高分子材料 工程塑料

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Polyamide,聚酰胺为大分子主链上含有酰胺基团重复结构的一类聚合物，主要由二元酸和二元胺缩聚或由氨基酸内酰胺自聚合而成，俗称,尼龙,，英文名称为,“,polyamide,”,或,“,nylon,”,。,尼龙的种类很多，由二酸与二胺缩聚制备的聚酰胺可命名为,尼龙,mp,，其中,p,指二元酸的碳原子数，,m,指二元胺的碳原子数。例如尼龙,66,指聚己二酸己二胺。,由内酰胺开环聚合或,1-,氨基烷酸缩聚制备的聚酰胺可命名为,尼龙,p,，其中,p,指单体中的碳原子数。,R,1,COOH +,HOOC,R,2,NH,2,H,2,N,R,1,C,C,R,2,NH,HN,O,O,(,),n,Catalyst,Catalyst,R,C,NH,R,NH,2,or,HOOC,R,C,NH,O,(,),n,O,Invention of Nylon,1935,年初,Carothers,用戊二胺和癸二酸合成聚酰胺（即聚酰胺,510,），实验结果表明，这种聚酰胺拉制的纤维其强度和弹性超过了蚕丝，而且不易吸水，很难溶，不足之处是熔点较低，所用原料价格很高，还不适宜于商品生产。,紧接着,Carothers,在,1935,年,2,月,28,日合成出,聚酰胺,66,。这种聚合物不溶于普通溶剂，具有,263,o,C,的高熔点，由于在结构和性质上更接近天然丝，拉制的纤维具有丝的外观和光泽，耐磨性和强度超过当时任何一种纤维，而且原料价格也比较便宜，杜邦公司决定进行商品生产开发。,1938,年,10,月,27,日杜邦公司正式宣布世界上第一种合成纤维正式诞生了，并将这种合成纤维命名为,尼龙,，这个词后来在英语中变成了,聚酰胺,类合成纤维的通用商品名称。,杜邦公司从高聚物的基础研究开始历时,11,年，耗费,2200,万美元，有,230,名专家参加了有关的工作，终于在,1939,年底实现了工业化生产。,Wallace H. Carothers,Properties of PA,PA,的外观为乳白或淡黄色粒料，表观角质、坚硬有光泽，吸水率较大；,PA,在室温下的拉伸强度和冲击强度都较高，但易受吸湿性的影响，,PA,耐疲劳性较好，抗蠕变性较差，耐磨性优良。,PA,耐化学稳定性优良，尤其是耐油性突出，但耐酸碱及盐性能不好；,PA,的耐光性不好，在阳光下强度迅速下降而变脆，因此不能用于户外；,PA,具有明显的熔点，且熔点高，熔程较窄，熔体粘度低流动性好，但热稳定性较差。,Chemical name,abbreviations,Melting Point (,o,C,),Polycaprolactam,Nylon-6,220,Polyundecanoylamide,Nylon-11,190,Polyaurylamide,Nylon-12,175,Polytetramethylene,adipamide,Nylon-4,6,295,Polyhexamethylene,adipamide,Nylon-6,6,260,Polyhexamethylene,sebacamide,Nylon-6,10,215,Polydecamethylene,sebacamide,Nylon-10,10,210,Hydrogen bonds of Nylon,O,O,N,N,O,N,H,H,H,O,O,N,N,O,N,H,H,H,O,O,N,N,O,N,H,H,H,O,O,N,N,O,N,H,H,H,O,N,O,N,H,H,O,N,O,N,H,H,O,O,N,H,N,H,O,O,N,H,N,H,Nylon 6,6: 260,o,C,Nylon 6: 220,o,C,Nylon 11: 190,o,C,Nylon 12: 175,o,C,Aromatic Polyamide,Kevlar, -,Kwolek, a DuPont chemist,1960s,Discovered an entirely new branch of synthetics known as liquid crystalline polymers-,polyaramide,1971,Marketed. Synthetic fibers much stiffer and stronger than any created before.,The fiber was,five times stronger than steel,(on a strength per weight basis) but about half the density of glass fiber.,Stephanie Kwolek,C,O,C,O,NH,NH,(,),n,聚对苯二甲酰对苯二胺,Poly(p-phenylene,terephthalamide,),Aromatic Polyamide,C,O,C,O,H,2,N,NH,2,Cl,Cl,+,C,O,C,O,NH,NH,(,),n,+ 2n,HCl,Kevlar,C,O,C,O,Cl,Cl,+,H,2,N,NH,2,C,O,C,O,NH,NH,(,),n,+ 2n,HCl,Nomex,Aromatic Polyamide,C,O,C,O,N,N,H,H,C,O,C,O,N,N,H,H,C,O,C,O,N,N,H,H,N,N,H,H,C,O,C,O,C,O,C,O,N,N,H,H,C,O,C,O,N,N,H,H,Application of Nylon,尼龙的合成奠定了合成纤维工业的基础，尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新。,Application of Nylon - texture,Application of Nylon - automobile,汽车工业为尼龙应用的第一大市场，主要应用于发动机部件、电子配件、车体部件及输油件等。,Application of Nylon - machine,机械工业：利用尼龙制品的高力学性能、耐磨性和自润滑性，可广泛用于制作齿轮、垫片、螺母、轴承等。,Application of Nylon - commodity,Nylon,Velcro,TM,George,deMestral,Invention of PC,Daniel W. Fox,inventor of LEXAN, GE Plastics,Hermann Schnell,inventor of,Makrolon,Bayer,PC,于,1953,年由德国拜耳公司和美国通用电器公司先后研究成功，,1958,年由拜耳公司首先实现了工业化生,产 。,Preparation of PC,Interfacial Process,Ester Interchange,No Solvent, Pure Polymer with MW 30,000 Formed,C,CH,3,O,CH,3,O,-,-,Na,+,Na,+,Aq,NaOH,C,O,Cl,Cl,+,CH,2,Cl,2,C,CH,3,O,),n,C,O,CH,3,O,(,+,NaCl,C,CH,3,OH,CH,3,HO,+,O,C,O,O,C,CH,3,O,),n,C,O,CH,3,O,(,+,OH,Polycarbonate,聚碳酸酯是指大分子主链含碳酸酯重复结构单元的一类聚合物，英文名为,Polycarbonate,，简称,PC,。最典型的为双酚,A,型,PC,。,PC,分子链中含有亚苯基，使得主链具有很高的刚性和体积效应，结晶能力差，基本属于无定型聚合物，具有优异的透明性。,C,CH,3,O,),n,C,O,CH,3,O,(,PC,力学性能优良，具有刚而韧的特点，冲击强度为热塑性树脂中最高，尺寸稳定性好；,PC,耐高低温性好，使用温度范围宽，线膨胀系数小，阻燃性好，属于自熄性材料；,PC,环境性能一般，不耐一些有机溶剂，耐紫外线性能不好，但耐空气和臭氧性较好；,PC,是最优异的光学塑料品种之一，其透光率可达,93,，折射率为,1. 587,，但耐磨性差、硬度低、双折射高的缺点使其不宜用于高精度光学制品中。,Bisphenol,A Polycarbonate,机械性能优良，突出的冲击韧性是热塑性塑料中最高的。,中易形成稳定的超分子结构，即不对称、长而硬的原纤维结构。,它们松散后，混乱交错构成的疏松网络，使聚合物中存在大量微空隙，,当受外力冲击时，纤维能迅速位移，微孔隙也能吸收冲击能，,从而显示出高韧性。,PC,合金,种类繁多，改进,PC,熔体粘度大,（加工性）和制品,易应力开裂,等缺陷，,PC,与不同聚合物形成合金或共混物，提高材料性能。,具体有,PC/ABS,合金，,PC/ASA,合金、,PC/PBT,合金、,PC/PET,合金、,PC/PET/,弹性体,共混物、,PC/MBS,共混物、,PC/PTFE,合金、,PC/PA,合金等。,利有两种材料性能优点，并降低成本，如,PC/ABS,合金中，,PC,主要贡献高耐热性，较好的韧性和冲击强度，高强度、阻燃性，,ABS,则能改进可成型性，表面质量，降低密度和成本。,Application of PC - construction,Spyridon,Louis,体育场，雅典奥运会，,2004,Green house,Application of PC,-,organic glass,Glass-like transparency:,Application of PC,Biologically inert:,Food grades:,Application of PC,-,anti-impact,Very high impact,Application of PC,- light storage device,Good dimensional stability:,Low,warpage,:,Development of POM,1895,年，首次发现甲醛聚合低分子量,POM,方法；,1952,年，,DuPond,公司的聚合物化学研究部在化学家,Frank C,指导下开发出了被称为,“,合成石头,”,的聚甲醛。,1956,年，,DuPond,公司在,Parkersburg,建立了生产,POM,的工厂，商品名为,Delrin,，并于,1960,年开始商业化生产。,1960,年，美国,Celanese,公司开发成功以三聚甲醛和环氧乙烷制造共聚甲醛的技术，并于,1962,年实现了工业化生产，其商品名为,Celcon,。共聚甲醛虽然物理性能有所下降，但其稳定性有很大提高。,Ceicon,:,POMPEO copolymer,Delrin,:,POM,homopolymer,Application of POM,Application of POM,Application of PPO,Invention of Aromatic Polyester,1847,年瑞典化学家,Benzelius,制备第一种化学合成聚酯（,PET,）树脂。,1930,年,Carothers,的同事,Hill,所研究的聚酯都是脂肪酸和脂肪醇的聚合物，具有易水解、熔点低（,100,o,C,）、易溶解在有机溶剂中等缺点，,Carothers,因此得出了聚酯不具备制取合成纤维的错误结论，最终放弃了对聚酯的研究 。,英国化学家,T.R.,Whinfield,和,J. T. Dickson,在汲取,Carothers,等,研究成果的基础上，改用芳香族羧酸（对苯二甲酸）与二元醇进行缩聚反应，于,1940,年合成了,PET,纤维。,英国帝国化学公司于,1946,年生产涤纶纤维,Teleron,。,T.R.,Whinfield,J. T. Dickson,Polyester is a category of polymers which contain the,ester functional group,in their main chain. Although there are many polyesters, the term polyester as a specific material most commonly refers to,polyethylene,terephthalate,(PET),.,目前作为工程塑料使用的热塑性聚酯为芳香族聚酯（,Aromatic polyester,），主要包括：,聚对苯二甲酸乙二醇酯（,P,olyethylene,terephthalate,PET,）,聚对苯二甲酸丁二醇酯（,Polybutylene,terephthalate,PBT,）,PET,PBT,Properties,PET,PBT,Tensile strength (,MPa,),65,55,Elongation at breaking (%),150,150,Compressive strength (,MPa,),90,83,Flexural strength (,MPa,),110,97,Impact strength (,Izod,),0.5,1,Polyethylene,terephthalate,聚对苯二甲酸乙二醇酯,英文名为,Poly ethylene,terephthalate,，简称为,PET,。,PET,分子为高度对称芳环的线性聚合物，易于取向结晶。,PET,为乳白色半透明体，膜的拉伸强度很高，耐磨性较好。,PET,的耐热性能不高，但耐热老化性好。,PET,的电绝缘性优良，在高频下仍能很好保持，但耐电晕性较差。,PET,在高温和水蒸汽条件下不耐水、酸、碱的作用，对有机溶剂稳定。,PET,耐候性优良，可长期用于户外。,Transesterification,(,酯交换反应,),C,O,OCH,3,C,O,CH,3,O,CH,2,CH,2,OH,HO,+,C,O,O,C,O,O,CH,3,CH,2,CH,2,OH,n,n,n,+,2n-1,CH,3,OH,结构与性能：,苯环 共轭体系 刚性,非极性亚甲基酯基 柔性，疏水性,刚性为主，并有一定柔性和弱极性；,结构对称规整，可以结晶，但速度慢。,Application of PET,吸塑泡壳,Application of PET,-,terylene,Polybutylene,terephthalate,热塑性聚酯：聚对苯二甲酸丁二醇酯,英文名为,Poly,butylene,terephthalate,，简称为,PBT,。,PBT,为结晶性热塑性树脂，制品表面有光泽。,纯,PBT,力学性能不好，但经过玻纤增强后有大幅度提高，,PBT,耐蠕变性能优异，高温下尺寸稳定性高。,PBT,经玻纤增强后热性能有大幅提高，线膨胀系数小。,PBT,的绝缘性能优异，介电强度高。,PBT,属于酯类聚合物，不耐强酸、强碱及苯酚类化学试剂，但耐油性好。,C,O,OCH,3,C,O,CH,3,O,(CH,2,),4,OH,HO,+,C,O,O,C,O,O,CH,3,(CH,2,),4,OH,n,n,n,+,2n-1,CH,3,OH,Application of PBT,Application of PBT,Special Engineering Plastics,特种工程塑料是比普通工程塑料的耐温、冲击性能更好，但价格更贵的一些工程塑料。,常见的特种工程塑料包括,聚苯硫醚（,Polyphenylene,sulfide, PPS,）,聚砜（,Polysulfone, PSF,）,聚酰亚胺（,Polyimide, PI,）,聚醚酮（,Polyether,ketone, PEK),聚醚醚酮,（,Polyether ether,ketone, PEEK,）,S,x,(,),n,S,(,),n,O,O,R,R,C,O,C,N,O,(,C,O,C,O,N,),n,O,),n,C,CH,3,CH,3,C,(,O,O,),n,C,(,O,O,Fluoro,Resin,分子结构中含有氟原子的一类热塑性树脂。具有优异的耐高低温性能、介电性能、化学稳定性、耐候性、不燃性、不粘性和低的摩擦系数等特性。是国民经济各部门，特别是尖端科学技术和国防工业不可缺少的重要材料。,氟树脂的主要品种有聚四氟乙烯（,PTFE,）、聚三氟氯乙烯（,PCTFE,）、聚偏氟乙烯（,PVDF,）、乙烯,-,四氟乙烯共聚物（,ETFE,）、乙烯,-,三氟氯乙烯共聚物（,ECTFE,）、聚氟乙烯（,PVF,）、四氟乙烯,-,全氟烷基乙烯基醚共聚物（俗称可熔性聚四氟乙烯，,PFA,）、四氟乙烯,-,六氟丙烯共聚物（俗称氟塑料,46,，,FEP,）、四氟乙烯,-,六氟丙烯 全氟烷基乙烯基醚共聚物等。其中以聚四氟乙烯为主。,C,C,F,F,F,F,(,),n,C,C,H,F,F,F,(,),n,C,C,H,F,H,F,(,),n,C,C,H,H,H,F,(,),n,PTFE,PCTFE,PVDF,PVF,FPE,C,C,F,F,F,CF,3,(,),m,C,C,F,F,F,F,(,),n,Polytetrafluoroethylene,聚四氟乙烯（,Polytetrafluoroethylene, PTFE,），又名特氟隆，是由四氟乙烯单体经自由基聚合制备得到。,PTFE,分子结构中含有大量碳氟键，化学性能非常稳定，因而其耐化学腐蚀性极佳 。,PTFE,具有非常高的力学性能和耐热性，拥有“塑料王”的美誉。,杜邦公司的研究人员,Plunkett,在做化学反应时偶然发现原料四氟乙烯气体转变为了白色固体，分析表明为,PTFE,聚合物。,杜邦公司发现这种聚合物具有非常优异的性能，开始推动其商业化，并命名为,“,特氟隆,”,但在当时，由于,PTFE,稳定性好，加工十分困难，生产成本过于昂贵，因此缺乏实用性，没有得到推广使用。,Roy Plunkett,Development of PTFE,二战期间，美国在,“,曼哈顿计划,”,中需要选用一种具有高度气密性和耐油性的材料来分离铀,235,，经过筛选发现只有,PTFE,符合这一要求。,C,C,F,F,F,F,C,C,F,F,F,F,(,),n,Teflon,特氟隆：,Teflon,，是美国杜邦公司对其研发的所有碳氟树脂的总称（市面上常见为杜邦注册的,“,特富龙,”,），包括聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯及各种共聚物；由于其独特优异的耐热（,180260,）、耐低温（,-200,）、自润滑性及化学稳定性能等，而被称为,“,拒腐蚀、永不粘的特氟隆,”,。,美国环境保护署表示，由于杜邦公司,20,多年来均未通报其制造特氟隆的一种关键原料全氟辛酸铵，可能会导致人类罹患癌症或影响生育功能，而特氟隆正是制造不粘锅的主要涂层。,一般来说 ，采用新型工艺合成的特氟隆可以避免以上问题，另外使用特氟隆不粘锅时，温度最好控制在,200,o,C,以下。,Application of PTFE,Gore-TEX,Bob Gore,发现，在一定条件下迅速拉伸聚四氟乙烯,(PTFE),可以生成一种强度很高的多微孔材料 。,这种材料每平方英寸有数十亿个小孔，孔径介于水蒸气分子和液滴之间，因此兼具有优异的防水和透气性。这种材料被命名为,Gore-TEX,。,Application of PTFE,4.1.5.8,聚芳醚酮,(PAEK),4.1.5.9,聚砜,4.1.5.10,聚酰亚胺,PI,薄膜,：是聚酰亚胺最早的商品之一，用于电机的槽绝缘及,电缆,绕包材料。,涂料,：作为,绝缘,漆用于,电磁线,，或作为耐高温涂料使用。,先进复合材料,：用于,航天,、,航空,器及火箭部件。是最耐高温的结构材料之一。,纤维,：弹性模量仅次于碳纤维，作为高温介质及放射性物质的过滤材料和防弹、防火织物。,泡沫塑料,：用作耐高温隔热材料。,电子工业,上做印刷线路板、绝缘材料、耐热性电缆、接线柱、,插座,等领域。,胶粘剂,：用作高温结构胶。聚酰亚胺胶粘剂作为电子元件高绝缘灌封料已生产。,思考题,1.,尼龙的命名（化学名称）：,PA6,、,PA66,、,PA1010,、,PA610,、,PA6T,、,PA6/PA66,2.,说明,PA,中氢键与性能（熔点、吸水性、力学性能等）和用途的关系。,3.,比较,PS,、,PC,结构与性能的差异并分析原因。,4.,解释,POM,结构与性能的关系。,5. PPO,性能的优缺点，如何改善其缺点？,6.,常见的聚酯有哪些品种？,7.,比较,PBT,、,PET,合成方法、结构、性能差异。,8. PPS,性能特点与改性品种有哪些？,9.,简述,PTFE,结构与性能的关系。,10.,举出一些超级工程塑料的品种与用途。,