《塑料材料-第四章：苯乙烯》由会员分享，可在线阅读，更多相关《塑料材料-第四章：苯乙烯（70页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 苯乙烯类塑料,第一节：聚苯乙烯（合成、结构、性能、成型加工及应用、改性）第二节：ABS（合成、结构、性能、成型加工及应用、改性）,聚苯乙烯树脂是由苯乙烯单体通过自由基聚合而成的聚合物，英文名称为Polystyrene，简称PS。其分子结构式为：,4.1 聚苯乙烯(PS),4.1.1 聚苯乙烯的制备方法,常温下苯乙烯为无色透明液体，有甜香味，在空气中快速氧化后生成醛、酮等氧化物，生成的醌类化合物会使苯乙烯着色。苯乙烯溶于大多数有机溶剂，对醚类、苯、正庚烷、四氯化碳、甲醇、乙醇、丙酮、二硫化碳等有无限的溶解性。苯乙烯单体有着火爆炸性和轻度毒性。化学性质非常活泼，单体在贮存、运输过程中，需要
2、加入少量的间苯二酚或叔丁基间苯二酚等阻聚剂以防止自聚。,苯乙烯 结构式：,1.单体：纯度99.5% 2.引发剂：热引发 3.反应器：塔式、釜式、槽式和管式等一般采用：两个或更多反应器串联 4.工艺：预聚聚合后处理先在预聚釜中使10%50%的苯乙烯聚合，然后在后面的反应器中使其他单体全部聚合。,聚苯乙烯生产工艺,单体/水：1/1.41/1.6 分散剂:聚乙烯醇 引发剂：BPO（占总引发剂的90%80%）和过氧化叔丁基苯甲酸酯（占总引发剂的10%20%）复合型引发剂 分散介质：去离子水 单体纯度： 99.5% 产物：相对分子质量可达20104，宜作发泡材料。,高温聚合优点 1.可不用引发剂，反应速
3、度快，产品质量高。 2.用无机悬浮剂，聚合产品外表面无表面膜，易于洗涤、分离。 3.配方来源丰富，成本低。 4.粘附物少，使釜运转周期加快。,苯乙烯高温悬浮聚合,4.1.2 聚苯乙烯的结构与性能,饱和烃类聚合物、属线型热塑性树脂,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。 PS的侧苯基在空间的排列为无规结构，导致PS为无定型聚合物，具有很高的透明性； 侧苯基使主链上氢原子活化，易于被空气中的氧氧化，制品长期户外使用变黄变脆。 耐辐射性能好。,体积较大的苯环侧基,4.1.2 聚苯乙烯的结构与性能,通用级PS 这种级别的PS在耐热性、流动性和冲击性能等方面都比较一般，
4、即各方面性能都兼备但不突出。 高分子量PS 这种PS的相对分子质量为5-20万。这种PS主要用于要求耐冲击而不降低其透明性的场合。 耐热PS 这种PS主要是降低高分子量PS中残留的低挥发性单体 易流动PS 这种PS主要是在低分子PS中加入内润滑剂和外润滑剂，并且适当控制粒度的形状和大小。,三,聚苯乙烯的性能,PS无色透明，无延展性，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，断口处呈现蚌壳色银光。 PS为无色透明的粒料，燃烧时火焰呈橙黄色并出发浓烟，带有松节油气味，吹熄可拉长丝； 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。,一般性能,三,聚苯乙
5、烯的性能,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，人称三大透明塑料。 PS的折射率为1.591.60，但因苯环的存在，其双折射较大，不能用于高档光学仪器。,光学性能,三,聚苯乙烯的性能,PS硬而脆、无延伸性、拉伸至屈服点附近即断裂。PS的拉伸强度和弯曲在通用热塑性塑料中最高，其拉伸强度可达60MPa；但冲击强度很小，难以用做工程塑料。 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。,力学性能,4.1.3 聚苯乙烯的加工,PS属无定形树脂，无明显熔点，熔融温度范围比 较宽（120180）；且热稳定性较好，分解温度 在300
6、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，PS的流动性十分好，是一种易于加工的 塑料。PS吸水率低，在加工前一般不需干燥；如有特殊需要时(如要求透明性高)才干燥，温度为7080，时间1.5h。,一,聚苯乙烯的加工性能,4.1.3 聚苯乙烯的加工,PS加工中易产生内应力，加工中应对制品进行热处理。 PS制品耐环境应力开裂性较差，对缺口很敏感，热膨胀系数也大，因而制件不宜带有金属嵌件，否则容易产生应力开裂。PS成型收缩率比较低，一般仅为0.4%0.7%，制品尺寸稳定性好 PS很容易着色、粘接、印刷性也很好。,一,聚苯乙烯的加工性能,二,聚苯乙烯的加工工艺,PS可采用注塑、挤出、发泡
7、、吹塑、热成型等 多种成型工艺，其中前三种工艺最常用。,注塑成型,将塑料原料经注射机料斗送至料筒内加热熔化，通过推杆或螺杆向前推压至喷嘴，迅速注入封闭模具内，冷却后即得塑料制品。,原理：,五个步骤：加料、物料熔融塑化、注射充模、制品保压冷却、脱模,挤出成型,将原料在料筒中加热至粘流状态，同时通过螺杆向前推压至机头，使之通过具有一定形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体，然后通过冷却，使其具有一定几何形状和尺寸的塑料制品。可生产管材、棒材、板材、薄膜、单丝、电线、电缆、异型材，以及中空制品等截面形状单一的制品等。,塑化,成型,定型,挤出成型,25,1951年，原联邦德国发明了可发性PS制造工
8、艺； 工艺条件简单：不需笨重模具、不需高温高压条件（铝质模具、低压蒸汽或沸水条件）； 可制造各种形状复杂的泡沫塑料制品； 用途广泛：冷藏、建筑、精密仪器、电子等工业的绝热、隔音、防震、防潮等包装材料。,发泡成型,26,可发性PS珠粒的制备方法,方法一：在PS聚合过程中加入低沸点碳氢化合物作为发泡剂； 方法二：将悬浮聚合的粒状PS在加热和加压条件下浸透发泡剂； 方法三：将PS挤出造粒或挤出切片，然后浸透发泡剂。,27,可发性PS的发泡原理,PS：珠状、悬浮法制备； 发泡剂：气体或液体，易挥发且对PS有溶胀作用，石油醚、异戊烷、戊烷、丁烷、氯化烃类、氟里昂等； 首先在加压及PS溶胀条件下使发泡剂溶
9、解在PS内； 预发泡：将可发性颗粒在水蒸汽、热水或热空气中加热进行预发泡，此时发泡剂气化，PS软化，珠粒膨胀； 冷却熟化，发泡剂在颗粒内部冷凝，重新溶解在PS内，形成一定真空度，空气透进微孔，内外压差平衡； 再次发泡，在蒸汽中颗粒再次膨胀并填满颗粒之间的间隙而形成一体。,28,可发性PS珠粒的成型工艺,预发泡：加热介质用红外线、高频发生器、热空气、热水或蒸汽等，其中热水应用较广；温度90105 ；时间1015min 熟化：2530 放置1232h或在3238 放置824h。颗粒越干，吸收空气速率越快，熟化越快。温度越高空气渗透进微孔速率越快，但发泡剂逃逸速率也越快，熟化超过5d，可能由于发泡剂
10、损失过多而导致不能成型失效。,29,条件：110120 加热1030min 在蒸汽中颗粒再次膨胀并填满颗粒之间的间隙而形成一体。 加热方式：热空气、热水、蒸汽（最好，水蒸汽能助长发泡能力）； 启模前应适当冷却，以防PS泡沫进一步发泡，导致变形； 再次熟化：25d,成型：,4.1.4 聚苯乙烯的应用,通用PS,PS泡沫,4.1.4 聚苯乙烯的应用,电器制品：电视机、录音机及各种电器的配件、壳体及高频电容器等。 透明制品：光学仪器、透明模型、灯罩、仪器罩壳及包装容器等。儿童玩具、装饰板、磁带盒、家具把手、梳子、牙刷把、笔杆及文具等。 包装材料：泡沫塑料，多用于电器、精密仪表、工艺品、玻璃制品及陶瓷
11、制品等包装；隔热材料等。,汶川大地震后建设了大量简易房 大量采用薄钢/PS保温建材。,但PS泡沫保温材料也会带来火灾的隐患!,2011春节沈阳皇朝万鑫大火,4.1.5 改性聚苯乙烯(PS),PS的缺点：,韧性差、 不耐热、易氧化降解、不耐溶剂,PS为用途广泛的通用塑料，其电绝缘性、化学稳定性、光学性能、加工性能十分优异，世界年产量超过600万吨，但大部分是共聚物。,一,高抗冲聚苯乙烯（HIPS）,二,苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）,三,苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物,4.1.5 改性聚苯乙烯(PS),35,一,高抗冲聚苯乙烯（HIPS） High impact polystyrene,组 分,机
12、械共混将橡胶相与PS相混合（配比：1520:8085），在辊压机、挤出机中共混。缺陷：混合不均匀，改性效果不佳。 接枝共聚顺丁、丁苯橡胶溶在St单体中进行本体或悬浮聚合，相容性好，韧性大为提高。,制备方法,PS和橡胶（PB、SBR）：橡胶增韧塑料,36,36,37,HIPS具备了优良的冲击性能，还具有PS的大多数优点，尺寸稳定性好、刚性好、易于加工、光泽度好等。,适于制造各种电器零件、设备罩壳、冰箱内衬及一次性用具。,具有很优异的综合物理力学性能、良好的耐化学性、易于加工且价格便宜，用途极广的工程级塑料。,4.2 ABS树脂,合成方法,机械共混将丁腈橡胶35份相与AS树脂65份，加上助剂，在辊
13、压机混炼：AS在149205 先塑化，再加入丁腈胶混炼20min即可。 乳液共混将丁腈乳液和AS乳液按比例混匀，加入助剂后破乳、洗涤、干燥、混炼即可。,共混法,共混法改性效果不佳，实际很少用。,合成方法,乳液接枝共聚先制备PB乳胶（过氧化异丙苯做引发剂，油酸钠做乳化剂）；将PB乳胶30份（固体含量）、St50份、An 20份加入反应釜（内含水300份），过硫酸钾为引发剂，油酸钠为乳化剂，6575 反应即得ABS乳胶。NaCl破乳，分离、干燥、挤出造粒。 本体悬浮接枝共聚先将PB橡胶和St、An进行本体聚合，转化率达到2535%；将产物倾入水中进行悬浮聚合；将产物脱水、洗涤、干燥、挤出造粒。,接
14、枝共聚,组分：丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三元共聚物（acrylonitrile-butadiene-styrene),组成：A：2040%；B：1030%；S：3060% 结构两相的三元共聚物：一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。,ABS大分子主链由三种结构单元重复连接而成，不同的结构单元赋予其不同的性能。 丙烯腈：高强度、耐热、耐化学腐蚀剂性好、表面硬度高； 丁二烯：韧性好； 苯乙烯：着色性、电绝缘性及加工性。 三种单体结合：形成了坚韧、硬质、刚性的ABS树脂。,ABS产品设计灵活性大、具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。,一般性能
15、 不透明呈象牙色的粒料，无毒、无味、兼有韧、硬、 刚特性，燃烧缓慢，离火后仍能继续燃烧，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落。 力学性能 冲击强度，耐磨性优良，尺寸稳定性好， 热学性能 可在-40100的温度范围内使用。 电学性能 电绝缘性较好，几乎不受温度、湿度和频率的 影响 环境性能 耐候性差。 加工性能 加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。,ABS具有优良的综合性能，由于组分、牌号 和生产厂家生产方法的不同，使之在性能上存在较大差异，因此以下的实验数据仅供参考。,ABS属于硬而韧的材料，在拉伸过程中将产生屈服点，拉伸强度可高达3563
16、MPa，伸长率也较高，一般为2040%，呈现一定的韧性。, 热性能, 电性能ABS的电绝缘性受温度和湿度的影响很小，且在很大频率范围内保持恒定。, 耐环境性ABS几乎不受水、无机盐、碱、酸类的影响，但在酮、醛、氯 代烃中会溶解或形成溶蚀液，它不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但 长期与烃接触会发生软化溶胀。ABS 表面受冰醋酸、植物油等化 学药品的侵蚀会引起应力开裂。 耐候性ABS的最大不足之处是耐候性较差，这是由于其分子中丁二烯 所产生的双键在紫外线的作用下易受氧化降解的缘故。经受350nm 一下波长的紫外线照射，氧化作用更甚。氧化速度与光的强度和波 长的对数成正比。实际使用结果表明，ABS在室外曝露半年后，其 冲击强度便下降45%，这一缺点可通过与PC、PVC、PU等共混或 加入苯并三唑类紫外线吸收剂改进。,
