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第九章第九章 高分子合成材料高分子合成材料学学习目的目的掌握高分子合成材料的分掌握高分子合成材料的分类、合成工、合成工艺、性能特、性能特点。点。学学习重点重点各各类塑料的性能特点。塑料的性能特点。9.1 概述概述高分子材料根据物理化学性高分子材料根据物理化学性质分分为橡胶、塑料和橡胶、塑料和纤维三大三大类。橡胶、橡胶、纤维、塑料的主要差、塑料的主要差别：分子分子链中是否存中是否存在在刚性基性基团、分子、分子链上的上的侧基大小、分子基大小、分子间力的力的强度。度。l橡胶特征：橡胶特征：高分子高分子链中无中无刚性基性基团，存在大的，存在大的侧基和缺乏基和缺乏强的分子的分子间力。力。l纤维的特征：的特征：高分子主高分子主链中有中有刚性基性基团，分子，分子间有有氢键，无支化或立体不，无支化或立体不规则的的侧基。基。l塑料：塑料：结构和性能介于橡胶和构和性能介于橡胶和纤维之之间。9.2 塑料塑料分分类：l根据加工条件下的流根据加工条件下的流变性能性能:可分可分为热塑性塑料塑性塑料和和热固性塑料。固性塑料。热塑性塑料：塑性塑料：是指在特定温度范是指在特定温度范围内具有可反复内具有可反复加加热软化、冷却硬化特性的塑料品种；化、冷却硬化特性的塑料品种；热固性塑料：固性塑料：是指在特定温度下加是指在特定温度下加热或通或通过加入加入固化固化剂可可发生交生交联反反应变成不溶不熔塑料制品的塑成不溶不熔塑料制品的塑料品种。料品种。l按按实用用:分分为通用塑料、工程塑料、特种塑料通用塑料、工程塑料、特种塑料 1）通用塑料通用塑料产量大、用途广、价格便宜，大量用在量大、用途广、价格便宜，大量用在杂货、包装、包装、农用和一般零件等方面，用和一般零件等方面，通用塑料最重要的品种：通用塑料最重要的品种：“四四烯、三、三醛和二和二酯”l四四烯：以石油工：以石油工业生生产的的-烯烃单烯烃单体体为为原料生原料生产产的的PE、PVC、PP、PS，是通用塑料的四大品种，是通用塑料的四大品种，其其总产总产量量为为全部塑料的全部塑料的80%；l三三醛醛：酚：酚醛醛、脲醛脲醛、密、密醛醛（三聚（三聚氰氰酸酸-甲甲醛醛）热热固性固性树树脂；脂；l二二酯：不：不饱和聚和聚酯和聚氨和聚氨酯 2）工程塑料）工程塑料特点：特点：具有相当的具有相当的强度和度和刚性，可用作性，可用作结构材料、构材料、机械零件、高机械零件、高强度度绝缘材料等。可材料等。可细分分为分分类：l单纯热塑性塑性树脂：脂：如聚甲如聚甲醛、聚碳酸、聚碳酸酯、尼、尼龙、聚聚砜以及以及PPO（聚苯（聚苯醚）、）、PPS（聚苯硫（聚苯硫醚）、）、ABS等；等；l单纯热固性固性树脂：脂：如如环氧、酚氧、酚醛、不、不饱和聚和聚酯、聚聚酰亚胺等；胺等；l纤维增增强树脂基复合材料：脂基复合材料：即以增即以增强纤维及其及其织物物为增增强材料，以材料，以类塑料等塑料等为基体的复合材基体的复合材料，如料，如GF/UP、CF/EP、GF/PP等等 3）特种塑料特种塑料 特点：特点：大多价格高、具有耐大多价格高、具有耐热、自、自润滑等特异性滑等特异性能，构成特殊的能，构成特殊的应用用领域。域。品种：品种：如氟塑料、硅塑料、聚如氟塑料、硅塑料、聚酰亚胺等胺等 9.2.1 聚乙烯聚乙烯l生生产规模：模：约占世界塑料占世界塑料总产量的量的1/31/3l种种类：高高压PEPE、低、低压PEPE、线型低密度型低密度PEPE、超低密、超低密度度PEPE、超高分子、超高分子PEPE、改性、改性PEPE。1.低密度聚乙烯（低密度聚乙烯（LDPE）性能：性能：LDPE的的电绝缘性能良好，基本不受温度和性能良好，基本不受温度和频率的影响，力学性能良好，率的影响，力学性能良好，热性能、透气性能、性能、透气性能、耐老化性能也都不差；耐老化性能也都不差；应用：用：农用薄膜、地膜，少部分用于各种用薄膜、地膜，少部分用于各种轻重包装，重包装，如食品袋、如食品袋、货物袋、工物袋、工业包装袋，各种管材、包装袋，各种管材、电绝缘层改性：改性：l通通过辐射交射交联的方法提高：的方法提高：LDPE的耐的耐热性及蠕性及蠕变性；性；l与与PP等塑料或橡胶等塑料或橡胶进行共混改性，提高行共混改性，提高热封性、封性、韧性、耐穿刺性、耐性、耐穿刺性、耐环境境应力力龟裂性、机械裂性、机械强度。度。2.高密度聚乙烯（高密度聚乙烯（HDPE）合成：合成：HDPE也称低也称低压聚乙聚乙烯，乙，乙烯单体聚合体聚合时若采用若采用齐格勒格勒-纳塔催化体系，塔催化体系，则在常在常压或或；若采；若采用金属用金属络合物、金属氧化物合物、金属氧化物则常在常在10MPa以下，以下，聚合反聚合反应按离子聚合反按离子聚合反应历程，工程，工业上用溶液聚上用溶液聚合法，合法，调节剂采用采用氢，溶，溶剂用汽油，反用汽油，反应温度温度5070。性能：性能：表表9-1 LDPE与与HDPE性能比性能比较用途：用途：用于包装、薄膜、中空容器、注塑容器、用于包装、薄膜、中空容器、注塑容器、渔网网丝、管材、机械零件等、管材、机械零件等3.3.线型低密度聚乙烯线型低密度聚乙烯(LLDPE)(LLDPE)合成合成：在二氧化硅：在二氧化硅为载体的体的铬化合物高效催化化合物高效催化剂或用或用钛、钒为载体的体的铬化合物的催化体系存在下，化合物的催化体系存在下，使乙使乙烯与少量的与少量的烯烃共聚，形成在共聚，形成在线型乙型乙烯主主链上，上，带有非常小的共聚有非常小的共聚单体支体支链的分子的分子结构。构。性能：性能：抗抗张强度、抗撕裂度、抗撕裂强度、耐度、耐环境境应力开裂力开裂性、耐低温性、耐性、耐低温性、耐热性和耐穿刺性，均性和耐穿刺性，均优于于HDPE和和LDPE。4.4.超高分子聚乙烯超高分子聚乙烯(UHMWPE)(UHMWPE)合成：合成：低低压聚合法、淤聚合法、淤浆法、气相法等法、气相法等性能：性能：分子量分子量100万，分子万，分子结构与构与HDPE基本相基本相同，也是同，也是线型分子型分子结构。具有突出的高模量、高构。具有突出的高模量、高韧性、高耐磨（已知塑料中名列第一）、自性、高耐磨（已知塑料中名列第一）、自润滑滑性好、密度低、制造成本低廉等特征。但耐性好、密度低、制造成本低廉等特征。但耐热性性差（使用温度差（使用温度25%为软质PVC加入木粉降低密度，加入加入木粉降低密度，加入铜、铝提高提高导电性，加性，加入碳酸入碳酸钙提高硬度、降低成本，赤泥可改善耐提高硬度、降低成本，赤泥可改善耐热、光老化性能；光老化性能；l共混改性：共混改性：加入一种或两种高聚物共混得到加入一种或两种高聚物共混得到“高高分子合金分子合金”改善改善PVC的流的流动性或冲性或冲击性能。性能。9.2.3 聚丙烯聚丙烯合成：合成：低低压定向配位聚合（溶定向配位聚合（溶剂法、溶液法、气法、溶液法、气相法和本体法），采用最多的是本体聚合法。相法和本体法），采用最多的是本体聚合法。种种类：由于在主由于在主链上每隔一个碳原子有一个甲基上每隔一个碳原子有一个甲基侧基，于是存在异构基，于是存在异构现象，其全同象，其全同PP、间同同PP和和无无规PP，其性能有，其性能有较大差大差别。常用的的全同。常用的的全同PP，具有具有较高的高的结晶度。无晶度。无规PP主要作主要作为填充母体材填充母体材料料载体或增体或增韧剂。表表9-4 三种三种PP性能比性能比较1）PP的主要性质的主要性质l密度：密度：约为，塑料中最，塑料中最轻；l化学化学稳定性好定性好：在室温溶：在室温溶剂不能溶解不能溶解PP，只有，只有卤代化合物、芳代化合物、芳烃和高沸点的脂肪和高沸点的脂肪烃能使之溶能使之溶胀，高温下才能溶解高温下才能溶解l易被氧化：易被氧化：因因为主主链上有上有许多多带甲基的叔碳原子，甲基的叔碳原子，叔碳原子上的叔碳原子上的氢易受氧攻易受氧攻击，所以比，所以比PE容易被氧容易被氧化化l耐耐热性好：性好：由于空由于空间位阻效位阻效应，其，其Tg大于大于PE。可。可在在130下使用，可以煮沸消毒，用作耐温管道、下使用，可以煮沸消毒，用作耐温管道、蒸煮食品包装膜、医蒸煮食品包装膜、医疗器械等；器械等；1）PP的主要性质的主要性质l耐老化性能差耐老化性能差：必：必须添加抗氧化添加抗氧化剂等；等；l电性能：性能：非极性非极性结晶高聚物，晶高聚物，电性能性能优异，可作异，可作耐温高耐温高频绝缘材料；材料；l耐弯曲疲耐弯曲疲劳性能好性能好：可弯曲：可弯曲10万次，万次，强于一般塑于一般塑料；料；l强度：度：拉伸拉伸强度度2139MPa，压缩强度度3956MPa；l低温脆性：低温脆性：断裂延伸率断裂延伸率200400%,缺口冲缺口冲击强度度2.25kJ/m3,低温缺口冲低温缺口冲击强度度12kJ/m3。2）PP的加工特点的加工特点加工加工时应注意以下特点注意以下特点lPP对氧很敏感，易被氧化，故加工氧很敏感，易被氧化，故加工时，加，加热时间尽量短；尽量短；lPP熔体的粘度熔体的粘度对剪切速率和温度均十分敏感，增剪切速率和温度均十分敏感，增大速率和提高温度均可使熔体的粘度明大速率和提高温度均可使熔体的粘度明显下降；下降；l吸水率很小，吸水率很小，约0.02%，加工前不必干燥；，加工前不必干燥；l成型成型时应注意模具的温度、冷却注意模具的温度、冷却时间及熔融温度、及熔融温度、保保压时间等。等。PP注射成型的一般条件是注射成型的一般条件是260，注，注射射压力力1050kg/cm2。3）改性）改性PP目的目的：低温脆性、易老化、成型收：低温脆性、易老化、成型收缩率大、易燃率大、易燃烧、染色困、染色困难，为此要改性。此要改性。改性方法改性方法l化学改性：化学改性：接枝、嵌段共聚、交接枝、嵌段共聚、交联l物理改性：物理改性：填充改性、增填充改性、增强改性、共混改性、功改性、共混改性、功能改性。能改性。共聚改性共聚改性方法：方法：乙乙烯、苯乙、苯乙烯、丙、丙烯单体体进行交替共聚，行交替共聚，或在主或在主链上上进行嵌段共聚、无行嵌段共聚、无规共聚，可提高共聚，可提高PP性能。性能。n例，在例，在PP主主链上，嵌段共聚上，嵌段共聚23%的乙的乙烯单体，体，可得乙丙嵌段共聚物，属于可得乙丙嵌段共聚物，属于热塑性塑性弹性体，同性体，同时具有具有PE和和PP两者的两者的优点，可耐点，可耐-30的低温冲的低温冲击。交联改性交联改性目的：目的：提高耐蠕提高耐蠕变、耐候性、耐腐、耐候性、耐腐蚀性、耐性、耐应力力开裂性；开裂性；方法：方法：有机有机过氧化物交氧化物交联、氮化物交、氮化物交联、辐射交射交联、热交交联。接枝改性接枝改性方法：方法：PP树脂中加入接枝脂中加入接枝单体，在引体，在引发剂作用下，作用下，加加热熔融混熔融混炼而而进行接枝反行接枝反应。例如例如，PP树脂脂选用熔融指数用熔融指数，接枝，接枝单体体选用不用不饱和和羧酸或酸酸或酸酐，引，引发剂选用用过氧化物。氧化物。填充改性填充改性方法：方法：PP树脂中加入一定量的无机填料、有机填脂中加入一定量的无机填料、有机填料提高制品的某些性能，并降低成本。料提高制品的某些性能，并降低成本。常用填料：常用填料：无机填料无机填料碳酸碳酸钙、滑石粉、硅灰石、滑石粉、硅灰石、炭黑、石膏、赤泥、立德粉、硫酸炭黑、石膏、赤泥、立德粉、硫酸钡；有机填料；有机填料木粉、稻壳粉、花生壳粉等。木粉、稻壳粉、花生壳粉等。发展展趋势：填料的超填料的超细化、完善填料的表面改性化、完善填料的表面改性技技术。增强改性增强改性l目的：目的：通通过增增强改性的改性的PP可取代一些工程塑料。可取代一些工程塑料。l方法：方法：纤维增增强、颗粒增粒增强。共混改性共混改性方法：方法：用其它塑料、橡胶或用其它塑料、橡胶或热塑性塑性弹性体与性体与PP共共混，填入混，填入PP中中较大的晶球内，以此改善大的晶球内，以此改善PP的的韧性性和低温脆性。和低温脆性。n例如，例如，PP/HDPE共混物的塑性和低温脆性均好于共混物的塑性和低温脆性均好于PP。阻燃改性阻燃改性目的：目的：PP为可燃材料可燃材料方法：方法：添加阻燃填料或阻燃添加阻燃填料或阻燃剂l阻燃填料：阻燃填料：氢氧化氧化铝、氢氧化氧化镁，用量，用量7080%；l阻燃阻燃剂：含有磷、含有磷、卤、锑等的化合物，用量等的化合物，用量10%左右；左右；l膨膨胀型阻燃体系：型阻燃体系：由炭化由炭化剂、炭化促、炭化促进剂、发泡泡剂三部分三部分组成，其阻燃效果成，其阻燃效果优于上两种。于上两种。抗静电改性抗静电改性n在在PP中添加炭黑等中添加炭黑等导电填料或抗静填料或抗静电剂，可使制，可使制品的表面品的表面电阻降到阻降到106欧姆以下欧姆以下 8.2.4 聚苯乙烯聚苯乙烯规模：模：仅次于次于PE、PVC、PP；性能特征性能特征：无定形、非极性高聚物，由于苯：无定形、非极性高聚物，由于苯环取代基，取代基，分子的不分子的不对称性增加，内旋称性增加，内旋转受到限制，受到限制，为此呈此呈现刚性、性、脆性。脆性。Tg=80100，分子量，分子量520万，密度万，密度为无色透明无色透明材料。材料。主要性能：主要性能：l热性能：性能：与分子量、与分子量、单体低聚物及体低聚物及杂质含量有关。脆化含量有关。脆化温度温度-30，软化点化点90，制品最高使用温度，制品最高使用温度6080。l化学化学稳定性：定性：能耐一般酸、碱、能耐一般酸、碱、盐的腐的腐蚀，溶于苯、甲，溶于苯、甲苯、苯、氯仿、除丙仿、除丙酮以外的以外的酮类、酯类。l透光性：透光性：透光率达透光率达8892%,与与PC相当，小于相当，小于PMMA。l电绝缘性：性：体体积电阻和表面阻和表面电阻高，是阻高，是优良的高良的高频绝缘材料。材料。l力学性能：力学性能：冲冲击强度低、拉伸度低、拉伸强度和弯曲度和弯曲强度度较好。好。8.2.4 聚苯乙烯聚苯乙烯用途用途：广泛：广泛应用于工用于工业装装饰、照明灯罩、照明灯罩、电绝缘材料以及光学材料以及光学仪器零件、透明模型、玩具、日用器零件、透明模型、玩具、日用品；品；PS泡沫塑料是重要的泡沫塑料是重要的绝热和包装材料。和包装材料。重要缺点：重要缺点：脆性大、耐脆性大、耐热性差，改性性差，改性PS。改性聚苯乙烯改性聚苯乙烯目的：目的：为克服克服PS脆性大、耐脆性大、耐热性差的缺点性差的缺点类型：型：lABS：丙丙烯腈（2530%）、丁二）、丁二烯（2530%）、）、苯乙苯乙烯（4050%）共聚物。）共聚物。lAAS：苯乙苯乙烯、丙、丙烯腈、丙、丙烯酸酸酯共聚物共聚物lAS：苯乙苯乙烯和丙和丙烯腈共聚物共聚物lMBS：苯乙苯乙烯、MMA、丁二、丁二烯共聚物共聚物 9.2.5 聚酰胺（聚酰胺（PA）结构特点：构特点：主主链上含有上含有酰胺基胺基团（-NHCO-）的）的聚合物，它是通聚合物，它是通过二元酸和二元胺通二元酸和二元胺通过缩聚制得，聚制得，也可以由内也可以由内酰胺自聚制得。胺自聚制得。结晶度晶度为4060%的的线型高分子；分子量型高分子；分子量27万；万；性状：性状：半透明白色粉末或半透明白色粉末或颗粒；粒；品种和品种和规模：模：尼尼龙6、66，11，610，1010，尼，尼龙6产量居工程塑料的首位，量居工程塑料的首位，约占工程塑料占工程塑料总产量的量的1/3；1）PA的性能特点的性能特点物理性能：物理性能：l密度：密度：；l因有因有酰胺基胺基团，易吸水，易吸水，吸水率吸水率%；l耐温性：耐温性：熔点熔点215260、使用温度、使用温度-40105；l耐磨性和自耐磨性和自润滑性能滑性能好，其无油好，其无油润滑的摩擦系数滑的摩擦系数，约为巴氏合金的巴氏合金的1/3，为酚酚醛树脂的脂的1/4；l电绝缘性能：性能：PA含有极性基含有极性基团，有不同程度的吸，有不同程度的吸水性，不太适合作水性，不太适合作电气气绝缘材料；材料；l化学性能：化学性能：对酸碱酸碱盐稳定，耐溶定，耐溶剂性能好，但溶性能好，但溶于于强极性溶极性溶剂如苯酚、甲酚；如苯酚、甲酚；1）PA的性能特点的性能特点力学性能：力学性能：PA是是结晶性高聚物，晶性高聚物，酰胺基胺基团之之间存存在牢固的在牢固的氢键，因而具有良好的力学性能。，因而具有良好的力学性能。l比比强度：度：比抗拉比抗拉强度高于金属、比抗度高于金属、比抗压强度与金度与金属接近；属接近；l抗冲抗冲击强度度比一般塑料高得多，尤其尼比一般塑料高得多，尤其尼龙-6最好；最好；l疲疲劳强度和抗蠕度和抗蠕变性能性能较差，不适合于作精密零差，不适合于作精密零件。件。2）PA的加工与应用的加工与应用加工方法及性加工方法及性质：PA可用多种方法成型，如注射可用多种方法成型，如注射(2/3)、挤出出(1/3)、模、模压、浇铸等，主要加工性等，主要加工性质如下：如下：l容易吸潮：容易吸潮：成型加工前必成型加工前必须干燥干燥处理，使含水量理，使含水量0.1%；l均聚物熔融粘度，易均聚物熔融粘度，易产生生“流涎流涎现象象”，注射成注射成形形时应采用自采用自锁式式喷嘴；嘴；l熔体熔体冷却速度快冷却速度快时，制品的，制品的韧性好，冲性好，冲击强度高，度高，缓慢冷却慢冷却时，制品不透明、，制品不透明、刚性大、耐磨、性大、耐磨、强度度高；高；l收收缩率大一般率大一般1.52.5%，设计模具模具时应注意。注意。2）PA的加工与应用的加工与应用应用：用：广泛广泛应用于用于轴承、承、齿轮、风扇叶片、高扇叶片、高压密封扣卷、密封扣卷、垫片、容器接片、容器接头等等改性：改性：为改善透光性、耐冲改善透光性、耐冲击性、耐燃性和成型性、耐燃性和成型加工性。如透明加工性。如透明PA、抗冲、抗冲PA、电镀PA、芳香、芳香PA等等 9.2.6 聚酯树脂聚酯树脂分子分子结构：构：分子主分子主链上含有上含有酯基的聚合物。分基的聚合物。分为不不饱和聚和聚酯（UP）和）和饱和聚和聚酯。饱和聚和聚酯（线型聚型聚酯）：）：l聚聚对苯二甲酸乙二醇（苯二甲酸乙二醇（PET）；）；l聚聚对苯二甲酸丁二醇（苯二甲酸丁二醇（PBT）。）。1 1）不饱和聚酯）不饱和聚酯合成：合成：先由二元酸与二元醇先由二元酸与二元醇发生生酯化反化反应制成含制成含有碳碳双有碳碳双键的的线型聚型聚酯，然后再与一定量的苯乙，然后再与一定量的苯乙烯等混合得到等混合得到UP。使用方法：使用方法：使用使用时加入一定量的促加入一定量的促进剂，在一定，在一定温度下使苯乙温度下使苯乙烯与与线型聚型聚酯进行交行交联。应用：用：FRP、人造、人造玛瑙、人造大理石、瑙、人造大理石、树脂混凝脂混凝土、土、钮扣。扣。加工方法：加工方法：接触成型、模接触成型、模压成型、成型、缠绕成型、成型、喷射成型。射成型。2）聚对苯二甲酸乙二醇酯（）聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）合成：合成：对苯二甲苯二甲顺或或对苯二甲酸甲苯二甲酸甲酯与与过量的乙二量的乙二醇在醇在250或或180-190及催化及催化剂存在下，通存在下，通过直接直接酯化或化或酯化交化交换法（熔融法（熔融缩聚）制得中聚）制得中间产物，然物，然后升温至后升温至260280，加，加压缩聚而得。聚而得。性性质：密度密度，分子量，分子量23万。万。l热性能性能：Tg=69，熔点，熔点260，增，增强PET可在可在120150下下长期使用；期使用；l力学性能：力学性能：拉伸拉伸强度度190MPa，伸，伸长率率2%，拉伸模，拉伸模量量，抗蠕，抗蠕变性、耐疲性、耐疲劳性、耐磨性好；性、耐磨性好；l化学化学稳定性：定性：不耐高温水蒸气及不耐高温水蒸气及浓酸、碱，耐光、酸、碱，耐光、热、气候老化学能好。、气候老化学能好。2）聚对苯二甲酸乙二醇酯（）聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）应用：用：l除大量用于除大量用于涤纶纤维外，外，还用于汽用于汽车、机械、机械设备的零部件，如的零部件，如阀门、仪表罩、表罩、车灯支架、灯支架、齿轮等；等；l音响磁音响磁带膜、复合包装膜；膜、复合包装膜；l饮料、料、药品、化品、化妆品等液体、油状、膏状物品容品等液体、油状、膏状物品容器。器。9.2.7 其他塑料其他塑料l聚甲聚甲醛（POM）：）：使用温度使用温度-50115,自自润滑性和抗疲滑性和抗疲劳性能。用于性能。用于齿轮、拉杆、拉杆、轴承承l聚碳酸聚碳酸酯（PC）：）：优异的抗冲异的抗冲击性、良好的透明性。性、良好的透明性。l酚酚醛树脂（脂（PF）：）：耐高温性、耐耐高温性、耐烧蚀性。性。l环氧氧树脂（脂（PE）：）：高高强度、高硬度和好的工度、高硬度和好的工艺性。性。l聚聚酰亚胺胺树脂（脂（PI）：）：长期期使用温度使用温度300、瞬、瞬间耐耐480 。l聚四氟乙聚四氟乙烯（PTFE）：）：长期使用温度期使用温度250、耐腐、耐腐蚀、耐、耐磨。磨。l有机玻璃（有机玻璃（PMMA）：）：透光率最高。透光率最高。l有机硅：有机硅：使用温度使用温度-50315、润滑性和脱模性好。滑性和脱模性好。自学要点：自学要点：掌握合成方法、塑料的各自性能特点掌握合成方法、塑料的各自性能特点9.3 橡胶橡胶橡胶是一种橡胶是一种弹性体，它在外力作用下能性体，它在外力作用下能发生生较大大的的变形，当外力解除后能迅速恢复其原有形状。形，当外力解除后能迅速恢复其原有形状。橡胶与塑料的最大区橡胶与塑料的最大区别是橡胶在室温上下很是橡胶在室温上下很宽的的范范围内（内（-50150）处于高于高弹态。橡胶结构满足的要求橡胶结构满足的要求高分子高分子链应有足有足够的柔性；的柔性；在使用条件下不在使用条件下不结晶或晶或结晶度小。晶度小。大分子大分子链上上应存在可供交存在可供交联的位置，以的位置，以进行交行交联而提供可恢复的而提供可恢复的弹性。性。9.3.1 分类分类 按其来源可分按其来源可分为：通用橡胶：通用橡胶：与天然橡胶接近，广泛用于制造与天然橡胶接近，广泛用于制造轮胎胎及其他制品的橡胶；及其他制品的橡胶；特种合成橡胶：特种合成橡胶：具有耐候性、耐具有耐候性、耐热性、耐油性、性、耐油性、耐臭氧性等特殊性能的橡胶。耐臭氧性等特殊性能的橡胶。9.3.2 天然橡胶（天然橡胶（NR）优点：点：lNR的的综合性能合性能优良，各种性能相当均等，有些性良，各种性能相当均等，有些性能如能如强度和度和弹性等性等优于合成橡胶；于合成橡胶；l加工性、粘合性、混合性良好；加工性、粘合性、混合性良好；l价格便宜。价格便宜。缺点缺点：耐候性、耐臭氧性、耐油性、耐溶：耐候性、耐臭氧性、耐油性、耐溶剂性、性、耐燃耐燃烧性比性比较差。差。应用：用：轮胎、鞋底、胎、鞋底、软管、胶布等管、胶布等9.3.3 合成异戊二烯橡胶（合成异戊二烯橡胶（IR）由于天然橡胶的主要成分是聚异戊二由于天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯，因此合，因此合成成IR也被称也被称为合成天然橡胶。合成天然橡胶。优点：点：l物性与物性与NR基本相同，但基本相同，但纯度高，度高，质量均一，灰分量均一，灰分和凝胶成分少，容易素和凝胶成分少，容易素炼，充模流，充模流动性好，性好，过早早硫化的危硫化的危险性小。性小。l耐弯曲开裂性、耐弯曲开裂性、电性能、吸水性、耐老化性均性能、吸水性、耐老化性均优于于NR。缺点：缺点：强度、度、刚性、硬度比性、硬度比NR差，冷流和延伸量差，冷流和延伸量大于大于NR，价格也高于，价格也高于NR。9.3.4 丁苯橡胶（丁苯橡胶（SBR）n由于能由于能够得到均衡的得到均衡的综合性能，因而在通用合成橡胶中占合性能，因而在通用合成橡胶中占据首位。据首位。组成：成：苯乙苯乙烯丁二丁二烯橡胶（橡胶（SBR），它是含），它是含3/4的丁二的丁二烯、1/4的苯乙的苯乙烯的共聚物，属双的共聚物，属双烯类非非结晶性橡胶，但溶液聚晶性橡胶，但溶液聚合法得到的合法得到的产物是立构物是立构规整性的。整性的。聚合法聚合法：乳液聚合、溶液聚合：乳液聚合、溶液聚合优点：点：l质量均一，无异物混入；量均一，无异物混入；l硫化速度与硫化速度与NR一一样快，而且生快，而且生产工工艺容易控制；容易控制；l耐候性、耐臭氧性、耐耐候性、耐臭氧性、耐热性、耐油性等好于性、耐油性等好于NR；l通通过调节苯乙苯乙烯含量等，可以控制物理性能。含量等，可以控制物理性能。缺点：缺点：硫化速度比硫化速度比较慢、粘附性差、收慢、粘附性差、收缩大、加工困大、加工困难，回回弹性、耐寒性、性、耐寒性、动态性能、性能、电性能不如性能不如NR。9.3.5 丁二烯橡胶（丁二烯橡胶（BR）n以以1，3丁二丁二烯为单体聚合而成的合成橡胶。体聚合而成的合成橡胶。产量量仅次次于丁苯橡胶居第二位。于丁苯橡胶居第二位。种种类：按分子按分子结构分构分为顺式式BR和反式和反式BR。顺式又依式又依顺式含量的不同分式含量的不同分为高高顺式（式（9698%）、中）、中顺式式（8695%）和低）和低顺式（式（3540%）。）。性能：性能：BR中最重要的品种是溶聚高中最重要的品种是溶聚高顺式式BR，其特点，其特点是是l弹性高，是当前通用橡胶中性高，是当前通用橡胶中弹性最高的一种；性最高的一种；l耐低温性能好，其耐低温性能好，其Tg=-105，是通用橡胶中耐低温，是通用橡胶中耐低温性能最好的一种；性能最好的一种；l耐磨性耐磨性优异，生异，生热性低，耐屈性低，耐屈挠性好；性好；l与其它橡胶的相容性好。与其它橡胶的相容性好。9.3.5 丁二烯橡胶（丁二烯橡胶（BR）缺点：缺点：抗抗张强度和抗撕裂度和抗撕裂强度均低于度均低于NR和丁苯和丁苯橡胶；用于橡胶；用于轮胎抗湿滑性能不良；工胎抗湿滑性能不良；工艺加工性能加工性能和粘着性能和粘着性能较差。差。应用：用：BR单独使用的独使用的场合不多，大多是与合不多，大多是与SBR或者或者NR掺合使用。大合使用。大约60%以上用于小汽以上用于小汽车轮胎。胎。9.3.6 丁腈橡胶（丁腈橡胶（NBR）组成：成：以丁二以丁二烯和丙和丙烯腈为单体体经乳液共聚而得。乳液共聚而得。分分类：按丙按丙烯腈含量分含量分为极高丙极高丙烯腈型、高丙型、高丙烯腈型、中高丙型、中高丙烯腈型、中丙型、中丙烯腈型和低丙型和低丙烯腈型。型。优点：点：l耐油性耐油性著称，能耐汽油、著称，能耐汽油、轻油；油；l耐磨耗性、耐老化性、耐水性耐磨耗性、耐老化性、耐水性优良；良；l强度和度和耐耐热性性（最高使用温度（最高使用温度为139）比）比SBR略略好。好。9.3.6 丁腈橡胶（丁腈橡胶（NBR）缺点缺点：容易弯曲开裂、：容易弯曲开裂、动态性能差、性能差、对臭氧无抵臭氧无抵御能力；燃御能力；燃烧时会会产生有毒气体；生有毒气体；l低温易脆化，耐寒温度低温易脆化，耐寒温度为-10-20；l对水蒸气、水蒸气、氯气不气不稳定，定，电绝缘性也不好性也不好l价格高。价格高。应用：用：主要制作油封、主要制作油封、垫圈、蜜蜂填料、耐油橡圈、蜜蜂填料、耐油橡皮管、皮管、传送送带，其溶液形式作，其溶液形式作为粘合粘合剂用。用。9.3.7 氯丁橡胶（氯丁橡胶（CR）组成：成：由由2-氯-1，3-丁二丁二烯乳液聚合法合成。它是乳液聚合法合成。它是合成橡胶的主要品种之一。合成橡胶的主要品种之一。优点：点：l耐耐热性：性：通用橡胶中耐通用橡胶中耐热性最好的，性最好的，难燃且自熄燃且自熄性橡胶；性橡胶；l优良的耐油性、耐溶良的耐油性、耐溶剂性、耐老化性，耐油性性、耐老化性，耐油性仅次于丁次于丁腈橡胶；橡胶；l作作为粘合粘合剂时粘合力粘合力强，富于回，富于回弹性；性；l耐磨性、抗疲耐磨性、抗疲劳性性强。9.3.7 氯丁橡胶（氯丁橡胶（CR）缺点：缺点：l电绝缘性比通用橡胶差，但好于性比通用橡胶差，但好于NBR；l储藏藏稳定性、定性、颜色色稳定性差。定性差。l用途：主要在有油的用途：主要在有油的环境里或室外使用。其中用境里或室外使用。其中用于汽于汽车零件（零件（50%），其余用作工），其余用作工业用品、粘合用品、粘合剂、电线包皮等包皮等9.3.8 其它橡胶其它橡胶丙丙烯酸酸类橡胶：橡胶：耐耐热性、耐油性好，耐寒性差；性、耐油性好，耐寒性差；聚氨聚氨酯橡胶：橡胶：强度和度和刚度高、磨耗性在橡胶度高、磨耗性在橡胶塑料塑料中最高，易水解；中最高，易水解；硅橡胶：硅橡胶：耐耐热性和耐寒性特性和耐寒性特别突出，在突出，在-60250温度范温度范围内使用，用作人造心内使用，用作人造心脏、人造血管；、人造血管；聚硫橡胶：聚硫橡胶：耐油性突出，好于耐油性突出，好于NBR和和CR；乙丙橡胶（乙丙橡胶（饱和橡胶）和橡胶）：对光、光、热、臭氧、臭氧稳定性好，定性好，抗老化。抗老化。氟橡胶氟橡胶：耐温性能与硅橡胶媲美，耐油、耐化学腐：耐温性能与硅橡胶媲美，耐油、耐化学腐蚀，用作各种耐高温、耐特种介，用作各种耐高温、耐特种介质腐腐蚀的制品。的制品。9.4 纤维纤维具有高抗拉具有高抗拉强度和高模量，度和高模量，这些性些性质是由是由分子的分子的高高对称性和高的称性和高的链间内聚能内聚能而而产生的。生的。这两条都两条都决定着聚合物有极高的决定着聚合物有极高的结晶度。晶度。纤维通常是通常是线性性的，是在一个方向上的，是在一个方向上牵伸而成，因此伸而成，因此该方向上具方向上具有高的力学性能。有高的力学性能。纤维不希望有支化和交不希望有支化和交联，因，因为支化和交支化和交联破坏破坏结晶的生成晶的生成9.4.1 分类分类9.4.2 人造纤维人造纤维是由天然的是由天然的纤维素素经过化学化学处理后再加工制成。理后再加工制成。按制造方法分按制造方法分为：硝酸硝酸纤维素法、素法、铜氨法、粘胶法。氨法、粘胶法。粘胶人造粘胶人造丝：用用纸浆或棉或棉绒（残留在棉籽上的短（残留在棉籽上的短纤维）作作为原料，用原料，用烧碱和二氧化硫碱和二氧化硫处理，再理，再进行行纺丝得到得到的。的。性能：性能：l干燥干燥时的的强度度胜过羊毛，但羊毛，但润湿湿时的的强度低，不到棉度低，不到棉的的1/3，蚕，蚕丝的的1/2。l良好的吸湿性、透气性和染色性，良好的吸湿性、透气性和染色性，l手感柔手感柔软、富有光、富有光泽。用途：用途：大多用于室内装大多用于室内装饰、服装制作。、服装制作。9.4.3 合成纤维合成纤维 是由小分子物通是由小分子物通过聚合反聚合反应合成的。合成的。聚聚酰胺胺类纤维尼尼龙、锦纶、耐、耐纶，产量第二；量第二；聚聚酯（聚（聚对苯二甲酸乙二苯二甲酸乙二酯，PET）纤维涤纶，目前目前产量居第一；量居第一；聚丙聚丙烯腈纤维腈纶，产量居第三；量居第三；聚丙聚丙烯纤维丙丙纶，产量居第四；量居第四；聚乙聚乙烯醇醇纤维维尼尼纶，产量居第五；量居第五；聚聚氯乙乙烯纤维氯纶、芳香聚芳香聚酰胺胺纤维芳芳纶或或Kevlar纤维1.尼龙尼龙优点：点：l耐磨性好：耐磨性好：由于其它所有由于其它所有纤维，比棉花高，比棉花高10倍，倍，比羊毛高比羊毛高20倍；倍；l强度高、耐冲度高、耐冲击：是是强度最高的合成度最高的合成纤维之一；之一；l弹性高、耐疲性高、耐疲劳：比棉花高比棉花高78倍；倍；l密度小密度小：；l耐腐耐腐蚀、不、不发霉、染色性好霉、染色性好。缺点缺点：弹性模量小，耐性模量小，耐热性和耐光性性和耐光性较差。差。用途：用途：纯纺或混或混纺做各种衣料及做各种衣料及针织品；工品；工业上上用作用作轮胎帘子布、胎帘子布、渔网、网、绳索等索等2.聚酯纤维聚酯纤维n俗称俗称“涤纶”、“的确良的确良”，国外称，国外称“达柯达柯纶”、“帝特帝特伦”等等优点：点：l弹性好：性好：弹性接近羊毛，耐性接近羊毛，耐皱性超性超过其它所有其它所有纤维，弹性模量高于尼性模量高于尼龙；l强度大：度大：湿湿态下下强度不度不变，冲，冲击强度比尼度比尼龙高出高出4倍，比粘胶倍，比粘胶纤维高高20倍。倍。l吸水性小：吸水性小：因而因而电绝缘性好，性好，织物易洗易干；物易洗易干；l耐耐热性：性：比尼比尼龙好，熔点好，熔点255260应用：用：服装及服装及针织品，品，电绝缘材料、运材料、运输带、渔网等网等3.聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维n中国商品名中国商品名“腈纶”，外国商品名，外国商品名“奥奥纶”、“开司米开司米纶”，有人造羊毛之称。，有人造羊毛之称。性能性能l弹性模量：性模量：仅次于次于涤纶，比尼，比尼龙高高2 2倍，保型性好；倍，保型性好；l耐光性、耐候性：耐光性、耐候性：仅次于氟次于氟纤维，比其它天然，比其它天然纤维和合成和合成纤维高；高；l化学化学稳定性好：定性好：对酸、氧化酸、氧化剂及其有机溶及其有机溶剂极极为稳定，耐定，耐热性也性也较好；好；用途：用途：代替羊毛或与羊毛混代替羊毛或与羊毛混纺制成毛制成毛织物、棉物、棉织物等。物等。还是用于制作是用于制作军用帆布、窗帘、用帆布、窗帘、帐篷等篷等4.其它纤维其它纤维l聚乙聚乙烯醇醇纤维（维尼尼纶）：）：性能接近于棉花所以性能接近于棉花所以称称“合成棉花合成棉花”，最大特点是，最大特点是吸湿性好吸湿性好，可达，可达5%，与棉花（，与棉花（7%）接近。）接近。l聚乙聚乙烯纤维：染色性不好，完全疏水性，染色性不好，完全疏水性，60%用用作作绳索、索、25%作作渔网；网；l聚丙聚丙烯纤维（丙（丙纶）：）：最最轻，30%用作室内装用作室内装饰材料，材料，30%用作被褥用棉；用作被褥用棉；l聚聚氯乙乙烯纤维（氯纶）：）：耐化学腐耐化学腐蚀性、保暖性性、保暖性和和难燃性；燃性；l特种特种纤维：芳芳纶、碳、碳纤维、聚、聚酰亚胺胺纤维、超高、超高分子聚乙分子聚乙烯纤维等。等。本章小结本章小结掌握高分子材料分掌握高分子材料分类方法；方法；掌握各掌握各类塑料的性能特点；塑料的性能特点；掌握各掌握各类橡胶的性能特点；橡胶的性能特点；掌握各掌握各类纤维的特点；的特点；能能够根据使用要求能根据使用要求能够合理合理选用适合的塑料、用适合的塑料、纤维、橡胶品种。、橡胶品种。