高分子材料改性绪论

聚对苯撑苯并双恶唑 ，是新世纪的超强
艺术家笔下的“月球电梯”想象图
3.2 功能化
随着高新技术的发展，各种功能化高分子材 料及其制品的应用越来越广泛，品种越来越多，
要求越来越高，市场需求量越来越大，从而为高
分子材料产业提供了许多新的发展机遇。 功能高分子材料已经或正在形成新的产业， 成为高分子材料产业中最有发展前景的新的增长 点。
其他新型高性能纤维
芳纶纤维：
具有超高强度、高模量、高韧性、耐高温、 耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝 的 5～6倍 ，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍， 韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右。 广泛应用于航天航空、轮胎及传送带骨架材料、 防弹衣、头盔、高强绳索等方面。
PBO纤维（Zylon）：
汽车用非轮胎橡胶制品：
汽车的轻量化对橡胶制品耐热、耐油和耐化 学品性能要求提高 ，促进了丙烯酸酯橡胶、 氯磺化聚乙烯、硅橡胶、氟橡胶、氢化丁腈 橡胶、三元乙丙橡胶等的使用。
减震隔震橡胶制品：
应用于地震地区的房屋建筑橡胶隔震支 座（如汶川地区重建）、汽车、桥梁、铁路、 船舰（潜水艇减震）等领域。
超疏水材料
大自然的启发——荷叶，水黾。 超疏水材料——表面接触角大于150°滚动角小于5°的材料。 结构特点：疏水性聚合物表面具有微纳米粗糙结构。 应用：（1）超疏水自洁性外墙涂料； （2）输电电缆防冰冻； （3）革命性水上交通工具（浮力大、阻力小、速度快、 能耗低）； （4）无需雨刷的汽车挡风玻璃； （5）冰箱、空调等防霜；超级防水衣； （6）超抗腐蚀金属材料 。。。。。。
性能
工程
物理
材料三要素
加工 结构
化学
材料组成 高分子材料 三因素
机械与模具
成型加工 方法
塑料分类为通用塑料和工程塑料。 其中工程塑料制的是拉伸强度大于50MPa，冲 击大于6kJ/m2，长期耐热温度100度，刚性好 ，蠕变小等。 大部分通用塑料和工程塑料需要改性。
高分子材料的易加工性，加工成本较低。 高分子具有可挤压性、可模塑型、可纺性和可 延性。 高分子改性需要考虑的问题：加什么？加多少 ？协调效应？
（4）纤维增强（高性能纤维增强塑料、自增强技术）。
（5）塑料高性能化的成型加工新技术： 1）反应挤出技术； 2）微波技术； 3）振动技术； 4）挤出和注射自增强技术； （6）无卤阻燃技术 从上世纪90年代以来，
国内改性塑料行业已成为发
展最快的新兴产业（如金发科技）。
3.1.2 橡胶的高性能化
子午线轮胎：是世界轮胎工业的发展方向。世界
材料性质分类： 1）内在性质：材料结构组成决定； 2）加工性质：是否能加工和加工以后性质变化 ？
3）产品性质：制品属性。
国外代表意义的塑料改性龙头企业：
杜邦、帝人、巴斯夫、帝斯曼、罗地亚 、普力万、泰科纳、旭化成。 国内有代表意义的塑料改性龙头企业： 金发科技、普利特、银禧科技、哈尔滨 鑫达、杰事杰、亚太国际、温州俊尔、 科苑、聚赛龙、道恩、和氏璧等等。
3.2.2 导电和光电高分子材料
导电聚合物——二十世纪高分子领域的 重大发现（2000年诺贝尔化学奖），具有革 命性影响。 含大π键的的高分子材料，经化学或电 化学掺杂而成。具有导电性、电致变色、电 致发光、非线性光学等性能。包括聚乙炔及 其衍生物、聚噻吩、聚苯胺、聚对苯乙烯撑 （PPV）、聚噻吩等。 高分子电致发光材料（OLED）： （1）新一代平板显示器：具有视角宽、 能耗低、响应速度快、超薄、超轻、成型加
3.2.1 电子信息用高分子材料:
印刷线路板 感光高分子材料
随着集成电路的集成化程度的不断提 高，对印刷电路感光高分子材料的要求越来 越高。 硅橡胶按键 磁性高分子材料: 由高分子材料与磁性粉末复合而成。可 记录声、光、电等信息，并有重放功能，广 泛用于电子、电气、通讯、航空航天、汽车、
辅机 结晶干燥机
喂料系统： 体积计量
切粒方式：磨面热切粒、冷切粒
吹风干燥机
振动筛
四、聚合物成型方式
挤出成型 注塑成型 压延成型 二次成型
我国改性塑料企业前30强
打印\我国改性塑料企业——前30强.doc
改性塑料通常是指通过改性技术获得的具有鲜明特征的塑料 产品，通常是以母料或专用料的形式提供给塑料制品加工 用户。 塑料改性是一门科学，它的学术基础涉及多个领域，而将理 论用 于生产实践就诞生了塑料改性的实用技术。实践过程中遇到 的种种问题反过来又促进了改性理论和学术的发展，这一 过程始终伴随着整个塑料工业的发展历程，而且近年来越 来越显示出其重要性。塑料改性是指通过物理的、化学的 或二者兼具的方法使塑料材料的性能向人们所预期的方向 发生变化，或者使成本显著降低，或者使某些性能得以改 善，或者赋予塑料材料 全新的功能。改性的过程可以在合成树脂生成的过程中（聚 合）发生，也可以在合成树脂被加工的过程中进行。
纳米塑料及其产业化问题 粉体材料表面处理与粉体超细化 以相容性良好的高分子材料为载体的专门用于 ABS的填充母料 “增重”问题与解决办法 塑木材料
3.国内外高分子材料的发展动向
3.1 高性能化
80年代以来,由于新的工业化大品种聚合物几 乎未再出现，通过各种改性手段实现现有高分子
材料及其制品的高性能化成为当前高分子材料的
聚合物/无机物纳米复合材料可分为3类: (1) 聚合物/粒状无机物纳米复合材料： 纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米二氧化 钛等。 (2) 聚合物/层状无机物纳米复合材料： 层状硅酸盐（蒙脱土、高岭土等），层状 石墨等。 （3）聚合物/无机纳米管纳米复合材料： 碳纳米管，埃洛石
NR/nano SiO2 (nano granules) NR/Motmorillonite (nano layers) SBR/halloysite (nanotubes)
•节能 •环保 •安全 •耐用
高性能轮胎的三个基本性能： (1) 低滚动阻力; (2) 高抗湿滑性； (3) 高耐磨性
高性能轮胎是绿色、环 保型轮胎
汽车油耗的40%左右用于克服轮胎
的滚动阻力，轮胎对汽车的节能具有
关键作用。
汽车尾气污染成为城 市大气污染的罪魁祸首！
高性能轮胎能减少汽 车尾气污染，是一类绿色、 环保型轮胎
人造颅骨生长良好 人造皮肤
人造耳
整形美容进入组织工程 时代
3.2.4 功能涂料
Biblioteka Baidu
装饰、保护和特殊功能相结合，如导 电、阻尼、阻燃防火、隔热、示温、防辐射、 微波吸收、防水、自洁性、杀虫、空气净化、 荧光、超疏水等特种涂料。
3.2.5 高吸水树脂
卫生用品、水土保护、沙漠改造。
3.2.6 其他
分离膜材料； 形状记忆材料； 水处理材料；
二、高分子材料改性常用方法
共混：复合材料、增强增韧等 接枝：作为相容剂Fusabond®、Bynel® 交联：增强耐热、耐溶剂性 嵌段共聚：扩链等。
高分子材料关注的主要性能 1）外观：表面光泽度、色泽的一致性和持久性； 2）物理性能：密度、结晶度、吸水性、透气性、透 湿性和折射率； 3）机械性能：拉伸强度、伸长率、弯曲强度、压缩 强度、硬度、摩擦系数、耐磨耗性； 4）热性能：熔点、耐老化性能、热变形温度、软化 温度、催化温度； 5）电性能：体积电阻率、表面电阻率、介电常数、 耐电弧性；
图5 BBT ((a) 、(b)), BBOT ((c) 、(d)) 超疏水表面的扫描电镜照片
3.3 复合化
1.纤维增强树脂复合材料：
1. 玻璃纤维增强树脂复合材料（玻璃钢）；
2. 高性能（先进）复合材料：
高性能纤维（碳纤维、芳纶纤维、高模量 聚乙烯纤维等、氧化铝纤维、碳化硅纤维、氮化 硅纤维、硼纤维等） 高性能树脂（特种环氧树脂、聚酰亚胺、双 马来酰亚胺、氰酸酯树脂、特种热塑性树脂如 PEEK、PSF等）
新能源（风叶、采油、 电极、核电、复合电缆） 建筑（混凝土增强、建筑 物加固、桥梁加固）
航天（火箭、卫星、 飞船外壳、烧蚀材料）
各种机械零 件、武器
碳纤维及其 复合材料
航空（飞机机身、 直升飞机叶片、刹车器， A350CFRP占62%， B787占50%）
体育、休闲器材
汽车（车身、传动轴， 减重30%，节能20%） 高速列车车身 （减少噪音、减震、隔热）
重要发展趋势。
3.1.1 塑料的高性能化
通用塑料的工程化和工程塑料的高性能化（“比铁还
硬，比钢还强”）
塑料高性能化的方法（改性塑料）：
（1）化学改性（茂金属催化聚合、间规聚合、超 高分子量聚乙烯等）； （2）共混与合金化（物理共混、接枝、嵌段、互
穿聚合物网络、相容剂技术）；
（3）填充（偶联剂技术、纳米复合技术等）；
按照高性能轮胎的节油率5％计
算，如果在全国推广应用，每年可
节省燃油500万吨，相当于节省人民
币约500亿元！
美国“大众机械”杂志 把低滚阻轮胎评为 2009年美国十大科技之一
轮胎的抗湿滑性与行车安全密切相关。高 速公路上汽车事故的50%以上与轮胎有关!
兼具低滚动阻力和高抗湿滑性的新材料的研究 是研制高性能轮胎的关键。
6）耐化学药品性：耐酸耐碱性、耐溶剂性； 7）长期使用性：耐蠕变性、耐疲劳性、耐候性； 8）燃烧性：闪点、自燃点、氧指数； 9）界面性能：表面张力、浸润性； 10）成型性：耐热稳定性、流变性、结晶性、成型 收缩率、熔融指数、粘结性； 11）经济性：成本； 12）法规：安全规定、工业规定、环保规定。
3.2.3
生物医学高分子材料
人工脏器材料 医用导管及其他医疗卫生用品； 高分子药物：长效、缓释、靶向、治癌 组织工程支架材料：在体外预先构建一个 有生物活性的种植体，然后植入体内，修复组 织缺损，替代组织、器官的一部分或全部功能， 其核心是活的细胞和可供细胞进行生命活动的 可降解支架材料，这是组织工程学研究的主要 科学问题。
2. 聚合物/无机物纳米复合材料：
纳米材料是二十世纪后期崛起的一类具有划时 代意义的新材料. 聚合物 / 无机物纳米复合材料的主要特征是复 合体系的一个组分至少有一维以纳米尺寸（≤100nm） 均匀分散在另一组分的基体中。 聚合物/无机物纳米复合材料的性能(包括力学 性能、阻隔性能、阻燃性能、热性能、电性能、生 物性能等）比相应的宏观或微米级复合材料有非常 显著的提高，甚至表现出全新的性能。
1500 1900
高模聚合物
石材
陶器 陶瓷 玻璃 水泥 耐火材料
5000BC 0
聚酯
PC PS PAN PP
金属基复合材料
陶瓷基复合材料 韧性机械陶瓷
1990 2000 2010 2020
耐湿陶瓷
1960 1980
塑料=树脂+助剂 我国塑料工业发展迅速，至十一五规划末期的 2010年，塑料制品年产量已接近6000万吨，年 产值达1.42万亿元。 为何高分子材料发展如此迅速？
建筑隔震专家—周福霖 院士（广州大学） 新建的汶川第二小学采用 了橡胶减震技术。
隔震橡胶支座
3.1.3 纤维的高性能化
高性能纤维：高强度纤维、高模量纤维、
耐高温纤维、阻燃耐火纤维 耐腐蚀纤维…… 特点: (1) 具有远优于普通纤维的物理机械性 能、热性能和化学性能； （2）采用高技术制备，应用于高科技或 特殊领域； （3）高附加值。 主要品种: 碳纤维、芳纶纤维、PBO纤维 聚芳酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维
高分子材料改性绪论
培训目的： 1）了解聚合物加工改性的目的和意义； 2）介绍聚合物加工改性的常用方法； 3）介绍聚合物加工改性的常用设备；
4）介绍聚合物改性后成型方式。
一、聚合物改性的目的和意义
金 铜
铁
高分子 木材 皮肤 动物胶 纤维 复合材料
钢 合金钢
导电高分子
高温合金 橡胶
电木 尼龙 PE 熔融硅
轮胎子午化率达90％以上，而中国为80％左右。
高性能轮胎是当前轮胎工业的发展方向：
包括“绿色”轮胎、节能轮胎、安全轮胎、 高里程轮胎、智能轮胎等，其特点是兼具低滚动 阻力、高抗湿滑性、高耐磨、高寿命等优良综合 性能。滚动阻力下降20～35％，节油3～5％。
高性能轮胎是当前世界轮胎工业的重要发展趋势
三、高分子材料常用设备
双螺杆挤出机：主机和辅机组成。 主机：双螺杆挤出机或是单螺杆往复机。
双螺杆挤出机：高速同向啮合式，在各种螺纹 及混炼元件中可产 生十分强烈而复杂的物料传 递交换、分流掺合以及剪切捏合等 作用。 双螺杆挤出机的发展趋势是向高扭矩、高转速 、低能耗方向发展，高转速带来的效果即是高 生产率。