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1、第3章(原第10章) 工程塑料,3.1 概述,工程塑料：通常是指用作工程材料，也即结构材料的热塑性塑料,性能特点,在承受一定的外力下，具有良好的机械性能 和尺寸稳定性。 高温(100)和低温(0)下仍能保持其优良的特性。 具有较好的电绝缘性能。,工程塑料分类,通用工程塑料 特种工程塑料,高聚物合成工艺学,第3章 工程塑料,通用工程塑料,聚酰胺PA 聚碳酸酯PC 聚甲醛POM 聚苯醚PPO 聚对苯二甲酸酯类：PBT,PET,特种工程塑料,氟塑料 聚砜PSF 聚苯硫醚PPS 聚醚醚酮PEEK类 聚酰亚胺PI 聚芳酯PAR,高聚物合成工艺学,第3章 工程塑料,高聚物合成工艺学,主链中含有环状结构和极
2、性基团,高强度 高耐热,3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),聚酰胺：主链上含有许多酰胺基团的一类聚合物,类型,(1). 二元胺二元酸型,主链结构,单体：二元胺+二元酸 例：聚酰胺-66(尼龙-66),3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),高聚物合成工艺学,(2). 内酰胺型,主链结构,3.2.1 聚酰胺的制备,品种多，但反应规律十分相似，制备工艺相似。,3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),高聚物合成工艺学,(1). 尼龙-1010的制备,单体,分子量控制和封闭不稳定端基,封端剂：精制癸二酸作封端剂（1.2%mol）,缩聚工艺流程(熔融本体缩聚),3.2 聚酰胺 Po
3、lyamide (PA),高聚物合成工艺学,稳定剂：防止缩聚时发生副反应，提高制品耐老化性能 醋酸的铜盐或锰盐，含磷化合物,3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),高聚物合成工艺学,(2).单体浇铸尼龙（MC尼龙）的制备,3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),高聚物合成工艺学,单体浇铸尼龙：己内酰胺在强碱催化下，在浇模内直 接聚合的过程。,本体聚合：本体浇铸聚合,己内酰胺在强碱催化下，能够快速的聚合是该浇铸聚合 得以实现的根本原因。,催化剂,NaOH N-酰基己内酰胺 （助催化剂）,N-酰基己内酰胺,a. 己内酰胺在水或酸催化下的开环聚合,3.2 聚酰胺 Polyamide (P
4、A),反应机理,高聚物合成工艺学,3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),高聚物合成工艺学,b. 己内酰胺的阴离子开环聚合(浇铸聚合),己内酰胺阴离子,引发：由两步反应组成,Na NaOH,高聚物合成工艺学,增长:,己内酰胺阴离子开环聚合机理,MC尼龙的特点,分子量高达3.5-7万 工艺简单，可以铸造大型机械部件。 吸水率为一般尼龙的一半，长期使用温度为100,(3) 芳香族尼龙的制备,3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),高聚物合成工艺学,A. 聚间苯二甲酰间苯二胺(杜邦公司：Nomex),单体和聚合反应,高聚物合成工艺学,3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),n,聚间
5、苯二酰间苯二胺,性能及用途,熔点410 分解温度450 可在200下长期使用 可用来制成薄膜、漆布、层压板，作绝缘材料用,芳香聚酰胺（NOMEX）纸包绕组线 由美国杜邦公司的NOMEX绝缘纸绕包的铜、铝电工导线。 NOMEX绝缘纸其电气、化学和机械完整性极高，且弹性、 柔韧性、抗撕裂性、耐潮湿及耐磨性都很好，而且非常耐 酸碱腐蚀。 NOMEX产品不易被消化，因此不会被昆虫、真菌以及霉菌 所破坏。 NOMEX产品在温度不高于200时，其电气性能及机械性 能基本不受影响。该产品即使连续暴置于220高温下，也 能够长期保持至少10年以上。 由挤压裸铜、铝线绕包而成的芳香聚酰胺（NOMEX）纸包 线，
6、各项机械性能、电气性能更佳，可以替代制作难度大的 复合漆包扁线，适合变压器、起重电磁铁、电焊机、特种电 机等产品绕组。,高聚物合成工艺学,聚合工艺：界面缩聚或低温溶液缩聚,3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),B. 聚对苯二甲酰对苯二胺(杜邦公司：Kevlar-49),单体和聚合反应,高聚物合成工艺学,高聚物合成工艺学,3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),聚合工艺：界面缩聚或低温溶液缩聚,对苯二胺: 0.200.45molL 酰氯过量: 0.302.5% 反应温度: -580 聚合物特性粘度: 5.56.0 氮气保护，常压。 AlCl3： 1.21.8% 吡咯/对苯二胺=0.
7、61.2mol,工艺条件,性能及用途,超强、超高模量（钢的5倍）、高耐温纤维，200,3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),高聚物合成工艺学,船舶和气球的系留绳、渔具、游艇帆布 防弹西装背心和赛马服防护服 导弹、飞机、汽车、光缆加强件,发展方向,高强度、高模量、低密度 连续挤出聚合：分子量及分子量分布控制 降低原料成本，降低纤维价格,3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),美国杜邦公司,1961年，聚间苯二甲酰间二胺(Nomex)纤维 1970年，聚对苯酰胺(Kevlar-29) 1972年，聚对苯二甲酰对苯二胺(Kevlar-49)纤维,3.2.2 聚酰胺的成型加工及应用,成型
8、加工,注射、挤出、吹塑、烧结及冷加工；特别是单体浇注（MC尼龙）；熔融粘度低、易于充模；收缩率较大，可达3%，成型后的制品存在内应力和吸湿现象；熔点越高，结晶度越大，收缩率越大,高聚物合成工艺学,性能及应用,强度好，耐冲击性优良；耐磨擦与耐磨耗性优良； 较好的耐腐蚀性；使用温度100左右； 齿轮、轴承、泵叶轮、风扇叶片、高压密封圈。,3.2 聚酰胺 Polyamide (PA),高聚物合成工艺学,3.3 聚碳酸酯 Polycarbonate (PC),聚碳酸酯: 主链上含有碳酸酯重复单元的线型高聚物,结构通式,3.3.1 概述：,3.3 聚碳酸酯 Polycarbonate (PC),高聚物合
9、成工艺学,类型,脂肪族聚碳酸酯 芳香族双酚A型聚碳酸酯（1958年工业化）,性能及应用：,双酚A型聚碳酸酯无毒、无味、透明（透光率90%）；优异的抗冲击性能（在热塑性塑料中居首位）；尺寸稳定性好，耐蠕变性优于尼龙及聚甲醛；使用温度范围-100130，耐寒性能好；熔体粘度高，内应力大，易于应力开裂；高温易水解，摩擦系数大，无自润滑性；大型灯罩、信号灯罩、E级（120）绝缘材料；曲轴、齿轮。,3.3 聚碳酸酯 Polycarbonate (PC),高聚物合成工艺学,3.3.2 聚碳酸酯的合成与生产工艺,合成方法,酯交换法(熔融缩聚,产量10%) 光气法,光气溶液法（） 界面缩聚法（产量90%）,(
10、1) 酯交换法(熔融缩聚),单体与聚合反应式,3.3 聚碳酸酯 Polycarbonate (PC),高聚物合成工艺学,技术关键,双酚A在180以上易分解，聚合初期温度应控制180， 使双酚A转化成低聚物后，再逐渐升温。 碳酸苯酯的沸点较低，为了避免因逸出而破坏等摩尔比， 碳酸苯酯:双酚A=1.051.1/1.0 抽高真空，移去苯酚，余压133Pa以下。,(2) 光气法界面缩聚,使油溶的双酚A转换为水溶的钠盐,高聚物合成工艺学,1碱液 2催化剂：三甲基苄基氯化铵 4分子量调节剂：苯酚 5中和剂:5%甲酸,工艺流程,光气法聚碳酸酯界面缩聚生产工艺流程图,3.3 聚碳酸酯 Polycarbonat
11、e (PC),高聚物合成工艺学,单体与聚合反应式,3.3.3 聚碳酸酯的改性,加入增强材料：玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维 提高耐疲劳性能，明显改善应力开裂性。热变 形温度有较大提高，力学强度有较大提高。 失去透明性、冲击强度下降。,增强聚碳酸酯,3.3 聚碳酸酯 Polycarbonate (PC),高聚物合成工艺学,共聚改性,（1）聚酯碳酸酯双酚A+光气+对苯二甲酰氯共聚合,既具有聚碳酸酯的优异的冲击强度，又具有聚芳酯的耐热特性,（2）有机硅-聚碳酸酯,3.3 聚碳酸酯 Polycarbonate (PC),高聚物合成工艺学,低温下是透明、坚韧的弹性体。光学透明薄膜,共混改性,3.3 聚碳酸酯 Polycarbonate (PC),高聚物合成工艺学,改善应力开裂性、耐磨性、加工流动性 PC/PET,PC/ABS,PC/PE,PC/POM,
