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第3章 工程塑料 工程塑料是指物理力學性能及熱性能比較好的、可以當作結構材料使用的且在較寬的溫度范圍內可承受一定的機械應力和較苛刻的化學、物理環(huán)境中使用的塑料材料。 通用工程塑料：使用量大，長期使用溫度在100~150℃，可作為結構材料使用的塑料材料 例如：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、熱塑性聚酯等 主要內容 3.1 聚酰胺（PA） 3.2 聚碳酸酯（PC） 3.3 聚甲醛（POM） 3.4 聚苯醚（PPO） 3.5 熱塑性聚酯 3.6 聚苯硫醚（PPS） 3.1 聚酰胺（polyamide，PA） 聚酰胺俗稱“尼龍”，指分子主鏈 上含有酰胺基團（—NHCO—）的高分子化合物。 制備：二元胺和二元酸通過縮聚反應或ω-氨基酸或內酰胺自聚而得 3.1.1 聚酰胺的結構與性能 白色至淡黃色的顆粒，制品堅硬，表面有光澤，氫鍵的存在使其具有良好的力學性能、耐油性、耐溶劑性，吸水率比較大。 （1）力學性能 優(yōu)良 拉伸強度、沖擊強度、剛性、耐磨性較好；但易受溫度和濕度的影響 （4）耐化學藥品性 化學穩(wěn)定性良好，能耐許多化學藥品 常溫下溶于強極性溶劑以及某些鹽的溶液 （5）其他性能 耐候性一般 無臭、無味、無毒，具有自熄性，燃燒很慢 3.1.2 聚酰胺的加工性能 熱塑性塑料的一般成型方法都適用：注射、擠壓、模壓、吹塑、澆注等 （1）原料吸水性大，高溫易氧化變色，加工前必須干燥，80~90℃，10~12h （2）融化物黏度低，流動性大，必須采用自鎖式噴嘴 （3）收縮率大，必須經(jīng)過多次試加工，進行修模 （4）熱穩(wěn)定性較差，易熱分解而降低制品的性能 3.1.3 聚酰胺的應用 由于聚酰胺優(yōu)良的性能，在汽車工業(yè)、交通運輸業(yè)、機械工業(yè)、電子電器工業(yè)、包裝業(yè)、體育器材以及家具制造業(yè)上有廣泛應用。 例如：軸承、齒輪、凸輪、磙子、輥軸、泵葉輪、風扇葉輪、渦輪、螺釘、螺帽、墊圈、高壓密封圈、閥座、輸油管等 3.2 聚碳酸酯（polycarbonate，PC） 聚碳酸酯是指分子主鏈中含有 鏈節(jié)的線性高聚物 3.2.1 聚碳酸酯的結構與性能 雙酚A型聚碳酸酯的結構式： 聚碳酸酯是一種透明、微黃色的堅韌固體，密度1.20g/cm3 （1）力學性能 十分優(yōu)良，既剛又韌； 拉伸、彎曲、壓縮強度都較高，且受溫度影響小； 沖擊性能突出； 抗蠕變性能好 缺點是易產生應力開裂、耐疲勞性差，缺口敏感性高，不耐磨損 （2）熱性能 耐高低溫性能很好； 熱導率、比熱容不高； 線膨脹系數(shù)較��； 阻燃性好，具有自熄性 （3）電性能 較好的電絕緣性 可在寬溫度范圍內和潮濕的條件下保持良好的電性能； 介電常數(shù)和介電損耗在10~130℃接近常數(shù) （4）耐化學藥品性 一定的耐化學藥品性； （5）其他性能 透光率很高，約為87~90%； 折射率高，可作為透鏡光學材料 很好的耐候性和耐熱老化能力 3.2.2 聚碳酸酯的加工性能 采用注塑、擠出、吹塑、真空成型、熱成型等方法 （1）成型要求較高的溫度和壓力 （2）易產生內應力，應進行后處理 （3）吸水性不大，但高溫下對微量水敏感，加工前應嚴格進行干燥 （4）收縮率低，成型制品精度較好 3.2.3 聚碳酸酯的應用領域 廣泛應用于交通運輸、機械工業(yè)、電子電器、包裝材料、光學材料、醫(yī)療器械、生活日用品等方面 例如：可應用在大型燈罩、防護玻璃、照相器材、飛機座艙玻璃、電力工具、防護安全帽、熱水杯、奶瓶、餐具；錄音帶、錄像帶、光盤、儲存器等 3.3 聚甲醛（polyoxymethylene，POM） 第三大通用工程塑料，產量僅次于聚酰胺和聚碳酸酯 3.3.1 聚甲醛的結構 聚甲醛分子主鏈上具有 重復單元，是一種無側鏈、高密度、高結晶度的線性聚合物，具有優(yōu)異的綜合性能。 3.3.2 聚甲醛的性能 白色粉末或顆粒，硬而質密，表面光滑有光澤，著色性好。 （1）力學性能 較高的彈性模量、硬度和剛性； 耐疲勞性、耐磨性以及耐蠕變性好； 隨溫度變化小 （2）熱性能 熱變形溫度較高，短期使用溫度140℃，長期100℃ 3.3.3 聚甲醛的加工性能 加工方法可采用注塑、擠出、吹塑、模壓、焊接等 （1）吸水性小，一般不干燥 （2）熱穩(wěn)定性差，熔體黏度對溫度不敏感，加工溫度一般控制在250℃以下 （3）結晶度高，成型收縮率大，壁厚制品采用保壓補料方式防止收縮 （4）冷凝速度快，易產生缺陷，可采用提高模具溫度的方法減小缺陷 （5）制品易產生殘余內應力，后收縮比較明顯應進行后處理，溫度100~130℃，6h。 3.3.4 聚甲醛的應用領域 聚甲醛具有十分優(yōu)異的綜合性能，特別適合于制造耐摩擦、磨損及承受高載荷的零件，如齒輪、滑輪、軸承等 廣泛應用于汽車工業(yè)、精密儀器、機械工業(yè)、電子電器、建筑器材等 3.4 聚苯醚（polyphenyphenyleneoxide，PPO） 結構式： 3.4.1 聚苯醚的性能 線型、非結晶性聚合物 白色或微黃色粉末，綜合性能優(yōu)良 （1）力學性能 很高的拉伸強度、模量和抗沖擊性； 硬度和剛性都比較大； 耐磨性好 耐疲勞性和耐應力開裂不好 3.4.2 聚苯醚的加工性能 可采用注塑、擠出、吹塑、發(fā)泡、真空成型、焊接成型等方法 （1）熔融狀態(tài)下熔體黏度很大，接近于牛頓流體，但隨溫度升高會有所偏離，加工時應提高溫度并適當增加注射壓力； 3.5 熱塑性聚酯 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。 常用的兩種：聚對苯二甲酸乙二醇酯 聚對苯二甲酸丁二醇酯 3.5.1 聚對苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET） 制備：對苯二甲酸或對苯二甲酸二甲酯與乙二醇縮聚 分子結構式： 聚對苯二甲酸乙二醇酯的性能 無定形聚對苯二甲酸乙二醇酯：無色透明固體，密度1.3~1.33g/cm3，折射率1.655，透光率90%； 結晶型聚對苯二甲酸乙二醇酯：乳白色半透明的固體，密度1.33~1.38g/cm3 阻隔性能好，對O2、H2、CO2有較高的阻隔性； 吸水性較低，尺寸穩(wěn)定性好 （1）力學性能 優(yōu)越的力學性能 較高的拉伸強度、剛度和硬度； 良好的耐磨性； 良好的耐蠕變性； 力學性能隨溫度變化很��； 熱力學性能和沖擊性能差 （2）熱性能 熔融溫度255~260℃，長期使用溫度120℃，短期使用溫度150℃ （3）電性能 優(yōu)良的電絕緣性； 電性能受溫度、濕度影響 （4）耐化學藥品性 不耐強酸強堿； 室溫下對極性溶劑較穩(wěn)定； 具有優(yōu)良的耐候性 聚對苯二甲酸乙二醇酯的加工性能 可采用注塑、擠出、吹塑等方法 （1）熔體具有較明顯的假塑體特征，因而黏度對剪切速率的敏感性大，對溫度的敏感性小 （2）吸水性雖小，但熔融下易水解，必須干燥 聚對苯二甲酸乙二醇酯的應用 聚對苯二甲酸乙二醇酯的應用領域主要有纖維、薄膜、聚酯瓶及工程塑料等幾個方面； 纖維的用量很大，目前世界上約有半數(shù)左右的合成前衛(wèi)是有聚對苯二甲酸乙二醇酯制造的； 沒有增強改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯主要用來制作薄膜和聚酯瓶； 3.5.2 聚對苯二甲酸丁二醇酯（polybutylene terephthalate，PBT） 制備：對苯二甲酸和丁二醇縮聚，可以采用直接酯化法及酯交換法 分子結構式： 聚對苯二甲酸丁二醇酯的性能 乳白色結晶固體，無味、無臭、無毒，密度1.31g/cm3，吸水率0.07%，制品表面有光澤 （1）力學性能 一般 增強改性后性能大幅度提高 （2）熱性能 耐熱性不高 玻璃化轉變?yōu)槎?1℃，熔融溫度225~230 ℃，熱變形溫度55~70 ℃ （3）電性能 優(yōu)良的電絕緣性 溫度和濕度影響小 （4）耐化學藥品性 耐弱酸、弱堿、醇類、脂肪烴類、高分子量酯類和鹽類 不耐強酸、強堿、苯酚類化學試劑 熱水中水解 聚對苯二甲酸丁二醇酯的加工性能 可采用注塑、擠出成型 （1）加工流動性好，可以制備厚度較薄的制品 （2）雖然吸水性小，但為防止高溫下水解，進行干燥；120℃，3~5h （3）制品在不同方向上的成型收縮率差別大，不跟制品的幾何形狀、成型條件、貯存時間、條件及溫度有關 聚對苯二甲酸丁二醇酯的應用 電子、電氣、汽車、機械等方面 在電子、電氣方面，主要利用其優(yōu)良的耐熱性、電絕緣性、阻燃性、成型加工性及尺寸穩(wěn)定性；制作連接器、線圈架、電機零件、開關、插座、變壓器骨架； 在汽車工業(yè)方面，利用其優(yōu)良的耐沖擊性；制作汽車保險杠、手柄、底座等 3.5.3 聚芳酯（polyarylate，PAR） 分子結構式： （1）力學性能 良好 具有良好的耐沖擊性、耐蠕變性、應變回復性、耐磨性及較高的強度 （2）熱性能 由于苯環(huán)的存在，具有優(yōu)異的耐高溫性 線膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好，熱收縮率低 良好的阻燃性 （3）電性能 優(yōu)良的電絕緣性，電性能受溫度、濕度的影響小 3.5.4 聚苯酯（aromatic polyester） 分子結構式： 3.6 聚苯硫醚（polyphenyl sulfone，PPS） 分子主鏈上含有苯硫基的結晶性熱塑性工程塑料 分子結構式： 3.6.1 聚苯硫醚的性能 白色、硬而脆 （1）力學性能 不高； 拉伸、彎曲強度中等水平，沖擊強度很低 剛性很高 3.6.2 聚苯硫醚的加工性能 可采用注塑、擠出、壓制、噴涂等方法，也可采用中空成型 3.6.3 聚苯硫醚的應用 主要應用于耐高溫黏合劑、耐高溫玻璃鋼、耐高溫絕緣材料、防腐涂層以及模塑制品等 如用作電器接插件和零件；制造醫(yī)療及齒科器材；制造汽車和機械零部件 3.7 聚酰亞胺（polyimide，PI） 聚酰亞胺是分子主鏈中含有酰亞胺基團的一類芳雜環(huán)聚合物 制備：芳香族二元酸酐和芳香族二元胺經(jīng)過縮聚反應生成聚酰胺酸，然后經(jīng)熱轉化或化學轉化環(huán)化脫水形成 3.7.1 聚酰亞胺的性能 具有優(yōu)異的性能 （1）力學性能 優(yōu)良；拉伸、彎曲、壓縮強度都較高 突出的抗蠕變性和尺寸穩(wěn)定性 （2）熱性能 極其優(yōu)異的耐熱性 很好的耐低溫性 熱膨脹系數(shù)很低 3.7.2 聚酰亞胺的品種 不溶性聚酰亞胺：聚均苯甲酰二苯醚亞胺 可溶性聚酰亞胺： 熱固性聚酰亞胺 改性聚酰亞胺 1.不溶性聚酰亞胺 聚均苯甲酰二苯醚亞胺 分子結構式： 2.可溶性聚酰亞胺 （1）單醚酐型聚酰亞胺 分子結構式： （2）雙醚酐型聚酰亞胺 分子結構式： （3）酮酐型聚酰亞胺 分子結構式： 3.熱固性聚酰亞胺 熱固性聚酰亞胺是指分子兩端帶有可反應活性基團的低分子量聚酰亞胺，在加熱或固化劑存在時依靠活性端基交聯(lián)反應形成大分子結構的聚酰亞胺。 （1）NA基封端的聚酰亞胺 化學結構通式： （3）順丁烯二酸酐封端的聚酰亞胺 常用的是4，4‘-雙馬來酰亞胺二苯甲烷（BDM） 分子結構式： 4. 改性聚酰亞胺 在分子主鏈上引入醚鍵、酯鍵等柔性基團，改善加工性能 （1）聚醚酰亞胺 琥珀色透明的熱塑性塑料 分子結構式： 加工： 注塑、擠出、熱成型等 性能： 良好的力學性能、熱性能、耐輻射性、阻燃性能等 應用： 可用于交通運輸、航空、航天、醫(yī)療器械、電子、電氣等領域 （2）聚酯酰亞胺 分子結構式： （3）聚酰胺酰亞胺 分子結構式： 性能： 優(yōu)良的綜合性能，抗拉強度高、抗蠕變性能優(yōu)異、阻燃性能好、具有自熄性、耐化學藥品性優(yōu)良、耐輻射性好； 加工： 注塑、擠出、流延、模壓等 應用： 可制作飛機的結構件、罩殼、薄膜、層壓板、齒輪、軸承、透波材料、發(fā)動機零部件等。 聚砜的性能 （1）力學性能 優(yōu)異 拉伸強度和彎曲強度高 抗疲勞性差，易產生內應力開裂 （4）耐化學藥品性 化學穩(wěn)定性較好 （5）其他性能 優(yōu)良的耐輻射性能 尺寸穩(wěn)定性好 耐候性和耐紫外線性較差 聚砜的加工性能 成型可采用熱塑性塑料的加工方法，如注塑、擠出、吹塑、熱成型及二次加工 （1）熔體黏度大，接近牛頓流體，黏度對溫度敏感 聚砜的應用 可應用于電子、電氣、精密儀器、交通運輸、醫(yī)療器械等方面 如制備需蒸煮的醫(yī)療設備、食品加工設備；電池盒、襯板、接觸器、印刷線路板；儀表盤、汽車防護罩、電動齒輪等 3.8.2 聚芳砜（polyarylsulphone，PAS ） 非雙酚A型聚芳砜 分子結構式： 3.8.3聚醚砜（polyether sulfone，PES） 分子結構式： 3.9 聚芳醚酮類塑料（polyarylether ketones，PAEK） PAEK是一類耐高溫、結晶性的聚合物； 強度和剛性高于其他工程塑料，在很寬的溫度范圍內具有較好的韌性及疲勞強度、熱氧化穩(wěn)定性好； 具有優(yōu)良的高溫力學性能、阻燃性、耐化學腐蝕性、耐輻射性； 在航空航天、汽車、電子、電氣等領域有廣泛的應用 聚醚醚酮（polyetheretherketone ，PEEK） 分子結構式： （3）電性能 優(yōu)異的電絕緣性 介電常數(shù)小，介電損耗低 （4）耐化學藥品性 化學穩(wěn)定性好； 極佳的耐熱水性和耐蒸汽性 （5）其他性能 具有很好的阻燃性； 優(yōu)良的耐輻射性 加工性能： 可采用注塑、擠出、吹塑、層壓等，可紡絲、制膜 應用： 在核工業(yè)、化學工業(yè)、電子電器、機械儀表、汽車工業(yè)和宇航領域得到廣泛應用 3.10 氟塑料 含氟塑料的總稱 具有更優(yōu)越的耐高溫、低溫、耐腐蝕、耐候性、電絕緣性，不吸水、摩擦系數(shù)低等特性 氟塑料成為現(xiàn)代尖端科學技術、國防、航空、軍工生產和各工業(yè)部門所不能缺少的新型材料 3.10.1 聚四氟乙烯（polytetrafluroethylene，PTFE） 聚四氟乙烯具有優(yōu)良的耐腐蝕性、自潤滑性、耐熱性、電絕緣性以及極低的摩擦系數(shù)； 廣泛應用于化學工業(yè)的防腐材料、機械工業(yè)的摩擦材料、電氣工業(yè)的絕緣材料以及防黏結材料、分離材料和醫(yī)用高分子材料 聚四氟乙烯的性能： 白色不透明的蠟狀粉體，密度2.14~2.20g/cm3，是塑料中密度最大的品種，結晶聚合物 （1）力學性能 極低的摩擦系數(shù)；是塑料材料中最低的，動、靜摩擦系數(shù)相等 極好的自潤滑性； 耐磨損性不好； 拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度、剛性、硬度、耐疲勞性較低 易產生蠕變現(xiàn)象 （5）其他性能 耐候性優(yōu)良 對光和臭氧的作用很穩(wěn)定，具有很好的耐大氣老化性能 耐輻射性不好 具有自熄性，不能燃燒 表面自由能很低，幾乎與所有材料都無法黏附 聚四氟乙烯的成型加工性能： 聚四氟乙烯不能采用熱塑性塑料熔融加工方法，只能采用類似于粉末冶金的加工方法，即冷壓成坯后燒結 燒結采用模壓燒結、擠壓燒結、推壓燒結 聚四氟乙烯的應用： 廣泛應用于密封材料、滑動材料、絕緣材料、防腐材料、醫(yī)用材料等 防腐材料方面：各種化工容器和零件，如蒸餾塔、反應器、閥門、閥座、隔膜、反應釜、過濾材料和分離材料； 摩擦、磨損方面：各種活塞環(huán)、動密封環(huán)、靜密封環(huán)、墊圈、軸承、軸瓦、支撐塊、導向環(huán)等； 絕緣材料方面：耐高溫、耐電弧、高頻電絕緣制品，如高頻電纜、耐潮濕電纜、電容器線圈等； 醫(yī)藥材料方面：人工心臟、人工食道、人工腹膜等 3.10.2 聚三氟氯乙烯（polychlorotrifluroethylene，PCTFE） 結構與性能： 與聚四氟乙烯相比，分子結構的幾何對稱性降低，規(guī)整性降低 拉伸強度、模量、硬度等優(yōu)于聚四氟乙烯 （1）力學性能 優(yōu)于聚四氟乙烯，冷流性降低 成型加工性： 一般熱塑性塑料的加工方法，如注塑、壓鑄、壓縮、模塑、擠出等 加工必須采用較高的成型溫度和壓力 加工比較困難 應用： 用于制造形狀復雜而且聚四氟乙烯難以成型的耐腐蝕制品，如耐腐蝕的高壓密封件、高壓閥瓣、泵和管道的零件、高頻真空管底座、插座等； 利用阻氣性制造高真空系統(tǒng)的密封材料； 利用涂覆性，對反應器、冷凝加熱器、攪拌器、分餾塔、泵等進行防腐涂層； 制造光學視窗如導彈的紅外窗 3.10.3 聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride，PvdF） 分子結構式： 3.10.4 聚氟乙烯（polyvinyl floride，PVF） 分子結構式： 3.11 氯化聚醚（chlorinated pioyether，CP） 分子結構式： 3.11.1 氯化聚醚的性能 （1）力學性能 優(yōu)異的耐磨性； 沖擊強度偏低 （2）熱性能 較好的耐熱性 熱導率很低，是一種優(yōu)良的絕熱材料； 很好的阻燃性 （3）電性能 良好的電絕緣性 （4）耐化學藥品性 十分優(yōu)異的耐化學介質腐蝕性 （5）其他性能 吸水率很低； 成型收縮率小，特別適合在濕度變化大的場合使用 3.11.2 氯化聚醚的加工性能 良好的成型加工性，可采用注塑、擠出、吹塑、模壓、噴涂等方法 （1）熔體黏度低，加工流動性好 （2）吸水率低，可不用干燥 （3）加工時易放出腐蝕性氣體，需對設備防腐處理 3.11.3 氯化聚醚的應用 可應用于化工、機械、礦山、冶金、電器、醫(yī)療器械等方面 化工腐蝕方面，用作防腐涂層及制品，如閥門、化工管道、容器、殼體等 機械方面，制作軸承、導軌、 齒輪、軸套、齒條等 電器方面，海底電纜、化工電纜、亞熱帶和鹽霧環(huán)境中的電器配件 醫(yī)療器械方面，外科手術的醫(yī)療器械 復習題 1）工程塑料？通用工程塑料？特種工程塑料？試舉例 2）PA的結構、性能及應用 3）PC的結構、性能及應用 4）PPS的結構及性能 5）PI的制備、結構及性能 6）PSU的結構及性能 7）PTFE的結構、性能及應用Gm9紅軟基地

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