第3章工程塑料

第三章工程塑料概述通用工程塑料特種工程塑料工程塑料工程塑料：

力學性能和熱性能較好、可以作為結構材料使用、在較寬的溫度范圍內可承受一定的機械應力、能在較苛刻的化學、物理環(huán)境中使用的塑料。具有優(yōu)異的力學性能、化學性能、電性能、耐熱性、耐磨性、耐老化性能等。使用量較大、長期使用溫度100~150℃的塑料，如PA、POM、PC、PPO、PET、PBT等。使用量小、價格高、長期使用溫度>150℃的塑料，如PI、PSF、PPS、PEEK、PTFE等。3.1聚酰胺（PA，Polyamide）PA(尼龍，nylon）：分子鏈含有酰胺基團的聚合物；由二元胺和二元酸縮聚而成，也可由ω-氨基酸或內酰胺自聚而成；PA的品種：

尼龍6、尼龍66、尼龍610、尼龍612、尼龍1010（前為胺）、尼龍46、尼龍7、尼龍9等

極性酰胺基上的H能與另一分子酰胺基的O形成氫鍵聚酰胺的結構與性能

酰胺基的比例越大，吸水率越大：

PA6>PA66>PA610

注意吸水率對性能的影響

物理性能白色至淡黃色顆粒，制品堅硬，表面有光澤優(yōu)良的力學性能（拉伸強度、壓縮強度、沖擊強度等）但力學性能會受溫度和濕度的影響

熱性能熔點高（>200℃

），但Tg一般在<80℃

具有良好的化學穩(wěn)定性一般不溶于普通溶劑，但室溫能溶解于強極性溶劑（酚類、硫酸、甲酸等）電性能

低溫和干燥條件下具有良好的電絕緣性，但在潮濕條件下會顯著降低。聚酰胺的加工性能

加工前原料必須干燥

PA的吸濕性很大

熔體粘度低、流動性大必須采用自瑣式噴嘴，以免漏料熱穩(wěn)定性較差應避免采用較高的熔體溫度結晶性聚合物，成型收縮率較大PA作為熱塑性塑料，一般的塑料成型方法（注射、擠出、模壓、吹塑、澆注）都可采用，最常用的方法是注射成型。普通PA的應用

目前工業(yè)上產量最大的工程塑料；機械、化學及電氣零件：軸承、齒輪、密封圈、渦輪等；

PA粉末噴涂于各種零件表面，提高磨擦性能；汽車工業(yè)、機械工業(yè)、電子電氣、包裝業(yè)、體育器材等行業(yè)越來越廣泛地使用PA塑料。其它種類PA其主要原料是PA6，直接將PA6單體澆注到模具內進行聚合并制成制品；

分子量（3.5萬~7萬）比一般PA6高一倍，各項物理、力學性能、熱性能均比一般PA6要好；能根據模具方便地制出任意形狀的制件、型材；優(yōu)良的耐磨擦性，可與POM相媲美；用途：造船、汽車、造紙、各種機械的部件。(1)單體澆注聚酰胺（monomercastPA，MCPA）:

聚對苯酰胺聚對苯二甲酰對苯二胺（kevlar，芳綸）

(2)芳香族聚酰胺

合成方法：對苯二胺與對苯二甲酰氯縮聚而成。特性：超高強度（強度最高的合成纖維）、超高模量、耐高溫（Tg=410℃、Tf=450℃）、耐腐蝕、阻燃、耐疲勞、尺寸穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)異的特點。聚對苯二甲酰對苯二胺（kevlar，芳綸）

用途：增強材料：橡膠補強材料、制成增強塑料用于航天器、導彈殼體等高技術領域。有機纖維：輪胎簾子線、特種繩索和工業(yè)織物（如防彈衣、賽艇、弓箭、羽毛球等體育器材）。

引入側基來破壞分子鏈的規(guī)整性，減小結晶；透光率可達90%。(3)透明聚酰胺通常PA不透明（晶區(qū)存在）

一般采用玻璃纖維作為增強材料；其力學性能、耐蠕變性能、尺寸穩(wěn)定性在原有基礎上有大幅提高。(4)增強聚酰胺:3.2聚碳酸酯（PC，Polycarbonate）

指分子主鏈中含有鏈節(jié)的線性高聚物；

R可以為脂肪族、脂環(huán)族、芳香族，最具工業(yè)價值的是芳香族PC，特別是雙酚A型PC，其產量僅次于PA；合成工藝：酯交換法、空氣界面縮聚法；聚碳酸酯的結構與性能

主鏈的剛性和苯環(huán)的位阻效應，結晶能力較差，無定形聚合物，具有優(yōu)良的透明性，透光率87~90%；力學性能優(yōu)良，特別是沖擊性能十分突出，優(yōu)于一般的工程塑料；很好的耐高低溫性，長期使用溫度-70~120℃；尺寸穩(wěn)定性能好；主鏈上酯基對水敏感，高溫下易水解；易產生應力開裂。

綜合性能優(yōu)良（剛而韌）聚碳酸酯的改性

加工流動性差、制品殘余應力大、高溫易水解、不耐磨擦等。缺陷：改性方法：

增強PC：PC合金

增強材料：玻璃纖維、碳纖維、硼纖維等；拉伸、彎曲強度、耐熱性、耐應力開裂性均明顯改善；主要用于注射成型各種工程零件，機械方面：電動工具外殼；電氣方面，插頭、插座、繼電器等。PC/PE：改善加工流動性、耐應力開裂性及乃沸水性，但耐熱性有所降低；PC/ABS、PC/POM、PC/PTFE等。PC的應用

玻璃裝配業(yè)：各種防護玻璃、大型燈罩、飛機座艙玻璃；汽車工業(yè)：儀表盤系統和內裝飾系統，如前燈罩、前后檔板，反光鏡框等；電子電器工業(yè)：接線盒、插座、插頭、繼電器外殼，家用電器手柄等。三大應用領域：

生活日用品：純凈水周轉桶、熱水杯、奶瓶、餐具等；光學材料：錄影（音）帶、光盤、儲存器介質等。其它應用領域：3.3聚甲醛（POM，Polyoxymethylene）

產量僅次于PA和PC，第三大通用工程塑料；分子主鏈上具有重復單元，是一種無側鏈、高密度、高結晶度（>75%）的線性聚合物；工業(yè)上一般采用三聚甲醛為原料；優(yōu)良的綜合性能；特色：特別適合作為軸承使用——具有良好的摩擦磨損性能，尤其是具有優(yōu)越的干摩擦性能。聚甲醛的性能

白色粉末或粒料，硬而質密，表面光滑有光澤；較好的力學性能，尤其是具有較好彈性模量、硬度和剛度以及優(yōu)異的耐磨擦性能；熱性能：具有較高的Tg，短期使用溫度140℃，長期使用不應超過100℃；電絕緣性能優(yōu)良，且不隨溫度變化；吸水率<0.25%，濕度對其尺寸無影響；但不耐酸堿，耐候性也較差，對紫外線敏感。聚甲醛的加工性能

加工方法可以是注塑、擠出、吹塑、模壓等，以注塑為主。吸水率小——原料一般不必干燥；熱穩(wěn)定性較差——加工溫度應控制在250以下，且在料筒中時間不宜過長；熔體的冷凝速度快，模具的溫度不宜低，以避免植皮表面產生缺陷；制品會產生殘余應力，應適當進行后處理（100~130℃，<6h）；聚甲醛的應用

比剛度和比強度接近金屬，可替代有色金屬制作各種結構零部件，特別適合制造耐磨擦的零件，如齒輪、滑輪、軸承等；添加玻璃纖維、碳纖維、玻璃球等增強材料可制得增強聚甲醛；加入石墨、PTFE、硅油等潤滑材料，可明顯提高POM的潤滑性能。3.4聚苯醚（PPO）

分子主鏈上含有重復單元，又稱為聚亞苯基氧；線性非結晶性聚合物；工業(yè)上一般采用2.6-二甲基苯酚為原料，在氧氣中縮聚而成；白色或微黃色粉末，硬而堅韌；分子主鏈中含有大量的酚基芳香環(huán)——分子鏈段內旋轉困難，熔點升高，熔體粘度增大，流動性小，加工困難；聚苯醚的性能

具有很好的拉伸強度、模量、抗沖擊性能，硬度高于POM、PC和PA，但耐應力開裂性不好；優(yōu)良的熱性能：Tg為210℃，Tf為350℃；電絕緣性能優(yōu)異，介電常數是工程塑料中最低的；吸水率為0.03%，尺寸穩(wěn)定性好，且具有優(yōu)良的耐水性。優(yōu)良的綜合性能，很多性能均優(yōu)于POM、PC、PA，但缺陷也很明顯：流動性差、加工性能差、制品易開裂、價格昂貴等。聚苯醚的加工性能

加工以注塑為主吸水率小——但為避免表面形成銀絲、起泡，最好加工前進行干燥，140~150℃，3h；剛性較大，Tg高，制品易產生內應力，需要后處理（180℃，4h）；熔體的粘度較大，應提高溫度并適當增加注射壓力；聚苯醚的改性

PPO/PS合金：PS常選用HIPSPPO/ABS合金

PPO/PPS合金PPO/PA合金PPO/玻璃纖維

剛性的苯環(huán)、極性酯基、柔性脂肪烴基——大分子鏈剛硬，又有一定的柔性；支化程度很低，分子結構規(guī)整，結晶度可達40%，但結晶速度慢，且結晶溫度高；由飽和二元酸和飽和二元醇縮聚得到的線性高聚物。（1）聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）3.5熱塑性聚酯具有很好的拉伸強度、剛度和硬度，PET的拉伸強度是PE膜的9倍，PC和PA膜的3倍；優(yōu)良的熱性能：熔融溫度255~260℃，長期使用溫度120℃；不耐強酸強堿，在水蒸氣作用下也會水解；吸水率很低，尺寸穩(wěn)定性好，且具有優(yōu)良的耐候性。PET的性能PET的用途

滌綸纖維：目前其產量約占到世界上合成纖維的一半；薄膜：各種絕緣膜、精密儀器包裝膜、磁盤、磁帶、磁卡等；聚酯瓶：飲料、食用油、調味品的包裝等；增強改性PET：各類電器、機械零件。（2）聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）

與PET相比，PBT脂肪烴鏈節(jié)更長一些，柔性會更好一些，Tg和Tm均會低一些，剛性也小一些；

PBT結晶速度較快，只有薄膜制品是無定形態(tài)；PBT的力學性能一般，80%品種都是改性品種，如玻璃纖維增強PBT；應用主要集中在電子、電氣、汽車、機械方面，如汽車保險杠等。特種工程塑料概述20世紀60年代以來至80年代初——美蘇兩霸冷戰(zhàn)時期軍備競賽的產物。主要品種：1．聚酰亞胺（PI）2．聚芳酯（U-polymer）3．聚苯硫醚（PPS）4．聚砜（PSF）（聚醚砜、聚芳砜）5.聚醚醚酮（PEEK）6.聚苯并咪唑（PBI）7.氟塑料特種工程塑料概述特點：1）物性方面：

a.耐熱等級高（一般定義為UL溫度指數在150℃以上）

b.力學強度大（一般為通用塑料的2~4倍）

c.綜合性能優(yōu)異（如耐輻射、耐溫、耐候）

2）加工工藝方面：

a.加工溫度高（一般在300~400℃）

b.注射壓力大（一般需要120MPa~160MPa）

c.模具必須加熱（與通用塑料的冷卻正相反）

3）附加值高（一般每噸在1~10萬美元之間，為通用塑料的幾十倍）3.6聚酰亞胺（PI）

分子主鏈上含有酰亞胺基團的一類芳雜環(huán)聚合物；芳雜環(huán)耐高溫聚合物中最早工業(yè)化的品種（DuPont，1960）；耐熱性最好的品種之一；制備方法：先采用芳香族二元酸酐和芳香族二元胺縮聚成聚酰胺酸，然后經熱轉化或化學轉化脫水形成PI；

PI品種有20多種聚酰亞胺的結構與性能

大量的五元雜環(huán)及芳環(huán)——分子鏈剛性大，分子間作用力強；芳雜環(huán)的共軛效應——耐熱性很高；分子主鏈中含有大量的酚基芳香環(huán)——分子鏈段內旋轉困難，熔點升高，熔體粘度增大，流動性小，加工困難；具有優(yōu)良的力學性能（-200~260℃），非常適合制造高溫下使用尺寸精度要求高的制品；極其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性：熱分解溫度500℃以上；電絕緣性能優(yōu)異——結構對稱、Tg高和剛性大大影響了極性基團的活動；在強氧化劑下會氧化降解，在堿作用下會發(fā)生水解。3.7聚芳醚酮（PAEK）亞苯基環(huán)通過醚鍵-o-和酮基-c=o連接而成的聚合物。按分子鏈中醚鍵、酮基與苯環(huán)連接次序和比例的不同，可形成許多不同的聚合物。聚醚醚酮（PEEK）目前已開發(fā)出來的PAEK品種有：PEEK耐高溫塑料：可在250℃下長期使用，與其他耐高溫塑料如PI、PPS、PTFE、PPO等相比，使用溫度上限高出近50℃；聚醚醚酮（PEEK）聚醚醚酮（PEEK）性能具有高強度、高模量、高斷裂韌性以及優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，剛性接近于金屬鋁材料；具有優(yōu)異的耐化學藥品性，只有濃硫酸能溶解或者破壞它，耐腐蝕性與鎳鋼相近；韌性好，對交變應力的優(yōu)良耐疲勞性是所有塑料中最出眾的，可與合金材料媲美；具有突出的摩擦學特性，耐滑動磨損和微動磨損性能優(yōu)異，尤其是能在250℃下保持高的耐磨性和低的摩擦系數；很好的阻燃性能，對α、β、γ射線的抵抗能力是目前高分子材料中最好的。聚醚醚酮（PEEK）的應用航空航天：PEEK樹脂可以替代鋁和其它金屬材料制造各種飛機零部件；電子電器（第二大應用領域）：PEEK在很大的溫度范圍內不變形，用其制作的零部件可經受熱焊處理的高溫環(huán)境?？捎脕碇圃祀娮咏^緣膜片、連接器、印刷電路板、超大規(guī)模集成電路材料；醫(yī)療方面：滅菌要求高、需反復使用的手術和牙科設備、人造骨，PEEK人造骨是塑料材料中與人體骨骼最接近的材料，可與肌體有機結合；汽車和機械工業(yè)：利用PEEK良好的耐摩擦性能和機械性能，可以作為金屬不銹鋼和鈦的替代品用于制造發(fā)動機內罩、汽車軸承、墊片、密封件、離合器齒環(huán)等各種零部件。3