第八章 通用高分子材料.ppt

第八章第八章 通用高分子材料通用高分子材料8.1 塑料塑料8.2 橡胶橡胶8.3 纤维纤维1树脂树脂(resin)u概念概念指指遇遇热热变变软软，具具有有可可塑塑性性的的高高分分子子化化合合物物的的统统称称。一一般般是是无定型的透明或半透明的固体或半固体。无定型的透明或半透明的固体或半固体。u用途用途是是制制造造合合成成塑塑料料、合合成成纤纤维维、合合成成橡橡胶胶、粘粘合合剂剂、涂涂料料、离子交换树脂等产品的主要原料。离子交换树脂等产品的主要原料。树脂按来源分类树脂按来源分类天然树脂天然树脂 天然橡胶、树胶、虫胶、琥珀等天然橡胶、树胶、虫胶、琥珀等合成树脂合成树脂 由单体合成或天然高聚物改性获得由单体合成或天然高聚物改性获得28.1 塑料(Plastics)u8.1.1 概述概述u8.1.2 通用塑料通用塑料u8.1.3 工程塑料工程塑料u8.1.4 聚苯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂及塑料树脂及塑料3酚醛树脂聚丙烯聚四氟乙烯聚乙烯4仪表盘仪表盘门框门框控制盒控制盒缓冲器缓冲器挡泥板挡泥板58.1.1 概述概述u8.1.1.1 塑料的定义、分类和应用塑料的定义、分类和应用u8.1.1.2 组分和作用组分和作用68.1.1.1 塑料的定义和分类塑料的定义和分类1.定义定义以以树树脂脂为为主主要要成成分分，适适当当加加入入（或或不不加加）添添加加剂剂，可可在在一一定定温温度度、压压力力下下塑塑化化成成型型，而而产产品品最最后后能能在在常常温温下下保持形状不变的一类高分子材料。保持形状不变的一类高分子材料。u内聚能密度内聚能密度290J/cm3420J/cm37塑料分类塑料分类按受热后性能变化分类按受热后性能变化分类按应用分类按应用分类按组分分类按组分分类热塑性塑料热塑性塑料热固性塑料热固性塑料通用塑料通用塑料工程塑料工程塑料单组分塑料单组分塑料多组分塑料多组分塑料2.分类分类83.应用国内塑料的应用国内塑料的应用包装材料（包装材料（4Mt，22%）日用材料（日用材料（3.5Mt，20%）农业材料（农业材料（3Mt，17%）电子、机、汽车材料（电子、机、汽车材料（3Mt，17%）建筑材料（建筑材料（1.2Mt，7%）其他材料（其他材料（3.3Mt，18%）2000年年世界总产量世界总产量150Mt美国美国50Mt（44.4%，第一），第一）中国中国18Mt（13%，第二），第二）日本日本15Mt（10%，第三），第三）98.1.1.2 组分和作用组分和作用塑料塑料树脂母料树脂母料助剂助剂填料和增强剂填料和增强剂增塑剂增塑剂稳定化助剂稳定化助剂降低成本、提高强度降低成本、提高强度增加塑性、柔韧性、改善加工性能增加塑性、柔韧性、改善加工性能防老化、防照射、防氧化、防霉等防老化、防照射、防氧化、防霉等阻燃剂阻燃剂发泡剂发泡剂抗静电剂抗静电剂着色剂、滑剂、偶联剂等等着色剂、滑剂、偶联剂等等108.1.2 通用塑料通用塑料u通通用用塑塑料料产产量量大大、价价格格便便宜宜、原原料料来来源源丰丰富富、应应用用面广的称为通用塑料。面广的称为通用塑料。u占占塑塑料料总总产产量量的的80%，其其力力学学性性能能和和热热学学性性能能与与工工程程塑塑料比较差，主要作为非结构材料使用。料比较差，主要作为非结构材料使用。聚乙烯塑料聚乙烯塑料聚丙烯塑料聚丙烯塑料聚苯乙烯塑料聚苯乙烯塑料酚醛塑料酚醛塑料氨基塑料氨基塑料通用塑料通用塑料118.1.3 工程塑料工程塑料u工工程程塑塑料料一一般般只只可可以以作作为为结结构构材材料料使使用用，具具有有优优异异的的力力学学性性能能、热热稳稳定定性性、尺尺寸寸稳稳定定或或能能满满足足特特殊殊要要求求的的某某些些塑塑料料，如如聚聚四四氟氟乙乙烯烯、聚聚酰酰胺胺、聚聚甲甲醛醛等等。与与通通用用塑塑料料没没有有严严格格的的界界限限。如如聚聚苯苯乙乙烯烯、聚聚丙丙烯烯经经过过改改性性后后可可作为结构材料使用。作为结构材料使用。u聚酰胺聚酰胺u聚甲醛聚甲醛u聚碳酸酯聚碳酸酯u聚苯醚聚苯醚u聚酯树脂与塑料聚酯树脂与塑料u聚酰亚胺聚酰亚胺u丙烯酸酯塑料丙烯酸酯塑料u聚氨酯聚氨酯u聚砜聚砜u聚苯硫醚聚苯硫醚128.1.4 聚苯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂及塑料树脂及塑料u8.1.4.1 聚苯乙烯塑料聚苯乙烯塑料u8.1.4.2 ABS树脂及塑料树脂及塑料138.1.4.1 聚苯乙烯塑料聚苯乙烯塑料u19301930年年，聚聚苯苯乙乙烯烯在在德德国国首首先先工工业业化化。产产量量仅仅次次于于聚聚乙乙烯烯和聚氯乙烯，位居第三。和聚氯乙烯，位居第三。1.1.聚苯乙烯的合成聚苯乙烯的合成Tb（）Tg（）Tf（）Td（）聚苯乙烯聚苯乙烯-30100112-146300142.2.聚苯乙烯塑料的结构与性能聚苯乙烯塑料的结构与性能u力学性能力学性能PS的的侧侧基基为为体体积积大大的的苯苯环环，分分子子结结构构不不对对称称，大大分分子子链链运运动动困困难难，呈呈现现刚刚性性和和脆脆性性，制制品品易易产产生生内内应应力力。PS产产品品硬硬而而脆脆、无无延延伸伸性性、拉拉伸伸至至屈屈服服点点附附近近即即断断裂裂。PS的的拉拉伸伸强强度度在在通通用用热热塑塑性性塑塑料料中中最最高高，可可达达60MPa；但但冲冲击击强强度度很很小小，难难以以用用做做工工程程塑塑料料。PS的的耐耐磨磨性性差差，耐耐蠕蠕变变性性一一般般。PS的力学性能受温度的影响比较大。的力学性能受温度的影响比较大。u热学性能热学性能PS的的耐耐热热性性能能不不好好，热热变变形形温温度度仅仅为为7090，只只可可长长期期在在6080温温度度范范围围内内使使用用。PS的的耐耐低低温温性性也也不不好好，脆脆化化温温度度为为-30。PS的的热热导导率率低低，一一般般为为0.040.13W/(mK)；线线膨膨胀胀系系数数较较大大，为为(68)10-5K-1，与与金金属属相相差差悬悬殊殊，故故制制品品不易带金属嵌件。不易带金属嵌件。15u电学性能电学性能PS的的大大分分子子主主链链为为饱饱和和烃烃类类，具具有有良良好好的的电电绝绝缘缘性性；且且不不受受温温度度和和湿湿度度的的影影响响，介介电电损损耗耗角角正正切切值值小小，可可耐耐适适当当的电晕放电，耐电弧性好，适于做高频绝缘材料。的电晕放电，耐电弧性好，适于做高频绝缘材料。u光学性能光学性能PS的的侧侧苯苯基基在在空空间间的的排排列列为为无无规规结结构构，导导致致PS为为无无定定型型聚聚合合物物，具具有有很很高高的的透透明明性性；透透光光率率可可达达88%-92%88%-92%，同同PCPC和和PMMAPMMA一一样样属属最最优优秀秀的的透透明明塑塑料料品品种种，人人称称三三大大透透明明塑塑料料。PSPS的的折折射射率率为为1.59-1.601.59-1.60，但但因因苯苯环环的的存存在在，其其双双折折射射较较大大，不能用于高档光学仪器。不能用于高档光学仪器。近近年年来来新新开开发发的的间间同同立立构构SPS的的规规整整性性高高，虽虽其其他他性性能能好好，但透明性低。但透明性低。16u聚苯乙烯的加工性能聚苯乙烯的加工性能PS属属无无定定形形树树脂脂，无无明明显显熔熔点点，熔熔融融温温度度范范围围比比较较宽宽，可可在在120180之之间间成成为为流流体体。热热稳稳定定性性较较好好，分分解解温温度度在在300以上。以上。PSPS熔熔体体属属非非牛牛顿顿流流体体，粘粘度度强强烈烈地地依依赖赖剪剪切切速速率率的的变变化化；PSPS的流动性十分好，是一种易于加工的塑料。的流动性十分好，是一种易于加工的塑料。PSPS的的吸吸水水率率比比较较低低，在在加加工工前前一一般般不不需需干干燥燥；如如有有特特殊殊需需要要时时(如如要要求求透透明明性性高高)才才干干燥燥，具具体体干干燥燥温温度度为为70-8070-80，时间，时间1.5h1.5h。PSPS在在加加工工中中易易产产生生内内应应力力，故故应应对对制制品品进进行行热热处处理理。条条件为在温度件为在温度65-8565-85热风循环干燥箱或热水中处理热风循环干燥箱或热水中处理1-3h1-3h。17u环境性能环境性能由由于于苯苯基基的的存存在在，主主链链上上氢氢原原子子活活化化，易易于于被被空空气气中中的的氧氧氧氧化化，制制品品长长期期户户外外使使用用变变黄黄变变脆脆。但但同同时时，苯苯基基的的存存在在又又赋赋予予其其较较高高的的耐耐辐辐射射性性能能，在在10106 6GyGy辐辐射射剂剂量量下，性能变化很小。下，性能变化很小。183.3.聚苯乙烯塑料的用途聚苯乙烯塑料的用途u电器制品电器制品PSPS兼兼有有透透明明性性和和良良好好的的绝绝缘缘性性，可可用用于于电电视视机机、录录音音机机及各种电器的配件、壳体及高频电容器等。及各种电器的配件、壳体及高频电容器等。u透明制品透明制品PS具具有有优优异异的的透透明明性性，可可用用于于一一般般光光学学仪仪器器、透透明明模模型型、灯罩、仪器罩壳及包装容器等。灯罩、仪器罩壳及包装容器等。u包装材料包装材料主主要要是是PSPS泡泡沫沫塑塑料料，多多用用于于电电器器、精精密密仪仪表表、工工艺艺品品、玻璃制品及陶瓷制品等包装；隔热材料等。玻璃制品及陶瓷制品等包装；隔热材料等。u 其它其它PSPS的的着着色色性性和和光光泽泽性性好好，可可广广泛泛用用于于日日用用品品的的生生产产，具具体体有有儿儿童童玩玩具具、装装饰饰板板、磁磁带带盒盒、家家具具把把手手、梳梳子子、牙牙刷刷把、笔杆及文具等。把、笔杆及文具等。198.1.4.2 ABS树脂及塑料树脂及塑料1.1.ABSABS树脂的合成树脂的合成uABSABS树脂是丙烯腈树脂是丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯乙烯的三元共聚物。苯乙烯的三元共聚物。u由由于于它它具具有有优优良良的的耐耐冲冲击击韧韧性性和和综综合合性性能能，是是重重要要的的工工程程塑料之一，应用非常广泛。塑料之一，应用非常广泛。ABS树脂制备方法树脂制备方法掺合法掺合法接枝法接枝法20掺合法掺合法u是是将将苯苯乙乙烯烯-丙丙烯烯腈腈共共聚聚物物树树脂脂（含含20%30%丙丙烯烯腈腈）与与橡橡胶胶及及其其它它添添加加剂剂一一起起进进行行熔熔融融混混炼炼掺掺合合；所所用用橡橡胶胶是是丁丁苯苯橡橡胶胶、顺顺丁丁橡橡胶胶、丁丁腈腈橡橡胶胶和和异异二二烯烯橡橡胶胶等等，使使用用最最多多的的是是含含20%40%丙烯腈的丁腈橡胶。丙烯腈的丁腈橡胶。接枝共聚法接枝共聚法 u通通过过改改变变接接枝枝共共聚聚单单体体配配比比和和组组合合方方式式，用用不不同同的的聚聚合合方方法法，可可以以得得到到产产品品的的性性能能变变化化范范围围很很大大的的不不同同规规格格的的ABS树树脂脂。根根据据产产物物中中橡橡胶胶含含量量的的多多少少，可可以以分分为为高高抗抗冲冲击击型型、中中冲冲击击型、通用型和特殊性能型几种。型、通用型和特殊性能型几种。21uABSABS大大分分子子链链由由三三种种结结构构单单元元重重复复连连接接而而成成，不不同同的的结结构构单单元赋予其不同的性能。元赋予其不同的性能。n丙烯腈丙烯腈耐化学腐蚀剂性好、表面硬度高；耐化学腐蚀剂性好、表面硬度高；n丁二烯丁二烯韧性好；韧性好；n苯乙烯苯乙烯透明性好、着色性、电绝缘性及加工性好。透明性好、着色性、电绝缘性及加工性好。u三三种种单单体体结结合合在在一一起起，就就形形成成了了坚坚韧韧、硬硬质质、刚刚性性的的ABSABS树树脂。脂。电学性能电学性能ABSABS的的电电绝绝缘缘性性较较好好，并并且且几几乎乎不不受受温温度度、湿湿度度和和频频率率的的影响，可在大多数环境下使用。影响，可在大多数环境下使用。2.ABS塑料的结构与性能22热学性能热学性能ABSABS的的热热变变形形温温度度为为93-11893-118，制制品品经经退退火火处处理理后后还还可可提提高高1010左左右右。ABSABS在在-40-40时时仍仍能能表表现现出出一一定定的的韧韧性性，可可在在-40-40-100100的的温温度度范范围围内内使使用用；ABS的的热热稳稳定定性性好好，不不易易出出现现降降解现象。解现象。力学性能力学性能ABS有有优优良良的的力力学学性性能能，其其冲冲击击强强度度极极好好，可可以以在在极极低低的的温温度度下下使使用用；即即使使ABS制制品品被被破破坏坏也也只只能能是是拉拉伸伸破破坏坏而而不不会会是是冲冲击击破破坏坏；ABS的的耐耐磨磨性性优优良良，尺尺寸寸稳稳定定性性好好，又又具具有有耐耐油油性性，可可用用于于中中等等载载荷荷和和转转速速下下的的轴轴承承；ABS的的耐耐蠕蠕变变性性比比PC大大，但但比比PA小小；ABS的的弯弯曲曲强强度度和和压压缩缩强强度度属属塑塑料料中中较较差的。差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。的力学性能受温度的影响较大。23加工性能加工性能ABSABS同同PSPS一一样样是是一一种种加加工工性性能能优优良良的的热热塑塑性性塑塑料料，可可用用通通用的加工方法加工。用的加工方法加工。ABS的熔体流动性比的熔体流动性比PVC和和PC好，但比好，但比PE、PA及及PS差；差；ABS的的流流动动特特性性属属非非牛牛顿顿流流体体；其其熔熔体体粘粘度度与与加加工工温温度度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。ABS制制品品在在加加工工中中易易产产生生内内应应力力，应应进进行行退退火火处处理理，具具体体条条件件为为放放于于7080的的热热风风循循环环干干燥燥箱箱内内24h，再再冷冷却却至至室温即可。室温即可。ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。24环境性能环境性能ABSABS不不受受水水、无无机机盐盐、碱碱及及多多种种酸酸的的影影响响，但但可可溶溶于于酮酮类类、醛醛类类及及氯氯代代烃烃中中，受受冰冰乙乙酸酸、植植物物油油等等侵侵蚀蚀会会产产生生应应力力开开裂裂。ABS的的耐耐候候性性差差，在在紫紫外外光光的的作作用用下下易易产产生生降降解解；于于户外半年后，冲击强度下降一半。户外半年后，冲击强度下降一半。ABS253.ABS塑料的用途塑料的用途壳体材料壳体材料广广泛泛用用于于制制造造电电话话机机、移移动动电电话话、传传呼呼机机、电电视视机机、洗洗衣衣机机、录录音音机机、收收音音机机、复复印印机机、传传真真机机、玩玩具具及及厨厨房房用用品品等等的壳体。的壳体。机械配件机械配件ABS可可用用于于制制造造齿齿轮轮、泵泵叶叶轮轮、轴轴承承、把把手手、管管材材、管管件件、蓄电池槽及电动工具壳等。蓄电池槽及电动工具壳等。汽车配件汽车配件具具体体品品种种有有方方向向盘盘、仪仪表表盘盘、风风扇扇叶叶片片、挡挡泥泥板板、手手柄柄及及扶手等。扶手等。其他制品其他制品化化工工各各类类防防腐腐蚀蚀管管材材、镀镀金金制制品品、文文具具如如笔笔杆杆等等，保保温温、防震用泡沫塑料，仿木制品等。防震用泡沫塑料，仿木制品等。268.2 橡胶橡胶u8.2.1 概述概述u8.2.2 天然橡胶天然橡胶u8.2.3 合成橡胶合成橡胶u8.2.4 热塑性弹性体热塑性弹性体278.2.1 概述概述u8.2.1.1 橡胶的类型橡胶的类型u8.2.1.2 橡胶的结构与性能橡胶的结构与性能u8.2.1.3 橡胶的硫化与增强橡胶的硫化与增强28u橡橡胶胶在在外外力力作作用用下下能能发发生生较较大大的的形形变变，当当外外力力解解除除后后，又又能能迅迅速速恢恢复复其其原原来来形形状状的的高高分分子子弹弹性性体体。使使用用温温度度范范围为围为T Tg g-T-Tf f。u作作为为好好的的橡橡胶胶材材料料应应在在较较宽宽的的温温度度范范围围（-50-50-150-150 ）内具有优异的弹性。）内具有优异的弹性。298.2.1.1橡胶的类型橡胶的类型橡胶天然橡胶合成橡胶通用橡胶特种橡胶308.2.1.2 橡胶的结构与性能橡胶的结构与性能1.作为橡胶，结构上应满足的条件作为橡胶，结构上应满足的条件u大大分分子子链链具具有有足足够够的的柔柔性性，Tg比比室室温温低低得得多多；内内旋旋转转位位垒垒小，分子间作用力弱，内聚能密度低。小，分子间作用力弱，内聚能密度低。u在使用条件下不能结晶或结晶度很小。在使用条件下不能结晶或结晶度很小。u使使用用条条件件下下无无分分子子链链间间的的相相对对滑滑动动，故故大大分分子子链链上上需需存存在在可供交联的位置。可供交联的位置。2.结构与性能结构与性能1）增加弹性与提高强度）增加弹性与提高强度u分子链柔顺性越大，弹性越好；分子链柔顺性越大，弹性越好；u分分子子量量越越高高，弹弹性性与与强强度度越越大大，橡橡胶胶的的分分子子量量通通常常为为105-106，高于塑料和纤维；，高于塑料和纤维；31u适度交联形成网状结构，可提高橡胶的弹性和强度；适度交联形成网状结构，可提高橡胶的弹性和强度；u非非晶晶态态结结构构具具有有弹弹性性，晶晶态态可可提提高高强强度度，最最理理想想的的情情况况是是在在拉拉伸伸时时可可结结晶晶，而而解解除除负负荷荷后后结结晶晶又又熔熔化化，因因为为结结晶晶部部分分既既起起分分子子间间的的交交联联作作用用，又又有有利利于于提提高高模模量量和和强强度度，去去载载后后结结晶消失，则不影响其弹性恢复。晶消失，则不影响其弹性恢复。2）提高耐热性和耐寒性和改善耐老化性）提高耐热性和耐寒性和改善耐老化性u改善橡胶的主链结构改善橡胶的主链结构Si-O，C-F键的耐热性好；键的耐热性好；u降低降低Tg，避免结晶，改善耐寒性，避免结晶，改善耐寒性减少分子链间的作用等。减少分子链间的作用等。328.2.1.3 橡胶的硫化与增强橡胶的硫化与增强橡胶工艺橡胶工艺生胶的塑炼生胶的塑炼塑炼胶与塑炼胶与各种配合剂的混炼各种配合剂的混炼压延成型压延成型硫化硫化33u未未经经硫硫化化的的橡橡胶胶大大分分子子链链是是线线型型或或支支链链型型结结构构，其其制制品品强强度度很很低低、弹弹性性小小、遇遇冷冷变变硬硬、遇遇热热变变软软、遇遇溶溶剂剂溶解等，使得制品无使用价值。溶解等，使得制品无使用价值。u橡橡胶胶制制品品必必须须经经过过硫硫化化变变形形网网状状或或体体型型结结构构才才有有实实用价值。用价值。u橡橡胶胶的的硫硫化化即即可可以以保保持持橡橡胶胶的的高高弹弹性性，又又可可以以使使橡橡胶具有一定的强度。胶具有一定的强度。u为为了了增增加加制制品品的的硬硬度度、强强度度、耐耐磨磨性性和和抗抗撕撕裂裂性性，而而在在加加工工过过程程中中加加入入惰惰性性填填料料（如如氧氧化化锌锌、粘粘土土、白白垩垩、重重晶石等）和增强填料（如炭黑）等。晶石等）和增强填料（如炭黑）等。348.2.2 天然橡胶天然橡胶1.天然橡胶的结构天然橡胶的结构自然界中的天然橡胶自然界中的天然橡胶顺式顺式1，4一聚异戊二烯含量一聚异戊二烯含量98，Tm=2 8，Tg=-73 ，柔软而有弹性，是主要的弹性材料；，柔软而有弹性，是主要的弹性材料；反式反式1，4一聚异戊二烯称为杜仲胶，有两种结晶，熔点分别为一聚异戊二烯称为杜仲胶，有两种结晶，熔点分别为65 和和56 ，Tg=-53 ，是一种塑料。，是一种塑料。1，4一聚异戊二烯一聚异戊二烯352.天然橡胶的性能天然橡胶的性能u良良好好的的弹弹性性和和较较高高的的机机械械强强度度；是是一一种种结结晶晶橡橡胶胶，在在外外力力拉拉伸伸时时形形成成结结晶晶，产产生生自自补补强强作作用用。有有很很好好的的耐耐屈屈挠挠、疲疲劳劳性性能能，滞滞后后损损失失小小，多多次次形形变变时时发发热热低低。因因含含有有不不饱饱和和双双键键，所所以以化化学学性性质质活活泼泼，易易进进行行加加工工、取取代代、氧氧化化、交交联联等等化化学学反应，易于老化和降解。反应，易于老化和降解。3.用途用途u应应用用最最为为广广泛泛的的一一种种通通用用橡橡胶胶。大大量量用用于于制制造造各各种种轮轮胎胎以以及及工工业业橡橡胶胶制制品品，如如胶胶管管、胶胶带带等等；日日常常生生活活用用品品如如胶胶鞋鞋、雨雨衣及医疗卫生用品。衣及医疗卫生用品。368.2.3 合成橡胶合成橡胶u通通用用合合成成橡橡胶胶与与天天然然橡橡胶胶性性能能相相近近，广广泛泛应应用用于于制制造造轮轮胎及其他大量制品的称为通用合成橡胶。胎及其他大量制品的称为通用合成橡胶。u特特种种合合成成橡橡胶胶具具有有特特殊殊性性能能，如如耐耐候候性性、耐耐热热性性、耐耐油油、耐臭氧等，并且用于制造特定条件下使用的橡胶制品。耐臭氧等，并且用于制造特定条件下使用的橡胶制品。通用橡胶通用橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶顺丁橡胶异戊橡胶异戊橡胶乙丙橡胶乙丙橡胶丁钠橡胶丁钠橡胶特种橡胶特种橡胶丁腈橡胶丁腈橡胶氯丁橡胶氯丁橡胶氯基橡胶氯基橡胶氟橡胶氟橡胶氯醚橡胶氯醚橡胶硅橡胶硅橡胶聚氨酯橡胶聚氨酯橡胶聚硫橡胶聚硫橡胶丙烯酸酯橡胶丙烯酸酯橡胶378.2.4 热塑性弹性体热塑性弹性体热热塑塑性性弹弹性性体体在在高高温温下下能能塑塑化化成成型型而而在在常常温温下下能能显显示示橡橡胶胶弹弹性性的的一一类类材材料料；既既显显示示橡橡胶胶的的弹弹性性，有有具具有有热热塑塑性性塑塑料料加加工特性。工特性。1.结构特征结构特征1）大分子链间存在交联结构）大分子链间存在交联结构2）分子链中存在硬段和软段）分子链中存在硬段和软段在微观上是多相态，以硬段的不连续向分散在软段中。在微观上是多相态，以硬段的不连续向分散在软段中。3）存在微观相分离结构）存在微观相分离结构软软段段形形成成连连续续相相，聚聚氨氨酯酯硬硬链链段段或或聚聚苯苯乙乙烯烯构构成成弹弹性性体体的的物物理理交交联联点点，溶溶解解或或熔熔融融时时物物理理交交联联点点消消失失，可可象象塑塑料料一一样样热热塑加工，冷却或溶剂挥发后，重新形成交联网络。塑加工，冷却或溶剂挥发后，重新形成交联网络。38苯乙烯型聚氨酯型398.3 纤维纤维u8.3.1 概述概述u8.3.2 纤维的结构与性能纤维的结构与性能u8.3.3 合成纤维合成纤维408.3.1 概述概述u8.3.1.1 纤维的分类纤维的分类u8.3.1.2 纤维的主要性能指标纤维的主要性能指标41纤维的定义纤维的定义u指指柔柔韧韧、纤纤细细，具具有有相相当当长长度度、强强度度、弹弹性性和和吸吸湿湿性性的的丝丝状状物物。大大多多数数是是不不溶溶于于水水的的有有机机高高分分子子化化合合物，少数是无机物。物，少数是无机物。42纤维纤维天然纤维天然纤维化学纤维化学纤维棉毛丝麻等棉毛丝麻等人造纤维人造纤维合成纤维合成纤维再生纤维素纤维再生纤维素纤维再生蛋白质纤维再生蛋白质纤维纤维素酯纤维纤维素酯纤维胶黏纤维胶黏纤维玉米蛋白纤维等玉米蛋白纤维等醋酸纤维醋酸纤维杂链纤维杂链纤维碳链纤维碳链纤维聚酰胺纤维聚酰胺纤维聚酯纤维聚酯纤维聚氨酯弹性纤维聚氨酯弹性纤维聚酰亚胺纤维聚酰亚胺纤维聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维聚乙烯醇缩醛纤维聚乙烯醇缩醛纤维聚氯乙烯纤维聚氯乙烯纤维聚烯烃纤维聚烯烃纤维含氟纤维含氟纤维铜氨纤维铜氨纤维8.3.1.1 纤维的分类纤维的分类u根据来源可以分为天然纤维和化学纤维两大类。根据来源可以分为天然纤维和化学纤维两大类。43吸湿性吸湿性回弹率回弹率弹性模量弹性模量断裂伸长率断裂伸长率断裂强度断裂强度纤度纤度(线密度线密度)纤维的主要纤维的主要性能指标性能指标8.3.1.2 纤维的主要性能指标纤维的主要性能指标441.纤度纤度表示纤维粗细的指标。有三种表示方法。表示纤维粗细的指标。有三种表示方法。u支支数数单单位位质质量量的的纤纤维维所所具具有有的的长长度度。一一般般用用每每克克纤维所具有的支数来表示。纤维所具有的支数来表示。u细度细度一定长度的纤维所具有的质量。一定长度的纤维所具有的质量。u旦旦指指9000m长的纤维所具有质量的克数。长的纤维所具有质量的克数。2.回回弹弹率率将将纤纤维维拉拉伸伸产产生生一一定定伸伸长长，然然后后除除去去负负荷荷，经经松松弛弛一一定定时时间间后后，测测定定纤纤维维弹弹性性回回缩缩后后的的剩剩余余伸伸长长，可回复的弹性伸长和总伸长之比称为回弹率。可回复的弹性伸长和总伸长之比称为回弹率。3.吸吸湿湿性性在在标标准准温温度度（203）和和湿湿度度（相相对对湿湿度度65%3%）条件下纤维的吸水率）条件下纤维的吸水率458.3.2 纤维的结构与性能纤维的结构与性能u8 8.3.2.1.3.2.1 成纤高聚物的结构性能条件成纤高聚物的结构性能条件u8 8.3.2.2.3.2.2 纤维的形态结构特征纤维的形态结构特征468 8.3.2.1.3.2.1 成纤高聚物的结构性能条件成纤高聚物的结构性能条件u具有如下特征的高聚物能进行纺丝具有如下特征的高聚物能进行纺丝a.a.具有线型的可伸展的高分子链，没有庞大的侧基具有线型的可伸展的高分子链，没有庞大的侧基u大大分分子子链链可可沿沿纤纤维维纵纵轴轴方方向向拉拉伸伸而而有有序序排排列列，从从而而赋赋予予纤纤维较高的拉伸强度、适宜的延伸度及其他物理维较高的拉伸强度、适宜的延伸度及其他物理-力学性能。力学性能。b.b.带有极性基团，具有足够的分子链间作用力带有极性基团，具有足够的分子链间作用力u分分子子间间作作用用力力越越大大，纤纤维维的的强强度度越越高高，次次价价力力大大于于20.92kJ/mol20.92kJ/mol的高聚物适宜作纤维材料。的高聚物适宜作纤维材料。47c.c.具有适宜的分子量和比较窄的分子量分布具有适宜的分子量和比较窄的分子量分布u分子量对纤维的物理分子量对纤维的物理-力学性能影响很大，尤其是对机械强力学性能影响很大，尤其是对机械强度、耐热性和溶解性；分子量的高低均不好，高者不易加工，度、耐热性和溶解性；分子量的高低均不好，高者不易加工，低者性能不好。低者性能不好。主要成纤高聚物的分子量主要成纤高聚物的分子量高聚物高聚物相对分子质量相对分子质量高聚物高聚物相对分子质量相对分子质量聚酰胺聚酰胺-6或或-66聚酯聚酯聚丙烯腈聚丙烯腈16000-2200016000-2000050000-80000聚乙烯醇聚乙烯醇全同聚丙烯全同聚丙烯60000-80000180000-30000048d.具有形成半结晶结构的能力具有形成半结晶结构的能力u可可使使高高聚聚物物成成纤纤后后具具有有合合适适的的结结晶晶度度；聚聚集集态态结结构构中中无无定定型型区区决决定定了了纤纤维维的的弹弹性性、染染色色性性、对对各各种种物物质质的的吸吸收收性等各种性能。性等各种性能。e.具有可溶性和熔融性具有可溶性和熔融性u高高聚聚物物溶溶解解或或熔熔融融成成溶溶液液或或熔熔体体，才才能能经经纺纺丝丝、凝凝固固或或冷却形成纤维，否则就不能进行纺丝。冷却形成纤维，否则就不能进行纺丝。498 8.3.2.2.3.2.2 纤维的形态结构特征纤维的形态结构特征孔洞孔洞皮芯结构皮芯结构横截面形态横截面形态表面形态表面形态多重原纤结构多重原纤结构纤维的形态纤维的形态结构特征结构特征50a.多重原纤结构多重原纤结构基原纤基原纤维原纤维原纤原纤原纤大原纤大原纤纤维纤维最小单元，由几条线型长链分子最小单元，由几条线型长链分子互相平行的结合而成的分子束互相平行的结合而成的分子束若干根分子束平行排列若干根分子束平行排列依靠分子间作用力若干根维原纤和依靠分子间作用力若干根维原纤和穿越维原纤分子链的横向联结而构成穿越维原纤分子链的横向联结而构成若干根基本平行排列的原纤堆砌而成若干根基本平行排列的原纤堆砌而成大原纤堆砌而成大原纤堆砌而成多重原纤结构多重原纤结构51b.表表面面形形态态取取决决于于纤纤维维品品种种、成成型型方方法法和和纺纺丝丝工工艺艺条件。条件。u化化学学纤纤维维与与天天然然纤纤维维相相比比，具具有有连连续续光光滑滑和和较较规规整整的的表表面面形形态态。这这种种表表面面队队光光线线的的反反射射比比较较均均匀匀，因因而而纤纤维表面具有明显的光泽。维表面具有明显的光泽。c.横截面形状横截面形状纤维纤维合成纤维合成纤维天然纤维天然纤维实芯实芯圆形或接近圆形圆形或接近圆形棉花棉花羊毛羊毛空心空心天然卷曲天然卷曲多层鳞片多层鳞片的弯钩形的弯钩形良好的保暖性良好的保暖性和吸湿性和吸湿性蚕丝蚕丝三角形三角形柔和的光泽和柔和的光泽和舒适的手感舒适的手感具有稳定的卷曲与具有稳定的卷曲与优良的蓬松形和弹性优良的蓬松形和弹性52皮层皮层含有较小的微晶且具有较高的取向度含有较小的微晶且具有较高的取向度芯层芯层结构疏松且微晶尺寸较大结构疏松且微晶尺寸较大d.皮芯结构皮芯结构e.孔孔洞洞在在纤纤维维纺纺丝丝时时由由于于条条件件所所致致会会在在纤纤维维的的维维原原纤纤和和原原纤纤等等结结构构中中均均存存在在着着缝缝隙隙和和孔孔洞洞。一一方方面面这这是是造造成成纤纤维维不不均均匀匀和和强强度度不不高高的的重重要要原原因因，另另一一方方面面一一定定数数量量的的微微孔孔结构，可改善纤维的吸湿性和染色性。结构，可改善纤维的吸湿性和染色性。538.3.3 合成纤维合成纤维u8.3.3.1 聚酯纤维聚酯纤维u8.3.3.2 聚酰胺纤维聚酰胺纤维u8.3.3.3 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维u合合成成纤纤维维具具有有优优良良的的物物理理、机机械械性性能能和和化化学学性性能能，如如强强度度高高、密密度度小小、弹弹性性高高、耐耐腐腐蚀蚀性性好好、质质轻轻又又保保暖暖、电电绝绝缘缘性性好好以以及及不不怕怕霉霉蛀蛀等等。某某些些特特种种纤纤维维还还具具有有耐耐高高温温、耐耐低低温温、耐耐辐辐射射、高高强强度度、高高模模量量等等特特殊殊性性能能，所所以以现现代代的的合合成成纤纤维维已已经经远远远远超超出出仅仅用用于于纺纺织织工工业业的的概概念念，成成为为各各个个领领域不可缺少的重要材料。域不可缺少的重要材料。548.3.3.1 聚酯纤维聚酯纤维u聚聚酯酯由由饱饱和和的的二二元元酸酸与与二二元元醇醇通通过过缩缩聚聚反反应应制制得得的的一一类类线线性性高高分分子子缩缩聚聚物物，大大分分子子的的各各个个链链节节间间都都是是以以酯酯基基“COOCOO”相相联联，是是制制造造聚聚酯酯纤纤维维、涂涂料料、薄薄膜膜及及工工程程塑塑料料的原料。的原料。u聚聚酯酯纤纤维维以以聚聚酯酯为为基基础础制制得得的的纤纤维维，商商品品名名为为涤涤纶纶，是是三三大大合合成成纤纤维维（涤涤纶纶、锦锦纶纶、腈腈纶纶）之之一一，是是最最主主要要的的合成纤维。合成纤维。551.1.聚酯的合成路线聚酯的合成路线对苯二甲酸对苯二甲酸对苯二甲酸双羟乙酯对苯二甲酸双羟乙酯聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯缩聚缩聚酯交换或直接酯交换或直接酯化等方法酯化等方法u用用精精制制后后的的对对苯苯二二甲甲酸酸双双羟羟乙乙酯酯或或它它与与苯苯甲甲酸酸混混合合的的反反应应物物进进行行缩缩聚聚反反应应，分分离离出出乙乙二二醇醇后后即即得得聚对苯二甲酸乙二醇酯。聚对苯二甲酸乙二醇酯。u一一般般产产品品的的平平均均相相对对分分子子质质量量不不低低于于20000，用用于于制制造造纤纤维维、薄薄 膜膜 的的 相相 对对 分分 子子 质质 量量 约约 为为25000。HOCH2CH2COOCCOOCH2CH2OHnHOCH2CH2OHHOCH2CH2COOCCOOCH2CH2COOCCOOCH2CH2OH（n1）Sb2O3562.2.聚酯的纺丝聚酯的纺丝u聚酯纤维通过熔融纺丝法生产。聚酯纤维通过熔融纺丝法生产。a)a)将聚酯树脂切片，真空干燥，除去吸附的微量水分；将聚酯树脂切片，真空干燥，除去吸附的微量水分；b)b)使树脂由无定型变为结晶型；使树脂由无定型变为结晶型；c)c)在惰性气体的保护下加热成熔体；在惰性气体的保护下加热成熔体；d)d)在一定压力下定量压出喷丝孔，冷却后形成纤维；在一定压力下定量压出喷丝孔，冷却后形成纤维；e)e)再再经经拉拉伸伸、卷卷曲曲、切切断断等等工工序序成成为为一一定定规规格格的的可可纺纺短短纤纤维维；或或在在拉拉伸伸后后进进行行加加捻捻、定定型型等等后后处处理理工工序序，成成为为符符合各项指标的长纤维。合各项指标的长纤维。573.3.聚酯纤维的结构和性能聚酯纤维的结构和性能1 1）结构）结构u聚酯纤维的结构为高度对称芳环的线性聚合物；聚酯纤维的结构为高度对称芳环的线性聚合物；u易于取向和结晶，结晶度为易于取向和结晶，结晶度为40%40%60%60%，结晶速度慢。，结晶速度慢。2 2）性能）性能u弹弹性性好好接接近近羊羊毛毛，其其起起始始模模量量高高，因因而而抗抗皱皱性性能能和和保保型型性能特别好。性能特别好。u强强度度高高比比棉棉花花高高1 1倍倍，比比羊羊毛毛高高3 3倍倍，耐耐冲冲击击强强度度高高，比比聚酰胺纤维高聚酰胺纤维高4 4倍。倍。u耐耐热热性性好好TTm m为为255255265265，软软化化温温度度230230240240，允允许许使用温度范围广，可在使用温度范围广，可在-70-70 170170间使用。间使用。u吸吸水水性性小小电电绝绝缘缘性性好好，织织物物易易洗洗易易干干；但但易易生生静静电电而而吸吸灰尘。灰尘。u耐腐蚀性好耐腐蚀性好不发霉、不腐烂、不怕虫蛀。不发霉、不腐烂、不怕虫蛀。584聚酯纤维的用途 u即即可可以以纯纯纺纺也也或或以以与与其其他他纤纤维维混混纺纺制制成成各各种种机机织织物物和和针针织物。织物。u聚聚酯酯长长丝丝可可用用于于织织造造薄薄纱纱女女衫衫、帷帷幕幕窗窗帘帘等等，与与其其他他纤纤维混纺可制成各种棉型、毛型及中长纤维纺织品。维混纺可制成各种棉型、毛型及中长纤维纺织品。u聚聚酯酯纤纤维维在在工工业业上上可可作作为为轮轮胎胎帘帘子子线线、制制作作运运输输带带、篷篷帆、绳索等。帆、绳索等。598.3.3.2 聚酰胺纤维聚酰胺纤维u聚聚酰酰胺胺由由饱饱和和的的二二元元酸酸与与二二元元胺胺通通过过缩缩聚聚反反应应制制得得的的一一类类线线性性高高分分子子缩缩聚聚物物。大大分分子子的的各各个个链链节节间间都都是是以以酰酰胺胺基基“CONHCONH”相联，又称为尼龙。相联，又称为尼龙。u常常见见的的有有聚聚酰酰胺胺-6、聚聚酰酰胺胺-66、聚聚酰酰胺胺-11、聚聚酰酰胺胺-12、聚聚酰酰胺胺-610、聚聚酰酰胺胺-612、聚聚酰酰胺胺-1010等等，其其中中以以聚聚酰酰胺胺-6和和聚聚酰酰胺胺-66的的产产量量最最大大，约约占占聚聚酰酰胺胺产产量量的的90%90%。是制造薄膜、工程塑料和纤维的原料。是制造薄膜、工程塑料和纤维的原料。u聚聚酰酰胺胺纤纤维维以以聚聚酰酰胺胺基基础础制制得得的的纤纤维维，是是三三大大合合成成纤纤维之一，也是一种主要的合成纤维。维之一，也是一种主要的合成纤维。601.1.聚酰胺的合成路线聚酰胺的合成路线1 1）聚酰胺-6（锦纶-6）u由已内酰胺或由已内酰胺或-氨基已酸经缩聚反应制得。氨基已酸经缩聚反应制得。2 2）聚酰胺-66（锦纶-66）u由由已已二二酸酸与与已已二二胺胺缩缩聚聚而而成成。是是最最早早实实现现工工业业生生产产的的聚聚酰酰胺胺品种。品种。nNH（CH2）5CONH（CH2）5Cn微量H2OnHOOC（CH2）4COOHnH2N（CH2）6NH2HOOC（CH2）4CO HN（CH2）6NHH（2n1）H2On制得的聚合物经挤压铸带、切粒、干燥，得聚酰胺树脂。制得的聚合物经挤压铸带、切粒、干燥，得聚酰胺树脂。612.2.聚酰胺的纺丝聚酰胺的纺丝一般聚酰胺纺丝采用间接熔融纺丝和直接熔融纺丝。一般聚酰胺纺丝采用间接熔融纺丝和直接熔融纺丝。u间间接接熔熔融融纺纺丝丝法法将将聚聚酰酰胺胺切切成成片片状状颗颗粒粒，再再进进行行纺纺丝丝，即切片熔融纺丝。即切片熔融纺丝。u直直接接纺纺丝丝法法为为熔熔体体直直接接纺纺丝丝，该该法法具具有有省省去去铸铸带带、切切片片、萃萃取取、熔熔融融等等工工序序和和设设备备，缩缩短短生生产产周周期期，提提高高劳劳动动生产率，成本低等优点。生产率，成本低等优点。623.3.聚酰胺的结构、性能及用途聚酰胺的结构、性能及用途1 1）聚酰胺的结构与性能）聚酰胺的结构与性能u酰酰胺胺基基排排列列规规整整，大大分分子子间间易易形形成成氢氢键键，在在适适当当条条件件下下聚聚酰酰胺胺可可以以结结晶晶，结结晶晶度度达达50%50%60%60%。赋赋予予其