第九章_高分子合成材料

1）PA的性能特点



力学性能：PA是结晶性高聚物，酰胺基团之间存 在牢固的氢键，因而具有良好的力学性能。 比强度：比抗拉强度高于金属、比抗压强度与金 属接近； 抗冲击强度比一般塑料高得多，尤其尼龙-6最好； 疲劳强度和抗蠕变性能较差，不适合于作精密零 件。
2）PA的加工与应用Fra bibliotek
加工方法及性质：PA可用多种方法成型，如注射 (2/3)、挤出(1/3)、模压、浇铸等，主要加工性质 如下： 容易吸潮：成型加工前必须干燥处理，使含水量 <0.1%； 均聚物熔融粘度，易产生“流涎现象”，注射成 形时应采用自锁式喷嘴； 熔体冷却速度快时，制品的韧性好，冲击强度高， 缓慢冷却时，制品不透明、刚性大、耐磨、强度 高； 收缩率大一般1.5~2.5%，设计模具时应注意。

1）PA的性能特点




物理性能： 密度：1.0～1.01； 因有酰胺基团，易吸水，吸水率1~2.5%； 耐温性：熔点215~260℃、使用温度-40~105℃； 耐磨性和自润滑性能好，其无油润滑的摩擦系数 0.1～0.3，约为巴氏合金的1/3，为酚醛树脂的1/4； 电绝缘性能：PA含有极性基团，有不同程度的吸 水性，不太适合作电气绝缘材料； 化学性能：对酸碱盐稳定，耐溶剂性能好，但溶 于强极性溶剂如苯酚、甲酚；

填充改性
方法：PP树脂中加入一定量的无机填料、有机填 料提高制品的某些性能，并降低成本。
常用填料：无机填料—碳酸钙、滑石粉、硅灰石、 炭黑、石膏、赤泥、立德粉、硫酸钡；有机填 料—木粉、稻壳粉、花生壳粉等。 发展趋势：填料的超细化、完善填料的表面改性 技术。



增强改性
目的：通过增强改性的PP可取代一些工程塑料。
第九章 高分子合成材料

学习目的
掌握高分子合成材料的分类、合成工艺、性能特 点。

学习重点
各类塑料的性能特点。
9.1 概述

高分子材料根据物理化学性质分为橡胶、塑料和 纤维三大类。 橡胶、纤维、塑料的主要差别：分子链中是否存 在刚性基团、分子链上的侧基大小、分子间力的 强度。 橡胶特征：高分子链中无刚性基团，存在大的侧 基和缺乏强的分子间力。
3）改性PP

目的：低温脆性、易老化、成型收缩率大、易燃 烧、染色困难，为此要改性。 改性方法

化学改性：接枝、嵌段共聚、交联
物理改性：填充改性、增强改性、共混改性、功 能改性。
共聚改性

方法：乙烯、苯乙烯、丙烯单体进行交替共聚， 或在主链上进行嵌段共聚、无规共聚，可提高PP 性能。 例，在PP主链上，嵌段共聚2~3%的乙烯单体， 可得乙丙嵌段共聚物，属于热塑性弹性体，同时 具有PE和PP两者的优点，可耐-30℃的低温冲击。
2. 高密度聚乙烯（HDPE）

合成：HDPE也称低压聚乙烯，乙烯单体聚合时 若采用齐格勒-纳塔催化体系，则在常压或 0.3~0.4MPa；若采用金属络合物、金属氧化物则 常在10MPa以下，聚合反应按离子聚合反应历程， 工业上用溶液聚合法，调节剂采用氢，溶剂用汽 油，反应温度50~70℃。 性能：表9-1 LDPE与HDPE性能比较 用途：用于包装、薄膜、中空容器、注塑容器、 渔网丝、管材、机械零件等


1）PP的主要性质




密度：约为0.9，塑料中最轻； 化学稳定性好：在室温溶剂不能溶解PP，只有卤 代化合物、芳烃和高沸点的脂肪烃能使之溶胀， 高温下才能溶解 易被氧化：因为主链上有许多带甲基的叔碳原子， 叔碳原子上的氢易受氧攻击，所以比PE容易被氧 化 耐热性好：由于空间位阻效应，其Tg大于PE。可 在130℃下使用，可以煮沸消毒，用作耐温管道、 蒸煮食品包装膜、医疗器械等；
1）PP的主要性质




耐老化性能差：必须添加抗氧化剂等； 电性能：非极性结晶高聚物，电性能优异，可作 耐温高频绝缘材料； 耐弯曲疲劳性能好：可弯曲10万次，强于一般塑 料； 强度：拉伸强度21~39MPa，压缩强度39~56MPa； 低温脆性：断裂延伸率200~400%,缺口冲击强度 2.2~5kJ/m3 ,低温缺口冲击强度1~2kJ/m3。

交联改性
目的：提高耐蠕变、耐候性、耐腐蚀性、耐应力 开裂性；
方法：有机过氧化物交联、氮化物交联、辐射交 联、热交联。


接枝改性

方法：PP树脂中加入接枝单体，在引发剂作用下， 加热熔融混炼而进行接枝反应。
例如，PP树脂选用熔融指数1~3.27g/10min，接枝 单体选用不饱和羧酸或酸酐，引发剂选用过氧化 物。

3.线型低密度聚乙烯(LLDPE)

合成：在二氧化硅为载体的铬化合物高效催化剂 或用钛、钒为载体的铬化合物的催化体系存在下， 使乙烯与少量的α烯烃共聚，形成在线型乙烯主链 上，带有非常小的共聚单体支链的分子结构。 性能：抗张强度、抗撕裂强度、耐环境应力开裂 性、耐低温性、耐热性和耐穿刺性，均优于 HDPE和LDPE。

9.2.5 聚酰胺（PA）

结构特点：主链上含有酰胺基团（-NHCO-）的 聚合物，它是通过二元酸和二元胺通过缩聚制得， 也可以由内酰胺自聚制得。结晶度为40~60%的线 型高分子；分子量2~7万； 性状：半透明白色粉末或颗粒； 品种和规模：尼龙6、66，11，610，1010，尼龙6 产量居工程塑料的首位，约占工程塑料总产量的 1/3；


三醛：酚醛、脲醛、密醛（三聚氰酸-甲醛）热 固性树脂；
二酯：不饱和聚酯和聚氨酯

2）工程塑料

特点：具有相当的强度和刚性，可用作结构材料、 机械零件、高强度绝缘材料等。可细分为


分类：
单纯热塑性树脂：如聚甲醛、聚碳酸酯、尼龙、 聚砜以及PPO（聚苯醚）、PPS（聚苯硫醚）、 ABS等； 单纯热固性树脂：如环氧、酚醛、不饱和聚酯、 聚酰亚胺等； 纤维增强树脂基复合材料：即以增强纤维及其织 物为增强材料，以①②类塑料等为基体的复合材 料，如GF/UP、CF/EP、GF/PP等


3） 特种塑料

特点：大多价格高、具有耐热、自润滑等特异性 能，构成特殊的应用领域。
品种：如氟塑料、硅塑料、聚酰亚胺等

9.2.1 聚乙烯

生产规模：约占世界塑料总产量的1/3
种类：高压PE、低压PE、线型低密度PE、超低密 度PE、超高分子PE、改性PE。
1. 低密度聚乙烯（LDPE）

按实用:分为通用塑料、工程塑料、特种塑料
1） 通用塑料

产量大、用途广、价格便宜，大量用在杂货、 包装、农用和一般零件等方面， 通用塑料最重要的品种：“四烯、三醛和二酯” 四烯：以石油工业生产的α-烯烃单体为原料生 产的PE、PVC、PP、PS，是通用塑料的四大品 种，其总产量为全部塑料的80%；

8.2.4 聚苯乙烯
用途：广泛应用于工业装饰、照明灯罩、电绝缘 材料以及光学仪器零件、透明模型、玩具、日用 品；PS泡沫塑料是重要的绝热和包装材料。 重要缺点：脆性大、耐热性差，改性PS。

改性聚苯乙烯

目的：为克服PS脆性大、耐热性差的缺点


类型：
ABS：丙烯腈（25~30%）、丁二烯（25~30%）、 苯乙烯（40~50%）共聚物。 AAS：苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸酯共聚物 AS：苯乙烯和丙烯腈共聚物 MBS：苯乙烯、MMA、丁二烯共聚物
方法：纤维增强、颗粒增强。

共混改性

方法：用其它塑料、橡胶或热塑性弹性体与PP共 混，填入PP中较大的晶球内，以此改善PP的韧性 和低温脆性。 例如，PP/HDPE共混物的塑性和低温脆性均好于 PP。

阻燃改性

目的：PP为可燃材料 方法：添加阻燃填料或阻燃剂 阻燃填料：氢氧化铝、氢氧化镁，用量70~80%；

9.2.3 聚丙烯

合成：低压定向配位聚合（溶剂法、溶液法、气 相法和本体法），采用最多的是本体聚合法。 种类：由于在主链上每隔一个碳原子有一个甲基 侧基，于是存在异构现象，其全同PP、间同PP和 无规PP，其性能有较大差别。常用的的全同PP， 具有较高的结晶度。无规PP主要作为填充母体材 料载体或增韧剂。 表9-4 三种PP性能比较

阻燃剂：含有磷、卤、锑等的化合物，用量10% 左右；
膨胀型阻燃体系：由炭化剂、炭化促进剂、发泡 剂三部分组成，其阻燃效果优于上两种。

抗静电改性
在PP中添加炭黑等导电填料或抗静电剂，可使制 品的表面电阻降到106欧姆以下

8.2.4 聚苯乙烯
规模：仅次于PE、PVC、PP； 性能特征：无定形、非极性高聚物，由于苯环取代基， 分子的不对称性增加，内旋转受到限制，为此呈现刚性、 脆性。Tg=80~100℃，分子量5~20万，密度1.054为无色 透明材料。 主要性能： 热性能：与分子量、单体低聚物及杂质含量有关。脆化 温度-30℃，软化点90℃，制品最高使用温度60~80℃。 化学稳定性：能耐一般酸、碱、盐的腐蚀，溶于苯、甲 苯、氯仿、除丙酮以外的酮类、酯类。 透光性：透光率达88~92%,与PC相当，小于PMMA。 电绝缘性：体积电阻和表面电阻高，是优良的高频绝缘 材料。 力学性能：冲击强度低、拉伸强度和弯曲强度较好。
应用：耐磨、耐强腐蚀零部件、体育器材、汽车 部件、FRP
9.2.2 聚氯乙烯






规模：世界PVC年产量约2000万吨，仅次于PE。 聚合方法：悬浮法、乳液法、本体法，其中悬浮法为 主，约占70%。 基本性能： 平均分子量3~10万，高分子PVC的分子量25万， 20℃以下相对密度1.4。 纯PVC的软化温度：65~85℃，120~150℃开始少量分 解，160-180℃大量分解，200℃完全分解； 化学稳定性良好，耐一般的酸、碱腐蚀，主要溶剂有： 二氯乙烷、环己酮、四氢呋喃。 由于PVC中含有氯离子，其阻燃性能优于PE、PP 应用：PVC主要用于建筑管材、门窗、装饰材料。