4.1工程塑料4.2合成纖維4.3合成橡膠4.4膠粘劑第4章高分子材料本章僅作一般了解

4.1工程塑料一、概述主要成分——高分子化合物（分子量大，一般在103~107）天然高分子材料——松香、天然纖維、蛋白質、天然橡膠。人工合成高分子材料——塑料、合成橡膠、合成纖維（滌綸等）。高聚物結構特點——由一種或幾種簡單低分子化合物重復連接而成鏈狀結構。如聚乙烯、聚氯乙烯分別由乙烯、氯乙烯聚合而成。分類——塑料、橡膠、纖維、涂料、膠粘劑。性能特點

低強度——σb≈100MPa高彈性——如橡膠的彈性變形率為100~1000%，金屬一般為1%；低彈性模量——塑料和橡膠分別為金屬的1/10和1/1000。高耐磨性———比金屬好，如汽車外輪胎。高絕緣性低耐熱性低導熱性——是金屬的1/100~1/1000高熱膨脹性——約為金屬的3~10倍高耐腐蝕性——耐酸、堿等。老化——受氧、光、熱、機械力等長時間作用后，性能逐漸惡化。

4.1工程塑料

塑料

以有機合成樹脂為主要組成的高分子材料。可在加熱、加壓條件下塑制成型，故稱塑料。組成合成樹脂——高分子化合物，如聚乙烯、酚醛塑料等。添加劑——填料或增強、固化、增塑、潤滑、穩定、著色、阻燃劑等。（石棉粉，云母粉，二硫化鉬，鋁粉；六亞甲基四胺，乙二胺，順丁烯二酸酐；鄰苯二甲酸二丁酯）分類熱塑性塑料——加熱軟化，冷卻后又硬化成形，可反復進行。加工成型簡便，機械性能較好；耐熱性和剛性較差。如聚乙烯。熱固性塑料——受熱固化后，不會再受熱軟化。機械性能差；耐熱性和剛性較好。如酚醛樹脂、環氧樹脂。4.1.1塑料的組成

塑料以有機合成樹脂為基礎，加入添加劑所組成。一、合成樹脂

由低分子化合物通過縮聚或加聚反應合成的高分子化合物，如酚醛樹脂、聚乙烯等，是塑料的主要組成，也起粘接劑作用。二、添加劑

為改善塑料的性能而加入的其它組成，主要有：

(1)填料或增強材料

填料在塑料中主要起增強作用。

(2)固化劑

使樹脂具有體型網狀結構，成為較堅硬和穩定的塑料制品。

(3)增塑劑

提高樹脂可塑性和柔性。

(4)穩定劑

防止受熱、光等的作用使塑料過早老化。4.1.2塑料的分類一、按樹脂的性質分類

根據樹脂在加熱和冷卻時表現的性質，分為熱塑性塑料和熱固性塑料。

1.熱塑性塑料

加熱時軟化并熔融，可塑造成形，冷卻后成型并保持既得形狀，該過程可反復進行。

如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼龍)、聚甲醛、聚碳酸脂等。

這類塑料加工成形簡便，具有較高的機械性能，但耐熱性和剛性比較差。

2.熱固性塑料

初加熱時軟化，可塑造成形，但固化后再加熱將不再軟化,也不溶于溶劑。

如：酚醛、環氧、氨基、不飽和聚酯等。

它們具有耐熱性高，受壓不易變形等優點，但機械性能不好。二、按使用范圍分類1.通用塑料應用范圍廣、生產量大的塑料品種。

主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烴、酚醛塑料和氨基塑料等，其產量約占塑料總產量的四分之三以上。2.工程塑料

綜合工程性能(包括機械性能、耐熱耐寒性能、耐蝕性和絕緣性能等)良好的各種塑料。

主要有聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯和ABS等四種。3.耐熱塑料能在較高溫度（100℃～200℃以上）下工作的各種塑料。

常見的有聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有機硅樹脂、環氧樹脂等。4.1.3常用工程塑料

1.聚乙烯(PE)一、熱塑性塑料由乙烯單體聚合而成。根據合成方法不同,分為高壓、中壓和低壓三種。●高壓聚乙烯相對分子質量、結晶度和密度較低，質地柔軟。制作塑料薄膜、軟管和塑料瓶等。●低壓聚乙烯質地剛硬，耐磨性、耐蝕性及電絕緣性較好。

制造塑料管、板材、繩索以及承載不高的零件，如齒輪、軸承等。2.聚丙烯(PP)

由丙烯單體聚合而成。用于制作某些零部件，如法蘭、齒輪、風扇葉輪、泵葉輪、把手及殼體等，還可制作化工管道、容器、醫療器械等。聚乙烯產品●聚丙烯剛性大,強度、硬度和彈性等機械性能均高于聚乙烯。●密度小，僅為0.90g/cm3～0.91g/cm3,是常用塑料中最輕的。●耐熱性良好,長期使用溫度為100℃～110℃。●優良的電絕緣性能和耐蝕性能，在常溫下能耐酸、堿,所以經常制作成導線外皮。●聚丙烯的沖擊韌性差，耐低溫及抗老化性也差。3.聚氯乙烯(PVC)

由乙炔氣體和氯化氫合成氯乙烯，再聚合而成。●硬質聚氯乙烯

具有較高的機械強度和較好的耐蝕性。

制作化工、紡織等工業的廢氣排污排毒塔、氣體液體輸送管，代替其它耐蝕材料制造貯槽、離心泵、通風機和接頭等。

●軟質聚氯乙烯

當增塑劑加入量達30%～40％時，便制得軟質聚氯乙烯，伸長率大，制品柔軟，并具有良好的耐蝕性和電絕緣性。

常制成薄膜，用于工業包裝、農業育秧和日用雨衣、臺布等，制作耐酸耐堿軟管、電纜外皮、導線絕緣層等。4.聚苯乙烯(PS)

由苯乙烯單體聚合而成。●聚苯乙烯剛度大、耐蝕性好、電絕緣性好。●缺點是抗沖擊性差，易脆裂、耐熱性不高。制造紡織工業中的紗管、紗綻、線軸；電子工業中的儀表零件、設備外殼；化工中的儲槽、管道、彎頭；車輛上的燈罩、透明窗；

電工絕緣材料等。5.ABS塑料

ABS塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。●具有“硬、韌、剛”的特性，綜合機械性能良好，●尺寸穩定，容易電鍍和易于成形。

●耐熱性較好，在－40℃的低溫下仍有一定的機械強度。

可制造齒輪、泵葉輪、軸承、把手、管道、儲槽內襯、電機外殼、儀表殼、儀表盤、蓄電池槽、水箱外殼等。

在汽車零件上的應用發展很快，如作擋泥板、扶手、熱空氣調節導管，以及小轎車車身等。

作紡織器材、電訊器件都有很好的效果。6.聚酰胺(PA)又稱尼龍或錦綸,是由二元胺與二元酸縮合而成，或由氨基酸脫水成內酰胺再聚合而得，有尼龍610、66、6等多個品種。●良好的韌性，強度較高(因吸水不同而異)；●具有優異的耐磨性和自潤滑性能；●耐蝕性好，如耐水、油、一般溶劑、許多化學藥劑，抗霉、抗菌，無毒；●成形性能也好。

制造耐磨耐蝕零件，如軸承、齒輪、螺釘、螺母等。7.聚甲醛(POM)聚甲醛是由甲醛或三聚甲醛聚合而成。按聚合方法不同可分為均聚甲醛和共聚甲醛兩類。均聚甲醛的結晶度、機械強度、軟化點均比共聚甲醛高，但耐熱性、耐酸和堿的能力較后者差。工業上常用共聚甲醛，很少使用均聚甲醛。8.聚碳酸酯(PC)

聚碳酸酯譽稱"透明金屬"，●具有優良的綜合性能。沖擊韌性和延性突出，在熱塑性塑料中是最好的；彈性模量較高，不受溫度的影響；●抗蠕變性能好，尺寸穩定性高；●透明度高，可染成各種顏色；

●吸水性小；

●絕緣性能優良，在10℃～130℃間介電常數和介質損耗近于不變。

制造精密齒輪、蝸輪、蝸桿、齒條等。氟塑料比其它塑料的優越性是：

●耐高、低溫,

●耐腐蝕,耐老化和電絕緣性能很好,

●吸水性和摩擦系數低,

聚四氟乙烯（F-4）俗稱塑料王,具有非常優良的耐高、低溫性能，缺點是強度低,冷流性強。

制作減摩密封零件、化工耐蝕零件與熱交換器，以及高頻或潮濕條件下的絕緣材料。9.氟塑料10.聚砜（PSF）聚砜一般具有優良的耐熱性、耐寒性、耐候性、抗蠕變性和尺寸穩定性。11.聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)俗稱有機玻璃。

●有機玻璃的透明度比無機玻璃還高,透光率達92%;

●密度只有無機玻璃的一半,為1.18g/cm3。

●機械性能比普通玻璃高得多(與溫度有關)。

制造儀表護罩、外殼、光學元件、透鏡等。二、熱固性塑料1.酚醛塑料(PF)

由酚類和醛類在酸或堿催化劑作用下縮聚合成酚醛樹脂,再加入添加劑而制得的高聚物。一般為熱固性塑料。●酚醛塑料具有一定的機械強度和硬度,耐磨性好；●絕緣性良好,耐熱性較高，耐蝕性優良。●缺點是性脆，不耐堿。制作插頭、開關、電話機、儀表盒、汽車剎車片、內燃機曲軸皮帶輪、

紡織機和儀表中的無聲齒輪、

化工用耐酸泵日用用具等。2.環氧塑料(EP)為環氧樹脂加入固化劑后形成的熱固性塑料。●環氧塑料強度較高，韌性較好；●尺寸穩定性高和耐久性好；●具有優良的絕緣性能；耐熱、耐寒；●化學穩定性很高；●成形工藝性能好；●膠粘能力強，對各種材料(金屬及非金屬)都有很好的膠粘能力。用于制作塑料模具、印刷線路板，灌封電器元件，配制飛機漆、油船漆、罐頭涂料、膠粘劑。4.2合成纖維

合成纖維

以石油、天然氣、煤和石灰石等為原料，經過提煉和化學反應合成高分子化合物，再經過熔融或溶解后紡絲制得的纖維。●強度高、密度小、彈性好；

●耐磨、耐酸堿性好；

●不霉爛、不怕蟲蛀等特點。

用作衣料等生活用品，

用于汽車、飛機輪胎簾子線、

漁網、索橋、船纜、

降落傘及絕緣布等。4.2.1合成纖維的生產方法

一、單體制備和聚合

石油、天然氣、煤和石灰石等為原料，經分餾、裂化和分離得到有機低分子化合物，如苯、乙烯、丙烯、苯酚等作為單體，在一定溫度、壓力和催化劑作用下，聚合而成的高聚物（合成纖維的材料），又稱成纖高聚物。二、紡絲

將成纖高聚物的熔體或濃溶液,用紡絲泵(或稱計量泵)連續、定量而均勻地從噴絲頭(或噴絲板)的毛細孔中擠出，而成為液態細流，再在空氣、水或特定的凝固溶中固化成為初生纖維的過程稱作“纖維成形”,或稱“紡絲”，這是合成纖維生產過程中的主要工序。三、后加工紡絲成形后得到的初生纖維其結構還不完善，物理機械性能較差，如強度低、尺寸穩定性差，還不能直接用于紡織加工，必須經過一系列的后加工。后加工隨合成纖維品種、紡絲方法和產品要求而異，其中主要的工序是拉伸和熱定型。將拉伸后的纖維置于熱水、蒸汽或熱空氣中進行定型處理，可以消除纖維的內應力，提高纖維的尺寸穩定性，并且進一步改善其物理機械性能。4.2.2常用合成纖維

合成纖維主要有滌綸、錦綸、腈綸、維綸、丙綸和氯綸，通稱為六大綸。其中最主要的是滌綸、錦綸和腈綸三個品種，它們的產品占合成纖維總產量的90％以上。一、滌綸化學名稱為聚酯纖維，商品名稱為滌綸或的確良，由對苯二甲酸乙二酯抽絲制成。1、特點●彈性好，彈性模量大，不易變形，強度高，抗沖擊性能高，

●耐磨性好，耐光性、化學穩定性和電絕緣性也較好，

●不發霉，不蟲蛀。

●缺點是吸水性差、染色性差、不透氣、織物穿著感到不舒服、摩擦易起靜電，容易把臟物吸附，不宜暴曬。應用大量地用作紡織品材料：衣服、床單、窗簾

廣泛用于運輸帶、傳動帶、帆布、漁網、繩索、輪胎簾子線及電器絕緣材料等。二、錦綸化學名稱為聚酰胺纖維，商品名稱為錦綸或尼龍。由聚酰胺樹脂抽絲制成，主要品種有錦綸6、錦綸66和錦綸1010等。1、特點●質輕、強度高、彈性和

●耐磨性好、良好的耐堿性和電絕緣性，●耐酸、耐熱、耐光性能較差。

●彈性模量低，容易變形，缺乏剛性。2、應用錦綸纖維多用于輪胎簾子線、降落傘、宇航飛行服、漁網、針織內衣、尼龍襪、手套等工農業及日常生活用品。三、腈綸化學名稱為聚丙烯腈纖維，商品名稱為腈綸或奧綸。丙烯腈的聚合物-聚丙烯腈樹脂經濕紡或干紡制成。1、特點●腈綸質輕，密度為1.14g/cm3～1.17g/cm3。

●柔軟，保暖性好，猶如羊毛。

●腈綸不發霉，不蟲蛀,彈性好,吸濕小，耐光性能特別好。

●缺點是耐磨性差，彈性不如羊毛，摩擦后容易在表面產生許多小球，不易脫落，且因摩擦、靜電積聚小球容易吸收塵士使織物弄臟

2、應用制造毛線和膨體紗及室外用的帳蓬、幕布、船帆等織物，還可與羊毛混紡，織成各種衣料。四、維綸化學名稱為聚乙烯醇纖維，商品名稱為維尼綸或維綸。由聚乙烯醇樹脂經混紡制成。1、特點●最大特點是吸濕性好，具有較高的強度；

●耐磨性、耐酸、堿腐蝕均較好；

●耐日曬、不發霉、不蟲蛀，其紡織品柔軟保暖，結實耐磨，穿著時沒有悶氣感覺，是一種很好的衣著原料。2、應用主要用作帆布、包裝材料、輸送帶、背包、床單和窗簾等。五、丙綸化學名稱為聚丙烯纖維，商品名稱為丙綸。由丙烯的聚合物-聚丙烯制成。1、特點●丙綸的特點是質輕、強度大，密度只有0.91g/cm3，比腈綸還輕，能浮在水面上，故是漁網的理想材料，也是軍用蚊帳的好材料。

●丙綸耐磨性優良，吸濕性很小，還能耐酸、堿腐蝕。用丙綸制的織物，易洗快干，經久耐用。2、應用用于衣料、毛毯、地毯、工作服外，還包作包裝薄膜、降落傘、醫用紗布和手術衣等。六、氯綸化學名稱為聚氯乙烯纖維，商品名稱為氯輪。由聚氯乙烯樹脂制成。1、特點●保暖性好；

●遇火不易燃燒；

●化學穩定性好，能耐強酸和強堿；

●彈性、耐磨性、耐水性和電絕緣性均很好；

●能耐日光照射，不霉爛，不蟲蛀。

●缺點是耐熱性差。2、應用用作化工防腐和防火衣著的用品，以及絕緣布、窗簾、地毯、漁網、繩索等。

因氯輪的保暖性好，靜電作用強，做成貼身內衣。4.3合成橡膠

橡膠是一種具有極高彈性的高分子材料。●性能特點

彈性變形量可達100％～1000％，而且回彈性好，回彈速度快。

橡膠還有一定的耐磨性，很好的絕緣性和不透氣、不透水性。●用途彈性材料密封材料

減震防震材料傳動材料4.3.1橡膠的分類和橡膠制品的組成

一、橡膠的分類按照原料的來源，橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠兩大類。合成橡膠主要有七大品種：丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、異戊橡膠、丁基橡膠、乙丙橡膠和丁腈橡膠。習慣上按用途將合成橡膠分成兩類：性能和天然橡膠接近、可以代替天然橡膠的通用橡膠和具有特殊性能的特種橡膠。二、橡膠制品的組成人工合成用以制膠的高分子聚合物稱為生膠。生膠要先進行塑練，使其處于塑性狀態，再加入各種配料，經過混練成型、硫化處理，才能成為可以使用的橡膠制品。配料主要包括：

2.硫化促進劑---胺類、胍類、秋蘭姆類、噻唑類及硫脲類物質，可以起降低硫化溫度、加速硫化過程的作用，稱為硫化促進劑。1.硫化劑--變塑性生膠為彈性膠的處理即為硫化處理，能起硫化作用的物質稱硫化劑。常用的硫化劑有硫磺、含硫化合物、硒、過氧化物等。3.補強填充劑--為了提高橡膠的機械性能，改善其加工工藝性能，降低成本，常加入填充劑，如碳黑、陶土、碳酸鈣、硫酸鋇、氧化硅、滑石粉等。

4.3.2常用合成橡膠

一、通用合成橡膠1.丁苯橡膠--是以丁二烯和苯乙烯為單體共聚而成。具有較好的耐磨性、耐熱性、耐老化性，價格便宜。主要用于制造輪胎、膠帶、膠管及生活用品。2.順丁橡膠--是由丁二烯聚合而成。順丁橡膠的彈性、耐磨性、耐熱性、耐寒性均優于天然橡膠，是制造輪胎的優良材料。缺點是強度較低、加工性能差。主要用于制造輪胎、膠帶、彈簧、減震器、耐熱膠管、電絕緣制品等。3.氯丁橡膠--是由氯丁二烯聚合而成。

●氯丁橡膠的機械性能和天然橡膠相似。

●耐油性、耐磨性、耐熱性、耐燃燒性、耐溶劑性、耐老化性能均優于天然橡膠，所以稱為"萬能橡膠"。它既可作為通用橡膠，又可作為特種橡膠。●氯丁橡膠耐寒性較差(-35℃)，密度較大(為1.23g/cm3),生膠穩定性差,成本較高。

制造電線、電纜的外皮、膠管、輸送帶等。二、特種橡膠1.丁腈橡膠--丁腈橡膠是丁二烯和丙烯腈兩種單體的共聚物。●主要優點是耐油，耐有機溶劑；

●丁腈橡膠的耐熱、耐老化、耐腐蝕性也比天然橡膠和通用橡膠好，還具有較好的抗水性。

●耐寒性低，脆化溫度為-10～-20℃；

●耐酸性差，對硝酸、濃硫酸、次氯酸和氫氟酸的抗蝕能力特別差；●電絕緣性能很差；●強度很低，只有3～4MPa。加入補強劑以后，可提高到25MPa～30MPa。

廣泛應用于各種耐油制品。如輸油膠管、各種油封制品和貯油容器襯里及隔膜等。耐油膠管、印刷膠輥和耐油手套等。

2.硅橡膠

硅橡膠是由各種硅氧烷縮聚而成。所用的硅氧烷單體的組成不同，可得到不同品種的硅橡膠，其中以二甲基硅橡膠應用最廣，它是由二甲基硅氧烷縮聚而成。●硅橡膠的柔順性較好；

●既耐高溫又耐嚴寒，橡膠中它的工作溫度范圍最廣（-100℃～300℃），●具有十分優異的耐臭氧老化性能、耐光老化性能和耐候老化性能；●良好的電絕緣性能。

●缺點是常溫下其硫化膠的抗拉強度、撕裂強度和耐磨性能比天然橡膠及其它合成橡膠低，其價格也比較貴，限制了其應用，用于軍事及航空航天工業的密封減震、電絕緣材料和涂料，以及醫療衛生制品。3.氟橡膠--它是以碳原子為主鏈、含有氟原子的高聚物。

●很高的化學穩定性，在酸、堿、強氧化劑中的耐蝕能力居各類橡膠之首；●耐熱性很好；

●缺點是價格昂貴、耐寒性差、加工性能不好。主要用于高級密封件、高真空密封件及化工設備中的里襯，火箭、導彈的密封墊圈。4.4

膠粘劑

膠粘劑又稱粘合劑、粘接劑，是一類通過粘附作用，使同質或異質材料連接在一起，并在膠接面上有一定強度的物質。4.4.1常用膠粘劑一、樹脂型膠粘劑

1.熱塑性樹脂膠粘劑--以線型熱塑性樹脂為基料，與溶劑配制成溶液或直接通過熔化的方式進行膠接。這類膠粘劑使用方便、容易保存、具有柔韌性、耐沖擊性，初粘能力良好。

常用的熱塑性樹脂膠粘劑：聚醋酸乙烯酯膠粘劑；以聚醋酸乙烯脂為基料的膠粘劑。具有膠接強度好、粘度低、使用方便、無毒不燃等優點。適宜于膠接多孔性、易吸水的材料，如紙張、木材、纖維織物的粘合，也可用于塑料及鋁箔等的粘合。2.熱固性樹脂膠粘劑以多官能團的單體或低分子預聚體為基料，在一定的固化條件下通過化學反應，交聯成體型結構的膠層來進行膠接。膠層呈現剛性，有很高的膠接強度和硬度，良好的耐熱性與耐溶劑性，優良的抗蠕變性能。缺點是起始膠接力較小，固化時容易產生體積收縮和內應力。常用的熱固性樹脂膠粘劑：環氧樹脂膠粘劑基料是環氧樹脂，主要品種為雙酚A縮水甘油醚樹脂，又稱雙酚A型環氧樹脂。環氧樹脂的突出優點是：

●粘附力強

對金屬、陶瓷、塑料、木材、玻璃等都有很強的粘附力，被稱之為"萬能膠"；●內聚力大

在被膠物受力破壞時，斷裂往往發生在被膠物內；●工藝性能好

膠接時可以不加壓或僅使用接觸應力，在室溫或低溫快速固化；環氧樹脂的突出優點是：●收縮率低

一般小于2％，有的甚至可低至1％左右；●耐溫性能較好

具有一定的低溫性能，又有一定的耐熱性。●機械強度高，蠕變性和吸水性小，有較好的化學穩定性和電絕緣性能。●缺點是耐熱性不高，耐紫外線性能較差，部分添加劑有毒，適用期短，即配制后需盡快使用，以免固化。環氧樹脂膠粘劑常用來膠接各種金屬和非金屬材料,在機械、化工、建筑、航空、電子等工業部門得到廣泛應用。二、橡膠型膠粘劑是以氯丁、丁腈、丁苯、丁基等合成橡膠或天然橡膠為基料配制成的一類膠粘劑。具有較高的剝離強度和優良的彈性，拉伸強度和剪切強度較低。主要適用于柔軟的或膨脹系數相差很大的材料的膠接。1.氯丁橡膠膠粘劑--基料為氯丁橡膠。具有較高的內聚強度和良好的粘附性能，耐燃性、耐氣候性、耐油性和耐化學試劑性能等均較好。主要缺點是穩定性和耐低溫性能較差。

氯丁橡膠膠粘劑可用于極性或非極性橡膠的膠接，非金屬、金屬材料的膠接，在汽車、飛機、船舶制造和建筑等方面，均得到廣泛應用。2.丁腈橡膠膠粘劑--其基料為丁腈橡膠

突出特點是耐油性好，良好的耐化學介質性和耐熱性能。對極性材料有很強的粘附性，但對非極性材料的膠接稍差。丁腈橡膠膠粘劑適用于金屬、塑料、橡膠、木材、織物以及皮革等多種材料的膠接，尤其在各種耐油產品中得到廣泛應用。3、混合型膠粘劑--混合型膠粘劑又稱復合型膠粘劑。它是由兩種或兩種以上高聚物彼比摻混或相互改性而制得，即構成膠粘劑基料的是不同種類的樹脂或者樹脂與橡膠。

（1）.酚醛-聚乙烯醇縮醛膠粘劑--以甲基酚醛樹脂為主體，加入聚乙