塑料材料学复习指导及问答

1一、绪论1、树脂:由低分子单体化合物通过共价键结合起来的一种高分子化合物。2、塑料：树脂为基材，加入适当助剂，成型。3、热塑性聚酯：饱和的二元羧酸与饱和的二元醇缩聚得到的线型聚合物。4、热固性塑料：指在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料。热塑性塑料：指加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行的塑料。区别：（1）分子结构：a线型及支链型大分子b线型大分子，固化后成为三维体型大分子。（2）热行为：a受热可熔化，冷却又变硬，可反复此过程；b制成制品后即成为不溶不熔的材料。（3）溶解性：a可溶于特定的溶剂；b仅在某些溶剂中溶胀。5、通用塑料:产量大、用途广、成型性能好、价格较廉。6、工程塑料:具有优异的力学性能和优异的耐热性，优异的耐化学性能。7、二元酸和二元醇的酯化作用，得到聚酯。第二章塑料材料的组成1、助剂的作用：改善成型工艺性能；改善制品的使用性能或降低成本。2、渗析：是指塑料中某助剂向相接触的其它材料中迁移的现象。当一种添加剂在被掺合的聚合物里以及在能够是液态或固态的邻近材料内部具有一定溶解度的时候，便会迁移到邻近材料里去。这就发生了添加剂的渗出。3、喷霜：是指塑料中某助剂向制品表面迁移的现象，一般主要是指增塑剂和润滑剂。当该助剂在加工温度下在树脂中完全溶解，但在室温下仅部分溶解时，所成型的制品在室温下存放或使用时就会发生喷霜现象。4、填料：用来改善某些物理性能或力学性能，有时填料的使用主要是为了降低材料的造价。5、增塑剂：用来改善塑料的塑性，增加成型加工时的流动性，降低制品的脆性，改善塑料耐寒性的一种助剂。6、增塑机理：间隔作用、极性理论和氢键理论。增塑剂的主要功能是通过在聚合物分子间起间隔作用，使不同分子链间的距离增大，从而使分子链旋转需要的能量降低，在低于分解温度时聚合物变得可以流动。要求：挥发性小，与树脂的相容性好。PVC必须要用增塑剂。7、热稳定剂：加入到塑料配料中，能改善树脂的热稳定性，抑制其热降解、热分解的助剂。热稳定剂的作用机理：（1）抑制自由基生成和脱HCl的过程（有机锡类）；（2）吸收中和HCl，抑制它的自动催化作用（盐基铅盐、金属皂类）。8、光稳定剂：加入到塑料配方中，改善塑料的耐日光性，防止或降低日光中紫外线对塑料的破坏的助剂。分三大类：紫外光屏蔽剂，吸收剂，淬灭剂。9、抗氧剂：添加到塑料配方中，能延缓或抑制塑料氧化降解的物质。机理：(1)酚类、胺类抗氧剂中含有-OH，=NH，能与自动催化氧化反应中形成的自由基作用，最终使自由基消失，使氧化的链式反应终止。(2)亚磷酸类抗氧剂能够将氧化反应过程中形成的氢过氧化物分解为不活泼产物，使其失去活性。10、抗静电剂：加入塑料配方中或涂敷到塑料制品表面，防止制品表面聚积电荷的助剂。静电的危害：1）表面吸尘；2)引起事故。机理：（1）抗静电剂中所含的亲水基团增加制品表面的吸湿性，增加导电性（2）离子型抗静电剂可以增加制品表面离子浓度，增加表面导电性。（3）抗静电剂具有较大的介电常数，加入塑料配方后可以增大材料电容，减少塑料制品表面摩擦时的电荷聚积。（4）某些抗静电剂可以增加塑料制品表面的平滑度，降低摩擦因素，因而也可以减少摩擦时产生的电荷数量。211、阻燃剂：加入到塑料配方中，能够降低材料的燃着倾向和程度，或降低燃烧速率和火焰传播速率的助剂。分类：添加型、反应型。机理：（1）燃烧时可形成不透的耐火涂层，隔绝燃烧物与氧的接触；（2）改变燃烧过程的热状态；（3）冲淡氧的供给；（4）从化学反应上妨碍燃烧过程。12、润滑剂：加入到塑料配料中，以便在塑料成型加工中减小摩擦，改善加工性能的助剂。塑料润滑剂作用方式：内润滑、外润滑。用在塑料中的着色剂基本上是颜料。（1）内润滑：与树脂有适当的相容性，可改善流动性能，降低塑料内部各组成的内摩擦。硬脂酸、硬脂酸甘油脂等。（2）外润滑：与树脂不亲和，在树脂表面形成薄膜，防止塑料粘结在金属设备、模具上。如石蜡、硅油等。13、固化剂：加入到热固性塑料配方中，可以使树脂分子链间产生交联反应，形成三维网状或立体结构大分子的一种助剂。固化剂具有专用性。第三章聚烯烃类塑料1、PE各聚合机理：（1）高压聚合：过氧化物，自由基，气相本体聚合；（2）低压聚合：齐氏催化剂，离子配位聚合，液相淤浆法；（3）中压聚合：CrO3，离子型聚合，溶液法聚合。2、PE性能：①化学上的惰性。②良好的韧性和耐低温性。③优异的介电和电绝缘性。④极优的耐溶剂性。⑤软而韧。（1）PE力学性能：一般，只有耐冲击性能较好。耐冲击强度LDPE＞LLDPE＞HDPE。随密度、结晶度、分子量提高，力学性能增大。（2）PE热性能：随分子量和结晶度的提高而改善。玻璃化温度低，支化度增大，密度降低，熔融温度降低，热变形温度很低，热稳定性较好，比热容较大；热导率大，不宜作绝热材料；线膨胀系数较大，制品尺寸随温度变化较大。（3）PE加工性能：吸水性极小，分子链柔性好，熔体的非牛顿性不明显，比热容较大，结晶能力高，熔体易氧化，收缩率大。（4）PE加工工艺：注塑，挤出，中空吹塑；LDPE和HDPE皆具有良好的注塑成型工艺性，PE可以挤出成型为板材，管材，棒材及各种型材，最常用于管材；中空吹塑是先从挤出机中挤出管形型胚，再将型胚置于模具中通气吹至要求形状，成为封闭的中空容器。3、（1）PP侧甲基对其性能的影响：○1分子链变硬，规整性下降；○2空间结构改变；○3.叔碳原子使PP化学性质活泼；○4等规指数影响；○5分子量对性能的影响。（2）与PE比较：○1力学性能：绝对值高于聚乙烯；缺点是韧性不够好，特备是低温脆性。○2热性能：熔融温度较聚乙烯高；耐热性稍高于聚乙烯。分子量增加，热变形温度降低，但耐寒性增加。比热容、热导率小于PE，聚乙烯绝热性优于聚乙烯。○3电性能：与聚乙烯接近；○4耐化学试剂和耐溶剂性：良好；○5环境与老化性能：易降解；铜害作用:；○6燃烧性能：极易燃烧，与聚乙烯类似。4、（1）PP加工性能：○1吸湿性小；○2成型方法多；○3熔体粘度小；○4易结晶，收缩率大；○5非牛顿流体，粘度对剪切速率和温度敏感；○6熔体弹性大，冷却凝固快，易产生内应力；○7受热易氧化降解。（2）PP加工工艺：聚丙烯可采用注塑、挤出、吹塑、旋塑、热成型、发泡、喷涂等工艺，其中最常采用的是注塑与挤出。第四章聚乙烯基塑料1、聚氯乙烯（PVC）聚合机理：自由基机理。实施方法：以悬浮法和乳液法为主。不含增塑剂或含增塑剂不超过5%的聚氯乙烯称为硬聚氯乙烯，含增塑剂的聚氯乙烯中增塑剂的加入量一般都很大，使材料变软，故称为软聚氯乙烯。2、PVC氯原子侧基对聚合物性能的影响：（1）增大分子链之间的吸引力；（2）降低聚合物的电3性能；（3）使材料具有阻燃性；（4）影响聚合物的溶解性；（5）影响聚合物的规整度。基本属于无定形聚合物。3、PVC工艺特性：（1）热稳定性差（2）熔体粘度高，成型压力大（3）对设备有腐蚀作用。（4）熔体冷却速度快，成型周期短。成型工艺：注塑、挤出、吹塑、压延、搪塑、发泡等成型工艺。注塑成型主要用于硬聚氯乙烯。聚氯乙烯可以挤出成型各种型材，也可以挤出吹塑薄膜。4、聚乙酸乙烯（PVAC）制备方法：由聚乙酸乙烯在酸性或碱性醇溶液中水解得到。5、如何提高聚乙烯醇PVAC的耐水性？答：(1)进行加热，使其产生部分交联。当加热超过160℃时即可产生部分交联，可大大提高耐水性。(2)用醛处理，使其表面生成不溶于水的聚乙烯醇缩醛。(3)利用某些有机物如邻苯二甲酸二乙酯、丁二酸二乙酯等与之反应使产生分子链间交联。第五章聚苯乙烯类塑料1、PS侧苯基的存在使聚苯乙烯具有如下结构特点：（1）使分子链变刚变硬。Tg在90-100OC（2）存在空间异构现象（3）耐化学性较PE、PP等要差（4）在空气中易氧，并引起降解（5）耐溶剂性差（6）有优异的介电、电绝缘性能（7）耐辐射性较高。2、PS的聚合：○1本体聚合：优点是产物纯度高、透明性好，产品介电、电绝缘性优良；缺点是散热困难，由于温度分布不均和局部过热，使产物分子量分散性大，影响到材料的力学性能。○2悬浮聚合：散热容易，产物分子量高，分散性小，但是分散剂不宜除尽，纯度不如本体聚合。○3溶液聚合：在溶液中进行聚合，由于体系粘度小，进行搅拌比本体聚合时容易，实施过程中机械设备上的困难较少，散热也较容易。但是分子量小，力学性能差,。○4乳液聚合：由于增长链自由基处于隔离状态，使自由基寿命较长，因此聚合反应速率高、聚合物分子量高、分散性小，使其力学性能、耐热性均较优，但由于体系辅助成分多，乳化剂、分子量调节剂等很难清除干净，以致产物纯度比悬浮聚合还要差，后处理也复杂，成本高于悬浮聚合。3、PS性能：(1）力学性能：硬而脆（2）热性能：聚苯乙烯的耐热性能较差，热变形温度约为70～95℃，长期使用温度为60～80℃；线膨胀系数较大（3）电性能：具有良好的介电性能和绝缘性，易产生静电（4）耐化学试剂及耐溶剂性：化学稳定性比较好；耐气候性不好；具有较优的耐辐射性.4、PS工艺特性：（1）吸湿率很小（2)适宜成型的温度范围宽（3）制品性能与工艺参数，特别是与成型温度及成型压力有明显关系（4）收缩率及其变化范围都较小（5）容易产生内应力。PS加工工艺（1）注塑成型（2）挤出成型（3）发泡成型（4）吹塑成型（5）热成型5、PS的缺点：韧性差，耐热性低，耐化学试剂耐溶剂性欠佳。克服缺点方法：改性。6、ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物。丙烯腈赋予材料良好的刚性、硬度、耐油耐腐，良好的着色性和电镀性；丁二烯赋予材料良好的韧性、耐寒性；苯乙烯赋予材料刚性、硬度、光泽性和良好的加工流动性，改变三组分的比例，可以调节材料性能。PMMA聚合：悬浮聚合制备颗粒料、粉状料；本体聚合透光率高最高，本体聚合制备型材:预聚、浇铸、完成聚合。第六章丙烯酸类塑料1、PMMA性能：（1）力学性能：硬而脆（2）热性能：耐热性、耐寒性不高，加工温度范围宽（3）电性能良好，具有良好的介电性和点绝缘性（4）耐化学试剂及耐溶剂性：可耐较稀的无机酸，可耐碱性，但不耐温热的氢氧化钠和氢氧化钾，可耐盐类和油脂类耐脂肪烃类，不溶于水甘油甲醇等，在许多氯代烃和芳烃可以溶解（5）耐候性：优异的耐大气老化性（6）燃烧性能：很容易燃烧。PMMA最大的特点是具有优异的光学性能，这也是其俗称“有机玻璃”的由来。主要是因为它是无定形聚合物，质地均匀，其内部分子排列方式不会影响进入内部的光线在各个部分通过时的4速度，光线能够以同样的速度前进，不会四面分散，互相干扰。2、定向有机玻璃：聚甲基丙烯酸甲酯板材在玻璃化温度以上经定向拉伸，并在拉伸状态下冷却，可以得到分子链处于取向状态的板材。3、PMMA加工工艺：浇铸成型、注塑成型、挤出成型、热成型。第七章氟塑料1、聚四氟乙烯PTFE的四个氟对性能的影响：（1）分子链以螺旋形排列（2）高度结晶（3）优异的介电和电绝缘性能（4）高度热稳定性（5）优异的耐化学试剂性和耐溶剂性（6）熔融粘度极高（7）材料宏观上力学性能不佳，易出现冷流现象。2、聚合方法：由于聚合反应会猛烈放热，一般不宜采用本体聚合，工业上采用悬浮聚合和乳液聚合两种方法。3、PTFE性能：（1）力学性能：具有冷流性；软而弱聚合物；摩擦系数小（2）热性能：优异的耐高、低温性，长时工作范围宽（3）电性能：优异的介电和电绝缘性，且不受电场频率的影响（4）耐化学试剂及耐溶剂性:：塑料之王。密度最大。4、PTFE的加工方法是冷压烧结成型：成型时，先将一定量的含氟塑料放入常温下的模具中，在压力作用下压制成密实的形坯，然后送至烘室内进行烧结，冷却后即成为制品。5、聚三氟氯乙烯（PCTFE）中氯对性能的影响:（1）仍然可以结晶，但结晶程度会减小。（2）分子链刚性减小，使聚合物的熔点比聚四氟乙烯有所下降，耐热性也降低。（3）氯原子的引入，使分子链产生一定极性，使材料的电性能比聚四氟乙烯有所下降。极性的产生又使分子链之间增大了吸引力，宏观上导致材料力学性能均有所提高。（4）氯原子和氟原子的体积皆大于氢原子，对骨架碳原子均有良好的