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1、合成树脂及塑料 synthetic resin and Plastics 学习目的与要求 掌握塑料的分类 性能及应用 掌握 PE PMMA PVC PS ABS树脂 聚 氨酯树脂等生产工艺技术 结构 性能 及应用 1 8 1 塑料的分类与应用 树脂 resin 是指遇热变软 具有可塑性的天然高分子化合物的统称 一般 是无定型的透 明或半透明的固体或半固体 树脂的用途 树脂是制造合成塑料 合成纤维 合成橡胶 黏合剂 涂料 离子交换树脂 等产品的主要原料 树脂按来源分类 天然树脂 天然橡胶 树胶 虫胶 琥珀等 合成树脂 由单体合成或天然高聚物改性获得 2 8 1 塑料的分类与应用 塑料 plast
2、ics 是以树脂为主要成分 适当加入 或不加 添加剂 填料 增塑剂 稳定剂 颜料等 可在一定温度 压力下塑化成型 而产品最后能在常温下保持 形状不变的一类高分子材料 塑料与树脂的区别 树脂是纯的高聚物 而塑料是以树脂为主的高聚物制品 一 塑料的分类 按塑料受热后性能变化分类 热塑性塑料 成型后再加热重新软 化加工而化学组成不变的一类塑料 即具有可溶可熔性 热固性塑料 成型后不能再加热重 新软化加工的一类塑料 即具有不 溶不熔性 3 8 1 塑料的分类与应用 按应用分类 通用塑料 产量大 应用广 加工性能好 成本低的塑料 工程塑料 特种工程塑料 氟塑料PTFE 热致性液晶聚合物LCP 聚苯酯PH
3、B 聚芳酯PAR 聚醚酮类PEK 聚醚类PSF 聚酰亚胺类PI 聚苯硫醚PPS 通用工程塑料 热塑性聚酯PBT 聚苯醚PPO 聚甲醛POM 聚碳酸酯PC 聚酰胺 一般塑料 用量小 性能一般的塑料 如PMMA等 特种塑料 性能独特 价格高的耐热 阻隔 导电塑料 4 8 1 塑料的分类与应用 按塑料的组分分类 单组分塑料 合成树脂为主 少量助剂 多组分塑料 除合成树脂外 较多量助剂 PE塑料 PS塑料 PMMA塑料 PP塑料 PVC塑料 酚醛塑料 氨基塑料 国内塑料的应用 包装材料 4Mt 22 日用材料 3 5Mt 20 农业材料 3Mt 17 电子 机 汽车材料 3Mt 17 建筑材料 1 2
4、Mt 7 其他材料 3 3Mt 18 5 8 2 聚乙烯树脂及塑料 概况 聚乙烯 polyethylene 是由乙烯单体 经自由基聚合或配位聚合而获得的高聚 物 简称PE 产量居居世界首位 占总 树脂量的20 左右 2000年国内总产量 48Mt 其中国内生产能力3 23Mt 实 际生产2 75Mt 聚乙烯生产方法 高压法 中压法 低压法 6 8 2 聚乙烯树脂及塑料 一 主要原料 乙烯的结构与性质 乙烯CH2 CH2 乙烯的主要生产方法 乙烯的主要生产方法 液化天然气 液化石油气分离 焦炉煤气分离 乙醇催化脱水 石脑油 轻柴油 重油 原油裂解气分离 7 8 2 聚乙烯树脂及塑料 二 聚乙烯的
5、结构 性能 用途 聚乙烯的结构 乙烯的化学组成为碳和氢 重复结构单元为 CH2 CH2 是主链为碳原 子组成的线型高聚物 依据聚合方法的不同 其产物结构不同 高压法合成的聚乙烯平均每1000 个碳原子中含15 20个支链 其中短支链为甲基和长支链为烷基 如正丁 基等 而中压法和低压法合成的聚乙烯基本上无支链 高压聚乙烯的相对分子质量为25000 50000 结晶度为50 60 密度为 0 91 0 93 熔融温度为115 一般称为低密度聚乙烯 中压法合成的聚乙烯 相对分子质量为45000 50000 结晶度为85 以上 低压法合成的聚乙烯相对分子质量一般小于350000 超过1000000的为
6、超高 相对分子质量聚乙烯 结晶度80 以上 密度为0 92 0 97 熔融高于127 按照聚乙烯的结构性能可以分为高密度聚乙烯 HDPE 低密度聚乙烯 LDPE 超高相对分子质量聚乙烯 UHMWPE 线性低密度聚乙烯 LLDPE 和茂金属聚乙烯等 8 8 2 聚乙烯树脂及塑料 聚乙烯的性能 一般性能 聚乙烯树脂为无毒 无味的白色粉末或颗粒 外观呈乳白色 有似蜡的手感 吸水率低 小于 0 01 聚乙烯膜透明 并随结晶度的提高而降 低 聚乙烯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 易燃 氧指数为17 4 燃烧时低烟 有少量熔融落滴 火焰上黄下篮 有石蜡气味 聚乙烯的耐水性较好 制
7、品表面 无极性 难以粘合和印刷 经表面处理有所改善 支链多其耐光降解和耐氧化能力差 9 8 2 聚乙烯树脂及塑料 力学性能 聚乙烯的力学性能一般 拉伸强度较低 抗蠕 变性不好 耐冲击性好 冲击强度LDPE LLDPE HDPE 其他力学性能LDPE LLDPE HDPE 主要受密度 结晶度和相对分子质量的 影响 随着这几项指标的提高 其力学性能增大 耐环境应力开裂性不好 但当相对分子质量增加时 有所改善 耐穿刺性好 其中LLDPE最好 10 8 2 聚乙烯树脂及塑料 热学性能 聚乙烯的耐热性不高 随相对分子质量和结晶 度的提高有所改善 耐低温性能好 脆性温度一 般可达 50 以下 并随相对分子
8、质量的增大 最低可达 140 聚乙烯的线膨胀系数大 最 高可达 20 24 10 5 K 热导率较高 电学性能 因聚乙烯无极性 所以具有介电损耗低 介电 强度大的电性能优异 即可以做调频绝缘材料 耐电晕性塑料 又可以做高压绝缘材料 11 8 2 聚乙烯树脂及塑料 环境性能 聚乙烯属于烷烃惰性聚合物 具有良好的化学 稳定性 在常温下耐酸 碱 盐类水溶液的腐蚀 但不耐强氧化剂如发烟硫酸 浓硝酸和铬酸等 聚乙烯在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 温度高于 100 可溶于四氢化萘
9、由于聚乙烯分子中含有少量双键和醚键 其耐 候性不好 日晒 雨淋都会引起老化 需要加入 抗氧剂和光稳定剂改善 12 8 2 聚乙烯树脂及塑料 加工特性 因LDPE HDPE的流动性好 加工温度低 粘度大小适中 分解温度低 在 惰性气体中高温度300 不分解 所以是一种加工性能很好的塑料 但LLDPE的 粘度稍高 需要增加电机功率20 30 易发生熔体破裂 需增加口模间隙和 加入加工助剂 加工温度稍高 可达200 215 聚乙烯的吸水率低 加工前 一般不需要干燥处理 聚乙烯熔体属于非牛顿流体 粘度随温度的变化波动较小 而剪切速率的增 加下降快 并呈线性关系 其中以LLDPE的下降最慢 聚乙烯制品在
10、冷却过程中容易结晶 因此 在加工过程中应注意模温 以控 制制品的结晶度 使之具有不同的性能 聚乙烯的成型收缩率大 在设计模具时 一定要考虑 13 8 2 聚乙烯树脂及塑料 聚乙烯熔体流动速率与制品种类的关系 用途熔体流动速率 g 10min LDPELLDPEHDPE 吹塑薄膜 重包装薄膜 挤出平膜 单丝 扁丝 管材 型材 中空吹塑容器 电缆绝缘层 注塑制品 涂覆 旋转成型 0 3 8 0 0 1 1 0 1 4 2 5 0 1 5 0 0 3 0 5 0 2 0 4 1 5 50 20 200 0 75 20 0 3 3 3 0 1 1 6 2 5 4 0 1 0 2 0 0 2 2 0 0
11、 3 1 0 0 4 1 0 2 3 50 3 3 11 1 0 25 0 5 8 0 3 0 6 0 25 1 2 0 1 5 0 0 2 1 5 0 5 8 0 2 0 20 5 0 10 3 0 20 14 8 2 聚乙烯树脂及塑料 聚乙烯的用途 用途占树脂的比例制品 薄膜类制品LDPE的50 HDPE的10 LLDPE的70 用于食品 日用品 蔬菜 收缩 自粘 垃圾等轻 质包装膜 地膜 棚膜 保鲜膜等 重包装膜 撕裂膜 背心袋等 包装膜 垃圾袋 保鲜袋 超薄地膜等 注塑制品HDPE的30 LDPE的10 LLDPE的10 日用品如 盆 筒 篓 盒等 周围箱 瓦楞箱 暖瓶壳 杯 台 玩具
12、等 中空制品以HDPE为主 用于装食品油 酒类 汽油及化学试剂的桶 玩具 管材类制品以HDPE为主 给水 输气 灌溉 穿线 吸管 笔芯 用的管材 化妆品 药品 鞋油 牙膏等用的管材 丝类制品圆丝用HDPE 扁丝用HDPE和LLDPE 渔网 缆绳 工业滤网 民用纱窗等 纺织袋 布 撕裂膜 电缆制品以LDPE为主 电缆绝缘和保护材料 其他制品HDPE LLDPE LDPE 打包带 型材 15 8 3 聚甲基丙烯酸甲酯 聚甲基丙烯酸甲酯 polymethyl methacrylate 俗称 有机玻璃 简称 PMMA 是具有较高软化点 较好冲击强度和 耐气候性的 清澈 无色透明的热塑性塑料 一 主要原
13、料 甲基丙烯酸甲酯 CH2 C COOCH3 CH3 16 8 3 聚甲基丙烯酸甲酯 二 PMMA的生产工艺 聚合原理与实施方法 甲基丙烯酸甲酯的聚合反应主要按自 由基聚合机理进行 其引发方式可以是光 热 或引发剂 可以按本体 悬浮 溶 液 乳液聚合等方法实施工业生产 17 8 3 聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA生产工艺 本体浇注法生产板 棒 管状有机玻璃 有机玻璃板材的生产 单体 配料制浆灌浆排气封合聚合脱模裁切包装入库 制模模板清洗新模板 18 8 3 聚甲基丙烯酸甲酯 三 聚甲基丙烯酸甲酯的结构 性能与用途 聚甲基丙烯酸甲酯的结构 聚甲基丙烯酸甲酯是含70 75 间同立构的线型热 塑性高聚物
14、 因为它不 具有完全的规整结构 而且有庞大的侧基 因此是无定形 的 如果采用配位聚合 也可以得到全同产构或间同立构聚甲基丙烯酸甲酯 聚甲基丙烯酸甲酯的性能 光学性能 聚甲基丙烯酸甲酯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 19 8 3 聚甲基丙烯酸甲酯 力学性能 聚甲基丙烯酸甲酯是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 且对缺口敏感较大 表 面硬度一般 易于划伤 耐磨性较低 抗银纹能 力较差 热学性能 聚甲基丙烯酸甲酯的氧指数为17 3 属于易燃 塑料 燃烧有
15、花果臭味 耐热温度不高 长期使 用温度仅为80 20 8 3 聚甲基丙烯酸甲酯 电学性能 由于分子中极性较大 其电性能不如聚乙烯好 其介电常数较大 主要用作高频率绝缘材料 环境性能 聚甲基丙烯酸甲酯的耐候性好 长期在户外使用 性能下降很小 聚甲基丙烯酸甲酯中酯基的存 在使其耐溶剂一般 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 21 8 3 聚甲基丙烯酸甲酯 加工性能 聚甲基丙烯酸甲酯熔体属于非牛顿流体 粘度变 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 聚甲
16、基丙烯酸甲酯对加工温度比较敏感 成型温度 在180 230 加工温度范围比较窄 超过 260 以上即分解 因此加工时要严格控制温度 以防止过热 22 8 3 聚甲基丙烯酸甲酯 聚甲基丙烯酸甲酯在加工前需要进行干燥处理 使其含水量在0 02 以下 干燥条件 先在100 110 干燥4h 再于70 80 干燥2h 料层厚度应小于30mm 聚甲基丙烯酸甲酯的熔体粘度较大 成型中易 产生内应力 为得到尺寸精度高的制品 必须在 85 下进行缓慢退火处理 23 8 3 聚甲基丙烯酸甲酯 聚甲基丙烯酸甲酯的用途 照明及采光 常用于灯罩 汽车 轮船 飞机 上的窗玻璃及挡风玻璃 仪表窗 展示窗 广告 窗 天花板 照明板等 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及光纤等 医学材料 用于牙科材料如牙托 假牙以及假 肢材料等 日用品 各种产品模型 标本及工艺美术品等 各种钮扣 发夹 儿童玩具 笔杆及绘图仪器 等 24 8 4 聚氯乙烯树脂及塑料 概况 聚氯乙烯是由氯乙烯单体经自由基聚合而成的聚合物 简称PVC 是最早实 现工业化的树脂品种之一 在20世纪60年代以前是产量最大的树脂
