6 聚合物、无机与复合材料.ppt

聚合物、无机与复合材料Polymer,Inorganic and Composite Materials,Abstract【内容梗概】,现代科学技术突飞猛进，材料、能源、信息技术日新月异，不但要求生产更多具有高强度和特殊性能的金属材料，而且要求迅速发展更多、更好性能的非金属材料。至20世纪70年代中期，全世界聚合物材料和钢产量的体积就已经相等。当前，就其产量和应用领域而言，聚合物材料已经向传统的金属材料发出挑战。陶瓷材料特殊性能的研究和开发，使之作为最有希望的高温结构材料。而复合材料因能根据人们的要求来改善材料的性能，使各组成材料保持各自的最佳特性并相互取长补短，从而最有效地利用材料，正成为一种新型的、最有发展前途的材料。,Requirement for Studying【学习要求】,1 了解聚合物的有关特性，认识几种常用工程塑料的性能特点与应用；概括了解工程陶瓷材料的使用性能特点，熟悉常用的工程结构陶瓷材料的基本性能和应用；建立对复合材料的性能、分类和应用的一般概念。,Key and Difficult Points【学习重点与难点】,现代化生产与科学技术的突飞猛进、日新月异，对材料提出了更高、更迫切的要求，传统的金属材料已远远不能满足，因而促进了聚合物、陶瓷与复合材料的日益广泛的应用与发展。本章简要介绍了有关非金属材料与复合材料的初步知识，以便为深入学习非金属材料与复合材料知识奠定基础。本章学习的重点是常用工程塑料与工程结构陶瓷材料的特性与应用。可根据学时的多少，合理安排教学学时。一般作为需要了解的常识内容。,Suggests for Studying【学习建议】,1.随着现代科技的飞速发展，各类新型非金属材料的开发、应用日益广泛。因此，非金属材料基础知识的学习，迫在眉睫。然而由于教学学时有限，本章的课堂教学在23h（课程总学时3640h），故本章知识的掌握，主要应以自学为主。2.本章的教学应突出以聚合物材料为重点，以点带面，学好本章内容。,Key questions and clues【主要问题提示】,1.您熟悉聚合物材料的分类、性能（特别是力学性能）与应用特点吗？2.您了解常用工程塑料PE、PP、ABS、PA、PVC、POM、PTFE、PF、EP等的性能特点及主要应用是什么？3.常用工程陶瓷材料的性能与应用特点是什么？4.何谓金属陶瓷？常用硬质合金的分类与牌号表示方法是什么？5.您了解复合材料的性能、分类与应用特点吗？6.何谓功能材料？您能举例说明功能聚合物与功能陶瓷材料的特点及应用吗？7.为什么说纳米材料是21世纪的新材料呢？8.何谓生物材料，试举例说明之。,本章教学内容与方法提示,现代化生产与科学技术的迅猛发展，对材料提出了更高、更迫切的要求，传统金属材料已远远不能满足需要了，因而促进了聚合物、无机与复合材料日益广泛的应用与发展。本章的教学应把握如下几点：1.紧密联系材料科学基础知识（13章有关内容），以贯穿材料的”化学成分（组成）-组织结构性能应用”的主线索为纲，指导本章内容的学习。2.以“点”（工程塑料、碳化物金属陶瓷及碳/碳复合材料）带面，学好本章内容。3.尽可能联系现实生活和生产实际应用中应用非金属材料的诸多实例，来学习本章内容，切实打好非金属材料科学基础。4.在教学方法上，采用“自学”教学法，即以自学为主，精讲（1或2h）为辅。,6 聚合物、无机与复合材料Polymer,Inorganic and Composite Materials,6.1 聚合物材料 Polymer materials6.2 无机非金属材料 Inorganic nonmetallic materials6.3 复合材料 Composite materials6.4 新型工程材料简介 Introduction to new-type mechanical materials,6.1 聚合物材料Polymer materials,6.1.1 聚合物的特征 Introduction of polymers 6.1.2 工程塑料 Engineering plastics 6.1.3 橡胶材料 Rubber materials6.1.4 胶粘剂与纤维材料 Adhesives and fiber materials,6.1.1 聚合物的特征 Introduction of polymers,1.聚合物的力学状态（流变行为）2.聚合物的力学性能特点3.聚合物的物理与化学性能特点4.聚合物的分类特征5.聚合物的命名,1.聚合物的力学状态,（1）线型非晶态聚合物的三种力学状态 线型非晶态高聚物（线型无定形高聚物）存在两种运动单元：一是链段的运动；二是整个大分子链的运动。在不同的温度范围内，其运动单元的运动方式不同，因此就产生三种不同的力学聚集状态：玻璃态、高弹态和粘流态。这三种力学状态可以相互转变：Tg Tf 玻璃态 高弹态 粘流态由于这三种状态是在不同的温度范围内出现的，因而也称为热力学状态。三种力学状态的转变可用形变温度曲线（或称热机械曲线）来描述，如下图所示。,线型非晶态聚合物的热力学曲线,（1）线型非晶态聚合物的三种力学状态,玻璃态(TbTg)在此温度范围内，曲线基本水平，形变量小，但弹性模量较高。此时分子热运动能量很小，不足以克服分子之间相互作用力，因此整个大分子链的活动较困难，即使是链段的内旋转运动也处于被冻结状态，这种状态称为玻璃态。Tg称为玻璃化温度，在Tg温度以下，高聚物都处于玻璃态，在外力作用下只能发生少量弹性变形（1%），处于玻璃态的聚合物具有较好力学强度，在这种状态下使用的材料是塑料和纤维。高弹态（TgTf）至此范围时，曲线急剧升高后又很快稳定而趋于水平，变形量很大而弹性模量E显著降低。此时，虽热运动的能量尚不足以克服分子间的作用力而使整个大分子链产生相对位移，但链段通过单键内旋已能较自由地旋转，可改变大分子的构象，把大分子链的一部分卷曲或伸展开来，这种状态称高弹态。表现出很大柔顺性，形变量可高达100%1000%。当去掉外力后，能可逆地恢复原状，且这种变形的回复不是瞬时完成的，而是随时间逐渐变化。它是高聚物所罕见的独有性能，这种形变称为高弹形变。在室温下处于高弹态的聚合物可作为弹性材料使用。例如，经硫化处理的橡胶。粘流态(TfTd)在此温度范围，其形变迅速增长，弹性模量再次很快下降，高聚物开始产生粘性流动，处于所谓粘流态，此时变形已变为不可逆。此阶段不仅链段能运动，且整个大分子也能移动，即两种运动单元都能运动。此状态即为粘流态，Tf称为粘流温度。处于粘流态的线型高聚物，当受到外力作用时，不仅大分子链能伸缩，而且分子间也能相互滑移，产生了永久形变。去掉外力后，不能恢复原状。这种形变称为粘流形变，它是不可逆形变。而Td为聚合物的分解温度，当温度达Td时，聚合物大分子链的化学键将被破坏而发生分解。聚合物处于粘流态时，可通过喷丝、吹塑、注射、挤压、模铸等方式制造各种形状的零件、型材、纤维和薄膜等制品。,聚合物力学状态的特征及机理表,（2）晶态聚合物的力学状态,完全晶态高聚物 其分子链紧密敛集，致使内旋困难，妨碍链段运动，因此完全晶态高聚物在熔点以下变形很小，始终保持为强硬的晶体状态（硬结晶态），而不出现高弹态。完全晶态高聚物在熔点Tm以下无高弹性，不论分子量多么低，也不会有流动。完全晶态高聚物的熔点是不随分子量变化的。当将其加热到Tm以上时，可能出现高弹态，也可能是粘流态，这与分子量的高低有关。i.一般分子量的完全晶态高聚物 当将其加热至Tm时以上，不出现高弹态，而直接进入粘流态。如图中曲线1所示。因此Tm既是熔点，又是粘流温度。一般此高聚物在晶态（TgTm之间）下作塑料或纤维使用，而在粘流态（Tm）进行成形加工。由于其熔点Tm高于无定形高聚物的玻璃化温度Tg，及其大分子间作用力比无定形高聚物高，所以这种塑料的使用温度范围通常都较大，并且强度也较高。ii 分子量较大的完全晶态高聚物 当将其加热至Tm以上时，分子转变为无规则排列，但因其分子量较大而使分子链非常长，还不能进行整个大分子的流动，而只能发生链段的运动，因此也出现高弹态。当温度继续升至更高温度Tf时，整个大分子流动，于是进入粘流态，如图中曲线2 所示。因此，分子量高的完全晶态高聚物有三种状态：Tm以下晶态，TmTf间高弹态，Tf以上粘流态。由于Tf接近于Td，为了保证良好的成形性能，晶态高聚物的分子量不应过高。,1-结晶；2-轻度结晶,（2）晶态聚合物的力学状态,非完全晶态高聚物（一般晶态聚合物）实际上，所有的晶态高聚物都是部分结晶（仅是结晶度较高而已），都含有相当部分的非晶区。非晶区有链段运动的可能，所以应存在有玻璃态、高弹态和粘流态。晶区则如上述，除了硬结晶态外，随分子量的大小不同，有可能出现或不出现高弹态。因此，非完全晶态高聚物总的力学状态将随分子量的不同而发生变化，如上图 所示。其特点是，它的高弹态可以区分为皮革态和橡胶态两种。在TgTm范围内晶区仍处于强硬的晶态，而非晶态区已转变为柔韧的高弹态，所以高聚物在整体上表现为既硬且韧的力学状态。这种状态称为皮革态。处于这种状态的塑料为韧性塑料，Tm为韧性塑料使用的上限温度。在Tg以下的一般晶态高聚物的性能刚硬，为硬性塑料，使用的上限温度为Tg。,（3）体型高聚物的力学状态,体型高聚物因大分子链相互交联而呈空间立体结构，大分子间不能产生相互滑动，链段运动也受到很大束缚，所以没有粘流态，当达到分解温度会分解变质。当轻度交联时，高聚物由于大分子间阻力小，有大量链段可进行热运动，所以可有玻璃态和高弹态。但随交联密度的增大，交联点间距变短，链段运动的阻力增大，Tg提高，高弹区缩小；当交联密度增至一定程度时，链段运动消失，此时高聚物只有玻璃态一种状态。由于较高交联密度的体型高聚物没有力学状态的变化，所以在加热到很高温度发生分解以前，都有较好的机械强度和较小的变形，作某些工程结构材料使用时，耐热性较好。如图示出体型酚醛树脂中加入不同交联剂六亚甲基四胺时的温度-形变曲线。图中1-3%六亚甲基四胺；2-5%六亚甲基四胺；3-11%六亚甲基四胺。,2.聚合物的力学性能特点,力学性能是决定工程材料使用范围的主要性能指标之一。（1）硬度（2）聚合物的断裂与强度（3）高聚物的冲击韧度（4）疲劳强度（5）摩擦、磨损性能（6）粘弹性,（1）硬度,测试工程塑料硬度的方法，通常有以下三种：布氏硬度 布氏硬度常用HBW 表示，常用于硬质塑料的硬度测定。洛氏硬度 洛氏硬度可用于弹性体到硬塑料的硬度测定。软质热塑性塑料大多用R，L标尺，硬质热塑性塑料和热固性塑料常用M标尺。肖氏硬度 以符号HS（简略为H）表示。肖氏硬度计有三种类型，即型，型和型。型适用于软质塑料，、型适用于半硬质或硬质塑料。在一般情况下，用型测定塑料硬度值超过95时则改用型；当型硬度值超过95后，则用布氏或洛氏硬度方法测定。工程塑料的硬度随品种不同而异，热塑性塑料中如尼龙为洛氏硬度 110118 HRR；热固性塑料中，以木粉填充的酚醛压缩粉布氏硬度30HBS；玻璃纤维增强塑料的洛氏硬度 105120 HRM。,（2）聚合物的断裂与强度,无定性高聚物的拉伸行为 常用无定性聚合物的应力（）应变（）曲线大致可归纳为如右图所示的5种类型。i.硬而脆的高聚物如聚苯乙烯、酚醛树脂等热固性塑料如图中曲线a 所示。其主要是弹性变形阶段，没有发生明显屈服，具有高的弹性模量和高的抗拉强度，在小的伸长率（2）下就会发生明显的脆性断裂。ii.硬而强的高聚物 增强环氧塑料、有机玻璃、硬聚氯乙烯韧性聚苯乙烯塑料等如图中曲线b 所示。此类高聚物具有较高的弹性模量和较高的抗拉强度，有小量的伸长率2，进行脆性断裂，但局部断面有流动痕迹。iii.强而韧的高聚物 软PVC、PC、PA等如曲线c 所示。其弹性模量和强度高，伸长率较大（100%），多发生韧性断裂。在屈服点之前试样的变形主要是由于大分子键角的改变和原子间距离改变的结果，为弹性变形。而当外力达屈服应力时，材料内部大分子的链段开始运动，使无定形区的蜷曲大分子沿拉伸方向定向排列，结晶区也产生再结晶，大分子间作用力迅速增加，提高了塑料的机械强度。iv.柔而韧的高聚物 加增塑剂的聚氯乙烯，聚四氟乙烯、各种橡胶等如图中曲线d。其弹性模量和屈服点低，伸长率约251000，抗拉强度较高，不一定进行韧性断裂。拉伸时分子链趋于定向分布，出现结晶化细颈，多发生脆性断裂。V.软而弱的高聚物 未硫化的天然橡胶等如图中曲线e所示。其弹性模量和强度都很低，但有一定的伸长率，发生完全的塑性断裂。,（2）聚合物的断裂与强度,“细颈”。第二阶段细颈部分不断扩展，直至整个试样全变细为止。这时应力几乎不变而应变不断增加。第三阶段是成细颈后的试样再被均匀地拉伸直至C（X）点而断裂。结晶高聚物的拉伸应力-应变曲线与无定性高聚物的拉伸情况有许多相似之处。本质的差别在于晶态高聚物在拉伸过程中有分子聚集态结构的变化，包含有结晶的破坏、取向和再结晶过程。而无定性高聚物只发生分子链的取向，不发生相变。,结晶高聚物的拉伸行为,其拉伸应力-应变曲线如图所示。可看出，整个曲线可分为三段。第1阶段应力随应变线形增加，到B（Y）点 后试样出现,高聚物的强度和弹性模量 其b、E 均较低。如45钢的b 约600MPa、高聚物仅为其16112，,各种材料的弹性模量对比表,高聚物的弹性模量E 约为金属120140，各种材料的模量对比详见上表。这是目前高聚物作为工程结构材料使用的最大障碍之一。但高聚物已达b 与其可能达的理论强度还相差很远，仅为其110011000。,（3）高聚物的冲击韧度,热塑性塑料的冲击韧度一般为 215KJm2（带缺口），而热固性塑料的仅为0.55KJm2（带缺口）。高聚物的冲击韧度比金属小得多，主要由于强度低所致。（4）疲劳强度 随着聚合物在机械工程上的应用日益广泛，承受交变载荷的聚合物零件越来越多，如塑料齿轮、弹簧、阀片、凸轮等，无不是在循环的交变载荷下工作的，所以测定疲劳强度这个性能指标对于塑料应用是十分重要的。聚碳酸酯、聚砜等热塑性塑料的疲劳强度只有静态抗拉强度的1020，而聚甲醛等少数塑料高达50，多数塑料则在2035之间。,（5）摩擦、磨损性能,聚合物材料的硬度比金属低，但是其摩擦、磨损性能却远远优于金属。这是由于聚合物的摩擦系数比较小，详见下页表（大多数塑料对金属和对塑料的摩擦系数一般在 0.20.4 范围内）。同时许多高聚物如聚四氟乙烯、尼龙等本身又具有自润滑性能。因此用塑料制成的零件，可以在各种液体摩擦、边界摩擦、甚至于干摩擦等条件下有效地工作。总之，工程塑料良好的减摩、耐磨和自润滑性能是金属耐磨材料所无法比拟的，用工程塑料制作的轴承、保持架、活塞环、导轨抗磨层、叶片、叶轮和凸轮、齿轮等，在机械工程上获得了广泛应用。,聚合物材料的摩擦系数表,（6）粘弹性,大多数高聚物的高弹性大体是“平衡高弹性”，即应变与应力同步发生，或应变与应力即时达到平衡，如图所示。但还有一些高聚物，例如橡胶，特别是在低温和老化时，高弹性表现出强烈的时间依赖性。应变不仅决定于应力，而且决定于应力作用的速率。即应变不随作用力即时建立平衡，而有所滞后，如上图所示。这就是粘弹性，它是高聚物的又一重要特性。蠕变 指在应力保持恒定情况下，应变随时间的增长而增加的现象。蠕变温度低是聚合物的一大缺点，当载荷大时甚至发生蠕变断裂。应力松弛 高聚物受力变形后所产生的应力随时间而逐渐衰减的现象就叫应力松弛。例如，连接管道的法兰盘中的密封垫圈，经过较长时间工作后发生渗漏现象，就是应力松弛的表现。内耗 指在交变应力作用下出现的粘弹性现象。在交变应力作用下，出于高弹态的聚合物，当其变形速度跟不上应力变化速度时，就会出现滞后现象，这种应力和应变间的滞后就是粘弹性。由于重复加载，就会出现上一次变形还未来得及回复，又施加上了下一次载荷，于是造成分子间的内摩擦，变成热能，产生所谓内耗。滞后和内耗的存在会导致高聚物温度的升高，加速其老化，但内耗能吸收震动波，有利于高聚物的减震性能。,3.聚合物的物理与化学性能特点,（1）电绝缘性能好 其导电能力低，是电子工业必不可少的绝缘材料。（2）耐热性低 多数塑料长期使用温度一般小于100，只有少数可在高于100温度下使用;大多数橡胶的最高使用温度一般亦小于200，少数橡胶如硅橡胶可达275，氟橡胶为300等。同金属相比，聚合物的耐热性是较低的。（3）化学稳定性好 其在酸、碱等溶液中表现出优异的耐腐蚀性，例如被誉为“塑料王”的F4塑料，不仅耐强酸、强碱等强腐蚀剂，甚至在沸腾的“王水”中也很稳定。（4）膨胀系数大、导热系数小 其线膨胀系数大，为金属的310倍，因而与金属材料的结合较困难。其导热系数小，为金属材料的1/1001/1000，因而散热不好，不宜作摩擦零件。,4.聚合物的分类特征,5.聚合物的命名,高聚物的命名尚未完全系统化，目前多采用习惯法命名。（1）天然高分子化合物以一般来源和性质而用其俗名，如纤维素、蛋白质、淀粉、虫胶等。（2）加聚物通常在常用单体的名称前加一“聚”字，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。（3）缩聚物及共聚物是可按结构单元（链节结构）加“聚”字，如聚己二酰己二胺（尼龙）；有时以原料名称命名，并在名称之后加“树脂”或“橡胶”两字即可，如酚类和醛类的聚合物称为酚醛树脂，而由丁二烯和苯乙烯合成的聚合物称为丁苯橡胶等。（4）有些结构复杂的高聚物直称其商品名称，如聚丙烯腈纤维称腈纶，聚酰胺纤维称锦纶或尼龙，聚丙烯称丙纶，聚氯乙烯则称氯纶等。（5）为简化，有时用英文名称的缩写表示高聚物，如PS代表聚苯乙烯，PVC代表聚氯乙烯等。,6.1.2 工程塑料 Engineering Plastics,1.塑料的涵义与组成塑料是一类以天然或合成树脂为基本原料，在一定温度、压力下可塑制成型，并在常温下能保持其形状不变的聚合物材料。根据塑料的组成不同，可分简单组份和复杂组份两类。简单组份的塑料基本上由一种物质(树脂)组成，如聚四氟乙烯、聚苯乙烯等，仅加入少量色料、润滑剂等辅助物质;复杂组份的塑料则由多种组份所组成，除树脂外，还须加入添加剂(填料、增塑剂、润滑剂、固化剂等)，如酚醛塑料、环氧塑料等。（1）树脂 树脂是塑料的主要成分，在常温下呈固体或粘稠液体，但受热时软化或呈熔融状态。树脂主要决定塑料的类型(热塑性或热固性)，而且也决定塑料的基本性能(物理性能、化学性能、力学性能、电性能等)。因此，大多数塑料就是以所用树脂的名称命名，例如聚氯乙烯塑料就是以聚氯乙烯树脂为主要成分的。,（2）塑料添加剂（助剂）,指为改善塑料的使用和成型加工特性而分布于树脂中、对树脂分子结构无明显影响的物质。i.增塑剂 为改善塑料的塑性并提高其柔性而加入的一种低挥发性物质。其作用是削弱聚合物分子之间作用力，降低塑料的熔融温度和粘度，改善其成型加工性能。ii.稳定剂 指为防止塑料在成型加工和使用过程中，因受光、氧、热的作用而产生过早老化，延长制品的使用寿命所加入的少量物质，亦称防老化剂。iii.填充剂（填料）是塑料中另一重要组分。目的是弥补树脂某些不足，改善塑料的性能。iv.固化剂(又称硬化剂)在热固性树脂成型过程中，有线型转变为体型结构时所加入的某些物质，称为固化剂。如线性酚醛树脂用六次甲基四胺;环氧树脂用胺类、酸酐类化合物。v.润滑剂 为防止塑料在成型过程中粘在模具或其它设备上所加入的少量物质，叫润滑剂。vi.着色剂(或称染料)可用有机或无机染料着色，使塑料制品具有美丽的色彩。vii.发泡剂 在泡沫塑料制造过程中，使塑料产生微孔结构的物质称发泡剂。塑料的添加除上述几种外，还有催化剂及阻燃剂等。不是每一种塑料都要加入全部添加剂，而是根据不同的塑料品种和使用要求加入所需的某些添加剂。,2.塑料的分类,（1）按树脂的受热行为分类 i.热塑性塑料 它是以聚合树脂或缩聚树脂为主，一般仅加入少量稳定剂、润滑剂或增塑剂制取而成，其分子结构主要是线性或支链型结构。其工艺特点是:受热软化、熔融，具有可塑性，可塑制成一定形状的制品，冷却后坚硬;再受热又可软化，塑制成另一形状的制品，可以重复作用而其基本性能不变;可溶解在一定的溶剂中(即具有可溶可熔特性)。其优点:成型工艺简便、形式多种多样，生产效率高，可直接注射、挤压、吹塑成所需形状制品，且具有一定物理、力学性能。缺点:耐热性和刚性都较差，最高使用温度一般只有120左右，而且使用时不能超过其使用温度极限，否则就会引起变形，如聚烯烃类塑料。ii.热固性塑料 其大多由缩聚树脂为基础加入上述各种添加剂制成，具有体型大分子结构。其工艺性能特点:在一定温度下，经一定时间加热或加入固化剂后，即可固化成型。固化后的塑料质地坚硬、性质稳定，不再溶于溶剂中，也不能用加热方法使它再软化(即呈不溶、不熔特性)，直至强热则分解、破坏。其优点:无冷流性、抗蠕变性强，受压不易变形;耐热性较高，即使超过其使用温度极限，也只在其表面产生碳化层而不失去原有骨架、形状。缺点:树脂性较脆、机械强度不高，必须加入填料或增强材料以改善性能、提高强度;同时成型工艺复杂，大多只能采用模压或层压法，生产效率低。,2.塑料的分类,（2）按塑料的应用范围分类 根据塑料的应用范围可分为通用塑料和工程塑料。i.通用塑料 主要是指产量大、用途广、价格低的塑料。主要有:聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料(电木)和氨基塑料(电玉)。它们的产量占塑料总产量75%以上，构成塑料工业的主体。ii.工程塑料 指工程技术中用以制造结构材料的塑料。这类塑料机械强度高，或具备耐高温、耐腐蚀、耐辐射等特种性能。因而可代替金属作某些机械构件，或作其他特殊用途。常用的有聚甲醛、ABS、聚碳酸脂、聚砜、聚酰胺、聚酰亚胺等。随着高分子合成材料的发展，塑料可以采用各种措施来改性和增强，而制成各种新品种塑料。这样，工程塑料和通用塑料之间的界限也就很难划分了。例如聚乙烯是通用塑料，但在工程技术中已作为耐腐蚀材料，大量应用于化工机械，因此亦可划为工程塑料。iii.特种塑料 系指具有特殊性能的塑料，如导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。,塑料的分类表,热塑性塑料,成分为热塑性树脂。可以反复塑制，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等,热固性塑料,通用塑料,工程塑料,成分为热固性树脂。加工成型后为不熔状态，如酚醛、氨基塑料等。,通用性强、用途广、产量大、价格低。主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，聚丙烯等。,机械性能好、强度高，可以代替金属用作工程结构材料。如聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、氟塑料等。,其他分类，分为通用、工程、耐高温和特种塑料四大类；或通用、工程和特种塑料三大类。,3.塑料制品的成型与加工(1)塑料制品的成型,注射成型法 它是将粉状或颗粒状塑料原料置于料斗5中，当漏至料筒3内时被加热至熔化状态，分流梳4与料筒相连接，可从中心加热塑料，在注射柱塞6的作用下，熔融塑料经喷嘴2注入模具1中。冷却后打开模具即可得到所需制品。此法具有成型周期短（几秒几分钟），成型制品质量可由几克到几十千克。能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的模塑品。因此，该法适应性强，生产效率高。,1-模具；2-喷嘴；3-料筒；4-分流梳；5-料斗；6-注射注塞 注射成型原理示意图,1-加热器；2-塑料片；3-模具；4-制品 真空成型示意图,真空成型法 其原理如图所示。它是利用热塑性塑料的片材或板材在受热后可以软化的特性，施加真空，将软化的塑料片材或板材吸附于模具上，冷却后即得成型制品。该工艺是热塑性塑料最简单的成型方法之一，主要用于成型杯、盘、罩、盖、壳体等薄壁敝口制品。其优点是设备、模具均比较简单，可生产大型制件。而缺点是制品厚度不太均匀，不能制造形状复杂的制件。,(1)塑料制品的成型,吹塑成型法 只限于热塑性塑料的成型加工。它利用压缩空气使加热到塑性状态的片或管状塑料型坯，在模型中吹制成中间胀大、颈口缩小的中空制件。其中型坯可用挤压或注射方法得到，也可采用现成片材或管料。吹塑中所用模具及其成型过程如图所示。先将由挤出机挤出的适当大小型坯置于两瓣的模具中，如图a；然后闭合模具并通入压缩空气，此时具良好塑性的型坯被吹胀而紧贴于模壁，如图b；待冷却后打开模具，即得中空制品，如图c。该工艺主要用于各种包装容器和管式膜的制造，其中以聚乙烯应用最多。,1-模具；2-型坯；3-压缩空气；4-制品 图6-3 吹塑成型示意图,塑料模压法示意图,压制成型法 它主要用于热固性塑料的成型，如酚醛塑料和氨基塑料制品几乎都是用此法生产的。有些熔融粘度极高，几乎没有流动性的热塑性塑料，如聚四氟乙烯，也是采用压制方法成型的。该工艺是塑料加工中最古老而又最常用方法，它有模压法和层压法两种。,将粉状，浸有树脂的碎片、布，或纤维状塑料原料放在金属闭合模腔内加热加压，经一定时间就可得到具一定形状塑料制品，这种成型过程叫做模压法（见图）。,如将纸、棉布或玻璃布等材料，浸以树脂，一张一张迭放，然后加热加压，经一定时间后，树脂固化，互相粘结而成塑料层压板，这种成型过程称层压法。总之，压制成型工艺多为间歇成型，周期长，效率低，模具成本较高。,(1)塑料制品的成型,挤压成型法 如图6-2 所示，挤压机主要是由一个加热的料筒及一根在料筒中旋转的螺杆组成。料筒的一端有一加料口，上面有一个料斗。粉状或粒状的塑料经料斗进入挤压机的料筒中。料筒的另一端则装有口模，在螺杆的头部与口模之间，装有粗滤板或滤网等节制部件，使塑料沿着螺杆方向形成压力差。进入料筒的塑料由于料筒的传热及塑料与料筒和螺杆之间的剪切摩擦热，使塑料熔融而呈流动状态，并随螺杆的转动不断前进。同时由于螺杆螺旋槽深度的减小，使熔融的塑料产生压缩。于是塑料在压力下通过机头、分流梳、口模及一系列辅助装置（如定型、冷却、牵引、卷绕和锯割等设备）而挤出成形。机头和口模如图所示。,1-电动机；2-变速箱；3-料斗；4-料筒；1-定型套；2-模芯；3-模套；4-调偏心螺钉；5-分流梳；5-螺杆；6-机头和口模 6-挤出机；7-螺杆；8-进气孔；9-流道角 图6-2 挤压成型原理示意图 管材挤出用机头及口模示意图,(1)塑料制品的成型,浇注成型法 浇注成型适用于热固性塑料，也可用于热塑性塑料。其成型工艺类似于金属铸造。它是将液体状态的树脂中加入适量的固化剂或催化剂，浇入模具型腔中，在加压、加热条件下，逐渐固化成型而获得具有一定力学性能的制品。如浇注尼龙（MC尼龙）的成型就是用此法。其优点是可生产体积很大的机械零件，制造工艺设备和模具都很简单、操作容易等。烧结成型法 聚四氟乙烯是线型分子结构的结晶型塑料，其结晶熔点为 327，其制品在室温下相当松软，当温度超过 327时，材料变为非晶态，粘度比其它塑料高许多倍，而且没有足够的成型流动性，故不能用一般的热塑性塑料模塑成型的方法。聚四氟乙烯制品的成型工艺是先将其冷压制成坯料，然后加热至370400温度下烧结成型。烧结是在转盘和热风循环的固体加热载体或液体加热载体烧结炉中进行的。烧结时会放出有害于人体的气体，操作者应格外注意。此外还有压延成型、涂布成型及发泡成型等。,3.塑料制品的成型与加工,它主要指塑料制品成型之后进行的再加工，亦称二次加工。其加工工艺主要有：机械加工 塑料的连接 塑料制品的表面处理,（2）工程塑料制品的加工,4.常用工程塑料简介,(1)热塑性工程塑料聚酰胺(PA，俗称尼龙或锦纶)PA指主链节含有极性酰胺基因(-CO-NH-)的聚合物，最初用作制造纤维的原料，后来由于PA具有强韧、耐磨、自润滑、使用温度范围宽等优点，成为最早发现能承受载荷的热塑性塑料，也是目前工业中应用广泛的一种工程塑料。它具有较高的力学强度(若以玻璃纤维增强，其b可达200MPa)，冲击韧度高，耐折叠;较好的耐腐蚀性，它不溶于普通溶剂，可耐许多化学药品，不受弱酸、醇、矿物油等的影响;优良的耐磨、自润滑性能，它可耐固体微粒的摩擦，甚至可在摩擦、无润滑状态下使用。PA广泛用来代替铜及其它有色金属制作机械、化工、电器零件，如柴油发动机燃油泵齿轮、水泵、高压密封圈、输油管等。,(1)热塑性工程塑料,聚甲醛(POM)聚甲醛(POM)是指大分子链中以-CH2O链节为主的线型高密度、高结晶性聚合物，它具有优异的综合力学性能，其疲劳强度在热塑性塑料中是最高的，耐磨性和自润滑性也比绝大多数工程塑料优越，并且还有高弹性模量和强度，吸水性小，同时尺寸稳定性、化学稳定性及电绝缘性也好，是一种综合性能良好的工程材料，POM主要用于代替有色金属及合金如Cu、Zn、Al等制作各种结构零、部件。应用量最大的是汽车工业，机械制造、精密机器、电器通讯设备乃至家庭用具等领域应用也相当普遍，如阀门、自来水龙头、水箱、水管接头等。它特别适于制作耐摩擦、耐磨耗及承受高负荷的零件，如齿轮、轴承等，如改性POM作汽车万向节轴承可行驶一万公里不注油，寿命比金属的高一倍。,（1）热塑性工程塑料,聚碳酸酯(PC)聚碳酸酯(PC)是一种新型的热塑性工程塑料，其大分子链中既有刚性的苯环，又有柔性的醚键，所以具有优良的力学、热和电性能等综合性能，常被人们誉为“透明金属”。其性能上最突出的优点是抗冲击、韧性极高，并有较高耐热和耐寒性(可在-100130范围内使用)，良好的电性能、抗化学腐蚀性和耐磨性，其导热系数小，但线膨胀系数比金属大得多。PC不但可代替某些金属、有色金属、特种合金，还可代替玻璃、木材等，广泛应用于机械、电气、光学、医药等部门，如齿轮、蜗轮蜗杆等传递中小负荷的零部件;受力不大的紧固件如螺钉、螺帽等。,（1)热塑性工程塑料,ABS塑料 ABS塑料是丙烯腈(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体的三元共聚物，三种单体量可任意变化，制成各种品级的树脂。ABS兼有三种组元的共同性能，A使其耐化学腐蚀、耐热并有一定的表面硬度，B使其具有高弹性和韧性，S使其具有热塑性塑料的加工成型特性和改善电性能，因此ABS塑料是一种原料易得、综合性能良好、价格便宜、用途广泛的“坚韧、质硬、刚性”材料。良好的综合性能，使ABS塑料在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业及化工等获得广泛应用，如制造齿轮、水箱外壳、冰箱衬里、电视机外壳等。,（1）热塑性工程塑料,聚四氟乙烯(PRFE或F-4，俗称塑料王)聚四氟乙烯(PTFE)是单体四氟乙烯的均聚物(-CF2C2-n-),是一种线型结晶型聚合物。由于PTFE大分子链上有对称而均匀分布的氟原子且不带极性，故具有优良的电性能、耐高温性能及耐化学药品性;分子链间吸引力微弱，而产生链间滑动，因而具有很低的摩擦系数和不粘性。PTFE的性能特点是突出的耐高、低温性能(长期使用温度为-180260)，是目前热塑性塑料中使用温度范围最宽的一种;极低的摩擦系数(仅004)，因而可作为良好的减摩、自润滑材料;优越的化学稳定性，不论是强酸、强碱还是强氧化物对它都不起作用。其化学稳定性超过了玻璃、陶瓷、不锈钢及金、铂，故有“塑料王”之称;优良的电性能，它是目前所有固体绝缘材料中介电损耗最小的。PTFE主要用于特殊性能要求的零部件，如冷冻机械中贮藏液态气的低温设备;化工设备中的耐蚀泵，反应罐等耐蚀零件;耐磨自润滑轴承及多种耐磨件和密封环、垫圈等。,(2)热固性塑料,酚醛塑料(PF)酚醛塑料(PF)是以酚醛树脂为主要成分，再加入添加剂而制成的。它是酚类化合物和醛类化合物经缩聚而成，其中以苯酚与甲醛缩聚而得的酚醛树脂最为重要。PF具有一定力学强度(b约为40MPa)和硬度，绝缘性能良好，兼有耐热、耐磨、耐蚀的优良性能，但不耐碱，性脆。这类塑料因填料不同性能差异很大。PE广泛应用于机械、汽车、航空、电器等工业部门用来制造各种电气绝缘件(如电气开关插头、电话机外壳等)，较高温度下工作的离合机构零件，耐磨及防腐蚀材料，并能代替部分有色金属(Al、紫铜、青铜等)制作零件，如汽车、火车等机车车辆用的刹车、离合器片，化学工业用的耐酸泵、防腐蚀管道等，纺织工业用的无声齿轮等。,(2)热固性塑料,环氧塑料(EP)环氧塑料(EP)是由环氧树脂加入固化剂填料或其它添加剂后制成的热固性塑料。环氧树脂是很好胶粘剂，有万能胶之称。在室温下容易调合固化，对金属和非金属都有很强的胶粘能力。环氧塑料(EP)具有高的力学强度，较好韧性，在较宽的频率和温度范围内具有良好的电性能，通常具有优良的耐酸、碱及有机溶剂的性能，还能耐大多数霉菌，耐热、耐寒(可在-80155温度范围内长期使用)，具有突出的尺寸稳定性等。EP浇注多用于电子、电器设备和零件的包装与封装，被浇铸的电气设备在潮湿海岸地带或各种特殊环节下均能使用。能大大延长设备的使用寿命。模塑以陶土、石英、石墨粉和玻璃纤维等增强，用传递模塑成型，成型温度150，适用于不宜受压的电子零件。层压系用环氧树脂浸渍纤维后，于150和130140MPa的压力下成型，亦称环氧玻璃钢，常用作化工管道和容器，汽车、船舶和飞机等的零部件(如飞机升降舵和导管的结构板、轻质蜂窝材料等)及运动器具、电器开关装置、印刷线路板底座等。,