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1、,第五章,智能橡塑材料,塑料和橡胶是以高分子聚合物为基础添加各种助剂而成的混合物体系，在常温下有固定的形状和强度，在高温下具有可塑性的高分子材料。 塑料和橡胶的区别是塑料在常温下处于玻璃态，强度较高；橡胶在常温下处于高弹态，弹性较大。,塑料,根据塑料的用途，可以分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三大类。 大多数塑料都能在加热时反复地塑化，称之为热塑性塑料。另外有一些塑料，它们只能在第一次加工时塑化，做成固定的形状。以后再把它加热，形状不再发生变化，这类塑料称为热固性塑料。热固性塑料由于其内部高分子的交联结构使本身的机械强度和耐热性都较热塑性塑料好。,常见的几种塑料,1. 聚乙烯（PE）,聚乙烯是
2、发展最为迅速，产量最大的一种塑料品种。 按照聚合反应的压力，可分为高压法和低压法。 高压法制成的聚乙烯。由于产品的密度较小，仅0.910g/cm30.925g/m3，因此被称为低密度聚乙烯（LDPE）。用低压法生产的聚乙烯密度高，达0.941g/cm30.965g/cm3，故称为高密度聚乙烯（HDPE）。HDPE是不透明的白色粉末，力学性能是所有PE产品中最好的。熔点也高于LDPE。,聚乙烯（PE）用途,PE是制备包装材料的重要原料，可以做成中空容器、食品周转箱，也可以做成各种日用杂品。PE还能纺成纤维，制作渔网或绳索，将PE纤维做成絮片，可以代替棉花作保暖材料。 利用PE优良的电绝缘性，经交
3、联处理的LDPE已大量用于制作电缆的绝缘层。PE还是电视、雷达等高频电器的绝缘材料，并能用于海底电缆的绝缘。,2. 聚氯乙烯树脂（PVC） Polyvinyl Chloride,它是世界上产量最大的塑料产品之一，价格便宜，应用广泛，聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。根据不同的用途可以加入不同的添加剂，聚氯乙烯塑料可呈现不同的物理性能和力学性能。在聚氯乙烯树脂中加入适量的增塑剂，可制成多种硬质、软质和透明制品。 硬聚氯乙烯有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击能力，可单独用做结构材料。 软聚氯乙烯的柔软性、断裂伸长率、耐寒性会增加，但脆性、硬度、拉伸强度会降低。,PVC性能及用途,作为硬塑料，PVC可以
4、用于制造在常温下使用的不耐压的容器、管材或板材，如化工厂的输液管道、管配件、贮槽和输液泵的泵体材料。 聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可作低频绝缘材料，其化学稳定性也好。 PVC的板材在建筑上有很多的应用。在PVC中混入大量的碳酸钙做成钙塑料，可以提高塑料的硬度，降低成本，用于代替钢铁或木材，制作塑料门窗、楼梯扶手、地板、天花板和电线套管等。将PVC轻度发泡，可以制成塑料地毯和塑料墙纸等。,3. ABS树脂 （Acrylonitrile-Butadiene-Styrene ）,ABS的名称是来自丙烯睛（Acrylonitrile）、丁二烯（Butadiene）和苯乙烯（Styrene）三种单体的
5、第一个字母。是一种以苯乙烯树脂为基料、通过三种单体共聚或共混制备而成的高强度树脂。 这种树脂综合了三种组分的优点，因此，ABS树脂的综合性能非常优异。 抗冲击性好，硬度高， 绝缘性和化学稳定性都好，,ABS树脂在家电和汽车工业中得到广泛的应用，如电视机、洗衣机、电话等家用电器及仪器仪表的外壳，冰箱及其他冷冻设备的内胆，汽车仪表板及其他车用零件，齿轮、泵的叶轮、塑料管道等。目前多数的塑料外壳笔记本电脑都是采用ABS工程塑料做原料的。,4. 尼龙（聚酰胺）PA Polyamide,聚酰胺俗称尼龙。 是最实用的、产量最大的工程塑料。它的性能良好，尤其是经过玻璃纤维增强后，强度更佳，应用更广。尼龙塑料
6、有很好的耐磨性、韧性和抗冲击强度。主要用作具有自润滑作用的齿轮和轴承。 尼龙中的主要品种是尼龙6和尼龙66，占绝对主导地位， 尼龙的改性品种数量繁多，如增强尼龙，单体浇铸尼龙（MC尼龙），尼龙与其他聚合物共混物和合金等，满足不同特殊要求，广泛用作金属，木材等传统材料代用品，作为各种结构材料。,由于聚酰胺具有无毒、质轻、优良的机械强度、耐磨性及较好的耐腐蚀性，因此广泛应用于代替铜等金属在机械、化工、仪表、汽车等工业中制造轴承、齿轮、泵叶及其他零件。常用于制作梳子、牙刷、衣钩、扇骨、网袋绳、水果外包装袋等等。无毒性，但不可长期与酸碱接触。 聚酰胺熔融纺成丝后有很高的强度，主要做合成纤维并可作为医用
7、缝线,降落伞、飞机轮胎帘子布、军服等军工产品和丝袜、衣着,地毯，渔网等民用产品，是三大合成纤维之一。,5. 聚碳酸酯（PC） Polycarbonate,PC是一种韧而刚性的塑料，强度高，尺寸稳定性高，特别适于制备精密仪器中的齿轮、照相机零件。医疗器械的零部件。PC的耐冲击性能也很好，可制造银行的安全玻璃和警察的防暴盾牌，也可用作电动工具的外壳。PC还具有良好的电绝缘性，是制备电容器的优良材料。 PC的耐温性好，可反复消毒，近年来被大量用于制备婴儿奶瓶、饮水杯（又称“太空杯”）和净水桶（用于盛装“太空水”）等中空容器。,PC的透光性好，可用于制备飞机风档，透明仪表板。同时，也是制备CD光盘的原
8、料。 日常常见的应用有光碟，眼睛片，水瓶，防弹玻璃，护目镜、银行防子弹之玻璃、车头灯等等,防弹玻璃,防弹玻璃是由两片以上玻璃（无机或有机玻璃）中间层用PVB胶片在一定温度、一定压力下胶合而成，在武器射程范围内能阻止子弹穿透，对于人体和财产提供防护的多层玻璃组合体，具有防弹、防爆、防盗的功能， PVB-聚乙烯醇缩丁醛树脂 Polyvinyl butyral resin,6. 聚四氟乙烯（PTFE） Polytetrafluorothylene,聚四氟乙烯有有非常优良的耐高低温性能，能在-260到250的温度下长期使用。化学性稳定。由于它在王水中也不会溶解，被誉为“塑料王”。聚四氟乙烯的上述特性在
9、工业上被用于制备化工设备和管道的耐腐蚀内衬。 聚四氟乙烯有很低的磨擦系数，是优良的减磨材料。在工业上，可用作转动部件的密封件。在民用上被用于制备不粘锅的涂料。,智能塑料,对于智能塑料目前没有严格的定义，通常指具有某些特殊机能的塑料材料，如导电塑料、磁性塑料、抗菌塑料、缓释塑料、吸水性树脂等。 许多高分子材料同时兼有多种功能，如纳米塑料、液晶高分子。不同功能的高分子材料之间也可以相互转换和交叉，如光电效应实质上是一种可逆效应，具有光电效应的材料可以说具有光功能，也可以说具有电功能。,几种功能塑料的介绍,1. 纳米塑料 纳米塑料的研制始 于20世纪80年代末，20世纪90年代已有很大的发展，研制的
10、纳米塑料大多是以无机纳米粒子和聚合物复合而成。,2. 环境降解塑料,环保玉米淀粉牙签,是指一类其制品的各项性能可满足使用要求, 在保存期内性能不变, 而使用后在自然环境条件下, 能降解成对环境无害的物质的塑料。 分为光降解塑料、生物降解塑料、化学降解塑料和双降解塑料,光降解塑料 光降解塑料是指该塑料在日光照射下发生裂化分解反应，使材料于日光照射后一段时间内失去机械强度，达到分解的目的。,光降解塑料的制备方法有两种： 一种是把含有发色基团的光敏化物质或光分解剂混入聚合物材料中； 另一种是将适当的光敏感基团(如一co)引入高分子结构中而赋予高分子材料光降解的特性。,生物降解塑料,生物降解塑料是指一
11、类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌（真菌）和藻类的作用而引起降解的塑料。,聚乳酸 “玉米塑料”,解决石油 危机的明灯,玉米、小麦、木薯等一些植物中提取的淀粉为最初原料,生物降解塑料循环过程示意图,光-生物双降解塑料,光-生物双降解塑料即是在光和生物双重作用下具有协同降解效果的塑料。这种塑料所以能够双降解，关键决定于它的整体材料中加有两种诱发剂，即在材料中掺混有生物降解剂淀粉，还掺有诱发光化学反应的可控光降解的光敏剂或被人称之为“定时器”的复配光敏剂以及自动氧化剂等助降解剂。,导电塑料是将树脂和导电物 质混合，用塑料的加工方式 进行加工的功能型高分子材 料。主要应用于电子、集成 电路包装、电磁波
12、屏蔽等领 域。,3. 导电塑料,4. 高吸水性树脂,高吸水性树脂（SAP）是一种含有强亲水性基团并有一定交联度的功能性高分子材料。与通常使用的吸水性材料（如棉、麻、纸张等）相比，在吸水性上具有独特的优势。 棉、麻、纸张等的吸水能力仅可以达到自身质量的1020倍，并且保水能力极差；而高吸水树脂的吸水能力可达到自身质量的几十倍甚至几千倍，并且具有优异的保水性能。,橡胶的概念（ASTM D1566标准） 橡胶是一种材料，能够在大的变形下迅速恢复其形变；能够被改性；改性的橡胶不溶于（但能溶胀于）沸腾的苯、甲乙酮、乙醇和甲苯混合液等溶剂中；改性的橡胶在室温下被拉伸到原长的2倍并保持1min后除掉外力，它
13、能在1min内恢复到原长的1.5倍以下。,橡胶,关于橡胶概念的说明,（1）橡胶是一种有机高分子材料。 橡胶的分子量通常都在10万以上，主要由碳和氢元素组成。 （2）橡胶最典型的特征是高弹性。 高弹性表现： 在较小作用力下可产生大变形（可达1000%以上）； 外力除掉后变形迅速而有力地回复； 永久变形小,（3）改性是指橡胶的硫化。 橡胶硫化是橡胶由线型大分子变成立体网状结构的过程。 橡胶中需要加入硫化剂与橡胶发生化学反应，形成化学键（交联键）才可交联。 （4）硫化橡胶不能溶解，只能溶胀。 橡胶硫化后变成网状结构，形成一个整体，放在溶剂中浸泡是不能溶解掉，只能体积胀大。 （5）橡胶具有粘弹性。 橡
14、胶具有弹性的同时还有粘性（流动性），变形的恢复受时间和温度影响。,关于橡胶概念的说明,所以，橡胶是一种具有高弹性和粘弹性且能硫化的有机高分子材料。 有关橡胶的其他几个概念： 生胶：没有加入任何配合剂的橡胶，由线型大分子组成，可以溶解； 混炼胶：生胶与各种配合剂经加工混合均匀且未交联的橡胶，由线型大分子组成，可溶解； 硫化胶：混炼胶在一定条件下经硫化而得到的网状结构的橡胶，不溶解，但能溶胀。,关于橡胶概念的说明,橡胶的特征,（1）橡胶具有高弹性和粘弹性； （2）橡胶具有电绝缘性； （3）橡胶有老化现象； （4）橡胶的模量低，常温下柔软，能吸收震动； （5）橡胶是热的不良导体，传热慢； （6）橡胶
15、强度低，需要补强； （7）橡胶具有气密性、耐水性； （8）大部分橡胶能燃烧； （9）橡胶的密度较小。,按原料来源:天然橡胶,合成橡胶 按用途:通用橡胶,特种橡胶,橡胶分类,天然橡胶,从天然产胶植物中制取的橡胶。 分子式是（C5H8）n，其成分中9194是橡胶烃（聚异戊二烯），其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。天然橡胶是应用最广的通用橡胶。,从橡胶树上采集的乳胶，经过稀释后加酸凝固、洗涤，然后压片、干燥、打包，即制得市售的天然橡胶。,天然橡胶的主要特点,具有较高的粘度，在存放过程中增硬，低温存放时容易结晶，在70左右时变成脆性物质。 无一定熔点，加热到130140完全软化，200左右
16、开始分解。 具有高弹性，弹性模量约为36MPa，弹性伸长率可达1000。 加工性能好，易于同填料及配合剂混合，而且可与多数合成橡胶并用。 耐油、耐溶剂性差。 化学活性高，易于交联和氧化，耐老化性差。,天然橡胶主要应用于轮胎、胶带、胶管，电线电缆和多数橡胶制品，是应用最广的橡胶。 目前，全球天然橡胶年消费量约800万吨左右，其中70%的消费用于汽车轮胎的生产。,1. 丁苯橡胶,丁苯橡胶是1,3-丁二烯和苯乙烯经共聚制得的弹性体。 性能特点其黏合性弹性和形变发热量均不如天然橡胶，但耐磨性耐自然老化性耐水性气密性等却优于天然橡胶，因此是一种综合性能较好的橡胶。丁苯橡胶是橡胶工业的骨干产品，它是合成橡胶第一大品种，综合性能良好，价格低，在多数场合可代替天然橡胶使用，可代替天然橡胶或与天然橡胶混合后使用。,常用合成橡胶,主要用途制造轮胎、胶带、胶管、胶鞋、电线电缆 。,2. 顺丁橡胶,由丁二烯聚合制 得的结构规整的合成橡胶。 性能特点其弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶，其缺点是强度较低，加工性能差
