高分子材料基础知识讲解.详解

聚合物的分类


热塑性塑料 指加热后会熔化，可流动至模具冷却后成型，再加热 后又会熔化的塑料，即可运用加热及冷却，使其产生 [可逆变化](液态←→固态)，是所谓的物理变化。 （PS，ABS，PE，等） 热固性塑料 指的是加热后，会使分子构造结合成网状型态， 一但结合成网状聚合体，即使再加热也不会软化，显 示出所谓的[非可逆变化]，是分子构造发生变化(化 学变化 )所致。 （酚醛树脂等）
结晶聚合物
晶体：有固定的熔点沸点，随着温度的变化物质 的状态呈阶段性 如：冰，标准大气压下加热到0度，冰开始融化 成水，然后继续吸热继续融化，冰水在0度共存， 直到所有冰融化后，水才开始升温。 非晶体：没有固定熔点沸点，如沥青，加热后慢 慢变软，直至变成熔融流体，状态的变化是连续 的

温习晶体和非晶体
高分子材料基础知识
塑料与我们的生活息息相关，塑胶 制品美观、耐用、轻便、价廉……已 经应用到了我们生活的几乎每一个领 域。今天，很高兴与大家分享对塑料 的一些认识，知其然还知其所以然， 让咱们从微观上了解塑料的特性以及 形成这些特性的原因，请大家回忆下 引言 中学的化学知识，咱们共同探讨。
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无定型聚合物

无定型聚合物在一定负荷和受力速度下，于不同 温度可呈现玻璃态、高弹态和黏流态三种力学状 态。玻璃态到高弹态的转变温度称玻璃化温度 (Tg)，是无定型塑料使用的上限，橡胶使用的是 下限温度。从高弹态到黏流态的转变温度称黏流 温度(Tf)，是聚合物加工成型的重要参数。
聚合物聚集状态

当聚合处于玻璃态时，整个大分子链和链段的运 动均被冻结，宏观性质为硬、脆、形变小，只呈 现一般硬性固体的普弹形变。聚合物处于高弹态 时，链段运动高度活跃，表现出高形变能力的高 弹性。当线型聚合物在黏流温度以上时，聚合物 变为熔融、黏滞的液体，受力可以流动，并兼有 弹性和黏流行为，称黏弹性。

光盘都是PC做的 另外还有一个常见的应用：早期的笔记本（笔记本 讲究轻便）用镁铝合金做外壳，后来改用塑料， 低端的用ABS，稍好的用PC，高端的用钛合金。 现在一般用ABS+PC合金，高端的用碳纤维。
PMMA 聚甲基丙烯酸酯 亚克力 有机玻璃 有极好的透光性，在光的加速老化240小时后仍 可透过92%的太阳光，室外十年仍有89%，紫 外线达78.5% 。机械强度较高，有一定的耐寒 性，耐腐蚀，绝缘性能良好，尺寸稳定，易于成 型，质较脆，易熔于有机溶剂，表面硬度不够， 易擦毛。 合适的塑料產品：有一定强度要求的透明结构件。 仪表镜片，光学制品，电气，医疗器材，透明模 型，装饰品，太阳镜片，广告牌。
不知各位有没有这样的经历：去市场买 脸盆桶子的时候，店主会拿一个盆啪的 摔在地上，有的还狠狠踩几脚，证明其 质量好，可见PP的韧性，呵呵
PVC 聚氯乙烯 主要成份为聚氯乙烯，色泽鲜艳、耐腐蚀、牢 固耐用，一般需要增加增塑剂、抗老化剂等一 些有毒辅助材料来增强其耐热性，韧性，延展 性等，它是当今世界上深受喜爱、颇为流行并 且也被广泛应用的一种合成材料。 （注意其毒 性，PVC本身并无毒，只是其助剂以及PVC高 温分解出的小分子物质有毒） 聚氯乙烯主要用于生产人造革、薄膜、电线护 套等塑料软制品，供水管道，家用管道，房屋 墙板，商用机器壳体，电子产品包装，医疗器 械，食品包装，也可生产板材、门窗和阀门等 塑料硬制品。
塑料是指以合成树脂为主要成分，以增塑 剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成 分，在加工过程中能流动成型的材料。 塑料为合成的高分子化合物，可以自由改 变形体样式。塑料是利用单体原料以合成或缩合 反应聚合而成的材料，由合成树脂及填料、增塑 剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的。
树脂和助剂
树脂：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。 助剂：在工业生产中，为改善生产过程、提高产 品质量和产量，或者为赋予产品某种特有的应用 性能所添加的辅助化学品。又称添加剂。

最常见的，保鲜膜，曾经有PVC食品 保鲜膜，由于怀疑其毒性，现已由 PE保鲜膜全面取代。


PP 聚丙烯 百折胶 类似白色蜡状，比聚乙烯更透明更轻，注塑时 流动性好，吸水性低于0.02%，耐化学有机溶 剂，除浓硝酸浓硫酸外在很多介质中很稳定， 抗冲击强度高，来回屈服力非常高，高频电性 能不好，易成型收缩率大，耐温度性强，低温 呈脆性，耐磨性不高。 合适的塑料產品：一般结构件，耐腐蚀件，受 热的电气绝缘零件。各类家庭用品，文具，玩 具，化学容器，医疗用品。

分子链的构型与构象 构型：分子中由化学键所固定的原子在空 间的几何排列。（丁二烯有顺反两种构型，顺 式构型即是顺丁橡胶，反式构型分子链规整， 结晶。可以作为塑料使用） 构象：由C—C单键旋转而产生的原子或基 团在空间排列的无数特定的形象称为构象。这 就牵涉到分子链的柔顺性问题。（聚苯乙烯分 子中含苯环，分子链呈刚性，所以宏观上聚苯 乙烯硬而且脆，耐冲击性能差，如：PS做的 CD、磁带包装盒摔在地上很容易开裂）


聚合物分解成小分子物质的过程称为降解 （为什么我们要整治白色污染？白色污染起初见 于一次性饭盒（发泡塑料成型而成），现泛指塑 料垃圾的污染，因为高聚物难以降解成小分子物 质，也不能被微生物分解，通过焚烧处理也会造 成很大的大气污染，所以整治白色污染，发展可 降解技术意义非常重大）
聚合物的降解
分子链只有一种单体构成的聚合物称为均聚物 （如PE、PP、PS……） 分子链有两种或两种以上单体构成的聚合物称为 共聚物（典型例子ABS、AS） 聚合物的改性原理就是在原来的高分子链中， 通过接枝、嵌段共聚使新的单体参与到原来的分 子中去，形成新的分子链，从而赋予材料新的性 能。如：PS由于分子链中有刚性的苯环，材质较 脆，抗冲击性能差，加入丁二烯（一种橡胶）改 性后，材料被赋予高抗冲击性能，称之为HIPS。

均聚与共聚
来源

当今世界上作为材料使用的大量高分子化合物， 是以煤、石油、天然气等为起始原料制得低分子 有机化合物，再经聚合反应而制成的。这些低分 子化合物称为“单体”，由它们经聚合反应而生 成的高分子化合物又称为高聚物。通常将聚合反 应分为加成聚合和缩合聚合两类，简称加聚和缩 聚。
石油分馏出来的低分子不饱和稀烃、芳香烃是高 分子材料的主要来源 其中乙烯（CH2CH2）是石化工业最重要的基础 原料,其产量及技术水平的高低是衡量一个国家石 化工业高低的标准。

定义聚合物POLYMER
是由一类相对分子质量很高的分子聚集而成的化 合物，也称为高分子、大分子聚合物等。一般把 相对分子质量高于10000的分子称为高分子。 由于高分子多是由小分子通过聚合反应而制得的， 因此也常被称为聚合物或高聚物，用于聚合的小 分子则被称为“单体”。

最简单最基本的命名： PE 聚乙烯 P-聚合物英文字母第一个，E-乙烯 PS 聚苯乙烯 P-聚合物英文字母第一个，S-苯乙烯 ABS A-丙烯氰 B-丁二烯 S-苯乙烯 丙烯氰，丁二烯，苯乙烯三元共聚物 俗称 PA聚酰胺 俗称尼龙 PET聚对苯二甲酸乙二醇酯 俗称涤纶 聚合物的命名 PMMA聚甲基丙烯酸甲酯 俗称有机玻璃

聚合物的分类


按塑料的应用领域分类 通用塑料：只可作为一般非结构材料使用，产量大， 价格相对低廉。但也有将一般通用塑料改性，如加入 稳定剂，玻纤等加强。应用性能虽有改善，但远不及 工程塑料的优良。 (PE PP PVC PS ABS 等) 工程塑料：可以作为结构材料，具有优异的综合性能 (包括机械，电性能，耐热性能，耐化学性能，尺寸 稳定性能，加工性能高)并可在较宽阔的温度范围和 较长时间良好的保持这些性能，并能在承受机械应力 和较为苛刻的化学，物理环境中长期使用。工程塑料 的产量较少，价格较高。 (PC POM PPO PBT PET PA等)
聚合物的分类
按分子间力来分 结晶性材料 在适当的条件下能产生某几种几何形态晶体结构 的塑料(如PE,PP,PA,POM,PBT). 无定型塑料 分子形状和分子排列不呈晶体结构而呈无序状的 塑料(如ABS,PC,PMMA,PS)


举例PA、PP，结晶对材料物性的影响 无规PP不能结晶，粘稠液体或弹性体，等规 PP，结晶度较高，有一定韧性和硬度。是很好的 塑料。 PA，分子间强氢键而结晶。 材料收缩率高，冲击强度降低（汽车寒冷状 况下产生结晶失去高弹性引起爆胎），拉伸强度 和硬度增高，耐热耐侵蚀性增高，透光性变差

所谓树脂：塑料的主要成分，决定了塑料 的 基本特性； 所谓助剂：为了改善塑料的性能特性或加工成型 条件而加入的小分子物质；举例：为了使材料有 阻燃的特性，可以加入阻燃剂；为了改善材料成 型时的流动性，可以加入增塑剂。 助剂与改性不同：对塑料改性的组分一般与原组 分共聚，构成材料的主要成分，以改变材料的基 本特性。
以下列举几种常见塑料
PE 聚乙烯 最轻的塑料之一，半透明白色状，结晶性材料， 屈服能力高但不易回复，优良的介电性能，透 水率低耐水性好，化学稳定性高，使用温度可 达80-100度摩擦性能和耐寒性好，但机械强 度不高，质软，成型收缩大，表面不易粘贴， 印刷。 合适的塑料產品：一般电缆的包皮，耐腐蚀件， 表面涂层。 HDPE:胶袋，日用品水桶，电线，玩具，建 材。 LDPE:胶袋，胶花，玩具，高频电线。 （H-高，L-低，D-密度）

合成

加聚反应（聚乙烯）

加聚反应多见于不饱和键打开加成，以及环形分 子开环聚合
聚合物的合成
这是一个典型的加成聚合反应（加聚） 乙烯为单体 n表示n个分子参加聚合反应，n即聚合度 双键打开加成为聚乙烯

聚合物的合成
2.缩聚反应(酚醛树脂)
OH
催化剂
OH CH2 ]n +nH2O
n


分子量 聚合物单体一般都是气态、液态，无机械 性能可言，聚合后却能达到木材、水泥、甚至 钢铁的机械强度，可见分子量大给材料带来优 异的力学性能，但是随着分子量的增大，熔融 状态下流动性差，成型难度增加，所以要兼顾 材料使用性能与加工性能，控制分子量；如橡 胶，我们甚至要打断分子链，以控制其分子量。
+nH-C-H→ [ ‖ O
多见与单体间有互相反应的官能团，如：酸 和醇缩合成酯

聚合物的合成工艺与我们关系不大，不做赘述， 直观的讲： 金发合成原料，毅昌成型产品。
因为公司用到阻燃HIPS，所以着重谈谈助剂 中的阻燃剂
阻燃剂
又称难燃剂，耐火剂或防火剂。赋予易燃聚合物 难燃性的功能性助剂。 阻燃机理：阻燃剂是通过若干机理发挥其阻燃作 用的，如吸热作用（吸收热量是温度降低）、覆 盖作用（覆盖于材料表面阻燃）、抑制链反应 （降低材料的反应活性）、不燃气体的窒息作用 （产生不燃气体，使材料与氧气隔绝）等。多数 阻燃剂是通过若干机理共同作用达到阻燃目的。

PC 聚碳酸酯 具有突出的冲击韧性和抗蠕变性能，有很高的耐 热性，耐寒性也很好，脆化温度达-100度，抗 弯强度与尼龙相当，并有较高的延伸率和弹性模 量，但疲劳强度小于尼龙66。吸水性较低，收缩 率小，尺寸稳定性好，成型的零件可达很精密的 公差，并在很宽的变化范围内保持尺寸的稳定性。 耐磨性与尼龙相当，并有一定的抗腐蚀能力，但 成型条件要求高。可在较高干温度.高载荷下条 件下长期应用，但不可在湿温下使用。 合适的塑料產品：各种齿轮，涡轮，齿条，凸轮， 轴承，心轴，滑轮，传送链，螺母，垫圈，泵叶 轮，灯罩，容器，外壳，盖板，高温电气制品， 风筒壳，电机壳，工具箱，奶瓶，照相机零件， 安全帽，食品盘，医疗器材，CD等
短支链
1.支链
长支链
2.交联：由线型或支化高分子通过支链或化学键 相连转变成三维网状高分子的过程。（交联聚 维酮、交联聚丙烯酸） 3.互穿：一种不同于支化、交联、共聚的反应形 成的互穿聚合网络。（简称IPN） 4.端基：是指高分子链终端的化学基团。（热稳 支化与交联 定）
支化指的是高分子链有如同树枝状的分支。（如： 高度支化的PE常态下是粘稠的液体或弹性体，未 支化的PE分子间能结晶，是一种很好的塑料） 交联：注意交联的难可逆性，如酚醛树脂，分子 间交联后形成体型分子，分子间难以移动，材料 不可再塑炼。 罩光UV紫外光照射后交联 硫化橡胶加入硫交联