第五篇第五篇 高分子材料与成形高分子材料与成形 第五篇第五篇 高分子材料与成形高分子材料与成形1-1 1-1 高分子材料的分类高分子材料的分类 一、塑料一、塑料塑料分为热塑性和热固性塑料。热塑性和热固性塑料。热热塑塑性性塑塑料料是指在一定温度范围内具有可反复加热软化、冷却后硬化定型的塑料。常用的热塑性塑料常用的热塑性塑料聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。热热固固性性塑塑料料是指经加热（或不加热）就变成永久的固定形状，一旦成形，就不可能再熔融成形的塑料。常用的热固性塑料常用的热固性塑料酚醛塑料、脲醛塑料等。1-1 1-1 高分子材料的分类高分子材料的分类塑料按使用情况又分为通用塑料、工程塑料及特种塑料。塑料按使用情况又分为通用塑料、工程塑料及特种塑料。通通用用塑塑料料 价格便宜、产量大、成型性好，广泛用于日用品、包装、农业等领域。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛和脲醛塑料。工工程程塑塑料料 能承受一定的外力作用，具有较高的强度和刚度并具有较好的尺寸稳定性。如聚甲醛、聚砜、聚碳酸酯、聚酰胺、ABS等。特种塑料特种塑料 具有如耐热、自润滑等特异性能，可用于特殊要求。如氟塑料、有机硅塑料、聚酰亚胺等。1-1 1-1 高分子材料的分类高分子材料的分类二、橡胶二、橡胶橡胶具有高的弹性、电绝缘性和缓冲减振性。橡胶具有高的弹性、电绝缘性和缓冲减振性。橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶天然橡胶和合成橡胶。天天然然橡橡胶胶的弹性好、强度高、耐屈挠性好、绝缘性好。这些性能都是合成橡胶所不及。因此，天然橡胶至今仍是最重要的一种橡胶。天然橡胶的加工性、粘合性、混合性良好。合成橡胶合成橡胶的种类很多按其性能和用途可分为通用合成橡胶和特种合成橡胶通用合成橡胶和特种合成橡胶。通用合成橡胶一般用以代替天然橡胶来制造轮胎及其它常用橡胶制品，如丁苯、顺丁、氯丁、丁基、聚异戊二烯、乙丙、丁腈等。特种合成橡胶具有耐寒、耐热、耐油等特殊性能，用来制造特定条件下使用的橡胶制品，如氯蟥化聚乙烯、氯化聚乙烯、硅橡胶、氟橡胶、丙烯酸脂、氯醇、聚硫橡胶等。 1-1 1-1 高分子材料的分类高分子材料的分类三、纤维三、纤维纤维分为有机合成纤维、无机纤维和天然纤维纤维分为有机合成纤维、无机纤维和天然纤维。无机纤维无机纤维有金属纤维、碳纤维、硅系纤维及矿物纤维等；天天然然纤纤维维有植物纤维（如麻、棉花等）和动物纤维（如羊毛、驼毛等）等。合成纤维合成纤维主要有聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈等。聚聚酰酰胺胺纤纤维维又叫锦纶、尼龙（或耐纶）开始是杜邦公司的商品名。其特点是强韧、弹性高、质量轻。约一半作衣料用，一半用于工业生产。聚聚酯酯纤纤维维又叫涤纶，是生产量最大的合成纤维。约90%用作衣料，用于工业生产的只占6%左右。聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维包括丙烯腈均聚物极其共聚物纤维。约70%用作衣料，用于工业生产的只占5%左右。 1-2 1-2 高分子材料添加剂高分子材料添加剂一、增塑剂一、增塑剂增塑剂使塑料的粘度减小，流动性增加，同时增塑剂降低了塑料的抗张强度、硬度、模量等，提高了塑料的伸长率和抗冲击性能。二、防老二、防老剂老化本质上是高分子在物理结构或化学结构上的改变使材料性能劣化的现象。依其功能可分为光稳定剂和抗氧剂等。三、填充三、填充剂、增、增强强剂和偶和偶联剂填充剂一般为无机材料，目的是增大塑料的体积，降低成本，也可改变产品的某些性能。增强剂主要是玻璃纤维等纤维状物质，它可以提高材料的强度。偶联剂是指能增强填料与树脂间粘结力的物质，从而使材料具有优异的整体性能。四、阻燃剂四、阻燃剂 由于高分子聚合物基本上属于含有碳和氢的有机化合物，因而大部分是可燃的。在此类聚合物中加入的阻燃性物质称为阻燃剂。 2-1 2-1 聚合物材料的结构和聚集态聚合物材料的结构和聚集态聚合物通常可以分为线形聚合物和体型聚合物线形聚合物和体型聚合物。线形聚合物的分子具有长链结构分子具有长链结构。体型聚合物是由线型聚合物彼此贯穿、重迭和缠结在体型聚合物是由线型聚合物彼此贯穿、重迭和缠结在一起而形成一起而形成。聚合物在加工过程所表现许多性质和行为都与聚合物的长链结构和缠结以及聚集态所处的力学状态有关。根据聚合物所表现的力学性质和分子热运动特征，可根据聚合物所表现的力学性质和分子热运动特征，可以将聚合物划分为玻璃态以将聚合物划分为玻璃态( (结晶聚合物为结晶态结晶聚合物为结晶态) )、高、高弹态和粘流态，通常称这些状态为聚集态弹态和粘流态，通常称这些状态为聚集态。2-1 2-1 聚合物材料的结构和聚集态聚合物材料的结构和聚集态聚集态的转变主要与温度有关聚集态的转变主要与温度有关。Tz(Tz(脆韧转变温度）脆韧转变温度）TgTg（玻璃化转变温度）（玻璃化转变温度）Tf Tf （粘（粘流温度）流温度）处于玻璃化温度处于玻璃化温度TgTg以下的聚合物为坚硬固体，称为玻以下的聚合物为坚硬固体，称为玻璃态璃态。此时,聚合物具有相当大的力学强度。聚合物在聚合物在Tg Tg Tf Tf之间为高弹态之间为高弹态，形变能力显著增大。聚合物在聚合物在TfTf以上开始转变为粘流态以上开始转变为粘流态，通常又将这种液体状态的聚合物称为熔体。2-2 2-2 聚合物的结晶聚合物的结晶聚合物分为结晶聚合物和非晶聚合物。结晶聚合物的结晶具有不完善性。聚合物分子链的结构对称性越高，越容易结晶，如聚乙烯、聚四氟乙烯。聚合物在不同的结晶条件下，可形成多种结晶形式，如片晶、球晶、伸直链片晶和串晶等。 晶区中的分子排列规整，其密度大于非晶区，随着结晶度的增加，聚合物的密度增大。 两相并存的结晶聚合物通常呈白色，不透明。结晶度减小，透明度增加，那些完全非晶的聚合物，通常是透明的。 一般随结晶度增加，聚合物的屈服强度、模量和硬度等随之提高。但是，冲击强度随结晶度增加而降低。2-32-3聚合物在成形过程中的分子取向聚合物在成形过程中的分子取向聚合物的分子链或链段按一定方向排列称为取向。1.1.流动取向流动取向 聚合物在成形加工过程中，蜷曲状长链分子逐渐沿流动方向舒展伸长和取向。非晶聚合物取向后，沿拉伸方向的拉伸拉伸强度、拉伸模量、冲击强度等均随取向强度、拉伸模量、冲击强度等均随取向程度提高而增大，而垂直于取向方向的程度提高而增大，而垂直于取向方向的力学强度会显著降低。力学强度会显著降低。结晶聚合物随取向度提高，材料的密度和强度都相应提高，而伸长率降低。 2-4 2-4 聚合物的降解和交联聚合物的降解和交联一、聚合物的降解一、聚合物的降解聚合物的分子量降低，大分子结构改变等化学变化。通常称分子聚合物的分子量降低，大分子结构改变等化学变化。通常称分子量降低的作用为降解。量降低的作用为降解。聚合物在贮存、使用过程中，进行比较缓慢的降解过程，又又称称为为老化。老化过程中，使材料丧失弹性、变脆、不熔和不溶老化。老化过程中，使材料丧失弹性、变脆、不熔和不溶。轻轻度度的的降降解解形成一些比原始聚合物分子量低但聚合度不同的同类大分子，使聚合物带色使聚合物带色。进进一一步步降降解解会使聚合物分解出低分子物质、分子量或粘度降低，制品出现气泡和流纹等弊病，并因此削弱制品的各项性能。严严重重降降解解时时，使聚合物破坏而得到单体或其它低分子物，使聚合物焦化变黑，产生大量的分解物质。2-4 2-4 聚合物的降解和交联聚合物的降解和交联二、聚合物的交联二、聚合物的交联聚合物的线形大分子链之间以新的化学键连接，形成聚合物的线形大分子链之间以新的化学键连接，形成三维网状或体形结构的反应称为交联。三维网状或体形结构的反应称为交联。通过交联反应能制得交联(即体型)聚合物。与线型聚合物比较，交联聚合物的机械强度、耐热性、耐溶剂性、化学稳定性和制品的形状稳定性等均有所提高。 在塑料成型工业中，常用硬化或熟化常用硬化或熟化来代替交联一词。所谓“硬化得好”或“熟化得好”，是指交联度发展是指交联度发展到一种最为适宜的程度到一种最为适宜的程度(此时的交联度小于100)，以致制品的物理力学性能达到最佳。