1、第三章 工程塑料,3.1 聚酰胺 3.2 聚碳酸酯 3.3 聚甲醛 3.4 聚苯醚 3.5 熱塑性聚酯,3.6 聚酰亞胺 3.7 聚氨酯 3.8 氯化聚醚 3.9 氟塑料,工程塑料是物理力學(xué)性能及熱性能比較好的、可以當(dāng)作結(jié)構(gòu)材料使用的且在較寬的溫度范圍內(nèi)可承受一定的機(jī)械應(yīng)力和較苛刻的化學(xué)、物理環(huán)境中使用的塑料材料。 在工程塑料中，通常使用量最大、長(zhǎng)期使用溫度在100150、可作為結(jié)構(gòu)材料使用的塑料材料稱為通用工程塑料，而將使用量較小、價(jià)格高、長(zhǎng)期使用溫度在150以上的塑料材料稱為特種工程塑料。,3.1 聚酰胺 聚酰胺簡(jiǎn)稱PA，俗稱尼龍，是指分子主鏈上含有酰胺基團(tuán)（NHRCO）n的高分子化合物。

2、,歷史： 1926年美國(guó)最大的工業(yè)公司杜邦公司 開(kāi)始研發(fā) 1935年以己二酸與己二胺為原料制得聚合物，當(dāng)時(shí)稱為聚合物66。聚合物熔融后經(jīng)注射針壓出，在張力下拉伸稱為纖維。 1939年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化后定名為耐綸（Nylon），是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的合成纖維品種。,杜邦公司最早絲襪廣告,（1）二元胺和二元酸縮聚反應(yīng)，如聚酰胺66（尼龍66）。,第一個(gè)6表示二元胺的碳原子數(shù),第二個(gè)6表示二元酸的碳原子數(shù),聚酰胺610（6表示二元胺有6個(gè)碳原子，10表示二元酸有10個(gè)碳原子）,1. 聚酰胺的合成,（2）氨基酸、內(nèi)酰胺自聚。例如胺基己酸或己內(nèi)酰胺聚合而得到的產(chǎn)物就稱為聚酰胺6。,酰氨基是一個(gè)帶極性的集團(tuán)，基團(tuán)上

3、的氫，能與另一個(gè)酰氨基上的氧結(jié)合形成氫鍵。,原因：酰氨基團(tuán)具有吸水性，吸水性的大小取決于酰胺基之間亞甲基鏈節(jié)的長(zhǎng)短。即取決于分子鏈中CH2/CONH的比值，如聚酰胺6的(CH2/CONH=5/1 )吸水性比聚酰胺1010（ CH2/CONH=9/1）的吸水性要大。,氫鍵：結(jié)晶化，較高的力學(xué)強(qiáng)度和高的熔點(diǎn)。 亞甲基CH2 ：分子鏈柔順，高的韌性。 共同點(diǎn)：耐磨性和耐化學(xué)藥品性。 缺點(diǎn)：親水性強(qiáng)，吸水后尺寸穩(wěn)定性差。,2. 聚酰胺的性能 （1）物理性能：白色至淡黃色的顆粒，制品堅(jiān)硬，表面有光澤。吸水性大，吸水率為聚酰胺（PA）6PA 66PA 610PA 1010PA 11PA 12,（2）力學(xué)性

4、能：優(yōu)良的力學(xué)性能。拉伸強(qiáng)強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、剛性及耐磨性都比較好。但其力學(xué)性能會(huì)受到溫度以及濕度的影響。聚酰胺具有很好的耐磨性能。是一種自潤(rùn)滑材料。 （3）電性能：含有極性的酰氨基團(tuán)，影響到它的電絕緣性。在低溫和干燥的條件下有良好的電絕緣性，但在潮濕的條件下，介電強(qiáng)度會(huì)降低，介電常數(shù)和介質(zhì)損耗也會(huì)明顯增大。 （4）熱性能：氫鍵，熔融溫度較高，而且熔融溫度范圍比較窄，有明顯的熔點(diǎn)。熱導(dǎo)率很低，相當(dāng)于金屬的幾百分之一。線膨脹系數(shù)比較大，約為金屬的57倍。,（5）耐化學(xué)藥品性：良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不溶于普通溶劑，能耐許多化學(xué)藥品，對(duì)鹽水、細(xì)菌和霉菌都很穩(wěn)定。 （6）其他性能：耐候性一般。無(wú)臭、

5、無(wú)味、無(wú)毒，具有自熄性，燃燒緩慢，且火焰?zhèn)鞑ニ俣群苈?，離火后會(huì)慢慢熄滅。,3. 其他聚酰胺品種 （1）芳香族聚酰胺 分子主鏈上含有芳香環(huán)。由芳香二元胺和芳香二元酸縮聚而成的聚間苯二甲酰間苯二胺。,性能：高低溫下都有很好的力學(xué)性能。 熔點(diǎn)410，分解溫度450，脆化溫度70。 且具有優(yōu)異的電絕緣性，受溫度和濕度的影響很 小，而且耐酸、耐堿、耐氧化性優(yōu)于一般聚酰胺。 不易燃燒，并且有自熄性。 用途：絕緣材料，如耐高溫薄膜、絕緣層壓板、耐輻射材料等。,（2）透明 透明聚酰胺幾乎不產(chǎn)生結(jié)晶或結(jié)晶速度非常慢。 向分子鏈中引入側(cè)基的方法破壞分子鏈的規(guī)整性，抑制晶體的生成。 透明聚酰胺的透光率可達(dá)90%以上

6、。 具有很好的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、剛性、尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)腐蝕性、耐劃痕、表面硬度等特性。,（3）增強(qiáng)聚酰胺 玻璃纖維為增強(qiáng)材料。 力學(xué)性能、耐蠕變性、 耐熱性及尺寸穩(wěn)定性 在原有基礎(chǔ)上可大幅 度的提高。,3.2 聚碳酸酯 聚碳酸酯是指分子主鏈中含有 鏈節(jié)的線性高聚物。簡(jiǎn)稱PC。 根據(jù)重復(fù)單元中基團(tuán)種類的不同，可以分為脂肪族、脂環(huán)族、芳香族等幾個(gè)類型的聚碳酸酯。 1959年，德國(guó)拜爾Bayer工業(yè)化生產(chǎn)。 1. 聚碳酸酯的結(jié)構(gòu)與性能,（1）物理性能：透明、呈微黃色的堅(jiān)韌固體。密度為1.20g/cm3 ，透光率可達(dá)90%，無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)臭，有高度的尺寸穩(wěn)定性，有自熄性。 (2)力學(xué)性能：即剛又韌

7、的材料,力學(xué)性能十分優(yōu)良。拉伸、彎曲、壓縮強(qiáng)度都較高，受溫度的影響小。尤其是沖擊性能十分突出，優(yōu)于一般的工程塑料。抗蠕變性能好，可在較高溫度下承受較高的載荷并保證尺寸的穩(wěn)定性。,（3）熱性能：很好的耐高低溫性能，120下具有良好的力學(xué)性能，熱變形溫度達(dá)130140，有良好的耐寒性，脆性溫度為100，長(zhǎng)期使用溫度為70120，線膨脹系數(shù)也較小，阻燃性也好。 （4）電性能：弱極性聚合物，有很好的電絕緣性。在很寬的溫度和濕度條件下保持良好的電性能。它的介電常數(shù)和介電損耗接近常數(shù)。 （5）耐化學(xué)藥品性：具有一定的耐化學(xué)藥品性。在室溫下耐水、有機(jī)酸、稀無(wú)機(jī)酸、氧化劑、鹽、油。但它受堿、芳香烴的侵蝕。長(zhǎng)期

8、浸在沸水中會(huì)發(fā)生水解現(xiàn)象。 （6）其他性能：透光率很高，約為8790。還具有很好的耐候性和耐熱老化能力，在戶外暴露兩年，性能基本不發(fā)生變化。,2 . 聚碳酸酯的應(yīng)用,3. 其他PC品種 （1）增強(qiáng)PC 玻璃纖維、碳纖維、石棉纖維，玻璃纖維增強(qiáng)PC的力學(xué)性能已接近金屬。 （2）PC合金 PC/PE合金 加工性流動(dòng)性、耐應(yīng)力開(kāi)裂性及耐沸水性提高。電絕緣、耐磨性及加工工藝性都得到了改善。PE的用量不超過(guò)10。 PC/ABS樹(shù)脂合金 加工流動(dòng)性得到改善，成型溫度會(huì)降低，但力學(xué)性能會(huì)有所下降。一般ABS樹(shù)脂的用量小于30。,塑料回收,3.3 聚甲醛（POM） 第三大通用工程塑料。分子主鏈上具有（CH2O

9、）重復(fù)單元。 1. POM的結(jié)構(gòu)（均聚甲醛和共聚甲醛） 均聚甲醛的分子式：CH2On n為10001500。 共聚甲醛的分子式： -CH2Ox-CH2O-CH2-CH2y-，x：y95：5或97：3。,均聚甲醛結(jié)晶度（75以上）高，熔點(diǎn)為175，并且有較高的力學(xué)性能。 共聚甲醛，分子主鏈上引入了少量的CC鍵，熱穩(wěn)定性較好，但大分子規(guī)整度變差，結(jié)晶性減弱。,2. POM的性能 （1）物理性能： 白色粉末或粒料，硬而致密，表面光滑且有光澤。著色性好。容易燃燒，長(zhǎng)期暴露在大氣中容易老化。,（2）力學(xué)性能：較高的力學(xué)性能，最突出的是有較高的彈性模量、硬度和剛度。它的耐磨性、耐疲勞性及耐蠕變性都很好。沖

10、擊強(qiáng)度較高。POM對(duì)缺口比較敏感，有缺口時(shí)的沖擊強(qiáng)度比無(wú)缺口時(shí)下降90%以上。聚甲醛具有優(yōu)異的耐磨性。 （3）熱性能：較高的熱變形溫度，均聚甲醛的熱變形溫度要高于共聚甲醛，但均聚甲醛的熱穩(wěn)定性不如共聚甲醛。聚甲醛的短期使用溫度可達(dá)140，長(zhǎng)期使用溫度不超過(guò)100。 （4）電性能：電絕緣性優(yōu)良，它的介電損耗和介電系數(shù)在很寬的頻率和溫度范圍內(nèi)變化很小。即使在水中浸泡或者在很高的濕度下仍保持良好的耐電弧性能。 （5）耐化學(xué)藥品性：在室溫下，聚甲醛的耐化學(xué)藥品性非常好，但在高溫下不耐強(qiáng)酸和氧化劑。 （6）其他性能：吸水率小于0.25%，濕度對(duì)尺寸無(wú)改變，尺寸穩(wěn)定性好，即使長(zhǎng)時(shí)間在熱水中使用其力學(xué)性能也

11、不下降。耐候性不好，長(zhǎng)期暴露與強(qiáng)烈的紫外線輻射下，沖擊強(qiáng)度會(huì)顯著下降。,3. 聚甲醛的應(yīng)用,近年來(lái)我國(guó)工程塑料POM消費(fèi)/進(jìn)口/自產(chǎn)量比較,世界工程塑料應(yīng)用領(lǐng)域分布,日本工程塑料應(yīng)用領(lǐng)域分布,我國(guó)工程塑料應(yīng)用領(lǐng)域分布,3.4 聚苯醚 聚亞苯基氧，分子主鏈中含有 鏈節(jié)，簡(jiǎn)稱PPO。 1. 制備：,2. 性能：耐高溫?zé)崴苄怨こ趟芰?，脆化溫度?170，玻璃化溫度210，分解溫度350，可在-160-190下長(zhǎng)期使用，成型收縮小，是一種難燃性塑料，在寬的溫度范圍內(nèi)，具有良好的機(jī)械性能和電性能，可耐較高濃度的酸、堿，并且對(duì)一般化學(xué)藥品都穩(wěn)定。還具有優(yōu)良的水解穩(wěn)定性，制品在高壓蒸汽中反復(fù)使用。,3. 用

12、途：適合于潮濕、高溫，有 一定負(fù)載又需要具備優(yōu)良的機(jī)械性 能、尺寸穩(wěn)定性和電性能的場(chǎng)合。,4. 改性聚苯醚 （1）PPO/PS合金 可以按任意比例混合。 （2）PPO/ABS合金 很好的耐沖擊性、耐應(yīng)力開(kāi)裂性、耐熱性和尺寸穩(wěn)定性。 （3）PPO/PA合金 具有高韌性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐磨損性。 （4）玻璃纖維增強(qiáng)PPO 提高聚苯醚的力學(xué)性能、耐熱性。,3.5 熱塑性聚酯 由飽和二元酸和飽和二元醇縮聚得到的線性高聚物稱為熱塑性聚酯。最常使用的有兩種：聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯。 1. 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）,（1） 結(jié)構(gòu)與性能,剛性的苯環(huán),極性的酯基,柔性的脂肪烴基,

13、大分子鏈即剛又硬，有一定柔順性,PET耐熱性比較高。制品尺寸穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度、模量、自潤(rùn)滑性能與聚甲醛相似，阻燃性和熱穩(wěn)定性比聚甲醛好。PET與玻璃纖維復(fù)合，有優(yōu)良的電絕緣性能，PET能耐弱酸及非極性有機(jī)溶劑，不耐強(qiáng)堿和強(qiáng)酸以及苯酚類化學(xué)藥品。在高溫、高濕、堿及沸水中會(huì)分解。,（2）應(yīng)用,2. 聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯 PBT 結(jié)構(gòu)單元為：,聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯（PTT） 結(jié)構(gòu)單元：,3.6 聚酰亞胺（PI） 聚酰亞胺是指主鏈上含有酰亞胺基的高聚物，通式為：,隨著Ar和Ar基團(tuán)的不同，形成高聚物性質(zhì)不同，大體可分為三類 ： 不熔性聚酰亞胺,性質(zhì)：為不熔性高聚物，密度1.43-1.59，在-260

14、-400范圍內(nèi)可以保持較高的物理性能。可在-240-260的空氣中長(zhǎng)期使用。不燃、具有優(yōu)異的耐輻射性能，機(jī)械性能和電絕緣性能，而且耐磨性能優(yōu)異，可在無(wú)潤(rùn)滑條件下使用，有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，但易被濃酸、濃堿所分解。 應(yīng)用：,可熔性聚酰亞胺 為了改善聚酰亞胺的加工性能，在主鏈上引入親水醚健結(jié)構(gòu)，可制成可熔性聚酰亞胺。加工比較方便。,改性聚酰亞胺 由于聚酰亞胺對(duì)堿易分解，不易加工及價(jià)格較貴，因而上一世紀(jì)七十年代改性聚酸亞胺新品種不斷開(kāi)發(fā)。 3.7聚氨酯（Polyurethane, PU） 1. 概述 凡主鏈上含有（NHCOO）的高聚物，統(tǒng)稱為氨基甲酸酯，簡(jiǎn)稱聚氨酯，它是由異氰酸酯和羥基化合物經(jīng)過(guò)逐步聚

15、合而制成。,按結(jié)構(gòu)分，聚氨酯有線型、部分交聯(lián)和交聯(lián)體型三類。 一般工業(yè)上，線型聚氨酯用于作為熱塑性彈性體和合成纖維使用，而體型結(jié)構(gòu)聚氨酯廣泛用于泡沫塑料、涂料、膠粘劑及橡膠制品。,2. 應(yīng)用,硬質(zhì)聚氨酯的應(yīng)用,3.8 氯化聚醚（Chlorinated Polyether，） 聚3，3-雙氯甲基環(huán)氧丙烷，簡(jiǎn)稱聚氯醚。 1. 合成：,2. 性能：微黃色結(jié)晶性熱塑性工程塑料。具有突出的化學(xué)穩(wěn)定性。對(duì)大多數(shù)酸堿和溶劑有良好的抗腐蝕性，在120下能經(jīng)受大多數(shù)化學(xué)藥品及試劑的作用。但不耐氧化性強(qiáng)的酸。熱穩(wěn)定性好，可在120下長(zhǎng)期使用。具有優(yōu)良的綜合性能，優(yōu)異的耐磨性，為耐磨性能最好的塑料之一，尺寸穩(wěn)定性好

16、，吸水性僅0.01%，是最耐水的品種之一，有較高的電絕緣性能，有良好的抗熱老化性能。,3. 應(yīng)用：可用于耐腐蝕的管道、閥門(mén)、設(shè)備襯里、容器，防腐涂層和濾板；能作機(jī)械零件，如軸承、導(dǎo)軌、齒輪等，還可用于電絕緣材料，特別是亞熱帶地區(qū)和深水電纜的包皮。,. 氟塑料（Fluoroplastics，PVF） 氟塑料是各種含氟塑料的總稱,聚四氟乙烯，全氟丙烯共聚物，四氟乙烯乙烯共聚物，聚三氟氯乙烯、三氟氯乙烯偏氟乙烯共聚物，三氟氯乙烯乙烯共聚物，聚偏氟乙烯等品種。,1. 聚四氟乙烯的制備（PTFE）,CHCl3+2HF,CHCl2+2HCl,2CHClF2,CF2CF2+2HCl,nCF2CF2,CF2CF2n,2. 性能與用途：不支化，大分子均為規(guī)整的線型結(jié)構(gòu)，所以聚四氟乙烯是高結(jié)晶和取向的高聚物，結(jié)晶度為93%-98%，分子量為1550萬(wàn)。 聚四氟乙烯具有優(yōu)異的耐高、低溫性能，可在200-260范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。在250經(jīng)1000h，其機(jī)械性能和電性能無(wú)明鮮