改性工程塑料行业培训教程-10_工程塑料

新材料行业——改性工程塑料培训教程—（10）工程塑料基础WUHUNIUMAITENewMaterialTechnologyCentre什么是工程塑料？工程塑料（engineering-plastics）——是指一类可以作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的高分子材料。工程塑料的性能特点：1、能承受一定的外力作用；2、有良好的机械性能和尺寸稳定性，3、在高、低温下仍能保持其优良性能，可用作工程结构件。工程塑料的主要性能：热性质：玻璃化温度（Tg）及熔点（Tm）；热变形温度（HDT）高；长期使用温度高（UL-746B）；使用温度范围大；热膨胀系数小。机械性质：高强度、高机械模数、低潜变性、强耐磨损及耐疲劳性。其它：耐化学药品性、抗电性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。常用的工程塑料件常用的工程塑料种类：尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜等。五大通用工程塑料的发展史1、聚酰胺(PA)：卡罗泽斯（W.H.Carothers美国化学家）开发聚酰胺研究并于1931年申请了专利，由杜邦公司于1939年组织生产并率先工业化的。2、均聚甲醛(POM)：1956年杜邦公司又成功地开发出，并于1959年实现工业化生产。共聚甲醛：1962年由美国塞拉尼斯公司开发并商品化生产。3、聚碳酸酯(PC)：1958年和1960年德国拜耳公司和美国通用电气公司分别开发生产了酯交换法和光气化法聚碳酸酯。4、聚苯醚(PPO)：1964年通用电气公司开发，两年后推出改性聚苯醚。5、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)：1970年由美国塞拉尼斯公司将热塑性聚酯类开发成工程塑料，它成为五大通用工程塑料最后开发成功且产量增长率极高的品种。工程塑料的状况从20世纪50年代出现工程塑料以来，半个世纪的发展，在市场竞争中成长壮大，在2000年，全世界工程塑料产量已超过500万t，还以每年7~9%的速度递增。虽然仅占全部塑料的2~3%，但其优异的性能是其他材料不能比拟的。我国工程塑料部分产品技术、质量指标也已接近国外先进水平。一些特种工程塑料产品的工艺技术已经进入到国际先进行列。2008年，我国工程塑料的消费量约为206万吨，2010年，我国工程塑料的消费量已经达到约244万吨。工程塑料的分类工程塑料按连续使用温度分类通用工程塑料聚酰胺，聚碳酸酯，聚甲醛，聚苯醚和热塑性聚酯特种工程塑料聚酰亚胺，聚砜，聚苯硫醚，聚醚，聚苯酯，聚芳酯按聚合物结构单元和重复单元分类聚酰胺，聚酯，聚芳杂环化合物，聚醚和含氟塑料通用工程塑料聚酰胺(PA)聚甲醛(POM)通用工程塑料聚碳酸酯(PC)改性聚苯醚(PPO)热塑性聚酯(PBT、PET、PU)超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)甲基戊烯聚合物(TPX)乙烯醇共聚物乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）聚乙烯醇（PVOH）特种工程塑料特种工程塑料聚苯硫醚(PPS)聚砜(PSF)聚酰亚胺(PI)聚芳(PAR)液晶聚合物(LCP)聚醚醚酮(PEEK)含氟聚合物(PTFE、PVDF、PCTFE、PFA)等聚醚酰亚胺PEI液晶高分子PPS碳纳米管增强PEEK表—1特种工程塑料类型：交联型非交联型聚氨基双马来酰胺(PABM)聚砜(PSF)聚三嗪聚醚砜交联聚酰亚胺(PAI)聚苯硫醚(PPS)耐热环氧树指聚酰亚胺(PI)含氟聚合物(PTFE、PVDF、PCTFE、PFA）聚醚醚酮（PEEK）聚芳酯(PAR)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。自重轻，可替代一些传统的金属材料用于航空飞行器、车辆等领域。工程塑料的主要特性2、较高的比强度：用玻璃纤维、碳纤维等纤维增强，可以大大提高抗张强度，*拉伸强度与相对密度的比值一般在1500-1700，甚到高达4000（钢1600，铝1500）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。4、优良的机械性能：在较宽的温度范围内，许多工程塑料，尤其是增强的工程塑料有优异的抗冲击和耐疲劳性能。*拉伸强度(tensilestrength)：是指材料产生最大均匀塑性变形的应力。在拉伸试验中，试样至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度，其结果以MPa表示。拉伸强度检测仪工程塑料的主要特性5、优良的电绝缘性：几乎所有工程塑料都有优良的电绝缘性和耐电弧的特性，可以跻身优良绝缘材料行列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。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℃。7、较好的制件尺寸稳定性：工程塑料的主要特性9、优良的吸震、消声和对异物的埋没性能：工程塑料作为运动零部件使用时，没有金属撞击的噪声，有优良的吸震消声性能。对于有磨粒存在的条件下，可以埋没异物，不像金属之前可能会咬死或刮伤。工程塑料齿轮工程塑料齿轮10、良好的加工性能：工程塑料可以在较低的温度下（通常400℃以下），采用注塑、挤出、吹塑等方法进行加工，制品可采用机械方法再加工，尺寸稳定，成品的互换性强，模具费用低，与加工金属相比，可节省能耗50%左右，工时缩短，成品率高。几种常见的工程塑料聚酰胺（PA）聚碳酸酯（PC）聚甲醛（POM）聚苯醚（PPO）工程塑料之一——尼龙的发展历程聚酰胺：又称尼龙(Nylon),英文名称Polyamide（简称PA），是一种人造多聚物，世界上第一种完全人造的纤维和塑料。1931年：杜邦公司的卡罗泽斯开发尼龙-66，成为最先开工业化的工程塑料，并于1939年杜邦公司组织生产。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。1961年：中国开发PA1010。1972年：杜邦公司开发芳香族尼龙工业化技术。尼龙目前是工程塑料中产量最大的品种卡罗泽斯W.H.Carothers最早的尼龙制品1938年尼龙正式上市，最早的尼龙制品是替代鬃毛制作牙刷的刷毛（1938年2月24日开始出售）和妇女穿的尼龙袜（1940年5月15日上市）。如今，尼龙纤维更多的是和其他纤维(棉、麻、毛等)混纺成多种人造纤维。中国的尼龙——“锦纶”锦纶：学名聚酰氨纤维，是中国所产聚酰胺类纤维的统称。1958年4月，第一批中国国产己内酰胺（尼龙6）试验样品终于在辽宁省锦西化工厂试制成功。在北京纤维厂一次抽丝成功，从此拉开了中国合成纤维工业的序幕。这种合成纤维后来就被命名为“锦纶”，也就是尼龙。锦纶的特点：强度高，耐磨性、回弹性好，可以纯纺和混纺作各种衣料及针织品。锦纶吸湿性和染色性都比涤纶好，耐碱而不耐酸，长期暴露在日光下其纤维强度会下降。锦纶有热定型特性，能保持住加热时形成的弯曲变形。锦纶的品种：有锦纶6、锦纶66、锦纶1010、锦纶610，其中最主要的是锦纶66和锦纶6。涤纶——聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），中国聚酯纤维的商品名称，俗称的确良，经纺丝和后处理制成的纤维。聚酰胺的结构聚酰胺（PA），是主链上含有酰胺基团（-CONH-）的高分子化合物的总称。PA可以由二元酸与二元胺或由同时含有胺基和羧基的ω-氨基酸缩聚而得，也可由内酰胺自聚制得。脂肪族聚酰胺分子链由亚甲基（-CH2-）与酰胺结构（-CONH-）组成。二元酸二元胺内酰胺聚酰胺的类型脂肪族聚酰胺的类型聚酰胺的类型PA(按主链组成分)脂肪族p型尼龙3，4，6，7，8，9，11，12等mp型尼龙66、69、610、1010、1212等芳香族芳纶1313--Nomex(诺梅克斯)、芳纶1414--Kevlar(凯夫拉)、芳纶14半芳香族尼龙MXD6、尼龙6T、尼龙9T尼龙12T脂环族含杂环聚酰胺（PA）的特性尼龙作为大用量的工程塑料，广泛用于机械、汽车、电器、纺织器材、化工设备、航空、冶金等领域。成为各行业中不可缺少的结构材料，其主要特点如下：1．优良的力学性能：尼龙的机械强度高，韧性好。2．自润性、耐摩擦性好：尼龙具有很好的自润性，摩擦系数小，从而，作为传动部件其使用寿命长。3．优良的耐热性：尼龙46等高结晶性尼龙的热变形温度很高，可在150℃下长期使用。玻璃纤维增强PA66热变形温度达到250℃以上。4．优异的电绝缘性能：尼龙的体积电阻很高，耐击穿电压高，是优良的电气、电器绝缘材料。5．优良的耐气候性。6．吸水性：尼龙吸水性大，饱和水可达到3%以上。在一定程度影响制件的尺寸稳定性。聚酰胺的应用聚酰胺由于它独特的低比重、高抗拉强度、耐磨、自润滑性好、冲击韧性优异、具有刚柔兼备的性能而赢得人们的重视，加之其加工简便、效率高、比重轻（只有金属的1/7）、可以加工成各种制品来代替金属，广泛用于汽车及交通运输业。聚酰胺在汽车工业的消费比例最大，大约每辆汽车消耗尼龙制品达3.6~4千克。其次是电子电气。典型的制品有泵叶轮、风扇叶片、阀座、衬套、轴承、各种仪表板、汽车电器仪表、冷热空气调节阀等零部件。尼龙风扇叶片泵叶轮尼龙轴承聚酰胺（PA）纤维的应用聚酰胺纤维可以与棉、麻、羊毛、蚕丝等其他纺织纤维混纺，以提高产品的强度和耐磨性。它还能制成轻、薄并有良好强度的产品，如尼龙塔夫绸，可用作滑雪衫、羽绒服、箱袋及伞的面料。聚酰胺纤维在袜类用途中居于优势地位。强度为53～88cN/dtex的聚酰胺纤维可用于制作轮胎帘子线、传送带及渔网、绳索、降落伞、帐篷布等工业用品。聚酰胺纤维地毯方面的应用正迅速增加。聚酰胺（PA）的应用部位部件名称材料性能发动机部件汽缸盖，进气支管，进气消器，散热器，过滤器，同步皮带，加油器盖，高压代码保护器，电机电刷，沉淀器，冷却风扇GPA6、PA66、PA6高强度，耐温，耐环境变化车身部件车门，前后盖板、把手、门锁、安全带固定铰链，仪表板、挡泥板，遮光板夹具PP/PA6、PE/PA66、PPO/PA6、PA66等抗冲击，耐热稳定，可涂装性电气部件电气配线，接插件，熔断器，保险盒，电线包覆，电线夹及固定卡套、接线柱、按钮、开关PA6阻燃PA6驱动控制部件齿轮，车轮盖板，扣钉，油门，踏板，制动管，输油管增强PA6、PA66、PA11、PA12、PA46表-2汽车用PA工程塑料部件聚酰胺（PA）的加工特性1．尼龙吸湿性强，容易受潮：成型前必须充分干燥。尼龙含水量对其力学性能有较大的影响，在熔融状态下，水分的存在，会引起尼龙的水解而导致分子量下降，使得制品机械性能下降，还会在成型过程中，制品表面出现气泡、银丝和斑纹等缺陷。2．尼龙熔体粘度低、流动性大，喷嘴会产生“流延”现象：尼龙在螺杆式注射机成型时，在螺杆端部必须安装止逆环。用螺杆式注射机注射成型时，熔体会在螺杆和料筒壁之间出现逆流，使注料不准，浪费原料，污染喷嘴。3．尼龙是结晶性高聚物：必须严格控制工艺条件。熔点明显，而且较高。尼龙需要在较高温度下成型，熔融状态的尼龙热稳定性较差，易分解。4．尼龙的成型收缩率大：成型工艺应严格控制。对于制造高精密度的制品，模具设计应在试验的基础上确定其尺寸。脂肪族聚酰胺的制备p型聚酰胺：由ω-氨基酸自缩聚或由内酰胺开环聚合制得（如尼龙6）CH2--CH2--CH2--CH2CO——NH——CH2己内酰胺脂肪族聚酰胺的制备mp型：由二元胺与二元羧酸缩聚得所得到的聚酰胺是mp型聚酰胺（如尼龙6,6）煤、水、空气缩聚己二胺己二酸两种不同聚合的区别尼龙6,6与尼龙6在链结构上的相似性，导致两种材料的性能基本相似；但是链结构上的细微差别，也导致性能有所差异。尼龙6与尼龙6,6有什么区别？脂肪族聚酰胺的结构与性能1、都是线型结构——热塑性所有脂肪族聚酰胺分子链都是线型结构，分子链骨架由-C-N-链组成，具有良好的柔顺性，因此都是典型的热塑性聚合物。2、分子链之间有氢键——结晶能力强（与聚烯烃类的区别）分子链上有规律地交替排列着较强的极性酰胺键，分子链规整，极性酰胺键可以使分子链之间形成氢键，导致聚酰胺具有较强的结晶能力。脂肪族聚酰胺的结构与性能氢键比例数对材料性能的影响：由于不同品种的PA其单体所含碳原子数不同，使分子链之间所能形成的氢键比例数及氢键沿分子链分布的疏密程度不同，影响到不同PA的结