1、第三章第三章 高分子材料及其成型技术高分子材料及其成型技术高分子材料高分子材料(Polymer materials)是以高分子化合是以高分子化合物为主要组分的材料。所谓高分子化合物主要是物为主要组分的材料。所谓高分子化合物主要是指分子质量特别大的有机化合物。一般把指分子质量特别大的有机化合物。一般把相对分相对分子质量小于子质量小于500的化合物称为低分子化合物，简的化合物称为低分子化合物，简称化合物称化合物，如水、甲烷、石英，如水、甲烷、石英(SiO2)等等;相对分子相对分子质量大于质量大于500的化合物称为高分子化合物的化合物称为高分子化合物。如聚。如聚乙烯、有机玻璃、淀粉等。高分子化合物的
2、相对乙烯、有机玻璃、淀粉等。高分子化合物的相对分子质量虽然良大，但其化学组成一般都非常简分子质量虽然良大，但其化学组成一般都非常简单，通常由单，通常由C、H、O、S、N等元素组成，其中等元素组成，其中主要是碳氢化合物及其衍生物。主要是碳氢化合物及其衍生物。高分子材料与工业产品设计有密切关系，材高分子材料与工业产品设计有密切关系，材料选用得当，可以获得高性价比的产品。虽料选用得当，可以获得高性价比的产品。虽然与金属、玻璃、陶瓷等材料相比，高分子然与金属、玻璃、陶瓷等材料相比，高分子材料是一类相对新兴的材料，但由于其自身材料是一类相对新兴的材料，但由于其自身特殊的性能以及加工、成本等方面的优势，特
3、殊的性能以及加工、成本等方面的优势，使得高分子材料在现代产品中应用的比例越使得高分子材料在现代产品中应用的比例越来越高。以塑料为例。因其具有来越高。以塑料为例。因其具有易加工、质易加工、质轻、比强度高、耐冲击性好、绝缘性好、可轻、比强度高、耐冲击性好、绝缘性好、可任意着色且着色坚固任意着色且着色坚固等特点，广泛应用于家等特点，广泛应用于家电、汽车、电子电器制造。电、汽车、电子电器制造。例如，一台冰箱有例如，一台冰箱有13个零部件如门胆、个零部件如门胆、内胆、蔬菜箱、冷冻室门、门把手、鸡蛋内胆、蔬菜箱、冷冻室门、门把手、鸡蛋存放架、继电器罩壳、冷藏槽、冰块盘等存放架、继电器罩壳、冷藏槽、冰块盘等
4、)使用使用ABS、HIPS、PPO、POM等多种塑料。等多种塑料。又如，为迎合电风扇造型美观和轻量化的又如，为迎合电风扇造型美观和轻量化的发展趋势，电风扇中塑料零部件的使用越发展趋势，电风扇中塑料零部件的使用越来越多，一台电风扇中约有来越多，一台电风扇中约有70%的零部件的零部件为塑料零部件。为塑料零部件。第一节第一节 高分子材料概述高分子材料概述 高分子材料可分为天然高分子材料、合成高分高分子材料可分为天然高分子材料、合成高分子材料及高分子复合材料子材料及高分子复合材料。早在远古时期，人类。早在远古时期，人类就已经学会使用天然高分子材料，如木材、纤维就已经学会使用天然高分子材料，如木材、纤维
5、素、棉花、蚕丝、皮毛等。合成高分子材料通常素、棉花、蚕丝、皮毛等。合成高分子材料通常指塑料、橡胶、化学纤维、涂料、胶黏剂等。如指塑料、橡胶、化学纤维、涂料、胶黏剂等。如今，高分子材料已成为人们生活和生产不可缺少今，高分子材料已成为人们生活和生产不可缺少的一部分，广泛应用于汽车、机械、电子电器、的一部分，广泛应用于汽车、机械、电子电器、家用电器、医疗卫生、化工、能源、航空航天以家用电器、医疗卫生、化工、能源、航空航天以及国防等各个领域。及国防等各个领域。合成高分子材料的世界年产量已达到亿吨合成高分子材料的世界年产量已达到亿吨量级，若按体积计算，合成高分子材料的量级，若按体积计算，合成高分子材料的
6、产量早在产量早在1985年就已超过当年世界钢铁、年就已超过当年世界钢铁、铝、铜、锌的总产量。可见高分子材料在铝、铜、锌的总产量。可见高分子材料在国民经济建设和工农业生产中处于举足轻国民经济建设和工农业生产中处于举足轻重的地位，几乎所有工业均离不开高分子重的地位，几乎所有工业均离不开高分子材料。材料。由于高分子材料的品种繁多，在性能上各有由于高分子材料的品种繁多，在性能上各有千秋，因而通过适当选择可以满足各种不同设计千秋，因而通过适当选择可以满足各种不同设计的要求。如的要求。如:若所设计的零部件是用于化工设备，若所设计的零部件是用于化工设备，则可选用聚四氟乙烯、氯化聚醚等耐腐蚀性极好则可选用聚四
7、氟乙烯、氯化聚醚等耐腐蚀性极好的材料的材料;若是制作轴承、齿轮等较精密的机械零部若是制作轴承、齿轮等较精密的机械零部件，可选择件，可选择POM、PI等具有优良机械强度、刚性、等具有优良机械强度、刚性、自润滑性和耐磨性的工程塑料自润滑性和耐磨性的工程塑料;而对于要求足够强而对于要求足够强度、刚性、耐冲击性、耐震性及良好外观的汽车度、刚性、耐冲击性、耐震性及良好外观的汽车保险杠则应选用保险杠则应选用PP/EPDM、PC/PBT等具有高刚等具有高刚性、高耐冲击性、可焊接性、良好表面光泽性的性、高耐冲击性、可焊接性、良好表面光泽性的材料。在工业产品设计中，合理使用高分子材料材料。在工业产品设计中，合理
8、使用高分子材料可获得事半功倍的效果。可获得事半功倍的效果。一、高分子材料的力学性能特点一、高分子材料的力学性能特点与金属材料相比，高分子材料的力学性能具有以与金属材料相比，高分子材料的力学性能具有以下特点下特点:1.低强度和较高的比强度低强度和较高的比强度高分子材料的抗拉强度平均为高分子材料的抗拉强度平均为100MPa左右，比左右，比金属低得多，即使是玻璃纤维增强的尼龙，其抗金属低得多，即使是玻璃纤维增强的尼龙，其抗拉强度也只有拉强度也只有200MPa，相当于普通灰铸铁的强，相当于普通灰铸铁的强度。但是高分子材料的密度小，只有钢的度。但是高分子材料的密度小，只有钢的1/41/6，所以其比强度并
9、不比某些金属低。，所以其比强度并不比某些金属低。2.高弹性和低弹性模量高弹性和低弹性模量 高弹性和低弹性模量是高分子材料所特有的高弹性和低弹性模量是高分子材料所特有的性能。橡胶是典型的高弹性材料，其弹性变形率性能。橡胶是典型的高弹性材料，其弹性变形率为为100%1000%，弹性模量仅为，弹性模量仅为1MPa左右。为左右。为防止橡胶产生塑性变形，采用硫化处理，使分子防止橡胶产生塑性变形，采用硫化处理，使分子链交联成网状结构。随着硫化程度增加，橡胶的链交联成网状结构。随着硫化程度增加，橡胶的弹性降低，弹性模量增大。弹性降低，弹性模量增大。轻度交联的高聚物在飞以上温度有典型的高轻度交联的高聚物在飞以
10、上温度有典型的高弹性，即弹性变形大，弹性模量小，而且弹性随弹性，即弹性变形大，弹性模量小，而且弹性随温度升高而增大。而塑料因使用状态为玻璃态，温度升高而增大。而塑料因使用状态为玻璃态，故无高弹性，但其弹性模量也远比金属低。约为故无高弹性，但其弹性模量也远比金属低。约为金属弹性模量的金属弹性模量的1/100。3.黏弹性黏弹性 高聚物在外力作用下，同时发生高弹性变形高聚物在外力作用下，同时发生高弹性变形和黏性流动，其变形与时间有关，此种现象称黏和黏性流动，其变形与时间有关，此种现象称黏弹性，高聚物的黏弹性表现为蠕变、应力松弛和弹性，高聚物的黏弹性表现为蠕变、应力松弛和内耗三种现象。内耗三种现象。蠕
11、变是在恒定载荷下，应变随时间延长而增蠕变是在恒定载荷下，应变随时间延长而增加的现象，它反映材料在一定外力作用下的形状加的现象，它反映材料在一定外力作用下的形状稳定性。有些高分子材料在室温下的蠕变很明显，稳定性。有些高分子材料在室温下的蠕变很明显，如架空的聚氯乙烯电线套管拉长变弯就是蠕变。如架空的聚氯乙烯电线套管拉长变弯就是蠕变。对尺寸精度要求高的高聚物零件，为避免因蠕变对尺寸精度要求高的高聚物零件，为避免因蠕变而早期失效，应选用蠕变抗力高的材料，如聚碸、而早期失效，应选用蠕变抗力高的材料，如聚碸、聚碳酸酯等。聚碳酸酯等。应力松弛应力松弛与与蠕变蠕变的本质相同，它是在应变恒定的条件的本质相同，它
12、是在应变恒定的条件下，舒展的分子链通过热运动发生构象改变，回缩到稳定下，舒展的分子链通过热运动发生构象改变，回缩到稳定的卷曲态，而使应力随时间延长逐渐衰减的现象。例如连的卷曲态，而使应力随时间延长逐渐衰减的现象。例如连接管道的法兰盘中间的硬橡胶密封垫片，经一定时间后由接管道的法兰盘中间的硬橡胶密封垫片，经一定时间后由于应力松弛而失去密封性。于应力松弛而失去密封性。内耗内耗是在交变应力作用下，处于高弹态的高分子，当是在交变应力作用下，处于高弹态的高分子，当其变形速度跟不上应力变化速度时，就会出现应变滞后应其变形速度跟不上应力变化速度时，就会出现应变滞后应力的现象。这样就便有些能量消耗于材料中分子
13、内摩擦并力的现象。这样就便有些能量消耗于材料中分子内摩擦并转化为热能放出，这种由于力学滞后使机械能转化为热能转化为热能放出，这种由于力学滞后使机械能转化为热能的现象称为内耗。的现象称为内耗。内耗对橡胶制品不利，加速其老化。例如高速行驶的内耗对橡胶制品不利，加速其老化。例如高速行驶的汽车轮胎，由内耗产生的热量有时可使轮胎温度升高至汽车轮胎，由内耗产生的热量有时可使轮胎温度升高至80100，加速轮胎老化，故应设法减少。但内耗对减，加速轮胎老化，故应设法减少。但内耗对减震有利，可利用内耗吸收振动能，用于减震的橡胶应有尽震有利，可利用内耗吸收振动能，用于减震的橡胶应有尽可能大的内耗。可能大的内耗。4.
14、高耐磨性高耐磨性高聚物的硬度比金属低，但耐磨性一般比金属高，高聚物的硬度比金属低，但耐磨性一般比金属高，尤其塑料更为突出。塑料的摩擦因数小，有些塑尤其塑料更为突出。塑料的摩擦因数小，有些塑料具有自润滑性能，可在干摩擦条件下使用。所料具有自润滑性能，可在干摩擦条件下使用。所以，广泛使用塑料制品制造轴承、轴套、凸轮等以，广泛使用塑料制品制造轴承、轴套、凸轮等摩擦磨损零件。但橡胶则相反，其摩擦因数大，摩擦磨损零件。但橡胶则相反，其摩擦因数大，适宜触造要求较大摩擦因数的耐磨零件，如汽车适宜触造要求较大摩擦因数的耐磨零件，如汽车轮胎、制动摩擦件。轮胎、制动摩擦件。二、高分子材料的理化性能特点二、高分子材
15、料的理化性能特点 与金属材料相比，高分子材料的物理、化学与金属材料相比，高分子材料的物理、化学性能有以下特点：性能有以下特点：1.高绝缘性高绝缘性 高聚物是以共价键结合，不能电离，若无其高聚物是以共价键结合，不能电离，若无其他杂质存在，则其内部没有离子和自由电子，故他杂质存在，则其内部没有离子和自由电子，故其导电能力低、介电常数小、介电耗损低、耐电其导电能力低、介电常数小、介电耗损低、耐电弧性好，即绝缘性好。因而高分子材料如塑料、弧性好，即绝缘性好。因而高分子材料如塑料、橡胶等是电机、电器、电力和电子工业中必不可橡胶等是电机、电器、电力和电子工业中必不可少的绝缘材料。少的绝缘材料。2.低耐热性
16、低耐热性 高聚物在受热过程中，容易发生链段运动和高聚物在受热过程中，容易发生链段运动和整个分子链移动，导致材料软化或熔化，使性能整个分子链移动，导致材料软化或熔化，使性能变坏，故其耐热性差。对不同高分子材料，其耐变坏，故其耐热性差。对不同高分子材料，其耐热性判据不同。如塑料的耐热性通常用热变形温热性判据不同。如塑料的耐热性通常用热变形温度来衡量。所谓热变形温度是指塑料能够长时间度来衡量。所谓热变形温度是指塑料能够长时间承受一定载荷而不变形的最高温度，塑料的承受一定载荷而不变形的最高温度，塑料的Tg或或Tm越高，热变形温度也越高，塑料的耐热性也越越高，热变形温度也越高，塑料的耐热性也越好，橡胶的
17、耐热性通常用能保持高弹性的最高温好，橡胶的耐热性通常用能保持高弹性的最高温度来评定。显然，橡胶的度来评定。显然，橡胶的Tf越高，使用温度越高，越高，使用温度越高，其耐热性越好。其耐热性越好。3.低导热性低导热性 高分子材料内部无自由电子，而且分子链相高分子材料内部无自由电子，而且分子链相互缠绕在一起，受热不易运动，故导热性差，约互缠绕在一起，受热不易运动，故导热性差，约为金属的为金属的1/1001/1000。对要求散热的摩擦零件，。对要求散热的摩擦零件，导热性差是缺点，例如汽车轮胎，因橡胶导热性导热性差是缺点，例如汽车轮胎，因橡胶导热性差，其内耗产生的热量不易散发，引发温度升高差，其内耗产生的
18、热量不易散发，引发温度升高而加速老化。但在有些情况下，导热性差又是优而加速老化。但在有些情况下，导热性差又是优点。例如机床塑料手柄、汽车塑料方向盘，把握点。例如机床塑料手柄、汽车塑料方向盘，把握感良好。塑料和橡胶热水袋可以保温，火箭、导感良好。塑料和橡胶热水袋可以保温，火箭、导弹可用纤维增强塑料作隔热层等。弹可用纤维增强塑料作隔热层等。4.高热膨胀性高热膨胀性 高分子材料的线膨胀系数大，为金属的高分子材料的线膨胀系数大，为金属的3倍倍10倍。这是由于受热时，分子链间缠绕程度降倍。这是由于受热时，分子链间缠绕程度降低，分子间结合力减小，分子链柔性增大，使低，分子间结合力减小，分子链柔性增大，使高
19、分子材料加热时产生明显的体积和尺寸增大。高分子材料加热时产生明显的体积和尺寸增大。因此，在使用带有金属嵌件或与金属件紧密配因此，在使用带有金属嵌件或与金属件紧密配合的塑料或橡胶制品时，常因线膨胀系数相差合的塑料或橡胶制品时，常因线膨胀系数相差过大而造成开裂、脱落和松动等，需要在设计过大而造成开裂、脱落和松动等，需要在设计制造时予以注意。制造时予以注意。5.高化学稳定性高化学稳定性 高分子化合物均以共价键结合，不易电离，高分子化合物均以共价键结合，不易电离，没有自由电子，又由于分子链缠绕在一起，许多没有自由电子，又由于分子链缠绕在一起，许多分子链的基团被包裹在里面，使高分子材料的化分子链的基团被
20、包裹在里面，使高分子材料的化学稳定性好，在酸、碱等溶液中表现出优异的耐学稳定性好，在酸、碱等溶液中表现出优异的耐腐蚀性能。被称为腐蚀性能。被称为“塑料王塑料王”的聚四氟乙烯的化的聚四氟乙烯的化学稳定性最好，即使在高温下与浓酸、浓碱、有学稳定性最好，即使在高温下与浓酸、浓碱、有机溶液、强氧化剂都不起作用，甚至在沸腾的机溶液、强氧化剂都不起作用，甚至在沸腾的”王水王水”冲也不受腐蚀。冲也不受腐蚀。6.高分子材料的老化及其防止高分子材料的老化及其防止 高分子材料在长期储存和使用过程中，由于高分子材料在长期储存和使用过程中，由于受氧、光、热、机械力和微生物等长期作用，性受氧、光、热、机械力和微生物等长
21、期作用，性能逐渐恶化，如失去弹性、出现龟裂、变硬、变能逐渐恶化，如失去弹性、出现龟裂、变硬、变脆、变软、变粘、变色，物理性能和力学性能下脆、变软、变粘、变色，物理性能和力学性能下降等，直到丧失使用价值的现象称为老化。高聚降等，直到丧失使用价值的现象称为老化。高聚物的老化是一个复杂的化学变化过程，它涉及高物的老化是一个复杂的化学变化过程，它涉及高分子化合物本身结构和使用条件等原因。目前认分子化合物本身结构和使用条件等原因。目前认为大分子链的交联和裂解是引起老化的根本原因。为大分子链的交联和裂解是引起老化的根本原因。大分子之间的交联反应使大分子链从线型结大分子之间的交联反应使大分子链从线型结构变为
22、体型结构，表现为高分子材料变硬、变脆、构变为体型结构，表现为高分子材料变硬、变脆、出现龟裂等。出现龟裂等。大分子链裂解是发生分子链断裂使高聚物变大分子链裂解是发生分子链断裂使高聚物变为低分子物质的反应，有化学裂解、热裂解、机为低分子物质的反应，有化学裂解、热裂解、机械裂解和光裂解等，其老化表现为变软、变黏、械裂解和光裂解等，其老化表现为变软、变黏、失去刚性，出现蠕变等。失去刚性，出现蠕变等。三、高分子材料的分类三、高分子材料的分类 如如表表3-1 第二节第二节 工程塑料及其成型工艺工程塑料及其成型工艺一、塑料的分类与应用一、塑料的分类与应用塑料始创于塑料始创于1907年，首先在工业上合成了酚醛
23、塑年，首先在工业上合成了酚醛塑料并使其成为一种极好的材料，以后很快形成一料并使其成为一种极好的材料，以后很快形成一个塑料工业行业。工程塑料个塑料工业行业。工程塑料(Engineering Plastic)的发展历史则较短，最早出现的工程塑料是尼龙的发展历史则较短，最早出现的工程塑料是尼龙66，它是由美国杜邦公司于，它是由美国杜邦公司于1934年发明的，接着年发明的，接着又由该公司于又由该公司于1937年发明了尼龙年发明了尼龙6并于并于1938年投年投入工业化生产。工程塑料真正得到迅速发展是在入工业化生产。工程塑料真正得到迅速发展是在20世纪世纪50年代后期。今天，工程塑料已与工业陶年代后期。今
24、天，工程塑料已与工业陶瓷、超导材料一起被称为科学技术发展的三大支瓷、超导材料一起被称为科学技术发展的三大支柱材料。柱材料。由于工程塑料具有质轻、节能、强度高、耐腐蚀由于工程塑料具有质轻、节能、强度高、耐腐蚀等特性，每年都以很高的速度发展。现在已经出等特性，每年都以很高的速度发展。现在已经出现比钢材硬，强度超过钢、铁的塑料。在航天、现比钢材硬，强度超过钢、铁的塑料。在航天、飞机、汽车、电子等工业中，工程塑料是不可缺飞机、汽车、电子等工业中，工程塑料是不可缺少的关键材料，使用范围日益广泛，用量也越来少的关键材料，使用范围日益广泛，用量也越来越大。如汽车工业中，目前平均每辆汽车的塑料越大。如汽车工业
25、中，目前平均每辆汽车的塑料用量是用量是50kg，日产汽车平均每辆使用塑料，日产汽车平均每辆使用塑料180kg，使其质量减轻使其质量减轻40%;美国福特公司每辆汽车使用塑美国福特公司每辆汽车使用塑料达料达170kg，平均节油，平均节油33%，而速度却可提高，而速度却可提高10%。在大型客机波音在大型客机波音767、757上使用的塑料约占其总上使用的塑料约占其总质量的质量的40%。由于使用大量的塑料制品，平均可。由于使用大量的塑料制品，平均可节油节油25%，具有重大的现实意义。，具有重大的现实意义。（一）塑料的定义与分类（一）塑料的定义与分类塑料是以合成的或天然的高分子化合物为基本成塑料是以合成的
26、或天然的高分子化合物为基本成分，可在一定温度和压力下塑化成型，而产品最分，可在一定温度和压力下塑化成型，而产品最终形状能保持不变的材料。塑料的组成相当复杂，终形状能保持不变的材料。塑料的组成相当复杂，是以各种各样的树脂为基础，再加入各种改善性是以各种各样的树脂为基础，再加入各种改善性能的添加剂如填充剂、增塑剂、稳定剂、固化剂、能的添加剂如填充剂、增塑剂、稳定剂、固化剂、润滑剂等制成的。润滑剂等制成的。树脂是塑料制品的主要成分，约占塑料制树脂是塑料制品的主要成分，约占塑料制品总质量的品总质量的40%100%，它决定了塑料的，它决定了塑料的类型类型(热塑性或热固性热塑性或热固性)和基本性质，因此塑
27、和基本性质，因此塑料的名称也多用其原料树脂的名称来命名，料的名称也多用其原料树脂的名称来命名，如聚氯乙烯塑料、酚醛塑料等。如聚氯乙烯塑料、酚醛塑料等。填充剂是塑料中的另一重要组成部分，约占填充剂是塑料中的另一重要组成部分，约占塑料制品总质量的塑料制品总质量的20%50%，它可以降低塑料，它可以降低塑料的成本的成本(因填料比树脂便宜因填料比树脂便宜)，还能改善塑料的性，还能改善塑料的性能，如玻璃纤维可提高塑料的机械性能，石棉可能，如玻璃纤维可提高塑料的机械性能，石棉可增加塑料的耐热性，云母可增加塑料的电绝缘性增加塑料的耐热性，云母可增加塑料的电绝缘性能，石墨、二硫化铝可提供塑料的耐磨性能等。能，
28、石墨、二硫化铝可提供塑料的耐磨性能等。塑料的添加剂除上述几种外，还有着色剂、塑料的添加剂除上述几种外，还有着色剂、发泡剂、抗静电剂、阻燃剂、防霉菌剂、防蚁剂发泡剂、抗静电剂、阻燃剂、防霉菌剂、防蚁剂等。根据塑料的品种和使用要求，可选择添加不等。根据塑料的品种和使用要求，可选择添加不同的添加剂。同的添加剂。按照塑料加热时的热行为，塑料可分为热塑性塑按照塑料加热时的热行为，塑料可分为热塑性塑料料(thermal plastics)和热固性塑料和热固性塑料(thermosets)。热塑性塑料的特点是加热时可以被软化或熔化，热塑性塑料的特点是加热时可以被软化或熔化，冷却后硬化冷却后硬化;再加热又可软化
29、，冷却后又变硬，这再加热又可软化，冷却后又变硬，这一过程可以反复多次进行。而树脂的化学结构基一过程可以反复多次进行。而树脂的化学结构基本不变，始终呈线型或支链型。常见的热塑性塑本不变，始终呈线型或支链型。常见的热塑性塑料有聚乙烯料有聚乙烯(Polythylene)、聚氯乙烯、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride)、聚丙烯、聚丙烯(Polypropylene)、聚苯乙烯、聚苯乙烯(Polystyrene)、聚甲醛、聚甲醛(Polyoxymethlene)、聚酰胺、聚酰胺(尼龙尼龙)(Poltamide)、聚碳酸酯、聚碳酸酯(Polycarbonate)、聚、聚苯醚苯醚(Polv(dim
30、ethyl phenylene oxide)、ABS塑料塑料等。其特点是易加工成型，力学性能好，缺点是等。其特点是易加工成型，力学性能好，缺点是耐热性和刚性差。耐热性和刚性差。热固性塑料的特点是加热时可以软化或熔融，可热固性塑料的特点是加热时可以软化或熔融，可塑制成型，随着进一步加热，能硬化成不熔不融塑制成型，随着进一步加热，能硬化成不熔不融的塑料制品。它一旦成型后不能通过再加热而重的塑料制品。它一旦成型后不能通过再加热而重新软化。大分子在成型过程中由线型或支链型结新软化。大分子在成型过程中由线型或支链型结构转变为体型结构。常见的热固性塑料有酚醛塑构转变为体型结构。常见的热固性塑料有酚醛塑料料
31、(Phenol formaldehyde plastic)、氨基塑料、氨基塑料(Amino plastic)、环氧塑料、环氧塑料(Expoxy plastic)、不饱、不饱和聚酯和聚酯(Unsaturated polyster)、有机硅聚酯等。、有机硅聚酯等。主要优点是耐热性好、抗蠕变性强，缺点是硬而主要优点是耐热性好、抗蠕变性强，缺点是硬而脆，力学性能不高。通常采用纤维复合来提高强脆，力学性能不高。通常采用纤维复合来提高强度。度。按照塑料的功能和使用范围，通常可将塑料分为按照塑料的功能和使用范围，通常可将塑料分为通用塑料通用塑料和和工程塑料工程塑料两大类。两大类。通用塑料通用塑料(Commo
32、dity plastic)一般指产量大、用一般指产量大、用途广、价格低的塑料，通常作为非结构材料使用，途广、价格低的塑料，通常作为非结构材料使用，性能一般。主要品种有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚性能一般。主要品种有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料六种。乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料六种。工程塑料工程塑料(Engineering plastic)是一个特定的名称。是一个特定的名称。其广义泛指具有高性能、有可能代替金属材料的其广义泛指具有高性能、有可能代替金属材料的塑料塑料;狭义指比通用塑料狭义指比通用塑料(PE.、PP、PVC、ABS等热塑性塑料等热塑性塑料)的强度与耐热性优异
33、，可作为工的强度与耐热性优异，可作为工业用的结构材料并具有功能作用的高性能塑料。业用的结构材料并具有功能作用的高性能塑料。聚酷胺、聚碳酸酯、聚苯醚、聚甲醛和聚酯聚酷胺、聚碳酸酯、聚苯醚、聚甲醛和聚酯(Polyester)是目前人们公认的五大工程塑料。它是目前人们公认的五大工程塑料。它们与通用塑料相比，产量较小，价格较高，但具们与通用塑料相比，产量较小，价格较高，但具有优异的机械性能、电性能、化学性能以及耐热有优异的机械性能、电性能、化学性能以及耐热性、耐磨性和尺寸稳定性等。性、耐磨性和尺寸稳定性等。此外，以不饱和聚酷此外，以不饱和聚酷和环氧树脂等为基体和环氧树脂等为基体的玻璃钢材料在很多的玻璃
34、钢材料在很多场合也被作为结构材场合也被作为结构材料使用，但因成型工料使用，但因成型工艺较为特殊等原因，艺较为特殊等原因，因此一般不划人工程因此一般不划人工程塑料的范畴。塑料的范畴。工程塑料有多种分类工程塑料有多种分类方法，目前较多的是方法，目前较多的是按产量和使用范围来按产量和使用范围来进行分类。按这种方进行分类。按这种方法工程塑料可分为通法工程塑料可分为通用工程塑料和特种工用工程塑料和特种工程塑料两类程塑料两类(图图3-1)。聚砜(PSF）芳香族聚酰胺聚酰亚胺(PI）聚苯硫醚(PPS）聚芳酯 (PAR)聚苯酯聚芳醚酮(PAEK）液晶聚合物(LCP）氟塑料聚酰胺(PA）聚碳酸酯(PC）聚甲醛(
35、POM）聚苯醚（PPr或PPE)热塑性聚酯(PBT、PET）丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)超高分子量聚乙烯(UHMWPE)工程塑料特种工程塑料通用工程塑料图3-1 工程塑料的分类及品种(二二)常用塑料品种简介常用塑料品种简介1.通用塑料通用塑料 热塑性塑料有以下凡种。热塑性塑料有以下凡种。1)聚乙烯聚乙烯(PE)聚乙烯由单体乙烯经加聚反应聚合而成的高聚物。聚乙烯由单体乙烯经加聚反应聚合而成的高聚物。聚乙烯是白色蜡状半透明固体，无味、无臭、无毒，聚乙烯是白色蜡状半透明固体，无味、无臭、无毒，柔而韧，比水轻。柔而韧，比水轻。聚乙烯结构中仅有聚乙烯结构中仅有C、H两种元素，无极性基团，两种元
36、素，无极性基团，属非极性高聚物，因而有优异的电绝缘性能，吸水率属非极性高聚物，因而有优异的电绝缘性能，吸水率极低。极低。聚乙烯的耐热性不高，其使用温度不超过聚乙烯的耐热性不高，其使用温度不超过100，易燃，易燃;抗老化性能较差。抗老化性能较差。目前，我国主要采用高压法和低压法生产聚目前，我国主要采用高压法和低压法生产聚乙烯。由于聚乙烯的产量大，且各方面性能比较乙烯。由于聚乙烯的产量大，且各方面性能比较优异，可以通过吹塑、挤出和注射成型，因此应优异，可以通过吹塑、挤出和注射成型，因此应用十分广泛。低密度聚乙烯主要用作各种薄膜和用十分广泛。低密度聚乙烯主要用作各种薄膜和软质包装材料。软质包装材料。
37、聚乙烯制品突出的缺点是耐热温度低和易燃聚乙烯制品突出的缺点是耐热温度低和易燃烧。为克服这些缺点，可采用改性方法来弥补。烧。为克服这些缺点，可采用改性方法来弥补。2）聚丙烯）聚丙烯(PP)聚丙烯是无臭、无味、无毒白色蜡状塑料，聚丙烯是无臭、无味、无毒白色蜡状塑料，外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更轻，密度外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更轻，密度0.9g/cm30.91 g/cm3，是通用树脂中最轻的一种。，是通用树脂中最轻的一种。聚丙烯具有较好的力学性能。其强度和刚度均优聚丙烯具有较好的力学性能。其强度和刚度均优于高密度聚乙烯。耐热性良好，连续使用温度可于高密度聚乙烯。耐热性良好，连续使用温度可达
38、达110120。化学稳定性好，除强氧化剂外。化学稳定性好，除强氧化剂外与大多数药品不发生作用，既不溶于水，也不吸与大多数药品不发生作用，既不溶于水，也不吸水。电绝缘性能好。缺点是耐寒性差，最低使用水。电绝缘性能好。缺点是耐寒性差，最低使用温度仅为温度仅为-15-20，低温下抗冲击性能差，易，低温下抗冲击性能差，易脆脆;聚丙烯易老化，特别是对紫外线照射很敏感。聚丙烯易老化，特别是对紫外线照射很敏感。聚丙烯可以通过挤出、注射、吹塑成型聚丙烯可以通过挤出、注射、吹塑成型各种部件，其中注射制品占绝大部分，薄膜、各种部件，其中注射制品占绝大部分，薄膜、纤维次之。聚丙烯可用于汽车及各种机械零纤维次之。聚丙
39、烯可用于汽车及各种机械零部件，如车门、电瓶壳、方向盘、齿轮、接部件，如车门、电瓶壳、方向盘、齿轮、接头、泵叶轮等，以及家用电器部件、家具、头、泵叶轮等，以及家用电器部件、家具、化工管道、容器、设备衬里、绳缆和鱼网等。化工管道、容器、设备衬里、绳缆和鱼网等。3)聚氯乙烯聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯是一种白色或微黄色粉末状固体树脂，聚氯乙烯是一种白色或微黄色粉末状固体树脂，本身无毒、无臭，呈线型无定形结构，密度为本身无毒、无臭，呈线型无定形结构，密度为1.35g/cm31.46 g/cm3。聚氯乙烯的化学稳定性好，。聚氯乙烯的化学稳定性好，能耐大多数酸和碱，不溶于水、酒精和汽油，但能耐大多数酸和碱，
40、不溶于水、酒精和汽油，但能溶于四氢吠哺和环己酮。聚氯乙烯分子中由于能溶于四氢吠哺和环己酮。聚氯乙烯分子中由于氯原子的存在，具有阻燃性，离开火焰即灭。其氯原子的存在，具有阻燃性，离开火焰即灭。其缺点是热稳定性差，在缺点是热稳定性差，在7080开始软化，超开始软化，超过过150就能放出就能放出HCl而引起降解，若超过而引起降解，若超过180，则加速分解。硬质聚氯乙烯可用于工业管道系统、则加速分解。硬质聚氯乙烯可用于工业管道系统、给排水系统、槽罐以及门窗、电线导管、地板、给排水系统、槽罐以及门窗、电线导管、地板、家具等建筑防火用材。家具等建筑防火用材。4)聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)
41、PMMA俗称有机玻璃，比密度小俗称有机玻璃，比密度小(1.18 g/cm3)，高度透明，透光率为高度透明，透光率为92%，比普通玻璃透光率，比普通玻璃透光率(88%)还高，具有高强度和韧性，不易破碎，耐还高，具有高强度和韧性，不易破碎，耐紫外线和大气老化，易于成型加工。但其硬度不紫外线和大气老化，易于成型加工。但其硬度不如普通玻璃高，耐磨性差，易溶于极性有机溶剂，如普通玻璃高，耐磨性差，易溶于极性有机溶剂，耐热性差，一般使用温度不超过耐热性差，一般使用温度不超过80，导热性差，导热性差，膨胀系数大。膨胀系数大。主要用于制作有一定透明度和强度要求的零主要用于制作有一定透明度和强度要求的零件，如飞
42、机座舱盖、窗玻璃、仪表外壳、灯罩、件，如飞机座舱盖、窗玻璃、仪表外壳、灯罩、光学镜片、汽车风挡等。由于其着色性好，也常光学镜片、汽车风挡等。由于其着色性好，也常用于各种装饰品和生活用品。用于各种装饰品和生活用品。5)聚苯乙烯聚苯乙烯(PS)聚苯乙烯是苯乙烯的均聚物，主要采用本体法和聚苯乙烯是苯乙烯的均聚物，主要采用本体法和悬浮法聚合制得。聚苯乙烯塑料质轻，表面硬度悬浮法聚合制得。聚苯乙烯塑料质轻，表面硬度高，透明性好，有光泽，易着色，具有优良的电高，透明性好，有光泽，易着色，具有优良的电绝缘性、耐化学腐蚀性和低吸湿性。制品尺寸稳绝缘性、耐化学腐蚀性和低吸湿性。制品尺寸稳定，具有一定的机械强度，
43、但质脆易裂，抗冲击定，具有一定的机械强度，但质脆易裂，抗冲击性差，耐热性差。可通过改性处理，改善其性能，性差，耐热性差。可通过改性处理，改善其性能，如高抗冲聚苯乙烯如高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、ABS、AS等。等。PS的加的加工性好，可用注塑、挤出、吹塑等方法加工成型。工性好，可用注塑、挤出、吹塑等方法加工成型。主要用来制造餐具、包装容器、玩具、家用电器主要用来制造餐具、包装容器、玩具、家用电器外壳、汽车灯罩及各种模型材料、装饰材料等。外壳、汽车灯罩及各种模型材料、装饰材料等。聚苯乙烯经发泡处理后可制成泡沫塑料。聚苯乙烯经发泡处理后可制成泡沫塑料。热固性塑料热固性塑料6)酚醛塑料酚醛塑料(PF
44、)酚醛树脂是由酚类和醛类化合物在酸性或碱性催酚醛树脂是由酚类和醛类化合物在酸性或碱性催化剂作用下，经缩聚反应而得到的合成树脂，其化剂作用下，经缩聚反应而得到的合成树脂，其中由苯酚和甲醛缩聚而成的树脂应用最广。酚醛中由苯酚和甲醛缩聚而成的树脂应用最广。酚醛塑料是以非晶态酚醛树脂为基，再加入木粉、纸、塑料是以非晶态酚醛树脂为基，再加入木粉、纸、玻璃布、布、石棉等填料经固化处理而形成交联玻璃布、布、石棉等填料经固化处理而形成交联型热固性塑料。型热固性塑料。根据所加填料的不同，酚醛塑料可分为粉状酚醛根据所加填料的不同，酚醛塑料可分为粉状酚醛塑料、纤维状酚醛塑料、层压酚醛塑料几类。粉塑料、纤维状酚醛塑料
45、、层压酚醛塑料几类。粉状酚醛塑料通常常称胶木粉状酚醛塑料通常常称胶木粉(或电木粉或电木粉)，供模压，供模压成型用成型用;根据纤维填料不同，纤维状酚醛塑料可分根据纤维填料不同，纤维状酚醛塑料可分为棉纤维酚醛塑料、石棉纤维酚醛塑料、玻璃纤为棉纤维酚醛塑料、石棉纤维酚醛塑料、玻璃纤维酚醛塑料等维酚醛塑料等;层压酚醛塑料是由浸渍过液态酚醛层压酚醛塑料是由浸渍过液态酚醛树脂的片状填料制成的，根据填料的不同又有纸树脂的片状填料制成的，根据填料的不同又有纸层酚醛塑料、布层酚醛塑料和玻璃布层酚醛塑料层酚醛塑料、布层酚醛塑料和玻璃布层酚醛塑料(即玻璃钢即玻璃钢)等。等。酚醛塑料具有一定的机械强度，层压塑料的抗拉
46、酚醛塑料具有一定的机械强度，层压塑料的抗拉强度可达强度可达140Mpa，刚度大，制品尺寸稳定。有，刚度大，制品尺寸稳定。有良好的耐热性，可在良好的耐热性，可在110140下使用。具有下使用。具有较高的耐磨性、耐腐蚀性及良好的绝缘性。在电较高的耐磨性、耐腐蚀性及良好的绝缘性。在电器工业中用于制作电器开关、插头、外壳和各种器工业中用于制作电器开关、插头、外壳和各种电气绝缘零件，在机械工业中主要制造齿轮、凸电气绝缘零件，在机械工业中主要制造齿轮、凸轮、带轮、轴承、垫圈、手柄等。此外用它作为轮、带轮、轴承、垫圈、手柄等。此外用它作为化工用耐酸泵、航空航天工业中瞬时耐高温和烧化工用耐酸泵、航空航天工业中
47、瞬时耐高温和烧蚀的结构材料。蚀的结构材料。但是酚醛塑料但是酚醛塑料(电木电木)性脆易碎，抗冲击强度性脆易碎，抗冲击强度低，在阳光下易变色，因此多做成黑色、棕色或低，在阳光下易变色，因此多做成黑色、棕色或墨绿色。墨绿色。7)环氧塑料环氧塑料(EP)环氧塑料是以非晶态环氧树脂为基，再加入环氧塑料是以非晶态环氧树脂为基，再加入增塑剂、填料及固化剂等添加剂制成的热固性塑增塑剂、填料及固化剂等添加剂制成的热固性塑料。具有比强度高，耐热性、耐腐蚀性、绝缘性料。具有比强度高，耐热性、耐腐蚀性、绝缘性和加工成型性好等特点。缺点是成本高，所用的和加工成型性好等特点。缺点是成本高，所用的固化剂有毒性。固化剂有毒性
48、。环氧塑料主要用于制造塑料模具、精密量具环氧塑料主要用于制造塑料模具、精密量具和各种绝缘器件，也可以制作层压塑料、浇注塑和各种绝缘器件，也可以制作层压塑料、浇注塑料等。料等。8)氨基塑料氨基塑料(AF)氨基塑料是由含氨基氨基塑料是由含氨基(-NH2)的化合物与甲醛缩聚的化合物与甲醛缩聚而得，主要包括脲醛塑料而得，主要包括脲醛塑料(UF)和三聚氰胺甲醛塑和三聚氰胺甲醛塑料料(MF)。脲醛塑料是由脲醛树脂脲醛塑料是由脲醛树脂(尿素与甲醛的缩聚物尿素与甲醛的缩聚物)与与填料等添加剂混合后热压成型制得。它色浅，易填料等添加剂混合后热压成型制得。它色浅，易着任何鲜艳色彩，质地坚硬，表面光泽如玉，固着任何
49、鲜艳色彩，质地坚硬，表面光泽如玉，固有有“电玉电玉”之称。脉醛塑料具有较好的电绝缘性之称。脉醛塑料具有较好的电绝缘性和耐热性，不易划伤。其缺点是耐候性、耐水性和耐热性，不易划伤。其缺点是耐候性、耐水性差。多用于制作电话机壳体、电气零件、照明设差。多用于制作电话机壳体、电气零件、照明设备及日用品等。备及日用品等。三聚腈胺甲醛塑料，又称蜜胺塑料，由三聚脂胺三聚腈胺甲醛塑料，又称蜜胺塑料，由三聚脂胺与甲醛缩聚而得，无毒、无味、易着色、硬度高、与甲醛缩聚而得，无毒、无味、易着色、硬度高、光泽好。具有优良的电绝缘性和抗电弧性，机械光泽好。具有优良的电绝缘性和抗电弧性，机械强度高，耐热和耐水性都优于脲醛塑
50、料。三聚脂强度高，耐热和耐水性都优于脲醛塑料。三聚脂胺甲醛制品的外观酷似陶瓷，有胺甲醛制品的外观酷似陶瓷，有“似陶非陶胜似似陶非陶胜似陶陶”之美称。多用于制造各种仿瓷餐具，也可用之美称。多用于制造各种仿瓷餐具，也可用于制造各种工业零件。于制造各种工业零件。2.工程塑料工程塑料工程塑料主要指能用作结构材料的热塑性塑料。工程塑料主要指能用作结构材料的热塑性塑料。1）聚酰胺（）聚酰胺（PA)聚酰胺商品名称为尼龙或锦纶，它是以线型聚酰胺商品名称为尼龙或锦纶，它是以线型晶态聚酰胺树脂为基的塑料，是最早发现的能承晶态聚酰胺树脂为基的塑料，是最早发现的能承受载荷的热塑性塑料，也是目前机械工业中应用受载荷的热
