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简介
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新材料行业——改性工程塑料
培 训 教 程—(3)
塑料的分类
(一)按理化特性分类
根据各种塑料不同的理化特性,可以把塑料分
为热塑性塑料和热固性塑料两种类型。
特征:
聚乙烯 (PE [1])
聚丙烯 (PP [2])
聚苯乙烯(PS [3])
聚氯乙烯(PVC [4])
聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA [5] 俗称有机玻璃)
聚酰胺(尼龙)(Nylon [6])
聚碳酸酯(PC [7])
聚氨酯 (PU [8] )
聚四氟乙烯(PTFE [9] 特富龙)
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET,PETE [10] )
聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT )
热塑性塑料的类别
表1 :重要的无定形和部分结晶热塑性塑料
热塑性塑料的性能差异
热塑性塑料的性能差异的原因
玻璃化转变温度(Tg)
部分晶性热塑性塑料特征温度为结晶温度(Tc)。
几种重要的热塑性塑料
又称低压聚乙烯,因为在低压下生产,含有较多
长键,因此密度高。是一种结晶度高、非极性的热塑
性树脂。原态的外表呈乳白色,在微薄截面呈一定程
度的半透明状。
PE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的
特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀,例如腐蚀
性氧化剂(浓硝酸),芳香烃(二甲苯)和卤代烃
(四氯化碳)。
低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene,简称为“LDPE”)
低密度聚乙烯:又称高压聚乙烯,通常使用高温高压下的自由基聚合生成,由于在反应过程中的链转移反应,在分子链上生出许多支链。这些支链妨碍了分子链的整齐排布,因此密度较低。
聚丙烯(Polypropylene,俗称PP)
聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。
PP特点
1、PP是一种半结晶性材料,硬度大于PE;熔点高于PE。
2、PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。
3、PP的维卡软化温度为150℃。由于结晶度较高,这种材料
的表面刚度和抗划痕特性很好。
4、PP不存在环境应力开裂问题。通常,采用加入玻璃纤维、
金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。
1、均聚物型的PP温度高于0℃以上时质地脆,许多商业的PP材料是
加入1~4%乙烯的无规共聚物或更高比率乙烯含量的嵌段共聚物增
强韧性。
2、共聚物型的PP材料有较低的热变形温度(100℃)、低透明度、低
光泽度、低刚性,但是有更强的抗冲击强度,
3、共聚物型的强度比均聚物型的要高(相同MFR),PP的流动率
MFR范围在1~40。低MFR的PP材料抗冲击特性较好,但延展强度
较低。
4、均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐
蚀性、抗溶解性。然而,它对芳香烃(如苯)溶剂、氯化烃(四氯
化碳)溶剂等没有抵抗力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧
化性。
热固性塑料:在受热或其他条件下能固化或具有不溶(熔)
特性的塑料。其树脂分子由线型结构交联成网
状结构,再加强热则会分解破坏。 如酚醛塑料、
环氧塑料等。
热固性塑料又分甲醛交联型和其他交联型两种类型。
典型的热固性塑料有酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、呋喃、
聚硅醚等材料,还有较新的聚苯二甲酸二丙烯酯塑料等。
优点:耐热性高、受热不易变形等。
缺点:机械强度一般不高。
改性:可以通过添加填料,制成层压材料或模压材料来提高其
机械强度。
热固性塑料机理
热固性塑料:
(二)按使用特性分类
根据各种塑料不同的使用特性,通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。
①通用塑料
一般是指产量大、用途广、成型性好、价
格便宜的塑料。它们都是热塑性塑料。
②工程塑料
一般指能承受一定外力作用,具有良好的机械性能和耐
高、低温性能,尺寸稳定性较好,可作为工程结构材料和代
替金属制造机器零部件等的塑料。如聚酰胺、聚砜等。
工程塑料的发展历史
1931年:杜邦公司的卡罗瑟斯(Carothers)开发尼龙66,成为最先开工业
化的工程塑料。
1942年:德国人开发了尼龙6的工业技术,并作为纤维开发应用。
1953年,拜耳公司首次获得聚碳酸酯(PC)。
1958年:拜耳公司以熔融酯交换法进行PC的中规模工业化生产。
1960年:美国通用公司半工业化投产。
1972年:杜邦公司开发芳香族尼龙工业化技术
工程塑料的主要特性
1、质量轻、相对密度小
工程塑料的相对密度一般在1.0~2.0之间,远低于金属,可替代一些传统的金属材料,减轻自重,用于航空飞行器、车辆等领域。
工程塑料的主要特性
3、突出的耐磨和自润滑性能
用工程塑料作摩擦零件,与耐磨金属合金相对,磨耗量低于1:5。
氟塑料更佳。
工程塑料的主要特性
6、化学稳定性
对酸、碱和一般有机溶剂都有很好的抗腐蚀性。
7、较好的制件尺寸稳定性
8、有较高的耐热性
一般的工程塑料在不同玻璃纤维增强时,UL长期连续使用温度都
超过100℃,特种工程塑料的指标一般都超过150℃。
工程塑料的主要特性
通用工程塑料
③特种工程塑料
特种工程塑料也叫高性能
工程塑料,是指综合性能更高,长期使用温度在150℃以上
的工程塑料。
主要用于高科技,军事和宇航、航空等工业。
特种工程塑料种类多,性能优异,价格昂贵。
特种工程塑料
特种工程塑料又有交联型与非交联型之分。
特种塑料之一——聚四氟乙烯(塑料王)
聚四氟乙烯(英文缩写为Teflon或[PTFE,F4]),被美誉
“塑料王”,
中文商品名“铁氟龙”、“特氟隆”(teflon)、“特氟龙”、
“特富隆”、“泰氟龙”等。
它是由四氟乙烯经聚合而成的高分子化合物,其结构
简式为 -[-CF2-CF2-]n-
聚四氟乙烯的优点
耐高温——使用工作温度达250℃。
耐低温——具有良好的机械韧性;即使温度下降到-196℃,也 可保持5%
的伸长率。
耐腐蚀——对大多数化学药品和溶剂,表现出惰性、能耐强酸、强碱、水
和各种有机溶剂。
耐气候——有塑料中最佳的老化寿命。
高润滑——是固体材料中摩擦系数最低者。
不粘附——是固体材料中最小的表面张力,不粘附任何物质。
无毒害——具有生理惰性,作为人工血管和脏器长期植入体内无不良反应。
聚四氟乙烯的用途
用作工程塑料,可制成聚
四氟乙烯管、棒、带、板、薄
膜等。
聚四氟乙烯的用途
特种塑料之二——硅树脂
硅树脂是高度交联的网状结构的聚有机硅氧烷。
甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、苯基三氯硅烷、二苯基二氯硅烷或甲基苯基二氯硅烷的各种混合物,在有机溶剂如甲苯存在下,在较低温度下加水分解,得到酸性水解物。
水解的初始产物是环状的、线型的和交联聚合物的混合物,含有相当多的羟基。
水解物经水洗除去酸,中性的初缩聚体于空气中热氧化或在催化剂存在下进一步缩聚,形成高度交联的立体网络结构。
硅树脂特点
硅树脂是一种热固性的塑料,
它最突出的性能之一是优异的热氧化稳定性。250℃加热24小时后,硅树脂失重仅为2~8%。
硅树脂另一突出的性能是优异的电绝缘性能,它在宽的温度和频率范围内均能保持其良好的绝缘性能。一般硅树脂的电击穿强度为50千伏/毫米,体积电阻率为1013~1015欧姆/厘米,介电常数为3,介电损耗角正切值在10-30左右。
此外,硅树脂还具有卓越的耐潮、防水、防锈、耐寒、耐臭氧和耐候性能,对绝大多数含水的化学试剂如稀矿物酸的耐腐蚀性能良好,但耐溶剂的性能较差。
有机硅树脂漆
有机硅树脂主要作为绝缘漆(包括清漆、瓷漆、色漆、浸渍漆等)浸渍H级电机及变压器线圈, 以及用来浸渍玻璃布、玻布丝及石棉布后制成电机套管、电器绝缘绕组等。用有机硅绝缘漆粘结云母可制得大面积云母片绝缘材料,用作高压电机的主绝缘。
特种塑料之四——泡沫塑料
泡沫塑料:以树脂为主要原料制成的内部具有无数微孔的塑
料,也叫多孔塑料、微孔塑料。
特点:质轻、绝热、吸音、防震、耐腐蚀。
分类:有软质和硬质之分。
应用范围:广泛用做绝热、隔音、包装材料及制车船壳体等。
制法:用机械法(在进行机械搅拌的同时通入空气或二氧化碳
使其发泡)或化学法(加入发泡剂)制得。
发泡类型:分为闭孔型和开孔型两类。
闭孔型——气孔互相隔离,有漂浮性;
开孔型——气孔互相连通,无漂浮性。
几乎各种塑料均可作成泡沫塑料,常用的有聚苯乙烯、
聚氯乙烯、聚氨基甲酸酯等树脂制成。
泡沫塑料的发展历程
发泡成型已成为塑料加工中一个重要领域。
20世纪60年代发展起来的结构泡沫塑料,以芯层发泡、
皮层不发泡为特征,外硬内韧,比强度(以单位质量计的强
度)高,耗料省,日益广泛地代替木材用于建筑和家具工业
中。
聚烯烃的化学或辐射交联发泡技术取得成功,使泡沫塑
料的产量大幅度增加。经共混、填充、增强等改性塑料制得
的泡沫塑料,具有更优良的综合性能,能满足各种特殊用途
的需要。
例如:用反应注射成型制得的玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑
料,已用作飞机、汽车、计算机等的结构部件;
而用空心玻璃微珠填充聚苯并咪唑制得的泡沫塑料,质
轻而耐高温,已用于航天器中。
泡沫塑料有硬质、软质两种。
按美国试验和材料学会标准,在18~29℃温度下,在时
间为5s内,绕直径2.5cm的圆棒一周,如不断裂,测试样属于软
质泡沫塑料;反之则属硬质泡沫塑料。
泡沫塑料还可分为低发泡和高发泡两类。
通常将发泡倍率(发泡后比发泡前体积增大的倍数)小
于5的称为低发泡,大于5的称为高发泡。
【发泡方法】
①在液态或熔态塑料中引入气体,产生微孔;
②使微孔增长到一定体积;
③通过物理或化学方法固定微孔结构。
塑料加工历史可追溯到19世纪90年代。
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