聚碳酸酯材料班优秀课件.ppt

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1、聚碳酸酯材料班第1页，本讲稿共33页 聚碳酸酯聚碳酸酯n n 聚碳酸酯的定义聚碳酸酯的定义n n 聚碳酸酯的聚合聚碳酸酯的聚合 （重点重点重点重点）n n 聚碳酸酯的结构聚碳酸酯的结构 （重点重点重点重点）n n 聚碳酸酯的性能聚碳酸酯的性能 （重点重点重点重点）n n 聚碳酸酯的改性与应用聚碳酸酯的改性与应用第2页，本讲稿共33页第3页，本讲稿共33页 聚碳酸酯的定义聚碳酸酯的定义 定义定义 分分子子主主链链中中含含有有碳碳碳碳酸酸酸酸酯酯酯酯基基基基的的聚聚合合物物统统称称为为聚聚碳碳酸酸酯酯，可可看看作作二二羟羟基基化化合合物物与与碳碳酸酸的的缩缩聚聚产产物物。英英文文为为Polycar

2、bonatePolycarbonate，缩缩写写PCPCPCPC。是是用用量第二大的工程塑料。量第二大的工程塑料。R R代表二羟基化合物的主体部分，代表二羟基化合物的主体部分，R R可以属于脂肪族、脂可以属于脂肪族、脂环族、芳香族或脂肪环族、芳香族或脂肪-芳香族。迄今最普遍的是芳香族。迄今最普遍的是双酚双酚双酚双酚A A A A型聚碳型聚碳型聚碳型聚碳酸酯酸酯酸酯酸酯。第4页，本讲稿共33页双酚A的结构双酚双酚双酚双酚A A A A型聚碳酸酯型聚碳酸酯型聚碳酸酯型聚碳酸酯第5页，本讲稿共33页工艺经济性较差，且存在环保问题，缺乏竞争力在PC生产工艺中占绝对优势，目前世界上约有90%的PC生产采

3、用该工艺。PC PC的聚合的聚合 n n由于碳酸不能稳定存在，所以不能通过二羟基和碳酸直接由于碳酸不能稳定存在，所以不能通过二羟基和碳酸直接缩聚。缩聚。n n光气法是常用的聚合方法之一光气法是常用的聚合方法之一第6页，本讲稿共33页溶液光气法的工艺路线为：光气+双酚A(BPA)PC。以光气和双酚A为原料，在碱性水溶液和二氯甲烷(或二氯乙烷)溶剂中进行界面缩聚，得到的PC胶液经洗涤、沉淀、干燥、挤出造粒等工序制得PC产品。溶液光气法第7页，本讲稿共33页界面缩聚光气法界面缩聚光气法是目前工业上应用较为广泛的工艺，其与溶液光气法的主要不同在于：双酚A首先与氢氧化钠溶液反应生成双酚A钠盐，后加入二氯

4、甲烷，通入光气，使物料在界面上聚合，生成低分子量PC，然后经缩聚分离得到高分子量PC产品。第8页，本讲稿共33页4,4-4,4-4,4-4,4-二羟基二羟基二羟基二羟基-2 2 2 2，2-2-2-2-二苯酚二苯酚二苯酚二苯酚基丙烷基丙烷基丙烷基丙烷可可得得分分子子量量为为1.51.52.0102.0105 5的的PCPC1.1.界面缩聚光气法界面缩聚光气法：目前约：目前约9090的的PCPC用该法合成。用该法合成。双酚双酚双酚双酚A A第9页，本讲稿共33页n n酯交换熔融缩聚法的工艺路线分为两步：酯交换熔融缩聚法的工艺路线分为两步：光气光气+苯酚苯酚DPCDPC；DPC+BPAPCDPC+

5、BPAPC，简称酯交换法，又称本体聚合法，也是一，简称酯交换法，又称本体聚合法，也是一种间接光气法工艺。种间接光气法工艺。n n苯酚经光气法反应生成碳酸二苯酯苯酚经光气法反应生成碳酸二苯酯(DPC)(DPC)，然后在高温、高真空，然后在高温、高真空和微量卤化锂或氢氧化锂等催化剂和添加剂存在下与双酚和微量卤化锂或氢氧化锂等催化剂和添加剂存在下与双酚A A进行进行酯交换反应生成低聚物，再进一步缩聚制得酯交换反应生成低聚物，再进一步缩聚制得PCPC产品。该工艺流产品。该工艺流程短，无溶剂，全封闭，无污染，生产成本略低于光气法，但程短，无溶剂，全封闭，无污染，生产成本略低于光气法，但产品光学性能较差，

6、催化剂易污染，副产品难以去除，加工困产品光学性能较差，催化剂易污染，副产品难以去除，加工困难，应用范围有限，再加上搅拌、传热等问题的限制，难以实难，应用范围有限，再加上搅拌、传热等问题的限制，难以实现大吨位工业化生产。现大吨位工业化生产。2.酯交换法（熔融缩聚法）第10页，本讲稿共33页非光气酯交换熔融缩聚法全非光法n n非光气酯交换熔融缩聚法因工艺过程中彻底不使用光气，是在非光气酯交换熔融缩聚法因工艺过程中彻底不使用光气，是在酯交换法生产工艺的基础上开发成功，属绿色环保工艺路线，酯交换法生产工艺的基础上开发成功，属绿色环保工艺路线，又称全非光法。其生产工艺也分为两步：又称全非光法。其生产工艺

7、也分为两步：酯交换法合成酯交换法合成DPCDPC：苯酚：苯酚+DMCDPC+DMCDPC；DPC+BPAPCDPC+BPAPC。首先，以碳酸丙烯酯与甲。首先，以碳酸丙烯酯与甲醇酯交换生产碳酸二甲酯醇酯交换生产碳酸二甲酯(DMC)(DMC)；其次，苯酚和；其次，苯酚和 DMC DMC反应首先反应首先生成甲基苯基碳酸酯生成甲基苯基碳酸酯(MPC)(MPC)，然后，然后MPCMPC和苯酚进一步反应生成和苯酚进一步反应生成DPCDPC，同时，同时MPCMPC发生歧化反应也生成发生歧化反应也生成DPCDPC。得到非光法。得到非光法DPCDPC后，在后，在熔融状态下与双酚熔融状态下与双酚A A进行酯交换、

8、缩聚制得进行酯交换、缩聚制得PCPC产品。产品。第11页，本讲稿共33页n n该法与光气法及酯交换法相比，有以下优点：该法与光气法及酯交换法相比，有以下优点：不使用剧毒的不使用剧毒的光气和溶剂二氯甲烷，无脱溶剂和水洗脱盐工序，流程简单，光气和溶剂二氯甲烷，无脱溶剂和水洗脱盐工序，流程简单，大大降低了对环境的污染大大降低了对环境的污染；产品质量高，聚碳透明度可达产品质量高，聚碳透明度可达98%98%，达到光学级聚碳酸酯性能指标，可用来制造光盘类光，达到光学级聚碳酸酯性能指标，可用来制造光盘类光电子产品；电子产品；副产品甲醇和苯酚可循环使用，降低原料成副产品甲醇和苯酚可循环使用，降低原料成本。本。

9、第12页，本讲稿共33页 聚碳酸酯的结构聚碳酸酯的结构 链结构链结构苯环苯环苯环苯环刚性基团刚性基团刚性基团刚性基团醚氧键醚氧键醚氧键醚氧键提高链提高链提高链提高链柔性柔性柔性柔性极极极极 性性性性 基基基基 团团团团 提提提提高高高高分分分分子子子子间间间间作用力作用力作用力作用力总体来讲，双酚总体来讲，双酚总体来讲，双酚总体来讲，双酚A A A A型的聚碳酸酯是刚性较强的分型的聚碳酸酯是刚性较强的分型的聚碳酸酯是刚性较强的分型的聚碳酸酯是刚性较强的分子链。子链。子链。子链。TgTgTgTg150150150150o o o oC C C C。第13页，本讲稿共33页 聚集态结构聚集态结构1

10、.1.基本特征基本特征分子链比较分子链比较刚硬刚硬分子间有较强的分子间有较强的作用力作用力 PCPC很难结晶、是很难结晶、是无定形高分子材料无定形高分子材料无定形高分子材料无定形高分子材料第14页，本讲稿共33页2.2.超分子结构超分子结构PCPCPCPC容易形成分子链束容易形成分子链束容易形成分子链束容易形成分子链束原纤维结构原纤维结构原纤维结构原纤维结构FloryFlory提出的无定形高提出的无定形高聚物的无规线团结构聚物的无规线团结构模型。模型。最长最长2 2微米微米宽宽0.050.05微米微米第15页，本讲稿共33页n nPCPC的是有的是有进入和未进入原纤维结构进入和未进入原纤维结构

11、进入和未进入原纤维结构进入和未进入原纤维结构高分子组成的无定形高分子材料。高分子组成的无定形高分子材料。n n由由原原纤纤混混乱乱交交错错形形成成的的疏疏疏疏松松松松三三三三维维维维网网网网络络络络结结结结构构构构是是整整个个材材料料的的增增强强骨骨架架。其其间间存在较多的存在较多的微空隙微空隙微空隙微空隙。纤维原结构纤维原结构纤维原结构纤维原结构低密度区低密度区低密度区低密度区微空隙微空隙微空隙微空隙第16页，本讲稿共33页 聚碳酸酯的性能聚碳酸酯的性能 基本特征基本特征n n 聚碳酸酯是一种无定形、无聚碳酸酯是一种无定形、无味、无臭无毒、透明的热塑味、无臭无毒、透明的热塑性塑料。性塑料。n

12、 n聚碳酸酯为透明的硬而韧聚碳酸酯为透明的硬而韧的颗粒。的颗粒。n n可见光透光率接近可见光透光率接近90%90%。n n密度为密度为1.2g.cm1.2g.cm-3-3。第17页，本讲稿共33页 力学性能力学性能 软质软质软质软质PVCPVC硬质硬质硬质硬质PVCPVCPSPSPAPAPTFEPTFEPCPC聚碳酸酯是硬而韧的聚碳酸酯是硬而韧的聚碳酸酯是硬而韧的聚碳酸酯是硬而韧的高聚物高聚物高聚物高聚物：其抗拉、抗其抗拉、抗弯、抗压强度和硬度弯、抗压强度和硬度较高。较高。PCPCPCPC是是是是热热热热塑塑塑塑性性性性塑塑塑塑料料料料中中中中抗抗抗抗冲击强度最好的塑料。冲击强度最好的塑料。冲

13、击强度最好的塑料。冲击强度最好的塑料。第18页，本讲稿共33页n n为什么为什么PCPC会具有高抗冲击性能？会具有高抗冲击性能？无缺口冲击强度无缺口冲击强度无缺口冲击强度无缺口冲击强度PCPC的原纤维的原纤维增强骨架间增强骨架间存在着存在着大量大量大量大量的微孔隙的微孔隙的微孔隙的微孔隙原纤维结构易滑移原纤维结构易滑移原纤维结构易滑移原纤维结构易滑移吸收冲击能量吸收冲击能量微孔隙本身的变形微孔隙本身的变形微孔隙本身的变形微孔隙本身的变形也也吸收冲击能量吸收冲击能量PCPCPCPC具有很高的具有很高的具有很高的具有很高的抗冲击强度抗冲击强度抗冲击强度抗冲击强度第19页，本讲稿共33页 热性能热性

14、能n n具有较好的耐热性和耐寒性，可以在具有较好的耐热性和耐寒性，可以在-100100100100130130130130o o o oC C C C范围内使用；范围内使用；n n强度随温度的变化较小；强度随温度的变化较小；n n线膨胀系数较小；线膨胀系数较小；n n导热性在聚合物中居中。导热性在聚合物中居中。第20页，本讲稿共33页 电性能电性能n nPCPC是弱极性的高分子材料，电性能不如聚烯烃类，是弱极性的高分子材料，电性能不如聚烯烃类，但仍有但仍有但仍有但仍有较好的电绝缘性较好的电绝缘性较好的电绝缘性较好的电绝缘性。n nPCPC吸水率小、吸水率小、TgTg高，高，在很宽的温度范围和潮

15、湿的条件下可在很宽的温度范围和潮湿的条件下可在很宽的温度范围和潮湿的条件下可在很宽的温度范围和潮湿的条件下可保持良好的电性能保持良好的电性能保持良好的电性能保持良好的电性能。n nPCPC的介电常数在教宽范围内保持不变，适合做电容器。的介电常数在教宽范围内保持不变，适合做电容器。n nPCPCPCPC的电性能优良。的电性能优良。的电性能优良。的电性能优良。第21页，本讲稿共33页 耐化学药品性耐化学药品性PCPC的耐化学药品性的耐化学药品性一般一般一般一般；n n常温下耐水、脂肪烃类、油类、醇类；常温下耐水、脂肪烃类、油类、醇类；n n酮类、芳香烃类、酯类可使之溶胀；酮类、芳香烃类、酯类可使之

16、溶胀；n n极性有机溶剂可以溶解极性有机溶剂可以溶解PCPC；n nPCPC在与一些溶剂接触时会产生在与一些溶剂接触时会产生应力开裂应力开裂应力开裂应力开裂；n n在高温下，在高温下，PCPC容易水解，容易水解，耐沸水性不好耐沸水性不好耐沸水性不好耐沸水性不好。n n不耐碱不耐碱不耐碱不耐碱，稀氢氧化钠、稀氨水可使之水解。，稀氢氧化钠、稀氨水可使之水解。第22页，本讲稿共33页 耐候性耐候性n nPCPC分子主链上无仲、叔碳原子，分子主链上无仲、叔碳原子，抗氧化性强抗氧化性强抗氧化性强抗氧化性强，n n无双键、具有无双键、具有良好的耐臭氧性良好的耐臭氧性良好的耐臭氧性良好的耐臭氧性；n n在在

17、较干燥条件较干燥条件较干燥条件较干燥条件下，具有优异的耐候性；但在潮湿环境下，容下，具有优异的耐候性；但在潮湿环境下，容易气候老化；易气候老化；n nPCPC对对紫外光有很强紫外光有很强紫外光有很强紫外光有很强的吸收作用。的吸收作用。第23页，本讲稿共33页 加工性能加工性能n nPCPC分子链刚性大，分子链刚性大，熔体黏度高熔体黏度高熔体黏度高熔体黏度高；n nPCPC的熔体更接近牛顿流体，的熔体更接近牛顿流体，提高温度比增大压力更能降低熔提高温度比增大压力更能降低熔提高温度比增大压力更能降低熔提高温度比增大压力更能降低熔体黏度体黏度体黏度体黏度；n nPCPC虽然吸湿性很小，但因为容易高温

18、水解，虽然吸湿性很小，但因为容易高温水解，即使微量的水分即使微量的水分即使微量的水分即使微量的水分也要在加工前尽量去除也要在加工前尽量去除也要在加工前尽量去除也要在加工前尽量去除（含水率要（含水率要0.020.02）；）；n n光气法光气法PCPC的分子量较高且分布宽；而酯交换法的分子量较高且分布宽；而酯交换法PCPC的分子量的分子量较低且分布窄，加工特性不同。较低且分布窄，加工特性不同。n nPCPC的分子链刚硬，成型冷却后易残余的分子链刚硬，成型冷却后易残余很大的内应力很大的内应力很大的内应力很大的内应力。第24页，本讲稿共33页n n降低内应力的方法：降低内应力的方法：提高熔体温度提高熔

19、体温度提高熔体温度提高熔体温度、提高模具温度提高模具温度提高模具温度提高模具温度、制品成型制品成型制品成型制品成型后热处理后热处理后热处理后热处理。n nPCPC是无定形聚合物，其制品的尺寸稳定性较好。是无定形聚合物，其制品的尺寸稳定性较好。n nPCPC与金属的黏附性很强，与金属的黏附性很强，生产结束后应趁热清理料筒生产结束后应趁热清理料筒生产结束后应趁热清理料筒生产结束后应趁热清理料筒。第25页，本讲稿共33页聚碳酸酯的改性与应用聚碳酸酯的改性与应用聚碳酸酯的改性与应用聚碳酸酯的改性与应用 改性改性PCPCPCPC的缺点：的缺点：的缺点：的缺点：n n制品残余内应力大、不耐溶剂、高温易水解

20、；不耐磨损。制品残余内应力大、不耐溶剂、高温易水解；不耐磨损。1.1.1.1.纤维增强纤维增强纤维增强纤维增强PCPCPCPC：玻璃纤维、碳纤维等玻璃纤维、碳纤维等玻璃纤维、碳纤维等玻璃纤维、碳纤维等n n拉伸强度、弯曲强度、耐热性、耐应力开裂性可明显提拉伸强度、弯曲强度、耐热性、耐应力开裂性可明显提高、减少吸湿性和膨胀系数；抗冲击性和加工性会降低。高、减少吸湿性和膨胀系数；抗冲击性和加工性会降低。第26页，本讲稿共33页2.PC2.PC2.PC2.PC合金合金合金合金n nPC/PEPC/PEPC/PEPC/PE合金：合金：合金：合金：PE PE含量不超过含量不超过1010；提高加工流动、耐

21、应力开裂、耐沸水性、；提高加工流动、耐应力开裂、耐沸水性、电绝缘性、冲击强度提高，但电绝缘性、冲击强度提高，但耐热性耐热性耐热性耐热性会降低。会降低。n nPC/ABSPC/ABSPC/ABSPC/ABS合金：合金：合金：合金：ABS ABS含量不超过含量不超过3030，提高加工流动性，但力学性能和耐，提高加工流动性，但力学性能和耐热性下降。热性下降。第27页，本讲稿共33页 应用应用耐热性耐热性透明透明抗冲击抗冲击电绝缘性电绝缘性大型灯罩、防护玻璃、照相器材、眼科用玻璃大型灯罩、防护玻璃、照相器材、眼科用玻璃飞机坐舱玻璃，天窗。飞机坐舱玻璃，天窗。纯净水、矿泉水筒、热水瓶、透明餐具纯净水、矿

22、泉水筒、热水瓶、透明餐具电子电器的零部件、薄膜制造电容器、录电子电器的零部件、薄膜制造电容器、录音、录像带音、录像带VCDVCDVCDVCD、DVDDVDDVDDVD光盘。光盘。光盘。光盘。高强度高强度纤维增强纤维增强PCPC具有具有与金属材料类似与金属材料类似的力学性能的力学性能制造承载的机械零部件制造承载的机械零部件制造承载的机械零部件制造承载的机械零部件：齿轮、轴承、轴承、轴套；发动机零部件。第28页，本讲稿共33页谢谢第29页，本讲稿共33页PCPC会发生应力开裂的原因会发生应力开裂的原因 PCPC微观结构导致微观结构导致PCPC内应力开裂内应力开裂 PC PC材料容易内应力开裂是它本

23、材料容易内应力开裂是它本身分子结构决定，那就是聚碳酸酯分子结构中有苯环，所以取身分子结构决定，那就是聚碳酸酯分子结构中有苯环，所以取向比较困难，在成型后，被取向的链节有恢复自然状态的趋势，向比较困难，在成型后，被取向的链节有恢复自然状态的趋势，但是由于分子链节已被冻结和分子链之间作用力，从而可能造但是由于分子链节已被冻结和分子链之间作用力，从而可能造成制品存在应力，这就是大家常说的应力开裂现象，尤其是回成制品存在应力，这就是大家常说的应力开裂现象，尤其是回收的收的PCPC，由于回收，由于回收PCPC的相对分子质量下降，相对分子质量分布的相对分子质量下降，相对分子质量分布变宽，少量存在的水分、颜

24、料、杂质、溶剂等极易引发开裂现变宽，少量存在的水分、颜料、杂质、溶剂等极易引发开裂现象。象。第30页，本讲稿共33页应力分类n n剪切应力剪切应力：指塑料加工过程中由于剪切流动造成应力，它：指塑料加工过程中由于剪切流动造成应力，它受塑料熔融态下流动速率与黏度的影响。受塑料熔融态下流动速率与黏度的影响。n n取向应力取向应力:塑料材料分子在成型过程中受到高压和高速剪切塑料材料分子在成型过程中受到高压和高速剪切下，分子链节剧烈变化，在分子未完全恢复自然状态前就下，分子链节剧烈变化，在分子未完全恢复自然状态前就冻结了，这就形成了取向应力。冻结了，这就形成了取向应力。n n收缩应力收缩应力：塑料分子从

25、熔融到冷却过程中，因为产品厚薄：塑料分子从熔融到冷却过程中，因为产品厚薄不一，冷却水路的差异而导致冷却温度不均匀，从而导不一，冷却水路的差异而导致冷却温度不均匀，从而导致不同部位的收缩率不同，在收缩率不同的部位，拉伸致不同部位的收缩率不同，在收缩率不同的部位，拉伸剪切而产生应力。剪切而产生应力。第31页，本讲稿共33页n n聚碳酸酯内部存在很多力，而其中比较重要是聚碳酸酯内部存在很多力，而其中比较重要是“抗开裂力抗开裂力”，这，这个力的大小决定于个力的大小决定于PCPC分子链的长短，链与链之间缠结数目，分子分子链的长短，链与链之间缠结数目，分子链与分子链之间的作用力，简单说的链与分子链之间的作

26、用力，简单说的PCPC料子好一点，抗开裂能力料子好一点，抗开裂能力就好一点。就好一点。n n当抗开裂力平衡于内应力时，产品不会出现开裂现象当抗开裂力平衡于内应力时，产品不会出现开裂现象n n当抗开裂力小于内应力时，就会出现开裂现象。当抗开裂力小于内应力时，就会出现开裂现象。第32页，本讲稿共33页酯交换法（熔融缩聚法）酯交换法（熔融缩聚法）碳酸二苯酯碳酸二苯酯碳酸二苯酯碳酸二苯酯 分分子子量量为为2.52.55105104 4的的PCPC。不不使使用用溶溶剂剂、也也不不使使用用有有毒毒的的光光气气、聚聚聚聚合合合合反反反反应应应应过过过过程程程程比比比比较较较较环环环环保保保保。是是目目前前PCPC合合成成的的一一个个发发展展方方向。向。第33页，本讲稿共33页