整理高分子材料概论通用塑料.docx

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整理高分子材料概论通用塑料

第二章：

高分子材料概论

2.2通用塑料

主要内容：

2.2.1塑料概述概述

2.2.2通用塑料的性能

2.2.3通用塑料的用途

2.2.4重要的通用塑料

2.2.5思考题

2.2.1塑料概述

在所有高分子材料中，塑料的应用最广，品种最多，生产量最大，与人们生活和技术发展关系最密切，发展潜力极大。

人类用合成方法生产的第一种塑料是硝化纤维素。

硝化纤维作为塑料使用的第一个专利产品出现于1856年，而实现工业化生产是1872年，这就是用樟脑增塑的硝化纤维——赛璐珞的生产。

一、塑料的定义和分类

以合成或天然高聚物为基本成分，大多数情况下配以一定的高分子助剂如填料、增塑剂、稳定剂、着色剂等经加工可塑成型，并在常温下保持其形状不变的材料，称之为塑料。

作为塑料基础成分的高聚物，不仅决定塑料的类型而且决定了塑料的主要性能。

塑料品种甚多，性能亦各有差别，为便于区分和合理应用不同塑料，人们按不同方法对塑料进行分类。

其中最重要的有以下几种分类方法：

1）按材料的受热行为可分为热塑性和热固性塑料。

热塑性塑料，加热时变软以至熔融流动，冷却时凝固变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行，其树脂的分子链是线型或仅带有支链。

聚烯烃类、聚乙烯基类、聚苯乙烯类、聚酰胺类、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等都属于热塑性塑料，热塑性塑料占塑料总量的80%。

热固性塑料，配料后进行第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度时分子链间产生化学反应，分子链之间通过化学键交联成为网状或三维体型结构，这一过程称为固化。

固化过程是不可逆的化学变化，宏观上就使材料不能再软化流动了。

酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯、有机硅、烯丙基酯、呋喃塑料等都属于热固性塑料。

2）按塑料的使用功能可分为通用塑料和工程塑料。

产量大、价格便宜、原料来源丰富、应用面广的称为通用塑料，一般有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛和氨基塑料，占塑料总量的80％，因此上述六类塑料也被称之为六大通用塑料。

通用塑料由于力学性能、热性能都比较差，主要作为非结构材料使用。

工程塑料一般是指可作为结构材料使用，具有优异的力学性能、热性能、尺寸稳定性或能满足特殊要求的某些塑料，如聚四氟乙烯、聚酰胺、聚甲醛等。

当然这两者之间的界限有时难以截然划分。

某些通用塑料如聚丙烯、聚苯乙烯经改性之后也可作结构材料使用。

3）按树脂的化学结构有聚烯烃类、聚苯乙烯类、丙烯酸类、聚酰胺、聚酯类、聚砜类、聚酰亚胺类等。

二、塑料的组分和作用

塑料根据组分数目可分为单一组分的塑料和多组分塑料。

单组分的塑料基本上是由高聚物组成，典型的是聚四氟乙烯，不加任何添加剂。

而大多数塑料是多组分体系，除高聚物这一基本成分外，还加入添加剂（称高分子助剂）。

高聚物、助剂和加工是影响高分子材料制品质量的三大要素。

助剂能改善材料的加工性能、使用性能以及降低成本。

助剂的分类方法很多，有时一种助剂能起到多方面的作用，所以很难截然分开。

若按功能对高分子助剂进行分类，可分为：

①稳定化助剂，是指防止或延缓高分子材料在贮存、加工以及使用过程中的老化和变质，其中包括抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、防霉剂等；②提高机械性能的助剂，在塑料中主要指填料和增强剂；③改善加工性能的助剂，包括增塑剂、增韧剂、润滑剂等：

④改善表面性能的助剂，包括润滑剂、偶联剂、抗静电剂等；⑤其他用途的助剂，如阻燃剂、发泡剂、着色剂、染料、固化剂等。

2.2.2通用塑料的性能

通用塑料是相对于工程塑料而言的一类塑料，具有质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、容易成型等塑料的一般特点，通用塑料与金属、无机非金属材料的性能对比，其主要的优点：

（1）质轻：

塑料的密度在900-2300kg／m3之间，是材料中量轻的，当制成泡沫塑料后密度下降到10-50kg／m3。

（2）拉伸强度、拉伸模量比较低，韧性优良：

特别是纤维增强的塑料比强度（强度与密度比）接近或超过金属材料。

（3）传热系数小：

塑料的传热系数是金属的1/100—1/1000，可以作为优良的绝热材料。

泡沫塑料的绝热性更佳。

（4）电绝缘性：

塑料的体积电阻率在1013-1018Ω·cm之间，介电常数一般小于2，介电损耗小于10-4。

和其它材料相比是最佳的绝缘材料。

（5）成型加工性优良：

塑料由于是塑性材料，因此可以适应各种成型方法，多数情况下可以一次成型。

（6）减震、消音性能良好。

（7）耐腐蚀性优良：

塑料有较好的化学稳定性，对酸、碱、盐溶液、蒸汽、水、有机溶剂等的稳定性优于金属材料。

（8）透光性能、着色性能好：

塑料的遇光性能、着色性能好，可以做成透明或半透明、色泽鲜艳的制品。

（9）可赋予各种特殊的性能：

塑料可以作成各种特殊性能的材料，如：

透气性、难燃性、粘接性、离子交换性、生物降解性以及光、热、电、磁等性能。

通用塑料的缺点如下：

（1）力学性能比金属材料差，表面硬度低；

（2）容易静电积累；（3）难于加工高精度的制品，成型条件对产品的物理性能影响大；（4）使用过程中容易产生蠕变、疲劳、结晶等现象，长期使用性能差；（5）热膨胀系数远远大于其它材料，当进行复合时，要充分考虑；（6）耐热性能差，使用温度低；（7）容易燃烧；（8）在光热条件下容易受到破坏等。

虽然通用塑料有一些缺点，但是随着共混技术的不断发展进步，它的一些不足逐渐得到改善，并不断扩大使用范围，使得塑料在国民经济中的地位越来越重要。

2.2.3通用塑料的用途

通用塑料的用途可涉及以下几个方面：

（1）农业：

各种农膜、片材、捧灌管、喷灌管、渔网、养殖箱、飘浮材料。

（2）工业：

由于塑料的电绝缘性，在电器工业上已经大量使用塑料作绝缘材料和封装材料；在电子和仪表工业中的制件、壳体；机械工业中的传动齿轮、轴承等；化学工业中各种防腐容器、管道、槽、罐等。

（3）建筑业：

用塑料代替木材、金属等传统材料，制作塑料门、窗、天花板、地板革、上下水管道与管件、煤气管道与管件等等。

（4）包装业：

各种编织袋、包装薄膜、复合薄膜、中空容器、周转箱、瓦楞箱、打包带、泡沫塑料等。

（5）日常用品：

各种塑料玩具、牙刷、肥皂盒、雨衣、餐具、器具、拖鞋等等。

（6）医疗与器械工业：

各类人造器官、医疗用输液袋、一次用注射用品、降解性医用材料。

（7）电器工业：

各种办公用具及家用电器绝缘、保温、防腐、防潮的壳体，耐唐、精密的军部件等。

除子在以上领域，通用塑料应用比较广泛外，目前一些通用塑料通过改性扩大了应用领域，在国防尖端工业、交通与航空工业等作为结构材料大量使用。

2.2.4重要的通用塑料

一、聚乙烯（PE）

聚乙烯（PE）是以乙烯为原料经催化剂催化聚合而得到的一种热塑性化合物，作为塑料使用的聚乙烯分子量要达到1万以上。

聚乙烯是世界上塑料品种中产量最大、应用也最广，约占世界塑料总产量的1/3。

最先进行工业化生产的是1937年高压聚合法制得的低密度聚乙烯（LDPE）。

1）聚乙烯的分类

聚乙烯的分类主要是按照聚乙烯的密度，并适当考虑分子结构来划分：

（1）低密度聚乙烯（LDPE），密度0.915—0.940g/cm3，分子呈长短支链，支化度较大，结晶度55％-65％，分子量约为10-50万；LDPE也称高压聚乙烯，是按照自由基聚合历程进行聚合制备，所以容易发生链转移，产品存在大量的支链结构，分子结构缺乏规整性，因此结晶度小密度低，主要作成薄膜用于食品包装、商业和工业包装、购物袋、垃圾袋等，特别是农用薄膜。

（2）高密度聚乙烯（HDPE），密度0.940—0.970g/cm3，分子呈线型结构并有少量的短支链，支化度较小，结晶度85％-90％,分子量约为10-150万；HDPE也称低压聚乙烯，由于它的分子量比较高，支链短而且少，因此分子结构规整性较好，结晶度高密度大，除冲击强度外其他力学性能都优于LDPE。

（3）线型低密度聚乙烯（LLDPE），密度0.914—0.940g/cm3，分子量约为5-20万,分子呈线型结构，有一定数量无规则分布的短支链，其分子规整性和结晶度介于HDPE和LDPE之间。

它是由乙烯和少量的a-烯烃共聚得到。

（4）其它种类聚乙烯，除了上述几种聚乙烯外，还有超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）、交联聚乙烯、氯化聚乙烯等种类：

一般分子量在100万以上的称为超高分子量聚乙烯（UHMWPE），由于其分子量很大，具有独特的性能，如极佳的耐磨性、高的冲击强度、良好的自润滑性、优异的耐低温核化学稳定性，是一种价廉却可以和工程塑料相媲美的塑料。

通过化学或辐射的方法在聚乙烯分子链间产生交联，而形成网络状结构的热固性聚乙烯称为交联聚乙烯，无论是低密度聚乙烯或高密度聚乙烯都能进行交联，交联的聚乙烯的拉伸强度、冲击强度、抗蠕变性、刚性、模量等都优于HDPE，可在140oC长期使用。

对聚乙烯进行氯化反应后的产物称为氯化聚乙烯（CPE），由于氯的取代，破坏了聚乙烯的结晶性，使氯化聚乙烯变软、玻璃化转变温度降低。

氯化聚乙烯主要用于与聚氯乙烯共混。

2）聚乙烯的主要特征

（1）聚乙烯比水轻，无毒，为白色蜡状半透明材料，它的透明度随着结晶度增加而下降，一般，经过退火处理后变得不透明，而淬火处理后透明；

（2）具有优良的电绝缘性，它的介电常数和介电强度与分子量有关；（3）良好的耐化学性，在60˚C以下，能耐各种浓度的盐和碱溶液，室温下一些化学物质对它不起作用；（4）具有优异的力学性质，结晶部分赋予聚乙烯较高的强度，非结晶部分赋予了良好的柔性和弹性，并随着分子量的增加力学性能有所提高，当分子量超过150万为极坚韧的材料，可作为工程材料使用；（5）聚乙烯容易光氧化、热氧化、臭氧分解。

3）聚乙烯的应用

由于聚乙烯的无毒、透明、力学性能优良、化学稳定性好、种类多，聚乙烯已被广泛应用于众多生产生活领域，短篇幅内难以概括。

二、聚丙烯（PP）

聚丙烯是以丙烯催化聚合而得的高分子材料。

1）聚丙烯的分类

聚丙烯的分类主要分为：

等规矩丙烯（IsotacticPP，IPP）、无规聚丙烯（AtacticPP,APP）和间规聚丙烯（SyndiotacticPP,SPP）。

工业上，95％以上是等规聚丙烯，无规聚丙烯是等规聚丙烯的副产物，间规聚丙烯是采用特殊的催化剂在低温下合成的。

虽然聚丙烯分子链上挂有庞大的侧基，影响了分子排列的整齐性，使其不易结晶。

但是在聚合过程中，如果分子排列整齐，仍可构成结晶区，等规立构就赋予了聚丙烯高结晶度及良好的性能，无规立构类似于未硫化的橡胶，熔点及硬度、刚性都比较低，间规立构聚丙烯处于二者之间。

2）聚丙烯的性能

（1）聚丙烯是所有合成树脂中密度最小的一种，聚丙烯的物理性能介于HDPE和ABS树脂之间，加工性能、制品的外观和耐热性均比聚乙烯好；

（2）在高温下的流动性好，加入添加剂后，制品的收缩率减少，可用来制造各种大型和在高温下变形小的制品；（3）聚丙烯薄膜的透明度、光洁度、拉伸强度、耐热性及二次加工性能都比较优良，薄膜在单向拉伸后的强度很高，伸长率变小，可将其切成窄带或细丝用作织物和绳索材料；（4）聚丙烯具有良好的化学稳定性和耐热性，对溶剂及大多数化学药品都比较稳定；（5）聚丙烯可耐沸水，在没有外部压力的条件下，制品加热到150˚C也不变形；（6）均聚聚丙烯的耐冲击强度性能不好，可通过与乙烯的共聚改性来提高它的常温和低温下的强度；（7）由于聚丙烯的高等规度、高结晶性，使它具有较高的强度和抗挠曲性，拉伸强度、屈服强度和刚性都比HDPE高，有高的耐磨性、较好的应力开裂性和低蠕变性；（8）聚丙烯具有良好的电绝缘性，不吸水，不受周围环境湿度的影响，且有优良的高频特性，特别适合作为电器电缆绝缘和电器外壳；（9）由于结构上叔碳原于上氢的存在，聚丙烯在再加工和使用中容易受到光、热、氧的作用发生降解和老化，因此必须添加稳定剂。

3）聚丙烯的用途

聚丙烯由于价格低廉，综合性能良好，容易加工，因此应用比较广泛。

特别是近些年来聚丙烯树脂改性技术的迅速发展，使它用途日趋广泛。

普通的聚丙烯可以通过共聚改性、交联改性、接枝改性等化学改性方法和物理改性方法来扩大使用范围，在性能上和工程塑料相媲美。

聚丙烯可制成家具、餐具、厨房用具、盆、桶、玩具等；可制成各种农具、渔网、蘑菇培养瓶等；可制成汽车上的很多部件，如方向盘、仪表盘、保险杠等；可制成电视机、收录机外壳、洗衣机内桶等；可制成扁丝织成编织袋，制成打包带，还可生产各种薄膜用于重包装袋（如粮食、糖、食盐、化肥、合成树脂的包装），制成透明的玻璃纸等；可制成食品的周转箱、食品包装以及香烟的过滤嘴；可制成工业用布、地毯、服用布和装饰布，特别是聚丙烯土工布广泛应用于公路、水库建设，对提高工程质量有重要作用；可制成一次性注射器、手术用服装、个人卫生用品等；聚丙烯材料印刷性能比较好，可以印刷出特别光亮、色泽鲜艳的图案。

三、聚氯乙烯（PVC）

聚氯乙烯（PVC）是由氯乙烯聚合而成。

世界上PVC的产量是仅决于PE，位居合成树脂的第二位，而我国的PVC产量则位于第一位。

PVC工业上有四种聚合方法：

悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合和溶液聚合，每种聚合方法，应用范围常有不同。

其中以悬浮聚合为主，其产量约为PVC产量的90％。

悬浮聚合时，采用不同的分散剂可以制得颗粒结构不同的两种PVC树脂，一种是紧密型的，俗称“玻璃球树脂”（Ⅺ），一种是疏松型的，俗称“棉花球树脂”（XS），国家标准统称SG。

1）聚氯乙烯的性能

（1）PVC是一种多组分塑料，通常不能单独使用，根据不同用途可以加入不同的添加剂，因此随着组成的不同，聚氯乙烯制品可呈现不同物理机械性能，比如加不加增塑剂，或者加多少就使它有软硬之分,力学性能根据软、硬制品相差比较大。

（2）PVC的外观是一种白色粉末。

它的化学稳定性良好，能够耐一般的酸碱腐蚀；（3）由于结构中含有氯原子，因此PVC的阻燃性优于聚乙烯、聚丙烯等塑料；（4）PVC的结晶度较小，只有5％左右，制品的透明性比较好；（5）PVC属于极性聚合物，氯原子的电负性强，它的电绝缘性一般。

PVC的缺点：

PVC的热稳定性差，受热容易分解，分解放出氯化氢会促进PVC的分解，因此在加工时必须加入稳定剂，并严格控制温度。

2）PVC的用途

PVC在我国用途比较大的是薄膜类，如农用棚膜、塑料布、棚布、包装材料；可以大量用来制造管材、片材和异型材，应用于建筑业，如：

PVC门窗、上下水管等；PVC的透明片用于食品包装；PVC用于人造革，制作箱包、沙发等家具；用于发泡制品，如运动鞋、汽车坐垫、地板革、壁纸等；在电线电缆方面主要制作护套料。

四、聚苯乙烯

聚苯乙烯（PS）是由单体苯乙烯通过连锁聚合而成。

聚苯乙烯可以分为通用型聚苯乙烯（GPPS）、高冲击聚苯乙烯（HIPS）、可发性聚苯乙烯（EPS）。

1）通用聚苯乙烯

GPPS无嗅、无味、无毒、质硬、透明性极好、尺寸稳定性好、电绝缘性优良、耐辐射、着色性好、刚度和表面硬度大，性脆、耐热性低、耐日光性差、耐化学药品性一般、能溶于多种溶剂。

它主要用于日用晶、文具、灯具、室内外装饰品、化妆品容器、果盘、仪表外壳、光学零件、电子电器配件、电讯器材、家电零配件、各种罩壳和食品包装等。

2）高冲击聚苯乙烯

HIPS刚度好、着色性好、抗冲击性能好、拉伸强度、硬度、耐光性、光泽不如GPPS，透明性大大下降、耐候性差。

主要用于包装材料，如食品、化妆品、日用品、机械仪表和文具包装；还可用于家用电器，如家用电器和仪表的外壳、电器配件、按钮、汽车零件、医疗设备附件、文体用品、办公用品、各种装饰件、照明器材、家具、玩具等。

2）预防或者减轻不良环境影响的对策和措施。

主要包括预防或者减轻不良环境影响的政策、管理或者技术等措施。

3）可发性聚苯乙烯

可发性聚苯乙烯（EPS）又称发泡聚苯乙烯的材料，是苯乙烯在发泡剂的参与下利用悬浮聚合制得的。

发泡剂在聚合前加入或在加热、加压下渗入聚苯乙烯珠粒中。

这种材料可进一步加工制成泡沫塑料，具有良好的缓冲防震和隔热、隔音性能，主要用于包装材料和建筑领域。

1）地方环境标准是对国家环境标准的补充和完善。

在执行上，地方环境标准优先于国家环境标准。

五、酚醛树脂（PF）

以酚类化合物和醛类化合物缩聚而得的树脂称为酚醛树脂（PF），其中最主要的一类是以苯酚和甲醛为原料的缩聚物即PF。

这是最早实现工业化生产的树脂，无论是产量，还是应用，在热固性聚合物中都占有第一位，在合成聚合物中居第六位。

根据催化剂的种类不同、原料的比例不同，可生成热塑性树脂和热固性树脂：

以酸做催化剂，并且苯酚过量，生成的是热塑性酚醛树脂；以碱做催化剂，或甲醛过量，生成的是热固性酚醛树脂。

热固性酚醛树脂根据缩聚进程的不同可以分为甲（线型结构）、乙（部分线型结构）、丙（体型结构）三个阶段。

热固性酚醛树脂由于含有—CH2OH基团，受热就可以便分子链交联成为网状结构，而热塑性酚醛树脂必须加入固化剂才能固化。

酚醛塑料主要用作电绝缘材料，有“电木”之称。

大纲要求酚醛塑料可以分为以下几种类型：

1）酚醛模压塑料

另外,环境影响评价三个层次的意义，环境影响评价的资质管理、分类管理，建设项目环境影响评价的内容，规划环境影响评价文件的内容，环境价值的衡量还可能是将来考试的重点。

热固性酚醛树脂或甲阶热固性酚醛树脂磨碎后与填料混合均匀，再采用模压方法成型。

根据填料的种类，可分为粉状压坯料和碎屑压塑料。

粉状压塑料也称为压塑粉，是酚醛塑料中的比较重要的品种，它主要的填料为木粉，其次是云母粉；碎屑压塑料的填料主要是小布块、小纸块、小木块等碎屑料。

酚醛模压塑料具有较高的力学性能和突出的耐磨性，耐热性，可以制作优良摩擦片或制动零件、刹车片、耐高温摩擦制品，软、硬板材、管材，化工设备衬里、阀件等。

2）酚醛层压塑料

各种片状填料如石棉、玻璃布、木材片、石棉布、纸等，浸透以甲阶热固性酚醛树脂，干燥、切割、迭配后，放入层压机内热压成层压板，也可模压成管、棒或其它制品。

3）选择价值。

选择价值（OV）又称期权价值。

我们在利用环境资源的时候，并不希望它的功能很快消耗殆尽，也许会设想未来该资源的使用价值会更大。

酚醛层压塑料的主要特点是价格便宜、尺寸稳定性好、耐热性优良，根据不同的性能要求选择不同的填料和配方来满足不同用途的需要。

表3—9为几种酚醛层压塑料的性能与用途。

3）酚醛泡沫塑料

热塑性或甲阶热固性酚醛树脂，加人发泡剂、固化剂等经起泡后即得到酚醛泡沫塑料。

酚醛泡沫塑料主要用作隔热材料、救生圈、浮筒等。

3.完整性原则；

1）直接使用价值。

直接使用价值（DUV）是由环境资源对目前的生产或消费的直接贡献来决定的。

六、氨基塑料

氨基塑料是以一种具有氨基官能团的原料（脲、三聚氰胺、苯胺）与醛类（主要为甲醛）经缩聚反应而制得的塑料。

氨基塑料主要的两个品种是脲—甲醛、三聚氰胺—甲醛的共聚物。

通常所说的氨基塑料指尿素—甲醛塑料。

尿素—甲醛树脂（w）是尿素和甲醛在稀溶液中于酸或碱催化下缩合而成线型树脂，在固化剂的存在下，于100ºC左右交联固化成体型结构。

蜜胺（MP）是三聚氰胺和甲醛的缩聚产物。

氨基塑料具有良好的力学性质和电绝缘性，可作绝缘材料。

另外氨基塑料是无色的，可以制成各种色彩的塑料制品，特别是蜜胺（MP）塑料无毒、无味，是制作塑料餐具和桌面装饰层压塑料板的主要原料，而且耐水、耐热性比脲醛塑料好，但是价格稍高；脲醛（UF）塑料制品的外观色泽如玉，不愧为电玉制品的称呼。

1.环境影响评价工作等级的划分

（三）环境影响评价的原则2.2.5思考题

1、塑料的定义和主要分类方法。

2.建设项目环境影响评价文件的报批时限2、什么是通用塑料？

常说的六大通用塑料指哪些？

3、请说明通用塑料的基本性能和主要应用领域。

4、请说明六大通用塑料的结构和最突出特征。