第六章高性能树脂
《高性能树脂》课件
高性能树脂的未来发展趋势
随着科学技术的发展和人们对材料性能需求的 增加，高性能树脂的前景广阔。未来研究重点 将集中于新材料的设计、新工艺的发展和成本 的降低等方面。
由于其良好的特性，高性能树脂被广泛用于各种领域，例如航空航天、医疗设备、 电子工业、环保领域等。
第三部分：常见的高性能树脂
聚酰亚胺树脂
聚酰亚胺树脂具有极好的高温性能、高弹性模 量和强度、优异的摩擦学性能和耐磨性能等特 点，广泛用于航空航天领域的高温材料。
聚醚酰胺树脂
聚醚酰胺树脂由其优异的高温性、良好的电绝 缘性、耐蚀性和高强度等特点而闻名，广泛应 用于化学过程工业中的多种部件。
2
高性能树脂制备的工艺流程
高性能树脂的制备过程包括聚合反应、后续化学反应、处理和成型等步骤，以获 得所需的分子结构和性质。
3
高性能树脂制备的关键技术
高性能树脂制备的关键技术包括反应温度、反应时间、原料的质量和配比、反应 剂种类、产物分离和纯化等方面。
第五部分：高性能树脂的应用领域
应用领域 航空航天
医疗设备
环保领域 电子工业
主要用途
制造高温结构材料、热防护材料、复合材料、 板材和壳体材料等。
制造器械、设备外壳、生物材料、组织工程和 药物传递系统等。
制造净水材料、净空材料、吸附材料等。
制造基板、芯片封装、高性能电容器、线路板 等。
结论
高性能树脂的优势
高性能树脂具有一系列出色的特性，如高强度、 高刚度、重量轻、良好的电绝缘性、耐温和耐 化学腐蚀性，这些使它们成为各种工业领域的 理想材料。
第二部分：高性能树脂的特点
1
高性能树脂的定义
高性能树脂是与传统树脂相比，具有更高耐用性、化学惰性、耐磨性和耐高温性 的一类树脂。它们被广泛用于高端工业应用和领域。
第六章 有机涂层
结构腐蚀控制与表面保护
第六章 有机涂层
6.2 有机涂层的保护原理
屏蔽作用：涂层作为屏障有效的将物体表面与外界环境隔离， ★ 屏蔽作用：涂层作为屏障有效的将物体表面与外界环境隔离， 阻止腐蚀介质（如水、水蒸气、盐雾、腐蚀性气体等） 阻止腐蚀介质（如水、水蒸气、盐雾、腐蚀性气体等）对金 属的作用。 属的作用。 缓蚀作用：涂料内部的化学组份与金属反应， ★ 缓蚀作用：涂料内部的化学组份与金属反应，使金属钝化或 形成保护膜，阻止渗透的外界介质引起腐蚀。 形成保护膜，阻止渗透的外界介质引起腐蚀。 电化学作用：利用涂料组份的某些金属比基体金属电位更负， ★ 电化学作用：利用涂料组份的某些金属比基体金属电位更负， 起牺牲阳极保护作用。 起牺牲阳极保护作用。 涂料中某些组份能与铁锈发生化学反应， ★ 转化作用 ：涂料中某些组份能与铁锈发生化学反应，使铁锈 转化为无害或同时还有保护作用的物质。 转化为无害或同时还有保护作用的物质。 结构腐蚀控制与表面保护
结构腐蚀控制与表面保护
第六章 有机涂层
国外飞机蒙皮防护涂层系统 涂层系统
阳极氧化处理 环氧型底漆 聚氨酯面漆 铬酸阳极氧化处理 磷化底漆 中间底漆 聚氨酯面漆 阿洛丁氧化处理 环氧型底漆 聚氨酯面漆 磷化底漆 聚氨酯中间底漆 聚氨酯面漆
应用机种
美国F-15,F-16等飞机 美国F 15,F-16等飞机
结构腐蚀控制与表面保护
第六章 有机涂层
6.1 有机涂层的组份与分类
6.1.1 主要组份 主要成膜物质： 主要成膜物质：树脂是有机涂料的主要成膜物质，树脂形成漆 膜的过程可以分为两类形式： 第一类仅借溶剂挥发而形成漆膜，这类漆一般只需要一个 包装（又称单组份）； 第二类除借溶剂挥发外，主要是通过物理化学变化过程而 形成漆膜。
环氧树脂种类及性能
环氧树脂种类及性能一、定义1、环氧树脂（Epoxy Resin）是泛指含有两个或两个以上环氧基，以脂肪族、脂环族或芳香族等有机化合物为骨架并能通过环氧基团反应形成有用的热固化产物的高分子低聚体（Oligomer）。
当聚合度n为零时，称之为环氧化合物，简称环氧化物（Epoxide）。
这些低相对分子质量树脂虽不完全满足严格的定义但因具有环氧树脂的基本属性在称呼时也不加区别地统称为环氧树脂。
典型的环氧树脂结构如下式。
2、环氧基是环氧树脂的特性基团，它的含量多少是这种树脂最为重要的指标。
描述环氧基含量有以下几种不同的表示法：（1）环氧当量:是指含有1 mol环氧树脂的质量，低相对分子质量（分子量）环氧树脂的环氧当量为175〜200g/mol, 随着分子量的增大环氧基间的链段越长，所以高分子量环氧树脂的环氧当量就相应的高。
（2）环氧值:每100g树脂屮所含有环氧基的物质的量（摩尔）。
这种表示方法有利于固化剂用量的计量和用量的表示。
因为固化剂用量的含义是每100g环氧树脂中固化剂的加入量（part perhundred of resin 缩写成 phr）。
我用环氧值这一物理量。
环氧当量二100/环氧值3、粘度的定义粘度：液体在流动时，在其分子间产生的摩擦的性质，称为液体的黏性，黏性的大小用黏度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子。
粘度单位有两种：1、厘泊（cps） 2、毫帕秒（m • pas）1厘泊（cps）二1毫帕秒（m・pas）二、种类及性能1、双酚A型环氧树脂:双酚A （即二酚基丙烷）型环氧树脂即二酚基丙烷缩水甘油醯。
在环氧树脂屮它的原材料易得、成本最低，因而产量最大（在我国约占环氧树脂总产量的90%,在世界约占环氧树脂总产量的75%〜80%）,用途最广，被称为通用型环氧树脂。
由双酚A型环氧树脂的分子结构决定了它的性能具有以下特点：（1）是热塑性树脂，但具有热固性，能与多种固化剂，催化剂及添加剂形成多种性能优异的固化物，几乎能满足各种使用需求。
超高分子量聚乙烯管生产加工技术要点
第六章超高分子量聚乙烯管生产加工技术要点绝大多数塑料管材输送介质主要以水质流体为主，而范围更广的各种固体颗粒、粉体、浆体的输送，由于处理量大，对管材的磨损和腐蚀比较严重，传统的金属管道难以满足使用要求，一般塑料管道更无法胜任。
超高分子量聚乙烯（!"#$%&’）管作为一种高耐磨、耐冲击、耐腐蚀、耐低温、自润滑的新型塑料管道，在固体颗粒、粉末的耐磨耗气力输送，浆体（固液混合物）的耐磨蚀水力输送以及各种腐蚀性流体、气体的输送方面，具有独一无二的优越性，是固体、液体、气体三态物质均可输送的高性能工程塑料管材。
由于其优异的综合使用性能却又成型困难的加工特性，成为近年来国内外研究开发的热点。
第一节生产工艺一、树脂性能根据美国菲利普石油公司的划分方法，粘均分子量在()*万以上的线形结构聚乙烯称为“超高分子量聚乙烯（!"#$%&’）”，为白色粉末状树脂。
极高的相对分子质量（普通聚乙烯的相对分子质量仅+,-*万）赋予其超凡的使用性能，成为一种来源丰富、价格适中、性能优良的新型热塑性工程塑料。
它几乎集中了各种塑料的优点，具有普通聚乙烯和其他工程塑料所无可比拟的耐磨、耐冲击、自润滑、耐腐蚀、吸收冲击能、耐低温、卫生无毒、不粘附、不吸水等综合性能。
目前还没有一种单纯的高分子材料兼有如此众多的优异性能。
(.耐磨性!"#$%&’的耐磨性居现有塑料之冠，比尼龙//、聚四氟乙烯高0倍，比高密度聚乙烯高1倍，而且大大超过普通金属，为碳钢的2倍、不锈钢的(*倍。
这样高的耐磨性，使用一般塑料磨耗实验法难以区分其耐磨程度，而需专门设计一种砂浆磨耗测试装置。
耐磨性与相对分子质量成正比，相对分子质量越高，耐磨性越好。
+.耐冲击性!"#$%&’的冲击强度名列现有塑料首位，是聚碳酸酯的+倍，比聚甲醛和&34高5倍，比聚四氟乙烯高1倍。
耐冲击性如此之高，使用通常的试验方法来测定其冲击强度时，难以使其断裂破坏。
特种高分子材料
1956年，美国人Szwarc发明活性阴离子聚合，开创了高分 子结构设计的先河。
50年后期至60年代，大量高分子工程材料问世。聚甲醛 （1956），聚碳酸酯（1957），聚砜（1965），聚苯醚 （1964），聚酰亚胺（1962）。
60年代以后，特种高分子得到发展。
80年代以后，新的聚合方法和新结构的聚合物不断出现和 发展。
② 高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子药物、 高分子农药等；
③ 生物分解材料，如可降解性高分子材料等。
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➢ 国内一般采用按其性质、功能或实际用途来划 分特种高分子材料，具体可划分为8种类型。
1. 反应性高分子材料，包括高分子试剂、高分子催化剂和 高分子染料，特别是高分子固相合成试剂和固定化酶试 剂等。
新的聚合方法：阳离子活性聚合、基团转移聚合、活性自 由基聚合、等离子聚合等；
新结构的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星 状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合物、含C60聚合物 等。
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2.特种高分子基本概念
➢ 特种高分子是相对于通用高分子而言的。
通用高分子材料：应用面广量大，价格较低。根据其性质 和用途可分为五大类：化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、 粘合剂。
珞。 1889年，法国人De Chardonnet（夏尔多内）发明人造丝。 1907年，酚醛树脂诞生。 1920年，德国人Staudinger发表了“论聚合”的论文，提
出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲 酯等聚合物的结构。 1935年，Carothes发明尼龙66，1938年工业化。
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特种高分子
第一章
绪论
研究生课程
内容提纲
1
高三化学选修5_阅读材料：神奇的功能高分子材料—高吸水性树脂
神奇的功能高分子材料—高吸水性树脂随着科学技术和国民经济的发展，高分子材料已经渗透到各个领域。
各种塑料制品、薄膜、人造皮革、合成橡胶、合成纤维等已经成为人们生活中不可缺少的材料。
功能高分子材料是20世纪60年代发展起来的新型领域，是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的一种新型材料。
功能高分子有时也称为精细高分子或特种高分子，至今还没有一个准确的定义，一般是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。
高吸水性树脂就是一种新型的功能高分子材料，它具有优异的吸水、保水功能，可吸收自身重量几百倍、上千倍，最高可以达到5300倍的水，即使挤压也很难脱水，被冠予“超级吸附剂”的桂冠。
高吸水性树脂的种类很多，所用原料及工艺方法也各不相同。
主要类型有聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、聚环氧乙烷类、淀粉接校共聚物类等，此外还有与橡胶共混的复合性吸水材料。
在上述各种类型中，研究开发较多的为聚丙烯酸酯类。
该树脂系以丙烯酸和烧碱为主要原料，采用逆向聚合法而制得。
由于工艺较为简单，易于操作，制得的树脂吸水率高，生产成本较低，因此发展非常迅速。
高吸水性树脂是一种白色或徽黄色、无毒无味的中性小颗粒。
它与海绵、沙布、脱脂棉等吸水材料的物理吸水性不同，是通过化学作用吸水的。
所以树脂一旦吸水成为膨胀的凝胶体，即使在外力作用下也很难脱水，因此可用作农业、园林、苗不移植用保水剂。
在蔬菜，花卉种植中，预先在土壤中撒千分之几的高吸水性树脂，可使蔬菜长势旺盛，增加产量。
在植树造林中，各种苗木移植期间往往因为保管不善而干枯死亡。
如果将刚出土的苗木用高吸水性树脂的水凝胶液进行保水处理，其成活率可显著提高。
有人做过山茶花、珊瑚树的移植试验。
各类树脂相关知识简介
其他行业应用
电子电器
树脂在电子电器行业应用广泛，如制造电线 电缆绝缘层、电子元件封装材料等，它们需 要具有良好的绝缘性、耐热性和耐化学性。
航空航天
由于树脂材料具有轻质高强、耐腐蚀等优点 ，因此在航空航天领域也有广泛应用，如制 造飞机零部件、航天器结构件等。
05
树脂性能改进与优化方法
增强增韧技术
原料纯度
确保原料的纯度和质量，以减少副反应和杂质生成。
预处理
对原料进行干燥、过滤等预处理，以去除水分和杂质 。
反应原理及条件控制
01
02
03
反应类型
根据树脂类型，选择合适 的聚合反应，如自由基聚 合、离子聚合等。
反应条件
控制反应温度、压力、时 间等参数，以确保反应的 顺利进行。
催化剂与引发剂
选择合适的催化剂和引发 剂，以提高反应速率和产 物性能。
各类树脂相关知识简介
汇报人：XX
2023-12-26
• 树脂基本概念与分类 • 常见树脂类型及性质 • 树脂生产工艺与流程 • 树脂应用领域拓展 • 树脂性能改进与优化方法 • 树脂市场现状及未来趋势
01
树脂基本概念与分类
树脂定义及特点
树脂定义
树脂是一种高分子化合物，通常是黏 稠液体或固态半固态物质，不溶于水 ，可在溶剂中溶胀或溶解。
胶粘剂
树脂胶粘剂具有粘接力强、耐老化、耐高低温等优点，可用于建筑、家具、汽车等领域 的粘接。
ห้องสมุดไป่ตู้
汽车零部件制造
要点一
汽车内外饰
树脂材料可用于制造汽车内外饰件，如仪表板、门板、座 椅等，它们具有良好的耐候性、抗冲击性和装饰性。
要点二
汽车功能件
《高性能树脂》课件
良好的耐溶剂性
高性能树脂不易被有机溶剂溶解， 能够保持稳定的物理性能。
防霉抗菌性能
部分高性能树脂具有防霉抗菌功能 ，能够抑制微生物的生长，保持材 料清洁卫生。
04
高性能树脂的发展趋势与 展望
新材料开发
01
高性能树脂作为新材料的重要组成部分，具有优异的性能和广 泛的应用前景。
02
随着科技的不断进步，高性能树脂的开发将更加注重环保、高
绝缘性能优良
高性能树脂具有良好的绝缘性能，可用于制造 绝缘材料。
低介电常数和介质损耗
部分高性能树脂的介电常数和介质损耗较低， 有利于减小电路的能量损失。
耐电弧性
高性能树脂具有较好的耐电弧性，能够承受高电压和高电流的冲击。
耐化学腐蚀性能
良好的耐腐蚀性
高性能树脂对酸、碱、盐等化学 物质具有较好的耐腐蚀性，不易
高性能树脂的分子结构和聚集态结构 使其具有出色的物理和化学性能，广 泛应用于航空航天、电子信息、生物 医疗、环保能源等领域。
高性能树脂的分类
根据分子结构和化学性质，高性能树脂可分为环氧树脂、聚酰亚胺、聚苯醚、聚 醚醚酮等。
这些高性能树脂在耐热性、机械强度、电绝缘性、耐腐蚀性等方面表现出优异的 性能，可根据不同应用领域选择合适的高性能树脂。
定性好。
热性能
高热稳定性
高性能树脂能够承受高温环境，不易发生热 分解和热变形。
低热膨胀系数
高性能树脂的热膨胀系数较低，能够适应温 度变化，减小热应力。
良好的导热性
部分高性能树脂具有较好的导热性能，能够 有效地传递热量。
阻燃性
高性能树脂经过特殊处理或添加阻燃剂，能 够达到阻燃要求，降低火灾风险。
电性能
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合成原理：
O C
O+ H 2N A r N H 2 C O
O
O
C
C
N H A r N H
O
O
C
C
加 热
N A r N
C O H
H OC
C
C
O
O
O
O
双马来酰亚胺分子端含有活泼双键，它可以进行各种化 学反应形成均聚物、共聚物，也可以作交联剂，还可以与环 氧树脂混合使用，形成互穿网络结构。
双马来酰亚胺树脂具有一般聚酰亚胺树脂的耐高温、耐辐 射、耐热湿环境的特点，又具有易加工的优点，但固化较脆。
聚苯醚它是分子链中含有
制备方法：
CH3
O 链节的热塑性聚合物。
CH3
①人们多采用4-卤-2,6-二甲基酚氧银盐聚合的方法来制
备聚(2,6- 二甲基-1,4-苯醚)。合成分两步进行：首先制
备银盐、然后使银盐聚合：
CH3
CH3
Ag+
Br
OH
Br
OAg
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
Br
OAg Br
聚芳醚砜：
聚芳醚砜可由芳磺酰氯和芳烃反应制备：
n H A r H + n C lS O 2 A r 'S O 2 C l A r S O 2 A r 'S O 2 n + 2 n H C l
此反应是在少量的路易士酸，如FeCl3, SbCl5或InCl3的 催化作用下进行的。ArH2可以是联苯、二苯基醚或萘，但 不能是二苯甲酮或二苯砜。因为 O 和 O
析、热扭变等。
6－1 聚酰亚胺（PI）
分类：
聚酰亚胺可分为加聚型、缩聚型和热塑性三种。它对热和 氧化都十分稳定，并有突出的耐辐射性和良好的电性能，是目 前产量最大的一类耐热树脂。
6－1－1 缩聚型聚酰亚胺（C型PI）
C型PI主要是由芳香二酐和芳香二胺合成的。
合成原理：
先合成可溶的聚酰胺酸预聚物，然后再使之环化成所要 求的聚酰亚胺。环化步骤可借助于加热或化学处理来完成。
第六章 高性能树脂
• 性能：
高性能树脂通常具有耐高温、使用的温度范围宽、阻燃、 尺寸稳定，优异的机械性能，良好的耐辐射性、化学稳定 性、耐湿性等。其中尤以耐高温性能最为重要。
• 耐高温树脂：
耐高温树脂通常由主链含芳杂环的聚合物构成。这类树 脂也可分为热固性和热塑性两大类。
• 聚合物的热稳定性：
在一定的时间内能保持其有用性质的温度或温度范围。 研究聚合物热稳定性的手段：热重分析（TGA）、差热分
O
C
F + nNa2CO3
220~320
O
O
O
C
+ 2nNaF + nCO2 + nH2O
n
PEEK的性能：
1. 热变形温度为160℃，具有良好的热稳定性； 2. PEEK是一种特别坚固的材料，有优异的长期耐蠕 变性； 3. 在熔点以上有良好的熔融流动性和热稳定性； 4. 优良的化学稳定性。除一些强酸如浓硫酸、氯磺酸 等以外，结晶制品在常温下几乎能耐所有的化学试利； 5.良好的阻燃性。
O
O
C
C
O
Ar
O + H2N Ar' NH2
C
C
O
O
二酐
二胺
O NH C
O C OH
Ar
HO C
C NH Ar'
O
O
n
聚酰胺酸
加热或 化学处理
O
O
C
C
N
Ar
N
C
C
O
O
Ar'
+ H2O
n
由于聚酰胺酸的熔点和环化反应的温度很接近， 所以沉淀作用显著地影响其流动性，使之难于应用于 模压和层压工艺。
另外C型PI在环化期间有挥发物放出，容易在制品 中产生孔隙，因此C型PI较少用作复合材料的基体树 脂，而是作为膜和涂料方面使用。
6－2 聚芳醚酮
聚芳醚酮早在1962年由Bonner及1964年由 Godman分别作了报导。其中最重要的是聚醚醚酮 （PEEK），结构式为：
O
O
O
C
n
它是一种半结晶性聚合物。PEEK是用4,4’二氟苯酮、对苯二酚、碳酸钠或碳酸钾为原料，以 二苯砜为溶剂合成制得的。
其反应式如下：
n HO
OH+ nF
主要有Kerimid601， Kerimid6353，XU-292双马来酰亚胺。
2．降冰片烯封端聚酰亚胺树脂
纳狄克酸酐是最早研究的封端单体之一。它与二氨基二 苯基甲烷或二氨基二苯基醚，二苯甲酮四酸二酐或均苯四 甲酸二酐反应生成端部带有降冰片烯端基的聚酰亚胺树脂。
其中重要的是NASA Lewis研究中心发展的PMR型树脂。 PMR型树脂是芳香四酸的二烷基酯、芳香二胺、纳狄克 二酸的单烷基配的甲醉或乙醇溶液。
C
S
O
基有吸引电子作用、降低了苯环成键提供电子对的能力。
聚砜类聚合物的性能：
突出的热和热氧化稳定性； 高的机械强度和突出的耐蠕变性，并能在较宽的温度范围
内保持稳定的机械强度； 较好的化学稳定性，一般对无机酸、碱、盐溶液都很稳定，
但不耐某些极性溶剂如酮类、卤化烃、芳香烃等。
6－4 聚苯醚（PP0）
3．乙炔基封端聚酰亚胺（API）
为了获得良好的加工性能和高的耐热性、在70年代发展 了以乙炔基封端的聚酰亚胺树脂。其中代表性的是Gulf oil
Chemicals 公司出售的Thermid 600， 预聚物的结构如下：
H C C
O
C N
C
O C
O
O
C N OO
C
O
O
C N
C
O C
O
O
C N
C
O
CC H
另外PEEK还具有优良的电性能、耐高温、耐化学腐蚀、
耐辐射、高强度和易加工性等性能。
6－3 聚砜（PSF）和聚芳醚砜砜是一类在分子主链上含有砜基和芳核 S O
的非结晶性工程塑料。目前聚砜主要有三种类型：
①普通双酚A型聚砜（简称聚砜），有如下结构：
C H 3 C
C H 3
O
选用不同的单体可以制备不同性能的C型PI。
单体的化学结构对C型PI热氧化稳定性有影响。
6－1－2 加聚型聚酰亚胺（A型PI）
C型PI的一些缺点限制了它在复合材料方面的应用。 为了克服这些缺点，相继发展了A型PI，如双马来酰亚胺、 降冰片烯封端聚酰亚胺树脂、乙炔封端酰亚胺等。
1. 双马来酰亚胺树脂
双马来酰亚胺树脂是由顺丁烯二酸酐和芳香二胺缩 聚而成的。
O S O
O
n
②非双酚A型聚芳砜，有如下结构：
O
O S O
O S On
③聚芳醚砜，结构为：
O
S
O
O
n
合成原理：
聚砜是出二卤二苯基砜和双酚A的碱金属盐反应制成的：
O
CH3
X
S
X + MO
C
OM
O
CH3
CH3
C
O
CH3
O
S
O + MX
O
其中X＝卤素．M＝碱金属
在上述反应中砜基起着重要作用，它使与双酚A盐起反 应的卤原子活化。可以熔融缩聚，也可以在溶液中聚合。 用这种方法可以得到线型良好的聚合物。