合成树脂与塑料概论

第八章合成树脂与塑料概论本章主要内容：8.1 合成树脂分类与用途8.2 塑料8.3 合成纤维8.4 粘合剂8.5 涂料8.6 离子交换树脂难点：无8.0 前言♦树脂定义树脂通常是指受热后有软化或熔融范围, 软化时在外力作用下有流动倾向,常温下是固态、半固态，有时也可以是液态的有机聚合物。

广义地讲，可以作为塑料制品加工原料的任何聚合物都称为树脂。

♦树脂分类树脂分为天然树脂和合成树脂：天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。

合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。

♦树脂的主要用途：当前在聚合物生产中以合成树脂产量最大，用途最为广泛。

以合成树脂为原料生产的塑料、合成纤维、涂料、粘合剂以及离子交换树脂等已广泛应用于工农业各领域和人民生活中。

8.1合成树脂分类与用途8.1.1 根据合成反应进行分类(1) 加成聚合合成树脂包括经自由基聚合、离子聚合、配位聚合等反应合成的聚合物例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。

(2) 逐步聚合合成树脂包括经缩合聚合反应和逐步加成聚合反应合成的聚合物，酚醛树脂、脲醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯等。

8.1.2 根据受热后的变化行为进行分类(1) 热塑性合成树脂例如聚乙烯、聚酯、聚酰胺等。

(2) 热固性合成树脂例如酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂等。

8.1.3 按聚合物主链结构和聚合物化学结构进行分类1．碳链合成树脂①聚烯烃，例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯等。

②聚乙烯基化合物、聚醋酸乙烯及其衍生物：聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛等。

③聚丙烯酸及其衍生物a．酸类聚合物：聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸等。

b．酯类聚合物：聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、丁酯等。

c．腈及酰胺衍生物：聚丙烯腈、聚丙烯酰胺等。

④聚卤代烃a．聚氯代烃：聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯b．聚氟代烃：聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯等⑤聚烯丙基化合物：聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚氰脲酸三烯丙酯等。

2．碳-氧链合成材脂①聚缩醛、聚甲醛。

②聚醚：聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、环氧树脂、氯代聚醚、聚苯醚等。

③酚醛树脂：苯酚-甲醛树脂。

④聚酯：聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、不饱和聚酯、芳香族聚酯、醇酸树脂等。

3. 碳-硫链合成树脂①聚琉化合物：聚苯硫醚。

②聚砜、聚芳砜。

4.碳-氮链合成树脂①聚亚胺②氨基树脂③聚酰胺：聚酰胺6，聚酰胺66，聚酰胺1010，聚芳酰胺等。

④聚酰亚胺8.2 塑料♦概述塑料：以合成树脂为主要原料，添加稳定剂、着色剂、润滑剂以及增塑剂等组分得到的合成材料。

性能评价：机械性能——强度、坚韧性、刚性、抗蠕变性和抗疲劳性能、耐磨性、硬度、摩擦系数等。

热性能——主要是长时间连续使用条件下的最低和最高温度限，热膨胀系数、导热系数等。

电性能——主要是介电性或绝缘性能。

其他——耐化学腐蚀与老化行为以及对透明性、透气性、燃烧性等。

8.2.1 塑料的性能□塑料的基本性能♦密度塑料的实体相对密度约在0.83-2.2范围，多数介于1-1.5之间。

塑料的密度与其中填料的种类和数量有关。

相对密度小于1者为聚烯烃类塑料(无填料)。

密度最轻者为聚4-甲基1-丁烯(相对密度0.83)，最高者为聚四氟乙烯。

♦吸水性塑料是有机材料，所以其吸水性高于金属、陶瓷、玻璃、无机材料等。

但低于木材，其测试方法一般是将一定大小的试样置于水中浸24h后，测定其重量增加的百分数。

塑料的吸尔性一般为0.01％-3％，亲水性较大的品种，例如醋酸纤维素则高达7％左有。

吸水性高低与高聚物的化学结构和填料种类有关。

□机械性能塑料品种不同，其机械性能差别可能甚大，例如有些品种是刚性材料，如聚苯乙烯、酚醛塑料等，有些品种则是柔性材料，如低密度聚乙烯，软聚氯乙烯等。

□热性能♦塑料的热性能主要从它的耐热性、导热系数、热膨胀系数、比热、耐寒性等方面进行评价。

塑料的耐热性，用在一定负荷下受热，形状变化达规定范围时的温度来表示。

♦国际上通用的有马丁耐热温度，维卡耐热温度、以及热扭变温度等三种测定塑料形状稳定温度的方法。

□电性能一般的塑料是不良导体，因此其重要用途之一是用作绝缘材料。

塑料与其他绝缘材料如玻璃、陶瓷相比较，除具有某些优良的工艺性能，例如质轻、柔软、脆性低、易加工，可以制成电缆包被层和薄膜，为玻璃、陶瓷所不及外。

在电性能方面，由于塑料的介质常数较低、介质损耗较小，因此作为绝缘材料时减少了电能损耗。

有些品种如聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等在高频条件下，介质损耗仍甚低，因此适合用作高频或超高频绝缘材料。

对于近代高频技术，雷达和电视技术的发展发挥了重大作用。

8.2.2 塑料分类、缩写代号与命名□塑料的分类根据分类角度的不同而有多种分类方法:①根据受热后行为分为热塑性塑料和热固性塑料。

②根据化学组成分类，例如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料、酚醛塑料、不饱和聚酪塑料等。

③根据塑料制品形成分为模塑塑料、增强塑料、泡沫塑料、薄膜、人造革等。

□树脂与塑料缩写代号由于合成树脂与塑料名称较复杂，我国参照国际标准(ISO))编制了塑料及树脂缩写代号标准(GB l844-80)，举例如下：ABS——丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile-butadiene-styrene copo[ymer);EP——环氧树脂(epoxide resin)；EPC—乙烯-丙烯共聚物(ethylene-propylene copolymer)；HDPE——高密度聚乙烯(high density polyethylene)；HIPS——高冲击强度聚苯乙烯(high impact polystyrene)；PVC——聚氯乙烯(polyvinyl chloride)8.3合成纤维♦纤维是人们衣着材料和工业用材料之一，分为天然纤维，如棉花、羊毛、蚕丝、麻等和化学纤维两大类。

化学纤维又分为两类，一类非纤维状天然高分子化合物经化学加工得到的人造纤维；另一类是由单体合成的合成纤维。

人造纤维由于性能方面不及合成纤维优良所以从世界范围以及我国生产情况看来产量增长缓慢，甚至世界范围内有所下降。

♦生产合成纤维的高聚物条件能够用来生产合成纤维的高聚物在宏观结构上应当是具有适当结晶度，经拉伸取向后成为不可逆状态的聚合物，并且需要具备以下条件：①聚合物主链是线型结构，具有高分子量。

②聚合物分子结构具有线型对称性，这样可以使分子与分子间结合紧密。

③聚合物大分子与大分子之间存在相当强的作用力，如离子键、色散力、范德华力等。

♦合成纤维的特点合成纤维与天然纤维和人造纤维相比较，具有强度高、密度低、弹性高、吸水性低、保暖性好、耐磨性好、耐酸碱、不会虫蛀等特点。

8.3.1 合成纤维的性能1. 细度细度是表示纤维粗细程度的指标，一般用支数和纤度来表示。

(1)支数表示纤维和纱线粗细程度的一种参数。

以单位重量的纤维或纱线在公定回潮率时的长度表示。

公制支数:以1g重的纤维或纱线所具有的长度(米)表示。

例如：1g纤维长50m，则为50支。

纤维或纱线越细支数越高。

(2)纤度纤维粗细程度的一种量度。

以一定长度的纤维所具有的重量来表示。

常用的纤度单位有“特”(tex)，全称“特克斯”，是中国选定的纤维和纱线纤度的法定单位。

1 tex表示在公定回潮率时1000m长的纤维或纱线重1g。

2．长度经纺丝得到的合成纤维是连续状长丝。

可直接用来针织或纺织，但多数情况需切断，根据长度与用途分为：棉型短纤维-以粘胶纤维为主，纤度为10.8-13.5 tex，长度为33-38mm，同棉纤维相仿。

毛型短纤维-纤度为27-45 tex，长度为64-14mm，同羊毛相仿。

中长纤维-纤度为18-27tex，长度为51-76 mm，主要用于混纺。

3．卷曲度合成纤维表面较光滑，因此合成纤维之间的抱和力很弱，因此在纤维成形时加以卷曲，以便进一步进行纺织加工。

1cm长度纤维上所具有的卷曲数叫做卷曲度，卷曲度在12-14之间较为适宜。

4. 吸湿性棉纤维的吸湿性约在7％左右，合成纤维中聚乙烯醇缩甲醛纤维俗称维尼纶或“维纶”纤维的吸湿性与棉纤维相近，其他合成纤维的吸湿都较差，所以作为衣着用时不吸汗，有闷热感。

干燥条件下，磨擦易积累静电荷。

5．断裂强度纤维的断裂强度用CN/公特(1/10 tex)。

合成纤维的断裂强度多高于天然纤维和人造纤维。

8.3.2 中国工业生产的民用合成纤维品种按产量由大到小为序分别为：聚酯纤维(聚对苯二甲酸乙二酯PET)、腈纶纤维(聚丙烯腈PAN)、维纶纤维(聚乙烯醇缩甲醛)、聚酰胺-66纤维、聚丙纶纤维（PP）、锦纶纤维(聚酰胺-6)。

近来还发展了氨纶纤维(聚氨酯纤维)。

8.4 粘合剂通过表而粘结力和内聚力把各种材料粘合在一起。

并且在结合处有足够强度的物质叫粘合剂，又称胶粘剂，它是一种非金属材料。

粘合剂由基本原料和辅助物料所组成。

粘合剂决定粘结力和内聚力大小，通常是高分子合成树脂或具有反应活性的低分子量合成材脂；无机聚合物如水玻璃仅用于有限的范围。

用粘合剂联接各种材料的优点：①使用方便、迅速而且经济；②粘合剂联结的材料受力时应力均匀分布，不像铆接或螺钉联结那样会产生应力集中现象；③可粘结很薄、很轻的材料；④不同的材料例如塑料与金属可通过粘合剂进行联结；⑤粘合剂可以粘接各种凹凸形状的材料；⑥粘合剂还有阻尼作用；⑦粘合剂具有绝缘作用，粘接不同电位的金属材料时可以阻止电位腐蚀作用；⑧粘接操作可在室温下进行，即使需加热时温度较低不会影响材料原有性能；⑨某些新型材料如蜂窝夹层材料只可用粘接方法制造，为宇航、航空、汽车制造等行业提供了新材料。

8.4.1粘合剂分类粘合剂种类繁多，分类角度不同而有多种分类方法。

①按粘合剂中主要组分结合剂的种类分为无机粘合剂和有机粘合剂；②按粘接强度特性分为：结构型粘合剂，用于结构部件的粘结如飞机、金属材料等要求高强度；非结构型粘合剂，用于粘接强度要求不太高的非结构部件；次结构粘合剂，用于粘接强度介于结构型粘合剂与非结构型之间。

③按外观形态分为溶液型、乳液型、膏糊型、粉末型、薄膜型(胶带型)等。

④按用途分为通用胶与特种胶、如高温胶、厌氧胶、热熔胶、光敏胶、导电胶等。

⑤按固化机理分类则可较系统的了解粘合剂的固化过程，粘合剂的固化过程不仅指发生化学变化的聚合过程，固化交联过程，而且包括由溶液、分散液、乳液经过溶剂和分散介质挥发以及熔融物冷凝转变为固体的物理变化过程。

8.4.2粘合剂主要品种与用途□不发生化学变化而固化的粘合剂1. 无可挥发溶剂的粘合剂这一类粘合剂在粘结过程中或粘结前需进行加热方可产生粘接作用。

主要的有2种。

热溶胶如乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚酰胺、聚酯等粘合剂。

增塑糊粘合剂由糊用PVC树脂粉分散于增塑剂中，同时加有低分子量具有热活性反应化合物作为粘结促进剂，以环氧化合物、聚乙二醇双甲基丙烯酸酯或酚醛树脂等以及PVC树脂的热稳定剂等组成。