第11章 特种工程塑料、耐热及高性能聚合物
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特种工程塑料发展历史
特种工程塑料是一种具有特殊性能和用途的高性能塑料。
其发展
历史可以追溯到20世纪初。
最早的特种工程塑料是由化学工程师发现
和开发的,旨在替代传统材料,满足不同领域的特殊需求。
二战期间,由于战时需求,特种工程塑料得到了广泛的应用和发展。
例如,聚酰胺纤维(尼龙)在军事装备和绝缘材料中得到了广泛
应用。
此后,特种工程塑料的应用范围逐渐扩大,涵盖了汽车、电子、航空航天、医疗和能源等众多领域。
在20世纪50年代和60年代,由于化学工程技术的不断进步,
特种工程塑料的品种和性能得到了显著提升。
例如,聚酯、聚碳酸酯
和聚酰胺等新型塑料被广泛开发和应用。
这些塑料具有耐高温、耐化
学品、耐磨损和电绝缘等特殊性能,逐渐成为替代金属的理想材料。
随着科技的进步和工程技术的发展,特种工程塑料的品种越来越
丰富。
20世纪80年代以后,聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺(PI)和聚醚酮醚酮(PEK)等高性能塑料开始逐渐应用于航空航天和高温领域。
同时,新一代的特种工程塑料如聚醚酯、聚氨酯和聚丙烯等不断涌现,满足了不同行业对材料性能的不断提升和需求的不断扩大。
当前,特种工程塑料已经成为塑料行业的重要分支之一,广泛应
用于汽车零部件、电子器件、航空航天设备、医疗器械和能源装备等
领域。
随着科技的不断进步和需求的不断增长,特种工程塑料的研发
和创新也将持续推进,为各行各业提供更多的高性能材料解决方案。
塑料的特性和作用.txt24生活如海,宽容作舟,泛舟于海,方知海之宽阔;生活如山,宽容为径,循径登山,方知山之高大;生活如歌,宽容是曲,和曲而歌,方知歌之动听。
塑料的分类、成分及特性与制造过程塑料是一种用途广泛的合成高分子材料,在我们的日常生活中塑料制品比比皆是。
从我们起床后使用的洗漱用品、早餐时用的餐具,到工作学习时用的文具、休息时用的座垫、床垫,以及电视机、洗衣机、计算机的外壳,还有夜晚给我们带来光明的各种造型的灯具……塑料以它优异的性能逐步地代替了许多已经使用了几十年、几百年的材料和器皿,成为人们生活中不可缺少的助手。
塑料集金属的坚硬性、木材的轻便性、玻璃的透明性、陶瓷的耐腐蚀性,橡胶的弹性和韧性于一身,因此除了日常用品外,塑料更广泛地应用于航空航天、医疗器械、石油化工、机械制造、国防、建筑等各行各业。
一、塑料的分类塑料种类很多,到目前为止世界上投入生产的塑料大约有三百多种。
塑料的分类方法较多,常用的有两种:1、根据塑料受热后的性质不同分为热塑性塑料和热固性塑料热塑性塑料分子结构都是线型结构,在受热时发生软化或熔化,可塑制成一定的形状,冷却后又变硬。
在受热到一定程度又重新软化,冷却后又变硬,这种过程能够反复进行多次。
如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。
热塑性塑料成型过程比较简单,能够连续化生产,并且具有相当高的机械强度,因此发展很快。
热固性塑料的分子结构是体型结构,在受热时也发生软化,可以塑制成一定的形状,但受热到一定的程度或加入少量固化剂后,就硬化定型,再加热也不会变软和改变形状了。
热固性塑料加工成型后,受热不再软化,因此不能回收再用,如酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂等都属于此类塑料。
热固性塑料成型工艺过程比较复杂,所以连续化生产有一定的困难,但其耐热性好、不容易变形,而且价格比较低廉。
2、根据塑料的用途不同分为通用塑料和工程塑料通用塑料是指产量大、价格低、应用范围广的塑料,主要包括聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料五大品种。
特种工程塑料的性能及应用摘要:特种工程塑料一般是指,应用性能较强、具备独特物理性能的塑料,可以广泛应用于电子、特种工业等高新科技领域。
根据材质的不同,可以将其划分为不同的种类,主要包括聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)等。
关键词:特种工程塑料;应用性能;物理特性引言相比于通用型的工程塑料,特种工程塑料的综合应用性能比较高,伴随工艺技术的创新改革,对特种工程塑料的需求量正在明显增多,并且为相关产业的发展提供更加广阔的市场空间。
1、分析特种工程塑料的应用特点相比于传统的通用工程塑料,特种工程塑料具备明显的优势,长期使用温度可超过177°C,现在还未形成规模化的生产,可以把特种工程塑料定义为第三代高分子材料。
特种工程塑料具有以下特点:第一点,可以暴露在部分艰难的自然环境中,稳定性能十分强、突破传统聚合物的应用性能。
第二点,把非弹性热塑性材质作为主要材料,主要通过挤出或注射的方式进行成型加工。
第三点,经过反复的研究分析,推广成本比较高,售价高。
第四点,特种工程塑料兼具高性能和高成本,相比于通用工程塑料,其性价比方面没有明显的优势。
2、特中工程塑料行业的发展现状相比于国外,我国现在已经初步实了PI、PPA、LCP、PEEK等不同品种的产业化发展,但是和发达国家存在一定的差距,特种工程塑料产业目前处于初期的发展阶段,伴随工艺科技的不断改进,对特种工程塑料的需求量也在不断增多。
轻量化的发展趋势,为特种工程塑料行业的发展提供了广阔的市场空间,同时,各种特种工程塑料可进一步提高产品性能,原因如下:2.1起步时间较晚当前在国际上,特种工程塑料的研发工作来源于20世纪60年代后期。
且欧美国家对特种工程塑料开展了大量的研究与开发,从60年代出世的聚酰亚胺和80年代初问世的聚醚醚酮,到现在为止,已经研制出10多种的材料,这些材料具备很强的应用价值,同时已经实现产业化的发展。
但是我国特种工程塑料起步于20世纪90年代中后期,相比于国外的相关企业具有明显差距,现在还未形成较大的发展规模,大部分产品对外依存度高达70%以上。
塑料人必看:七种特种工程塑料简介及应用特种工程塑料亦称高性能聚合物,一般均为根据特殊用途需求而研制,与通用工程塑料相比性能更优异、独特,长期使用温度在200℃以上。
自上世纪60年代聚亚胺(PI)问世开始,开发成功并产业化的主要品种有聚亚胺(PI)、聚胺亚胺(PAI)、聚醚亚胺(PEI)、聚苯硫醚(PPS)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、液晶聚合物(LCP)和氟塑料等。
今天我们简单介绍其中7种特种工程塑料。
聚醚醚酮PEEK聚醚醚酮是一种线型芳香族半结晶型热塑性塑料,是一种具有传奇色彩的特种工程塑料,具有前所未有极高性能的特种工程塑料,自诞生以来就一直被作为一种重要的战略国防军工材料。
全称:聚醚醚酮结构式:合成方式:缩聚熔点:334℃玻璃化转变温度:143℃,其玻纤或纤维增强级可在250℃下长期使用。
优点:蠕变量低,弹性模量高,优异的摩擦性能,特别耐摩擦,抵抗各种介质的侵蚀及非常优异的耐化学性。
缺点:不溶于工业溶剂,合成困难,产量相对较低玻璃化转变温度低等。
应用领域:电子电气、机械、汽车工业、、石油勘探、医疗、保护涂层等图 PEEK螺丝图脊柱内固定器聚苯硫醚PPS聚苯硫醚,又叫聚苯撑硫、聚次苯基硫醚,诞生于1973年,虽然发展时间才40余年,但潜力极大,号称是第六大工程塑料,是我国能自主产业化的特种工程塑料。
全称:聚苯基硫醚结构式:合成方式:Ma callum法、缩合法、Philips法熔点:280~290℃分解温度:430~460℃(在空气中)结晶度:最高达65%优点:优良的热稳定性,长期使用温度在热塑性材料中最高,达220~240℃,优良的抗蠕变性能。
缺点:型材抗冲击性较弱,断裂伸长应变非常低。
应用领域:电子电气,机械,汽车,阻燃配件等图索尔维雾灯反光杯聚砜PSF有普通双酚A型PSF,聚醚砜和聚芳砜三种。
全称:聚砜结构式:图聚砜PSF结构式图聚醚砜PES结构式图聚芳砜PASF结构式耐热性:聚芳砜>聚醚砜>聚砜加工性:聚芳砜=聚砜>聚醚砜优点:优异的力学性能,高强度,高模量,高硬度,低蠕变性,耐热,耐寒,耐老化,热变形温度高,化学稳定性好,耐无机酸、碱、盐液的侵蚀,电绝缘性优良,耐辐射,并具有自熄性。
第十一章特种工程塑料、耐热及高性能聚合物本章主要内容:11.1 氟塑料11.2 其他特种工程塑料11.3 有机硅聚合物11.4 耐高温聚合物11.5 液晶聚合物难点:无概述♥特种工程塑料:所谓特种工程塑料主要是指具有耐高温、高强度、高模量等特性的塑料。
♥特点这类塑料具有耐高温、耐深冷、高强度、高模量、高绝缘、耐腐蚀、抗辐射、阻燃、耐老化、耐臭氧、高尺寸稳定性等优良特性。
11.1氟塑料♥定义氟塑料(F1uoroplastics)是各种含有氟原子塑料的总称,它们各由相应的含氟单体均聚或共聚而成,聚合反应通式为:式中R1、R2、R3及R4可为H、F、CF3或其他含氟的基团,但至少有一个是氟原子。
由此可知,这类聚合物以C—C链为主链,在链侧或支链上连接有一个或一个以上的氟原子。
它们称为含氟聚合物(Fluoride-containing polymers or Fluoropolymers),可用作塑料、橡胶及纤维等,其中以氟塑料的用途最为广泛。
氟塑料工业产品已有10余个品种。
在氟塑料各个品种中,以聚四氟乙烯的产量最大,用途最广,约占全部氟塑料的85%以上,故本节将以聚四氟乙烯为代表说明其合成、性能、结构。
11.1.1聚四氟乙烯的合成11.1.1.1四氟乙烯单体的生产四氟乙烯的合成方法有8种.但最适合工业生产的是由二氟一氯甲烷在高温下热裂的方法,反应式如下:11.1.1.2四氟乙烯的聚合四氟乙烯很易进行自由基聚合,可以采用本体、溶液、悬浮及乳液四种聚合方法。
因聚合放热很大,高达170kJ/mol左右。
如采用本体法,散热十分困难。
溶液法也较少采用。
工业生产中通常采用悬浮法或乳液法(又称分散法)来合成的。
1.悬浮聚合法工业生产中四额乙烯采用的悬浮聚合法.与常见的悬浮聚合法不尽相同。
聚合时,单体以气相状态逐步压入反应釜中.故此法又称单体压入法。
聚合所得的聚四氟乙烯不溶而析出。
以颗粒状悬浮于水中。
2.乳液聚合法又称分散聚合.它与一般乙烯烃类单体的乳液聚合法不同。
特种工程塑料及其应用 特种工程塑料也叫高性能工程塑料是指综合性能更高,长期使用温度在150℃以上的工程塑料,主要用于高科技,军事和宇航、航空等工业。
特种工程塑料主要包括:聚苯硫醚(PPS)、聚砜(PSF)、聚酰亚胺(PI)、聚芳酯(PAR)、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、含氟聚合物等。
PPS(聚苯硫醚)英文名称: Polyphenylene sulfide,简称PPS.中文名称: 聚苯硫醚,是一种新型高性能热塑性树脂PPS具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐辐射、阻燃、均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性以及优良的电性能等特点,被广泛用作结构性高分子材料,通过填充、改性后广泛用作特种工程塑料。
同时,还可制成各种功能性的薄膜、涂层和复合材料,在电子电器、航空航天、汽车运输等领域获得成功应用。
近年来,国内企业积极研发,并初步形成了一定的生产能力,改变了以往完全依赖进口的状况。
但是,中国PPS技术还存在产品品种少、高功能产品少、产能急待扩大等问题,这些将是PPS下一步发展的重点。
特点:具有机械强度高、耐高温、高阻燃、耐化学药品性能强等优点;具有硬而脆、结晶度高、难燃、热稳定性好、机械强度较高、电性能优良等优点。
PPS是工程塑料中耐热性最好的品种之一,热变形温度一般大于260度、抗化学性仅次于聚四氟乙烯,流动性仅次于尼龙。
此外,它还具有成型收缩率小(约0.08%),吸水率低(约0.02%),防火性好、耐震动疲乏性好等优点。
比重:1.36克/立方厘米成型收缩率:0.7%成型温度:300-330℃PPS塑料的物料性能1、电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,白色硬而脆,跌落于地上有金属响声,透光率仅次于有机玻璃,着色性耐水性,化学稳定性良好。
有优良的阻燃性,为不燃塑料。
2、强度一般,刚性很好,但质脆,易产生应力脆裂,不耐苯.汽油等有机溶剂.长期使用温度可达2 60度,在400度的空气或氮气中保持稳定。
通过加玻璃纤维或其它增强材料改性后,可以使冲击强度大为提高,耐热性和其它机械性能也有所提高,密度增加到1.6-1.9,成型收缩率较小到0.15 -0.25%适于制作耐热件.绝缘件及化学仪器.光学仪器等零件.PPS塑料的成型性能1.无定形料,吸湿小,但宜干燥后成型。