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43 实验十四聚乙烯表面紫外接枝改性及表征（30学时）一、实验目的和要求1．掌握紫外光引发聚合物表面接枝的原理和实验方法。

2．学习表面接触角的测定方法。

3．学习红外光谱的定量分析方法。

4．学习用热失重分析方法表征聚合物的热性能。

5．学习粘接性能测试方法。

6．培养从事科学研究所需的基本素质和技能。

7．培养安全意识。

注意紫外设备的安全操作。

二、实验原理1．概述聚乙烯polyethylene PE是一种性能优良的通用塑料，具有优良的耐低温性、耐化学性、电绝缘性能、耐辐射性、以及良好的抗水性等。

聚乙烯薄膜、片材及各种注塑成型制品被广泛应用于各行各业中。

但是在许多情况下，这些制品还需经过粘接、电镀、涂饰、印刷等二次加工。

然而，聚乙烯仅由碳氢原子组成，没有极性元素存在，是非极性高分子材料，表面能很低，不容易和其它化学物质发生反应。

它与其它材料间只有很弱的范德华力，不可能形成强的氢键或酸-碱作用。

此外聚乙烯表面光滑，结晶度高，在室温下不能被任何溶剂溶解。

这些特性决定了聚乙烯是非常难于粘接的材料，在其表面进行印刷、涂饰等加工都非常困难。

由于其表面的憎水性，聚乙烯不能被用作替代人体器官的高分子材料。

为了克服聚乙烯的这些缺点，扩大它的应用范围，因此需要对聚乙烯表面进行改性，赋予其一些新的性能，如吸水性、可粘接性、生物相容性等。

1-5 表面改性是指在保持材料或制品原性能的前提下，赋予其表面新的性能。

目前采用的聚合物表面改性方法主要包括：表面涂覆法、表面氧化法（火焰氧化法、电晕放电法、等离子体法、酸处理、溴化法等），表面接枝法（化学引发接枝法、等离子体法、紫外光接枝法，以及高能辐射接枝法等）。

由于表面氧化法形成的氧化层不稳定，时间长了后会发生重排被包埋在聚合物内部而失去效果。

所以更多被采用的办法是表面接枝法。

紫外光接枝法由于接枝可严格限定在聚合物表面而不损害本体性能、简便易用、设备成本低、易于连续化生产等优点而成为近年来发展最快的表面改性技术。

13 高分子材料13.1 高分子材料的合成与生产13.2 高分子材料的性能特点13.3 常用高分子材料及其应用1213.1 高分子材料的合成与生产一.高分子的合成1.加聚反应（addition polymerization）2.缩聚反应（polycondensation）3常用的加工方法Ö挤出成型Ö注射成型Ö压缩成型Ö压注成型Ö吹塑成型Ö浇铸成型Ö发泡成型：机械、物理、化学Ö冷塑（冷压烧结）二.高分子材料制品的生产4三、高分子材料的分类按高聚物的热行为1.热固性高聚物2.热塑性高聚物按性能和用途1.塑料2.橡胶3.纤维4.胶粘剂5.涂料6.泡沫材料按来源1.天然高聚物2.合成高聚物按主链结构1.碳链高分子化合物2.杂链高分子化合物3.元素有机高分子化合物4.元素无机高分子化合物高分子化合物513.2 高分子材料的性能特点（1）玻璃态（T<Tg ）（2）高弹态(Tg<T<Tf)（3）粘流态（T>Tf)一、高分子材料的力学状态6（一）高分子材料的粘弹性1.蠕变72、应力松弛（一）高分子材料的粘弹性83、滞后（一）高分子材料的粘弹性94、内耗6高聚物材料在交变应力作用下，因滞后现象而引起一部分能量以热的形式损耗掉，这部分能量损耗称为内耗6高聚物材料在拉伸与回缩过程中，外界对高聚物所做的功大于高聚物向外界做的功，二者之差为克服分子间内摩擦所损耗的功，即内耗。

（一）高分子材料的粘弹性10高分子材料的应力应变曲线11（二）弹性Î高聚物的弹性形变可分为普弹形变和高弹形变。

高弹形变是处于高弹态的高聚物所独有的性能，它来源于高分子链中链段的运动，表现为在较小的外力作用下却能产生较大的形变。

Î决定高弹性的基本因素Ö大分子链的柔顺性：柔顺性越好，弹性越高Ö大分子链的聚集态：处于结晶态的高聚物不会有高弹性，只有那些由柔性高分子链组成的处于无定形态的高聚物，才具有高弹性。

塑料的定义、性能、特点及常用塑料介绍 塑料的定义、性能、特点及常用塑料介绍一、塑料的来源塑料是以石油或天然气为原料，经提炼、裂解成各种石化基本原料（单体）后，再经聚合反应（加成聚合或缩合聚合）而得的高分子树脂。

各类塑料经过逐步加工衍生出各种下游制品，包括橡胶、涂料、接着剂、人造纤维、合成树脂等。

二、塑料的定义塑料是以石油或天然气为原料，经过合成反应而得到的高分子树脂。

所谓高分子树脂是指单体化合物经过聚合反应，聚合合成高分子聚合体，其分子量可达到数千甚至数百万。

在高分子领域的分类上，分子量未达1000者称为低分子，介于1000～10000者称为准高分子或寡聚合体（Oligomer），大于一万以上者称为高分子（Polymer）。

一般常用来做成型加工的塑料，其分子量大约在10000～1000000之间，而分子量低于一万的寡聚合体则常用来做纺织用树脂、涂料、接着剂、合成树脂等。

所以，并非所有高分子聚合体均可作为塑料的用途，事实上要看其分子量、分子结构、官能基、玻璃转移温度（Glass transition temperature,简称Tg）等种种因素，塑料随温度与分子间键结而呈现玻璃态、橡胶态、熔胶态等变化。

三、塑料的种类一般而言，塑料可大分为两大类：热塑性塑料（Thermoplastic）及热固性塑料(Thermosetting)。

热塑性塑料在常温下通常为颗粒状，加热到一定温度后变成熔融状，将其冷却后则固化成型，若再次加热则又会变成熔融状，可进行再次的塑化成型。

因此，热塑性塑料可经加热熔融而反复固化成型。

热塑性塑料分通用塑料（如PE、PP、PS、PVC、ABS等）、工程塑料（如PC、PA、POM、PBT、PPO、PPS、LCP等）和合金（如PC/ABS等）。

热固性塑料则是加热到一定温度后变成固化状态，即使继续加热也无法改变其状态。

四、工程塑料的定义及其特性工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料，其性能包括：1. 热性质：玻璃转移温度(Tg)及熔点(Tm)高；热变形温度(HDT)高；长期使用温度高(UL-746B)；使用温度范围大；热膨胀系数小。

环球聚氨酯网3Fe atu rin g Commen t 特约评论通用塑料展示泡沫系统聚氨酯材料用于核废料运输编译：施思近40年来，一直负责保护核物质运输防火防碰撞的通用塑料公司将参加2月24-28日于亚利桑那州凤凰城举行的2013废物管理会议。

因为之前的几届会议都集中讨论了放射性材料的管理和处置，因此本届会议吸引了全球范围内超过2000名与会者。

通用塑料打算高调推出其特制的海运集装箱和核包装泡沫内衬。

全球范围内的客户都依赖F R-3700系列产品进行核废料运输通用公司的硬质闭孔聚氨酯LAST-A-FOAM FR-3700高性能核心系列泡沫将超强抗冲击性和出色的防火效果相结合。

通用塑料承包生产集装箱内衬，实现数控功能并且能够接受客户特殊要求定制。

通用塑料也可以提供FR-3700系列泡沫给那些希望自己生产内衬的客户。

LAST-A-FOAM FR-3700系列在核物质运输领域的性能比木质或是其他聚合材料要强。

作为放射性物品运输或是包装的内衬，该产品的吸能和防火性能很强。

通用塑料还将在展会现场进行跌落测试来展示该材料的吸能效果。

该材料完全达到了放射性物质包装对吸能和防火等条款的要求。

通用塑料定制的AST-A-FOAM FR-3700内衬可适用于一下的放射性废物集装箱：圆桶集装箱MAP-12,OPUSTravellersTruPact I II IIIUX-30集装箱防碰撞限制器该材料的物理性能也很优越。

工作人员取已生产20年的LAST-A-FOAM FR-3720样品进行测试，发现抗压强度和防火性能没有丝毫的减弱。

该材料非常稳定，能抗大多数的化学品和溶剂的腐蚀。

遇水也不会膨胀、裂缝或是分解。

LAST-A-FOAM 3700不含氯氟烃，密度范围在4-40磅/立方尺可选。

通用塑料总裁Bruce Lind 说道：“全球范围内的客户都依赖FR-3700系列的优质特性和高质量来运输核废料，40多年的成功经验无疑证明了这种材料在该应用领域的良好效果”。

五大通用塑‎料简介一．原油，石脑油，单体及通用‎塑料原料的‎关系原油---→石脑油--→单体(乙烯单体，丙烯单体）-→PE,PP天然气-→单体(乙烯单体，丙烯单体) -→PE,PP煤化工：二．五大通用塑‎料简介（名称，常用物性指‎标，性能，外观，应用，季节性需求‎，常用国产/进口牌号）1.通用塑料：一般是指产‎量大、用途广、成型性好、价格便宜的‎塑料。

2.通用塑料有‎五大品种，即聚乙烯（PE）、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及ABS。

它们都是热塑性塑料‎。

（1）聚乙烯（PE）聚乙烯是塑‎料工业中产‎量最高的品‎种。

聚乙烯是不‎透明或半透‎明、质轻的结晶‎性塑料，具有优良的‎耐低温性能‎（最低使用温‎度可达－70 ~ －100℃），电绝缘性、化学稳定性‎好，能耐大多数‎酸碱的侵蚀‎，但不耐热。

聚乙烯适宜‎采用注塑、吹塑、挤塑等方法‎加工。

PE根据密‎度不同可分‎为：低密度聚乙‎烯LDPE；高密度聚乙‎烯HDPE；线性低密度‎聚乙烯LLDPE‎。

（2）聚丙烯（PP）聚丙烯是由‎丙烯聚合而‎得的热塑性塑料‎，通常为无色‎、半透明固体‎，无臭无毒，密度为0.90 ~ 0.919克/厘米，是最轻的通‎用塑料，其突出优点‎是具有在水‎中耐蒸煮的‎特性，耐腐蚀，强度、刚性和透明性都‎比聚乙烯好‎，缺点是耐低‎温冲击性差‎，易老化，但可分别通‎过改性和添‎加助剂来加以改进‎。

聚丙烯的生‎产方法有淤‎浆法、液相本体法‎和气相法3‎种。

（3）聚氯乙烯（PVC）聚氯乙烯是由氯乙烯聚合而得的‎塑料，通过加入增塑剂，其硬度可大‎幅度改变。

它制成的硬‎制品以至软‎制品都有广‎泛的用途。

聚氯乙烯的生产方法‎有悬浮聚合‎法、乳液聚合法和本体聚‎合法，以悬浮聚合‎法为主。

（4）聚苯乙烯（PS）通用的聚苯乙烯是苯乙烯的聚合物，外观透明，但有发脆的‎缺点，因此，通过加入聚‎丁二烯可制‎成耐冲击性‎聚苯乙烯（HTPS）。

PS,PP,PVC,PET,ABS,HIPS塑料一 PS塑料(聚苯乙烯)英文名称:Polystyrene比重:1.05克/立方厘米成型收缩率:0.6-0.8%成型温度：170-250℃干燥条件：---物料性能电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,无色透明,透光率仅次于有机玻璃,着色性耐水性,化学稳定性良好,强度一般,但质脆,易产生应力脆裂,不耐苯.汽油等有机溶剂.适于制作绝缘透明件.装饰件及化学仪器.光学仪器等零件.成型性能1.无定形料,吸湿小,不须充分干燥,不易分解,但热膨胀系数大,易产生内应力.流动性较好,可用螺杆或柱塞式注射机成型.2.宜用高料温,高模温,低注射压力,延长注射时间有利于降低内应力,防止缩孔.变形.3.可用各种形式浇口,浇口与塑件圆弧连接,以免去处浇口时损坏塑件.脱模斜度大,顶出均匀.塑件壁厚均匀,最好不带镶件,如有镶件应预热.二PP塑料 (聚丙烯)英文名称:Polypropylene比重:0.9-0.91克/立方厘米成型收缩率:1.0-2.5% 成型温度：160-220℃干燥条件：---聚丙烯是继尼龙之后发展的又一优良树脂品种，它是一种高密度、无侧链、高结晶必的线性聚合物，具有优良的综合性能。

未着色时呈白色半透明，蜡状；比聚乙烯轻。

透明度也较聚乙烯好，比聚乙烯刚硬。

物料性能密度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆,不耐模易老化. 适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件成型性能 1.结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解.2.流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形.3.冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温低方向方向性明显.低温高压时尤其明显,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,留痕,90度以上易发生翘曲变形4.塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中.特定条件下容易分解常见制品：盆、桶、家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杠等。

一、聚丙烯（PP）1、密度：PP是所有合成树脂中密度最小的，仅为0.90~0.91g/cm3，是PVC 密度的60%左右。

这意味着用同样重量的原料可以生产出数量更多同体积的产品。

2、力学性能：PP的拉伸强度和刚性都比较好，但冲击强度较差，特别是低温时耐冲击性差。

此外，如果制品成型时存在取向或应力，冲击强度也会显著降低。

虽然抗冲击强度差，但经过填充或增强等改性后，其机械性能在许多领域可与成本较高的工程塑料相竞争。

3、表面硬度：PP的表面硬度在五类通用塑料中属低等，仅比PE好一些。

当结晶度较高时，硬度也相应增加一些，但仍不及PVC、PS、ABS等。

4、热性质：在五大通用塑料中，PP的耐热性是最好的。

PP塑料制品可在100℃下长时间工作，在无外力作用时，PP制品被加热至150℃时也不会变形。

在使用成核剂改善PP的结晶状态后，其耐热性还可进一步提高，甚至可以用于制作在微波炉中加热食品的器皿。

5、耐应力开裂性：成型制品中残留有应力，或者制品长时间在持续应力下工作，会造成应力开裂现象。

有机溶剂和表面活性剂会显著促进应力开裂。

因此应力开裂试验均在表面活性剂存在下进行。

常用的助剂为烷基芳基聚乙二醇。

试验表明PP在表面活性剂浸泡时的耐应力开裂性能和在空气中一样，有良好的抵抗能力，而且PP的熔体流动速率越小（分子量越大），耐应力开裂性越强。

6、化学稳定性：PP的化学稳定性优异，对大多数酸、碱、盐、氧化剂都显惰性。

例如在100℃的浓磷酸、盐酸、40%硫酸及其它们的盐类溶液中都是稳定的，只有少数强氧化剂如发烟硫酸等才可能使其出现变化。

PP是非极性化合物，对极性溶剂十分稳定，如醇、酚、醛、酮和大多数羧酸都不会使其溶胀，但在部分非极性有机溶剂中容易溶解或溶胀。

7、气密性（气体阻隔性）：PP对氧气、二氧化碳和水蒸汽都有一定的透过性，比起尼龙（PA）和聚酯（PET）都有明显差距，对于高阻隔性塑料，如PVDC、EVOH等就差得更多了。

通用塑料：聚乙烯（PE）含：LDPE（高压聚乙烯）、HDPE（低压聚乙烯）、MDPE（中压聚乙烯）、LLDPE（线性聚乙烯）、UHMWPE（超高分子量聚乙烯）、ULDPE(超低分子量聚乙烯)，mPE（茂金属聚乙烯）、EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）、CPE（氯化聚乙烯）、EPE（可发性聚乙烯,又称珍珠棉）、EVOH（乙烯-乙烯醇共聚物）、EAA（乙烯丙烯酸共聚物）、EEA（乙烯—丙烯酸乙脂共聚物）、EMH（乙烯-丙烯酸酯、马来酸酐三元共聚物）、EMA（乙烯-丙烯酸甲酯共聚物）、EPDM（三元乙丙橡胶）、PVA(聚乙烯醇)聚丙烯（PP）含：均聚PP、共聚PP、mPP（金属化聚丙烯）聚苯乙烯（PS）含：HIPS（高冲击聚苯乙烯、改苯）、EPS（发泡聚苯乙烯）、GPPS（通用级聚苯乙烯、透苯）聚氯乙烯(PVC)含：PV C、HPVC（硬聚氯乙烯）、PVDC（聚偏二氯乙烯）、CPVC(氯化聚氯乙烯)、通用工程塑料：ABS类硬胶含：AB S（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、AS（丙烯腈-苯乙烯，SAH料，SAN）、BS（丁二烯-苯乙烯，K料，K胶）、ASA（丙烯酸-苯乙烯-丙烯腈）、MBS（甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-丙烯腈共聚物，就是透明ABS，也称MABS）。

聚碳酸酯（PC）PC（聚碳酸酯,聚碳）聚酰胺（尼龙、PA）含：PA6、PA66、PA1010、PA610、PA46、PA9、PA11、PA12、PA612、PA7、PA9、PA13、PA6I，PA9T和特殊尼龙MXD6（阻隔性树脂PPA）等聚甲醛（POM）分均聚和共聚聚苯醚（PP O、PPE）PP O(聚苯醚,PPE)聚酯（PET）含：PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PTT（聚对苯二甲酸丙二醇酯）、PEN(聚二甲酸乙二醇酯)、共聚聚酯(含PETG、PCTG和PCTA以及可降解的共聚聚酯)PBT PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)特殊工程塑料聚酰亚胺（PI）PI(聚酰亚胺)聚苯硫醚（PPS）PPS(聚苯硫醚)聚砜（PSF）含：PSF（聚砜，PSU）、聚醚砜（PES）；聚亚苯基砜(PPSU)聚芳酯（PAR）PAR（聚芳酯）PEEK PEEK(聚芳醚酮,聚醚醚酮)液晶聚合物（LCP）LCP（液晶聚合物）氟塑料含：聚四氟乙烯（F4、PTFE,俗称塑料王）、聚四氟乙烯-乙烯共聚物（F40、ETFE）、聚氟乙烯（PVA）、聚三氟氯乙烯（F3、PCTFE）、聚全氟乙丙烯（F46，FEP）、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）、聚偏氟乙烯（F2、PVDF）一般用途塑料聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）PMMA（有机玻璃、亚克力、亚加力）。

最全的塑料分类知识1．按塑料用途分：①通用塑料(Universal Plastics)：一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。

包括：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚氯乙烯（PVC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、环氧树脂（EP）、酚醛树脂（PF）、聚氨酯（PU）、不饱和聚脂②泛用工程塑料(Engineering Plastics)：一般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。

包括五种：聚酰胺（PA）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、聚苯醚（PPO）③特种塑料：一般指具有特种功能（如耐热、自润滑等），应用于特殊要求的塑料。

如聚苯硫醚（PPS）、聚砜（PSU）、聚醚砜（PES）、聚四氟乙烯（PTFE）等氟塑料、聚醚醚酮（PEEK）……2．按塑料的物理化学性能分：①热塑性塑料：指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。

如聚乙烯、聚氯乙烯塑料等。

②热固性塑料：因受热或其它条件能固化成不熔不溶性物料的塑料。

如酚醛塑料、环氧塑料等。

3．按塑料成型方法分：①模压塑料：供模压用的树脂混合料。

如一般热固性塑料。

②层压塑料：指浸有树脂的纤维织物，可经叠合、热压结合而成为整体材料。

③注射、挤出和吹塑塑料：一般是指能在料筒温度下熔融、流动，在模具中迅速硬化的树脂混合科。

如一般热塑性塑料。

④浇铸塑料：能在无压或稍加压力的情况下，倾注于模具中能硬化成一定形状制品的液态树脂混合料。

如MC尼龙。

⑤反应注射模塑料：一般是指液态原材料，加压注入模腔内，使其反应固化制得成品。

如聚氨脂类。

4．按塑料半制品和制品分①模塑粉：又称塑料粉，主要由热固性树脂（如酚醛）和填料等经充分混合、按压、粉碎而得。

如酚醛塑料粉。

②增强塑料：加有增强材料而某些力学性能比原树脂有较大提高的一类塑料。