合成树脂及塑料性能简介

合成树脂及塑料syntheticresinandPlastics学习目的与要求掌握塑料的分类、性能及应用；掌握PE、PMMA、PVC、PS、ABS树脂、聚氨酯树脂等生产工艺技术、结构、性能及应用。§8-1塑料的分类与应用树脂(resin)是指遇热变软，具有可塑性的天然高分子化合物的统称。一般是无定型的透明或半透明的固体或半固体。树脂的用途树脂是制造合成塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料、离子交换树脂等产品的主要原料。树脂按来源分类天然树脂→天然橡胶、树胶、虫胶、琥珀等合成树脂→由单体合成或天然高聚物改性获得§8-1塑料的分类与应用塑料(plastics)是以树脂为主要成分，适当加入（或不加）添加剂（填料、增塑剂、稳定剂、颜料等），可在一定温度、压力下塑化成型，而产品最后能在常温下保持形状不变的一类高分子材料。塑料与树脂的区别树脂是纯的高聚物，而塑料是以树脂为主的高聚物制品。一、塑料的分类按塑料受热后性能变化分类热塑性塑料→成型后再加热重新软化加工而化学组成不变的一类塑料，即具有可溶可熔性。热固性塑料→成型后不能再加热重新软化加工的一类塑料，即具有不溶不熔性。§8-1塑料的分类与应用按应用分类通用塑料→产量大、应用广、加工性能好、成本低的塑料工程塑料特种工程塑料氟塑料PTFE热致性液晶聚合物LCP聚苯酯PHB聚芳酯PAR聚醚酮类PEK聚醚类PSF聚酰亚胺类PI聚苯硫醚PPS通用工程塑料热塑性聚酯PBT聚苯醚PPO聚甲醛POM聚碳酸酯PC聚酰胺一般塑料→用量小、性能一般的塑料，如PMMA等特种塑料→性能独特、价格高的耐热、阻隔、导电塑料§8-1塑料的分类与应用按塑料的组分分类单组分塑料→合成树脂为主，少量助剂多组分塑料→除合成树脂外，较多量助剂PE塑料PS塑料PMMA塑料PP塑料PVC塑料酚醛塑料氨基塑料国内塑料的应用包装材料（4Mt，22%）日用材料（3.5Mt，20%）农业材料（3Mt，17%）电子、机、汽车材料（3Mt，17%）建筑材料（1.2Mt，7%）其他材料（3.3Mt，18%）§8-2聚乙烯树脂及塑料概况聚乙烯（polyethylene）是由乙烯单体经自由基聚合或配位聚合而获得的高聚物，简称PE。产量居居世界首位，占总树脂量的20%左右。2000年国内总产量48Mt，其中国内生产能力3.23Mt，实际生产2.75Mt。聚乙烯生产方法（高压法、中压法、低压法）§8-2聚乙烯树脂及塑料一、主要原料★乙烯的结构与性质乙烯CH2＝CH2★乙烯的主要生产方法乙烯的主要生产方法液化天然气、液化石油气分离焦炉煤气分离乙醇催化脱水石脑油、轻柴油、重油、原油裂解气分离§8-2聚乙烯树脂及塑料二、聚乙烯的结构、性能、用途★聚乙烯的结构乙烯的化学组成为碳和氢，重复结构单元为－CH2－CH2－，是主链为碳原子组成的线型高聚物。依据聚合方法的不同，其产物结构不同，高压法合成的聚乙烯平均每1000个碳原子中含15～20个支链，其中短支链为甲基和长支链为烷基（如正丁基等），而中压法和低压法合成的聚乙烯基本上无支链。高压聚乙烯的相对分子质量为25000～50000，结晶度为50%～60%，密度为0.91～0.93，熔融温度为115℃，一般称为低密度聚乙烯。中压法合成的聚乙烯，相对分子质量为45000～50000，结晶度为85%以上。低压法合成的聚乙烯相对分子质量一般小于350000，超过1000000的为超高相对分子质量聚乙烯，结晶度80%以上，密度为0.92～0.97，熔融高于127℃。按照聚乙烯的结构性能可以分为高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE）、线性低密度聚乙烯（LLDPE）和茂金属聚乙烯等。§8-2聚乙烯树脂及塑料★聚乙烯的性能☆一般性能聚乙烯树脂为无毒、无味的白色粉末或颗粒，外观呈乳白色，有似蜡的手感，吸水率低，小于0.01%。聚乙烯膜透明，并随结晶度的提高而降低。聚乙烯膜的透水率低但透气性较大，不适于保鲜包装而适于防潮包装。易燃、氧指数为17.4，燃烧时低烟，有少量熔融落滴，火焰上黄下篮，有石蜡气味。聚乙烯的耐水性较好。制品表面无极性，难以粘合和印刷，经表面处理有所改善。支链多其耐光降解和耐氧化能力差。§8-2聚乙烯树脂及塑料☆力学性能聚乙烯的力学性能一般，拉伸强度较低，抗蠕变性不好，耐冲击性好。冲击强度LDPE＞LLDPE＞HDPE，其他力学性能LDPE＜LLDPE＜HDPE。主要受密度、结晶度和相对分子质量的影响，随着这几项指标的提高，其力学性能增大。耐环境应力开裂性不好，但当相对分子质量增加时，有所改善。耐穿刺性好，其中LLDPE最好。§8-2聚乙烯树脂及塑料☆热学性能聚乙烯的耐热性不高，随相对分子质量和结晶度的提高有所改善。耐低温性能好，脆性温度一般可达－50℃以下；并随相对分子质量的增大，最低可达－140℃。聚乙烯的线膨胀系数大，最高可达（20～24）×10－5/K。热导率较高。☆电学性能因聚乙烯无极性，所以具有介电损耗低、介电强度大的电性能优异，即可以做调频绝缘材料、耐电晕性塑料，又可以做高压绝缘材料。§8-2聚乙烯树脂及塑料☆环境性能聚乙烯属于烷烃惰性聚合物，具有良好的化学稳定性。在常温下耐酸、碱、盐类水溶液的腐蚀，但不耐强氧化剂如发烟硫酸、浓硝酸和铬酸等。聚乙烯在60℃以下不溶于一般溶剂，但与脂肪烃、芳香烃、卤代烃等长期接触会溶胀或龟裂。温度超过60℃后，可少量溶于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯、松节油、矿物油及石蜡中；温度高于100℃，可溶于四氢化萘。由于聚乙烯分子中含有少量双键和醚键，其耐候性不好，日晒、雨淋都会引起老化，需要加入抗氧剂和光稳定剂改善。§8-2聚乙烯树脂及塑料☆加工特性因LDPE、HDPE的流动性好，加工温度低，粘度大小适中，分解温度低，在惰性气体中高温度300℃不分解，所以是一种加工性能很好的塑料。但LLDPE的粘度稍高，需要增加电机功率20%～30%；易发生熔体破裂，需增加口模间隙和加入加工助剂；加工温度稍高，可达200～215℃。聚乙烯的吸水率低，加工前一般不需要干燥处理。聚乙烯熔体属于非牛顿流体，粘度随温度的变化波动较小，而剪切速率的增加下降快，并呈线性关系，其中以LLDPE的下降最慢。聚乙烯制品在冷却过程中容易结晶，因此，在加工过程中应注意模温。以控制制品的结晶度，使之具有不同的性能。聚乙烯的成型收缩率大，在设计模具时一定要考虑。§8-2聚乙烯树脂及塑料聚乙烯熔体流动速率与制品种类的关系用途熔体流动速率,g/10minLDPELLDPEHDPE吹塑薄膜重包装薄膜挤出平膜单丝、扁丝管材、型材中空吹塑容器电缆绝缘层注塑制品涂覆旋转成型0.3~8.00.1~1.01.4~2.5－0.1~5.00.3~0.50.2~0.41.5~5020~2000.75~200.3~3.30.1~1.62.5~4.01.0~2.00.2~2.00.3~1.00.4~1.02.3~503.3~111.0~250.5~8.03.0~6.－0.25~1.20.1~5.00.2~1.50.5~8.02.0~205.0~103.0~20§8-2聚乙烯树脂及塑料★聚乙烯的用途用途占树脂的比例制品薄膜类制品LDPE的50%HDPE的10%LLDPE的70%用于食品、日用品、蔬菜、收缩、自粘、垃圾等轻质包装膜，地膜、棚膜、保鲜膜等。重包装膜，撕裂膜、背心袋等。包装膜，垃圾袋、保鲜袋、超薄地膜等。注塑制品HDPE的30%LDPE的10%LLDPE的10%日用品如：盆、筒、篓、盒等，周围箱、瓦楞箱、暖瓶壳、杯、台、玩具等。中空制品以HDPE为主用于装食品油、酒类、汽油及化学试剂的桶，玩具管材类制品以HDPE为主给水、输气、灌溉、穿线、吸管、笔芯、用的管材，化妆品、药品、鞋油、牙膏等用的管材。丝类制品圆丝用HDPE扁丝用HDPE和LLDPE渔网、缆绳、工业滤网、民用纱窗等。纺织袋、布、撕裂膜。电缆制品以LDPE为主电缆绝缘和保护材料其他制品HDPE、LLDPELDPE打包带型材§8-3聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate）俗称“有机玻璃”，简称PMMA。是具有较高软化点，较好冲击强度和耐气候性的，清澈、无色透明的热塑性塑料。一、主要原料甲基丙烯酸甲酯CH2＝C－COOCH3CH3§8-3聚甲基丙烯酸甲酯二、PMMA的生产工艺★聚合原理与实施方法甲基丙烯酸甲酯的聚合反应主要按自由基聚合机理进行。其引发方式可以是光、热、或引发剂。可以按本体、悬浮、溶液、乳液聚合等方法实施工业生产。§8-3聚甲基丙烯酸甲酯★PMMA生产工艺☆本体浇注法生产板、棒、管状有机玻璃△有机玻璃板材的生产单体配料制浆灌浆排气封合聚合脱模裁切包装入库制模模板清洗新模板§8-3聚甲基丙烯酸甲酯三、聚甲基丙烯酸甲酯的结构、性能与用途★聚甲基丙烯酸甲酯的结构聚甲基丙烯酸甲酯是含70%～75%间同立构的线型热塑性高聚物。因为它不具有完全的规整结构，而且有庞大的侧基，因此是无定形的。如果采用配位聚合也可以得到全同产构或间同立构聚甲基丙烯酸甲酯。★聚甲基丙烯酸甲酯的性能☆光学性能聚甲基丙烯酸甲酯为高度透明的无定型热塑性塑料，具有十分优异的光学性能，透光率可达90%～92%，折射率为1.49，并可透过大部分紫外线和红外线。§8-3聚甲基丙烯酸甲酯☆力学性能聚甲基丙烯酸甲酯是一种质轻而坚韧的材料，在常温下具有优良的拉伸强度、弯曲强度和压缩强度；但冲击强度一般，且对缺口敏感较大；表面硬度一般，易于划伤，耐磨性较低，抗银纹能力较差。☆热学性能聚甲基丙烯酸甲酯的氧指数为17.3，属于易燃塑料，燃烧有花果臭味；耐热温度不高，长期使用温度仅为80℃。§8-3聚甲基丙烯酸甲酯☆电学性能由于分子中极性较大，其电性能不如聚乙烯好，其介电常数较大；主要用作高频率绝缘材料。☆环境性能聚甲基丙烯酸甲酯的耐候性好，长期在户外使用，性能下降很小。聚甲基丙烯酸甲酯中酯基的存在使其耐溶剂一般，只耐碱、稀酸及水溶性无机盐、长链烷烃、油脂、醇类及汽油等；不耐芳烃、氯代烃，具体有四氯化碳、苯、二甲苯、二氯乙烷及氯仿等。§8-3聚甲基丙烯酸甲酯☆加工性能聚甲基丙烯酸甲酯熔体属于非牛顿流体，粘度变化主要受螺杆转速的影响。其熔体的粘度比PE、PS等高，对温度的敏感性也比其他非牛顿流体类塑料高。聚甲基丙烯酸甲酯对加工温度比较敏感，成型温度在180～230℃，加工温度范围比较窄，超过260℃以上即分解。因此加工时要严格控制温度，以防止过热。§8-3聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯在加工前需要进行干燥处理，使其含水量在0.02%以下。干燥条件：先在100～110℃干燥4h，再于70～80℃干燥2h，料层厚度应小于30mm。聚甲基丙烯酸甲酯的熔体粘度较大，成型中易产生内应力。为得到尺寸精度高的制品，必须在85℃下进行缓慢退火处理。§8-3聚甲基丙烯酸甲酯★聚甲基丙烯酸甲酯的用途照明及采光常用于灯罩，汽车、轮船、飞机上的窗玻璃及挡风玻璃，仪表窗、展示窗、广告窗、天花板、照明板等。光学仪器各种光学镜片如眼镜、放大镜及透镜等，信息传播材料如光盘及光纤等。医学材料用于牙科材料如牙托、假牙以及假肢材料等。日用品各种产品模型、标本及工艺美术品等，各种钮扣、发夹、儿童玩具、笔杆及绘图仪器等。§8-4聚氯乙烯树脂及塑料概况聚氯乙烯是由氯乙烯单体经自由基聚合而成的聚合物，简称PVC。是最早实现工业化的树脂品种之一，在20世纪60年代以前是产量最大的树脂品种，60年代后退居第二位。近年来，由于PVC合成原料丰富、合成路线的改进、树脂中氯乙烯单体含量的降低，价格低廉，在化学建材等应用领域中的用量日益扩大，其需求量增加很快，地位逐渐加强。按相对分子质量的大小可以将PVC分为通用型和高聚合度两类。通用型PVC的平均聚合度为500～1500，高聚合度型的平均聚合度大于1700以上。常用的是第一种类型。80%～85%的PVC树脂是通过悬浮聚合合成的，其次是乳液聚合合成的。按树脂结构不同可以分为紧密型和疏松型两种，其中疏松型呈棉花团状，可以大量吸收增塑剂