常见聚合物材料

常见聚合物材料常用热塑性塑料1.聚氯乙烯（Polyvinylchloride-PVC）典型的极性无定型聚合物，无毒、无臭的白色粉末，难燃，离火即熄，火焰上黄下绿，冒黑烟，燃烧时变软，发出刺激性酸味，滴下能拉丝的胶质。PVC在6585oC开始软化，170oC以上呈熔融状态，140oC以上即开始少量分解，190oC以上大量放出氯化氢，由于PVC的熔融温度接近分解温度，成型困难，故常常需加入稳定剂以提高分解温度。PVC的长期使用温度为-1555oC。PVC是一种多组分的塑料，根据不同用途要求，可加入不同的添加剂（1）硬PVC（RPVC）：分子量较低的PVC树脂、稳定剂、润滑剂、着色剂、增塑剂（少量或不加）、改性剂、加工助剂、填料等（2）软PVC（SPVC）：分子量较高的PVC树脂、稳定剂、润滑剂、着色剂、增塑剂等2.聚乙烯（Polyethylene-PE）典型的非极性结晶聚合物，无臭、无味、无毒，乳白色蜡状半透明材料，易燃烧，火焰上黄下蓝，燃烧时产生熔融滴落且有明显石蜡燃烧气味。通常按密度可分为高密度、中密度、低密度聚乙烯；按压力可分为低压、中压、高压聚乙烯，此外还有超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、线形低密度聚乙烯（LLDPE）。（1）高压法聚乙烯（LDPE）：反应温度150～300℃，反应压力150～300MPa，采用O2或过氧化物作引发剂的自由基聚合。通常，反应压力高，相对分子质量较高，支链较少；反应温度高，相对分子质量较低，支链较多。（2）中压法聚乙烯：反应温度130～270℃，反应压力1.8～8MPa，采用CrO3或MoO3为催化剂的离子聚合，所得产物支链较少，分子链等规度较高，属高密度聚乙烯。（3）低压法聚乙烯（HDPE）：反应温度85～100℃，反应压力常压～2MPa，采用Ziegler-Natta的络合配位聚合。PE的主要产品质量指标是密度和熔融指数。PE的力学性能在很大程度上取决于聚合物的分子量、支化度和结晶度。LDPE的熔点为105110oC，HDPE的熔点为132135oC。聚乙烯的成型加工性能良好，成型前无需干燥。3.聚丙烯（Polypropylene-PP）聚丙烯的性能与聚乙烯相近，但密度较小，耐热性较好、透明性较高、力学强度较高，但耐低温性能、耐老化性能较聚乙烯差。成型前一般不用干燥；成型温度范围宽(成型温度在200300oC)，流动性好，熔点160175℃，分解温度350℃：PP熔体的粘度对剪切速率的依赖性比对温度的依赖性大。4.聚苯乙烯（Polystyrene-PS）通用级聚苯乙烯为硬、脆、透明的无定型热塑性塑料。无色、无味、无毒，易燃烧，燃烧时冒黑烟，有特殊气味，敲击时有金属声，断口出现光泽，易于染色。PS的熔融温度为150～180℃，热分解温度300℃，长期使用温度60～80℃。工业上生产PS的方法主要为悬浮聚合法和本体聚合法。PS具有较好的流动性，成型性能良好，成型温度范围宽，热稳定性好，吸湿性低，成型前无需干燥。成型时应注意所产生的定向及内应力。ABS树脂：ABS是微黄色或白色、不透明、无毒、无味的热塑性树脂。丙烯晴（A）具有耐化学腐蚀性和一定的表面硬度；丁二烯（B）赋予树脂弹性和良好的冲击性能；苯乙烯（S）则使树脂具有刚性和流动性。ABS并非三种单体的简单共聚物或共混物，而是玻璃态聚合物连续相中分散着橡胶相的高分子。ABS成型性能良好，由于有一定的吸湿性，成型前应进行干燥。聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate-PMMA)俗称有机玻璃（雅克丽），为目前透明性最好的聚合物，但表面硬度较低。PMMA常采用浇铸成型的方法制得厚度较大的板材。聚酰胺（Polyamide-PA）PA俗称尼龙，根据合成单体的不同，可分为PA66、PA6、PA1010、PA11等，具有优良的力学性能：较高的冲击强度和拉伸强度，优良的耐磨性和自润滑性。PA6的制造方法主要有两种：（1）开环聚合：在水存在下，己内酰胺在约260℃的高温下进行聚合。（2）阴离子聚合法：以氢氧化钠为催化剂，N－乙酰基己内酰胺或甲苯二异氰酸酯等为助催化剂。得到的是高相对分子质量的PA6（单体浇铸尼龙，MC尼龙），其力学性能（冲击强度、耐磨性等）、耐热性优良。但加工性能较差。PA具有良好的成型加工性能，由于吸水性较大，成型前应进行加热干燥，PA的尺寸稳定性差，收缩率大，常进行后处理。聚甲醛（Polyoxymethylene-POM）POM分为两种：共聚甲醛和均聚甲醛。POM通常为白色或浅黄色粉末，制品表面光滑且有一定光泽，着色性好。POM具有优良的力学性能，可代替金属使用。POM的熔融温度范围狭窄，但尺寸稳定性好，吸水率极低。聚碳酸酯（Polycarbonate-PC）PC是几乎无色或呈轻微淡黄色的透明塑料（非结晶型聚合物），燃烧时有黑烟冒出，且发出花果臭味。PC的制作方法主要有两种：（1）酯交换法：在催化剂存在下，双酚A和碳酸二苯酯在约200℃熔融状态下进行酯交换，然后在295～300℃下缩聚得PC（分子量一般在2.5～3万）。（2）光气法：采用双酚A和光气在氢氧化钠或吡啶和溶剂存在下，反应制得PC。采用相对分子质量调节剂，分子量控制在10万左右。PC具有极好的冲击强度，耐热性，长期使用温度可达130oC，同时，又具有良好的耐寒性，脆化温度为-100oC。（耐环境应力开裂性差，缺口敏感性高）。虽然PC的吸水率低，但成型前应进行严格干燥。PC的熔融温度高，成型温度高（240300oC），且接近分解温度，因此成型困难。PC的流动特性接近牛顿流体，其粘度对温度十分敏感。在实际成型操作中常采用“三高两低”的方法：即注射温度高、模具温度高、热处理温度高；注射压力低、塑化压力低。PC脱模后最好经过热处理。常用的热固性塑料酚醛树脂（PF）PF是一种重要的热固性塑料，可由苯酚和甲醛聚合得到：当甲醛/苯酚摩尔比大于1在碱性条件下，得到的是碱法酚醛树脂，又叫热固性酚醛树脂；当甲醛/苯酚摩尔比小于1在酸性性条件下，得到的是酸法酚醛树脂，又叫热塑性酚醛树脂。PF的固化过程可表示如下：热固性（甲阶段）酚醛树脂为粘稠黄色半透明液体，热塑性酚醛树脂为类似于松香的固体。PF具有极性的酚羟基和醚键，易吸水，经交联后形成的体型结构会将极性的酚羟基包围在网状结构内，极性显示不出来，从而表现出较好的电绝缘性，广泛应用于电器产品。木粉填充的酚醛塑料制品（俗称电木），电绝缘性能好，成型性能好。氨基树脂氨基树脂是含有胺基或酰胺基的单体与甲醛反应生成的一类热固性树脂，主要品种有脲醛树脂（UF）和三聚氰胺甲醛树脂（MF）。氨基塑料突出的特点是可制成色泽鲜艳的制品，为塑料餐具和桌面装饰层压板的主要材料。脲醛塑料俗称电玉。环氧树脂（EP）环氧树脂（EP）目前最重要的品种为双酚A和环氧氯丙烷合成的环氧树脂。环氧树脂粘接力强，又能低温低压固化，因此广泛用作粘合剂。EP可采用脂肪族或芳香族多元胺等有机多元胺，顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐等有机多元酸酐，AlCl3、ZnCl2、SnCl4、BF3等潜固化剂和酚醛树脂、脲醛树脂、糠醛树脂、聚酰胺等合成树脂，使环氧基开环而交联固化，可制作高强度的增强塑料，优良的电绝缘材料等。常用橡胶天然橡胶（NR）天然橡胶是一种从天然植物中采集出来的高弹性材料。最有经济价值的含橡胶成分的植物主要包括：三叶橡胶树（巴西橡胶）、杜仲树（古塔波胶或马来树胶）、橡胶草等，其中，三叶橡胶树的产胶量最大，质量最好，工业上应用的天然橡胶的主要来源是三叶橡胶。田间胶乳——又称新鲜胶乳，刚从橡胶树上流出的胶乳。易受细菌侵蚀而产生凝固，不便于保存。保存胶乳——经过加氨处理的胶乳。氨水可起杀菌和保持分散体稳定的作用。新鲜胶乳和保存胶乳的含胶量大约30％左右。经浓缩加工，可得到含胶量达60％左右的浓缩胶乳。NR是直接用田间胶乳或保存胶乳来制造的，其制法是将胶乳稀释后，加入稀醋酸液进行凝固，然后经过压片、干燥、打包等处理。NR通常包括烟片、绉片、颗粒胶等许多品种，其制法各有不同。烟片胶是由天然胶乳经酸凝固、压片，然后熏烟干燥制成。其物理机械性能较好，保存期较长，是天然橡胶中最好的品种。NR的主要成分为橡胶烃，还包括少量的蛋白质、丙酮抽出物、水分、水溶物、灰分。一般天然橡胶（三叶橡胶）的橡胶烃是由含98％以上的顺式1，4聚异戊二烯组成，NR的相对分子质量约为70万，相对分子质量分布范围较宽，这是它既有良好的物理机械性能，又有良好加工性能的原因。异戊橡胶（IR）的分子结构与天然橡胶相同，性能也相似，故有“合成天然橡胶”之称。IR的用途与NR相同。顺丁橡胶（BR）顺丁橡胶又称聚丁二烯橡胶，主要采用阴离子和配位阴离子聚合反应制备。聚丁二烯橡胶根据其顺式结构的含量多少可分为高顺式聚丁二烯橡胶、中顺式聚丁二烯橡胶和低顺式聚丁二烯橡胶。目前工业上常用的品种大多为高顺式含量的（顺丁胶），其弹性较高，生热小，工艺性能较好。聚丁二烯橡胶主要用途是制造轮胎胎面，常与NR和SBR并用。塑料和橡胶制品的差别主要在于它们的玻璃化温度，通常，塑料的Tg高于室温，在室温下通常处于玻璃态，呈现塑性；橡胶的Tg低于室温，在室温下通常处于高弹态，呈现弹性。通用合成纤维聚酯纤维聚酯纤维是产量最大的合成纤维品种，是由芳香二羧酸和二元醇缩聚制得的树脂，再经熔融纺丝和加工处理制成。聚酯纤维即聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（涤纶），有长丝和短纤维之分。它是一种优良的纺织材料，其强度在大宗纤维品种中仅次于聚酰胺纤维，高温下强度降低较小，弹性接近羊毛，保形性好，耐皱性超过任何纤维，耐候性良好，但吸水性、染色性差，需进行改性。聚丙烯腈聚丙烯腈纤维（腈纶）是合成纤维中的主要品种之一，由于纯聚丙烯腈所制成的纤维质脆且不易染色，因此一般所述聚丙烯腈纤维是指丙稀腈含量在85％以上的共聚纤维。聚丙烯腈纤维的耐候和耐光性能优良，化学稳定性好，不发霉，不怕虫蛀。聚丙烯腈纤维膨松、卷曲、柔软，极似羊毛，强度高于羊毛，相对密度比羊毛低。主要用途是代替羊毛，或与羊毛混纺。