聚乙烯是指由乙烯单体自由基聚合而成的聚合物,英文名简称PE。PE的合成原料来自石油,自1965年以来一直高居世界塑料树脂产量第一位。目前,聚乙烯的主要品种有: 低密度聚乙烯(LDPE), 高密度聚乙烯(HDPE), 线性低密度聚乙烯(LLDPE), (超)高分子量聚乙烯(UHMWPE), 茂金属聚乙烯(m-PE)
还有其改性品种: 乙烯—乙酸乙烯酯(EVA) 氯化聚乙烯(CPE)。 1、聚乙烯类塑料的结构性能
PE为线性聚合物,属于高分子长链脂肪烃;分子对称无极性,分子间作用力小,力学性能不高、电绝缘性好、熔点低、印刷性不好。PE的结构规整,线性度高,因而易于结晶。结晶度从高到低排序:HDPE,LLDPE,LDPE。随结晶度的提高,PE制品的密度、刚性、硬度和强度等性能提高,但冲击性能下降。 (1)一般性能 PE树脂为无味、无毒的白色粉末或颗粒,外观呈乳白色,有似腊的手感;吸水率低,小于0•01%。PE膜透明,透明度随结晶度提高而下降。PE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。PE易燃,氧指数仅为17•4,燃烧时低烟,有少量熔融滴落,火焰上黄下蓝,有石蜡气味。PE的耐水性较好。制品表面无极性,难以粘合和印刷,须经表面处理才可改善。
(2)力学性能 PE的力学性能一般,其拉伸强度较低,抗蠕变性不好,耐冲击性能较好。PE的耐环境应力开裂性不好,但随分子量增大而改善。PE的耐穿刺性好,并以LLDPE最好。
(3)热学性能 PE的耐热性不高,随分子量和结晶度的提高而改善。PE的耐低温性好,脆化温度一般可达-50℃以下;随分子量的增大,最低可达-140℃。PE的线膨胀系数大,在塑料中属较大者。PE的热导率属塑料中较高者。
(4)电学性能 PE无极性,因此电性能十分优异。介电损耗很低,且随温度和频率变化极小。PE是少数耐电晕性好的塑料品种,介电强度又高,因而可用做高压绝缘材料。
(5)环境性能 PE具有良好的化学稳定性。在常温下可耐酸、碱、盐类水溶液的腐蚀,具体有稀硫酸、稀硝酸、任何浓度的盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸及乙酸等,但不耐强氧化剂如发烟硫酸、、浓硫酸和铬酸等。PE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;温度超过100℃后,可溶于四氢化萘。
PE耐候性不好,日晒、雨淋都会引起老化,需加入抗氧剂和光稳定剂改善。 2、聚乙烯类塑料的应用范围 (1)薄膜类制品
薄膜类制品是PE的最主要用途。LDPE树脂用于膜类制品可占50%以上,可用于食品、日用品、蔬菜、收缩、自粘、垃圾袋等轻质包装膜及农业用地膜、棚膜等。HDPE树脂用于膜类制品可占10%以上。因其薄膜强度高,主要用于重包装膜、撕裂膜及背心袋等。LLDPE树脂用于膜类制品的比重比LDPE还要大,可占树脂的70%以上。LLDPE膜具有延伸性好、较高的拉伸强度、耐穿刺、耐环境应力开裂及低温冲击性好、可制成超薄膜等优点,主要用于包装膜、垃圾袋、保鲜膜、自粘膜及超薄地膜等。 (2)注塑制品
PE因加工性好而广泛用于注塑制品,其中HDPE占30%以上,LDPE和LLDPE各占10%以上。主要生产:日用品如盆、桶、盒、暖瓶壳、杯、玩具等,周转箱、瓦楞箱。 (3)中空制品
以HDPE树脂为主,可占树脂用量的20%。其制品具有耐应力开裂性好、耐油性好、耐低温冲击性好等优点,可用于食品油、酒类、汽油及化学制剂等液体的包装。此外还有中空玩具等。 (4)管材类制品
以HDPE树脂为主,主要用于生活给水、燃气输送、农业排灌、电缆穿线管、液体吸管及圆珠笔芯等。LDPE管还可用于化妆品、药品、牙膏、鞋油等的包装。 (5)丝类制品
圆丝用HDPE为原料,主要用于编织渔网、缆绳、工业滤网及民用纱窗网等。扁丝以HDPE和LLDPE为原料,主要用于编织袋、编织布及撕裂膜等。 (6)电缆制品
PE广泛用于中、高压电缆的绝缘和护套材料,其中以LDPE为主,最高耐压可达220kV。 (7)其它制品
HDPE、LLDPE可用于打包带。LLDPE可用于型材。 3、聚乙烯的其它品种
(1)茂金属聚乙烯(m-PE)
茂金属聚乙烯是聚合反应所用催化剂为茂金属型的聚合物,因其性能独特而单列,英文简称 m-PE。 茂金属聚乙烯的特性有:分子量高且分布窄、支链少而短、密度低、纯度高、高透明性、高拉伸强度、高冲击性、热封温度低且范围广、耐穿刺性等。
用茂金属聚乙烯制成的薄膜具有优异的强度、高透明度和低热 封 温 度 (比 LLDPE 低20℃)。
目前,由于茂金属聚乙烯的价格偏高,一时尚不能取代传统的聚乙烯,但可以同EPR、EVA等相竞争。其应用主要为膜类产品,如LLDPE与茂金属HDPE共混,可用于生产阻油脂性重包装袋。 (2)超高分子量聚乙烯(UHMWPE)
超高分子量聚乙烯为相对分子质量高达100万-400万的聚乙烯类聚合物,英文简称UHMWPE。与普通PE相比,UHMWPE具有耐磨性好(比POM大15倍)、低摩擦性(摩擦系数油润滑时为0.05~0.08)、抗冲击性好、自润滑性好、生理相容性好及耐腐蚀等优点;但其硬度低、强度不高、耐热性差、抗蠕变性差及成型加工困难。
UHMWPE主要用来生产管材、型材、中空制品和注塑制品,具体应用如下:
①耐磨输送管道。可用于煤、矿粉、水泥、石灰、盐、粮食的输送管道,耐磨性比金属高10~50倍。
②机械零件。主要利用其耐磨性,如纺织机械中的投梭器、打梭棒、齿轮、连接器、扫花杆、缓冲块及偏心块等;在造纸机械中用于水箱盖板、刮水器、压密件、接头及密封轴杆等;机床中用于导轨、滑道及摩擦轮等。
③医用材料。利用生理相容性好和耐腐蚀的优点,用于矫形外科材料和人工关节等。
④其它制品。利用耐辐射性,制造核电站遮盖板;利用高冲击性,制造防弹衣、滑雪板等。 (3)乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)
EVA中乙酸乙烯酯(VA)的含量不同,其性能差异很大,用途也不同。EVA的外观为半透明或半乳白色的颗粒或料粉,易燃,离火不灭,并有熔融滴落,发出乳酸味。EVA的特点为:良好的柔软性、韧性、耐低温性、耐候性、耐应力开裂性、热合性、焊接性、粘结性、透明性、高光泽性、耐化学药品性、抗臭氧性、着色性及与填料的容合性等。 EVA的加工性良好,加工特性和技术与LDPE相同,但由于熔融粘度较低,热稳定性有限,加工温度比LDPE低20-40℃。 EVA主要应用在如下几方面:
①薄膜类 为EVA的主要用途,可用于包装膜和农业用膜,具体有重包装膜、冷冻包装膜、食品包装膜、复合膜、热收缩膜、自粘膜及阻隔保鲜膜等。EVA农膜的保温性、透光性、耐老化性、无滴性都优于PE膜。
②注塑制品 自行车座、玩具、密封容器、人造草坪及汽车挡泥板等。 ③挤出制品 软管、电缆护套、吸水管等。
④发泡制品 凉鞋、拖鞋、鞋底、自行车胎及玩具车轮等。 (4)氯化聚乙烯(CPE)
CPE含氯量大小不同,其性能差别很大。含氯量在25%-40%时为软性材料,含氯量大于40%时为硬质材料。常用的CPE含氯量为30%-40%,并以含氯量35%的135A和含氯量为40%的140B两个牌号最为常用。
CPE为PE氯化的产物,PE大分子的规整性被破坏,结晶能力降低,制品的柔软性提高,成为弹性体类材料。CPE具有优异的抗冲性、阻燃性(氧指数为27)、 耐热性(可在120℃温度下长期使用)、耐候性、耐油、耐酸碱、耐臭氧老化,耐磨性高,电绝缘性好。 CPE的加工可分为直接加工和硫化加工两种。
直接加工可用注塑、挤出、压延等方法成型,制品如压延法生产防水卷材、挤出法生产门窗用密封条等。硫化加工可制造仿革鞋底等。
CPE的应用可分为单独制品和改性剂两类。单独制品不如改性剂用量大,主要用来制造防水卷材、密封条、电缆护套及输送带等。作为抗冲改性剂,可用于硬质PVC、PE及ABS的共混材料,主要改善制品的冲击性能和阻燃性能。此外,CPE还可用于共混物的相容剂。
二、聚氯乙烯塑料
聚氯乙烯是由氯乙烯单体经自由基聚合而成的聚合物,英文简称PVC。PVC为最早实现工业化的树脂品种之一,是在20世纪60年代以前产量最大的树脂品种,只是在60年代后期退居第二位。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,在化学建材等领域中的应用日益扩大,其需求量增加很快,地位逐渐加强。
PVC树脂的合成,在20世纪50年代以前一直以乙炔电石法生产,50年代后期转向原料充足、成本
低廉的乙烯氧化法。目前世界上由此法生产的PVC可占到80%以上。PVC树脂的合成以悬浮法为主,产量可占80%-85%,其次为乳液法。按分子量的大小可将PVC分成通用型和高聚合度型两种,常用的树脂大都为通用型。按树脂的形态可分为粉状和糊状两种。粉状常用于生产压延、注塑和挤出制品;乳液常用于生产人造革、壁纸、儿童玩具及乳胶手套等。按结构不同可分为紧密型和疏松型两种,疏松型可大量吸收增塑剂,常用于软制品的生产;紧密型吸收增塑剂的能力低,主要用于硬制品的生产。 PVC的突出性能为力学强度高、硬度大、耐化学腐蚀性好、电绝缘性好、印刷和焊接性好、阻燃、价格低、制品软硬度可调等,常用于替代金属和木材。PVC的缺点为热稳定性不好,加工性不好,耐冲击性能差,耐老化及耐寒性差。 1、聚氯乙烯塑料的结构性能 (1)PVC的结构
PVC的分子链中含有强极性的氯原子,分子间力大,这使PVC制品的刚性、硬度等力学性能提高,并赋予优异的难燃性能。其分子结构的特点使PVC在光、热作用下易发生降解反应;制品的结晶度低,一般只有5%-15%。 (2)PVC的性能
①一般性能 PVC树脂为一种白色或淡黄色的粉末,相对密度为1.35-1.45。其制品的软硬程度可通过加入增塑剂的份数多少调整,制成软硬相差悬殊的制品。纯PVC的吸水率和透气性都很小。 ②力学性能 PVC具有较高的硬度和力学性能,并随分子量的增大而提高,但随温度的升高而下降。PVC中加入增塑剂份数不同,对力学性能影响很大,一般随增塑剂含量增大,力学性能下降。PVC的耐磨性一般,硬质PVC的静摩擦系数为0.4-0.5,动摩擦系数为0.23。
③热学性能 PVC的热稳定性十分差,纯PVC树脂在140℃即开始分解,到180℃迅速加快,而PVC的熔融温度为160℃,因此纯PVC树脂难以用热塑方法加工。PVC的线膨胀系数较小。具有难燃性,其氧化指数高达45以上。
④电学性能 PVC是一种电性能较好的聚合物,但由于极性较大,其电绝缘性不如PE和PP;PVC的电性能受温度和频率的影响较大,一般只适用于中低压和低频绝缘材料。 ⑤环境性能 PVC可耐大多数无机酸(发烟硫酸和浓硝酸除外)、碱、多数有机溶剂和无机盐。PVC在酯、酮、芳烃及卤烃中溶胀或溶解,其中最好的溶剂为四氢呋喃和环乙酮。PVC对光、氧、热的耐受性都不好,很容易发生降解。 2、聚氯乙烯塑料的成型加工 (1)PVC的加工特性
①PVC的加工热稳定性不好,熔融温度高于分解温度,不进行改性难以用熔融塑化的方法加工。改性方法一为在其中加入稳定剂,以提高其分解温度,使之达到熔融温度之上;二为在其中加入增塑剂,以降低其熔融温度,使之降到分解温度之下。
PVC用热稳定剂有四类,即铅盐类、有机锡类、金属皂类和稀土类。铅盐类最常用,但不能用于要求无毒和透明制品;有机锡类稳定效果好,透明,有毒或无毒,因价高限制了使用;金属皂类稳定效果一般,分透明或不透明、有毒或无毒,很少单用,常复合使用,多用于软制品;稀土类稳定剂为最新品种,具有透明、无毒等优点,大有发展前途。PVC热稳定剂可用于硬制品和软制品,在硬制品中的用量大于软制品。
PVC最常用的主增塑剂为邻苯二甲酸酯类,如DOP、DBP、DIDP等,辅增塑剂有DOA、DOS、氯化石蜡、环氧大豆油、石油酯、磷酸酯等。增塑剂主要用于软制品,须加入25份以上。硬制品只加入5份以下。
PVC加工温度控制要精确,加工时间要尽可能短。
②PVC熔体的流动性不好,熔体强度低,易产生熔体破碎和制品表面粗糙等现象,尤其是硬制品,此种现象更突出。为改善流动性,必须加入助剂,最常用的为ACR(甲基丙烯酸甲酯共聚物)。
③PVC熔体粘附金属倾向大,熔体之间以及熔体与加工设备之间摩擦力大,需加入润滑剂以克服摩擦阻力。按润滑剂与PVC树脂的相容性大小不同,可分为内润滑剂(相容性大)和外润滑剂(相容性差)。
④PVC熔体属非牛顿流体,熔体粘度对剪切速率敏感。所以,对热敏性PVC树脂,在加工中要降低粘度,可通过提高螺杆转速来达到目的,尽可能少调温度。 ⑤PVC在加工前需要干燥处理,温度110℃,1-1.5h。
⑥PVC配方中的组分特别多,要充分混合均匀。同时一要注意加料顺序,吸油性大的填料要后加,以防吸油;增塑剂最后加,以防影响其它组分的分散。二要控制好混合温度,一般在110℃左右。 ⑦PVC遇金属离子会加速降解,加工前要进行磁选,设备不应有锈迹。
(2)PVC的加工方法
①挤出 可用于生产膜、片、板、管、棒、异型材、丝等制品。 ②注塑 可用于生产凉鞋、壳体、管件、阀门、泵等制品。 ③压延 可用于生产膜、片、板、人造革、壁纸等制品。
④压制 压制法多用于热固性塑料,但PVC塑料也常用压制成型,主要用于生产鞋底、硬板及周转箱等形状简单的制品。
⑤塑料糊成型 将PVC糊状树脂涂于基材上,充分熔融后压花、冷却即可。具体涂覆方法有刮涂法、滚塑法及蘸浸法等。
3、聚氯乙烯塑料的改性品种 (1)高聚合度PVC
高聚合度PVC与普通PVC结构基本相同,不同点在于其分子量大、分子链长、链的规整性及结晶度增加,分子链间的缠绕点增多,具有类似交联的结构。高聚合度PVC的性能如下: 具有较强的吸收增塑剂的能力,可与高达150份的增塑剂混合,制成软制品。 力学性能优异,拉伸强度和撕裂强度高。
永久压缩变形小,仅为35%-60%,而普通PVC在65%以上;回弹性高,一般可达40%-50%。 制品的硬度可在邵氏A40-95范围内任意调整,而且受温度影响小,使用条件比较宽泛。 优良的耐热、耐寒及耐老化性能。 耐磨性好,比普通PVC高两倍。 高聚合度PVC的加工性能差,熔融温度比普通PVC高约10℃以上,熔体粘度大。具体的加工方法,注塑可生产高档鞋底、凉鞋、密封垫等,挤出可生产耐热和耐寒电缆、耐压管、汽车和冰箱密封条,压延可生产高档人造革、防水膜及土工膜等。 (2)氯化聚氯乙烯
氯化聚氯乙烯英文简称CPVC,比PVC含氯量大,增强了极性,使大分子的主链运动受限制,从而使制品的耐热性、电绝缘性、阻燃性、耐腐蚀性、力学性能等得以提高。但热稳定性、熔体流动性和冲击性变差
CPVC可单独加工,也可与CPE、EVA、ABS等共混加工,以改进加工性和制品的脆性。CPVC目前主要用于阻燃和耐热管材。 (3)PVC合金
PVC合金主要是共混弹性体类冲击改性树脂,具体有ACR、CPE、MBS、EVA、ABS、氯丁胶及丁腈胶等,其中以ACR和CPE的效果最好,最为常用,MBS只用于透明制品中。 4、聚氯乙烯塑料的应用范围 (1)硬质PVC制品
管材 可用于上水管、下水管、输气管、穿线管等。
型材 可用于门窗、装饰板、木线、家具及楼梯扶手等。
板材 有瓦楞板、密实板和发泡板等。用于壁板、天花板、百叶窗、地板、装饰材料、家具材料及化工防腐贮槽等。
片材 用于吸塑制品。
丝类 用于纱窗网、蚊帐、绳索等。
瓶类 用于食品、药品、化妆品等包装。
注塑制品 管件、阀门、各类罩壳、电器壳体等。 (2)软质PVC制品
薄膜 农用大棚膜、包装膜、日用装饰膜、雨衣膜、本皮膜等。 电缆 用于中低压绝缘和护套电缆料。 鞋类 鞋底和鞋面材料。 革类 人造革、地板革等。 其它 软透明管、垫片等。 (3)PVC糊制品
人造革、地板革、壁纸、乳胶手套、玩具、密封垫等。 三、聚丙烯塑料
聚丙烯是由丙烯单体经自由基聚合而成的聚合物,英文简称PP。按结构不同,PP可分为等规、间规(又称茂金属PP)、无规三类。目前应用的主要是等规PP,用量可占90%以上。无规PP不能用于塑料,常用于改性载体。间规PP为低结晶聚合物用茂金属催化剂生产,属于高弹性热塑材料。因价格高,目前间规PP应用面不广,但很有发展前途,是PP树脂的新增长点。
PP的优点为电绝缘性和耐化学腐蚀性优良、力学性能和耐热性在通用热塑性塑料中最高、耐疲劳性好、价格在所有树脂中最低。经过玻璃纤维增强的PP,具有很高的强度,性能接近工程 塑料,常用作
工程塑料。PP的缺点是,低温脆性大,耐老化性不好。
1、聚丙烯塑料的结构性能 (1)PP的结构
PP为线性结构,其大分子链上甲基的排列方式不同,性能也不同:等规PP的结构规整性好,具有高度的结晶性,熔点高,硬度和刚性大,力学性能好;无规PP为无定型,强度很低,难以用作塑料;间规PP的性能介于两者之间,硬度和刚性小,但冲击性能好。PP分子结构特点,导致PP的耐氧化性和耐辐射性差,难以用于户外。 (2)PP的性能
①一般性能 PP树脂为白色蜡状固体,外观似PE,但比PE更透明、更轻,为仅次于TPX的最轻品种。PP易燃,离火焰继续燃烧,火焰上黄下蓝,有少量黑烟,熔融滴落,有石油气味。PP的吸水性低,气体透过率低。PP的成纤性较好,可用于丙仑的生产。
②力学性能 PP具有较好的力学性能,其拉伸屈服强度和拉伸强度都超过PE,拉伸强度还超过PS和ABS,经增强和拉伸处理后还可大幅提高。PP的力学性能受温度的影响比较小,在温度为100℃时,拉伸强度仍能保持一半。
PP的冲击强度受温度影响较大,在室温以上PP的冲击性能较好,但在低温时,其冲击性能迅速变差。PP的冲击强度还与分子量、结晶度、结晶尺寸等因素有关。
PP制品的表面硬度和刚性较高,并有良好的表面光泽,但不如PS和ABS高。
PP的干摩擦为系数为0.12,与PA接近,但在润滑状态下下降不明显,只适于低PV值和无冲击的齿轮和轴承使用。PP的耐磨性一般,小于硬质PVC和PMMA,略高于HDPE。
PP有突出的抗弯曲疲劳性能,用它制成的铰链经7000万次折叠弯曲不损坏。PP的耐蠕变性较好,比NDPE要好。因此经过适当的增强改性处理可用作工程塑料。
③热学性能 PP的耐热性能良好,制品可耐100℃热水煮沸,可在100-120℃下长期使用。用于热水管道,不受外力作用时,可在150℃使用不变形。但PP的耐低温性不好,在
-5~-20℃即脆化,制品不能用于低温环境。PP的线膨胀系数属较大者;热导率属中等。
④电学性能 PP为非极性聚合物,电绝缘性能优良,电性能受湿度、温度和频率影响较小,耐电弧性好,但不耐电晕。因低温脆性影响,PP在电绝缘领域的应用远不如PE和PVC广泛。
⑤环境性能 PP具有很高的耐化学腐蚀性,可耐除强氧化剂、浓硫酸及浓硝酸外的酸、碱、盐及大多数有机溶剂(如醇、酚、醛、酮及大多数羧酸等),但低分子量的脂肪烃、卤烃及芳烃可使其溶胀,在高温下可溶于芳烃和卤代烃中如十氯化萘、四氢化萘及1,2,4-三氯代苯等。PP的耐候性不好,对紫外线很敏感,需加入抗氧剂和光稳定剂才能用于户外。PP的耐应力开裂性较好,好于HDPE和PS,但应用在腐蚀性介质如浓硫酸、浓铬酸及王水中例外。
1、聚丙烯塑料的成型加工 (1)PP的加工特性
PP的吸水率低,在水中浸泡24h,吸水率低于0.01%,因此加工前不必干燥处理。 PP的熔体接近非牛顿流体,粘度对温度敏感性小,而取决于剪切速率的大小。
PP成型收缩率大,一般可达1.6%-2%,对制品的精度影响较大;在加工中易产生取向,造成制品不同方向上的性能差异,在生产中要引起注意。
PP对缺口很敏感,制品应避免出现尖角和缺口,以免引起应力集中。
PP在高温下对氧特别敏感,为防止在加工中发生热降解,一般在树脂合成时即加入抗氧剂。PP熔体与铜接触会导致降解,加工中应避免与铜接触或加入抗铜剂。(为什么现有线材中有用pp料来做芯线外套的,芯线用的是铜,这不会发生降解么?)
PP制品进行退火处理后,能消除残留的内应力,并改善冲击强度。 (2)PP的加工方法
PP可用注塑、挤出及吹塑等方法加工成型。
注塑可选用通用注塑机,原料熔体指数中等(MI为1-4.5)。
挤出机的螺杆加料段长度要比PE螺杆长,以克服热导率低的影响。 冷却条件对制品的透明度和冲击性能影响很大。
PP挤出制品可进行拉伸处理。既可单向拉伸也可双向拉伸,拉伸倍率可达三倍以上。拉伸后PP制品的强度、冲击性、透明度、耐热性、表面光泽和阻隔性都有明显的提高。
3、聚丙烯塑料的改性品种 (1)茂金属PP(m-PP)
与普通PP相比,m-PP的流动性能好、强度高、硬度大、耐热性和透明性更好、熔点低、光泽和韧性优异。m-PP主要用于包装薄膜、汽车保险杠注塑件、片材及瓶类等。
m-PP的加工可用普通PP的加工方法,但料筒温度要比普通PP低30-40℃。 (2)共聚PP(PP-C)
PP-C为丙烯与乙烯的共聚物,可分为无规共聚物(PP-R)和嵌段共聚物(PP-B)两种。 PP-R含乙烯量为1%-7%,与普通PP相比,其结晶度和熔点低、柔软透明、温度低于
0℃时仍具有良好的冲击强度,-20℃时才达到应用极限。但其硬度、刚性、耐蠕变性等要比普通PP低10%-15%,主要用于上水管和供暖管。
PP-B的乙烯含量为5%-20%,它既有较好的刚性,又有好的低温韧性。主要用于大型容器、周转箱、中空吹塑容器、机械零件、电线电缆包覆制品等。 (3)增强PP
常用玻璃纤维作增强材料。增强不仅保留了PP原有的优良性能,还使拉伸强度、耐热性、刚性、硬度、耐蠕变性、线膨胀系数及成型收缩率等性能明显改善。 (4)填充PP
PP的填充改性最为常用。填充材料有碳酸钙、滑石粉、云母及木粉等。填充前需进行偶联剂活化处理,以提高相容性。填充PP在密度、刚性、硬度、热变形温度、耐蠕变性、成型收缩率及线膨胀系数等方面有所改善,但拉伸强度、冲击强度及断裂伸长率有所下降。 (5)共混PP
共混PP主要为改善低温冲击性能。
PP/HDPE共混 HDPE含量10%-40%,冲击强度可提高8倍之多。
PP/EPDM(或EPR)共混 改善冲击性能,改性效果明显,可用于汽车保险杠和安全帽。 PP/顺丁橡胶共混 悬臂梁冲击强度可提高6倍以上,脆化温度降低8℃。 PP/PA共混 改善冲击性、耐磨性及耐热性。 (6)氯化PP
氯化PP的阻燃性、硬度、耐磨性、耐酸性、耐热、耐光、、耐老化性及粘接性都好于普通PP,氯化PP主要用于涂料、薄膜等原料。
4、聚丙烯塑料的应用范围 (1)注塑制品
PP树脂注塑制品可占一半左右,具体如下:
汽车配件 保险杠和轮壳罩等用改性增韧PP,增强PP用于仪表盘、方向盘、风扇叶、手柄及蓄电池壳等。
日用品 衣架、椅子、凳子、桶类、盆类、书架、浴盆、玩具、文具、办公用品、家具、周转箱及货箱等。
电器 洗衣机桶、电视机壳、电风扇叶、电冰箱内衬及电话机壳等。 (2)薄膜制品
PP膜可占PP用量的10%左右,其特点为透明性和表面光泽接近玻璃纸,但柔软性不好,手揉有强声;强度高、可用于重包装材料;透氧率仅为HDPE膜的30%,适合于防潮包装材料,如高级衣物、药品及香烟等。
PP膜的耐热性好,可进行煮沸消毒,用于冷藏和保鲜食品包装;PP膜电绝缘性能好,经过热定型处理的定向薄膜可用于电容器、电机和变压器的绝缘材料,比PET膜要好;PP双向拉伸膜的强度、透明度及光泽都好,可用于打字机带、粘胶带基膜及香烟包装膜。 (3)纤维制品
主要包括单丝、扁丝及纤维三类。PP单丝的密度小、韧性、耐磨性都好,适于生产绳索和鱼网等。PP扁丝拉伸强度高,适于生产编织袋、编织布。PP纤维广泛用于地毯、毛毯、衣料、蚊帐、人造草坪、人造毛、滤布、无纺布等。 (4)挤出制品
管及管件,为塑料制品的新应用领域,主要以PP-C为原料,用于上水、排水、供暖及化工腐蚀介质管道系统,管与管件用热熔法联接。
片材,PP片材以PP/PE共混物为原料,主要用于吸塑制品。此外,PP还可制作板、棒材,板材可用于生产汽车挡泥板、汽车座椅、马达和泵的壳体、液体贮槽等。 (5)中空制品
PP中空制品的透明度和力学性能好,单层瓶主要用作包装洗涤剂、化妆品和药品等;与阻隔材料复合的瓶可用于食品如酱油、液体燃料和化学制剂的包装。
四、聚苯乙烯系塑料
聚苯乙烯系塑料,指大分子链中包含苯乙烯的一类塑料,具体品种包括PS、HIPS及ABS三类。 (一)聚苯乙烯塑料
聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物,英文简称PS。PS包括普通聚苯乙烯(GPPS)、可发性聚苯乙烯(EPS)和茂金属聚苯乙烯(m-SPS)等。
1、聚苯乙烯塑料的结构性能 (1)PS的结构
PS的大分子主链为饱和烃类聚合物,具有良好的电绝缘性,又因吸湿性小,可用于潮湿环境中。PS的分子结构不对称,大分子链运动困难,PS呈现刚性和脆性,制品易产生内应力。GPPS的分子为无规结构,导致PS为无定型聚合物,具有很高的透明性。由于苯基的存在,制品长期户外使用变黄变脆;但苯基的存在又使其具有较高的耐辐射性。 (2)PS的性能
①一般性能 PS为无色透明的颗粒,燃烧时发浓烟并带有松节油气味,吹熄可拉长丝。制品质硬似玻璃状,落地或敲打会发出类似金属的声音。能断不能弯,断口处呈蚌壳色银光。PS的吸水率为0.05%,稍大于PE,但对制品的强度和尺寸稳定性影响不大。
②光学性能 透明性好是PS最大的特点,透光率可达88%-92%,同PC和PMMA一样属最优秀的透明塑料品种。PS的折射率为1.59-1.60,但因苯环的存在,其二222双折射较大,不能用于高档光学仪器。
③力学性能 PS硬而脆、无延伸性,拉伸至屈服点附近即断裂。PS的拉伸强度和弯曲强度在通用热塑性塑料中最高,但冲击强度很小,难以用作工程塑料。PS的耐磨性差,耐蠕变性一般。PS的力学性能受温度的影响比较大。
④热学性能 PS的耐热性能不好,热变形温度仅为70-90℃,只可长期在60-80℃范围内使用。PS的耐低温性也不好,脆化温度为-30℃。PS的热导率低,线膨胀系数较大,与金属相差悬殊,故制品不易带金属嵌件。
⑤电学性能 PS电绝缘性优良,且不受温度和湿度的影响。介电损耗角正切值小,可耐适当的电晕放电,耐电弧性好,适于做高频绝缘材料。
⑥环境性能 PS的化学稳定性较好,可耐一般酸、碱、盐、矿物油及低级醇等,但可受许多烃类、酮类及高级脂肪酸等侵蚀,可溶于芳烃(如苯、甲苯、乙苯及苯乙烯等)、氯化烃(如四氯化碳、氯仿、二氯甲烷及氯苯)及酯类等。PS的耐候性不好,其耐光、耐氧化性都差,不适于长期户外使用。但PS的耐辐射性好。
2、PS塑料的成型加工 (1)加工特性
PS属无定型树脂,无明显熔点,熔融温度范围比较宽,可在120℃-180℃之间成为流体。热稳定性较好,分解温度在300℃以上。PS熔体属非牛顿流体,粘度强烈地依赖剪切速率的变化,但温度的影响也比较明显。PS的流动性十分好,是一种易于加工的塑料。
PS在加工前一般不需要干燥,有特殊需要时(如要求制品透明性高)才干燥,干燥温度70℃-80℃,1.5-2小时。PS在加工中易产生内应力,除要选择适宜的工艺条件、改进制品设计和合理的模具结构外,还应对制品进行热处理,以消除应力。PS成型受缩率比较低,一般仅为0.4%-0.7%。 (2)加工方法
注塑和挤出加工均可在普通注塑机和挤出机上进行。
PS泡沫制品为其树脂的主要用途,具体成型方法有两种:
①采用可发性PS树脂(EPS)为原料。EPS为GPPS珠粒在加温、加压条件下,将6%左右的低沸点物理发泡剂如正戊烷、石油醚或异戊烷等渗透到珠粒中,使之溶胀即为可发性PS珠粒。EPS可用蒸汽模塑法、挤出和注塑等方法生产泡沫塑料制品。 ②用GPPS为原料。采用一步法挤出工艺,直接将发泡剂与PS混合好或在挤出熔融段将物理发泡剂注入PS熔体内,挤出发泡、冷却即可。
3、聚苯乙烯塑料的应用范围
(1)电器制品 PS兼有透明性和良好的绝缘性,可用于各种电器的配件、壳体及高频电容器等。 (2)透明制品 PS具有优异的透明性,可用于一般光学仪器、透明模型、灯罩、仪器罩壳、包装容器等。
(3)日用品 PS的着色性和光泽性好,可广泛用于日用品的制造,如儿童玩具、家具把手、装饰
板、笔杆、文具、梳子、牙刷等。
(4)包装材料 PS发泡制品的防震及保温性能好,可用作包装和保温隔热材料。包装材料主要用于电器、精密仪表、工艺品、玻璃制品、陶瓷制品等的包装;保温隔热材料有隔墙板和屋顶夹芯板等。
4、茂金属聚苯乙烯
茂金属聚苯乙烯英文缩写为m-SPS,它为在茂金属催化剂作用下合成的间同结构PS树脂。产品具有熔点高(270℃)、耐水解、耐热(热变形温度为251℃)、耐化学腐蚀、密度小、加工前不用干燥、收缩小、尺寸稳定性好等与工程塑料PBT、PA及PPS类似的性能,是传统增强工程塑料的理想替代品。 m-SPS可用注塑方法成型加工,主要用于耐热塑料制品,在众多耐高温塑料材料中,m-SPS的用量排在PPS之后,居第二位。
(二)高抗冲聚苯乙烯
高抗冲聚苯乙烯的英文简称为HIPS。HIPS实质是PS的一个冲击改性品种,具体组成为PS和橡胶。按HIPS改性幅度的大小可分为中抗冲PS、高抗冲PS和超高抗冲PS三类。
HIPS的外观为白色不透明珠状颗粒,它除冲击性能优异外,还具有PS的大多数优点,如刚性好、易加工、制品光泽度高、易着色等,但拉伸强度和透明性下降。
同PS一样,HIPS的加工性也很好,熔体的流动性比ABS高,成型收缩率与ABS接近,因此,成型ABS的模具也适用于HIPS成型。 HIPS在有些领域中可取代ABS。
HIPS大量用于电视机、吸尘器、电话机、空调机、洗衣机、复印机、照明器具、仪器仪表、办公用品和汽车配件的壳体。
HIPS的低发泡制品具有木材的可锯、可刨、可钉的性能,外观类似木材,可用于家具、包装和建筑材料等。
HIPS可制成板、片材,用以吸塑成容器和杯盘等。还可制成管材、医疗和纺织器材等。 (三)ABS塑料
ABS为丙烯腈(23%-41%)、丁二烯(10%-30%)和苯乙烯(29%-60%)三种单体共聚而成的聚合物,英文简称ABS。合成的ABS有中冲击型、高冲击型、超高冲击型及耐热型四类。由于其具有韧、刚、硬的优点,应用范围已远远超过PS,成为一种独立的塑料品种。ABS既可用于普通塑料又可用于工程塑料。
1、ABS的性能
①一般性能 ABS的外观为不透明呈象牙色的粒料,其制品可着成各种颜色,并具有90%的高光泽度。ABS的相对密度为1.05,吸水率低。ABS同其它材料的结合性好,易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为18.2,属易燃聚合物,火焰呈黄色,有黑烟,烧焦但不滴落,并发出特殊的肉桂味。
②力学性能 ABS有优良的力学性能,其冲击强度极好,可以在极低的温度下使用。即使ABS制品被破坏,也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏。ABS的耐磨性能优良,尺寸稳定性好,又具有耐油性,可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的蠕变性比PSF及PC大,但比PA和POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。
③热学性能 ABS的热变形温度为93℃-118℃,制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性,可在-40℃-100℃的温度范围内使用。
④电学性能 ABS的电绝缘性较好,并且几乎不受温度、湿度和频率的影响,可在大多数环境下使用。
⑤环境性能 ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响,但可溶于酮类、醛类及氯代烃,受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差,在紫外线的作用下易产生降解,置于户外半年后,冲击强度下降一半。
2、ABS塑料的成型加工
ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料,可用通用的加工方法加工。ABS熔体的流动性比PVC和PC好,但比PE、PA及PS差,与POM和HIPS类似。ABS的流动特性属非牛顿流体,其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系,但对剪切速率更为敏感。
ABS的热稳定性好,不易出现热降解现象。ABS的吸水性较高,加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为80℃-85℃,2-4小时;对特殊要求的制品(如电镀),则需70℃-80℃,10-18小时。 ABS制品在加工中易产生内应力,如应力太大或制品对应力开裂绝对禁止,应进行退火处理,具体方法是制品置于70℃-80℃的热风循环干燥箱内2-4小时,再冷却到室温即可。
ABS可用注塑、挤出、压延、吸塑及吹塑等方法成型,并以注塑法最广,挤出法次之。 3、ABS塑料的改性品种
ABS的改性品种主要为其合金,种类繁多,应用很广。
①ABS/PVC 可改善ABS的阻燃性,同时还可提高撕裂强度和耐腐蚀性,并可制成柔软或半硬制品。
②ABS/PC 提高制品的耐热温度,一般可达120℃左右,还可适当提高强度和硬度等力学性能。 ③ABS/TPU 此合金兼有TPU的冲击性和耐磨性,ABS的刚性、综合性能和价格低等优点。
4、ABS塑料的应用范围
壳体材料 广泛用于制造电话机、移动电话、电视机、收录机、复印机、传真机、洗衣机、电动工具、厨房用品及儿童玩具的壳体。
机械配件 可用于制造齿轮、叶轮、轴承、把手、管材、管件、蓄电池槽等。 汽车配件 具体品种有方向盘、仪表盘、风扇叶片、挡泥板、手柄及扶手等。 其他制品 各类化工耐腐蚀管道、镀金制品、文具、仿木制品等。 常用塑料材料特性简介(三) 常用塑料材料的特性简介(续二)
工程塑料是指机械性能和热性能均较好,可以承受较大的机械应力,能在较为苛刻的化学物理环境中使用,用于代替某些金属作为结构材料而应用的一类树脂。
工程塑料的拉伸强度一般在50MPa以上,弯曲模量在2GPa以上,冲击强度在60J/m以上。通常将使用量大、可长期在100℃以上温度使用的工程塑料称为通用工程塑料;而将使用量较少、使用温度达150℃以上、有的为150~250℃甚至高达300℃的一类工程塑料称为特种工程塑料。以下介绍几种通用工程塑料的特性。
一、 聚酰胺塑料
聚酰胺俗称“尼龙”,英文简称PA,目前它为最大的通用工程塑料品种。PA包括种类
很多,具体可命名为PAxy,其中x代表二元胺的碳原子数目,y代表二元酸的碳原子数目。适用于塑料用的PA主要是脂肪族PA和少量芳香族PA。具体品种有PA6、PA66、PA610、PA1010、PA11、PA12、PA9、PA612、PA46、PA1212、浇铸尼龙(MC5)及芳香尼龙等。其中PA6占47%,PA66占45%。 PA目前最大的应用为汽车配件,美国占30.7%,西欧占31.6%,日本占34.5%。其他用途有包装膜、电子电器、机械零件、日用品等。 1、 酰胺塑料的性能
(1)一般性能 PA的外观为透明或不透明乳白色或淡黄色的粒料,表观角质、坚硬,制品表面有光泽。 PA的吸水率比较大, 酰胺基的比例越大,吸水率越高,具体为:
PA6>PA66>PA610>PA1010>PA11>PA12>PA1212。PA属于自熄性塑料,燃烧时有烧焦的羊毛或指甲味。PA属中等阻隔性塑料,阻隔性随酰胺基/亚甲基的比例增大而提高,以PA6的阻隔效果最好。PA6的O2透过系数为25~40㎝3•㎜/㎡•d•Mpa CO2透过系数为150~200㎝3•㎜/㎡•d•Mpa H2O透过系数为150g•㎜/㎡•d•Mpa
(2)力学性能 PA在室温下的拉伸强度和冲击强度都较高,但冲击强度不如PC和POM高。随温度和湿度的升高,拉伸强度急剧下降,而冲击强度则明显提高。玻璃纤维增强PA的强度受温度和湿度影响较小。
PA的耐疲劳性较好,仅次于POM,玻纤增强处理后还可提高50%左右。 PA的抗蠕变性较差,不适于制造精密的受力制品,但玻纤增强后可改善。
PA的耐摩擦性和耐磨损性优良,是一种常用的耐磨性塑料品种。其中,不同品种的摩擦因数相差不大,无油润滑摩擦因数仅为0.1~0.3。耐磨性以PA1010最佳。PA中加入二硫化钼、石墨、F4及PE等可进一步改进摩擦性和耐磨性。
(3)热学性能 PA的热变形温度都不高,一般在50~75℃。用玻璃纤维增强后可提高4倍以上,高达200℃PA的热导系数很小,仅为0.16~0.4W/M•K。PA的线膨胀系数较大,并随结晶度增大而下降。 (4)电学性能 PA在低温和低湿条件下为极好的绝缘材料,但绝缘性能随温度和湿度的升高而极剧恶化,并以分子中含酰胺基比例大者最敏感,例如PA6最大而PA12最小。
(5)环境性能 PA耐化学稳定性优良,可耐大部分有机溶剂如醇、芳烃、酯及酮等,尤其是耐油性突出。但PA的耐酸、碱、盐性不好,可导致溶胀,危害最大的无机盐为氯化锌。PA可溶于甲酸及酚类化合物。
PA的耐光性不好,在阳光下强度很快下降并变脆,因此不可用于户外。 2、 酰胺塑料的成型加工
(1)加工特性 PA有明显的熔点,且熔点高,熔程较窄,因此加工温度较高,PA6为220~300℃,PA66为260~320℃。 PA的熔体粘度低,流动性好,熔体粘度对温度和剪切速率都较敏感。但其流体特性接近牛顿流体,即对温度的敏感性较大。
PA的热稳定性较差,热降解倾向严重,应加入二苯胺改善,并严格控制温度。 PA成型时有结晶产生,成型收缩较大;结晶度高低受加工条件的影响较大。
PA吸水率比较大,加工前必须干燥,使含水量小于0.1%。干燥条件为100~110℃,时间10~12小时。 PA制品成型后需进行调湿处理,以降低吸水对性能的影响,提高尺寸稳定性。 PA在加工中易产生内应力,应进行退火处理。 (2)加工方法
PA可用注塑、挤出及吹塑等方法成型。 3、 聚酰胺塑料的改性品种
主要包括增强PA和PA合金两类。
(1)增强PA主要用玻璃纤维为增强材料。玻璃纤维含量大于30%后的力学性能、硬度、蠕变性、尺寸稳定性和耐热性能都有明显的提高。
(2)PA合金的种类很多,技术成熟,常见的有以下几种:
① PA/PO。此合金可提高PA在干态及低温条件下的冲击强度1.5-3倍,降低吸水率 300%。相容剂用PO的不饱和酸接枝物。
② PA/ABS。此合金可提高制品的韧性、刚性、硬度及耐电弧性。ABS的含量在15%-20%范围内时冲击强度提高幅度最大。
③ PA/苯乙烯-N-苯基马来酰亚胺。此合金主要提高PA的耐热温度,一般可提高到 110℃。此外还可提高冲击强度、耐化学药品性能等。 4、 聚酰胺塑料的应用范围
(1)汽车工业 汽车工业为PA的第一大市场,主要用于发动机部件、电气配件、车体部件及输油件等。具体产品有:输油管、空调管、喷油嘴、油箱、燃料过滤器、储油槽、罐、齿轮、车轮盖及汽车外饰板等。
(2)机械工业 可广泛制造齿轮、蜗轮、垫片、螺栓、螺母、轴承等。
(3)电子/电器 主要用于民用电器如电饭锅、吸尘器、微波炉等的开关、接线板、电阻器等。 (4)包装材料 PA的气体阻隔性好,常与HDPE共混、共挤和复合,用于熟肉、火腿等食品的冷冻、真空包装。
(5)日用品 PA为第一代拉链材料,目前仍大量使用。此外,PA还可用于一次性打火机壳体、碱性干电池衬垫、头盔、办公设备外壳等。
(6)体育用品 主要有滑雪板、球拍线、球拍框、冲浪板、溜冰鞋、钓鱼杆及钓鱼线等。 (7)医疗器械 可用于输血管、止血钳、输液器、手术缝合线、假发等。 5、 其他品种 (1)PA11
PA11为聚十一酰胺,它是以蓖麻油为原料制备的长链柔软尼龙。PA11具有优良的力学性能、尺寸稳定性能及耐油性,是高档的工程塑料,主要用于汽车输油管及刹车管等。PA11柔性好,具有良好的耐应力开裂性和耐动态疲劳性能,无润滑状态对铜的摩擦系数为0.18,耐磨性好,自熄。耐碱、醇、酮、芳烃及油脂等,但耐酸性较差。
PA11大量用于汽车工业的输油管、刹车管、压力管及螺纹管的制造,还用于各种交通工具如飞机、轮船、汽车中的电缆护套管;军事装备如枪托、枪把、弹头外壳、训练弹等。 (2)PA12
PA12除具有与PA11类似的特点外,还具有吸水性小、柔软性好、电性能较其他PA要好、尺寸稳定性好。
(3)MCPA
MCPA为单体浇铸尼龙,又称MC尼龙或铸型尼龙。MCPA以己内酰胺或戊内酰胺为单体,采用碱聚合法在模具中边聚合边成型。
MCPA分子量比PA6大一倍,因而其力学性能、尺寸稳定性、耐疲劳性、耐磨性、冲击强度、耐热性、吸水性及电性能等都好于PA6约一倍以上。
MCPA主要用于大型制品,特别是需要量少、结构复杂、开注塑模具成本过高的制品,可选用MCPA。具体制品如大型齿轮、滑动轴承、辊轴、阀座及导轨等,可采取先浇铸后机械加工的方法制造。 (4)RIMPA
RIMPA为反应注塑尼龙,它是在MCPA的基础上发展起来的,是在封闭的模具中完成反应并成型的一
种液体注塑方法。与PA6相比,具有更高的结晶性和刚性,吸水率更低。 (5)透明PA
普通PA为结晶型聚合物,而透明PA为无定型聚合物,具体品种有: ① 对苯二甲酰三甲基己二胺
它的透光率可达90%以上,吸水率为0.41%,不易擦伤,热稳定性好,抗冲击性突出,尺寸稳定性好,耐化学腐蚀性好。 ② PACP9/6
透光率为92%,与光学玻璃接近。此外,它的拉伸强度、刚性、耐磨性、耐化学腐蚀性、表面硬度等均较其他工程塑料好。 (6)芳香PA
芳香PA为20世纪60年代开发的耐高温、耐辐射、耐腐蚀的新型PA品种。目前主要应用品种有: ① 聚间苯二甲酰间苯二胺
英文简称mPIPA,俗称芳纶1313。它的熔点为410℃,分解温度为450℃,脆化温度为-70℃,可在200℃连续使用不变形。具有优异的力学和电学性能,其拉伸强度为80-120Mpa,压缩强度为320Mpa;绝缘性能受温度和湿度的影响较小,在潮湿条件下的绝缘性比云母还要好;可耐5×109mGy的γ射线的辐射。
② 聚对苯酰胺
英文简称mPTPA,俗称芳纶1414。为近年来发展最快的高强度、高模量、高耐温纤维,也可制成薄膜或层压材料。MPTPA的拉伸前段时间高达200Mpa,软化温度为280℃,并具有耐疲劳、尺寸稳定性好、线膨胀系数低及耐环境性好等性能。 二、 聚碳酸酯塑料
聚碳酸酯英文简称PC,它是第二大通用工程塑料品种。按具体组成不同,PC可分成脂肪族、脂环族、芳香族脂肪-芳香族三类,但在工程上具有实际应用价值的为芳香族PC,并以产量最大、用途最广的双酚A型PC为主。
1、聚碳酸酯塑料的性能
(1)一般性能 PC为透明、呈微黄色或白色、硬而韧的树脂。燃烧时发出花果臭味,离火自熄,火焰呈黄色,熔融起泡。 (2)机械性能 PC的力学性能十分优良,具有刚而韧的特点。其冲击性能是热塑性塑料中最好一种,比PA、POM高3倍之多,接近PF(酚醛树脂)和UP玻璃钢的水平。PC的拉伸强度和弯曲强度都好,并受温度的影响小。PC的耐蠕变性优于PA和POM,尺寸稳定性好。
PC的耐应力开裂性差,缺口敏感性高。耐磨性一般,比PA、POM、F4等差,但比PSF、ABS、PMMA等高;疲劳强度低。
(3)热学性能 PC的耐高、低温性好,可在-130℃-130℃温度范围内使用;热变形温度可达130-140℃,并受载荷的影响小;热导率和线膨胀系数都小,阻燃性好,属于自熄性能材料。
(4)电学性能 PC属弱极性聚合物,绝缘性能一般。但其电性能在很宽的温度和湿度范围内变化较小,如介电常数和介电损耗角正切值在23-125℃范围内几乎不变。
(5)环境性能 PC可耐有机酸、稀无机酸、盐、油、脂肪烃及醇类,但不耐氯烃、稀碱、溴水、浓酸、胺类、酮及酯等,可溶于二氯甲烷、二氯乙烷及甲酚等溶剂中。
PC不耐60℃以上热水,长期接触会导致应力开裂并失去韧性。PC的耐紫外线性不好,需加入紫外线吸收剂。但耐空气、臭氧性较好。
(6)光学性能 PC为最优异的光学塑料品种之一,其透光率可达93%之多,折射率为1.587,适于透镜材料。PC作为高档光学材料的不足之处,一是硬度低、耐磨性差;二是双折射高,不宜用于光学仪器等高精度制品中。
2、聚碳酸脂塑料的加工特性
PC的熔体粘度很高,可达103-104Pa•s;其熔体的流变性在低剪切速率下接近牛顿流体,应主要通过温度调节流动性。成型时的冷却、凝固和定型时间短。
PC的刚性大,在加工过程中易产生内应力,因此对成型工艺条件要严格控制,并要进行后处理。 PC在成型过程中对水极为敏感,高温下微量水也会引起分解。因此,加工前一定要干燥处理,使含水量在0.02%以下。
PC属无定型聚合物,成型收缩率低。PC制品不易带金属嵌件,如必须加入,应将嵌件预热到200℃或更高。
PC的加工比较容易,可用注塑、挤出及吹塑等方法加工。 3、聚碳酸脂塑料的改性品种 (1)增强PC
增强材料为玻璃纤维、碳纤维和硼纤维等,增强后可明显提高疲劳强度、拉伸强度、弯曲强度及压缩强度等;改善耐应力开裂性和耐热性;降低吸水性、线膨胀系数和成型收缩率。但冲击强度会有所下降。 (2)PC合金
PC合金的种类很多,并已获得广泛应用。
①PC/ABS 目的降低内应力,改善加工流动性。此合金已用于机械、电器、帽盔及汽车配件等制品。 ②PC/HDPE 可降低熔体粘度,改善加工性能,提高冲击强度,改善耐应力开裂性。
③PC/POM 两者可以任意比例混合。在POM为25%以下时,PC的力学性能变化不大,但可显著提高耐溶剂性和耐应力开裂性,耐热性也有明显提高。
④PC/F4 可提高耐磨性5倍,如在其中加入玻璃纤维,PV值可大幅度提高。
⑤PC/PBT(PET) 合金的耐热性,耐化学腐蚀性、耐应力开裂性、耐磨损性、耐低温冲击性好,成型加工性好。此合金可用于汽车保险杠及车身护板等。
⑥PC/PMMA 合金具有耐溶剂性好、缺口冲击性高、耐热好、易加工、耐紫外线等优点。制品具有珍珠般光泽,可用于装饰品的制造。
⑦PC/PA 合金耐化学腐蚀性好,冲击强度高。可用于汽车家电和光盘等。 4、聚碳酸脂塑料的应用范围
(1)光学材料 照明材料如大型灯罩、建筑采光板、窗玻璃、防护玻璃等;光学透镜材料;激光光盘及光导纤维材料等。
(2)电子/电器 PC属E级绝缘材料,注塑件可用于接插件及线圈框架等,薄膜可用于电容器、录像带、录音带等。
(3)机械零件 可用于齿轮、齿条、蜗轮、凸轮、拉杆、曲轴及壳体等。
(4)包装材料 利用其透明和耐热等性能,用于纯净水、矿泉水的周转桶,旅行用热水杯、奶瓶及餐具等。
(5)医疗器材 医疗器械如外科手术器械、牙科器材、药品容器(杯、瓶、桶、罐),医用材料如人工肾、人工肺等人工臓器。
常用塑料材料的特性简介(续三)
三、聚甲醛塑料(POM)
聚甲醛是指大分子链中含有氧化亚甲基重复结构单元的一类聚合物,学名为“聚氧化亚甲基”,英文简称POM。POM为第三大通用工程塑料。
POM依结构不同可分为“均聚POM”和“共聚POM”两种。由于结构不同,两种POM在性能上存在一定的差异,如均聚POM的密度、结晶度和力学性能稍高一些,而共聚POM的热稳定性、化学稳定性及加工性较好。共聚POM的用途较均聚POM广泛。
POM的突出性能为:力学性能和刚性好,接近金属材料,是替代铜、铸锌、铝等金属材料的理想材料;耐疲劳性和耐蠕变性极好;耐磨损、自润性和摩擦性好,与UHMWPE、PA、F4一起称为四大耐磨塑料材料;热稳定性和化学稳定性高,电绝缘性优良。
POM的缺点为密度大,耐酸及耐燃性不好,后收缩大且不稳定,尺寸稳定性差,耐候性不高。
POM广泛用于电子电器、机械、汽车、仪器仪表、建筑和日用品领域。日本40%用于电子电器、27%用于汽车;美国45%用于电子电器、17.5%用于汽车;西欧39%用于汽车。 1、聚甲醛塑料的性能 (1)一般性能 POM的外观为淡黄色或白色半透明或不透明的粉状或粒状,制品表面光滑并有光泽,硬而质密,与象牙相似。成型收缩率高达3.5%。易燃,其氧指数仅为14~16,火焰上端为黄色、下端为蓝色,熔融滴落,有刺激性甲醛味和鱼腥味。POM透气性小,仅为PE的几分之一。 (2)力学性能 POM的力学性能优异,比强度可达50.5Mpa,比刚度达2650Mpa,与金属十分接近。POM的力学性能随温度变化小,共聚比均聚稍大一些。 POM的冲击强度较高,但常规冲击不及ABS和PC;POM对缺口敏感,有缺口可使冲击强度下降90%。 POM的疲劳强度十分突出,104交变载荷作用后,疲劳强度可达35MPa,而PA和PC仅为28MPa。POM的耐蠕变性与PA相似,在20℃、21MPa、3000h时仅为2.3%,而且受温度影响小。 POM的摩擦系数小,耐磨性好(POM>PA66>PA6>PC>ABS>HPVC>PS),极限PV值很大,自润滑性好,适用于受力摩擦制品如齿轮和轴承的生产。
(3)热学性能 POM的长期耐热性不高,但短期可耐160℃,均聚POM短期耐热比共聚高10℃以上,但长期耐热共聚POM反而比均聚高10℃左右。
(4)电学性能 POM的电绝缘性较好,几乎不受温度和湿度的影响;介电常数和介电损耗角正切值在很宽的温度、湿度和频率范围内变化很小;耐电弧性极好,并可在高温下保持。POM的介电强度与厚度有关,厚度0.127㎜时为82.7Kv/㎜,厚度1.88㎜时为23.6Kv/㎜。
(5)环境性能 POM不耐强酸和氧化剂,对稀酸及弱酸有一定的稳定性。POM的耐溶剂性良好,可耐烃类、醇类、醛类、醚类、汽油、润滑油及弱碱等,并可在高温下保持相当的稳定性能。POM的耐候性不好,长期在紫外光作用下,力学性能下降,表面发生粉化和龟裂。 2、聚甲醛塑料的成型加工 (1)加工特性
POM熔体的流变性呈非牛顿型,其熔体的粘度对温度不敏感;对注塑而言,要增加流动性,可以从增加注塑速率、减小喷嘴尺寸等方面入手。
POM结晶度大,熔程窄,成型收缩大(可达3.5%)。对注塑厚制品,要注意保压和补料,以免造成收缩孔太大而报废。
POM的热稳定性差,温度过高或时间过长均会引起分解。特别是温度超过250℃,分解速度会加快,并溢出强烈刺激眼睛的甲醛气体,严重时制品会产生气泡或变色,甚至引起爆炸。因此,必须严格控制加工温度和停留时间,另外,还需加入抗氧化剂和双氰胺甲醛吸收剂。
POM的冷凝速度快,制品易产生表面缺陷如折皱、斑纹及熔接痕等。为此可用提高注射速度和提高模具温度等方法解决。
POM制品易产生内应力,后收缩也较大,需进行后处理。后处理的条件为:厚度 6㎜以下,温度100℃,时间0.25~1h;厚度6㎜以上,温度120~130℃,4~6h。
POM吸水率不高,但干燥处理可提高制品表面的光泽度。干燥的条件为:温度110~120℃,时间3~5h。
(2)POM可用注塑、挤出、吹塑及二次成型等方法加工,并以注塑加工为主。 3、聚甲醛塑料的改性品种 (1)增强POM
主要增强材料为玻璃纤维、玻璃微珠和碳纤维等,并以玻璃纤维最常用。增强后的力学性能可提高2~3倍,热变形温度提高50℃以上。 (2)高润滑POM
在POM中加入F4、石墨、二硫化钼、润滑油及低分子量PE等,可提高其润滑性能。例如,在POM中加入5份F4,可降低摩擦系数60%,耐磨性提高1~2倍;在POM中加入液体润滑油,可大幅度提高耐磨性和极限PV值。加入5%油的POM耐磨性提高72%,极限PV值可达3.9MPa•m/s,(纯POM为0.213MPa•m/s),是其它工程塑料的3~20倍。 4、聚甲醛塑料的应用范围
(1)机械工业 利用POM强度大、耐磨、耐疲劳、冲击强度高、自润滑性好的特点,可用于制造齿轮、轴承、滑轮、凸轮、皮带轮、泵体、壳体、阀门、水龙头及管接头等。
(2)汽车工业 利用其比强度高的优点,在交通工具中替代金属铜、铝、锌等,用作水箱阀门、散热器箱盖、风扇、控制杆、开关、齿轮箱外壳及轴承支架等。 (3)电子/电器 利用其介电强度高、介电损耗角正切值小、耐电弧性好的优点,用于电动工具外壳、开关手柄、以及电视机、计算机、传真机的配件,计时器零件,录音机、录像机磁带座等。 (4)其他 第二代拉链材料,水箱、洗漱盆及玩具等。 四、热塑性聚酯
热塑性聚酯包括聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯两类。 (一)聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)
聚对苯二甲酸丁二醇酯为聚对苯二甲酸二甲酯与丁二醇的酯交换法或聚对苯二甲酸与丁二醇的直接酯化法而成的聚合物,英文简称PBT。
纯PBT的性能一般,但用玻璃纤维增强改性后,其力学和热学性能大为改善。其具体性能特点为:力学性能与PA及POM相似、摩擦系数小、自润滑性好、热稳定性和化学稳定性好、电绝缘性优异、刚性和硬度高、抗冲性好、尺寸稳定性高、加工性好、耐热性好、自熄。
PBT主要用于电子电器、汽车、机械及仪器仪表等领域。我国65%用于电子电器、10%用于汽车;美国44.6%用于汽车、19.1%用于电子电器、8.9%用于仪器仪表;日本44.6%用于电子电器、29.7%用于汽车、25.7%用于机械和仪器仪表。 1、PBT的性能
纯PBT的力学性能和耐热性都不好,因而很少单独使用,用于工程塑料的PBT,80%以上都是改性品种。
(1)一般性能
PBT为结晶型热塑性树脂,无毒、无味、无臭,相对密度为1.31,吸水率为0.07%,制品表面有光泽。 (2)力学性能 PBT经过玻璃纤维增强改性后的力学性能大幅提高,如拉伸强度可提高150%之多。PBT的耐蠕变性优异。力学性能受温度的影响比较小,高温下尺寸稳定性十分优良,可用于高温受力
结构制件。
(3)热学性能 PBT经增强改性后的热变形温度可提高280%之多,在塑料中是增幅最大的。在热塑性工程塑料中,增强PBT的线膨胀系数最小。
(4)电学性能 PBT的电绝缘性能优良,增强改性后的介电强度高达23Kv/㎜。电绝缘性受温度和湿度的影响比较小,但受频率的影响较大。
(5)化学性能 PBT属酯类聚合物,不耐强酸、强碱及苯酚类化学试剂,耐油性好,对醇类、醚类、脂肪烃、高分子量酯类等稳定,对有机溶剂有很强的耐应力开裂性。 2、PBT的改性品种
PBT最主要的改性品种为增强PBT,此外还有共混等改性品种。
(1)增强PBT 增强PBT的90%以上为玻璃纤维增强,增强后PBT在力学性能和热学性能两方面的改性效果十分突出,具体如前述。 (2)PBT合金
PBT/PET合金 改善PBT的翘曲及制品的表面光泽。 PBT/PC合金 改善耐热温度及冲击强度。
PBT/PU/PC合金 三者共混比例为50/25/25时,缺口冲击强度为850~1400J/m。 低翘曲PBT 采用滑石粉、云母及玻璃微珠等无机填料填充PBT,以改善翘曲性。 3、PBT的成型加工 (1)PBT的加工特性
PBT和增强PBT都具有良好的成型流动性,可制成薄壁制品。但PBT的流变曲线比较陡,成型温度范围比较窄,成型过程中对温度的要求比较严格,温度太高会溢料,温度太低会堵塞喷嘴。
PBT的结晶速度快,成型周期短。在流动方向的收缩率为0.25%,在垂直方向的收缩率为1%,两者相差悬殊。PBT是工程塑料中吸水率最低的品种之一,一般可不必干燥。如要干燥,具体条件为:120~130℃,3~5h,使含水量在0.05%以下。
PBT加工废料一般不单独使用,常以20%~30%的比例加入新料中。 (2)PBT容易加工,可用注塑及挤出方法成型,但以注塑为主。 4、PBT的应用范围
(1)电子电器 如连接器、开关、插座盖、断路器罩、显像管插座、数码管座、集成电路基座、线圈绕线管、变压器骨架及小型电动机罩盖等。
(2)汽车 目前用量不及PA、PC及POM多,主要用于保险杠、挡泥板、方向盘、汽车点火器、后转角格栅、发动机放热孔罩及电刷支架等。
(3)机械制造 齿轮、凸轮、传动轴及按钮等。
(4)仪器仪表 办公设备外壳、照相机零件及电表配件等。 (二)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)
聚对苯二甲酸乙二醇酯为聚对苯二甲酸和乙二醇直接酯化法或聚对苯二甲酸二甲酯与乙二醇酯交换法制成的聚合物,俗称“涤纶”。英文简称PET。
目前,PET用于纤维和塑料制品基本各半,塑料制品主要用于透明瓶、薄膜和片材;用作工程塑料正在迅速兴起,今后会有较大增长。 PET薄膜的突出优点是阻隔性、力学性能和韧性好;PET玻璃纤维增强改性后的特点是力学性能高且受温度影响小、耐热温度高、冲击强度高、耐摩擦、耐蠕变性好、刚性大、硬度大且尺寸稳定性好。增强PET在力学性能、刚性、耐热性方面都超过增强PBT,但加工性不及PBT。 1、PET的性能
(1)一般性能 PET树脂为乳白色半透明或无色透明体,相对密度1.38,透光率为90%。PET属于中等阻隔性材料,对O2的透过系数为50~90cm3•mm/(m2•d•MPa),对CO2的透过系数为180cm3•mm/(m2•d•MPa)。PET的吸水率为0.6%,吸水性较大。
(2)力学性能 PET膜的拉伸强度很高,可与铝箔媲美,是HDPE膜的9倍,是PC和PA膜的3倍。增强PET的蠕变性小、耐疲劳极好(好于增强PC和PA)、耐磨性和耐摩擦性良好。PET的力学性能受温度影响较小。
(3)热学性能 纯PET的耐热性能不高,但增强处理后大幅度提高,在180℃时的机械性能比PF层压板好,是增强的热塑性工程塑料中耐热较好的品种。PET的耐热老化性好,脆化温度为-70℃,在-30℃时仍具有一定韧性。PET不易燃烧,火焰呈黄色,有滴落。
(4)电学性能 PET虽为极性聚合物,但电绝缘性优良,在高频下仍能很好保持。PET的耐电晕性较差,不能用于高压绝缘;电绝缘性受温度和湿度影响,并以湿度的影响较大。
(5)环境性能 PET含有酯键,在高温和水蒸气的条件下不耐水、酸、及碱的作用。PET对有机溶剂如丙酮、苯、甲苯、三氯乙烷、四氯化碳和油类稳定,对一些氧化剂如过氧化氢、次氯酸钠及重铬酸
钾等也有较高的抵抗性。PET耐候性优良,可长期用于户外。 2、PET的改性品种
(1)增强改性PET 主要用玻璃纤维,此外还可用碳纤维、硅纤维、硼纤维等。增强改性主要改善PET在高负荷下的耐热性、高温下的力学性能和尺寸稳定性。 (2)共混改性PET
PET/PBT PET与PBT共混并加入0.5%滑石粉作为成核剂,共混物具有收缩率低、耐热、冲击性优良等性能。
PET/PC 改善制品的冲击强度,具体有PET/PC中加入少量马来酸酐接枝PE,或PET/PC/ABS三元共混并加入滑石粉为成核剂。
PET/PA 改善制品的冲击强度和尺寸稳定性,常在PET/PA共混体系中加入PP-MAH相容剂。 此外,还有PET/PE、PET/EPDM和PET/SBS,目的是为了改善冲击性能。 (3)结晶改性PET
结晶改性是为了加快结晶速度,常加入乙烯-甲基丙烯酸聚合物的钠盐、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚氧化乙烯、乙烯-马来酸酐共聚物的钠盐、缩水甘油甲基丙烯酸酯、乙酰醋酸钠及聚己二酸二丁酯等。 3、PET的成型加工 (1)PET的加工特性
PET属极性聚合物,熔融温度和熔体粘度都较大;PET属非牛顿流体,粘度对温度的敏感性小而对剪切速率敏感性大。
PET吸水性大,加工前必须干燥处理,干燥条件为:130~150℃,3~4h。 PET的加工温度范围较窄一般为270~290℃,接近分解温度300℃,因此,加工中要注意温度不能太高。PET结晶速度慢,为了促进结晶,常采用高温模,模温为100~130℃。
PET成型收缩率较大,增强改性后可大大降低,但生产高精度制品时要进行后处理。后处理的条件为:130~140℃,1~2h。 (2)PET的加工方法
注塑 透明制品常采用热流道,螺杆长径比要大。
挤出 用于生产薄膜和片类制品。为改善制品的力学性能和光学性能,,常进行双向拉伸处理。 吹塑 用于生产PET瓶体,常用注-拉-吹方法成型,以保证拉伸改性效果。 4、PET的应用范围
PET除纤维之外主要用于薄膜和片材、瓶类及工程塑料三大类。
(1)薄膜和片材 主要用于包装材料,如食品、药品及无毒无菌的卫生包装;纺织品、精密仪器、电子元件的高档包装;录音带、录像带、照相底片、电影胶片、磁盘、光盘、及磁卡等基材;电容器膜、柔性印刷电路板及薄膜开关等。
(2)瓶类 PET瓶透明度高、阻隔性好,可用于保鲜包装材料。如啤酒、白酒、碳酸饮料、食用油、食品、调味品、药品、化妆品及保健食品等。
(3)工程塑料 PET的增强改性品种主要用于如下几个方面:
电子电器 连接器、线圈绕线管、集成电路外壳、电容器外壳、变压器外壳、电视机配件、调谐器、开关、计时器外壳及继电器等。
汽车配件 配电盘罩、阀门、排气零件、分电器盖及小型电动机壳体等。 机械零件 齿轮、凸轮、泵壳体、皮带轮、电动机架框及钟表零件等。
拉链材料 是继PA和POM之后的第三代拉链材料,可用于宽窄两种规格。 五、聚苯醚塑料
聚苯醚又称为聚2,6-二甲基1,4-苯撑醚树脂,英文简称PPO。纯PPO加工困难,难以实际应用,直到开发出改性的MPPO后,才获得迅速发展,成为继PA、PC、POM、PBT和PET之后的第五大通用工程塑料。
PPO改性的目的为改善加工性能,目前主要为PPO和PS的共混或接枝,即PPO/PS改性品种。
PPO突出性能为刚性大、耐蠕变性好、拉伸强度高、电性能在工程塑料中最好、线膨胀系数小等,不足之处为耐疲劳性和耐应力开裂性不好。
MPPO广泛用于汽车、电子电器、办公用品及机械工业。 1、PPO的性能
(1)一般性能 PPO及MPPO的外观为透明琥珀色,难燃,离火即灭,火焰明亮有浓黑烟,并发出花果臭气味。吸水率低,耐水及水蒸气。收缩小,尺寸稳定性高。
(2)机械性能 PPO具有突出的机械性能,尤其以拉伸强度、冲击强度及耐蠕变性最好。以耐蠕变性为例,在2MPa负荷下3000h,蠕变值仅为0.75%;而同样条件下,PC为1%,POM2.3%,PA6为2%,ABS为3%。
PPO的冲击强度比PC还要高。PPO的机械强度随温度及湿度变化小,在沸水中700h,拉伸强度无明显下降。
PPO的刚性和硬度都比较大,耐磨性好,摩擦系数低。但PPO的耐疲劳性和耐应力开裂性不好。 (3)热学性能 PPO具有较高的耐热性,纯PPO的热变形温度可达173℃,可在 -127~121℃范围内长期使用,在无负荷条件下间歇使用温度可达205℃。MPPO的耐热温度稍低一些,但高于PC、PA及ABS,与PF(酚醛树脂)接近。PPO的热膨胀系数在塑料中最低,与金属接近,适于金属嵌件的放置
(4)电学性能 PPO具有优异的电性能,它的介电常数和介电损耗角正切值都比较低,在工频范围内属工程塑料中最低的,且在很宽的频率、温度、湿度范围内变化很小。其介电强度高,但耐电晕性差。 (5)环境性能 PPO对稀酸、稀碱及盐稳定,在乙酸乙酯、丙酮及汽油等脂肪烃和芳香烃中溶胀,在氯化烃中溶解;在受力状态下,矿物油、酮类及酯类会导致应力开裂。PPO的抗氧性不好,需加入磷酸酯类抗氧剂。 2、PPO的成型加工 (1)加工特性
PPO吸水性虽小,但加工前需要干燥,干燥条件为:130℃,2~4h,料层厚度50mm以下。
PPO的熔体在低温时为牛顿流体,在高温时为非牛顿流体,加工时需要温度与压力兼调,并以调温为主。
PPO分子链刚性大,制品易产生内应力,最好在180℃的甘油中进行热处理或加入2%环氧十八酸异辛酯。
PPO的废料可以重复加工三次。 (2)加工方法
MPPO可用注塑、挤出、压制等热塑性塑料加工方法加工: 注塑 螺杆的L/D应大于25,压缩比应大于2.5~3.5。 挤出 最好用排气式挤出机。 3、PPO的改性品种
PPO与PS共混共聚,以改善加工性能。 PPO与ABS共混,以改善耐应力开裂性能。 PPO与其它工程塑料共混,以改善综合性能。 玻璃纤维增强PPO,以进一步增大其力学性能 4、PPO的应用范围
(1)电子电器 PPO约有30%用于电子电器,适用于潮湿且具有载荷的绝缘场合,并可用于超高频上。如线圈绕线管、接线柱、接线盒、电气开关、蓄电池接合器、定时器、继电器、超高频调谐器、电子管插座及高压绝缘罩等。
(2)汽车配件 在美国,PPO的40%用于汽车工业,以大量取代铸铁、铸铝、ABS及PA等。如仪表板、保险杠、自动定位按钮、防冻器格栅、减震器、吊杆、加热器支架与挡板、扬声器格栅等。 (3)办公设备 西欧及日本40%的PPO用于办公设备,如计算机、打字机、传真机、复印机、印刷机的壳体等。
(4)机器零件 用量占PPO的10%左右,可用于无声齿轮、凸轮、轴承及紧固件等。 通用热固性塑料
热固性塑料为树脂在加工过程中发生化学变化、分子结构从加工前的线性结构转变为网状体形结构、成型后再加热已不能软化流动的一类聚合物。
热固性塑料在性能上与热塑性塑料有许多不同之处,它们具有强度高、耐蠕变性好、耐热温度高、加工尺寸精度高及耐电弧性好等优点。其缺点为加工较难,常规加工方法为模压和层压等。 通用热固性塑料的品种较少,目前只有酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂及不饱和聚酯四种。 一、酚醛树脂及塑料
以酚类化合物与醛类化合物经缩聚反应而制成的聚合物称为酚醛树脂,其中以苯酚和甲醛为原料缩聚的酚醛树脂最为常用,英文简称PF。以酚醛树脂为主要成份并添加其它助剂而制成的制品称为酚醛塑料。 酚醛树脂因价格低廉、原料丰富、性能独特而获得迅速发展,目前产量在塑料中排第六位,占5%左右,在热固性塑料中排第一位。
纯PF树脂因性脆及机械强度低等缺点,很少单独加工成制品。一般酚醛塑料制品为在树脂中加入大量填料以进行改性,以填料的品种不同而具有不同的性能,并应用在不同的领域。 (一)酚醛树脂 1、热塑性酚醛树脂
热塑性酚醛树脂为线性结构,具有可溶、可熔的特点。纯热塑性酚醛树脂加热后不交联固化,只有
加入适当的固化剂时才可固化。
热塑性酚醛树脂为粉状,常用于PF模塑粉和泡沫塑料的原料。 2、热固性酚醛树脂
热固性酚醛树脂可分为甲、乙、丙三阶,甲阶PF为线型可溶可熔树脂,乙阶PF为少量交联的半可溶可熔树脂,丙阶PF为交联体型不溶不熔树脂。一般合成的PF树脂大都控制在甲阶或乙阶,以保证在加工制品时可以流动。加工中不须加固化剂,加热即可固化;而处于丙阶的PF树脂则很难加工。 热固性酚醛树脂为粉状固体或乳液状液体,常用于层压、泡沫及铸造等制品的原料。 3、改性PF树脂
无论热塑性还是热固性PF,都有许多缺点,如耐热性及抗氧化能力不高、性脆、对玻璃纤维粘附能力差、易吸水、高频绝缘性和耐电弧性差等,这些缺点都可以通过改性方法克服。 PF的具体改性品种如下:
①聚乙烯醇缩醛改性PF 可以改善PF对玻璃纤维的粘附性,克服其脆性,提高玻璃钢制品的力学强度。
②环氧树脂改性PF 改性品种兼有环氧树脂的粘合性和PF的耐热性,克服PF的脆性。 ③有机硅改性PF 可改进PF的脆性、耐热性、耐低温性、冲击强度和韧性,常用于航空结构材料、耐热、绝缘材料及消熔材料等。
④硼改性PF 用硼酸与苯酚生成硼酸酚酯,再与甲醛反应,可提高耐热性、瞬时耐高温及机械强度等,用于刹车件及耐高温消熔材料。如硼酚醛玻璃纤维复合材料具有极优良的耐高温性及烧蚀性,是火箭及导弹等空间技术中的理想烧蚀材料。
⑤磷改性PF 改性品种具有突出的耐热性和抗火焰性。
⑥共混PF 具体共混品种有丁腈橡胶、热塑性弹性体、聚氯乙烯及尼龙等。其它还有苯胺、二甲苯及三聚氰胺改性等。
(二)酚醛塑料制品加工 1、酚醛模塑料
酚醛模塑料又称为酚醛压塑粉,它是以酚醛树脂为基础,加入粉状填料、固化剂及润滑剂等组成。 PF的加工性不好,回收利用困难。早期只能用压制方法成型,后来开发出注塑方法成型,扩大了应用范围。注塑成型温度控制要精确,绝对防止物料在料筒内固化。
PF模塑料主要用于电器绝缘件、日用品、汽车电器和仪表零件等,具体产品有电气开关、灯头、电话机外壳、瓶盖、纽扣、手柄、家用电器零件、刹车片等。 2、酚醛层压制品
酚醛层压制品是以PF树脂为粘合剂,以牛皮纸、棉布、石棉布、玻璃丝布等为基材,经过加热加压处理,固化成为层压板、管或其它形状的制品。 酚醛层压制品的优点为相对密度小(1.3~1.4)、吸水率小、力学性能如拉伸及压缩强度比PF模塑制品大、电绝缘性好、热导率低及摩擦系数低,可任意机械加工,布基层压板耐冲击、抗弯曲、抗扭转和吸收振动力,可用于较大振动零件如齿轮等。
不同基材的酚醛层压制品具有不同的性能和用途:
①纸基层压板 对强酸的稳定性不高,不耐碱,但耐矿物油,绝缘耐热E级。可用于制造电器绝缘结构零件如接线板、绝缘垫圈等。
②布基层压板 与纸基层压板相比,具有更高的机械强度和耐油性能,常用于垫圈、轴瓦、轴承、皮带轮及无声齿轮等机械零件,以及电信、无线电设备和要求不高的绝缘材料等。
③玻璃丝布基层压板 与其它基材层压板相比,具有耐热性、机械强度、介电性能和化学稳定性好等优点,其马丁耐热温度可达200℃以上,属B级绝缘耐热,是重要的电器工业绝缘材料,广泛用于电机、电器及无线电工程中。由于纯PF与玻璃纤维的粘接力差,一般常用环氧树脂作为粘合剂。在PF板材中,玻璃丝布基层压板的用量最大,可占40%~60%。
④石棉布基层压板 其优点为耐热性和耐磨擦性能突出,因而主要用于刹车片及离合器等耐磨材料,以及要求较高机械强度及耐热的机械零件。
⑤超级纤维层压板 用聚酰胺纤维、碳纤维、石墨、晶须等为基材制成的层压制品具有优异的耐热性能可作为导弹、宇宙飞船的耐烧蚀外壳等
⑥层压管、棒 以卷绕地纸、棉布及玻璃布等为基材,以酚醛乳液为粘合剂,经热卷、烘焙而制成。主要用于电器绝缘结构零件。
⑦敷铜层压板 在纸或玻璃纤维层压板的一面或两面敷上铜箔,用于制作印刷电路板。 3、酚醛泡沫塑料
酚醛泡沫塑料具有价格低、耐热好(可耐150℃,最高达200℃。而PS泡沫为70℃,PU为120℃)、重量轻、绝热好、刚性大、尺寸稳定性好、难燃、燃烧无滴落、低烟等优点。酚醛泡沫塑料主要用于耐
热和隔热的建筑材料,保存和运输鲜花的亲水性材料和救生材料等。 4、其他酚醛塑料制品
①酚醛封装材料 传统的半导体封装材料以环氧树脂(EP)为主,但随着对绝缘性和热膨胀的要求越来越高,转而用PF改性EP作封装材料,它具有流动性好、热膨胀系数低和吸水性低等优点。 ②酚醛纤维材料 用线性PF,拉丝后交联成热固性聚合物,拉丝方法有熔纺法和湿纺法两种。 酚醛纤维材料的阻燃性好,氧指数熔纺法为36,湿纺法为28~30。在2500℃的火焰中,既不熔化也不燃烧;在烧蚀条件下,具有良好的绝热性能和耐磨擦性能。PF纤维材料可用于制作防火服装、隔热服装、工业防火板、高温密封圈、刹车片、离合器摩擦片等。
③酚醛壳模树脂 酚醛壳模树脂用于铸造工业中的砂型。约有70%的壳模树脂被用于汽车发动机壳的铸造。
二、氨基树脂及塑料
氨基树脂的英文简称AF。AF包括脲甲醛(脲醛)树脂(UF)、三聚氰胺甲醛(蜜胺)树脂(MF)、苯胺甲醛树脂、脲-三聚氰胺甲醛树脂及脲-硫脲甲醛树脂等很多品种,目前应用较多的是UF和MF两种。氨基树脂的最大用途为刨花板和胶合板的粘合剂,其次为涂料和纤维,用于塑料制品的仅占10%左右。
在氨基树脂中加入填料等助剂即可制成氨基塑料,它具有力学强度高、电绝缘性好、表面硬度高、耐刮划、无色透明、可制成色泽鲜艳的制品等优点,广泛用于餐具、日用品、建筑电器绝缘及装饰贴面板等。
(一)脲醛树脂及塑料
脲醛树脂(UF)为脲与甲醛在一定比例下缩聚反应而成。脲醛树脂的固化一般在130~160℃条件下反应而成。为加快固化速度,可以加入酸类固化剂如草酸、邻苯二甲酸及硫酸锌等。 1、脲醛模塑料
脲醛模塑料又称为压缩粉和电玉粉,是重要的氨基塑料品种。脲醛模塑料制品的色泽鲜艳、光洁如玉,耐油、弱酸及有机溶剂,表面硬度高,无臭无味。
脲醛模塑料的拉伸和冲击性能在0℃左右最好,随温度升高性能迅速下降;压缩性能和蠕变性能在室温时最好。
电绝缘性能优良,耐电弧性好,可用于低频绝缘;但电性能受温度及湿度的影响大。
脲醛模塑料可用压制和注塑方法成型。一般结构简单的制品用压制法,结构复杂的制品用注塑法生产。
脲醛模塑料主要用于色泽鲜艳的日用品、装饰品及低频电绝缘零件,如钮扣、瓶盖、餐具、发夹、钟壳、电话零件、电气插座、插头及开关等。 2、脲醛层压塑料
脲醛层压塑料的应用不如其它热固性树脂广泛,主要用于桌椅面板、家具、车厢、船舱、图板及建筑装饰材料。
3、脲醛泡沫塑料
脲醛泡沫塑料的主要优点为质轻,相对密度仅为0.01~0.02,不及软木的1/10;热导率极低,仅为0.024~0.031W/m•K,为软木的一半;此外还具有耐腐蚀性,加入磷酸二氢胺后具有不燃性。主要缺点为对水及水气不稳定,强度低,冲击性差。
脲醛泡沫塑料主要用于建筑隔热隔音材料,因性脆而常在现场边施工边发泡。 (二)三聚氰胺甲醛树脂及塑料
三聚氰胺甲醛树脂(MF)又称为“蜜胺”树脂,三聚氰胺甲醛树脂的用量不及脲醛树脂大,仅为其一半左右。三聚氰胺甲醛树脂的固化与脲醛相似,在加热到130~150℃范围内,不加固化剂即可交联固化。
1、MF模塑料
MF模塑料又称为压缩粉或蜜胺粉,具有比UF塑料更优异的性能。它吸水率较低(0.15%)、在潮湿和高温条件下绝缘性好、耐电弧性好、表面硬度更高、耐刮刻性、着色性、耐热性、耐果汁及耐油性均好。
MF模塑料可用压制和注塑两种方法成型。其最主要用途为制造餐具,可占消费量的一半;此外还可用于日用品如钟表等壳体、电气绝缘材料等。 2、MF层压塑料
MF层压塑料的耐水性优异、机械强度高、耐热性和耐磨性都好,并可制成彩色图案的面板,广泛用于车辆、船舶的内壁面板及各种家具面板等装饰板。 三、环氧树脂及塑料 (一)环氧树脂简介
环氧树脂是指大分子链上含有醚基而在两端含有环氧基团的一类聚合物,英文简称为EP。EP有很多种类,按组成可分为双酚A型、双酚F型、双酚S型、脂环族、脂肪族及酚醛环氧等类型。但工业上应用最普遍的是双酚A型环氧树脂,产量可占90%以上。
未固化的EP为线性结构,具有热塑性。但中、低分子量EP的强度较低,不能直接用作塑料制品,只能用于粘合剂、涂料。用于粘合剂的EP因粘合性能好而素有“万能胶”的美称。只有高分子量EP才具有适当的强度,可直接加工成塑料制品,但用量很少。中、低分子量EP如要用于塑料制品,必须加入固化剂在一定温度下进行交联固化反应,形成体型网状结构,才具有优异的性能。
固化后的EP具有良好的力学性能、化学稳定性、电绝缘性、尺寸稳定性及耐热性等,广泛用于浇铸、压制、增强玻璃钢及泡沫塑料制品。 (二)环氧塑料性能
环氧塑料的性能取决于树脂种类、交联程度、固化剂种类、填料的性能等因素。 1、力学性能
用EP制成的玻璃钢制品的力学性能很好,比一般的工程塑料还要好。但EP的强度和模量随温度升高而下降。以E-42环氧玻璃钢为例,在23℃时弯曲强度为383MPa,在100℃时仅为25.3MPa。 2、热学性能
EP的耐热性优良,具体的耐热性取决于树脂和固化剂的品种及用量。如轻度交联EP的热变形温度仅为60℃,而高度交联EP则高达250℃;用低分子PA固化EP的热变形温度为90℃,而用酸酐固化EP为200℃。
另外,EP的线膨胀系数和收缩率都小,因而具有良好的尺寸稳定性。 3、电学性能
EP的电性能优良,EP的体积电阻率为1014~15Ω•㎝,介电损耗角正切值为(2.58~3)×10-2,介电常数为4.03。但EP的电性能受添加剂的品种和环境温度不同而变,其中酸酐固化EP的电性能受湿度的影响较大。 4、环境性能
EP含有苯环及醚键,耐化学稳定性好,可耐一般的酸和碱。耐化学品性能与固化剂种类有关。胺类固化EP的耐酸性差,而酸酐类固化剂的耐酸性好、耐水性差。 (三)环氧塑料的加工和应用
环氧塑料的成型方法很多,主要有压制、注塑、层压及浇铸等。
压制成型 常加入增强材料如玻璃纤维等,制品的相对密度为1.8~2。
注塑成型 要求原料长期储存稳定、流动性好并可保持长时间塑化,高温下固化时间短。
层压成型 EP层压玻璃钢为EP在塑料中最大的用途,基材以玻璃丝布为主,也有用石棉、云母及纸张等。
浇铸成型 常用于电子元器件的塑封和各种零件的成型。 环氧塑料主要应用于以下方面: 1、环氧玻璃钢制品
大型壳体,如游船、汽车车身、座椅、快餐桌、发动机罩、仪表盘、化工防腐管、槽、罐、飞机升降舵等。
2、注塑和压制制品
汽车发动机部件、头灯反射镜、制动器部件、开关壳体、家电底座等。 3、浇铸制品
各种电子和电器元件的塑封、金属零件的固定。 4、泡沫塑料制品
用途不如PF和AF泡沫塑料制品广泛,主要用于中、低温度绝热材料、轻质高强夹芯材料、防震包装材料、漂浮材料及飞机上的吸音材料等。 四、不饱和聚酯
(一)不饱和聚酯树脂
不饱和聚酯英文简称UP。纯UP为线性热塑性聚合物,它与饱和聚酯(PBT、PET)的不同点在于它的大分子主链上含有不饱和的乙烯双键,此双键易氧化,并能通过加成反应与其它乙烯单体交联聚合,形成热固性的体型聚合物,因此常用乙烯类单体为交联剂。
UP的制品外观为硬质,褐色半透明,在紫外光下发出蓝色的荧光。相对密度1.2~1.3,吸水率为0.1%~1%,对水蒸气具有高度不透过性。
UP的力学性能高,纯UP制品的拉伸强度为40~90MPa,用玻璃纤维增强后可达250~350MPa。 纯UP制品一般使用温度为100℃,增强后可达200℃。
UP的耐化学腐蚀性一般,不耐氧化介质的氧化,对普通酸、碱及溶剂的耐受性也不好。
(二)不饱和聚酯塑料
UP在加工固化过程中没有挥发物逸出,可以在常温常压下成型。其固化反应能力高,加工极其方便,可用注塑、浇铸、压制、手糊、缠绕、喷射等方法成型。
纯UP的各种性能不够理想,因此一般很少单独用作塑料制品,主要用于涂料。常用的UP塑料制品为在其中加入填料或增强材料进行改性。UP的玻璃纤维增强塑料,又称为“玻璃钢”,是UP最常用的改性制品,其用量可占整个UP塑料的80%以上。 1、填充制品
UP填充制品用量不大,但应用面较广。常用的填料有:石粉、云母粉、玻璃粉、石英粉、瓷粉、碳酸钙及矿渣等。成型方法主要有浇铸、压制等。
UP可进行热铸塑,与酚醛铸塑类似,且硬度比酚醛高,颜色又浅,可用于制做装饰制品、钮扣、刀把、刷柄、及伞柄等。
UP与无机填料的相容性好,可进行大量填充,因此适于仿制品的生产,如人造大理石、人造玛瑙等。 UP具有良好的电绝缘性,并可进行室温固化,可广泛用于电子元件和电器部件的塑封,如电容器、成套微型化电路、小型互感器及变压器等。 2、增强制品
UP玻璃钢的力学性能十分高,在某些方面接近金属,拉伸强度比钢还要高近一倍;相对密度仅为1.7~1.9,是结构钢的1/4~1/5,铝合金的2/3,具有十分优秀的比强度,可广泛用作结构材料。此外,UP增强制品还具有韧性好、耐热温度高等优点。
UP玻璃钢的成型方法很多,具体有手糊法、缠绕法、压制法及注塑法。其中模压成型法发展很快,按制品结构和加工方法的不同,可分为片状模塑料和块状模塑料两种。 UP玻璃钢可广泛用于以下方面:
①汽车工业 UP玻璃钢在汽车中的用途很多,有保险杠、车身前围板、前散热器罩、水箱面罩、燃料箱、进水管、仪表盘、发动机罩及行李箱等。
②电子行业 电器罩壳、隔弧板、灭弧板及印刷电路板等。 ③建筑材料 高位水箱、浴盆、洗面池、整体浴室等。 ④化工设备 各种储罐、管道、流道及泵壳体等。
⑤其他 座椅、餐桌、飞机部件、小型船艇、大型壳体及通风管道等。
一般用途类塑料 一般用途类塑料是指不包括在通用塑料和特殊塑料范围内的一类塑料材料,其应用范围介于通用塑料和特殊塑料两者之间,主要品种包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯(PU)、氟塑料及氯化聚醚等。一般用途类塑料往往具有自己明显的特色,如PMMA的透明性好,而氟塑料和氯化聚醚的耐腐蚀性分别列塑料的一、二位。 一、聚甲基丙烯酸甲酯
(一)聚甲基丙烯酸甲酯的简介
聚甲基丙烯酸甲酯俗称“有机玻璃”,英文简称PMMA。
PMMA最早于1932年由英国ICI公司实现工业化生产,美国的Rohm & Huss公司于1936年大规模生产,目前仍为世界最大的生产商。
PMMA的最大特点为透明性好,透光率达90%~92%,可与无机玻璃媲美。此外,它的耐候性好、表面硬度较高及综合性能优良,主要用于光学透明制品。 PMMA的一半用于浇铸和挤出板材,其余用于注塑制品。 (二)聚甲基丙烯酸甲酯的性能 1、光学性能 PMMA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。
2、力学性能 PMMA为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,且缺口敏感较大;表面硬度一般,容易划伤,耐磨性较低,抗银纹能力较差。 3、热学性能 PMMA的氧指数为17.3,属易燃材料,燃烧有花果臭味;耐热温度不高,长期使用温度仅为80℃。
4、电学性能 由于分子中极性较大,其电性能不如PE好,介电常数较大,主要用作高频率绝缘材料。
5、环境性能 PMMA耐候性好,长期在户外使用,性能下降很小。
PMMA中酯基的存在使其耐溶剂性一般,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。 (三)聚甲基丙烯酸甲酯的成型加工 1、加工特性
PMMA属非牛顿流体,粘度的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。成型温度在180~230℃之间,加工温度范围比较窄,超过260℃以上即分解。
在加工前需进行干燥处理,使其含水量在0.02%以下。
PMMA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,必须进行退火处理。处理条件为:温度85℃,缓慢冷却即可。 2、加工方法
PMMA可用聚合成型和塑化成型两种方法加工。
(1)聚合成型 主要为浇铸成型,将液体的MMA单体和催化剂一起注入模具中,不同厚度的制品在适当的温度下(一般40~60℃),保温一定时间,缓慢冷却即可。 浇铸成型可用于生产平板、圆棒和圆管等制品。
(2)塑化成型 塑化成型有注塑、挤出、热成型等。 (四)聚甲基丙烯酸甲酯的应用范围
1、照明与采光 常用于灯罩和玻璃。各种交通工具如飞机、轮船、汽车上的窗玻璃及挡风玻璃,其他如仪表窗、展示窗、广告橱窗、照明天花板等。
2、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、光纤等。 3、医用材料 用于牙科材料如牙托、假牙以及假肢材料等。
4、日用品 各种产品模型、标本及工艺美术品等,各种纽扣、发夹、儿童玩具、笔杆、绘图仪器等。
二、聚氨酯
(一)聚氨酯简介
聚氨酯为大分子链中含有氨酯型重复结构单元的一类聚合物,全称为聚氨基甲酸酯,英文简称PU或PUR。PU是由多异氰酸酯与聚醚型或聚酯型多元醇在一定比例下反应的产物,最早于1937年由德国公司合成。PU可分成弹性体和泡沫塑料两大类。以前一直以泡沫塑料为主,目前弹性体的发展速度十分迅速,用途也越来越广。 (二)聚氨酯弹性体
弹性体是一种PU的密实制品,其性能介于橡胶与塑料之间,具有高回弹性、吸震性、耐磨性、耐油、耐撕裂、耐化学腐蚀及耐辐射等性能。由于其加工方法越来越简单,应用越来越广泛,已发展成为PU的主导制品。
PU弹性体可分为混炼型、浇铸型和热塑型三种,目前应用比例为:混炼型10%,浇铸型65%,热塑型25%。
1、PU弹性体的性能
PU弹性体的性能介于塑料和橡胶之间。不同类型多元醇合成的PU弹性体的性能稍有差异:聚酯型PU的力学性能高、耐油性好,但耐水性较差;聚醚型PU的耐低温性及耐水解性优于聚酯型,但耐油性、力学性能稍差一些。
(1)PU的力学性能 PU弹性体的硬度变化范围比较宽,可从邵氏A10~D80,
断裂伸长率高达600%~800%。而天然橡胶的最高邵氏硬度仅为A70,断裂伸长率为550%。 PU弹性体的撕裂强度较高,比天然橡胶大2~10倍;回弹性高,减震效果好;耐磨性好,一般为天然橡胶的3~10倍,其摩擦系数在0.2~3范围内变化,适于鞋底材料。
PU弹性体的应变滞后于应力,从而使损失的能量变成热量。大量的内热使PU弹性体在高速运动场合使用受到限制。
(2)PU的热学性能 PU弹性体的耐热性较差,一般只能在80℃以下使用,温度超过80℃会导致性能下降。但PU弹性体的耐低温性较好,并以聚醚型为最佳,可在 -62℃~-70℃低温下使用。 (3)PU的环境性能 PU弹性体的耐水性一般,在水中浸泡或暴露于湿气中,会引起力学性能下降。聚醚型PU的耐水解性要比聚酯型好5~10倍。耐油性、耐非极性和弱极性溶剂性能好,其中以聚醚型好于聚酯型。但其不耐强酸、强碱及极性溶剂的作用。耐臭氧和耐氧化性都好,耐紫外光和辐射性都好,可长期用于户外使用。
PU弹性体的生理相容性好,具有良好的抗血栓性,可用于医学领域。
(4)PU的电学性能 PU弹性体的电性能较好。其硬度越大,电性能越好。但PU吸水后电性能下降,限制了在高绝缘场合的使用。 2、PU弹性体的加工
(1)浇铸型PU弹性体(CPUR)
CPUR成型极为方便,将液状反应物注入模具中,经加热即可固化形成形状复杂的制品,特别适合大型制品的制造。
CPUR的应用很广,可用于合成革、铺装材料、体育跑道、建筑防水材料等。 (2)热塑性PU弹性体(TPUR)
TPUR与CPUR大不相同,它是先合成为线性聚合物或部分交联聚合物,呈颗粒状。此聚合物具有热塑性,可用热塑性方法加工,如注塑、挤出、吹塑、和压延等,也可将其用溶剂溶化后涂覆加工成革制品。
TPUR可挤出生产异型材、管材、电缆护套、吹塑薄膜及片材等。 (3)混炼型PU弹性体(MPUR)
MPUR以一步法为主,所有反应组分先制成粘流状胶料,送入烘箱固化制得生胶,再加入混炼机中混炼,混炼好的胶料注入模具中交联成型即可。 3、PU弹性体的应用
PU弹性体可代替天然橡胶、丁腈胶及氯丁胶,还可代替通用塑料和金属用于许多方面。
(1)汽车工业 汽车用热塑型弹性体以聚脂型为主,一般常用RIMPUR,并在其中加入6%~8%玻璃纤维或玻璃微珠增强。具体产品有:保险杠、当泥板、方向盘、阻流板、行李箱盖、门把手、扶手、仪表盘及防滑链等。
PU弹性体具有弹性大、承载力大、耐磨好、耐切割等优点,制成的轮胎可用于低速行驶的车辆,具体有实芯轮胎、马车胎、叉车胎、平车胎及自行车胎等。
(2)建筑材料 主要用于运动场人造跑道、地下管密封件、防水材料、混凝土墙壁和天花板浮雕的模板等。
(3)制鞋工业 利用PU弹性体的耐磨性、高弹性、弯曲强度高、耐低温性好等优点,广泛用于高档鞋底材料如运动鞋、冰鞋及爬山鞋等。
(4)合成革 用PU制成的合成革材料具有最接近天然革的性能,手感好、透气性高、柔软适度,广泛用于服装、皮鞋、家具、箱包及车辆座椅等。
(5)医疗器材 利用PU弹性体的生理相容性和抗血栓性的优点,可用于制作绷带、心脏助动器、血泵、人造血管、人工肾及人造心室等。
(6)其他方面 用浇铸PU弹性体制造轧滚,可用于高承重和高磨耗的钢铁及造纸工业中;PU弹性体还可用于油田、采矿和冶金工业中高耐磨和高强度的结构材料,具体有油田旋转除砂器、选媒筛网、浮选机、螺旋选矿机、矿砂输送管、传送带等。 (三)聚氨酯泡沫塑料
泡沫塑料为PU最主要的品种,约占整个PU的一半以上。PU泡沫塑料按制品的性能可分为软质、半硬和硬质三种。
1、软质PU泡沫塑料
软质PU泡沫塑料俗称“海绵”,开孔率达95%,用量占整个泡沫塑料的60%以上。
软质PU泡沫塑料具有轻度的交联结构,其相对密度为0.02~0.04,回弹性高。主要用于家具(如床垫、座垫和沙发)、体育防震用品及防震包装材料三大领域。 2、半硬质PU泡沫塑料
半硬质PU泡沫塑料相比软质泡沫用量很少。与软质PU泡沫塑料相似,开孔为90%,交联度高于软质PU,并具有更高的压缩强度。
半硬质PU泡沫塑料主要用于防震缓冲材料和包装材料,如汽车头枕及保险杠等。 3、硬质PU泡沫塑料
又称为“黑料”用量占总量的40%左右。硬质PU泡沫塑料为高度交联结构,基本为闭孔(开孔率为5~15%)。它的热导率为0.008~0.025W/(m•K),是一种优质的绝热保温材料。它可在-200℃~150℃的温度范围内使用。耐化学稳定性好,但不耐强酸强碱。
硬质PU泡沫塑料的冲击强度较低,常用聚氨酯+环氧树脂+有机纤维体系进行改进。 硬质PU泡沫塑料的应用如下:
(1)绝热保温材料用于冰箱、冷藏柜、冷库等,以及输送冷热介质管道的保温材料。 (2)建筑材料主要用于屋顶隔热保温材料。
(3)结构材料具有木材可锯、可刨、可钉的特点,称为聚氨酯合成木材。主要用于椅子骨架、桌子、门窗框等。
三、氟塑料
氟塑料是指脂肪烃大分子链侧链上的氢原子部分或全部被氟原子取代的一类塑料的总称,按氟原子的数目和共聚组分不同,分为不同种类。其中,均聚物有聚四氟乙烯(PTFE或F4)、聚三氟氯乙烯(PCTFE或F3)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF);共聚物有聚全氟乙丙烯(FEP或F46)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE或F40)、三氟氯乙烯-乙烯共聚物(ECTFE或F30)等,目前以F4、F3、F46三种最为
常用。
(一)聚四氟乙烯 1、聚四氟乙烯简介
聚四氟乙烯是由四氟乙烯单体在自由基引发剂存在下聚合而成的聚合物,英文简称PTFE或F4。F4最早是由美国杜邦公司于1948年投入工业化生产。因其具有优异的耐腐蚀性、低摩擦系数、良好的自润滑性、耐热性和电绝缘性而获得广泛的应用。F4是所有氟塑料中用量最大的一种,可用于机械工业的摩擦材料、化学工业的防腐材料、电气工业的绝缘材料以及防粘结材料、分离材料和医用材料等。 2、聚四氟乙烯性能
(1)一般性能 F4外表为似蜡状白色粉末,无毒、无味、无臭,不燃烧、不粘接、不吸水,气体阻隔性好;F4具有良好的生理相容性和抗血栓性。
(2)热学性能 F4具有优良的耐热性和耐寒性,可长期在-195℃~250℃范围内使用。其热导率为0.25W/(m•K),线膨胀系数比大多数塑料小,并随温度升高而增大。
(3)机械性能 F4的突出机械性能为低摩擦性和自润滑性,其摩擦系数为塑料中最低者,对钢的动、静摩擦系数都为0.04;但F4地耐磨损性不好,需加入二硫化钼、石墨等耐磨材料改性。F4 的其他机械性能一般,其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、刚性、硬度、耐蠕变、耐疲劳等性能都较差。 (4)电学性能 F4的电绝缘性十分好,介电损耗角正切值小,基本不受温度、湿度和频率的影响,可在潮湿条件下应用;F4的耐电晕性不好,不能用作高压绝缘材料;耐电弧性好,最高可达360s。 (5)环境性能 F4具有优异的化学稳定性,可耐各种强极性溶剂如浓酸、浓碱和强氧化剂,甚至可耐“王水”;目前只发现高温熔融的碱金属如钠、氟元素、三氟氯乙烯等少数物质在高温下才可对其有一定的作用。F4的耐候性优良,在室外六年,性能基本不变;但耐辐射不好,经γ射线照射后变脆。 3、聚四氟乙烯的改性
用F4与其它单体共聚,可改善加工性能;用耐磨材料填充,可改善耐磨性和刚性。 4、成型加工
(1)加工特性 F4大分子碳链两侧具有电负性极强的氟原子,氟原子间的斥力很大,使大分子链内旋转困难,分子链僵硬。这种特性使其熔点高达327℃,并且在温度达到熔点后,虽结晶熔化,但因粘度太高,不能成为可流动的液体,即使达到分解温度(390℃)发生分解时,也不能流动。因此,F4不能用热塑性塑料的加工方法加工,只能用烧结成型、挤出成型、推压成型、机械加工和液压法等特殊方法加工。
(2)烧结成型 烧结是F4的一种主要成型方法,主要适合于厚壁非连续制品的成型,如板、棒、套管及垫圈等。烧结成型一般可分三个步骤:制坯、烧结、冷却。
(3)挤出成型 同烧结成型相似,挤出成型也要经过制坯、烧结和冷却三个过程,只不过其制坯过程不用压机,而用柱塞式挤出机或螺杆式挤出机,可连续制坯,适于生产厚壁连续性制品,如管材、板、棒材等。生产中值得注意的是,一是机头直径要小于料筒直径,二是烧结和冷却都在机头内进行,机头的温度要分成烧结区和冷却区。挤出机一般选用等距、等深、无压缩比的螺杆。
(4)推压成型 也称为挤压成型,其实质为挤出和压延的结合。适合连续挤压薄壁制品如薄膜的成型,但未经烧结,因此又称为生料带。
(5)机械加工 用已烧结成型的棒材,在机床上切削,可生产F4熟制品薄膜,厚度可达0.04mm左右。如果需要,再经压延工序,可得到更薄的(0.005mm)制品。
(6)液压法 又称为橡皮袋法,适用于大型和形状复杂不易用压制法生产的制品。具体方法为,将松散的F4粉末均匀地放于橡皮袋和模壁之间,在橡皮袋中施加液压12~13Mpa,经20~30min保压得到型坯烧结即可。 5、应用范围
由于F4具有优异的性能,被广泛的用于密封材料、滑动材料、防腐材料、绝缘材料及医用材料等。具体有:
(1)耐腐蚀方面 用纯F4树脂制造各种化工容器和零件,如管材、储罐、反应釜、设备衬里、阀门、泵体、接头、过滤材料、分离材料等一切与有腐蚀性介质接触的制品。
(2)耐磨方面 对F4进行填充耐磨改性处理,可用于耐磨材料,如动、静密封环、活塞环、垫圈、阀瓣、阀座、轴承、轴瓦、滑块、导轨等。
(3)绝缘材料 用纯F4树脂制造耐高温、高频电绝缘制品,如高频绝缘子、高频电缆、耐潮湿电缆、电容器线圈、电机槽的绝缘及集成电路板等。
(4)医用材料 用纯F4树脂可制造代用血管、人工心脏、人工食道、人工腹膜、人工心肺装置、各种插管及导液管等。
(5)不粘材料 主要用于各种涂层制品如不粘锅、食品加工机械、机器的防粘滚筒等。 (二)聚三氟氯乙烯
1、聚三氟氯乙烯简介
聚三氟氯乙烯是三氟氯乙烯单体通过不同的聚合方式聚合而成的,其英文简称为PCTFE或F3。F3是最早开发的氟塑料品种,于1946年实现工业化生产。
F3的耐化学腐蚀性和耐热性等性能不如F4,但可用热塑性塑料常规的加工方法加工。对一些耐腐蚀性要求不高,F4又不能成型加工的制品,可选用F3。因此,F3成为仅次于F4的第二大氟塑料材料。 2、结构性能
(1)结构 与F4相比,F3大分子中由一个氯原子取代一个氟院子,破坏了大分子的对称性,降低了其规整性,使其结晶度较F4低。由于C-Cl键不如C-F键稳定,其耐热性不如F4高。由于氯原子的引入,分子间作用力增大,使F3的硬度、强度都好于F4。 (2)环境性能 F3的耐化学腐蚀性仅次于F4,在高温下可溶于某些高度卤化的溶剂如四氯化碳、苯、甲苯、对二甲苯、环乙烷、环乙酮及2,5-二氯三氟苯等,在高温下熔融的碱金属、元素氟、氨、氯气、氢氟酸、浓硫酸及浓硝酸可将其腐蚀;能耐高温下的强酸、强碱、混合酸及氧化剂,常温下可耐大多数的有机溶剂,但乙醚、乙酸乙酯等能使其溶胀。F3的耐候性好,耐辐射性是氟塑料中最好的。 (3)热学性能 F3的玻璃化温度为58℃,结晶熔点为215℃,分解温度为260℃。耐寒性好,可在-195℃温度下工作;长期耐热120℃以下。F3的线膨胀系数低,仅为(4.5~7.0)×10-5/K。
(4)机械性能 F3的机械性能好于F4,机械性能受其结晶度大小影响,随着结晶度增大,硬度、拉伸强度、弯曲强度等都提高,而冲击强度和断裂伸长率下降。
(5)电学性能 F3具有不吸湿、不炭化、不助燃等性能,因此电绝缘性优良,其体积电阻率和介电强度都很高。但由于氯原子破坏了对称性,使介电常数和介电损耗增大,并且随频率和温度的升高而增大,限制了其在高温、高频条件下的应用。
(6)透气性能 F3是塑料材料中阻隔性较好的品种之一,对许多气体和液体都具有不渗透性能,如对水的透过系数为0.16g•mm/m2•d•Mpa,比PVDC还要低,是塑料中最好的阻水材料。F3可用于生产阻气膜,用于盐水和工业气体的包装材料;也可生产高真空系统的密封材料。
(7)光学性能 随结晶度的降低,F3的透明性增大,如低结晶的δ=3mm的片材仍可透明。F3的折射率随结晶度不同在1.429~1.435范围内变化。4~7μm的F3膜对红外线的透过率为80%,可用于导弹的红外窗上。 3、成型加工
F3与F4不同,受热可熔融流动,可用热塑性塑料的加工方法加工,如注塑、挤出、模压及涂覆等。F3属于非牛顿流体,随剪切速率增大,其表观粘度下降。F3的粘度高,230℃时可达0.5~5MPa•s,必须在高温下才会有足够的流动性。加工温度为250~300℃,分解温度为315℃,成型温度范围窄。F3的热导率小,传热慢,加工中升温和冷却速度不能太快。F3在成型加工中,加工条件对结晶度影响较大;成型收缩率为1%~2.5%。F3因粘度大,制品易产生内应力,加入少量偏氟乙烯/三氟氯乙烯共聚物可改善。F3对加工设备腐蚀性强,加工设备接触熔体部分要进行镀硬铬处理。 4、应用范围
(1)利用耐腐蚀性,制造形状复杂,F4难以成型的耐腐蚀制品,如耐腐蚀高压密封件、耐腐蚀高压阀的阀瓣、泵和管道的衬里、零件、隔膜及视镜等。 (2)利用光学性,制造光学视窗如导弹的红外窗等 (3)利用阻隔性,制作高真空装置的密封材料。 (4)利用涂覆性,用于各种化工设备的涂层。 (三)聚全氟乙丙烯 1、聚全氟乙丙烯简介
聚全氟乙丙烯为四氟乙烯单体和六氟丙烯单体在一定条件下聚合的共聚物,有称为四氟乙烯/六氟丙烯共聚物,英文简称FEP或F46。
F46的耐腐蚀性比F4稍差,其他性能与F4相似,其突出优点是加工性好,可用热塑性塑料常规方法加工,因而成为第三大氟塑料材料。F46最早由美国的杜邦公司在1960年开发。 2、结构性能
(1)结构 F46可以看成是F4分子中一个氟原子被三氟甲基取代的产物,增大了空间位阻,降低了分子的对称性和完整性。其结果为耐腐蚀性不及F4,但加工流动性得到改善,可用常规方法加工。F46属四氟乙烯和六氟丙烯无规共聚。
(2)一般性能 F46的疏水性和不粘性与F4相似。
(3)热学性能 F46的耐热性低于F4而优于F3,长期使用温度为-85~205℃,线膨胀系数随温度升高而增大。
(4)环境性能 F46的耐腐蚀性与F4接近,但稍逊于F4。它可耐无机酸、碱、醇、酮、芳烃、卤烃、去污剂及油脂等,只有高温下的碱金属、三氟化氯可与其作用。F46与F4、F3一样,具有较好
的耐候性,但其耐辐射性不好。
(5)电学性能 F46的电性能优异,介电常数和介电损耗角正切值都比较小,且受频率、温度、湿度的影响较小。
(6)机械性能 F46的突出力学性能为冲击强度高,即使带缺口,室温下也冲不断。拉伸强度、弯曲强度、冲击强度和断裂伸长率随温度的升高而下降。F46室温的耐蠕变性比F4好,但高温下不如F4。
3、成型加工
加工特性 F46的流体性能与F3接近,为非牛顿流体,粘度对剪切速率敏感,可用热塑性塑料加工方法加工;其熔体粘度比较高,在343~393℃范围内,熔体粘度为103~ 104Pa•s,比一般热塑性塑料大10~100倍;加工温度范围窄;热传导率小。F46的成型收缩率为3%~6%;易于静电吸附,加工时要保持清洁,需加入抗静电剂。
加工方法可以为注塑成型、挤出成型、模压成型。 4、应用范围
F46可制作复杂形状的耐腐蚀制品,用于电缆的护层材料、机械密封件、和轴承件。F46制造的膜可贴在需要防粘的设备上制造印刷线路板,软管、管道等。
四、氯化聚醚
(一)氯化聚醚简介
氯化聚醚又称为聚氯醚,英文简称CP。氯化聚醚具有仅次于F4的耐化学腐蚀性,耐磨性及耐热性优良,机械性能均衡,尺寸稳定性高。主要用于化工防腐、机械零件及潮湿状态下的绝缘材料。 由于CP的价格高于通用塑料,因而限制了其发展。 (二)氯化聚醚的结构性能
1、结构 CP的大分子主链化学结构规整对称,从而表现为高熔点及结晶性、极低的吸水性和较好的阻隔性。
2、突出的耐腐蚀性能 CP的耐腐蚀性在塑料中仅次于F4,且价格比F4低得多。其耐腐蚀性与金属镍和F3相近,除少数几种强酸、强氧化剂和强极性溶剂如发烟硫酸、发烟硝酸、二氯乙烷、四氢呋喃及铬酸等可不同程度腐蚀它以外,对多种酸、碱和溶剂稳定。
3、优异的耐磨性和低摩擦系数 CP的耐磨性极好,是PA6的2倍,PA66的3倍,EP的5~6倍,F3的17倍,为耐磨性最好的工程塑料品种之一。 4、吸水率低,尺寸稳定性好 CP在室温下24h的吸水率仅为本体的0.01%,在工程塑料中属最小。其成型收缩率为0.4%~0.6%,尺寸稳定性好,尤其在湿度变化大的应用场合。
5、机械性能均衡 除冲击强度偏低外,CP的其他机械性能较均衡。机械性能随结晶度、晶型及温度等因素的影响大。随结晶度升高,拉伸强度和弯曲强度增大,而冲击强度和断裂伸长率下降。拉伸强度和弯曲强度随温度升高而下降,例如,在120℃时,其拉伸强度仅为室温的一半。 CP在低温负荷下具有较好的耐蠕变性,一般小于5%,比PE、PVC、ABS都好。 6、较好的耐热性 CP可在120℃温度下长期使用,短期使用温度在130~140℃范围内,在-40℃时呈现明显的脆性。其热导率比LDPE低三分之一。
7、良好的电性能 除介电损耗稍大外,CP 的电性能与PC相似,属于一种较好的绝缘材料,尤其适合于潮湿和腐蚀性环境中。CP的电性能随温度变化较大,但随频率变化不大。 (三)氯化聚醚的成型加工 1、加工特性
(1)CP的熔体粘度低,加工流动性好,其流变性属非牛顿流体,粘度对剪切速率非常敏感,基本与PE相似。
(2)CP的三种结晶形态随加工条件不同而变化。模温高于120℃,主要为α晶型;低于120℃,主要为β晶型;模温高于120℃,骤冷却时,主要为无定型。
(3)CP结晶速度慢,分子柔性大,因而制品内应力小,不用后处理,并适于金属嵌件的放入和形状复杂制品的生产。
(4)CP的吸水小,可不必干燥而直接加工。
(5)CP在加工时易放出腐蚀性气体,加工设备的料筒和螺杆要进行镀铬和防腐处理。 2、加工方法
CP可采用注塑、挤出、吹塑及模压等方法加工。 (四)氯化聚醚的应用范围
(1)在化工防腐方面 CP可用于120℃以下的腐蚀环境中,代替不锈钢和F4材料,主要制作防腐涂层和耐腐蚀制品,如耐酸、碱及有机溶剂泵的壳体、阀门、化工管道及容器等。
(2)在机械方面 因耐磨性好、蠕变小、尺寸稳定及无内应力等优点,CP可用于机械零件、仪表配件,具体有轴承、轴承保持架、导轨、齿轮、凸轮、齿条、轴套和密封材料等。
(3)在电器工业方面 CP可用于潮湿状态和腐蚀环境中的绝缘材料,如海底电缆、化工电缆、亚热带和盐雾环境中工作的电器配件等。
(4)在医疗器械方面 CP对人体无生理副作用,又可用高压蒸汽加热消毒,因此可用于外科手术医疗器械。◆
特殊用途类塑料 特殊用途类塑料为具有某种独特性能的一类塑料,如耐热性、导电性、阻隔性、透明性及降解类等。这类塑料的产量比较小,价格昂贵,因此考虑到成本因素,在一般情况下尽可能不选用。
一、耐热类塑料
耐热类塑料是指热变形温度在200℃以上的一类高分子材料,主要为特种工程塑料、液晶聚合物及有机硅塑料,具体品种有:PPS、PSF、PASF、PES、PI、PEEK、PAR、聚苯酯、LCP、SI及其他种类。 (一)聚苯硫醚 1、聚苯硫醚简介
聚苯硫醚全称为聚亚苯基硫醚,英文简称PPS。 PPS的突出性能有:
良好的耐热性能,短期可耐260℃,可在180~220℃范围内长期工作;
耐化学腐蚀性仅次于聚四氟乙烯,对大多数酸、碱、盐、酯、酮、醛、酚及脂肪烃、芳香烃、氯代烃等稳定,不耐氯代联苯及氧化性酸、氧化剂、浓硫酸、王水、过氧化氢、次氯酸钠等;
电性能十分突出,与其它工程塑料相比,其介电常数和介电损耗角正切值都比较低,并且在较大的频率、温度及湿度范围内变化不大,耐电弧性好,可与热固性塑料媲美; 阻燃性能好,其氧指数高达44%以上,在塑料中属于高阻燃材料;
刚性很高,在工程塑料中少见,在负荷下耐蠕变性好,硬度高,耐磨性高,机械性能对温度的敏感性小;
耐辐射性和耐候性都好。 PPS的不足之处:
价格太高,虽然在耐高温塑料中属低价位,但比通用工程塑料高许多;韧性差,性脆;加工中粘度不稳定。
纯PPS因性脆很少单独使用,应用的PPS为其改性品种。具体有:40%玻璃纤维增强PPS(R-4)、无机填充PPS(R-8)、碳纤维增强PPS(G-6)等。 2、加工方法和应用
PPS可用注塑、挤出、模压、喷涂等方法成型。一般应用于:
(1)汽车工业 PPS应用于汽车工业占45%左右,主要用于汽车功能件,如制作排气筒循环阀及水泵、燃料泵、电动泵的叶轮、气动信号调节阀等。
(2)电子电器 PPS用于电子电器工业可占30%。它适于环境温度高于200℃的高温电器元件,可制造发电机和电动机上的电刷、电刷托架、启动器线圈骨架、屏蔽罩及叶片等;在电视机上,可用于高压器件的外壳及插座、接线柱及端子板等;在电器制造中,用于变压器、阻流圈、继电器线圈的骨架和壳体;利用其高频特性,可制造H级绕线架和微调电容器等。
(3)机械工业 用于壳体、结构件、耐磨件及密封材料,如泵体、阀门、轴承、轴承支持架、活塞环及齿轮等。
(二)聚砜类塑料
聚砜类塑料是指大分子链上含有砜基和芳核的一类聚合物,它主要包括双酚A型聚砜(简称聚砜,英文简称PSF)、聚芳砜(PASF)、聚醚砜(PES)三个主要品种,其中以(PSF)产量最大、应用最广泛。 1、聚砜简介
聚砜为双酚A型聚砜的简称,英文简称PSF。
PSF最突出的性能为耐热性好,它可在-100~150℃范围内长期使用,其他如机械性能、耐蠕变性能、及电性能都很优良。广泛用于电子电器、汽车配件、医疗器械及机械零件等。
(1)机械性能 PSF的力学性能优良,其拉伸强度和弯曲强度都高于通用工程塑料如PC、POM、ABS、PA等,而且在高温下力学性能保持率高;冲击强度在-60~120℃范围内变化不大。PSF的抗蠕变性十分突出,仅为0.14%~0.20%,而且在较高温度及较大负荷下变化很小。
(2)电学性能 PSF具有优异的电性能,在水及潮湿空气中变化很小,在190℃高温下仍可保持良好的电性能。
(3)热学性能 PSF具有优良的耐热性,耐热氧老化性突出,并具有优异的自熄性。
(4)环境性能 PSF耐无机酸、碱及盐,不耐浓硫酸及硝酸;可被极性有机溶剂如芳香烃、酮类
及卤代烃腐蚀。耐辐射性优良,但耐候性和耐紫外线性不好。 成型加工与应用
PSF因刚性大,导致熔体粘度大、流动温度高;PSF流体接近牛顿流体,粘度对温度敏感而剪切速率对其影响小。
PSF可用注塑、挤出方式加工,在加工中,PSF熔体不易停留时间过长,以免引起分解。 PSF制品主要应用于:
(1)电子电器 PSF具有优良的综合性能和电绝缘性能,其耐热性在电工中可达F级,属于一类耐热绝缘材料,可用于要求使用温度在-100~160℃的集成线路板。其他还有,电器如手持电钻外壳和电池组、蓄电池的箱体、电容器膜和电线、电缆的护套、电镀槽、示波器的套管及线圈架、小型精密电子元件等。
(2)汽车工业 PSF具有优良的耐油、耐热及高刚性、高强度等性能,可用于汽车的分速器盖、护板、轴承保持架、发动机齿轮止推环及挡泥板外罩等。
(3)医疗器械 由于PSF具有良好的透明性、耐热水及蒸汽、卫生性好,可广泛用于医疗器械领域。具体产品有:防毒面具、接触眼镜片、消毒用器皿、内窥镜零件、人工心脏瓣膜、超过滤膜和反渗透膜等。
(4)机械工业 由于PSF的高强度、低蠕变、耐水性及尺寸稳定性,可在机械工业中大量代替铜、铝、锌及铅等有色金属材料。如:钟表壳体及零件、复印机和照相机零件、食品加工机械中的热水阀、冷却系统器件和传动零件等。
2、聚芳砜简介
聚芳砜又称为芳香族聚砜和聚苯醚砜,英文简称PASF。
与PSF相比,PASF在强度和耐热性上都有大幅提高,拉伸强度提高25%,耐热温度增加到260℃,并且短期可在300℃下使用,提高近一倍。硬度、耐蠕变形、耐磨性比PSF也都有提高。PASF耐酸、碱及水蒸汽性能优良,对燃料油、烃油、硅油及氟里昂等稳定;耐各种常用的工业溶剂,但不耐某些极性溶剂如二甲基甲酰胺、丁内酯等。
PASF可用一般加工方法加工,但由于其熔融粘度和流动温度都高,加工比PSF要困难。
PASF主要应用,在电子电器行业可用作C级绝缘材料,制成各种耐高温的线圈架、开关、连接器及配线板等。在机械行业,PASF与F4或石墨共混,可制造高温和高负荷下使用的轴承。
3、聚醚砜简介
聚醚砜英文简称PES,为琥珀色透明的非结晶塑料。与PSF相比,PES在强度和耐热性方面稍有提高。但其抗蠕变性极为突出,在较高温度及较大负荷下,抗蠕变性仍极优异。耐酸、碱、盐、油、润滑脂、脂肪族烃和醇等,不耐极性有机溶剂如酮、酯、氯仿等。
PES的透明性在聚砜类塑料中最好,其透光率可达88%,折射率为1.62,在透明塑料中属最大品种,适于制造透镜。
PES的加工特性与PSF相似,加工温度比PSF稍高,加工前也需要干燥。 PES主要应用于:
在电子电器行业,可做为H级绝缘材料,具体应用于印刷线路板、线圈骨架、仪表罩壳、集成电路插座、可控硅绝缘体及微型电容器膜(可比PET膜电容器体积小18%、比PC膜小23%)。 在机械行业,PES可用于制造活塞环、轴承保持架、热水测量仪表、温水泵壳体及叶轮等。
在汽车配件行业,PES可制造汽车齿轮箱部件、灯罩、紧固件、发动机齿轮及滚珠轴承保持架等。 在医疗器械行业,PES用于蒸汽消毒器械、人工呼吸器、血压检查管、注射器、超过滤膜及反渗透膜等。
在光学领域中,PES可用于眼镜材料、灯罩及内窥镜等。 (三)聚酰亚胺 1、聚酰亚胺简介
聚酰亚胺是指大分子主链中含有酰亚胺基团的一类芳杂环聚合物,英文简称PI。
PI有很多种类,目前已实现工业化生产的达20多种,但常用的主要有4种:热塑性的醚酐型和聚酰胺型PI,热固性的均苯型和顺酐型PI,其中以热塑性醚酐型PI最为常用,可占总用量的60~70%左右。 PI的突出特点为耐热性好,热固性PI的耐热温度高达360℃,热塑性PI的耐热温度也可达240℃以上,是塑料中少有的耐热品种。除此之外,PI的机械性能和电性能也都很好。 2、性能和加工应用 性能
(1)一般性能 PI属难燃品种,氧指数可达36。PI的气体阻隔性好,吸水率低。
(2)机械性能 PI的机械性能好,尤其是拉伸强度、耐蠕变性、耐磨性和摩擦性优良,并且随温度变化不大。
(3)热性能 PI耐热温度高,均苯型 PI 的热变形温度高达360℃,可在260℃下长期使用。在无氧条件下的长期使用温度可达300℃。PI的线膨胀系数低。
(4)电学性能 PI分子中含有极性基团,但因结构对称和刚性大而影响基性基团的活动,所以PI仍具有十分优良的电性能。它耐电晕性能突出,是少数几种耐电晕材料;介电强度高,电性能受频率影响小。
(5)环境性能 PI具有优良的耐油性和耐溶剂性,但不耐碱;PI的耐辐射性好,经4.28×107GY钴60射线照射后,强度下降很小。 加工方法
热塑性PI可用注塑、挤出的方法成型;热固性PI可用模压、层压、浸渍及流延等方法成型。 应用范围
(1)电子电器 PI特别适合于制造高温绝缘材料,其中以H、C级为主,具体有:高温插座、印刷线路板、计算机硬盘、集成电路晶片载流子及电缆等。
(2)汽车配件 主要用于汽车的活塞、调速齿轮、推进杆及弹簧底座等。
(3)机械零件 如轴承、衬套、活塞环、齿轮、凸轮、密封材料、摩擦材料及导轮等。 (4)航空航天 发动机尾喷管及鱼鳞片、飞船零件等。
(四)聚芳醚酮
聚芳醚酮类塑料又称为聚醚酮类塑料,英文简称PAEK。PAEK有很多种,目前已开发的主要有:聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEL)、聚醚酮酮(PEKK)、酚酞型聚醚酮、聚醚醚醚酮(PEEEK)及聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)等,前4种已实现工业化生产。
PAEK类塑料的综合性能优异、耐热级别高(可在200~260℃范围内长期使用)、耐辐射性好,是一类新型的耐热工程塑料品种。制约其发展的因素为价格高,目前价格约为50~70万元/吨。
1、聚芳醚酮(PEEK、PEK、PEKK)简介
PEEK为目前可大批量生产的唯一聚芳醚酮品种,而PEK、PEKK两种的产量较小。它们主要用于电子电器、压缩机配件、汽车配件、机械零件及医疗器械等。 2、结构性能
(1)结构 PEEK、PEK、PEKK三个品种都为线型结构,为热塑性塑料。一方面,其大分子主链上含有大量的芳环和极性酮基,分子链呈现较大的刚性和较强的分子间力,结果赋予聚合物以耐热性和力学强度。另一方面,大分子中含有大量的醚键,又赋予聚合物以韧性;醚基含量越多,其韧性越好,如PEEK的韧性好于PEKK。
(2)性能 三个品种都为结晶型塑料,其力学性能较高,拉伸强度都超过100MPa,但高温下刚性低,强度随温度升高下降快,温度在100~150℃时就急剧下降。 三种塑料的耐应力开裂性好,远远好于聚砜(PSF)、聚芳砜(PES)、聚碳酸酯(PC)、改性聚苯醚(MPPO)等品种;耐蠕变性及耐疲劳性都比PES高。
三个品种的耐热性好,可在230~260℃范围内长期使用;电性能优良,在高频下仍可保持较小的介电常数和介电损耗,故可用于高频场合;耐辐射性好,受γ射线作用在2×107GY以下性能基本不受影响;阻燃性好,具有自熄性能。
三个品种的化学稳定性都好,好于PC、MPPO、PES等品种。除浓硫酸外,可耐任何化学试剂,即使在较高温度下,仍能保持良好的耐腐蚀性。它们不溶于丙酮、三氯乙烯、二甲苯、氯仿、异丙酮及汽油等溶剂中,但不耐浓硫酸。在所有的工程塑料中,它们具有最好的耐热水性和耐蒸汽性,可在200℃蒸汽中长期使用,或在300℃高压蒸汽中短期使用。 3、成型加工
PEAK均为热塑性塑料,具有熔融塑料的加工性能,可用注塑、挤出及吹塑等方法成型。PEAK的加工温度高,熔体粘度大,但熔体在加工温度下的热稳定性好。
加工条件对制品的结晶度及结晶结构影响较大,在加工中应尽可能采用有利于提高结晶度的条件,以提高制品的力学性能。PEAK在加工前需要干燥处理;加工后需要后处理,以消除内应力。 4、应用范围
(1)电子电器 由于PEAK具有优异的耐热性和电学性能,可用于C 级(>180℃)绝缘材料,具体有电缆护套、船用电缆、飞机用耐润滑油导线、耐高温沸水导线、耐海水腐蚀导线、高温接线柱、接线板、电机内衬材料及电容器膜等。
(2)机械仪表 由于PEAK具有较高的强度,可用作结构材料,具体有轴承保持架、传感器、
活塞环、发动机部件、飞机结构材料及零件。PEEK与二硫化钼、F4共混用于耐磨材料。
(3)核电站 利用其耐辐射性好的特点,可用于核电站中受辐射的各种塑料制品如容器等。
(五)聚苯酯 1、聚苯酯简介
聚苯酯又称聚对羟基苯甲酸酯或芳香族聚酯,英文简称AP。
聚苯酯的性能与金属最接近,它可在315℃下长期使用,短期使用温度可高达370~425℃,热导率在热塑性塑料中最高。在已知塑料中,其耐热性、自润滑性、硬度、电绝缘性及耐磨性都是最好的。 2、结构性能
(1)一般性能 吸水率低,仅为聚酰亚胺(PI)的1/4,几乎与F4相同。
(2)机械性能 在很宽的温度范围内具有很高的刚性,弯曲模量为PI的2倍,强度及模量随温度上升而下降,并且强度下降快。耐蠕变性好;具有优异的自润性,与钢的摩擦系数为0.3,耐磨性好;极限PV值大,在AP中加入20%F4后,PV值可达2.5MPa.m/s,比多孔青铜轴承加润滑油的PV值还要大。
(3)热学性能 AP加热到538℃时也不熔融,仅在427℃时发生类似金属的粘性流动;在325℃以下无明显分解现象,在425℃以上分解加重。AP的导热系数很大,为一般塑料的3~5倍;线膨胀系数较低,与PI相仿,并具有优异的耐焊锡性。
(4)电学性能 AP的电性能优良,具有较高的介电常数和较低的介电损耗角正切值;介电强度高,甚至超过PI和F4;介电损耗角正切值受温度计频率的影响小,在较大范围内具有稳定值。
(5)环境性能 AP可耐脂肪族和芳香族溶剂,不耐浓硫酸和氢氧化钠。耐辐射性十分优良,经106Gy钴射线辐照后,机械性能丝毫不变。耐候性也好。 4、成型加工
聚苯酯各系列树脂成型加工性能不同,可分别用模压(烧结或热压)和注塑方法加工成型。 5、应用范围
利用AP的高耐热性、高热导性、低热膨胀性、低摩擦及磨耗性、自润性及耐蠕变性,常用于耐高温绝缘材料和机械结构材料。
(六)有机硅塑料 1、有机硅塑料简介
有机硅是指分子主链结构中含有硅元素的一类高分子合成材料,学名聚硅氧烷,又称为硅酮,英文简称SI。其聚合物的主链为一条由硅原子和氧原子交替组成的稳定骨架,侧链的R基团为有机基团如甲基、苯基及乙烯基等。
由于SI的分子主链近似于无机的SiO2,而侧基为有机物,所以它集无机与有机特性于一体。一方面具有无机物的耐高温性、耐气候老化性、耐臭氧性、电绝缘性、阻燃性、无毒、无腐蚀性、生理惰性及生理相容性等优点,另一方面又具有有机物易加工的特点。
SI中的R取代基不同,其物性大不相同。可从油状液体到弹性体,从柔软体到刚性体。按用途分,包括硅油、硅橡胶、硅树脂、硅烷偶联剂四大类;按具体功能又包括耐高温型和耐低温型,高绝缘型和高导热、高导电型,高粘结型和高润滑型,发泡型和消泡型,高弹性型和高刚性型,密封型和透气型,耐辐射型和阻燃型等。
有机硅塑料是以硅树脂为主要成分,填充或添加适当助剂的一类材料,由于其耐热性好,故将其归为耐热塑料一类。
2、有机硅塑料的品种
(1)有机硅层压塑料 常用的有机硅层压塑料由硅树脂与玻璃布组成,其性能为耐热好,可在250℃温度下长期使用。电绝缘性、耐电弧性及耐火焰性都好,吸水率和介电损耗低。有时用石棉布或石棉纸代替玻璃布,虽价格低,但机械性能差。
有机硅层压塑料可应用于H级电机槽楔绝缘、高温继电器外壳、飞机雷达天线罩、印刷线路板、线圈架、开关装置及变压器套管等。
(2)有机硅模塑料 有机硅模塑料由硅树脂+填料+催化剂+脱模剂组成,为一种热固性塑料。填料通常为玻璃纤维、石棉、石英粉、滑石粉及云母粉等。有机硅模塑料可用作结构材料、半导体封装材料。
(3)有机硅泡沫塑料 有机硅泡沫塑料具有可耐300℃高温及阻燃等优点,常作为隔热、隔音、电绝缘材料等,用于航天器、火箭等轻质耐高温抗湿材料,也可作为推进器、机翼、机舱的填充材料。有机硅泡沫塑料可分为粉状和液状两种。
(七)聚芳酯 1、聚芳酯简介
聚芳酯又称为芳香族聚酯或聚酚酯,它为分子主链上由芳香环和酯键构成的热塑性塑料,英文简称PAR。PAR的合成单体不同,可得到上百个品种,其中以双酚A和对苯二甲酰氯及间苯二甲酰氯合成的双酚A型PAR最为常用。
PAR的耐热性优异,可在-70~180℃温度范围内使用。机械性能好,价格与通用工程塑料接近,是一种很有发展前途的耐热塑料。 2、结构性能
(1)PAR为线性无定型聚合物,分子间相互作用的综合结果,使PAR呈现极大的刚性,一定的极性,又具有一定的柔性。
(2)透明性能 透光率可达87%,折射率为1.61,比PC、PMMA都高,只比PES稍低一点。 (3)机械性能 PAR具有良好的抗蠕变性、耐磨性、抗冲击性及弹性恢复性,在很宽的温度范围内,机械强度保持性好。
(4)热性能 玻璃化温度为193℃,负荷热变形温度为175℃,热分解温度为443℃。阻燃性好,氧指数为36.8。线膨胀系数小,耐焊锡性好。
(5)电性能 由于PAR的极性,使其在高频下的绝缘性受到影响,但在中、低频范围内具有优良的绝缘性能。PAR耐电弧性能好,电性能受温度和湿度的影响小。
(6)环境性能 耐紫外线性好,耐大部分溶剂;不耐卤代烃、丙酮、香蕉水、芳香烃、氨水、热水、碱及浓硫酸。 3、成型加工
(1)加工特性 PAR的熔体粘度高,比PC高10倍之多;流动特性接近牛顿流体,粘度受温度的影响大于受剪切速率的影响。
PAR的加工温度与分解温度十分接近,熔融加工温度范围窄,这给加工带来一定困难,一般需要加入热稳定剂。在加工前需进行干燥处理。成型收缩率小,仅为0.05%,制品的加工精度高。 PAR可用传统的加工方法成型,如注塑和挤出等。 4、应用范围
(1)电子电器 可用作H级耐热绝缘材料,具体有:开关类操作键盘、旋钮等,电器轴、罩壳等,插座、绕线管、继电器、发光二极管及照明零件等。
(2)汽车配件 主要用于汽车透明配件,如透镜、反射镜、灯罩等。
(3)机械零件 塑料泵的叶轮、壳体,机器壳罩,各种滑动摩擦部件如齿轮、轴承及皮带轮等。 (4)其他 医疗器械、生活用品等。 特殊用途类塑料之二:阻隔类塑料
阻隔类塑料是指对小分子液体、气体、水蒸气、气味等通过系数小的一类聚合物。阻隔类塑料薄膜的阻隔能力用“透过系数”表示,其单位为:ml(cm3,g)•mm/m2•d•MPa,代表意义为:1毫米厚度的塑料薄膜制品,在温度23℃、湿度60%RH、1兆帕压力下,每平方米面积上1天(24小时)透过小分子物质的体积(ml或 cm3)或质量(g)。通常以O2、CO2和水蒸气三种小分子物质为标准。一种材料的透过系数越小,其阻隔性能越好。
一般高阻隔性塑料的透过系数小于10;中等阻隔塑料的透过系数为10~100。以下介绍几种常用的阻隔性塑料。
(一)乙烯/乙烯醇共聚物 1、乙烯/乙烯醇共聚物简介
聚乙烯醇是乙烯醇单体与乙烯单体形成的共聚物,简称EVOH。EVOH兼具聚乙烯醇的优异阻隔性和聚乙烯的易加工性,还具有透明、光泽高等优点,是迄今为止发现的最高阻隔性树脂品种。
纯EVOH制品的吸水性高,这会严重影响阻隔性能。因此EVOH一般不单独使用,而是作为中间层材料与其它塑料复合使用,防止其吸水,保证其优异的阻隔性。EVOH与其它材料的相容性好,,可与PE、PP、PA、PET等材料复合。 2、结构性能
(1)EVOH的结构特点 EVOH中乙烯单体与乙烯醇单体的含量不同,其性能大不相同。其中乙烯单体提供耐水性和加工性,而乙烯醇单体则提供阻隔性。因此乙烯单体含量增大,EVOH的阻隔性、拉伸强度、冲击强度下降而耐水性和加工性改善;乙烯醇单体含量大,EVOH的阻隔性增强而耐水性及加工性下降。一般情况下,EVOH中的乙烯醇含量为66%~82%。
(2)一般性能 相对密度为1.2,制品的透明性好并有光泽,易于印刷及热封。
(3)耐环境性能 EVOH的耐油基有机液体性好,但不耐低级醇类。在20℃下,在各种液体和
油中浸泡一年后,不吸收的有:环己烷、二甲苯、石油醚、苯、丙酮等;吸收率为2.3%的有乙醇;吸收率为12.3%的有甲醇。
EVOH可耐弱酸、弱碱和盐,耐候性好,耐紫外线性优良。
(4)机械性能 EVOH具有优异的拉伸强度、冲击强度及耐穿刺性、弹性、表面硬度及耐磨性。其拉伸强度、冲击强度及耐穿刺性与BOPA相当。以EVOH薄膜为例,纵向拉伸强度为80MPa,横向为52MPa;断裂伸长率纵向为160%,横向为200%。 (5)阻隔性能 EVOH具有最突出的阻隔性能。含29%乙烯的EVOH,O2的透过系数为0.1 (cm3);含38%乙烯的,O2的透过系数为0.4(cm3)。对CO2的透过系数为1.5~6(cm3),对水的透过系数为20~25(g)(38%乙烯)。
EVOH的阻隔性随温度升高而迅速下降,比PVDC下降稍慢。温度从20℃升高到60℃时,其透过系数增大12倍。阻隔性随湿度升高也迅速下降,比PVDC还要快。湿度由20%升高到80%时,透过系数要增大10倍。 3、成型加工
EVOH的加工性很好,可用注塑、挤出、流延及复合等方法加工。但以挤出-拉伸-吹塑制瓶和双向拉伸制膜两种方法最为常用。加工前如含水率大于0.3%就需要干燥处理。 EVOH的加工废料可重复使用,每次加入量15%左右。 4、改性品种
EVOH改性的目的一为改进耐水性,二为进一步提高阻隔性。可以通过复合、填充、双向拉伸等方式进行改性。 5、应用范围
(1)食品包装 因阻氧性好,其复合膜常用于保鲜包装材料,如香肠、牛奶、烧鸡、调味品、番茄酱、果汁等包装。
PET/EVOH/PET吹塑瓶可用于啤酒和碳酸饮料的包装。
(2)非食品包装 如溶剂、化学品、医药的包装,汽油桶的内衬,空调连接管的内衬等。 (二)偏二氯乙烯共聚物 1、偏二氯乙烯共聚物简介
偏二氯乙烯(VDC)是一种高阻隔性树脂,其O2的透过系数稍高于EVOH,而CO2和H2O的透过系数都比EVOH低。纯偏二氯乙烯加工性十分不好,难以单独加工。为此,常用偏二氯乙烯与其它单体共聚,得到偏二氯乙烯共聚体,通常称为聚偏二氯乙烯,英文缩写PVDC。共聚物虽然阻隔性稍有下降,但改善了加工性。偏二氯乙烯可用的共聚单体有多种,但以氯乙烯(VC)单体最为常用。偏二氯乙烯与氯乙烯的共聚物又称为“赛纶”,其中氯乙烯的含量为10%~15%。 PVDC的价格远低于EVOH,在我国应用比较普遍。 2、结构性能
在PVDC中,VDC的含量越高,其阻隔性越高;反之越低。 (1)一般性能 PVDC的外观为白色粉末,属半结晶性聚合物。相对密度为1.7,吸水率小于0.1%;热收缩率为25%~50%;阻燃性好,属自熄性树脂;透明性好,易于印刷。
(3)机械性能 机械强度高,其拉伸强度为80~120MPa,比EVOH还要高;断裂伸长率纵向小于84%,横向100%;PVDC的耐磨性好。
(4)耐环境性 耐环境性好,可耐油、油脂及各种溶剂;耐弱酸,但不耐碱。耐紫外线性差,易发脆。
(5)阻隔性能 PVDC具有优异的阻隔性,对O2的透过系数为0.5~4(cm3),对CO2的透过系数为1.2(cm3),对水的透过系数为0.2~6(g)。
PVDC阻隔性对湿度的敏感性小于EVOH。但对温度很敏感,温度从20℃升高到60℃,其透过系数增大100倍。 3、成型加工
(1)加工特性 PVDC属热敏性聚合物,加工中须加入热稳定剂和增塑剂。热稳定剂与PVC相同,但加入量更大。
PVDC在加工中易放出氯化氢(HCl)气体,易腐蚀螺杆,螺杆需镀铬保护。 PVDC易分解,加工废料不宜重复使用。
(2)加工方法 PVDC可用注塑、挤出、复合、涂覆及吹塑的方法加工,以涂覆方法为主。 PVDC也可作为中间层用于共挤复合,但由于其易于分解,对复合材料限制较多,只能同加工温度较低的材料共挤复合。比较适宜的材料有PVC、EVA、CPE等。 4、应用范围
PVDC阻隔材料应用的范围比EVOH要广泛,它除可用于保鲜包装材料外,还可用于碳酸饮料、防
潮及保味等包装。
(1)防潮包装 各种干食品、干蔬菜、奶粉、茶叶、香料等。 (2)保鲜包装 货架搁置熟食品。 (3)碳酸饮料包装 汽水、啤酒等。 (4)海洋用品 渔网、绳索等。 (5)涂料。
(三)聚己二酰间苯二甲胺 1、聚己二酰间苯二甲胺简介
聚己二酰间苯二甲胺,英文简称MXD6,一般简称“尼龙MXD6”,是一种特殊的高阻隔性尼龙材料。MXD6的阻隔性虽比PVDC和EVOH稍差一点,但其阻隔性不受温度及湿度的影响,这尤其适合于高温和潮湿场合使用。在当今阻隔性包装以及以塑代钢的大趋势中,尼龙MXD6成为引人注目的塑料新品种之一。
2、结构性能
(1)一般性能 MXD6是一种结晶型芳香尼龙,与其它尼龙相比,其吸水率低,吸水后尺寸变化小。成型收缩率低,适于精密制品的加工。
(2)机械性能和热性能 MXD6具有优异的机械性能和热性能,其机械强度和热变形温度高,线膨胀系数小。进行玻璃纤维增强后,力学性能还可大幅提高。机械性能受温度影响较小,可在很宽的温度范围内保持高的强度和刚性;机械性能受湿度的影响也较其他尼龙低。 (3)阻隔性能 MXD6对O2的透过系数为2~5(cm3);对CO2的透过系数为28(cm3);对H2O的透过系数为15~30(g)。
在常温下和相对湿度较低时,MXD6的阻隔性不如EVOH和PVDC好,但随温度和湿度增加,其阻隔性能下降不像EVOH和PVDC那样快,即在高温和高湿度下,MXD6的阻隔性与它们接近。 由于MXD6和PET在熔点、玻璃化温度等热性能方面非常接近,两者极易形成合金。在PET中MXD6含10%,其阻隔性能提高2倍,且撕裂强度、耐压性、透明性与纯PET单层瓶相当;用MXD6与PET复合生产碳酸饮料瓶,当MXD6层为总厚度的6%时,保留85%碳酸气的储存时间为245天,而纯PET瓶仅为84天。 3、应用范围
预计汽车将是MXD6的最大市场,而阻隔包装材料次之。 (1)包装材料
食品包装 主要以PET/MXD6共混的形式制瓶,用于酒、饮料、药品及食品的包装。 软垫材料 用于精密仪器、仪表及贵重物品的防震包装。 (2)工程结构材料
在汽车配件中,许多场合要求材料制品具有高机械强度和良好的耐油性能,并可在120~160℃范围内长期使用。玻璃纤维增强的MXD6的耐热温度可达225℃,高温下的强度保持率高,可用于汽车引擎的缸体、缸盖、活塞、同步齿轮等。
MXD6/PPO合金具有耐高温、高强度、耐油、耐磨损、尺寸稳定性好等性能,可用于汽车车体的垂直外板、前后挡泥板、车轮罩和几乎不能用钢板冲压成型的曲面部分及汽车底盘。
(3)磁性塑料 复合磁性塑料中的树脂材料以前常用PA6、PA66、PA12、PP等,但PA6、PA12的吸水大,吸水后耐热性不够。而MXD6的吸水小,密度小,收缩率小、尺寸精度高,是理想的复合磁性树脂材料。
(四)聚丙烯腈共聚物 1、聚丙烯腈共聚物简介
纯聚丙烯腈(PAN)的阻隔性能十分优异,但由于其吸水性太大,严重影响PAN的阻隔性及其他性能,并且难以加工。因此,纯PAN很少使用,而常用PAN共聚物。PAN共聚物可有效地降低其吸水性,并基本保持其原有的阻隔性。 2、结构性能
PAN共聚物具有优良的气体阻隔性,保香、保味性能也很好。对O2的透过系数为8(cm3),CO2的透过系数为16(cm3),H2O的透过系数为50(g),比EVOH、PVDC的阻隔性差,与MXD6相当。 PAN共聚物的阻隔性受温度、湿度影响,其对温度的敏感性与EVOH接近,但比PVDC小。PAN共聚物耐化学药品性好,具有中等拉伸强度,用橡胶改性后或双向拉伸后,冲击性能好。
(五)聚萘二甲酸乙二醇酯塑料
1、聚萘二甲酸乙二醇酯塑料简介
聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)的结构与性能与PET十分相似,只要将PET结构中的苯环置换成萘环即可。
2、结构性能
PEN具有与PET相似的结构,因而也具有相近的性质;但由于PEN中的萘环比PET中的苯环体积更大,导致PEN分子链的刚性更高,比PET具有更优异的机械、电气、化学、耐热及阻隔等性能。 PEN的分子结构单元大,其结晶速率仅为PET的七分之一,所以PEN比PET更适于制作透明类制品。
(1)一般性能 PEN外观与PET相似,相对密度1.36,吸水率0.3%,均比PET略低一点;成型收缩率纵向为0.9%,低于PET的1.5%,横向收缩率几乎接近零。
PEN在可见光下为透明状,在紫外光范围内,可通过波长380nm以下的光。在阳光下容易变色,但耐光性比PET强。
(2)热学性能 PEN的热变型温度为121℃,比PET高36℃;熔融温度273℃,略高于PET。PEN长期耐热性能好,可在155℃下长期使用。
PEN的尺寸稳定性好,热收缩率小,在150℃时仅为0.9%,比PET小近60%左右;热膨胀系数为13×10-6/ ℃(纵向),略低于PET。
(3)机械性能 PEN的机械性能普遍高于PET,其拉伸强度为60MPa,比PET高35%左右。双向拉伸薄膜的机械性能更好,其纵向拉伸强度为280MPa,横向拉伸强度为270MPa。PEN的弯曲模量比PET高5%;断裂伸长率比PET略低;直角撕裂强度与PET相当;冲击强度比PET低15%左右。 由于PEN分子的结晶速度慢,拉伸时分子取向带来的结晶度低,因此比PET更适于高倍率拉伸。 (4)化学性能 因分子结构中含有酯基,遇水会发生水解反应。但PEN的水解速率比PET小,水解引起的机械性能下降程度仅为PET的三分之一。 PEN可耐除浓硫酸、浓硝酸及浓盐酸以外的几乎所有化学药品。其耐放射线性能是PET的6倍左右,可达到11MGy。
(5)电学性能 PEN的介电强度和电阻率与PET相当,并在较宽的温度范围内变化小。
(6)阻隔性能 PEN最突出的性能之一为优异的阻隔性,对各种小分子物质的阻隔性能都好于PET。对O2的阻隔性能是PET的4倍,透过系数为9.6(cm3);对CO2的阻隔性能是PET的5倍,透过系数为35(cm3);对H2O的阻隔性能是PET的3.5倍,透过系数为6.7(g)。 3、成型加工
PEN同PET一样,属于非牛顿流体,其粘度对温度不敏感,而对剪切速率敏感。其熔体粘度比PET高10倍左右,加工温度高于PET;PET可用的加工方法都适用于PEN的加工。 4、应用范围
(1)利用高阻隔性能 PEN的最大用途为阻隔性包装材料,用于食品及医用包装,具体有啤酒、汽水、牛奶及保鲜食品的包装。1998年,第一批PEN啤酒瓶在意大利的SIPA公司出现,盛装的啤酒存放6~9个月后口感与玻璃瓶无异,CO2的含量相同。
(2)利用高强度、高刚性 PEN可用于制造高档磁带基膜、胶片、F级绝缘材料、光盘、耐热电容器膜、扬声器话筒震动膜等。
(3)利用耐热性、尺寸稳定性 PEN可生产透明导电膜、高密度软磁盘、光盘、电子部件、变压器、软印刷电路板、集成电路基座及平面发热体等。
(4)利用耐辐射性 可生产宇航用品及原子炉内的膜片。 特殊用途类塑料之二:阻隔类塑料
阻隔类塑料是指对小分子液体、气体、水蒸气、气味等通过系数小的一类聚合物。阻隔类塑料薄膜的阻隔能力用“透过系数”表示,其单位为:ml(cm3,g)•mm/m2•d•MPa,代表意义为:1毫米厚度的塑料薄膜制品,在温度23℃、湿度60%RH、1兆帕压力下,每平方米面积上1天(24小时)透过小分子物质的体积(ml或 cm3)或质量(g)。通常以O2、CO2和水蒸气三种小分子物质为标准。一种材料的透过系数越小,其阻隔性能越好。
一般高阻隔性塑料的透过系数小于10;中等阻隔塑料的透过系数为10~100。以下介绍几种常用的阻隔性塑料。
(一)乙烯/乙烯醇共聚物 1、乙烯/乙烯醇共聚物简介
聚乙烯醇是乙烯醇单体与乙烯单体形成的共聚物,简称EVOH。EVOH兼具聚乙烯醇的优异阻隔性和聚乙烯的易加工性,还具有透明、光泽高等优点,是迄今为止发现的最高阻隔性树脂品种。
纯EVOH制品的吸水性高,这会严重影响阻隔性能。因此EVOH一般不单独使用,而是作为中间层
材料与其它塑料复合使用,防止其吸水,保证其优异的阻隔性。EVOH与其它材料的相容性好,,可与PE、PP、PA、PET等材料复合。 2、结构性能
(1)EVOH的结构特点 EVOH中乙烯单体与乙烯醇单体的含量不同,其性能大不相同。其中乙烯单体提供耐水性和加工性,而乙烯醇单体则提供阻隔性。因此乙烯单体含量增大,EVOH的阻隔性、拉伸强度、冲击强度下降而耐水性和加工性改善;乙烯醇单体含量大,EVOH的阻隔性增强而耐水性及加工性下降。一般情况下,EVOH中的乙烯醇含量为66%~82%。
(2)一般性能 相对密度为1.2,制品的透明性好并有光泽,易于印刷及热封。
(3)耐环境性能 EVOH的耐油基有机液体性好,但不耐低级醇类。在20℃下,在各种液体和油中浸泡一年后,不吸收的有:环己烷、二甲苯、石油醚、苯、丙酮等;吸收率为2.3%的有乙醇;吸收率为12.3%的有甲醇。
EVOH可耐弱酸、弱碱和盐,耐候性好,耐紫外线性优良。
(4)机械性能 EVOH具有优异的拉伸强度、冲击强度及耐穿刺性、弹性、表面硬度及耐磨性。其拉伸强度、冲击强度及耐穿刺性与BOPA相当。以EVOH薄膜为例,纵向拉伸强度为80MPa,横向为52MPa;断裂伸长率纵向为160%,横向为200%。 (5)阻隔性能 EVOH具有最突出的阻隔性能。含29%乙烯的EVOH,O2的透过系数为0.1 (cm3);含38%乙烯的,O2的透过系数为0.4(cm3)。对CO2的透过系数为1.5~6(cm3),对水的透过系数为20~25(g)(38%乙烯)。
EVOH的阻隔性随温度升高而迅速下降,比PVDC下降稍慢。温度从20℃升高到60℃时,其透过系数增大12倍。阻隔性随湿度升高也迅速下降,比PVDC还要快。湿度由20%升高到80%时,透过系数要增大10倍。 3、成型加工
EVOH的加工性很好,可用注塑、挤出、流延及复合等方法加工。但以挤出-拉伸-吹塑制瓶和双向拉伸制膜两种方法最为常用。加工前如含水率大于0.3%就需要干燥处理。 EVOH的加工废料可重复使用,每次加入量15%左右。 4、改性品种
EVOH改性的目的一为改进耐水性,二为进一步提高阻隔性。可以通过复合、填充、双向拉伸等方式进行改性。 5、应用范围
(1)食品包装 因阻氧性好,其复合膜常用于保鲜包装材料,如香肠、牛奶、烧鸡、调味品、番茄酱、果汁等包装。
PET/EVOH/PET吹塑瓶可用于啤酒和碳酸饮料的包装。
(2)非食品包装 如溶剂、化学品、医药的包装,汽油桶的内衬,空调连接管的内衬等。 (二)偏二氯乙烯共聚物 1、偏二氯乙烯共聚物简介
偏二氯乙烯(VDC)是一种高阻隔性树脂,其O2的透过系数稍高于EVOH,而CO2和H2O的透过系数都比EVOH低。纯偏二氯乙烯加工性十分不好,难以单独加工。为此,常用偏二氯乙烯与其它单体共聚,得到偏二氯乙烯共聚体,通常称为聚偏二氯乙烯,英文缩写PVDC。共聚物虽然阻隔性稍有下降,但改善了加工性。偏二氯乙烯可用的共聚单体有多种,但以氯乙烯(VC)单体最为常用。偏二氯乙烯与氯乙烯的共聚物又称为“赛纶”,其中氯乙烯的含量为10%~15%。 PVDC的价格远低于EVOH,在我国应用比较普遍。 2、结构性能
在PVDC中,VDC的含量越高,其阻隔性越高;反之越低。 (1)一般性能 PVDC的外观为白色粉末,属半结晶性聚合物。相对密度为1.7,吸水率小于0.1%;热收缩率为25%~50%;阻燃性好,属自熄性树脂;透明性好,易于印刷。
(3)机械性能 机械强度高,其拉伸强度为80~120MPa,比EVOH还要高;断裂伸长率纵向小于84%,横向100%;PVDC的耐磨性好。
(4)耐环境性 耐环境性好,可耐油、油脂及各种溶剂;耐弱酸,但不耐碱。耐紫外线性差,易发脆。
(5)阻隔性能 PVDC具有优异的阻隔性,对O2的透过系数为0.5~4(cm3),对CO2的透过系数为1.2(cm3),对水的透过系数为0.2~6(g)。
PVDC阻隔性对湿度的敏感性小于EVOH。但对温度很敏感,温度从20℃升高到60℃,其透过系数增大100倍。 3、成型加工
(1)加工特性 PVDC属热敏性聚合物,加工中须加入热稳定剂和增塑剂。热稳定剂与PVC相同,但加入量更大。
PVDC在加工中易放出氯化氢(HCl)气体,易腐蚀螺杆,螺杆需镀铬保护。 PVDC易分解,加工废料不宜重复使用。
(2)加工方法 PVDC可用注塑、挤出、复合、涂覆及吹塑的方法加工,以涂覆方法为主。 PVDC也可作为中间层用于共挤复合,但由于其易于分解,对复合材料限制较多,只能同加工温度较低的材料共挤复合。比较适宜的材料有PVC、EVA、CPE等。 4、应用范围
PVDC阻隔材料应用的范围比EVOH要广泛,它除可用于保鲜包装材料外,还可用于碳酸饮料、防潮及保味等包装。
(1)防潮包装 各种干食品、干蔬菜、奶粉、茶叶、香料等。 (2)保鲜包装 货架搁置熟食品。 (3)碳酸饮料包装 汽水、啤酒等。 (4)海洋用品 渔网、绳索等。 (5)涂料。
(三)聚己二酰间苯二甲胺 1、聚己二酰间苯二甲胺简介
聚己二酰间苯二甲胺,英文简称MXD6,一般简称“尼龙MXD6”,是一种特殊的高阻隔性尼龙材料。MXD6的阻隔性虽比PVDC和EVOH稍差一点,但其阻隔性不受温度及湿度的影响,这尤其适合于高温和潮湿场合使用。在当今阻隔性包装以及以塑代钢的大趋势中,尼龙MXD6成为引人注目的塑料新品种之一。
2、结构性能
(1)一般性能 MXD6是一种结晶型芳香尼龙,与其它尼龙相比,其吸水率低,吸水后尺寸变化小。成型收缩率低,适于精密制品的加工。
(2)机械性能和热性能 MXD6具有优异的机械性能和热性能,其机械强度和热变形温度高,线膨胀系数小。进行玻璃纤维增强后,力学性能还可大幅提高。机械性能受温度影响较小,可在很宽的温度范围内保持高的强度和刚性;机械性能受湿度的影响也较其他尼龙低。 (3)阻隔性能 MXD6对O2的透过系数为2~5(cm3);对CO2的透过系数为28(cm3);对H2O的透过系数为15~30(g)。
在常温下和相对湿度较低时,MXD6的阻隔性不如EVOH和PVDC好,但随温度和湿度增加,其阻隔性能下降不像EVOH和PVDC那样快,即在高温和高湿度下,MXD6的阻隔性与它们接近。 由于MXD6和PET在熔点、玻璃化温度等热性能方面非常接近,两者极易形成合金。在PET中MXD6含10%,其阻隔性能提高2倍,且撕裂强度、耐压性、透明性与纯PET单层瓶相当;用MXD6与PET复合生产碳酸饮料瓶,当MXD6层为总厚度的6%时,保留85%碳酸气的储存时间为245天,而纯PET瓶仅为84天。 3、应用范围
预计汽车将是MXD6的最大市场,而阻隔包装材料次之。 (1)包装材料
食品包装 主要以PET/MXD6共混的形式制瓶,用于酒、饮料、药品及食品的包装。 软垫材料 用于精密仪器、仪表及贵重物品的防震包装。 (2)工程结构材料
在汽车配件中,许多场合要求材料制品具有高机械强度和良好的耐油性能,并可在120~160℃范围内长期使用。玻璃纤维增强的MXD6的耐热温度可达225℃,高温下的强度保持率高,可用于汽车引擎的缸体、缸盖、活塞、同步齿轮等。
MXD6/PPO合金具有耐高温、高强度、耐油、耐磨损、尺寸稳定性好等性能,可用于汽车车体的垂直外板、前后挡泥板、车轮罩和几乎不能用钢板冲压成型的曲面部分及汽车底盘。
(3)磁性塑料 复合磁性塑料中的树脂材料以前常用PA6、PA66、PA12、PP等,但PA6、PA12的吸水大,吸水后耐热性不够。而MXD6的吸水小,密度小,收缩率小、尺寸精度高,是理想的复合磁性树脂材料。
(四)聚丙烯腈共聚物 1、聚丙烯腈共聚物简介
纯聚丙烯腈(PAN)的阻隔性能十分优异,但由于其吸水性太大,严重影响PAN的阻隔性及其他性
能,并且难以加工。因此,纯PAN很少使用,而常用PAN共聚物。PAN共聚物可有效地降低其吸水性,并基本保持其原有的阻隔性。 2、结构性能
PAN共聚物具有优良的气体阻隔性,保香、保味性能也很好。对O2的透过系数为8(cm3),CO2的透过系数为16(cm3),H2O的透过系数为50(g),比EVOH、PVDC的阻隔性差,与MXD6相当。 PAN共聚物的阻隔性受温度、湿度影响,其对温度的敏感性与EVOH接近,但比PVDC小。PAN共聚物耐化学药品性好,具有中等拉伸强度,用橡胶改性后或双向拉伸后,冲击性能好。
(五)聚萘二甲酸乙二醇酯塑料 1、聚萘二甲酸乙二醇酯塑料简介
聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)的结构与性能与PET十分相似,只要将PET结构中的苯环置换成萘环即可。
2、结构性能
PEN具有与PET相似的结构,因而也具有相近的性质;但由于PEN中的萘环比PET中的苯环体积更大,导致PEN分子链的刚性更高,比PET具有更优异的机械、电气、化学、耐热及阻隔等性能。 PEN的分子结构单元大,其结晶速率仅为PET的七分之一,所以PEN比PET更适于制作透明类制品。
(1)一般性能 PEN外观与PET相似,相对密度1.36,吸水率0.3%,均比PET略低一点;成型收缩率纵向为0.9%,低于PET的1.5%,横向收缩率几乎接近零。
PEN在可见光下为透明状,在紫外光范围内,可通过波长380nm以下的光。在阳光下容易变色,但耐光性比PET强。
(2)热学性能 PEN的热变型温度为121℃,比PET高36℃;熔融温度273℃,略高于PET。PEN长期耐热性能好,可在155℃下长期使用。
PEN的尺寸稳定性好,热收缩率小,在150℃时仅为0.9%,比PET小近60%左右;热膨胀系数为13×10-6/ ℃(纵向),略低于PET。
(3)机械性能 PEN的机械性能普遍高于PET,其拉伸强度为60MPa,比PET高35%左右。双向拉伸薄膜的机械性能更好,其纵向拉伸强度为280MPa,横向拉伸强度为270MPa。PEN的弯曲模量比PET高5%;断裂伸长率比PET略低;直角撕裂强度与PET相当;冲击强度比PET低15%左右。 由于PEN分子的结晶速度慢,拉伸时分子取向带来的结晶度低,因此比PET更适于高倍率拉伸。 (4)化学性能 因分子结构中含有酯基,遇水会发生水解反应。但PEN的水解速率比PET小,水解引起的机械性能下降程度仅为PET的三分之一。 PEN可耐除浓硫酸、浓硝酸及浓盐酸以外的几乎所有化学药品。其耐放射线性能是PET的6倍左右,可达到11MGy。
(5)电学性能 PEN的介电强度和电阻率与PET相当,并在较宽的温度范围内变化小。
(6)阻隔性能 PEN最突出的性能之一为优异的阻隔性,对各种小分子物质的阻隔性能都好于PET。对O2的阻隔性能是PET的4倍,透过系数为9.6(cm3);对CO2的阻隔性能是PET的5倍,透过系数为35(cm3);对H2O的阻隔性能是PET的3.5倍,透过系数为6.7(g)。 3、成型加工
PEN同PET一样,属于非牛顿流体,其粘度对温度不敏感,而对剪切速率敏感。其熔体粘度比PET高10倍左右,加工温度高于PET;PET可用的加工方法都适用于PEN的加工。 4、应用范围
(1)利用高阻隔性能 PEN的最大用途为阻隔性包装材料,用于食品及医用包装,具体有啤酒、汽水、牛奶及保鲜食品的包装。1998年,第一批PEN啤酒瓶在意大利的SIPA公司出现,盛装的啤酒存放6~9个月后口感与玻璃瓶无异,CO2的含量相同。
(2)利用高强度、高刚性 PEN可用于制造高档磁带基膜、胶片、F级绝缘材料、光盘、耐热电容器膜、扬声器话筒震动膜等。
(3)利用耐热性、尺寸稳定性 PEN可生产透明导电膜、高密度软磁盘、光盘、电子部件、变压器、软印刷电路板、集成电路基座及平面发热体等。
(4)利用耐辐射性 可生产宇航用品及原子炉内的膜片。 三、导电性塑料
1、电性塑料简介
导电塑料是指体积电阻率小于1MΩ•㎝,或电导率大于2s/cm的一类聚合物。
至少在20世纪80年代以前,人们一直认为塑料是绝对的非导体材料。1977年日本学者K . Siakawa和Mac . Diarmid首次开发出体积电阻率为1KΩ•㎝的聚乙炔,并于1986年将其进行双向拉伸改性处理
后,电导率可达104~105s/cm,接近于金属铜和银的电导率,这时,人们才认识到塑料也有可能成为导体,而且是电的良导体。
目前,已开发的导电塑料品种有:聚苯胺(Pan)、聚对亚苯基(PPp)、聚乙炔(Pa)、聚对亚苯基乙炔(PPv)、聚吡咯(Ppy)及聚噻吩(PTh)等。
纯导电性树脂的实际导电性都不好,但经过掺杂处理后,导电性可大幅度提高,成为导电塑料。 导电性塑料具有质轻、防腐蚀、防生锈等优点,是一类很有发展前途的导电材料。但是到目前为止,虽对导电聚合物的研究已逾20载,但离实际大规模应用还有很远的距离。例如,在电极材料、光电材料等方面,导电塑料还缺乏竞争力。这主要是因为如下几方面的原因:
(1)加工性不好 迄今为止,导电聚合物都不具有可熔的热塑性塑料的加工特点;而且,具有可溶性的聚合物品种也不多,目前只有可溶性PAn和聚3-长链烷基噻吩两种。大多数聚合物都为不熔不溶,难以加工。可溶性聚合物只能采用溶液流延法成型。
(2)稳定性不好 随着芳杂环导电聚合物的开发,解决了导电聚合物化学和环境不稳定的问题;但掺杂物本身的不稳定性也会导致导电聚合物的不稳定。
(3)较难合成结构均一的聚合物 导电聚合物都存在着化学结构上的缺陷,各个层次上的凝聚态也存在多分散性。 (4)价格高。 四、透明类塑料
透明类塑料是指普通光线透过率在80%以上的一类高分子材料。衡量透明类塑料性能的指标有:透光率、雾度、折射率、双这涉及色散等。
透光率是指透过材料的光通量与入射到材料表面上的光通量之百分比(%)。材料的透光率越高,其透明性越好。光学玻璃的透光率为95%左右,PMMA的透光率为93%。
雾度是透明材料散射光通量与透过光通量之百分比,它是衡量透明或半透明材料混浊程度的指标,雾度越大,材料的清晰度越差。
折射率是透明材料的光学指标。用于透镜的材料,希望其折射率大一些,可减少透镜的厚度。塑料的折射率在1.5左右。
双折射是材料平行方向与垂直方向折射率的差值,它表征材料光学性能各向异性程度。用于光学用途的材料,要求双折射越小越好,以防止产生图像变异。
色散也是一种光的的损失,用阿贝数表示,它与材料的折射率有关,折射率越大,阿贝数越小。 一种好的透明材料要求为:高透光率、低雾度、高折射率、小双折射、小色散。 透明类塑料有:有机玻璃(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯(PS)、PET、PEN、聚醚砜(PES)、K树脂(BS)、AS、NAS、PMP、EVOH、J.D、HEMA、CR-39、mPP、mPE、聚降冰片烯、透明尼龙、透明环氧树脂等。以下介绍几种前面没有涉及到的透明塑料品种。 1、PMP
PMP的学名是聚4-甲基-1-戊烯,商品名TPX,因此,习惯上也称为TPX。 PMP的相对密度0.83,是热塑性塑料中密度最小的种类。透明性很好,透光率为90%,介于 PMMA和PS之间。其紫外线透过率仅次于玻璃位居第二位;折射率为1.463,属于偏低者;阿贝数为56.4,有些偏大。吸水性极低,耐水性好。
PMP的刚性大,温度高于100℃时,刚性超过PP;高于150℃时,刚性超过PC。其机械性能随温度变化小,在250℃时,仍具有可使用的机械强度;在接近熔点时,仍可保持形状稳定。其制品在低温至常温(30℃以下)下使用,断裂伸长率小、冲击性能差、强度大致同PE;在30℃以上使用时,其柔性增加,断裂伸长率和冲击强度增大。
PMP的电性能优良,好于其他聚烯烃塑料。
PMP的耐药性好,能耐无机酸、碱等化学品,但易受强氧化剂侵蚀,轻质烃和氯代烃会使其溶胀。耐紫外线性不好,时间长久会变黄。
PMP的具体用途有医疗器械、实验室用品、食品容器、汽车部件、照明灯具、高压电缆等。 2、BS或K树脂
BS学名苯乙烯/丁二烯共聚物,习惯上又称为K树脂。
BS最大的特点为透明性好,其透光率可达90%~95%,接近于PS。BS聚有GPPS的物理性能,且抗冲击性能远远好与PS,酯比ABS和HIPS稍差一点,热变性温度略低于GPPS。
BS大量用于透明包装材料。可用于自动售货机的透明罩,带铰链的透明盒,装饰品及玩具等。还可用于医疗器材,这是由于其在消毒过程中性能不变。 3、AS
AS学名苯乙烯/丙烯腈共聚物,又称为SAN。它是一种优秀的透明材料。AS外观呈水白色,可为透明、半透明或不透明状态。无毒。相对密度1.06~1.08,透光率为87%~94%,折射率为1.57,成型
收缩率为0.2%~0.5%。
AS抗冲击性好,但对缺口敏感;机械强度和透明性能与PS相当,耐应力开裂性好于GPPS,耐划伤性好,刚性较高,尺寸稳定性高。
AS对非极性物质如汽油、煤油和其他芳香化合物具有较高的化学稳定性,耐水、耐无机酸、碱、洗涤剂、氯化烃等,但能被有机化合物溶胀,能溶于酮类溶剂中。 AS的耐候性中等,老化后发黄。
AS的应用大部分是利用其透明性,如灯具类、笔、透镜、信号灯与车灯外壳、打火机、速度表玻璃、玩具、酒杯、工艺品、装饰品及包装材料等。还可用于家电配件、仪表盘、电气零件、蓄电池外壳及日用品等。
4、聚降冰片烯
聚降冰片烯属于环烯烃类聚合物,具有如下性能:
(1)优良的光学性能 聚降冰片烯的透光率为92%,折射率为1.51,接近PMMA,高于PC。 (2)较高的耐热性能 聚降冰片烯的热变形温度为162℃,这在塑料中是很高的耐热温度,比PMMA高80℃,比PC高20℃。
(3)低吸水性 其吸水率为PMMA的1/5,与PC相似。吸水后尺寸变化仅为0.04%。 (4)表面硬度高 聚降解冰片烯的表面硬度比PMMA、PC 都高,具有很高的抗划痕性。 (5)粘合性好 易于涂层处理。
聚降解冰片烯尤其适合于制造透镜,它透明性高,耐高温、耐湿性好,对温度变化不敏感。 5、纤维素类透明塑料 (1)乙酸纤维素
乙酸纤维素可分为三乙酸纤维素和二乙酸纤维素两种,英文简称CA。
乙酸纤维素为白色粒状、粉状或棉花状固体,具有坚硬、透明及光泽好等优点。折射率为1.49%,透光率为87%。拉伸强度为13~61MPa,悬臂梁冲击强度21~277J/m。热变形温度43~98℃。体积电阻率为1013Ω•cm,介电常数(106Hz)3.2~7,介电损耗角正切值(1MHz)为0.01~0.1。
三乙酸纤维素较二乙酸纤维素强韧,拉伸强度大几乎一倍。耐热性高,宜制造电影胶片。二乙酸纤维素较易溶解于浓盐酸和丙酮而不溶于二氯甲烷和氯仿;三乙酸纤维素则不溶于盐酸和丙酮,但可溶于二氯甲烷和氯仿。
三乙酸纤维素广泛用于胶片、薄膜及磁带等制品;二乙酸纤维素用作香烟过滤嘴、手柄、自行车把、笔杆及眼镜框架等。 (2)硝酸纤维素
硝酸纤维素,英文简称CN,是世界上第一个天然改性塑料材料,又称为“赛璐璐”。 硝酸纤维素为白色无味固体,相对密度1.38,坚韧、着色鲜艳。透明性好,折射率为1.5,透光率为88%。吸水性小、尺寸稳定性高;连续使用温度为60℃。拉伸强度48~55MPa,介电常数为7.0~7.5,介电损耗角正切值为0.09~0.12。
硝酸纤维素可用于制作文教用品如乒乓球、三角尺、笔杆及乐器外壳等。日常用品如玩具、化妆品盒、眼镜框、伞柄、自行车把及刀柄等。 6、其他透明类塑料 (1)CR-39
CR-39属热固性树脂,但可浇铸成型。
CR-39的相对密度为1.32,吸水率为0.2%。具有优异的光学性能。它的透光率高,可达 91%;折射率为1.50,与二烯丙基邻苯二甲酸酯共聚后,折射率可提高到1.546;阿贝数为58,双折射小。耐热性好,热变形温度可达140℃。硬度较高,耐冲击型好。
CR-39的缺点为,耐磨性不好,可用涂层方法改善;折射率稍低,可用共聚方法改善。 CR-39是一种高档光学材料,非常适合于眼镜片的制造。 (2)J.D
J.D为聚醚砜的衍生物,属于热固性塑料,可用浇铸方法成型。
J.D的相对密度为1.19,吸水率仅为0.06%。光学性能很好,透光率达到92%,折射率可调,且最大折射率可达1.62,是透明塑料中最大的;色散较小,阿贝数仅为27。
J.D的硬度较大,洛氏硬度在138~332范围内,莫氏硬度可达到6H。其成本仅为PMMA的1/2、CR-39的1/6,是一种可与CR-39相竞争的光学材料。
J,D主要用于镜片的制造,由于其折射率大,镜片厚度可大大降低,是一种很有前途的光学材料。 (3)HEMA
HEMA是一种常用的隐形眼镜用透明塑料材料,具体组成为甲基丙烯酸羟乙酯。隐形眼镜对材料的性能要求很高,除应具备一般透镜所要求的性能外,,还要求具有良好的吸水性、氧气透过性、弹性、
韧性以及与人体的生理相容性等。
HEMA的吸水率高达39%~60%,可有效提供人眼球需要的水分;它的透光率达到97%,比光学玻璃还要高;与人体的生理相容性好;折射率为1.43~1.45,相对密度1.16~1.17。 五、降解类塑料
降解塑料又称为可分解塑料,它是指在一定使用期内具有与其相对应普通塑料制品一样的性能,而在完成一定功能的服役期后,在特定环境条件下,其物理化学结构发生重大变化,能迅速分解并与自然环境同化的一类聚合物。
按降解机理不同,可分为:光降解塑料、生物降解塑料、光-生物降解塑料、水解塑料。目前开发的降解塑料主要为生物降解塑料、光降解塑料和光-生物降解塑料。 1、脂肪族聚酯类生物降解塑料
这是研究的最早最广泛并获得实际应用的一类生物降解塑料。它又可分为:微生物合成聚酯类、聚交酯类、脂肪族聚酯类及聚ε-已内酯等 (1)微生物合成聚酯类生物降解塑料 ① 聚3-羟基丁二酸酯(PHB) PHB是在缺乏氧、磷、氮和]硫等生命养料的环境中,某些细菌在发酵期间内形成的一种降解聚合物,因此也称为微生物合成类生物降解塑料。
PHB为一种热塑性聚酯材料,性能介于PVC和PET之间,其熔点为180℃,可进行挤出和模压成型。
PHB主要应用于医药、农业及消费包装三个方面。特别是在医药上,显示出特有的性能。在矫正外科手术中,PHB作为药物基质被置入人体内,以控制药物的释放。当药物释放完毕后,PHB在人体内自然降解,最终产物为3-羟基丁酸,在人体血液中它是一种普通的代谢物,不会给人体带来任何副作用。PHB可制成外科手术缝合线,用于眼科手术中,可无需拆线过程。 ② 聚3-羟基丁二酸酯/3-羟基戊二酸酯(P3HB/3HV)
P3HB/3HV是以丙酸、葡萄糖为碳原食物,通过发酵制成。它的机械性能好,可从软到硬;耐热性优良,可在热水中使用,相当于PP;耐水性、耐油性、耐药品性及阻隔性都很好;耐候性也好,可不加抗氧剂及光稳定剂直接使用。
P3HB/3HV在好气和厌气(如河、海淤泥中、深水管中、深土中)条件下均显示良好的生物降解性,最后分解为二氧化碳和水而消失。在空气中和净水中安全稳定,不会发生降解。 (2)、聚交酯类生物降解塑料
这是一类研究活跃程度仅次于微生物合成类的生物降解塑料。 ① 聚乳酸(PLA)
聚乳酸的学名为聚丙交酯,英文简称PLA。PLA是一种虽开发较晚但技术较成熟的生物降解塑料品种。目前,制约PLA发展的主要为价格。一方面,乳酸原料的价格较高;二是PLA的提纯工艺复杂,生产成本高。
随PLA相对分子质量的增大,其力学性能提高。因此,用于塑料的PLA要求相对分子量至少要达到10万以上。
PLA可进行自然降解,如CPLA在3~6个月即成为低分子聚合物,6~8个月分解成为二氧化碳和水。
PLA具有优异的加工性能,可用通用的塑料加工设备加工,如注塑、挤出、拉伸、拉丝、吹塑等。具有良好的制袋、印刷及二次加工性。加工热稳定性好,CPLA的加工温度可达200℃。 ② 聚乙丙交酯(PLGA)
PLGA实际上是由乳酸(PLA)和羟乙酸(PGA , 又称乙醇酸)共聚而成。PLGA在20~40℃温度范围内,pH为7~9容易降解,在人体内可降解成小分子化合物,随体液排出。PLGA具有良好的生理相容性,由于价格比较高,目前主要用于医疗,如手术缝合线、骨科固定、组织修复、药物缓释材料等。 (3)、脂肪族聚酯类生物降解塑料
脂肪族聚酯类生物降解塑料包括聚亚丁基丁二酸酯(PBS,又称聚琥珀丁二酸)和聚亚丁基丁二酸酯/己二酸酯(PBSA)。
PBS和PBSA的生物降解性好,并且PBSA好于PBS。 降解性能:① 在厌氧条件下,30日可降解90%以上。 ②堆肥试验,12周后降解90%。 (4)、聚ε-己内酯(PCL)
PCL为结晶性聚合物,熔点60℃,玻璃化温度为-60℃。PCL的柔软程度、拉伸强度与尼龙相似。 由于PCL熔点低,很少单独使用,通常与其他树脂共混,以提高耐热性,改善机械性能和加工性。 PCL在适宜的条件下,20天可降解45%~75%。
2、天然高分子类生物降解塑料
天然高分子类生物降解塑料主要指淀粉、纤维素及壳聚糖等天然高分子材料的改性品种,改性的目的主要为改善或赋予其加工性能。
天然高分子类生物降解塑料已开发的种类有:改性天然高分子材料如改性淀粉、改性纤维素如乙酸纤维素、天然高分子材料与合成生物降解塑料的混合物、天然高分子材料之间的混合物。
①改性淀粉 改性淀粉随改性程度不同,在100~150℃范围内出现玻璃化温度,从而具有可塑性,可用熔融的方法加工成型。改性淀粉的吸水性十分低,一般只有百分之几,使之成为具有实用价值的生物降解塑料。
改性淀粉的降解性能很好,其拉伸试验片放在2501堆肥中,50天后降解70%。
②改性纤维素 乙酸纤维素是改性纤维素生物降解塑料,它透明度高,机械强度高,韧性好,易成型加工。
用300μm的乙酸纤维素薄片进行土壤掩埋生物降解试验,49天下降43%,70天下降63%,140天100%消失。
③淀粉/合成降解塑料共混
淀粉可以同各种合成的生物降解塑料进行共混,以改善其加工性能。例如,淀粉同聚乙烯醇共混制成的生物降解性塑料,流动性好,力学性能几乎与聚乙烯相同,耐油性及耐溶剂性好,抗静电性好,印刷性合着色性好。其降解性能堆肥试验20天后降解80%。 3、聚氨酯类生物降解塑料
纯聚氨酯塑料不具有生物降解性,但可把含有多个羟基(—OH)的天然高分子化合物作为聚氨酯多元醇的组分之一,制成各种聚氨酯材料。这样既可以减少多元醇的用量,降低成本;又可赋予其生物降解性能。
目前已开发的生物降解性聚氨酯塑料有:低聚糖衍生聚氨酯,木质素、单宁及树皮衍生聚氨酯,纤维素衍生聚氨酯,淀粉衍生聚氨酯等。
生物降解类聚氨酯塑料继承了纯聚氨酯的优异性能,尤其是良好的生理相容性和抗血栓性。因此,生物降解类聚氨酯可广泛用于医学领域,如用于人工骨、人造皮肤、手术缝合线及缓释药物材料等。 4、聚酯化酰胺类生物降解塑料
以前生物降解类塑料主要集中在脂肪族聚酯上,近年来开发出聚酯化酰胺(PEA)类生物降解塑料,并主要用于农业。
PEA的熔点为125℃,拉伸强度与PE相当。在正常情况下它保持稳定性,但在湿气和腐殖质的协同作用下,PEA可发生生物降解。
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