4 通用高分子材料

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2
§4.1 塑料
塑料的发现
1869年,31岁的印刷 工人约翰•海阿特发明 赛璐珞
1907年贝克兰德发 明酚醛树脂
现代生活中的塑料制品
这些产品是什么材料制做的?你是否拥有这种 材料的产品?举出2-3个例子。
塑料的贡献
塑料被列为20世纪最伟大的发明之一, 塑料的普及被誉为“白色革命”。
从上世纪六十年代开始,塑料(主要指聚乙烯、 聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯)进入广泛实用阶 段。由于塑料具有很多优点:它取材容易,价 格低廉,加工方便,质地轻巧,因此塑料一问 世,便深受欢迎,它迅速渗入到社会生活的方 方面面,塑料被制成碗、杯、袋、盆、桶、管 等,创造了巨大的社会和经济效益。
注射成型原理:
将粒状或粉状的塑料加入到注 射机的料斗,在注射机内塑料受热 熔融并使之保持流动状态,然后在 一定压力下注入闭合的模具,经冷 却定型后,熔融的塑料就固化成为 所需的塑件。
注射原理
注射成型 压机
注射成型工作循环
加料 预塑
合模
注射 充模 清模
保压 补缩 塑件 脱模
冷却 定型
开模
注射成型产品
§4.1.1
塑料的定义及组成
凡是以聚合物为主要成分,在一定条件下可塑制 成型,而在常温常压下能保持被塑形状不变的, 统称为塑料。
1.塑料的组成:合成树脂+添加剂
1)合成树脂 (40%-100%)
受热软化后可将塑料的其它组分加以粘合,并决定塑料 的主要性能
2)添加剂
添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质
中国环境标志图形由清山、绿水、太阳及
十个环组成。环境标志的中心结构表示人类赖以 生存的环境;外围的十个环紧密结合,环环紧扣, 表示公众参与,共同保护环境;同时十个环的 “环”字与环境的“环”同字,其寓意为“全民 联合起来,共同保护人类赖以生存的环境。”
பைடு நூலகம் 可降解的塑料袋
可降解的塑料一般分为四大类:
光降解、生物降解、光/生物降解、水降解塑料 将淀粉和不可降解的塑料通过特殊设备粉碎 成纳米级后,再添加多种材料进行物理结合后 生产出降解树脂。 经国家塑料制品质量监督检验中心测试,用 降解树脂生产的塑料袋,62%可以“变身”为 水和二氧化碳。
(3)研究开发降解塑料。 降解塑料有三类:光降解塑料、 生物降解塑料及双降解塑料。
(4)加强环保宣传,提高 公民的环保意识,在社会上 形成良好的环保氛围,是解 决白色污染及其它各种形式 污染的前提。
为了保护环境和节约资源,请多次使用, 废弃后建议回收再利用
可重复使用,可回收
塑料制品回收标识
可降解的塑料袋 印有此标志
支化结构 0.91~0.94 线型结构 0.95~0.97 交联结构 0.95~1.40
聚乙烯的改性——交联PE
PE缺点
耐热性差 分子间的 力学性能较低 作用力低 环境应力开裂现象严重 交联改性
交联改性PE方法:高能辐射、化学交联(过氧
化物交联、硅烷交联)
PE 种类 LDPE HDPE 交联PE 链的几何 形状 ρ 结晶度 拉伸强 Tm Xc 度 (MPa) 60~70 95 ----10~20 20~70 50~100 105 135 ---最高使用 温度℃ 80~100 120 135
§4.1.3
塑料成型工艺
挤出成型
注射成型
模压成型 吹塑成型
压延成型
塑料制品时怎样做出来的?
模具与塑件-----“一模一样”
1、挤出成型
挤出成型是借助螺杆或柱塞的挤压作用,使受热熔 化的聚合物材料在压力推动下,强行通过口模而成 为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。
挤出机的组成
传动系统
§4.1.4 常用塑料简介 (1)聚乙烯 (PE) 塑料工业中产量最大的品种
<一> 聚乙烯的定义
聚乙烯是乙烯聚合而成的树脂
结构式为:
CH2
CH2
n
英文为:polyethylene, 缩写为:PE。
[ˌp ɔliˌe θili:n]
<二> 聚乙烯的单体来源 主要来源:石油烷烃热裂解、
分离精制。
单体 来源 次要来源
塑料在压力下经浇注
模压成型产品
4、吹塑成型
吹塑成型是借助于气体压
力使闭合在模具中的热熔型 坯吹胀形成中空制品的方法。 主要用于制造中空制品,也 可用于吹塑聚丙烯、聚乙烯 等塑料薄膜
吹塑原理
吹塑成型产品
5、压延成型
将已经塑化的接近粘流温度的聚合物材料通过一系列 相向旋转着的水平辊筒间隙,使物料承受挤压和延展 作用,成为具有一定厚度、宽度与表面光洁的薄片状 制品,主要用于生产片材、薄膜、人造革等。
软质PVC薄膜生产工艺流程
热固性塑料的成型加工
热固性聚合物的加工过程:
加热→熔融→升温(黏度降低)→再加热 → 交联固化成型 热固性聚合物的生产一般分两阶段进行:
先制成聚合不完全的预聚物(分子量500~5000) 线型或支链型,液体或固体,可溶可熔 预聚物的固化成型 在加热加压条件下进行 体型,固体,不溶不熔
塑料与树脂的区别:树脂是纯的高聚物,而塑料是以
树脂为主的高聚物制品。
主要的添加剂 ⑴ 填充剂
①作用
改善性能(增强剂)、降低成本(填料)
②要求
价格便宜、相对密度小、分散性好、填充量大 稳定,耐光、水、油、化学。 不能降低性能 能与其他添加剂共存,不发生有害反应。
③种类
粒状、片状、纤维状
主要的添加剂
线性低密度聚乙烯(LLDPE)
20世纪70年代出现 乙烯与少量α-烯烃共聚 CrO3+TiCl4+无机氧化物载体为催化剂 低压(1.4-2.1 MPa)和较低温度(7590oC) 配位聚合(阴离子聚合) 产物比重:0.92-0.935。
LDPE、HDPE和LLDPE的链结构
LDPE:存在大量的长支 链和短支链。
机头
挤压系统
加热冷却 系统
挤出机的结构示意图
机头 挤压系统 传动系统
挤出成型制品
挤出成型几乎能成型所有的热塑性塑料
制品主要有:
管材 板材 薄膜 电线电缆包覆 各种异型制品
管材挤出成型示意图
挤出成型--熔融纺丝
用于锦纶、丙纶切 片,经熔融挤压, 纺制成帘子线,卷 绕成未牵伸筒子
2、注射成型
给人们的视觉带来不良刺激,影响环境的美感。
白色污染的潜在危害则是多方面的
(1)一次性发泡塑料饭盒和塑料袋盛装食物严 重影响我们的身体健康。 (2)使土壤环境恶化,严重影响农作物的生长。 (3)填埋作业仍是我国处理城市垃圾的一个主 要方法。由于塑料膜密度小、体积大,它能很快 填满场地,降低填埋场地处理垃圾的能力;而且, 填埋后的场地由于地基松软,垃圾中的细菌、病 毒等有害物质很容易渗入地下,污染地下水,危 及周围环境。 (4)把废塑料直接进行焚烧处理,将给环境造 成严重的二次污染。
短支链支化 度/1000C
长支链支化 度/1000C
~30
0
~70 0.92~ 0.935 90~105
0
85~90 0.94~ 0.965 110~130
55~65 结晶度/% 密度/ 0.91~0.93 (g.cm-3) 最高使用温 度/oC 80~95
〈三〉PE的性能
1、基本性质:无臭,无毒,白色蜡状固体,柔
第四章 通用高分子材料
§4.1 塑料
§4.2 橡胶
§4.3 纤维 §4.4 胶黏剂及涂料
高分子材料
四大塑料“四烯”
聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯
合成纤维“六纶”
涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶
合成橡胶“四胶”
顺丁橡胶、丁苯橡胶、乙丙橡胶、异戊橡胶
聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯、有机玻璃等都是经 过聚合反应得到的高分子化合物。
为体型结构;
着色剂:塑料制品着色; 发泡剂 催化剂
阻燃剂
抗静电剂
……
§4.1.2 塑料的分类
1. 根据塑料制品的用途可分为:
通用塑料 产量大,价格低,日常生活中应用范围 广的塑料。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙 烯、聚苯乙烯等。
机械性能好,能代替金属用于制造各种机 工程塑料 械零件的塑料。主要有聚碳酸酯、聚甲醛、 聚砜、酚醛树脂、ABS塑料等。
5、电绝缘性能优良 6、加工性能
加工性能
1.结晶料,吸湿小,不须充分干燥; 2.流动性极好,成型时无需太高压力就能制 出薄壁长流程制品; 3.收缩范围和收缩值大,方向性明显,易变 形翘曲.冷却速度宜慢,模具设冷料穴,并有冷却 系统; 4.加工时应避免熔体与空气直接接触,应 加入抗氧剂; 5.可能发生融体破裂,不宜与有机溶剂接触, 以防开裂;
①作用
⑵增塑剂
削弱分子间相互作用,降低玻璃化温度和 熔体粘度,增加其流动性,从而改善聚合物 的加工性能和制品柔韧性。
⒈ 与树脂相溶性好 ⒉ 沸点高,挥发性小 ⒊ 本身稳定,不易变性 ⒋ 无毒无味,无色状态
②要求
③类型
邻苯二甲酸酯类、环氧类、磷酸酯类等
主要的添加剂
①作用
⑶稳定剂
防止塑料在光、热、氧等条件下过早老化,延 长制品的使用寿命。
高压 150-300
180-200 自由基 0.91-0.93 LDPE
中压 1.8-8.0
130-270
低压 1.3
100
Al(C2H5)3+ TiCl4
O2或有机过氧 过渡金属氧化物 化物
离子 离子 0.926-0.94 0.941-0.965 0.941-0.965 MDPE/ HDPE HDPE
而韧,比水轻,吸水性低,易燃烧且离火后继续燃 烧。透明度随结晶度增加而下降。 2、力学性能一般:拉伸强度不高、硬度低、环 境应力开裂严重
3、热性能:具有优良的耐低温性能,最低使
用温度可达-70~-100℃,但受热易老化(氧化 和降解) 4、化学稳定性好,室温下能耐大多数酸碱的 侵蚀,常温下不溶于任何已知的溶剂
②类型
抗氧剂 热稳定剂 光稳定剂
光屏蔽剂、紫外线吸收剂、猝灭剂、自由基捕获剂 消除老化反应中生成的自由基,常用 取代酚类、芳胺类等 使分解温度上升,常用硬脂酸铅,铅的 化合物及环氧化合物等
主要的添加剂
其他种类
润滑剂:防止塑料加工时粘在模具上, 使制品光亮;
固化剂(交联剂):使热固性树脂由线型结构转变
注射成型的特点
优点
成型周期短、生产效率高、易实现自动化 能成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金 属嵌件的塑料制件 产品质量稳定 适应范围广
缺点
注射设备价格较高;注射模具结构复杂;生 产成本高、生产周期长、不适合于单件小 批量的塑件生产
3、模压成型
模压成型原理及流程
模具闭合 放入加料室 系统充满型腔 型 开模取件 热固性塑料 受热熔融 固化成
特殊塑料 具有特殊功能和特殊用途的塑料。主要 有氟塑料、硅塑料、环氧树脂等。
聚四氟乙烯胶带--氟塑料
2. 根据塑料受热特性可分类
热塑性塑料(线型)
在加工过程中,一般只发生物理变化,受热 变为塑性体,成型后冷却又变硬定型,若再 受热还可改变形状重新成型的塑料。
热固性塑料(体型)
在成型过程中发生化学变化,利用塑料在受热时 可流动的特征而成型,并延长时间,使其发生化 学反应而成为不熔不溶的网状分子结构,并固化 定型而形成的塑料,受热不再软化。
黄河奖创作公益广告奖平 面类:警惕“白色污染”
白色污染的防治
一靠法律二靠科学
(1)停止使用一次性餐具及超薄塑料袋。
(2)回收废塑料并使之资源化是解决白色污染的根本途径。 近年来,一些国家大力开展3R运动:即要求做到废塑料的 减量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再循环(Recycle)。
废旧塑料产生的“白色污染”
随着塑料产量不断增大,成本越来越低,我们 用过的大量农用薄膜、包装用的塑料袋和一次 性塑料餐具在使用后被抛弃在环境中,给景观 和环境带来很大破坏。由于塑料包装物大多呈 白色,它们造成的环境污染被称为白色污染。
白色污染的危害
白色污染存在的两种危害: 视觉污染和潜在危害
视觉污染指的是塑料袋、盒、杯、碗等散落在环境中,
HDPE:只有少量短支链
LLDPE:有较多的短支 链,但没有长支链。 低密度聚乙烯 (LDPE)
高密度聚乙烯(HDPE)
PE的凝聚态结构
PE分子链 的特点
分子链非常柔顺,Tg~-125oC。 结构单元对称、规整。
PE非常容易结晶、而且结晶度较高(>55%)。
支化结构对PE性能的影响
性能 LDPE 10~30 LLDPE 10~30 HDPE <10
乙醇脱水 乙炔加氢 从天然气中分离
<三> 合成方法和品种
高压法是英国帝国化学工业(ICI)在1933年发明, 1939年工业化 低压法是德国人Ziegler1953年发明,1957年工业化 中压法是美国菲利浦石油化工公司发明,1957年工业化
方法 聚合压力(MPa)
聚合温度(°C) 引发催化体系 聚合机理 产物比重 产物品种
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