xiàng)性能可滿足使用要求,在保存期內(nèi)性能不變,而使用后在自然環(huán)境條件下,能降解成對環(huán)境無害的物質(zhì)的塑料。分為光降解塑料、生物降解塑料、化學(xué)降解塑料和雙降解塑料光降解塑料光降解塑料是指該塑料在日光照射下發(fā)生裂化分解反應(yīng)，使材料于日光照射后一段時(shí)間內(nèi)失去機(jī)械強(qiáng)度，達(dá)到分解的目的。光降解塑料的制備方法有兩種：一種是把含有發(fā)色基團(tuán)的光敏化物質(zhì)或光分解劑混入聚合物材料中；另一種是將適當(dāng)?shù)墓饷舾谢鶊F(tuán)(如一c＝o)引入高分子結(jié)構(gòu)中而賦予高分子材料光降解的特性。生物降解塑料

生物降解塑料是指一類由自然界存在的微生物如細(xì)菌、霉菌（真菌）和藻類的作用而引起降解的塑料。聚乳酸“玉米塑料”解決石油危機(jī)的明燈玉米、小麥、木薯等一些植物中提取的淀粉為最初原料生物降解塑料循環(huán)過程示意圖淀粉乳酸植物光合作用CO2和水乳酸聚乳酸塑料制品聚乳酸廢棄物發(fā)酵聚合酶水解微生物代謝陽光光-生物雙降解塑料光-生物雙降解塑料即是在光和生物雙重作用下具有協(xié)同降解效果的塑料。這種塑料所以能夠雙降解，關(guān)鍵決定于它的整體材料中加有兩種誘發(fā)劑，即在材料中摻混有生物降解劑淀粉，還摻有誘發(fā)光化學(xué)反應(yīng)的可控光降解的光敏劑或被人稱之為“定時(shí)器”的復(fù)配光敏劑以及自動氧化劑等助降解劑。導(dǎo)電塑料是將樹脂和導(dǎo)電物質(zhì)混合，用塑料的加工方式進(jìn)行加工的功能型高分子材料。主要應(yīng)用于電子、集成電路包裝、電磁波屏蔽等領(lǐng)域。

3.導(dǎo)電塑料4.高吸水性樹脂高吸水性樹脂（SAP）是一種含有強(qiáng)親水性基團(tuán)并有一定交聯(lián)度的功能性高分子材料。與通常使用的吸水性材料（如棉、麻、紙張等）相比，在吸水性上具有獨(dú)特的優(yōu)勢。棉、麻、紙張等的吸水能力僅可以達(dá)到自身質(zhì)量的10~20倍，并且保水能力極差；而高吸水樹脂的吸水能力可達(dá)到自身質(zhì)量的幾十倍甚至幾千倍，并且具有優(yōu)異的保水性能。橡膠的概念（ASTMD1566標(biāo)準(zhǔn)）橡膠是一種材料，能夠在大的變形下迅速恢復(fù)其形變；能夠被改性；改性的橡膠不溶于（但能溶脹于）沸騰的苯、甲乙酮、乙醇和甲苯混合液等溶劑中；改性的橡膠在室溫下被拉伸到原長的2倍并保持1min后除掉外力，它能在1min內(nèi)恢復(fù)到原長的1.5倍以下。橡膠關(guān)于橡膠概念的說明（1）橡膠是一種有機(jī)高分子材料。橡膠的分子量通常都在10萬以上，主要由碳和氫元素組成。（2）橡膠最典型的特征是高彈性。

高彈性表現(xiàn)：

①在較小作用力下可產(chǎn)生大變形（可達(dá)1000%以上）；②外力除掉后變形迅速而有力地回復(fù)；③永久變形?。?）改性是指橡膠的硫化。橡膠硫化是橡膠由線型大分子變成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程。橡膠中需要加入硫化劑與橡膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵（交聯(lián)鍵）才可交聯(lián)。（4）硫化橡膠不能溶解，只能溶脹。橡膠硫化后變成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成一個整體，放在溶劑中浸泡是不能溶解掉，只能體積脹大。（5）橡膠具有粘彈性。橡膠具有彈性的同時(shí)還有粘性（流動性），變形的恢復(fù)受時(shí)間和溫度影響。關(guān)于橡膠概念的說明

所以，橡膠是一種具有高彈性和粘彈性且能硫化的有機(jī)高分子材料。有關(guān)橡膠的其他幾個概念：

①生膠：沒有加入任何配合劑的橡膠，由線型大分子組成，可以溶解；

②混煉膠：生膠與各種配合劑經(jīng)加工混合均勻且未交聯(lián)的橡膠，由線型大分子組成，可溶解；

③硫化膠：混煉膠在一定條件下經(jīng)硫化而得到的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的橡膠，不溶解，但能溶脹。關(guān)于橡膠概念的說明橡膠的特征（1）橡膠具有高彈性和粘彈性；（2）橡膠具有電絕緣性；（3）橡膠有老化現(xiàn)象；（4）橡膠的模量低，常溫下柔軟，能吸收震動；（5）橡膠是熱的不良導(dǎo)體，傳熱慢；（6）橡膠強(qiáng)度低，需要補(bǔ)強(qiáng)；（7）橡膠具有氣密性、耐水性；（8）大部分橡膠能燃燒；（9）橡膠的密度較小。按原料來源:天然橡膠,合成橡膠按用途:通用橡膠,特種橡膠橡膠分類天然橡膠從天然產(chǎn)膠植物中制取的橡膠。分子式是（C5H8）n，其成分中91％～94％是橡膠烴（聚異戊二烯），其余為蛋白質(zhì)、脂肪酸、灰分、糖類等非橡膠物質(zhì)。天然橡膠是應(yīng)用最廣的通用橡膠。從橡膠樹上采集的乳膠，經(jīng)過稀釋后加酸凝固、洗滌，然后壓片、干燥、打包，即制得市售的天然橡膠。

天然橡膠的主要特點(diǎn)①具有較高的粘度，在存放過程中增硬，低溫存放時(shí)容易結(jié)晶，在－70℃左右時(shí)變成脆性物質(zhì)。②無一定熔點(diǎn)，加熱到130～140℃完全軟化，200℃左右開始分解。③具有高彈性，彈性模量約為3～6MPa，彈性伸長率可達(dá)1000％。④加工性能好，易于同填料及配合劑混合，而且可與多數(shù)合成橡膠并用。⑤耐油、耐溶劑性差。⑥化學(xué)活性高，易于交聯(lián)和氧化，耐老化性差。天然橡膠主要應(yīng)用于輪胎、膠帶、膠管，電線電纜和多數(shù)橡膠制品，是應(yīng)用最廣的橡膠。目前，全球天然橡膠年消費(fèi)量約800萬噸左右，其中70%的消費(fèi)用于汽車輪胎的生產(chǎn)。1.丁苯橡膠

丁苯橡膠是1,3-丁二烯和苯乙烯經(jīng)共聚制得的彈性體。性能特點(diǎn)——其黏合性﹑彈性和形變發(fā)熱量均不如天然橡膠，但耐磨性﹑耐自然老化性﹑耐水性﹑氣密性等卻優(yōu)于天然橡膠，因此是一種綜合性能較好的橡膠。丁苯橡膠是橡膠工業(yè)的骨干產(chǎn)品，它是合成橡膠第一大品種，綜合性能良好，價(jià)格低，在多數(shù)場合可代替天然橡膠使用，可代替天然橡膠或與天然橡膠混合后使用。常用合成橡膠

主要用途——制造輪胎、膠帶、膠管、膠鞋、電線電纜

。2.順丁橡膠由丁二烯聚合制得的結(jié)構(gòu)規(guī)整的合成橡膠。性能特點(diǎn)——其彈性、耐磨性、耐熱性、耐寒性均優(yōu)于天然橡膠，其缺點(diǎn)是強(qiáng)度較低，加工性能差，抗撕裂性差。主要用于制造輪胎，也可制作膠帶、彈簧、減震器、耐熱膠管、電絕緣制品及鞋底等。3.氯丁橡膠性能特點(diǎn)——機(jī)械性能與天然橡膠相似，耐油性、耐磨性、耐熱性、耐燃燒性、耐溶劑性和耐老化性均優(yōu)于天然橡膠，有“萬能橡膠”之稱。其缺點(diǎn)是耐寒性較差，成本較高。主要用途——電線、電纜包皮，膠管，輸送帶等。4.丁腈橡膠由丁二烯與丙烯腈共聚而制得的一種合成橡膠。