工程塑料知识讲解

Application of PET
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，
O
O
O
O
C
CN
NC
CN
N
H
H
H
H
O
O
O
O
N
NC
CN
NC
C
H
H
H
H
O
O
O
O
C
CN
NC
CN
N
H
H
H
H
Aromatic Polyesters
• 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).
C NH
NH ) n
Kevlar® -- Kwolek, a DuPont chemist 1960’s 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.
• 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（ Polyethylene terephthalate, PET） • 聚对苯二甲酸丁二醇酯（Polybutylene terephthalate, PBT）
PET
PBT
Properties Tensile strength (MPa) Elongation at breaking (%) Compressive strength (MPa) Flexural strength (MPa) Impact strength (Izod)
• 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。
Invention of Nylon
• 为了纪念 Carothers的功绩，1946年杜邦 公司将乌米尔特工厂的尼龙研究室改名 为 Carothers 研究室。
Application of PBT
Application of PBT
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
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。
O n CH3O C
O
C OCH3 + n HO (CH2)4 OH
O CH3 [ O C
O
C O (CH2)4 ]n OH + 2n-1 CH3OH
Introduction to Polymer science
工程塑料
Engineering Plastic
Definition & Classification
• 工程塑料是指机械性能和热性能均好，可在承受机械应力和较为苛刻的化学物 理环境中使用，用于代替某些金属作为结构材料而应用的一类树脂。
• 工程塑料通常应用在机械、汽车、电子、电器、航空及航天等领域。 • 通常使用量大，可长期在 100oC 以上
• 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 oC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。
H N O H N O
H N O H N O
O
N H
N H
Nylon 6: 220 oC
O
H N O
H N O
O O
N H
N H
Nylon 12: 175 oC
Invention of Nylon
• 尼龙是世界上第一种合成纤维。
• 1926 年美国最大的工业公司－杜邦公司的的董事 Stine 出于对 基础科学的兴趣，建议该公司开展有关发现新的科学事实的基 础研究。
PET
PBT
65
55
150
150
90
83
110
97
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
CH2Cl2
CH3
O
(O
C
O C ) n + NaCl
Ester Interchange
CH3
CH3
O
HO
C
OH +
OC O
CH3
CH3
O
(O
C
O C )n +
OH
CH3
No Solvent, Pure Polymer with MW > 30,000 Formed
Invention of PC
Daniel W. Fox inventor of LEXAN® , GE Plastics
一开始 Carothers 选择了二元醇与二元羧酸的反应，在不到两年的 时间里使聚酯聚合物的分子量达到10000～20000。
为了合成出高熔点口高性能的聚合物， Carothers 和他的同事们将 注意力转到二元胺与二元羧酸的缩聚反应上。
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。
原子数。
HOOC R NH2 or R
O C Catalyst
NH
O
( C R NH )n
Hydrogen bonds of Nylon
H N O H N O
H N O
H N O
N H
N H
Nylon 6,6: 260 oC
OOΒιβλιοθήκη H N OH N O
H N O
H N O
Nylon 11: 190 oC
• 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 - 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
Application of Nylon - texture
Nylon VelcroTM
George deMestral
Aromatic Polyamide
Poly(p-phenylene terephthalamide)
O
O
(C
Stephanie Kwolek
Aromatic Polyamide
O Cl C
O C Cl + H2N
O
O
(C
C NH
NH ) n + 2n HCl
O Cl C
O C Cl + H2N
O
O
(C
C NH
NH ) n + 2n HCl
NH2 Kevlar ®
NH2 Nomex ®