新型高分子材料第二章——高性能高分子PPT课件
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2. 热性能
PPS分子的刚性高及规整排列，使其成为结晶性聚合物， 最高结晶度达65%，结晶温度为127℃，Tm为280～290℃， 在空气中的开始分解温度为430～460℃，热稳定性远远优于 PA、PBT、POM及PTFE等工程塑料。经与GF复合增强后， HDT可达260℃，长期使用温度为220～240℃，在热塑性塑 料中是最高的。
全同立构PS（IPS），结晶， 熔点240 ℃
间同立构PS（SPS） ，熔 点270 ℃，
无规立构PS（aPS），无定 形，透明
提高分子的等规度，提高Tg 和Tm
7
分子间氢键
交联
增加分子间的相互作用，提高Tg
8
纤
聚甲醛
维
增
尼龙6
强
尼龙66
对
酚醛树脂
热
聚碳酸酯
变
芳香聚酯
形
温
聚醚醚酮
度
聚苯硫醚
的
聚砜
14
2.2.1 聚苯硫醚
聚苯硫醚（PPS）为对二氯苯和硫化钠为原料制备的，目 前被认为耐热性最佳的聚合物之一。
nNa2S + n Cl
Cl NMP 加热加压
S
+ 2nNaCl
n
PPS为第六大工程塑料和第一大特种工程塑料，属热塑性 结晶树脂。其Tm高达280~290℃，Td＞400℃，与无机填料、 增强纤维以及其它高分子材料复合，可制得各种PPS工程塑 料及合金。
有极好的刚性和强度，其拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹 性模量均列在工程塑料前列。PPS树脂通过纤维增强后， 刚性进一步提高。
良好的抗蠕变性，在高温下的强度保持率远远高于PBT、 PES、PC及其它工程塑料，适宜制作螺丝等紧固件，可解 决因塑料松弛而引起的紧固力下降这一缺点。
脆性大、韧性差，耐冲击强度低，经过玻璃纤维、碳 纤维以及聚酯、聚碳酸酯等改良以后，可以获得十分优异 的综合性能，市场出售的产品均为其改良的产品。
电喷发动机油泵叶轮
发动机水泵叶轮
21
22
2.2.2 聚酰亚胺
聚酰亚胺是分子链中含有酰亚胺基团的芳杂环聚合物， 是一种新型耐高温聚合物，是杂环高分子中唯一正式 商品化了的聚合物。通式：
O H 2
CC
* N A r NA r' *
C
C H 2
O
不同的芳基
23
24
结构与性能
O H 2
CC
* N A r NA r' *
影
响
提高结晶度，提高热变形温度 9
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ PET吹塑瓶
吹塑
注塑
10
2.2 特种工程塑料
➢ 热塑性塑料分类
➢ 通用塑料 长期使用温度低于100 ℃，产量大、价格较低、性能一般，主要用作 非结构材料。如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、 聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等，占热 塑性塑料的90%。
新型高分子材料
1
第二章 高性能高分子材料
2.1 高性能高分子的结构与性能 2.2 特种工程塑料 2.3 液晶高分子材料 2.4 其他高性能高分子材料
2
2.1 高性能高分子的结构与性能
高分子材料的热性能
• Amorphous Polymers (HDT, Tg, OOT, Td)
HDT Tg
OOT Td
➢ 工程塑料 长期使用温度在100 ℃~ 150℃之间，具有更高的力学性能，能经受较 宽的温度变化范围和较苛刻的使用条件，可以用于工程中用作力学构 件。聚酰胺（尼龙、PA）类、聚酯类、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛 （POM）、聚苯醚（PPO）等。
➢ 特种工程塑料 长期在150℃以上使用的工程塑料。聚苯硫醚（PPS)、 聚砜（PSF） 、 聚醚醚酮（PEEK）、聚酰亚胺（PI）、聚醚酰亚胺（PAI）等。
• Semi-crystalline Polymers (Tg, Tc, HDT, Tm, OOT, Td)
Tg
Tc HDT Tm
OOT Td
3
连续使用温度
连续使用温度 vs 热变形温度
4
热变形温度
怎样提高耐热性？
引入芳香环、多环类刚性化学结构，提高Tg 5
引入刚性的化学键（短的连接基团），提高Tg 6
C
C H 2
O
聚酰亚胺的分子结构中都含有芳杂环结构，使它具有优 异性能，综合合起来聚酰亚胺的结构与性能如下：
(1) 聚酰亚胺的大分子主链中含有大量含氮的芳环和五元 杂环，为一种半梯形环链聚合物，同时主链中又含有一定 数量的醚键，总体结果为分子呈较大刚性和一定的韧性； 由于芳杂环的共轭效应，使其具有优良的稳定性和耐热性； 视不同品种的聚酰亚胺的分子对称性不同，聚酰亚胺有结 晶型和无定形两种。
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聚苯醚
聚苯硫醚
芳杂环高分子
芳环高分子
仅有芳环和 连接基团构 成的聚合物
聚芳砜
聚芳酮 芳香聚酯 芳香聚酰胺 聚酰亚胺
聚苯并咪唑
杂环高分子
芳环+杂环+ 连接基团构
聚苯并噁唑 聚苯并噻唑 聚喹啉
成的聚合物
聚喹噁啉
13
主链结构
芳环结构
聚醚醚酮(PEEK)
杂环结构
O N
O O
O
CH3
C
O
N
CH3
O
聚酰亚胺(PI)
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4.其他性能 熔体流动性比较好，与其他聚合物共混性好，可以用
来改善难加工成型工程塑料（如聚酰亚胺）的加工性。 聚苯硫醚对玻璃、陶瓷、金属都有较好的粘结性能，
用玻璃纤维增强时，不要求玻璃纤维经偶联剂处理，是比 较佳的复合材料基体，成型制品性能较好。
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应用
利用PPS的耐热性、耐腐蚀、抗蠕变、优良的尺寸稳定性、 良好的加工性和刚性。PPS可代替金属或其它高分子材料 制作机械仪器设备的部件。
PPS的阻燃性优异，在火焰上可燃，但不滴落，离火自熄，发烟
量低
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3.化学性能
PPS的耐化学药品性优异，对普通化学药品的抵抗能力仅 次于PTFE。200℃以下几乎不溶于任何有机溶剂；除强氧化 性酸(如发烟硝酸、氯磺酸、氟酸等)外，可经受各类强酸、 碱、盐的侵蚀，是一种耐腐蚀性优异的材料。
高温下经各种化学药品浸泡后，强度保持率仍较高，仅次 于PTFE，但加工性能远远优于PTFE。
15
S
结构与性能
n
由于PPS树脂结构为刚性苯环与柔顺性硫醚键交替连接而 成，分子链有很大的刚性和规整性，因而PPS为结晶性聚 合物，具有诸多优异性能（耐热、阻燃、耐化学药品）。
硫原子上的孤对电子使得PPS树脂与GF、无机填料及金 属具有良好的亲和性，这样就易于制成各类增强复合材料 及合金。
16
1. 力学性能
11
特种工程塑料 (美High performance plsatics; 日Super Engineering plastics)的特点：
具有优异的耐热性，热变形温度在200℃以上，长期 使用温度在150℃以上，且具有一定机械强度的聚合物。
芳杂环高分子：主链有芳环和/或杂环及小的连接基团， 如—O—、—S—、—CO—、—CONH—、 —SO2—、 —COO—等构成的高分子。
2. 热性能
PPS分子的刚性高及规整排列，使其成为结晶性聚合物， 最高结晶度达65%，结晶温度为127℃，Tm为280～290℃， 在空气中的开始分解温度为430～460℃，热稳定性远远优于 PA、PBT、POM及PTFE等工程塑料。经与GF复合增强后， HDT可达260℃，长期使用温度为220～240℃，在热塑性塑 料中是最高的。
全同立构PS（IPS），结晶， 熔点240 ℃
间同立构PS（SPS） ，熔 点270 ℃，
无规立构PS（aPS），无定 形，透明
提高分子的等规度，提高Tg 和Tm
7
分子间氢键
交联
增加分子间的相互作用，提高Tg
8
纤
聚甲醛
维
增
尼龙6
强
尼龙66
对
酚醛树脂
热
聚碳酸酯
变
芳香聚酯
形
温
聚醚醚酮
度
聚苯硫醚
的
聚砜
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2.2.1 聚苯硫醚
聚苯硫醚（PPS）为对二氯苯和硫化钠为原料制备的，目 前被认为耐热性最佳的聚合物之一。
nNa2S + n Cl
Cl NMP 加热加压
S
+ 2nNaCl
n
PPS为第六大工程塑料和第一大特种工程塑料，属热塑性 结晶树脂。其Tm高达280~290℃，Td＞400℃，与无机填料、 增强纤维以及其它高分子材料复合，可制得各种PPS工程塑 料及合金。
有极好的刚性和强度，其拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹 性模量均列在工程塑料前列。PPS树脂通过纤维增强后， 刚性进一步提高。
良好的抗蠕变性，在高温下的强度保持率远远高于PBT、 PES、PC及其它工程塑料，适宜制作螺丝等紧固件，可解 决因塑料松弛而引起的紧固力下降这一缺点。
脆性大、韧性差，耐冲击强度低，经过玻璃纤维、碳 纤维以及聚酯、聚碳酸酯等改良以后，可以获得十分优异 的综合性能，市场出售的产品均为其改良的产品。
电喷发动机油泵叶轮
发动机水泵叶轮
21
22
2.2.2 聚酰亚胺
聚酰亚胺是分子链中含有酰亚胺基团的芳杂环聚合物， 是一种新型耐高温聚合物，是杂环高分子中唯一正式 商品化了的聚合物。通式：
O H 2
CC
* N A r NA r' *
C
C H 2
O
不同的芳基
23
24
结构与性能
O H 2
CC
* N A r NA r' *
影
响
提高结晶度，提高热变形温度 9
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ PET吹塑瓶
吹塑
注塑
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2.2 特种工程塑料
➢ 热塑性塑料分类
➢ 通用塑料 长期使用温度低于100 ℃，产量大、价格较低、性能一般，主要用作 非结构材料。如聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、 聚氯乙烯（PVC）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等，占热 塑性塑料的90%。
新型高分子材料
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第二章 高性能高分子材料
2.1 高性能高分子的结构与性能 2.2 特种工程塑料 2.3 液晶高分子材料 2.4 其他高性能高分子材料
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2.1 高性能高分子的结构与性能
高分子材料的热性能
• Amorphous Polymers (HDT, Tg, OOT, Td)
HDT Tg
OOT Td
➢ 工程塑料 长期使用温度在100 ℃~ 150℃之间，具有更高的力学性能，能经受较 宽的温度变化范围和较苛刻的使用条件，可以用于工程中用作力学构 件。聚酰胺（尼龙、PA）类、聚酯类、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛 （POM）、聚苯醚（PPO）等。
➢ 特种工程塑料 长期在150℃以上使用的工程塑料。聚苯硫醚（PPS)、 聚砜（PSF） 、 聚醚醚酮（PEEK）、聚酰亚胺（PI）、聚醚酰亚胺（PAI）等。
• Semi-crystalline Polymers (Tg, Tc, HDT, Tm, OOT, Td)
Tg
Tc HDT Tm
OOT Td
3
连续使用温度
连续使用温度 vs 热变形温度
4
热变形温度
怎样提高耐热性？
引入芳香环、多环类刚性化学结构，提高Tg 5
引入刚性的化学键（短的连接基团），提高Tg 6
C
C H 2
O
聚酰亚胺的分子结构中都含有芳杂环结构，使它具有优 异性能，综合合起来聚酰亚胺的结构与性能如下：
(1) 聚酰亚胺的大分子主链中含有大量含氮的芳环和五元 杂环，为一种半梯形环链聚合物，同时主链中又含有一定 数量的醚键，总体结果为分子呈较大刚性和一定的韧性； 由于芳杂环的共轭效应，使其具有优良的稳定性和耐热性； 视不同品种的聚酰亚胺的分子对称性不同，聚酰亚胺有结 晶型和无定形两种。
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聚苯醚
聚苯硫醚
芳杂环高分子
芳环高分子
仅有芳环和 连接基团构 成的聚合物
聚芳砜
聚芳酮 芳香聚酯 芳香聚酰胺 聚酰亚胺
聚苯并咪唑
杂环高分子
芳环+杂环+ 连接基团构
聚苯并噁唑 聚苯并噻唑 聚喹啉
成的聚合物
聚喹噁啉
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主链结构
芳环结构
聚醚醚酮(PEEK)
杂环结构
O N
O O
O
CH3
C
O
N
CH3
O
聚酰亚胺(PI)
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4.其他性能 熔体流动性比较好，与其他聚合物共混性好，可以用
来改善难加工成型工程塑料（如聚酰亚胺）的加工性。 聚苯硫醚对玻璃、陶瓷、金属都有较好的粘结性能，
用玻璃纤维增强时，不要求玻璃纤维经偶联剂处理，是比 较佳的复合材料基体，成型制品性能较好。
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应用
利用PPS的耐热性、耐腐蚀、抗蠕变、优良的尺寸稳定性、 良好的加工性和刚性。PPS可代替金属或其它高分子材料 制作机械仪器设备的部件。
PPS的阻燃性优异，在火焰上可燃，但不滴落，离火自熄，发烟
量低
18
3.化学性能
PPS的耐化学药品性优异，对普通化学药品的抵抗能力仅 次于PTFE。200℃以下几乎不溶于任何有机溶剂；除强氧化 性酸(如发烟硝酸、氯磺酸、氟酸等)外，可经受各类强酸、 碱、盐的侵蚀，是一种耐腐蚀性优异的材料。
高温下经各种化学药品浸泡后，强度保持率仍较高，仅次 于PTFE，但加工性能远远优于PTFE。
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S
结构与性能
n
由于PPS树脂结构为刚性苯环与柔顺性硫醚键交替连接而 成，分子链有很大的刚性和规整性，因而PPS为结晶性聚 合物，具有诸多优异性能（耐热、阻燃、耐化学药品）。
硫原子上的孤对电子使得PPS树脂与GF、无机填料及金 属具有良好的亲和性，这样就易于制成各类增强复合材料 及合金。
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1. 力学性能
11
特种工程塑料 (美High performance plsatics; 日Super Engineering plastics)的特点：
具有优异的耐热性，热变形温度在200℃以上，长期 使用温度在150℃以上，且具有一定机械强度的聚合物。
芳杂环高分子：主链有芳环和/或杂环及小的连接基团， 如—O—、—S—、—CO—、—CONH—、 —SO2—、 —COO—等构成的高分子。