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1、化工通用高分子材料第1页，本讲稿共71页塑料定义塑料定义 塑料是以树脂为主要成分，在一定温度和压力下塑造成一定形状，并在常温下能保持既定形状的有机高分子材料。树脂是指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力作用具有流动性，常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。广义地讲，在塑料工业中作为塑料基本材料的任何聚合物都可称为树脂。第2页，本讲稿共71页塑料发展史塑料发展史在19世纪，台球都是用象牙做的，数量自然非常有限。于是有人悬赏1万美元征求制造台球的替代材料。1869年，美国的海厄特(J.W.Hyatt，1837-1920)把硝化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压
2、下共热，然后在常压下硬化成型制出了廉价台球，赢得了这笔奖金。这种由纤维素制得的材料就是“赛璐珞”。“赛璐珞”是人类历史上第一种合成塑料，它是一种坚韧材料，具有很大的抗张强度，耐水，耐油、耐酸。从此，赛璐珞被用来制造各种物品，从儿童玩具到衬衫领子中都有“赛璐珞”。它还被用来做胶状银化合物的片基，这就是第一张实用照相底片。不过，由于“赛璐珞”中含硝酸根，所以它有一个很大的缺点，就是极易着火引起火灾。第3页，本讲稿共71页赛璐珞产品第4页，本讲稿共71页人类历史上第一种完全人工合成的塑料是在1909年由美国人贝克兰(LeoBaekeland)用苯酚和甲醛制造的酚醛树脂，又称贝克兰塑料。酚醛树脂是通过
3、缩合反应制备的，属于热固性塑料。其制备过程共分两步：第一步先做成线型聚合度较低的化合物；第二步用高温处理，转变为体型聚合度很高的高分子化合物。20世纪40年代乙烯类单体的自由基引发聚合迅速发展，实现工业化的包括氯乙烯、聚苯乙烯和有机玻璃等，这是合成高分子蓬勃发展的时期。进入50年代，从石油裂解而得的烯烃主要包括乙烯与丙烯，德国人齐格勒(KarlZiegler)与意大利人纳塔(GiulioNatta)分别发明用金属络合催化剂合成低压聚乙烯与聚丙烯的方法，前者1952年工业化，后者1957年工业化，这是高分子化学的历史性发展，因为可以由石油为原料又能建立年产10万吨的大厂，他们二人后来都获得了19
4、63年的诺贝尔化学奖。第5页，本讲稿共71页60年代，由于要飞往月球而出现高温高分子的研究热。耐高温的定义是材料能够在氮气中、500环境中能使用一个月；在空气中，300环境下能使用一个月。其结果主要分为两大类，一类是芳香聚酰胺例如苯二胺与间苯二酰缩聚得到的Nomex，这在当时曾被作为太空服的原料。还有对苯二胺与对苯二酰氯缩聚得到的Kevlar，它属于耐高温的高分子液晶，现在用于超音速飞机的复合材料中。另一类是杂环高分子，例如聚芳亚酰胺和作为高温粘合剂的聚苯并咪唑，为现在宇航飞行所需的材料打下了基础。第6页，本讲稿共71页 塑料的种类很多。除了酚醛树脂和聚乙烯外，还有聚氯乙烯、聚苯乙烯等。我们常
5、见的有机玻璃，其实也是塑料的一种。它的透明度比普通玻璃还高，有韧性，不易破碎，枪弹打上去也只能穿一个洞。因此，它是制作飞机舷窗的绝好材料。第7页，本讲稿共71页塑料有三个最主要的优点。第一，它比较轻，这是相对于金属和有机玻璃而言的，轻的原因不是因为它是高分子化合物，而是因为它们是有机化合物，即由碳、氢、氧、氮等较轻的元素组成的。第二，塑料易于加工。塑料具有可塑性，即在加热或加压后变形，在降温或压力消失后维持原形不变。可以通过挤出，注射等方式加工成各自形状的产品。第三，塑料不会腐烂也不会生锈。但是，这一性质也给人类带来一个严重的问题：由于塑料不易腐烂，大量的塑料废弃无法被自然界吸收、分解，从而造
6、成一定程度的环境污染。第8页，本讲稿共71页 由于这些优良性能，塑料这一新型材料的发展十分迅速。特别是石油化学工业的发展，为塑料生产开辟了广阔的原料来源。从1947年到1967年的20年间，美国的塑料产量从60多万吨增至600多万吨。目前，其产量按体积已远远钢铁。钢铁生产已有两千多年的历史，而塑料问世不过百余年，足可见塑料工业发展速度之惊人。第9页，本讲稿共71页塑料分类塑料分类1按塑料用途分按塑料用途分：通用塑料通用塑料(UniversalPlastics)：一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。工程塑料工程塑料(Engineering Plastics)：一般指能承受一定的外力作用，
7、并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。特种塑料特种塑料：一般指具有特种功能（如耐热、自润滑等），应用于特殊要求的塑料。如氟塑料、有机硅等。第10页，本讲稿共71页通用塑料通用塑料(Universal Plastics)聚乙烯（PE）*环氧树脂（EP）*聚丙烯（PP）*酚醛树脂（PF）*聚苯乙烯（PS）*聚氨酯（PU）*聚氯乙烯（PVC）*不饱和聚脂*聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）*第11页，本讲稿共71页工程塑料(EngineeringPlastics)丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）*聚甲醛（POM）*聚对苯二酰对苯二胺（Kevlar）*聚醚
8、砜（PES）*超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）*聚醚醚酮（PEEK）*聚苯硫醚（PPS）*聚四氟乙烯（PTFE）*聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）*聚碳酸酯（PC）*聚砜（PSU）*第12页，本讲稿共71页2按塑料的物理化学性能分按塑料的物理化学性能分：热塑性塑料热塑性塑料：指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。如聚乙烯、聚氯乙烯塑料等。热固性塑料热固性塑料：因受热或其它条件能固化成不熔不溶性物料的塑料。如酚醛塑料、环氧塑料等。第13页，本讲稿共71页3按塑料成型方法分按塑料成型方法分:模压塑料模压塑料：供模压用的树脂混合料。如一般热固性塑料。层压塑料层压塑料：指浸有树脂的纤维织物
9、，可经叠合、热压结合而成为整体材料。注射、挤出和吹塑塑料注射、挤出和吹塑塑料：一般是指能在料筒温度下熔融、流动，在模具中迅速硬化的树脂混合科。如一般热塑性塑料。浇铸塑料浇铸塑料：能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料。如MC尼龙。反应注射模塑料反应注射模塑料：一般是指液态原材料，加压注入模腔内，使其反应固化制得成品。如聚氨脂类。第14页，本讲稿共71页4按塑料半制品和制品分按塑料半制品和制品分:模塑粉模塑粉：又称塑料粉，主要由热固性树脂（如酚醛）和填料等经充分混合、按压、粉碎而得。如酚醛塑料粉。增强塑料增强塑料：加有增强材料而某些力学性能比原树脂有较大提高
10、的一类塑料。泡沫塑料泡沫塑料：整体内合有无数微孔的塑料。薄膜薄膜：一般指厚度在0.25mm以下的平整而柔软的塑料制品。第15页，本讲稿共71页塑料加工用助剂简介塑料加工用助剂简介1 1、增塑剂、增塑剂 一些玻璃化温度较高的塑料，为了制取室温下的软质制品和改善加工时的熔融流动性能，就需要加入一定量的增塑剂。这些小分子量的油状的增塑剂与高聚物有良好的相溶性，它们分布在高分子链之间，降低了它们分子间的作用力，从而在一定温度和压力下容易使分子链运动，达到加工成型的目的。因此，增塑剂有降低塑料玻璃化温度及最低成型温度的作用。第16页，本讲稿共71页 增塑剂可分为主增塑剂和副增塑剂两大类：主增塑剂的特点是
11、与树脂的相溶性好、塑化效率高、耐迁移、低挥发性、低的油（水）抽出性、低温柔性。副增塑剂的相溶性较差，主要是与主增塑剂一道使用以降低成本，所以也称增量剂。增塑剂总量中的7580%应用于聚氯乙烯塑料，主要是碳原子数6-11的脂肪醇与邻苯二甲酸类合成的酯类，其中最为主要的是邻苯二甲酸二辛酯（DOP），是标准增塑剂。此外，还有环氧类、磷酸酯类和癸二酸酯类增塑剂及氯化石腊类增量剂等第17页，本讲稿共71页2 2、防老化剂、防老化剂塑料制品在热加工和使用过程中，高分子链由于受到外能的作用而断裂，分子量逐渐下降以致失去强度或破碎的现象就是老化现象，为了阻缓这种老化现象就须添加不同的防老化剂，它包括：抗氧剂、
12、热稳定剂、紫外线吸收剂、变价金属离子抑制剂、光屏蔽剂等。第18页，本讲稿共71页（1）抗氧剂抗氧剂能抑制或延缓高聚物氧化过程的助剂称为抗氧剂。高聚物的氧化过程是一种自催化的连锁反应，是导致老化的重要因素。抗氧剂的作用就在于它能消除老化反应中生成的过氧化游离基、还原烷氧基游离基等，从而使氧化的连锁反应终止，达到防止高聚物氧化老化的目的。抗氧剂有取代酚类、芳香族胺类、亚磷酸酯类、含硫酯类等几种化合物。第19页，本讲稿共71页（2）热稳定剂热稳定剂主要用于聚氯乙烯及其共聚物，聚氯乙烯在热加工过程中，在达到熔融流动之前就有少量的分子链断裂而放出氯化氢，而氯化氢是一种加速分子链断裂连锁反应的催化剂，所以
13、不及时排除刚分解出来的氯化氢就会高分子链一直裂解成为低分子化合物，以致使聚氯乙烯这类塑料不能成型加工，如果在聚氯乙烯中加入适当的碱性物质则就能马上中和分解出来的氯化氢，达到上述目的，这就是热稳定剂的作用原理。第20页，本讲稿共71页热稳定剂分以下几类：金属盐类和皂类：主要是铅的盐类和皂类，如盐基性硫酸铅和硬脂酸铅；其次是钙、镉、锌、钡、铝、锂、锶的盐类和皂类。它们是主稳定剂。有机锡：它是透明聚氯乙烯制品必须用的主稳定剂，还有良好的光稳定性。有机稳定剂：主要指环氧化油和酯类，它是辅助稳定剂也是增塑剂。螯合剂：几乎全是亚磷酸的烷基或芳基的酯类，能与金属盐类形成络合物。螯合剂单独使用并不见效，需与主
14、稳定剂并用，才能显示其稳定作用。有代表性的主要螯合剂是亚磷酸三苯酯。第21页，本讲稿共71页（3）紫外线吸收剂）紫外线吸收剂高聚物受紫外线照射会发生光降解。紫外线吸收剂是一类能吸收紫外线或减少紫外线透射作用的化学物质，它能进行能量转换，即将高能量的紫外光转换成以热的形式或无破坏性的较长光波的形式把能量释放出来，从而保护高聚物免遭紫外线破坏。紫外线吸收剂按化学结构可分为多羟基苯酮类、水杨酸苯酯类、本并三唑类、三嗪类、磷酰胺类等。第22页，本讲稿共71页（4）变价金属离子抑制剂）变价金属离子抑制剂不少高聚物会因变价金属离子的存在而加速老化的过程，变价金属离子如铜、锰、铁离子的这种催化氧化作用对聚烯
15、烃（特别是聚丙烯）影响很大。抑制变价金属离子的催化氧化活性，在于把这些离子联结到一些化合物中去，在这些化合物中价键是不能转移或很难转移的。变价金属离子抑制剂就是一类能与金属离子的活性盐联结为络合物，从而消除这些金属离子的催化氧化活性的化学物质，它们主要是铜抑制剂和铁抑制剂。变价金属离子抑制剂有醛和二胺缩合物、草酰胺类、酰肼类、三唑和四唑类化合物等。第23页，本讲稿共71页（5）光屏蔽剂）光屏蔽剂光屏蔽剂是一类能将有害于高聚物的光波吸收，然后将光能转换成热能散射出去或将光波反射掉，从而对高聚物起到屏蔽作用的物质。光屏蔽剂主要有炭黑、氧化锌、钛白粉、锌钡白等黑色或白色之能吸收或反射光波的物质。第2
16、4页，本讲稿共71页3、增强剂、填料、增强剂、填料为了提高塑料制品的强度和刚性，可以加入各种纤维材料作增强剂。最常用的增强剂是玻璃纤维，它有连续长丝、玻璃带、玻璃纱、玻璃布、短切纤维等几种。另外还有石棉纤维、碳纤维、石墨纤维和硼纤维等。填料，虽然也有改善某些塑料物理性能的作用，但它的主要功能是降低成本和收缩率。主要的填料种类有：硅石（砂、石英）、硅酸盐（云母、滑石、陶土、石棉）、碳酸钙、金属氧化物、炭黑、玻璃珠和粉等。一种增强剂或填料对塑料的增强效果，取决于它们和树脂界面处的分子间相互作用的状况，如果它们的表面用某些化合物处理一下（如有机硅烷）则与树脂的分子链容易通过化学键偶联起来，达到增强的
17、目的。第25页，本讲稿共71页4、抗静电剂、抗静电剂在塑料配方中加入抗静电剂，可减少或消除成品表面静电荷的形成，大多数抗静电剂是吸水的化合物（电解质），由于它们与聚合物的相溶性有限，它们会渗出到部分表面，形成水溶性导电层，可让表面电荷分散开来。抗静电剂一般是有机氮化物（酰胺、胺类及季胺化合物）或具有聚醚结构的化合物。抗静电剂的选择取决于聚合物的本性，以及抗静电剂本身的使用特性、有效性、无毒性等。第26页，本讲稿共71页5、阻燃剂、阻燃剂减缓塑料燃烧性能的助剂称阻燃剂，根据阻燃机理的不同可分为四种类型：与塑料的分解产物相结合而产生一种可闷熄火焰的气体，如三氧化锑与PVC分解时释放出来的氯化氢反应
18、，即生成有熄火作用的三氯氧化锑。吸收燃烧时产生的热量来冷却塑料，以减缓燃烧速率如氢氧化铝，氢氧化铝是阻燃剂中用的最普遍的一种：它呆起填料、灭烟剂、阻燃剂的作用，同时价格低廉、对聚合物性能影响又小，所以它获得应用的增长速率引人注目。提供一种与氧气隔绝的涂层，如磷酸酯类主要产品有磷酸三甲苯酯等，它们实际上也是一种有阻燃性能的增塑剂。能产生阻止燃烧反应的游离基，这些游离基可与塑料反应生成燃烧性能较差的产物。第27页，本讲稿共71页6、发泡剂、发泡剂发泡剂是一类受热时会分解放出气体的有机化合物，这些气体留在塑料基材中便成为有许多细微泡沫结构的泡沫塑料。作为一种良好的发泡剂应具备下列条件：短时间内放出气
19、体，放气速度可以调节，分解放出的气体应是CO2、N2之类的惰性气体，在塑料中容易分散和分解，分解温度适当，分解时发热量不大，分解反应是不可逆的，发泡剂无毒等。发泡剂中应用最广的是偶氮二甲酰胺（AC）。第28页，本讲稿共71页7、润滑剂、润滑剂高聚物在热加工过程中，往往要加入少量的润滑剂才能加工，达到脱模方便的目的。润滑剂可以分为内外两种：外润滑剂与内润滑剂。外润滑剂主要作用是使聚合物熔融体能顺利地离开加工设备的热金属表面而有利于它的流动，外润滑剂与聚合物的相溶性较差，只是在聚合物与金属的界面处形成薄薄的润滑剂层。内润滑剂与聚合物有良好的相溶性，能降低聚合物分子间的内聚力，从而有助于聚合物的流动
20、和降低由内摩擦热所致的升温。最常用的外润滑剂是硬脂酸及其金属盐类，内润滑剂是低分子量的聚乙烯等。第29页，本讲稿共71页8、着色剂、着色剂着色剂赋于塑料制品各种色泽，分染料和颜料两类。染料是有机化合物，常能溶于增塑剂之类的有机溶剂。颜料可分有机和无机化合物两类，它们的颗粒较大，通常难溶于有机化合物。9、偶联剂、偶联剂增强剂或填料用偶联剂处理后，可使其表面获得一种化学改性，而在分散的无机相和连续的聚合物之间形成一种桥键，成为一种复合材料，提高增强剂或填料的作用，有机硅烷是最为广泛使用的偶联剂，有机钛酸酯是一种更高效的偶联剂。第30页，本讲稿共71页10、交联剂、交联剂线型高分子链在化学交联剂所产
21、生之自由基的作用下，激发了活性中心，使它们足以相互交联起来而成为网状结构，达到改善强度和其它性能的目的。一般的交联剂多指有机过氧化物，如聚乙烯的交联剂可使用过氧化二异丙苯。第31页，本讲稿共71页橡胶定义橡胶定义 橡胶(Rubber)是一种高弹性的高分子化合物。它具有其它材料所没有的高弹性，因而也称做弹性体。橡胶的主要特征是分子量大，一般都在数十万，甚至达到上百万左右；其次是橡胶具有多分散性，也即橡胶的分子是大小不等的，有一个分布范围，这是决定橡胶成为工程材料的内在原因。有关橡胶最早的文字记载是1525年西班牙人安吉拉著的新世界（Newworld）。后来，1901年托德西拉斯在著作中称海地岛居
22、民玩的奇特的球是由树胶（Gum）制成的，至今还是法语和日语对橡胶的称呼，页南美印地安人的方言土语则把橡胶称作“Caoutchouc”，原意为“树的眼泪”。第32页，本讲稿共71页橡胶发展史橡胶发展史哥伦布在发现新大陆的航行中发现，南美洲土著人玩的一种球是用硬化了的植物汁液做成的。哥伦布和后来的探险家们无不对这种有弹性的球惊讶不已。一些样品被视为珍品带回欧洲。后来人们发现这种弹性球能够擦掉铅笔的痕迹，因此给它起了一个普通的名字“擦子(Rubber)”。这仍是现在这种物质的英文名字。这种物质就是橡胶。1839年，美国人古德伊尔(CharlesGoodyear)成功地将天然橡胶进行了硫化后，橡胶才成
23、为有使用价值的材料。通过与硫磺一起加热进行硫化，实现了橡胶分子链的交联，使橡胶具备了良好的弹性。第33页，本讲稿共71页第34页，本讲稿共71页1845年，英国工程师RW汤姆森在车轮周围套上一个合适的充气橡胶管，并获得了这项设备的专利，到了1890年，轮胎被正式用在自行车上，到了1895年，被用在各种老式汽车上。用天然橡胶的结构单元-异戊二烯来制造合成橡胶。早在1880年，化学家们就发现，异戊二烯放置过久就会变软发动，经酸化处理后则会变 成类似橡胶的物质。德皇威廉二世曾让人用这种物质制成皇家汽车的轮胎。在第一次世界大战期间，迫于橡胶匾乏，德国人采用了二甲基丁二烯聚合而成甲基橡胶，这种橡胶可以
24、大量生产，而且价格低廉。大约在1930年，德国和苏联用丁二烯作为单体，金属钠作为催化剂，合成了一种叫做丁钠橡胶。与苯乙烯共聚得到丁苯橡胶(Buna-S)，它的性质与天然橡胶极其相似。第35页，本讲稿共71页 大约在1930年，德国和苏联用丁二烯作为单体，金属钠作为催化剂，合成了一种叫做丁钠橡胶。与苯乙烯共聚得到丁苯橡胶(Buna-S)，它的性质与天然橡胶极其相似。美国在战后大力研究合成橡胶。首先合成了氯丁橡胶，氯原子使氯丁橡胶具有天然橡胶所不具备的一些抗腐蚀性能。1955年美国人利用齐格勒在聚合乙烯时使用的催化剂(也称齐格勒纳塔催化剂)聚合异戊二烯。首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的
25、合成天然橡胶。不久用乙烯、丙烯这两种最简单的单体制造的乙丙橡胶也获成功。此外还出现了各种具有特殊性能的橡胶。现在合成橡胶的总产量已经大大超过了天然橡胶。第36页，本讲稿共71页橡胶分类橡胶分类1）按材料来源可分为天然橡胶(NaturalRubber)和合成橡胶(SyntheticRubber)两大类。2）按其性能和用途可分为通用橡胶(Universal Rubber)和特种橡胶(Specialty Rubber Eastomer)两大类。3)热塑性橡胶：SBS热塑性橡胶 第37页，本讲稿共71页通用橡胶(Universal Rubber)凡是性能与天然橡胶相同或接近，物理性能和加工性能较好，能
26、广泛用于轮胎和其它一般橡胶制品的橡胶称为通用橡胶。通用橡胶有：天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）、顺丁橡胶（聚丁二烯橡胶，BR）、异戊橡胶（聚异戊二烯橡胶，IR）第38页，本讲稿共71页特种橡胶特种橡胶(SpecialtyRubberEastomer)凡是具有特殊性能，专供耐热、耐寒、耐化学腐蚀、耐油、耐溶剂、耐辐射等特殊性能橡胶制品使用的称为特种橡胶。特种橡胶有：丁腈橡胶（NBR）、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、聚硫橡胶、聚丙烯酸酯橡胶（UR）、氯醚橡胶、氯化聚乙烯橡胶（CPE）、氯磺化聚乙烯（CSM）、丁吡橡胶等。实际上，通用橡胶和特种橡胶之间并无严格的界限，如乙丙橡胶兼具上述两方面的特点
27、。通用橡胶与特种橡胶之间的有：氯丁橡胶（CR）、乙丙橡胶（EPDM）、丁基橡胶（IIR）第39页，本讲稿共71页橡胶特点橡胶特点（1）高弹性橡胶的弹性模量小，一般在19.8MPa。伸长变形大，伸长率可高达1000%，仍表现有可恢复的特性，并能在很宽的温度（-50150）范围内保持有弹性。（2）粘弹性橡胶是粘弹性体。由于大分子间作用力的存在，使橡胶受外力作用。产生形变时受时间、温度等条件的影响，表现有明显的应力松驰和蠕变现象。（3）缓冲减震作用橡胶对声音及振动和传播有缓和作用，可利用这一特点来防除噪音和振动。（4）电绝缘性橡胶和塑料一样是电绝缘材料，天然橡胶和丁基橡胶和体积电阻率可达到1015c
28、m以上。第40页，本讲稿共71页（5）温度依赖性 高分子材料一般都受温度影响。橡胶在低温时处于玻璃态变硬变脆，在高温时则发生软化、熔融、热氧化、热分解以至燃烧。（6）具有老化现象 如同金属腐蚀、木材腐朽、岩石风化一样，橡胶也会因环境条件的变化而发生老化，使性能变坏，使寿命缩短。（7）必须硫化 橡胶必须加入硫黄或其它能使橡胶硫化（或称交联）的物质，使橡胶大分子交联成空间网状结构，才能得到具有使用价值的橡胶制品，但是，热塑性橡胶可不必硫化。除此之外，橡胶密度低，属于轻质材料，硬度低，柔软性好；透气性较差，可做气密性材料；还是较好的防水性材料等等。使得橡胶材料和橡胶制品的应用范围特别广泛，制品不定多
29、达数万种。第41页，本讲稿共71页纤 维纤维根据其来源可分为天然纤维（如棉、毛、丝、麻等）和化学纤维。化学纤维(Chemcial Fiber)又包括人造纤维(Rayon)和合成纤维(Synthetic fiber)。人造纤维：将天然高分子经化学处理再加工纺制而成的纤维。如粘胶纤维、醋酸纤维、铜氨纤维等。合成纤维：是聚合物加工纺制成的纤维。如涤纶、锦纶（聚酰胺类(Polyamide)，也叫尼龙(Nylon）、丙纶、维尼纶、氯纶、腈纶等。第42页，本讲稿共71页主要合成主要合成纤维品种品种学名学名商品名商品名聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(PET)涤纶、Terylene、Dacron聚己内酰胺纤维(PA
30、6)锦纶6、尼龙6、Kapron、Perlon聚己二酰己二胺纤维(PA66)锦纶66、尼龙66、Nylon聚对苯二甲酰对苯二胺纤维芳纶、Kelvar丙烯腈-丙烯酸酯共聚物腈纶、Cashmilan、OrlonCourtelle聚丙烯纤维(PP)丙纶、Pylen、Meraklon超高分子量聚乙烯纤维(UHMW-PE)Spectra900、Dyneema聚乙烯醇缩甲醛维纶、维尼纶、KuralonMewlon聚氯乙烯纤维(PVC)氯纶、Leavil、Rhovyl聚氨酯弹性纤维(PU)氨纶、Lycra、Dorlustan、Vairin聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维(PTT)PTT纤维,Corterra第43页
31、，本讲稿共71页胶粘剂(Adhesive)胶粘剂定义胶粘剂定义：粘合剂(Adhesive)是靠界面间作用使各种材料牢固地粘接在一起的物质。第44页，本讲稿共71页粘合剂的组成粘合剂的组成1、粘料、粘料 粘合剂以称基料、主剂、是决定粘合剂性能主要组分，能起到胶粘的作用，作为粘料的物质可以是天然高分子、合成树脂及合成橡胶。天然高分子有淀粉、蛋白质、天然橡胶等，还有无机材料如硅酸盐、硝酸盐等。粘料的选择需考虑聚合物的特性和被粘物的特性。第45页，本讲稿共71页2、固化剂和固化促进剂以热固性聚合物为粘料时，必须加入固化剂使粘合组分交联形成体型结构。固化促进剂是加速交科反应，缩短固化时间或降低固化温度的
32、组分。3、增塑剂和增韧剂为了改善胶层柔韧性，提高胶层冲击强度而加入的配合剂。4、稀释剂稀释剂是为了降低粘合剂粘度、增加粘合剂浸稳透力而使用的低分子化合物，有些稀释剂还能降低粘合剂的活性，延长粘合剂的使用期。第46页，本讲稿共71页5、填料填料的作用是改善粘合性能和降低粘合剂的成本。填料一般是粉末状或细短纤维状。填料的用量要合适，否则会导致粘接性能下降。6、偶联剂偶联剂是为了改善粘合剂和被粘物表面之间的界面强度而使用的助剂。偶联剂是具有反应性基团的化合物，可与被粘物表面分子形成化学键合。偶联剂又称增粘剂。7、其他助剂粘合剂组分除上述必需的组分外，有进根据粘料的结构性质、用途还需加入防老剂、着色剂
33、等组分。第47页，本讲稿共71页粘合剂的分类粘合剂的分类1、按形态分类水溶液型、溶液型、乳液（胶乳）型、无溶剂型、固态型、膏状与腻子2、按化学成分分类1）无机：包括硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、陶瓷类及低熔点金属类2）有机：天然系及合成系。天然系包括淀粉系类、蛋白系类、天然树脂系类、天然橡胶系列、沥青系类。合成系包括树脂型、橡胶型（氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚硫橡胶、羧基橡胶、有机硅橡胶、热塑性橡胶）及复合型。其中树脂型包括热塑性类（聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛类、聚丙烯酸酯类、纤维素类、饱和聚酯、聚氨酯等）及热固性类（脲醛树脂、蜜醛树脂、酚醛树脂、间苯二酚甲醛树脂、环氧树脂、不
34、饱和聚酯等）。第48页，本讲稿共71页3、按来源分类胶粘剂按来源可分天然胶粘剂和合成胶粘剂，前者如动物的皮、骨、血胶，植物的淀粉、天然橡胶、松香胶等都属于天然胶粘剂，开发应用已有数千年历史，但强度不理想。后者始于本世纪初合成高分子出现之后，其性能优越，已形成脲醛、酚醛、蜜醛、聚醋酸乙烯乳液、合成橡胶胶浆、聚丙烯酸酯等廉价的大品种和具有形形色色特性的品种。第49页，本讲稿共71页粘合剂的性能粘合剂的性能 1、粘合剂的性能参数2、贮存期3、工作寿命（适用期）4、粘度5、固含量6、固化时间7、其他：粘合剂的密度、pH值。8、粘合剂的机械性能剪切强度、剥离强度、拉伸强度、冲击强度9、粘合剂的物理化学性
35、能主要是指固化后、胶层本身及界面层的物理化学性能，包括耐热性、耐水性、耐化学试剂性能、耐潮性、耐老化性、耐低温性，以及经受环境条件变化的特性。如耐高低温突变性能、耐干湿突变性能等。第50页，本讲稿共71页粘合剂品种简介粘合剂品种简介1、热塑性高分子粘合剂热塑性高分子粘合剂是以线型聚合物为粘料，很容易配制成溶液状，乳液状或熔融状粘合剂进行粘接操作，使用方便。固化过程中不产生交联反应，而是通过溶剂或分散介质的挥发或熔体冷却成为胶层、产生粘接力。此类粘合剂具有柔韧性、耐冲击性、初粘力高、贮存稳定性好等特点，但耐热性、耐溶剂性较差，胶接强度相对较低，在常温下往往有蠕变倾向。这些缺点使其在应用上有一定的
36、局限性。热塑性粘合剂主要用于非结构件的胶粘，如纸张、木材、皮革、纤维制品等低受力物品的粘接。热塑性聚酰胺、聚酯等也用于金属、金属与塑料、橡皮间的粘接。第51页，本讲稿共71页2、热塑性高分子粘合剂主要有1）聚醋酸乙烯酯及其共聚物粘合剂聚醋酸乙烯（PVAc）及其共聚物粘合剂是产量最大的热塑性品种，主要品种有PVAc溶液粘合剂、PVAc乳液粘合剂、醋酸乙烯共聚物粘合剂，包括溶液型、乳液型和热熔胶。2）丙烯酸树脂粘合剂丙烯酸树脂粘合剂的粘料是（甲基）丙烯酸及其酯类的均聚物或共聚物。丙烯酸乙酯、丁酯、异辛酯以及甲基丙烯酸甲酯等是常用的单体，丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯、丙烯腈、醋酸乙烯是常用的共聚单体。
37、第52页，本讲稿共71页3）聚乙烯醇（PVA）和聚乙烯醇缩醛粘合剂将聚乙烯醇和水在加热下溶解可直接得到水溶性粘合剂。通常命名用的聚乙烯醇牌号为PVA-1788，其醇解度为88%，平均聚合度为1700。若醇解度太低水溶性不好，醇解度太高则容易结晶，粘合效果下降。因聚乙烯醇粘合剂价格低、无毒、主要用于纸品的粘接和办公用品中的浆液。4）含氯树脂粘合剂等含氯树脂包括PVC及其氯化产物（过氯乙烯树脂、由PVC氯化制得）、聚偏氯乙烯（PDVC），以及醋酸乙烯或偏二氯乙烯的共聚树脂。第53页，本讲稿共71页5）热固性树脂粘合剂热固性树脂粘合剂是以中低分子量、且含有高反应性基团的聚合物为粘料的粘合剂，在加热（
38、或/和固化剂）作用下，聚合物之间发生交联反应，形成不溶不熔的胶层。此类粘合剂的特点是聚合物分子量小易扩散渗透，粘接力强，胶层耐热性、耐蠕变性好。但起始粘接力小，固化后易产生体积收缩和内应力，使胶接强度下降，所以在往往需加压、加入填料来弥补这些不足。第54页，本讲稿共71页3 3、热固性高分子粘合剂主要有、热固性高分子粘合剂主要有1）氨基树脂粘合剂2）酚醛树脂粘合剂3）环氧树脂粘合剂4）热固性丙烯酸树脂粘合剂5）橡胶粘合剂6）复合型粘合剂7）特种粘合剂8）热熔粘合剂（简称热熔胶）9）压敏粘合剂（简称压敏胶）10）厌氧粘合剂11）微胶囊粘合剂第55页，本讲稿共71页胶接技术与传统的铆、螺、焊接相比
39、有其独特的优点，如工艺简便、胶接件表面光洁美观、应力集中小、疲劳寿命长、适用面广，无论同质异质、软硬脆无不可接，而纸、薄膜、泡沫或蜂窝结构等的连接，更非胶接法不可。故应用遍及国民经济和日常生活的各个领域。大品种胶的应用多集中在木材、建筑、轻纺、汽车等行业。第56页，本讲稿共71页 有两类胶粘剂产量不很大，但其某些性能非常突出，且增长速度很快，是目前胶粘剂工业发展的关键。一类是结构胶粘剂（Structuraladhensive)，主要用于航空和宇航及其他工业中受力构件的粘接，目前结构胶主要品种是改性的热固性胶粘剂。如用尼龙、羧酸丁腈、聚砜改性的环氧胶或聚乙烯醇缩醛、丁腈改性的酚醛胶，都具有很高的
40、强度和韧性及优良的耐湿、热老化（除环氧尼龙外）氧等性能。第57页，本讲稿共71页另一类是特种胶粘剂。除一般性能外还有某些特殊功能如耐超高温低温、导电、医用.品种配方多达数万种，附加价值高。也此相似，一些特殊工艺胶粘剂如热熔胶(Hotmeltadhesive)、厌氧胶(Anaerobicadhesive)、压敏胶(Pressureadhesive)等发展迅速，年增长率在15%以上。第58页，本讲稿共71页涂料涂料定义涂料定义：涂料是指涂布在物体表面而形成具有保护和装饰作用膜层的材料第59页，本讲稿共71页涂料的组成成膜物质：与物体表面和颜料具有良好的结合力，可分为转化型和非转化型两种类型。颜料：
41、起装饰作用，并对物体表面起抗腐蚀的保护作用填充剂：增量剂(体质颜料)溶剂：溶解成膜物质的易挥发性液体增塑剂：提高漆膜柔性催干剂：促使聚合或交联的催化剂增稠剂：提高涂料的黏度稀释剂：降低涂料的黏度其他填加剂：杀菌剂，颜料分散剂，阻聚剂，防结皮剂等第60页，本讲稿共71页涂料的类型施工层次：腻子、底漆、面漆、罩光漆稀释介质：溶剂型、水溶型、水乳型漆膜光泽：无光漆、半光漆、有光漆施工方法：喷漆、烘漆、电泳漆成膜物质：油性涂料(油基树脂漆)、合成树脂类漆第61页，本讲稿共71页油基树脂漆(1)油脂类漆油脂类漆是以植物油或植物油加天然树脂或改性酚醛树脂为基的涂料，有清油、清漆、色漆等不同类型。清油是干性
42、油的加工产品，含有树脂时称为清漆。清漆中加颜料即为色漆(瓷漆)。在配方中1份树脂所使用油的份数称为油度比。以质量比计，树脂：油为1：3时称为长油度，1：23时，称为中油度，1：0.52时称为短油度。下面对油脂类漆所用的主要成分简介如下。第62页，本讲稿共71页(1)油类。植物油主要成分为甘油三脂肪酸酯。形成甘油三脂肪酸酯的脂肪酸分为饱和及不饱和两种。饱和脂肪酸如硬脂酸，不饱和脂肪酸如油酸、桐油酸等，含有双键，可在空气中氧的作用下进行聚合与交联反应。含有不饱和脂肪酸的植物油可进行氧化聚合而干燥成膜，故称为干性油，不能进行氧化聚合的植物油称为不干性油。涂料工业应用的植物油可分成干性油、半干性油和不
43、干性油3种，是依碘值划分的。碘值在140以上的为干性油，如桐油、梓油、亚麻油、大麻油等。碘值在100一140的为半干性油，如豆油、花生油、棉子油等它们干燥的速度比干性油小。不能自行干燥的油称为不干性油，一般用作增塑剂和制造合成树脂，如蓖麻油、椰子油、米糠油等都属于不干性油。第63页，本讲稿共71页松香加工树脂。松香的主要成分为树脂酸C19H29COOH。树脂酸有多种异构体，包括松香酸、新松香酸、海松酸等，其中最主要的是松香酸，它是一种不饱和酸。涂料中用的松香加工树脂是松香经加工处理可制得的松香皂类、酯类或与其他材料改性的树脂，如松香改性酚醛树脂。催干剂。催干剂即油类氧化聚合的催化剂，常用的有钴
44、、锰的有机酸皂类其中最重要的是环烷酸钴。钙和锌的有机酸皂常用作助催干剂。其他的树脂。油性涂料常用的其他树脂有松香改性酌醛树脂、丁醇醚化酚醛树脂、酚醛树脂、石油树脂、古马隆树脂等。溶剂。油基树脂漆主要使用油漆溶剂油、二甲苯及松节油。第64页，本讲稿共71页(2)大漆大漆是一种天然漆，俗称土漆和生漆，生漆经加工即成熟漆。生该是漆树的分泌物，是一种天然水乳胶漆。生漆的主要成分是漆酚。漆酚在生漆中的含量为50一80，是生漆的成膜物质。生漆中含有不到1的漆酶，它是一种氧化酶，为生漆的天然有机催干剂。生漆中还含有20一40的水分1一5的油分，35一9的树脂质。树脂质即松香质，是一种多糖类化合物。在生漆中起
45、悬浮剂和稳定剂的作用。生漆可用油类改件及其他树脂改性。(3)沥青漆沥青漆是以沥青为基料加有植物油、树脂、催干剂、颜料、填料等助剂而制成的涂料。沥青漆具有耐水、耐酸、耐碱和电绝缘性。第65页，本讲稿共71页合成树脂漆(1)醇酸树脂漆以醇酸树脂为基加入植物油类而成的漆类。醇酸树脂是由多元醇、多元酸与脂肪酸制得的。常用的多元醇有甘油、季戊四醇。常用的多元酸有邻苯二甲酸酐。常用的油类有椰子油、蓖麻油、豆油、亚麻油、桐油等。醇酸树脂分为两类。一类是干性油醇酸树脂，是采用不饱和脂肪酸制成的，能直接固化成膜。另一类是不干性油醇酸树脂，它不能直接作涂料用，需与其他树脂混合使用。醇酸树脂漆具有附着力强、光泽好、
46、硬度大、保光性和耐候性好等特点，可制成清漆、磁漆、底漆和腻子。第66页，本讲稿共71页(2)氨基树脂漆涂料中使用的氨基树脂有三聚氰胺甲醛树脂、脲醛树脂、烃基三聚氰胺甲醛树脂以及各种改性的和共聚的氨基树脂。氨基树脂也可与醇酸树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、有机硅树脂等并用制得改性的氨基树脂漆。(3)环氧树脂漆环氧树脂漆可根据固化剂的类型分为：胺固化型漆、合成树脂固化型漆、脂肪酸酯固化型漆等。环氧树脂也可制成无溶剂漆和粉末涂料。环氧树脂漆常为双组分的，一种是树脂组分，另一种是固化剂组分，使用时将二者按比例混合。(4)聚氨酯漆选用不同的异氰酸酯与不同的聚酯、聚醚、多元醇或与其他树脂配用可制得许多品种的聚
47、氨酯漆。聚氨酯漆具有耐磨性优异、附着力强、耐化学腐蚀，广泛用作地板漆甲板漆、纱管漆等。第67页，本讲稿共71页(5)纤维素漆纤维素漆是指以纤维素醚或纤维素酯为基料的漆类。常用的有：硝酸纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、乙基纤维素等。使用时常与其他天然的或合成的树脂并用以改善漆膜的性能。(6)丙烯酸酯漆丙烯酸酯漆分热塑性及热固性两类(7)其他合成树脂漆其他合成树脂漆有：乙烯树脂漆、不饱和聚酯漆；有机硅树脂漆；橡胶漆等。第68页，本讲稿共71页水性树脂涂料水性树脂涂料主要指以水为溶剂的水溶性聚合物涂料和以水为介质的乳胶型涂料。(1)水溶性树脂涂料聚合物一般不溶于水，但可通过一定的方法制得水溶性聚
48、合物。制备方法有：带有氨基的聚合物以羧酸中和成盐；带有羧基的聚合物用胺或碱中和成盐；破坏氢键；皂化等。(2)乳胶涂料各种合成乳液加入颜料、体质颜料、保护胶体、增塑剂、润湿剂、防冻剂、防锈剂、防霉剂等，经研磨分散即成为乳胶涂料(即乳胶漆)。第69页，本讲稿共71页粉末涂料粉末涂料为固体粉末状的涂料，全部组分都是固体采用喷涂、静电喷涂等工艺施工，再经加热熔化成膜。粉末涂料分为两类，一是热塑性粉末涂料如聚乙烯、尼龙和聚苯硫醚等；另一类是热固性粉末涂料，它是由反应性成膜物质复合物(树脂、交联剂、颜料、填料、流干剂等)混合而成，最常用的有环氧粉末涂料、聚酯型粉末涂料等。第70页，本讲稿共71页附录1、高分子科学简史*2、高分子科学家*3、高分子材料发展史大事记*4、我国高分子科学发展的概况*5、塑料原料名称中英文对照表*6、常用高分子聚合物名称缩写*第71页，本讲稿共71页