(整理)高分子材料概论-通用塑料

第二章：高分子材料概论

2.2通用塑料

主要内容：2.2.1 塑料概述概述

2.2.2 通用塑料的性能

2.2.3 通用塑料的用途

2.2.4 重要的通用塑料

2.2.5 思考题

2.2.1塑料概述

在所有高分子材料中，塑料的应用最广，品种最多，生产量最大，与人们生活和技术发展关系最密切，发展潜力极大。人类用合成方法生产的第一种塑料是硝化纤维素。硝化纤维作为塑料使用的第一个专利产品出现于1856年，而实现工业化生产是1872年，这就是用樟脑增塑的硝化纤维——赛璐珞的生产。

一、塑料的定义和分类

以合成或天然高聚物为基本成分，大多数情况下配以一定的高分子助剂如填料、增塑剂、稳定剂、着色剂等经加工可塑成型，并在常温下保持其形状不变的材料，称之为塑料。作为塑料基础成分的高聚物，不仅决定塑料的类型而且决定了塑料的主要性能。

塑料品种甚多，性能亦各有差别，为便于区分和合理应用不同塑料，人们按不同方法对塑料进行分类。其中最重要的有以下几种分类方法：

1）按材料的受热行为可分为热塑性和热固性塑料。

热塑性塑料，加热时变软以至熔融流动，冷却时凝固变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行，其树脂的分子链是线型或仅带有支链。聚烯烃类、聚乙烯基类、聚苯乙烯类、聚酰胺类、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等都属于热塑性塑料，热塑性塑料占塑料总量的80%。

热固性塑料，配料后进行第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度时分子链间产生化学反应，分子链之间通过化学键交联成为网状或三维体型结构，这一过程称为固化。固化过程是不可逆的化学变化，宏观上就使材料不能再软化流动了。酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯、有机硅、烯丙基酯、呋喃塑料等都属于热固性塑料。

2）按塑料的使用功能可分为通用塑料和工程塑料。

产量大、价格便宜、原料来源丰富、应用面广的称为通用塑料，一般有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛和氨基塑料，占塑料总量的80％，因此上述六类塑料也被称之为六大通用塑料。通用塑料由于力学性能、热性能都比较差，主要作为非结构材料使用。

工程塑料一般是指可作为结构材料使用，具有优异的力学性能、热性能、尺寸稳定性或能满足特殊要求的某些塑料，如聚四氟乙烯、聚酰胺、聚甲醛等。当然这

两者之间的界限有时难以截然划分。某些通用塑料如聚丙烯、聚苯乙烯经改性之后也可作结构材料使用。

3）按树脂的化学结构有聚烯烃类、聚苯乙烯类、丙烯酸类、聚酰胺、聚酯类、聚砜类、聚酰亚胺类等。

二、塑料的组分和作用

塑料根据组分数目可分为单一组分的塑料和多组分塑料。单组分的塑料基本上是由高聚物组成，典型的是聚四氟乙烯，不加任何添加剂。而大多数塑料是多组分体系，除高聚物这一基本成分外，还加入添加剂(称高分子助剂)。高聚物、助剂和加工是影响高分子材料制品质量的三大要素。助剂能改善材料的加工性能、使用性能以及降低成本。助剂的分类方法很多，有时一种助剂能起到多方面的作用，所以很难截然分开。若按功能对高分子助剂进行分类，可分为：①稳定化助剂，是指防止或延缓高分子材料在贮存、加工以及使用过程中的老化和变质，其中包括抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、防霉剂等；②提高机械性能的助剂，在塑料中主要指填料和增强剂；③改善加工性能的助剂，包括增塑剂、增韧剂、润滑剂等：④改善表面性能的助剂，包括润滑剂、偶联剂、抗静电剂等；⑤其他用途的助剂，如阻燃剂、发泡剂、着色剂、染料、固化剂等。

2.2.2通用塑料的性能

通用塑料是相对于工程塑料而言的一类塑料，具有质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、容易成型等塑料的一般特点，通用塑料与金属、无机非金属材料的性能对比，其主要的优点：

(1)质轻：塑料的密度在900-2300kg／m3之间，是材料中量轻的，当制成泡沫塑料后密度下降到10-50kg／m3。

(2)拉伸强度、拉伸模量比较低，韧性优良：特别是纤维增强的塑料比强度(强度与密度比)接近或超过金属

材料。

(3)传热系数小：塑料的传热系数是金属的1/100—1/1000，可以作为优良的绝热材料。泡沫塑料的绝热性更佳。

(4)电绝缘性：塑料的体积电阻率在1013-1018Ω·cm 之间，介电常数一般小于2，介电损耗小于10-4。和其它材料相比是最佳的绝缘材料。

(5)成型加工性优良：塑料由于是塑性材料，因此可以适应各种成型方法，多数情况下可以一次成型。

(6)减震、消音性能良好。

(7)耐腐蚀性优良：塑料有较好的化学稳定性，对酸、碱、盐溶液、蒸汽、水、有机溶剂等的稳定性优于金属材料。

(8)透光性能、着色性能好：塑料的遇光性能、着色性能好，可以做成透明或半透明、色泽鲜艳的制品。

(9)可赋予各种特殊的性能：塑料可以作成各种特殊性能的材料，如：透气性、难燃性、粘接性、离子交换性、生物降解性以及光、热、电、磁等性能。

通用塑料的缺点如下：

(1)力学性能比金属材料差，表面硬度低；(2)容易静电积累；(3)难于加工高精度的制品，成型条件对产品的物理性能影响大；(4)使用过程中容易产生蠕变、疲劳、结晶等现象，长期使用性能差；(5)热膨胀系数远远大于其它材料，当进行复合时，要充分考虑；(6)耐热性能差，使用温度低；(7)容易燃烧；(8)在光热条件下容易受到破坏等。

虽然通用塑料有一些缺点，但是随着共混技术的不断发展进步，它的一些不足逐渐得到改善，并不断扩大使用范围，使得塑料在国民经济中的地位越来越重要。

2.2.3通用塑料的用途

通用塑料的用途可涉及以下几个方面：

(1)农业：各种农膜、片材、捧灌管、喷灌管、渔网、养殖箱、飘浮材料。

(2)工业：由于塑料的电绝缘性，在电器工业上已经大量使用塑料作绝缘材料和封装材料；在电子和仪表工业中的制件、壳体；机械工业中的传动齿轮、轴承等；化学工业中各种防腐容器、管道、槽、罐等。

(3)建筑业：用塑料代替木材、金属等传统材料，制作塑料门、窗、天花板、地板革、上下水管道与管件、煤气管道与管件等等。

(4)包装业：各种编织袋、包装薄膜、复合薄膜、中空容器、周转箱、瓦楞箱、打包带、泡沫塑料等。

(5)日常用品：各种塑料玩具、牙刷、肥皂盒、雨衣、餐具、器具、拖鞋等等。

(6)医疗与器械工业：各类人造器官、医疗用输液袋、一次用注射用品、降解性医用材料。

(7)电器工业：各种办公用具及家用电器绝缘、保温、防腐、防潮的壳体，耐唐、精密的军部件等。

除子在以上领域，通用塑料应用比较广泛外，目前一些通用塑料通过改性扩大了应用领域，在国防尖端工业、交通与航空工业等作为结构材料大量使用。

2.2.4重要的通用塑料

一、聚乙烯(PE)

聚乙烯（PE）是以乙烯为原料经催化剂催化聚合而得到的一种热塑性化合物，作为塑料使用的聚乙烯分子量要达到1万以上。聚乙烯是世界上塑料品种中产量最大、应用也最广，约占世界塑料总产量的1/3。最先进行工业化生产的是1937年高压聚合法制得的低密度聚乙烯（LDPE）。

1）聚乙烯的分类

聚乙烯的分类主要是按照聚乙烯的密度，并适当考虑分子结构来划分：

（1）低密度聚乙烯(LDPE)，密度0.915—0.940g/cm3，分子呈长短支链，支化度较大，结晶度55％-65％，分子量约为10-50万；LDPE也称高压聚乙烯，是按照自由基聚合历程进行聚合制备，所以容易发生链转移，产品存在大量的支链结构，分子结构缺乏规整性，因此结晶度小密度低，主要作成薄膜用于食品包装、商业和工业包装、购物袋、垃圾袋等，特别是农用薄膜。

（2）高密度聚乙烯(HDPE)，密度0.940—0.970g/cm3，分子呈线型结构并有少量的短支链，支化度较小，结晶度85％-90％, 分子量约为10-150万；HDPE也称低压聚乙烯，由于它的分子量比较高，支链短而且少，因此分子结构规整性较好，结晶度高密度大，除冲击强度外其他力学性能都优于LDPE。

（3）线型低密度聚乙烯(LLDPE)，密度0.914—

0.940g/cm3，分子量约为5-20万,分子呈线型结构，有一定数量无规则分布的短支链，其分子规整性和结晶度介于HDPE和LDPE之间。它是由乙烯和少量的a-烯烃共聚得到。

（4）其它种类聚乙烯，除了上述几种聚乙烯外，还有超高分子量聚乙烯(UHMW- PE) 、交联聚乙烯、氯化聚乙烯等种类：

一般分子量在100万以上的称为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，由于其分子量很大，具有独特的性能，如极佳的耐磨性、高的冲击强度、良好的自润滑性、优异

的耐低温核化学稳定性，是一种价廉却可以和工程塑料相媲美的塑料。

通过化学或辐射的方法在聚乙烯分子链间产生交联，而形成网络状结构的热固性聚乙烯称为交联聚乙烯，无论是低密度聚乙烯或高密度聚乙烯都能进行交联，交联的聚乙烯的拉伸强度、冲击强度、抗蠕变性、刚性、模量等都优于HDPE，可在140o C长期使用。

对聚乙烯进行氯化反应后的产物称为氯化聚乙烯（CPE），由于氯的取代，破坏了聚乙烯的结晶性，使氯化聚乙烯变软、玻璃化转变温度降低。氯化聚乙烯主要用于与聚氯乙烯共混。

2）聚乙烯的主要特征

（1）聚乙烯比水轻，无毒，为白色蜡状半透明材料，它的透明度随着结晶度增加而下降，一般，经过退火处理后变得不透明，而淬火处理后透明；（2）具有优良的电绝缘性，它的介电常数和介电强度与分子量有关；（3）良好的耐化学性，在60?C以下，能耐各种浓度的盐和碱溶液，室温下一些化学物质对它不起作用；（4）具有优异的力学性质，结晶部分赋予聚乙烯较高的强度，非结晶部分赋予了良好的柔性和弹性，并随着分子量的增加力学性能有所提高，当分子量超过150万为极坚韧的材料，可作为工程材料使用；（5）聚乙烯容易光氧化、热氧化、臭氧分解。

3）聚乙烯的应用