瞬时耐热性和长期耐热性

能力（技能）目标
能根据不同耐热材料的用途要求，合理的选
择高分子材料；并能合理的分析所选择材料 的结构、性能；如果不能直接选择的高分子材料的主要结构特征、主要
性能及应用范围。其中第 14 个项目重点学习、 理解、应用高分子材料的结构层次、化学组 成、连接方式、几何构型、柔性知识。
6、塑料形态控制耐热改性
①塑料双向拉伸耐热改性。双向拉伸耐热改性的原
理为拉伸可使结晶颗粒变细，结晶排列更紧密，结 晶度更高，取向度增大，从而提高其耐热性。塑料 膜或片制品经过双向拉伸工艺处理后，可使其热变 形温度提高至少 10℃以上。例如，PP 经过双向拉 伸后，热变形温度可由原来的 102℃升高到 130℃。 PET 经过双向拉伸后，热变形温度可由原来的 98℃升高到 150℃。 ②塑料退火处理改变耐热性。退火处理改变耐热性 的原理为降低制品的内应力、完善不规整的晶体结 构及促进继续结晶。塑料制品经过退火处理后，可 普遍使其热变形温度提高 10℃左右。例如，ABS 的热变形温度为 93℃，经过退火处理后，可升高到 106℃左右。
一、塑料的耐热性
与金属、陶瓷、玻璃等传统材料相比，塑料的缺点
之一为耐热性不高，这往往限制了其在高温场合的 使用。在塑料材料中，不同品种塑料的耐热性能不 同；有的耐热很低、有的则较高。耐热类塑料一般 是指热变形温度在 200℃以上的一类塑料制品。 衡量塑料制品耐热性能好坏的指标有热变形温度、 马丁耐热温度和维卡软化点三种，其中以热变形温 度最为常用。同一种塑料上述三种耐热性指标的关 系如下：维卡软化点＞热变形温度＞马丁耐热温度 对 ABS 而言，三种耐热温度的相应值分别为： 160℃、86℃和 75℃。
3、塑料添加耐热改性剂耐热改性 耐热剂主要为苯基马来酰亚胺类，在塑料中每加入
1%耐热剂，可提高其耐热温度2℃左右。例如，在 ABS 中加入 20%苯基马来酚亚胺，热变形温度可 达 125～130℃。再如，在 HPVC 中加入 20%苯基 马来酰亚胺，维卡软化点可达 100～120℃。 4、塑料共混耐热改性 塑料共混提高耐热性即在低耐热树脂中混人高耐热 性树脂从而提高其耐热性。这种方法虽然耐热性提 高幅度不如添加耐热改性高，但其优点是在提高耐 热性同时基本不影响其原有其他性能。 下面举几个这方面的例子。
④超高耐热类塑料 热变形温度大于 300℃的
一类树脂。其种类很少，具体有:聚苯酯的热 变形温度可达 310℃、聚苯并咪唑 (PBI)的热 变形温度可达 435℃、不熔 PI 的热变形温度 可达 360℃、聚硼二苯基硅氧烷 (PBP)的热 变形温度可达 450C、LCP 的热变形温度为 315℃。
②非结晶性树脂经玻璃纤维增强改性后，耐
热性提高幅度小。以 30%玻璃纤维增强为例， 其改性效果如下： PS 的热变性温度由 93℃提高到 104℃；PC 的热变性温度由 132℃提高到 143℃；AS 的 热变性温度由90℃提高到 105℃；ABS 的热 变性温度由 83℃提高到 100℃；PSF 的热变 性温度由 174℃提高到 182℃；MPPO 的热 变性温度由 130℃提高到 155℃；
2、塑料的增强耐热改性
用增强的方法提高塑料的耐热性效果比填充
还要好。这主要是因为大部分纤维的耐热温 度十分高，熔点大都超过 1500℃。常用的耐 热纤维主要有：石棉纤维、玻璃纤维、碳纤 维、晶须、聚酰胺纤维及丙烯酸酯纤维等。 塑料的增强耐热改性按改性效果大小可分为 两类。
①结晶性树脂经玻璃纤维增强改性后，耐热
5、塑料交联耐热改性
塑料交联提高耐热性常用于耐热管材和电缆
方面。例如，HDPE 经过硅烷交联处理后， 其热变形温度可由原来的 70℃增加到 90～ 110℃。 HDPE 硅烷交联管材的具体配方如下： HDPE 100 ，二月桂酸二丁基锡 0.25，A151 2.5～3 ，抗氧剂 101 0 0.1，DCP 0.1。 此配方的交联温度为80～85℃，交联时间为 8～12h。
三、耐热塑料的选用原则
1、考虑耐热性高低 ①满足耐热性即可，不要选择太高，太高会造成成
本的提高。 ②尽可能选用通用塑料改性。耐热类塑料大都属于 特种塑料类，其价格都很高;而通用类塑料的价格都 比较低。 ③尽可能选用耐热改性幅度大的通用塑料。耐热性 低的塑料可通过上述介绍的改性方法进行改性处理， 不同树脂品种的耐热改性幅度不同。非结晶类塑料 的耐热改性幅度大，可作为首选材料。
①纳米级填料的例子如下：PA6 填充 5%纳米蒙脱
土，其热变形温度可由 70℃提高到 152℃；PA6 填 充 10%纳米海泡石，其热变形温度可由 70℃提高 到 160℃；PA6 填充 5%合成云母，其热变形温度 可由 70℃提高到 145℃。 ②常规填料的例子如下：PBT 填充 30%滑石粉，其 热变形温度可由 55℃提高到 150℃；PBT 填充 30%云母，其热变形温度可由55℃提高到 162℃。
2、考虑耐热环境因素
①瞬时耐热性和长期耐热性。塑料的耐热性可分为瞬时耐热
和长期耐热两种，有的塑料品种瞬时耐热性好，有的长期耐 热性好。一般热固性塑料的瞬时耐热性较高，它的瞬时耐热 温度远远大于长期耐热温度;如用超级纤维增强的 PF 材料， 长期耐热温度仅为 200～300℃，但瞬时耐热竟高达 3000℃ 高温。 ②干式耐热或湿式耐热。对于吸湿性塑料，在不同干湿状态 下的耐热性不同。如 PA 类，在干燥条件下的耐热性高，而 在潮湿条件下的耐热性低。因此，在高温且潮湿的环境中， 应选用低吸水性塑料品种，即分子结构中不含有酯基、酰胺 基、亚胺基、缩醛基及醚基的聚合物，具体如 PA 类、PVA 及 PAN 等。 ③耐介质腐蚀性。对于与介质接触的塑料制品，在高温条件 下，介质的腐蚀性增大，要求塑料的耐热腐蚀性也要好。例 如，玻璃纤维增强聚酯玻璃钢，单从加热软化和耐热氧化上 看，可在 100℃以上使用；但在稀碱液中或在潮湿环境中， 其耐热性还达不到 100℃。
因此，在高温且与介质接触的环境中，除应考虑耐


热性高低外，还要考虑耐腐蚀性好的品种。耐腐蚀 性好的具体品种如氟塑料、氯化聚醚等。 ④有氧耐热或无氧耐热。在有氧存在条件下，塑料 受热氧化严重，耐热性不好;在真空条件下，无热氧 化存在，耐热性好。一般具有下列结构的塑料品种 耐热氧化性好。 大分子主链上不含有亚甲基长链结构； 用 F 取代 H 的聚合物； 大分子主链上含有无机元素如 Si、Al 等。 我们在前表所列塑料的耐热温度为有氧条件的耐热 性能，在具体选用时如为真空条件，热变形温度可 高选。例如，PPO 的真空热变形温度为 170℃，而 在热氧的作用下，热变形温度只有 120℃。
素质目标
初步建立良好的学习方法；
资料收集的方法； 处理问题的方法；
团队合作的意识；
用户至上的意识；
安全环保意识；
表述与合理辩解能力。
参考资料
潘文群, 高分子材料分析与测试. 化学工业出版社

2005； 戚亚光, 高分子材料改性.化学工业出版社 ,2005； 聂垣凯,橡胶材料与配方, 化学工业出版社, 2004； 王文广 , 塑料材料的选用.化学工业出版社, 2002； 高俊刚, 高分子材料.化学工业出版社, 2002； 桑永, 塑料材料与配方.化学工业出版社, 2001
二、常用的塑料耐热改性方法
塑料的耐热性能可通过适当的改性方法加以提高，
具体的耐热改性方法有:塑料的填充耐热性、塑料的 增强耐热性、塑料的添加耐热改性剂耐热改性、塑 料的共混耐热改性、塑料的交联耐热改性及塑料的 形态控制改性等。 1、塑料的填充耐热改性 在所有填料中，除有机填料外，大部分无机矿物填 料都可明显提高塑料的耐热温度。常用的耐热填料 有：碳酸钙，滑石粉、硅灰石、云母、锻烧陶土、 铝矾土及石棉等。例如，云母的最高使用温度可达 1000℃，是最有效的耐热改性填料。 填料的粒度越小，改性效果越好。
性提高幅度大，一般最高可达到三倍以上;以 30%玻璃纤维增强塑料为例，其改性效果如 下： PBT 的热变性温度由 66℃提高到 2l0℃； PET 的热变性温度由 98℃提高到238℃；PP 的热变性温度由102℃提高到149℃；HDPE 的热变性温度由 49℃提高到 127℃；PA6 的 热变性温度由70℃提高到 215℃；PA66 的 热变性温度由 71℃提高到255℃；POM 的热 变性温度由 1l0℃提高到163℃；PEEK 热变 性温度由230℃提高到310℃。
⑤有载耐热和无载耐热。塑料制品在有、无
载荷作用下的耐热性大不相同，在无载荷作 用时的耐热性高，而 在有载荷作用时耐热性 低。表 中所给的热变形温度都是在规定载荷 作用下测定的，载 荷为 1.8N/mm 2 。 在实际应用中，如不受载荷作用，则实际耐 热温度会高于上表的热变形温度数值；如环 境所受载荷大于规定载荷，则实际耐热温度 低于上表的热变形温度数值。
再如，PVC 经过交联后，其热变形温度可由
原来的 65℃增加到 105℃。
PVC 交联电缆的具体配方如下：PVC 100 ，
双酚 A 0.5～1，TOTM 40～60， Sb2O3 3～ 5，三盐碱式硫酸铅 58，Al(OH)3 10～20， TMPTMA(交联增容剂)515，硼酸锌 35， BaSt 5～8。
教学目的
通过对项目14 所涉及到六种耐热要求高分子材料的
分析、选择、改性的整个实施过程，使学生进一步 了解并掌握完成一个完整项目的每个细节，初步形 成实施每个细节过程的能力，最终达到根据产品需 要对高分子材料进行合理分析、合理选择、合理改 性的总能力；进而结合学生所选择出来的材料从理 论上归纳、总结与高分子物理的研究对象直接相关 的结构与性能的关系；同时在完成项目过程中对课 程整体方案所规定的拓展能力进行初步的锻炼。
例一：ABS 共混耐热改性
①ABS/PC 热变形温度可由 93℃提高到