工程塑料

工程塑料2010.02.012020/2/4P2目录•概论–几个概念–塑料的分类–工程塑料的发展简史–工程塑料改性的目的–工程塑料的性能•聚酰胺（尼龙、PA）–尼龙的简介–尼龙的聚合–尼龙的主要品种及用途–尼龙的主要性能–尼龙的改性及用途•聚丙烯（PP）–PP的简介–PP的主要性能及用途•聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）•聚碳酸酯（PC）•聚甲醛（POM）•苯乙烯类（ABS）2020/2/4P3概论–几个概念高分子可反应功能团、一种或几种、单体、聚合方式、化学键、大型分子高分子化合物高分子、高聚物、聚合物、合成高分子材料三大合成材料合成树脂、合成橡胶、合成纤维塑料合成树脂+助剂，亦指塑料制品塑料工业①塑料原料生产（树脂合成、改性塑料造粒）②塑料制品生产（加工成型）2020/2/4P4概论–塑料的分类分类方法分类特点受热呈现的基本行为热塑性塑料在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化，如PE、PP、PA、PC、PVC、POM等热固性塑料受热后成为不熔的物质，再次受热不具有可塑性，如酚醛、环氧树脂等2020/2/4P5概论–塑料的分类分类方法分类特点结晶形态结晶性塑料在适当条件下能产生某种几何形态晶体结构的塑料，如PE、PP、PA、POM、PBT等无定形塑料分子形状和分子相互排列不呈晶体结构而呈无序状态的塑料，如ABS、PPO、PC等2020/2/4P6概论–塑料的分类分类方法分类典型类别塑料应用领域通用塑料PE、PP、PVC、PS等工程塑料通用工程塑料PA、PC、POM、mPPO和热塑性聚酯[PBT、PET]是目前公认的五大通用工程塑料特种工程塑料PPS、PEEK、PF、PI等功能塑料发光塑料、导电塑料、抗菌塑料2020/2/4P7概论–塑料的分类类别通用塑料工程塑料比较作为非结构材料使用作为结构性材料使用产量大、价格低、生产厂家多性能优秀、产量较小、价格较高、生产厂家较少性能一般：经改性后（如加入稳定剂、玻璃纤维、填料等）虽可大大提高某一方面性能，但综合性能、长期性能仍欠佳优异的综合性能（包括机械性能、电性能、耐热性、耐化学性、尺寸稳定性、加工性等）：能在较宽的温度范围和较长时间内良好地保持这些性能，并能承受机械应力、在较为苛刻的化学或物理环境中长期使用说明两者没有截然的分界线，如ABS就是介于二者之间的“过渡性”塑料，高级牌号用于典型工程领域，一般牌号又是极普通的塑料；又如典型的通用塑料PP，经改性后可替代部分工程塑料用于众多工程领域2020/2/4P8工程塑料的发展简史—塑料的发展1870年酚醛树脂实现工业化生产1862年英国发明家AlexanderParkes发明历史上第一例人造塑料—硝化纤维素塑料[赛璐珞]1909年1918年1930-40年50年代中美国人JohnHyatt采用新工艺降低其生产成本，并申请了美国专利，奠定了塑料发展的基础尿醛树脂问世，醋酸纤维素亦在同一时期初露锋芒PS、PVC、PE和PMMA等乙烯基塑料相继问世HDPE、PP、ABS问世1945-55年高抗冲聚苯乙烯[HIPS]问世2020/2/4P9工程塑料的发展简史—塑料的发展•塑料工业已成为全球工业中发展最快的领域之一，就体积而言，塑料总产量已超过钢材201506773000600099850100020003000400050006000700080009000100001935年1950年1960年1970年1981年1990年塑料产量（万吨）2020/2/4P10工程塑料的发展简史—工程塑料的发展时间品种研发公司1939PA－聚酰胺美国杜邦公司1949PET－聚对苯二甲酸乙二醇酯英国卜内门1950PTFE－聚四氟乙烯美国杜邦公司1955PA11－尼龙11法国阿托公司1956POM－聚甲醛美国杜邦公司1958PC－聚碳酸酯德国拜耳＆美国通用电气1960共聚甲醛美国塞拉尼斯1961PA1010－尼龙1010中国上海赛璐璐厂1964PI－聚酰亚胺美国杜邦公司1964PPO－聚苯醚美国通用电器公司1965PF－聚砜美国联合化合物公司1966mPPO－改性聚苯醚美国通用电器公司2020/2/4P11工程塑料的发展简史—工程塑料的发展时间品种研发公司1966PA12－尼龙12德国赫斯公司1968PPS－聚苯硫醚美国菲利浦公司1969聚氨基双马来酰亚胺法国罗纳·普朗克公司1970PBT－聚对苯二甲酸丁二醇酯美国塞拉尼斯公司1971聚苯酯美国Carborandom公司1971聚酰胺酰亚胺美国阿莫科公司1972聚醚砜英国卜内门公司1973聚芳酯日本尤尼崎卡公司1973芳香族聚酰胺美国杜邦公司1979PC－聚酯碳酸酯美国通用电器公司1980聚醚醚酮英国卜内门公司1981聚醚亚胺美国通用电器公司2020/2/4P12工程塑料的发展简史•中国工程塑料研究始于1958年。除尼龙外，通用工程塑料都是继国外实现工业化后进行研究开发的•虽大多品种均可生产，但与国外先进水平有较大的差距，在产品的质量、品种和成本上都不具竞争力•改革开放以来，工程塑料特别是改性工程塑料通过引进技术、科技攻关等办法得以迅猛发展，大大缩短了与国外技术的差距，成为中国塑料工业最活跃的份子之一•工程塑料自问世以来，获得了迅猛发展。1989年，全球工程塑料产量达到212万吨，占塑料总产量的2.2%•近年来，工程塑料年平均增长率已超过7.8%，预计此增长趋势仍会继续保持下去•工程塑料在材料工业中的地位由“其它传统材料的替代物”→“任何其它传统材料所无法替代的崭新材料”世界工程塑料的发展中国工程塑料的发展2020/2/4P13工程塑料改性的目的–；–；–；–。背景及环境性能优异---与传统的结构材料如金属等相比，加工方便，可反复多次使用、节省能源技术成熟---专业人员已掌握改变聚合物性能的各种化学或物理方法工程塑料的崭新品种开发难度越来越大、费用越来越高、周期越来越长（5~10年），产业化前景具有不可预见性现代科学技术对工程塑料的期望越来越高，单一的工程塑料已很难满足其要求2020/2/4P14工程塑料改性的目的改性工程塑料----综合均衡各聚合物组分与各种改性剂的性能，取长补短，消除各单一聚合物组分性能上的弱点，获得综合性能较为理想的新型聚合物投资少、见效快，方法简单、容易操作可以满足某些特殊需要，制备一系列崭新性能的材料2020/2/4P15工程塑料的性能对比对象工程塑料性能特点通用塑料优良的耐热和耐寒性，在广泛的温度范围内机械性能优良，适宜作为结构材料使用；金属材料容易加工，生产效率高，可简化程序，节省费用；质量轻，比强度高，并具有突出的减摩、耐磨性。工程塑料的比重约为1.0~1.4，比水略重，比铝轻1/2，比钢轻3/4，约为大多数有色金属比重的1/8~1/5；有良好的尺寸稳定性和电绝缘性；耐化学性良好，受环境影响小，有良好的耐久性。2020/2/4P16聚酰胺－尼龙简介•聚酰胺－Polyamide，缩写PA，简称尼龙，是主链上含有重复酰胺基团-(-CO-NH-)-的聚合物。•尼龙由美国杜邦公司于1929年发明并命名。后来，合成纤维聚酰胺及其直接衍生物和共聚物被统称为尼龙。•我国自1958年开始研究尼龙，主要品种有尼龙1010、尼龙6、尼龙66、尼龙610等，改性品种有玻纤增强、粉末、单体浇铸、共聚改性、芳香、自润滑、阻燃、耐老化尼龙等。2020/2/4P17尼龙树脂的主要品种－PA6状态半透明或不透明的淡白色粒子特性优良的耐磨性、自润滑性和低温性；与PA66相比抗冲击性能较好；但刚性稍差，耐化学腐蚀性优良应用轴承、齿轮、滑轮、叶轮、高压密封圈、垫片、螺钉、阀门、活塞、汽车罩板、油管、电器接插件、各种衬套，亦可作纺织机械的设备零件及日用品的包装薄膜。2020/2/4P18尼龙树脂的主要品种－PA66状态半透明或不透明的淡白色粒子。特性优良的耐磨性、自润滑性及耐热性，在较宽的温度范围内可保持良好的机械性能；与PA6相比刚性好；吸水率大，尺寸稳定性差应用各种机械、汽车、化工和电气零件，特别适用于耐磨和高强度制品，如各种齿轮、滑轮、轴承、叶轮、高压密封圈、垫片、衬套等，还可用于医疗器械、体育用品和日用品、化工及制药公司使用的瓶、管及包装薄膜等2020/2/4P19尼龙的主要性能－共性优点机械性能优异，如拉伸强度高，冲击韧性好安全使用的温度范围宽，为-40℃-100℃耐磨性能好，摩擦系数低，具良好的自润滑性电绝缘性能好，耐电弧易于着色且无毒耐油及烃类、酯类等有机溶剂，耐弱碱，不耐酸和氧化剂，也不耐水、醇等极性溶剂易成型加工缺点吸水率较高，蠕变性大，尺寸稳定性较差热变形温度低，长期使用温度较低(100℃以下)机械性能会随着环境温度与湿度的变化而改变2020/2/4P20尼龙的主要性能机械性能机械强度机械性能较好，在热塑性塑料中其抗张强度位列前几名，玻纤增强后强度可成倍增长，抗张强度可达200MPa以上。但吸水性比其它工程塑料大，机械强度随湿含量增加或温度上升而下降抗冲击强度抗冲击强度一般，比PC、POM等低。但抗冲击强度却随着湿含量和温度的增加而显著提高蠕变性能蠕变值较大，不适于制造精密部件疲劳性能疲劳极限强度约等于其静抗张强度的二至三成，且随温度的升高而降低，尼龙的疲劳极限强度还随湿含量的增加而降低耐磨性耐磨和自润滑性极为优良，填充MOS2可进一步提高2020/2/4P21尼龙的主要性能热性能长期使用温度在80℃左右，短时间可达120℃。高于90-100℃时，长时间与氧接触会氧化分解，制件呈褐色；电性能由于分子含有极性基团-CO-NH-，有一定程度的亲水性，所以电绝缘性能不是很好；吸水性在室温条件下，露天放置的尼龙制品韧性提高，但尺寸变化较大；而绝干的尼龙制品硬而且脆；阻燃性纯尼龙的阻燃性为UL94-V2或HB，属难燃材料，有自熄性，易阻燃；耐化学腐蚀性对大多数化学试剂具有良好的稳定性。稀酸（不包括强氧化性的无机强酸）在50℃以下对尼龙无影响，对碱和油的稳定性也相当高，但不耐强极性溶剂（如芳香族羟基化合物，如酚、醇等）。2020/2/4P22聚丙烯－PP简介•PP是以丙烯为单体通过溶剂法、本体法或气相法聚合而成的聚合物，化学结构式为-[-CH2-CH(CH3)-]-n。它有等规、无规和间规三种构型，即均聚物和共聚物（包括无规、嵌段和间规共聚），统称为聚丙烯树脂，产量约占塑料总量的15％，仅次于PE和PVC居第三位•1955年纳塔在齐格勒合作的基础上合成了等规PP（均聚PP），并于1957年在ItalyMontecatini公司投产，商品名为Moplen。其后，北美、西欧、日本等国各公司相继投产，如MONTELL、BASF、AMOCO、CHISSO、住友、三井等•我国PP研究始于50年代，到1995年产量已达100万吨，成为我国合成树脂中发展最快的品种之一。燕化、扬子、上海石化、茂名石化、独山子等大型企业先后从国外引进了先进的连续法聚合装置，年产量均在20万吨以上2020/2/4P23PP的主要性能及用途特点原料来源丰富、价格低、综合性能十分优异、用途广泛；但耐候性差、易老化、静电度高、低温发脆[缺口敏感]、强度不够高物理性能最轻的塑料品种，密度仅为0.87~0.91g/cm3，外观为白色蜡状，无毒无味，几乎不吸水机械性能机械性能一般，比PA、PBT、ABS等差，但比其它烯烃强度高，硬度大，摩擦系数低，耐磨性比PS好，但缺口冲击强度较低，低温脆性大；热性能耐热性良好，无外力作用下150℃不变形，即使在低负荷下，也可在110℃连续使用，热变形温度为85-95℃（0.45MPa）；耐化学性耐化学性优良，与绝大多数溶剂不发生作用；电性能非常优良的绝缘体，介电强度可达600～800kv/cm。应用领域日用品及家用电器食用餐具和厨房用具、电冰箱部件、电扇马达罩、洗衣机槽桶、理发用吹风器和卷发器；电视机壳体、电唱机和收音机外壳；以及点心盒、水桶、牛奶箱等工业及运输汽车零部件、化学工业用管道、贮槽、阀门等；运输用容器，食品与饮料周转箱。包装薄膜、重包装袋等建筑用材料，以及医、农、林、副、渔业等行业用的各种器具2