高分子材料概论-工程塑料

第二章：高分子材料概论

2.3工程塑料

主要内容：2.3.1 工程塑料概述

2.3.2 工程塑料的分类

2.3.3 工程塑料的主要特征

2.3.4 重要的工程塑料及其应用

2.3.5 思考题

2.3.1 工程塑料概述

工程塑料，顾名思义就是工程上应用的塑料或可作工程材料的塑料。较为科学的定义是：工程塑料一般是指可作为结构材料使用，具有优异的力学性能、热性能、尺寸稳定性或能满足特殊要求的某些塑料。一般上，工程塑料的拉伸强度大于49MPa，抗拉和弯曲模量超过

2GPa，在一定载荷作用下能于100ºC以上长期使用。工程塑料是随着汽车工业、电子电气工业、信息技术、航空航天以及主要是国防军工的特殊要求在20世纪50年代以后新兴的高分子塑料材料。现代工程塑料不仅仅是代替金属，而且更加看重它具有金属所没有的特殊性能，是一种独立的而且是金属无法取代的高分子材料。比如它的密度小，质轻，比强度高，耐化学腐蚀，耐磨，尺

的。所以工程塑料与金属材料或其它非金属材料不是谁替代谁的问题，而是人类使用的一类特种材料，是材料的一个进步。

2.3.2 工程塑料的分类

工程塑料的分类方法主要有如下两种：

一、按照聚合物的结构单元和重复单元特征分类，以便于命名：

二、按长期连续使用温度划分。

这种分类为大多数人采用，一般长期使用温度在100-150℃范围内的，称为“通用工程塑料”，人们将聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET和PBT)、聚苯醚(PPO)五大类为通用工程塑料；把长期使用温度在150℃以上的叫特种工程塑料或超级工程塑料。

2.3.3 工程塑料的主要特征

工程塑料同其它高分子材料一样，其物理机械性能和其它性能，主要与高分子的结构有关，与加工过程有关。无论通用工程塑料还是特种工程塑料，它们具有一些共同的特性，如下：

(1)质量轻、相对密度小。相对于金属而言，工程塑料的相对密度一般在1.0-2.0之间，相当于钢铁的1／4—1／8，相当于铝的1／2左右。对于使用工程蛆料替代一些传统的金属材料作结构部件时，可以减轻自重，用于航空飞行器、车辆、船舶、运动器材等，在减少损耗，降低能耗等方面有着特殊的意义。

(2)较高的比强度。以拉伸强度为例，强度与相对密度的比值，一般可达1500-1700以上，更有甚者，可达4000，相对于合金钢1600和铝的1500来说，增强的工程塑料足以与之抗衡。

突出的耐磨和自润滑性能。用工程塑料作摩擦零件，可以在干摩擦和各种液体、边界摩擦的条件下，正常工作，与耐磨金屑合金相比，磨耗量低于1:5。氟塑料尤佳。

(4)优良的机械性能。在较宽的温度范围内，许多工程塑料，尤其是增强的工程塑料，有优异的抗冲击和耐疲劳性能。

(5)优良的电绝缘性能。几乎所有的工程塑料都有优良的电绝缘性能和耐电弧的特性，可以跻身优良绝缘材料行列。

(6)化学稳定性能。这些塑料对酸、碱和一般有机溶剂都有很好的抗腐蚀性。

(7)优良的吸震、消声和对异物的埋没性能。工程塑料作为运动零部件使用时，没有像金属撞击的噪声，有优良的吸震消声性能。而对于有磨粒或杂质存在的条件下，作为摩擦零件，可以埋没异物，而不像金属之间可能会咬死或刮伤。

(8)较好的尺寸稳定性。

(9)有较高的耐热性。与通用塑料或其它高分子材料相比，工程塑料特点在于其耐热性能优异。

(10)良好的加工性能。工程塑料可以在较低的温度下(通常400ºC以下)，采用注塑、挤出、吹塑等方法进行加工。

重要的工程塑料及其应用

一、聚酰胺(PA)

聚酰胺又叫尼龙，是高分子主链上含有酰胺键结构的高聚物，一般可由内酰胺开环聚合或者氨基酸或者对应二酸二胺缩聚而得，属于逐步聚合反应。其命名原则是以单体中所含胺基的碳数目和羧基的碳数目来表示的。若是氨基酸或内酰胺则以单体中总的碳数来表示。如尼龙12表示是12个碳的氨基酸聚合而成，尼龙610表示由6个碳的二胺和10个碳的二酸缩合成的。在整个工程塑料中，尼龙的产量和消费居于首位，大约占30％左右。聚酰胺总产量的15％-20％左右用作工程塑料，而在聚酰胺工程塑料中，80％-90％是尼龙6和尼龙66。

1）聚酰胺的主要种类

除了尼龙6和尼龙66外。其它的聚酰胺类则有PA9、PA12、PA11、PA1010、PA86、PA610、PA612、PA46、PA1212、PA1313，还有半芳香族尼龙，尼龙MXD6，尼龙6T、尼龙9T，全芳香族尼龙PPTA和共聚尼龙等。

注：半芳香族尼龙指二酸或二胺中有一个是芳香族的；全芳香族尼龙指二酸和二胺都是芳香族的。

2）聚酰胺的主要特性

(1)聚酰胺树脂是高结晶性的，力学性能优良，韧性好，蠕变变形小，具有耐寒、耐汽油的特性，可在-40—100ºC内长期使用，使它成为能够满足汽车发动机部件要求的材料。(2)质轻耐磨，易于加工，使得尼龙有30％-45％左右消费在汽车和其它车辆的电气和车体部件上，其摩

1/3，是酚醛树脂的1/4。(3)尼龙具有一定的阻燃性，能够自熄，又有良好的电绝缘性能，有1/3—1/4的消费用于电气和电力工业上。(4)尼龙制品运转时吸震、减噪，广泛应用于轴承、齿乾、轴瓦等滑动或啮合的部件。(5)尼龙的挤出膜耐油隔氧、耐刺穿、耐低温冲击，是优良的冷冻制品包装材料。（6）但是，聚酰胺具有吸水率高、制品尺寸稳定性较差、热变形温度低、不耐酸等不足。

3）聚酰胺的主要应用领域

(1)汽车工业利用尼龙的高强度、耐温和耐环境变化的特性，能经受汽车上使用的汽油、机油、制动油、润滑油、蓄电池液、冷却液的侵蚀，是汽车发动机传动件和受力件的理想材料。一般用PA6、PA66及其玻璃纤维增强的材料，用于汽车的发动机部件，如汽缸盖、进气管、散热器、空气过滤器、燃油过滤器、加油器盖、沉淀器、贮油缸、冷却风扇、电机电刷、操纵套杆等。以PA6为主体的阻燃尼龙，可用于汽车的电气部件，如接插件、配线、保险盒、熔断器、接线柱接钮、开关、电线包覆、卡套等等。

(2)铁路运输业铁路用的材料，如铁轨枕垫，要求耐受环境和气候的变化，耐冲击，一般使用增韧PA66。铁轨槽板、轨端绝缘板，要求良好的刚性，常用P66合金。此外尼龙还用于铁路电气讯号装臵、机车转向器和电路接线柱等。

(3)电子电气工业随着电子通讯设备的小型化、轻型化，对工程塑料的需求越来越大。空调、彩电、程控交换机、复印机、计算机的各种部件以及电话、电