高分子材料概论复习概括

《高分子材料概论》

第1章 绪论

1.2.1 塑料

塑料是在玻璃态下使用的、具有可塑性的高分子材料。

它是以树脂为主要组分，加入各种添加剂，能在一定温度和压力下加工成形的各种材料的总称。 塑料的组成：

1）树脂:

2）填充剂（填料）:

3）增塑剂: 提高塑料的可塑性和柔软性

4）稳定剂:

5）增色剂:

6）润滑剂:

7）固化剂:

8）其他: 还有发泡剂、催化剂、阻燃剂等。

塑料的分类(注意分类举例)

1 热塑性塑料：受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成型加工。聚乙烯、聚氯乙烯

热固性塑料：在加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制品，立体网状结构，不可再生。具有更好耐热性和抗蠕变能力。酚醛树脂、环氧树脂

2）按塑料的功能和用途分类：

通用塑料：产量大、用途广、价格低的塑料，但性能一般，主要用于非结构材料。聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯

工程塑料：具有较高力学性能，能替代金属制造机械零件和工程构件的塑料。具有较宽的温度适用范围，能在苛刻条件下长时间使用。

通用工程塑料:长期在100~150℃范围内应用的塑料聚酰胺、聚苯醚、聚甲醛、聚碳酸酯 特种工程塑料:在150 ℃以上长期使用的塑料。聚砜、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚芳酯 功能塑料：导电塑料、导磁塑料、感光塑料等

1.2.2 橡胶

橡胶是以高分子化合物为基础的、具有良好高弹性的材料。线形柔性高分子聚合物，以生胶为原料，加入适量配合剂而形成。

橡胶的结构特征：（1）分子链具有足够的柔性；

（2）玻璃化温度比室温低得多：

（3）在使用条件下不结晶或结晶较小，理想情况是在拉伸时可结晶，除去外力后结晶又消失，网状结构

橡胶的组成：橡胶是以生胶为主要成分，添加各种配合剂和增强材料制成的。

按原料来源有天然橡胶和合成橡胶。

1） 生胶是指无配合剂、未经硫化的橡胶。 橡胶的主要成分

2） 填充剂、增塑剂、防老化剂、着色剂等。

① 硫化剂: 用来使生胶的结构由线型转变为交联体型结构，从而具有一定强度、韧性、高弹性。

② 硫化促进剂: 缩短硫化时间，降低硫化温度，改善橡胶性能。

③ 活化剂：用来提高促进剂的作用。

④ 填充剂：用来提高橡胶的强度、改善工艺性能和降低成本。

⑤ 增塑剂：用来增加橡胶的塑性和柔韧性。

⑥ 防老剂：用来防止或延缓橡胶老化。 橡胶的制备及成形

（一）硫 化

（二）混 合

生胶流动温度高、粘度大，它与各种配合剂的混合，需要通过塑炼和混炼来实现。

1） 塑 炼：强迫生胶反复通过两个转速不同的滚筒之间的间隙，使之在强剪切力作用下长分子链被切断，相对分子量减小，从而流动性增加（即塑性增加）的工艺过程。

2） 混 炼：将塑炼后的生胶和配合剂混合均匀的过程 混炼的加料顺序是：塑炼胶、防老剂、填充剂、增塑剂、硫化剂及硫化促进剂等。 混炼时要注意严格控制温度和时间。

（三）成 形

大多数橡胶制品都是被加热到硫化温度以上，在模具中成形。

1）模压法：2）注射法：

1.2.3 纤维

凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料均称纤维。

天然纤维（棉花、麻、蚕丝等）

人造纤维

化学纤维

合成纤维

人造纤维是用自然界的纤维加工制成，如：“人造丝”、“人造棉”。

合成纤维是由合成的聚合物制成的。

1好的衣料纤维。

2）尼龙：即聚酰胺，又称棉纶，其强度大、耐磨性好、弹性较好，主要缺点是耐光性差。

3）腈纶：即聚丙烯腈，有人造羊毛之称。

4

5

6）氯纶：即聚氯乙烯， 制了它的应用。

1.2.4 涂料 涂料是指涂布在物体表面的具有保护和装饰作用的膜层材料。

涂料的组成：1）成膜物：涂料最主要的成分，其性质对涂料的性能起主要作用

对成膜物的要求：①能溶于适当的溶剂 ②必须与物体表面和颜料具有良好的结合力

成膜物的分类：①反应型成膜物：伴有化学反应，形成网状交联结构，相当于热固型聚合物；例如环氧树脂、醇酸树脂等 ②挥发型成膜物：未发生化学反应，成膜只是溶剂挥发，成膜物为热塑型聚合物；例如纤维素衍生物、氯丁橡胶等

赋色作用 有机颜料如炭黑 颜料还有增强、赋予特殊性能、改变流变性能、降低成本等作用。

3）溶剂：即用来溶解成膜物的易挥发性有机液体

1.2.5 黏合剂

黏合剂又称胶粘剂，是一种把各种材料粘合在一起，并且在胶接面处具有足够强度的物质。 它以各种树脂、橡胶、淀粉等为基体材料，添加各种辅料而制成的。 辅料对主要成分起到一定的改性或提高品质的作用。

黏合剂的分类：

按主要成分分类:有机黏合剂（天然黏合剂（动物胶、植物胶、矿物胶）、合成黏合剂（热塑性树脂黏合剂、热固性树脂黏合剂、橡胶型黏合剂、合金型黏合剂））、无机黏合剂（磷酸盐型、硅酸盐型、硼酸盐型、玻璃陶瓷及其他低熔点物等）

按受力情况分类：结构型黏合剂、非结构型黏合剂、特种黏合剂

按使用形式分类：单组分黏合剂、双组分黏合剂

按黏合剂形态分类：水性胶、溶剂型胶、无溶剂胶、膏状物、固体形状、

1.2.6聚合物基复合材料

聚合物基复合材料是以高分子聚合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。 聚合物基复合材料具有许多优异性能：

1）具有很高的比强度及比模量；2）耐疲劳性能好；3）减震性能好；4）过载安全性好；

5）耐高温性好；6）具有很强的可设计性

1.2.7聚合物合金

把不同种类的聚合物加以混合得到的具有理想性能的聚合物材料，称为聚合物共混物或聚合物合金。

聚合物合金种类繁多，主要包括

均聚物、共聚物（无规、交替、嵌段、接枝共聚物）、共混物（物理混合物、化学混合物 渐变聚合物）

聚合物合金的主要制备途径：1）物理共混：机械共混、溶液共混、胶乳共混

2）化学共混：具有化学反应为特征的共混

溶液接枝共混、互穿聚合物网络

1.2.7功能高分子材料

功能高分子材料是除了力学功能、表面和界面功能以及部分热学功能的高分子材料。 主要包括有物理功能、化学功能、生物功能和功能转换型的高分子材料

1.3 高分子材料的成型加工(重要)

高分子材料成型制品：注射、挤出、压制、压延、缠绕、铸塑、烧结、吹塑等

高分子材料涂覆：喷涂、浸渍、黏结、沸腾床等离子喷涂等

最主要、最常用的加工方法是：挤出成型、注射成型、吹塑成型、压制成型(原理、过程) 挤出成型过程：第一阶段：塑化 第二阶段：成型 第三阶段：定型

注射成型又可称为注射模塑或注塑，主要用于热塑性塑料，是热塑性塑料成型中应用最广泛的一种成型方法。它能生产形状复杂、薄壁、嵌有金属或非金属的塑料制品，因此应用广泛。

注射成型最重要的工艺条件

1）温度：主要包括料筒温度、喷嘴温度、模具温度

2）压力：主要包括塑化压力、注射压力

3）成型周期：完成一次注射成型过程所需要的时间，主要包括注射时间、闭模冷却时间及其他时间（开模、脱模、安放嵌件和闭模时间等）

吹塑成型是塑料材料的二次成型，仅适用于热塑性材料的成型。

吹塑成型主要包括中空吹塑成型、 吹塑薄膜、吹塑薄片等成型方法

中空吹塑成型主要产品是塑料瓶、、儿童玩具、水壶以及贮存酸、碱的大型容器等。 对于中空吹塑的材料的要求：

（1）气密性好

（2）耐环境应力开裂性好

（3）耐冲击性要好

另外，还要求有较好的抗静电性、耐药品性和耐挤压性等。

压制成型分为模压成型和层压成型两种

模压成型工艺种类：（1）模塑粉模压法（2）吸附预成型坯模压法（3）团状模塑料及散状模塑料模压法（4）片状模塑料模压成型法（5）高强度短纤维料模压成型法（6）定向铺设模压成型

层压成型过程主要包括填料的浸胶、浸胶材料的干燥和压制等步骤。

层压成型所制得的层压塑料往往是板状、管状、棒状或其他简单性状的制品。

第2章 通用塑料

通用热塑性塑料:柔韧性大、脆性低、加工性能好，但刚性、耐热性、尺寸稳定性较差。 (综合性能好、力学性能一般、产量大、应用范围广、价格低廉。)

通用热固性塑料：刚性高、耐蠕变性好、耐热性好、尺寸稳定性好、不易变形，但加工复杂，效率低 (在加工过程中发生化学变化，分子结构从加工前的线型转变为体型结构，再加热也不会流动。)

2.1 聚乙烯（PE，polyethylene）聚乙烯加工工艺

自由基聚合而成 线性聚合物，高分子长链脂肪烃，分子链空间呈平面锯齿形排布，分子对称

⏹ （1）分子式：—[—CH2——CH2—]n—

（2） 支化结构：（a）高密度PE （HDPE）（b）低密度PE（LDPE）（c）线性低密度PE分子链（LLPDE）

性能：无臭、无味、无毒，乳白色蜡状固体；易燃；透水率低

⏹ 1）力学性能一般，软而韧；拉伸强度比较低；表面硬度不高；抗蠕变性差；抗冲

击性能较好

⏹ （2）热性能耐热性不高；耐低温性能很好，脆化温度-50℃；热导率较高，

HDPE>LLDPE >LDPE ；线膨胀系数较大， LDPE>LLDPE >HDPE

⏹ （3）耐化学药品性惰性，化学稳定性好 常温下，一般不溶于溶

⏹ （4）电性能 电性能优异 介电损耗低，高频绝缘耐电晕性好，介电强度高，高压

绝缘

（5）聚乙烯在许多活性物质作用下产生应力开裂的现象

2.1.3 聚乙烯的加工性能：熔融状态下进行加工，注意以下几点：

⏹ （1）由于吸湿性低，原料可不必干燥；

⏹ （2）加工时需选择合适的熔融流动速率；

⏹ （3）聚乙烯结晶能力高，制品冷却后收缩率高；

⏹ （4）高温下聚乙烯易氧化，尽量避免与氧接触

⏹ （5）由于环境应力开裂性能，避免与脂肪烃、芳香烃、矿物油、醇类等化学品接

触

2.1.5 聚乙烯的应用：

⏹ 低密度聚乙烯(LDPE) ：日用制品、薄膜、软质包装材料、层压板、电线电缆包覆

等

⏹ 高密度聚乙烯(HDPE) ：小负荷齿轮和轴承、化工管道、阀门、高频电缆绝缘层、

硬质包装材料等

2.2 聚丙烯（PP，polypropylene）

⏹ 丙烯单体通过气相本体聚合、淤浆聚合、液态本体聚合等方法制备

⏹ 线性结构：

存在等规、间规、无规三种立体结构

等规：结构规整性好，高度结晶性，熔点高，硬度和刚度大，力学性能好

间规：性能介于两者之间，结晶能力较差，硬度刚度小，冲击性能较好

无规：无定形材料，强度很低，使用价值小

2.2.2 聚丙烯的性能 注意

无毒、无味、无臭、半透明蜡状固体，密度小。

⏹ （1）力学性能:与聚乙烯相比，强度、刚度、硬度都比较高；抗冲击强度对温度的依

赖性大；优良的抗弯曲疲劳性

⏹ （2）电性能 优良的电绝缘性；耐电弧性好

⏹ （3）热性能 良好的耐热性；良好的耐沸水、耐蒸汽性；热导率小于聚乙烯

⏹ （4）耐化学药品性 很高的耐化学腐蚀性 良好的耐环境应力开裂性

⏹ 5）环境性能 耐候性差，对紫外线敏感，易降解

⏹ （6）其他性能 极易燃烧；氧气透过率较大；透明性较差；表面极性低，耐化学药品

性能好，但印刷、黏结等二次加工性差

2.2.3 聚丙烯的加工性能

（1）吸水率低，加工前不需要干燥；（2）提高压力或温度可改善熔体流动性；

（3）成型收缩率较大，具有明显的后收缩性；（4）受热易氧化降解，高温下对氧敏感；

（5）一次成型优良，成型加工方法多

2.2.4 聚丙烯的改性(重要)

⏹ 聚丙烯由于存在如下缺陷：低温脆性大、热变形温度低、收缩率大、厚壁制品易产

生缺陷等，需要改性

（1）聚丙烯共聚物

一般是丙烯与乙烯共聚

分为无规共聚物和嵌段共聚物

⏹ ①无规共聚物：乙烯单体含量1~7%

⏹ 性能：具有较好的光学透明性、柔顺性、较低的熔融温度、很高的抗冲击性

⏹ 用途：高透明薄膜、上下水管、供暖管材、注塑制品

⏹ ②嵌段共聚物：乙烯单体含量5~20%

⏹ 性能：较好的刚性和低温韧性

⏹ 用途：大型容器、中空吹塑容器、机械零件、电线电缆

⏹ 2）聚丙烯合金

⏹ ①与高密度聚乙烯共混：改善聚丙烯的韧性

⏹ ②与乙丙橡胶、热塑性弹性体共混：改善韧性、耐寒性、冲击性能

⏹ ③聚丙烯与聚酰胺共混：改善其耐热性、耐磨性、抗冲击性和染色性

⏹ （3）填充聚丙烯

⏹ 粉末状碳酸钙、硫酸钙、滑石粉、云母及木粉

⏹ 改善刚度、硬度、弹性模量热变形温度、耐蠕变性、成型收缩率、线膨胀系数 ⏹ （4）增强聚丙烯

⏹ 玻璃纤维 10~40%

改善拉伸强度、耐热性、刚性、硬度、耐蠕变性、线膨胀系数、成型收缩率等

（5）茂金属聚丙烯

具有独特的间规立构规整性

性能：流动性能好、强度高、硬度大、耐热性好、熔点低、透光率高、光泽性好、韧性强（P45，表2-21）

⏹ 用途：包装薄膜、汽车保险杠、片材、瓶、复合纤维等

2.2.5 聚丙烯的应用

聚丙烯属等规立构，结晶性塑料，外观乳白半透明。

主要用于家庭厨房用具、包装薄膜、医疗器械、高频绝缘材料；化工管道、家用电器部件等，以及汽车及机械零部件，如车门、方向盘、齿轮、接头等。

2.3 聚氯乙烯（PVC）（polying chloride） ⏹ ⏹ ⏹ ⏹

聚氯乙烯是氯乙烯单体在过氧化物、偶氮化合物等引发下，或在光、热作用下按自由基聚合反应的机理聚合而成的聚合物

无定形结构 头-尾相接 分子结构式：

2.3.2 聚氯乙烯的性能 ：白色或淡黄色坚硬粉末；密度1.35~1.45g/cm3；透气性和透湿率

较低

1）力学性能 较高的强度、刚度、硬度 较低的韧性、断裂伸长率和冲击强度 耐磨性一般

2）热性能 热稳定性特别差，在65~80℃之间使用，140℃分解；

3） 电性能 比较好的电性能；介电常数、介质损耗、体积电阻率较大；耐电晕性不好；

4） 化学性能 耐化学药品性好，化工防腐材料

5）其他性能氯原子存在，具有良好的阻燃性能 对光、氧、热及机械作用都比较敏感，易发生降解，脱除HCl

2.3.3 聚氯乙烯的成型加工(聚氯乙烯添加剂)

⏹

添加稳定剂减少热分解，成型温度严格控制

添加适量的润滑剂改善加工性能

注射挤出时采用中速 或低速

2.3.4 聚氯乙烯的添加剂 重要

1、稳定剂（P50，表2-24）

⏹ 热稳定剂、抗氧剂、紫外线吸收剂

⏹ 作用：与分解放出的HCl反应，清除HCl；与游离基及双键反应，抗氧效果

⏹ 常用的热稳定剂：铅化合物及盐化合物

⏹ 光稳定剂：有机物系统

⏹ 紫外线吸收剂：钡、镉复合稳定剂

2、增塑剂

⏹ 要求与聚氯乙烯有较好的相容性

3、润滑剂

⏹ 克服摩擦阻力

4、填料及其他添加剂

⏹ 提高制品的硬度、改善电性能、降低成本

⏹ 常用的填料有碳酸钙、滑石粉、陶土、碳酸镁、重晶石粉等

2.3.6 聚氯乙烯的应用

纯聚氯乙烯属无规立构，无色透明，硬而脆，很少应用。常利用橡胶和增塑剂对其改性处理。

硬聚氯乙烯：用于工业管道、给排水系统、板件、管件、建筑及家用防火材料，化工防腐设备及各种机械零件。

增塑（软）聚氯乙烯：用于窗帘、桌布、雨衣、手提箱、人造革、墙纸；农用薄膜、耐酸碱软管及电线电缆包覆层等。

2.4.3 ABS树脂

分子式：

2.4.3.1 ABS的性能

无定形高分子材料，不透明，浅象牙色，无毒无味，相对密度1.05

ABS塑料具有较好的抗冲击性能、尺寸稳定性和耐磨性，成型性好，不易燃，耐腐蚀性好，但不耐酮、醛、酯、氯代烃类溶剂。

⏹ （１）力学性能 优良 冲击强度高； 可在极低的温度下使用；良好的耐磨性、耐油性；

尺寸稳定性好

⏹ （２）热性能 热变形温度８５～１１０℃ 很高的耐寒性

⏹ （３）电性能 良好的电绝缘性

⏹ （４）耐化学药品性 良好的耐化学试剂性

⏹ （５）环境性能 耐候性较差，易氧化降解

2.4.3.3 ABS的应用

ABS作为“坚韧、质硬且刚性”的材料，是最早被人类认识和使用的“高分子合金”。 用于轻载齿轮、轴承，电器外壳，汽车部件，各类容器、管道等。

2.5.1 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA， polymethyl methacrylate ）

聚合方法：悬浮聚合、本体聚合、溶液聚合、乳液聚合

2.5.1.3 PMMA的应用

2.6 酚醛树脂

酚类化合物与醛类化合物缩聚后所得到的树脂

⏹ 酚类化合物：苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚等

⏹ 醛类化合物：甲醛、乙醛、糖醛等

⏹ 催化剂：氢氧化钠、氢氧化钡、氨水、硫酸、盐酸、对甲苯磺酸等

2.6.1 酚醛树脂的合成（重要）

根据酚类和醛类的反应摩尔比及反应介质PH值的差异，可以分别得到热固性和热塑性两类材料。

苯酚上与羟基邻位或对位的3个氢原子都很活泼，均能与甲醛发生两种情形下的缩聚反应：

2.6.1.1热塑性酚醛树脂的合成

反应条件：PH

反应过程：（1）加成反应；(2) 缩合反应；（3）缩聚反应

热塑性树脂不存在羟甲基侧基，只能熔融而不会自行交联

2.6.1.2 热固性酚醛树脂的合成

反应条件：PH>7，甲醛：苯酚>1

反应过程：（1）加成反应；（2）缩聚反应

2.6.2 酚醛树脂的固化

⏹ 热固性树脂的热固化性能主要取决于制备树脂时酚与醛的比例和体系合适的官能度。

固化方式两种：加热或加酸

1）热压固化：加热温度145~175℃，挥发分

⏹ 一般来说，热压过程中产生的挥发分越多，热压过程中温度越高，所需要的成型压

力就越大。

2）加酸固化：温度低，酸类固化剂，盐酸、磷酸、对甲苯磺酸、苯酚磺酸等

⏹ 热塑性酚醛树脂的固化

需要加入聚甲醛、六次甲基四胺等固化剂才能使树脂固化

六次甲基四胺是常用的固化剂

2.6.3 酚醛树脂的性能

⏹ 无定形聚合物

⏹ （1）强度及弹性模量都比较高，使用温度高，但抗冲击性能差，需加入填充增强

剂；

⏹ （2）耐化学药品性能优良，可耐有机溶剂和弱酸弱碱，但不耐浓硫酸、硝酸、强

碱及强氧化剂的腐蚀；

⏹ （3）电绝缘性能较好，较高的绝缘电阻和介电强度，是一种优良的工频绝缘材料； ⏹ （4）蠕变小，尺寸稳定性好，且阻燃性好，发烟量低

⏹ （5）吸水性较大

2.6.4 酚醛树脂的成型加工

⏹ 模压、层压、泡沫成型

1）模压塑料

对树脂的要求：对增强材料和填料要有良好的浸润性能；树脂要有适当的黏度，良好的流动性；树脂的固化温度低，工艺性好，并能满足模压塑料的一些特殊性能要求。 模压塑料的组成：

树脂：对填充材料进行黏结

填充材料：粉状填料和纤维状填料 （要求：密度小，油吸附量低，空隙小，不易腐蚀，成本低，易分散不易结块，无杂质颗粒级分搭配适当）

固化剂：六次甲基四胺

固化促进剂：煅烧氧化镁

稀释剂：降低树脂黏度，增加树脂对填充材料的浸润能力。改进树脂的工艺性能；常用丙酮、乙醇

润滑剂：防止模塑粉在压制过程的粘模现象；常用的有油酸、硬脂酸及其盐类

脱模剂：阻止树脂和表面的黏合

着色剂：增加外观的鲜艳色泽，使制品美观大方；常用钛白粉、氧化铬、氧化铁红等 模压塑料的用途：

⏹ 酚醛模压塑料具有优良的力学性能 、耐热性能、耐磨性能

⏹ 可以用来制作电器绝缘件；如灯头、开关、插座、汽车电器等

⏹ 可用来制作制动零件、刹车片、摩擦片、耐高温摩擦制品等

2）层压塑料 层压塑料是以甲阶热固性酚醛树脂为黏合剂，以石棉布、牛皮纸、玻璃布、木材片及绝缘纸等片状填料为基材，放入到层压机内通过加热加压成层压板、管材、棒材或其他制品 层压塑料的特点：

力学性能好、吸水小、尺寸稳定性、耐热性能优良、价格低廉且可根据不同的性能要求选择不同的填料和配方来满足不同用途的需要。

3）泡沫塑料

⏹ 制备：热塑性或甲阶热固性酚醛树脂，加入发泡剂、固化剂等发泡固化后得到的。 ⏹ 优点：质量轻、刚性大、尺寸稳定性好、耐热性高、阻燃性好、价格低

⏹ 缺点：脆性较大

⏹ 用途：可用于耐热和隔热的建筑材料、救生材料以及保存和运输鲜花的亲水性材料。

2.7 环氧树脂（epoxy resin, EP）

环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧基团 的线性有机高分子化合物

⏹ 环氧树脂的固化体系组成：环氧树脂、固化剂、稀释剂、增塑剂、增韧剂、增强剂、

填充剂等

⏹ （1）形式多样化

⏹ （2）黏附力强

⏹ （3）收缩率低

⏹ （4）优良的力学性能

⏹ （5）优良的化学稳定性；

⏹ （6）良好的电绝缘性能；是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝

缘材料

⏹ （7）突出的尺寸稳定性和耐久性；

⏹ （8）耐大多数霉菌，可在苛刻的热带条件下使用

⏹ 缺点：成本高，毒性较大

2.7.4 环氧树脂的应用 尺寸稳定性，优良的电绝缘性能。

⏹ 主要用于：仪表构件、塑料模具、精密量具、电子元件的密封和固定、粘合剂、复

合材料等。

第3章 工程塑料

工程塑料是指物理力学性能及热性能比较好的、可以当作结构材料使用的且在较宽的温度范围内可承受一定的机械应力和较苛刻的化学、物理环境中使用的塑料材料。

特性：优异的力学性能、化学性能、电性能、尺寸稳定性、耐热性、耐磨性、耐老化性能等。

应用：电子、电器、机械、交通、航空航天等领域

分类：通用工程塑料和特种工程塑料

通用工程塑料：使用量大，长期使用温度在100~150℃，可作为结构材料使用的塑料材料 ⏹ 例如：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、热塑性聚酯等

特种工程塑料：使用量较小、价格高、长期使用温度在150℃以上的塑料材料

⏹ 例如：聚酰亚胺、聚砜、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚芳酯等

3.1 聚酰胺（polyamide，PA）

聚酰胺俗称“尼龙”，指分子主链 上含有酰胺基团（—NHCO—）的高分子化合物。 制备：二元胺和二元酸通过缩聚反应或ω-氨基酸或内酰胺自聚而得

3.1.1 聚酰胺的结构与性能

白色至淡黄色的颗粒，制品坚硬，表面有光泽，氢键的存在使其具有良好的力学性能、耐油性、耐溶剂性，吸水率比较大。

⏹ 1）力学性能 优良

⏹ 拉伸强度、冲击强度、刚性、耐磨性较好；但易受温度和湿度的影响

⏹ 2）电性能

⏹ 在低温和干燥条件下具有良好的电绝缘性，但在潮湿的环境中，电阻率和介电强度

会降低，介电常数和介质损耗明显增大。温度上升，电性能也下降

⏹ （3）热性能

⏹ 存在氢键，熔融温度比较高，熔融温度范围比较窄，有明显的熔点

⏹ 热导率很低

⏹ （4）耐化学药品性

⏹ 化学稳定性良好，能耐许多化学药品

⏹ 常温下溶于强极性溶剂以及某些盐的溶液

⏹ （5）其他性能

⏹ 耐候性一般

⏹ 无臭、无味、无毒，具有自熄性，燃烧很慢

3.1.3 聚酰胺的应用

⏹ 由于聚酰胺优良的性能，在汽车工业、交通运输业、机械工业、电子电器工业、包

装业、体育器材以及家具制造业上有广泛应用。

⏹ 例如：轴承、齿轮、凸轮、磙子、辊轴、泵叶轮、风扇叶轮、涡轮、螺钉、螺帽、

垫圈、高压密封圈、阀座、输油管等

3.2 聚碳酸酯（polycarbonate, PC）

⏹ 聚碳酸酯是指分子主链中含有

链节的线性高聚物

分类：根据R基团的不同，分为脂肪族、脂环族、芳香族等类型

其中，芳香族聚碳酸酯最有工业价值，以双酚A型为主，产量仅次于聚酰胺

3.2.1 聚碳酸酯的结构与性能

⏹ 双酚A型聚碳酸酯的结构

式：

分子主链中含有柔顺的碳酸酯链和

刚性的苯环，从而赋予了聚碳酸酯许

多优异的性能。

聚碳酸酯是一种透明、微黄色的坚韧固体，密度1.20g/cm3

1）力学性能

⏹ 十分优良，既刚又韧；

⏹ 拉伸、弯曲、压缩强度都较高，且受温度影响小；

⏹ 冲击性能突出；

⏹ 抗蠕变性能好

⏹ 缺点是易产生应力开裂、耐疲劳性差，缺口敏感性高，不耐磨损

⏹ （2）热性能

⏹ 耐高低温性能很好；

⏹ 热导率、比热容不高；

⏹ 线膨胀系数较小；

⏹ 阻燃性好，具有自熄性

⏹ （3）电性能

⏹ 较好的电绝缘性

⏹ 可在宽温度范围内和潮湿的条件下保持良好的电性能；

⏹ 介电常数和介电损耗在10~130℃接近常数

⏹ （4）耐化学药品性

⏹ 一定的耐化学药品性；

⏹ （5）其他性能

⏹ 透光率很高，约为87~90%；

⏹ 折射率高，可作为透镜光学材料

⏹ 很好的耐候性和耐热老化能力

3.2.3 聚碳酸酯的应用领域

⏹ 广泛应用于交通运输、机械工业、电子电器、包装材料、光学材料、医疗器械、生

活日用品等方面

⏹ 例如：可应用在大型灯罩、防护玻璃、照相器材、飞机座舱玻璃、电力工具、防护

安全帽、热水杯、奶瓶、餐具；录音带、录像带、光盘、储存器等

3.6 聚苯硫醚（polyphenyl sulfone, PPS）

分子主链上含有苯硫基的结晶性热塑性工程塑料（聚甲醛） 分子结构式：

分子主链由苯环和硫原子交替排列，规整性强，苯环提供刚性，硫醚键提供柔顺性，刚柔兼备

具有优异的综合性能

3.6.1 聚苯硫醚的性能

白色、硬而脆，吸湿率很低，阻燃性很好，热氧稳定性突出，电绝缘性很好

⏹ 1）力学性能 不高； 拉伸、弯曲强度中等水平，冲击强度很低 刚性很高 ⏹ （2）热性能 优异的热稳定性 阻燃性能突出，是一种高阻燃材料

⏹ （3）电性能 电绝缘性非常优异，介电常数和介电损耗很低，表面电阻率和体积电阻

率随温度、湿度、频率的变化不大； 耐电弧性好

⏹ （4）耐化学药品性 耐化学腐蚀性能非常好 205℃以下的任何溶剂都不能溶解 ⏹ （5）其他性能 良好的耐候性 优良的耐辐射性

3.6.3 聚苯硫醚的应用

⏹ 主要应用于耐高温黏合剂、耐高温玻璃钢、耐高温绝缘材料、防腐涂层以及模塑制

品等

⏹ 如用作电器接插件和零件；制造医疗及齿科器材；制造汽车和机械零部件

3.7 聚酰亚胺（polyimide, PI）

⏹ 聚酰亚胺是分子主链中含有酰亚胺基团的一类芳杂环聚合物

⏹ 制备：芳香族二元酸酐和芳香族二元胺经过缩聚反应生成聚酰胺酸，然后经热转化

或化学转化环化脱水

形成

分子结构式：

3.7.1 聚酰亚胺的性能

⏹ 具有优异的性能

⏹ （1）力学性能

⏹ 优良；拉伸、弯曲、压缩强度都较高 突出的抗蠕变性和尺寸稳定性

⏹ （2）热性能 极其优异的耐热性 很好的耐低温性 热膨胀系数很低

⏹ （3）电性能 优良的电绝缘性 耐电弧晕性突出 介电强度高 电性能随频率变化小 ⏹ （4）耐化学药品性 耐油、有机溶剂、酸 不耐碱 具有很好的耐辐射性

具有自熄性，

发烟率低

4. 改性聚酰亚胺

⏹ 在分子主链上引入醚键、酯键等柔性基团，改善加工性能

3.8 聚砜类塑料

⏹ 分子主链上含有芳香基和砜基的非结晶性热塑性工程塑料

⏹ 3.8.1 双酚A型聚砜（polysulfone, PSU ）

分子结构式：

聚砜的性能

⏹ 1）力学性能 优异 拉伸强度和弯曲强度高 抗疲劳性差，易产生内应力开裂 ⏹ （2）热性能 优异的耐热性 优良的耐氧老化性 自熄性

⏹ （3）电性能 优异，在水及潮湿的空气中变化很小

⏹ （4）耐化学药品性 化学稳定性较好

⏹ （5）其他性能 优良的耐辐射性能 尺寸稳定性好 耐候性和耐紫外线性较差 聚砜的应用

可应用于电子、电气、精密仪器、交通运输、医疗器械等方面

如制备需蒸煮的医疗设备、食品加工设备；电池盒、衬板、接触器、印刷线路板；仪表盘、汽车防护罩、电动齿轮等

聚砜的加工性能

⏹ 成型可采用热塑性塑料的加工方法，如注塑、挤出、吹塑、热成型及二次加工 ⏹ （1）熔体黏度大，接近牛顿流体，黏度对温度敏感

⏹ （2）水的存在会促使产生应力开裂，制品表面产生表面银纹和水泡，所以加工前

必须干燥

⏹ （3）刚性大，冷凝温度高，易产生内应力，需要后处理

⏹ （4）成型收缩率低，制品的尺寸精度高

3.10 氟塑料

⏹ 含氟塑料的总称

⏹ 具有更优越的耐高温、低温、耐腐蚀、耐候性、电绝缘性，不吸水、摩擦系数低等

特性

⏹ 氟塑料成为现代尖端科学技术、国防、航空、军工生产和各工业部门所不能缺少的

新型材料

3.10.1 聚四氟乙烯（polytetrafluroethylene,PTFE）

⏹ 聚四氟乙烯具有优良的耐腐蚀性、自润滑性、耐热性、电绝缘性以及极低的摩擦系

数；

⏹ 广泛应用于化学工业的防腐材料、机械工业的摩擦材料、电气工业的绝缘材料以及

防黏结材料、分离材料和医用高分子材料

分子结构式：

⏹ 聚四氟乙烯的性能：白色不透明的蜡状粉体，密度2.14~2.20g/cm3⏹

⏹

⏹

⏹

1）力学性能 极低的摩擦系数；是塑料材料中最低的，动、静摩擦系数相等 极好的自润滑性； （2）热性能

⏹

⏹

⏹

⏹ 优异的耐热性和耐寒性 线膨胀系数较大，随温度升高而明显增加 （3）电性能 十分优异

⏹ ⏹ 介电性能和电绝缘性基本不受温度、湿度、频率变化的影响；

⏹ 耐电晕性能不好 ⏹ （5）其他性能

⏹ 耐候性优良

⏹ 对光和臭氧的作用很稳定，具有很好的耐大气老化性能

⏹ 耐辐射性不好

⏹ 具有自熄性，不能燃烧

⏹ 表面自由能很低，几乎与所有材料都无法黏附

聚四氟乙烯的成型加工性能：

⏹ 聚四氟乙烯不能采用热塑性塑料熔融加工方法，只能采用类似于粉末冶金的加工方

法，即冷压成坯后烧结

⏹ 烧结采用模压烧结、挤压烧结、推压烧结

聚四氟乙烯的应用：

⏹ 广泛应用于密封材料、滑动材料、绝缘材料、防腐材料、医用材料等

⏹ 防腐材料方面：各种化工容器和零件，如蒸馏塔、反应器、阀门、阀座、隔膜、反

应釜、过滤材料和分离材料；

⏹ 摩擦、磨损方面：各种活塞环、动密封环、静密封环、垫圈、轴承、轴瓦、支撑块、

导向环等；

⏹ 绝缘材料方面：耐高温、耐电弧、高频电绝缘制品，如高频电缆、耐潮湿电缆、电

容器线圈等；

⏹ 医药材料方面：人工心脏、人工食道、人工腹膜等

聚三氟氯乙烯（polychlorotrifluroethylene, PCTFE）力学性能 优于聚四氟乙烯，冷流性降低 耐辐射性是氟塑料中最好的 一般热塑性塑料的加工方法，如注塑、压铸、压缩、模塑、挤出等 加工必须采用较高的成型温度和压力 加工比较困难

应用：用于制造形状复杂而且聚四氟乙烯难以成型的耐腐蚀制品，如耐腐蚀的高压密封件、高压阀瓣、泵和管道的零件、高频真空管底座、插座等；

利用阻气性制造高真空系统的密封材料；

利用涂覆性，对反应器、冷凝加热器、搅拌器、分馏塔、泵等进行防腐涂层；

制造光学视窗如导弹的红外窗

聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride, PvdF）

结构式：

⏹ 性能：结晶型聚合物，比聚四氟乙烯具有更高的强度、耐腐蚀性和耐蠕变性；吸水

性低；能够耐大多数化学药品和溶剂，高温下不耐极性溶剂；良好的耐辐射性；加工性能比较好；具有很好的压电性能

第4章 合成纤维

纤维的含义：凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料均称纤维。 天然纤维：自然界存在的和生成的具有纺织价值的纤维，是纺织工业的重要材料来源。 ⏹ 约占纺织纤维年总产量的50%

⏹ 按照来源不同，分为植物纤维、动物纤维和矿物纤维

⏹ 植物纤维：又称天然纤维素纤维，主要组成物质是纤维素；

⏹ 主要品种：棉、大麻、黄麻、亚麻、蕉麻、剑麻、赫纳昆麻和椰壳纤维等

⏹ 动物纤维：又称蛋白纤维，其主要组成成分是蛋白质；

⏹ 主要品种：动物的肤毛发与绒毛、禽类的羽绒、蚕丝及其它蛋白纤维

⏹ 矿物纤维：石棉是最大宗的天然矿物纤维；作为纺织材料主要是温石棉和青石棉 化学纤维：用天然的或人工合成的高分子材料为原料制成的纤维。

⏹ 人造纤维是用天然高分子材料为原料，经过化学处理和机械加工制成的 如“人造

丝”、“人造棉”。

⏹ 2、合成纤维的分类

合成纤维：1.通用合成纤维：涤纶、聚酰胺、腈纶和丙纶，产量大，应用广

2.高性能合成纤维：强度大、模量大的纤维；它由刚性链聚合物和柔性链聚合物纺丝制造

3.功能合成纤维：具有除力学和耐热性外的特殊性能，如光、电、化学、高弹性和生物降解性等的纤维，产量小，但附加值大

3、合成纤维的制备

熔体纺丝步骤

⏹ （1）纺丝熔体的制备

⏹ （2）熔体经喷丝板孔眼压出形成熔体细流

⏹ （3）熔体细流被拉长变细并经冷却凝固

⏹ （4）固态纤维上油和卷绕

⏹ 涤纶、聚酰胺、丙纶一般采用此法

溶液纺丝步骤

⏹ （1）纺丝液的制备

⏹ （2）纺丝液经过纺丝泵计量进入喷丝头的毛细孔压出形成原液细流

⏹ （3）原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，浴中的沉淀剂向细流扩散，聚合物在凝固

浴中析出形成初生纤维；

⏹ （4）纤维拉伸和热定型，上油和卷绕

电纺丝

电纺丝是通过施加到聚合物熔体或溶液外部电场制备具有纳米尺寸的连续纤维

4、合成纤维的性能

⏹ 具有优良的物理、机械性能和化学性能

⏹ 如，强度高、密度小、弹性高、耐磨性好、吸水性低、保暖性好、耐酸碱性好、不

会发霉或虫蛀等

⏹ 某些特种纤维还具有耐高温、耐辐射、高强力、高模量等特殊性能

5、合成纤维的应用

⏹ 超出了纺织工业的范围，逐渐深入到国防工业、航空航天、交通运输、医疗卫生、

海洋水产、通讯联络等重要领域

⏹ 例如，民用上可纺制轻暖、耐穿的各种服装面料、装饰，可混纺；工业上可用作轮

胎帘子布、运输带、传送带、渔网、绳索、工作服等；高性能特种合成纤维可用作降落伞、飞行服、飞机导弹、雷达的绝缘材料等。

⏹ 4.2.1聚酰胺纤维 ⏹ 中国商品名“锦纶”，国际商品名“尼龙”、“耐纶”、“卡普隆”等

⏹ 聚酰胺纤维是脂肪族和半芳香聚酰胺经熔融纺丝制备的合成纤维；分子主链中含有

酰胺键。

⏹ 分两类：一类由二元胺和二元酸缩聚制得；另一类由ω-氨基酸缩聚或由内酰胺开环

聚合而得

⏹ 具有吸水性

聚酰胺纤维的性能

⏹ 它是合成纤维中性能优良、用途广泛的品种之一

⏹ （1）耐磨性好、位于合成纤维之首，比棉花高10倍，比羊毛高20倍，适合于做

绳索、袜子等

⏹ （2）强度高、耐冲击性好。它是强度最高的合成纤维之一。比棉花高1~2倍，比

羊毛高4~5倍，适合于做轮胎帘子布等

⏹ （3）弹性、耐疲劳性好。比棉花高7~8倍

⏹ （4）密度小，相对密度1.04~1.14

⏹ （5）吸湿性良好。锦纶具有良好的吸湿性，染色性好，可使用酸性染料、分散染

料等。

⏹ 缺点：弹性模量小，使用过程中容易变形，耐热性及耐光性较差。

聚酰胺纤维的用途

⏹ 应用范围广泛

⏹ 在日用品方面，可以纯纺或混纺各种衣料和针织品，特别适用于制造单丝、复丝弹

力丝袜，耐磨耐穿；

⏹ 工业上是轮胎帘子线、降落伞、绳索、渔网和工业滤布

4.2.2 聚酯纤维

⏹ 中国商品名“涤纶”，俗称“的确良”

⏹ 聚酯纤维是指含芳香族取代羧酸酯结构的纤维，它是由二元酸和二元醇经过缩聚而

制得的聚酯树脂，经熔融纺丝和后处理制得的一种合成纤维。

⏹ 聚酯纤维的性能

⏹ 1）外观

⏹ 单纯涤纶纤维为乳白色，生产中添加染料制成各种有色纤维

⏹ （2）密度

⏹ 随着聚酯纤维的结晶度和取向度的不同，密度不同。一般密度在1.38~1.40

⏹ （3）弹性

⏹ 弹性好，接近羊毛，而且耐皱性好，弹性模量比聚酰胺纤维高

⏹ （4）强度

⏹ 强度大，在湿态下强度不变

⏹ （5）湿性

⏹ 吸湿性低，回潮率小，易洗快干

⏹ （6）耐热性

⏹ 耐热性较好，软化点230~240℃

（7）耐光性

高于锦纶，低于腈纶

（8）电性能

干燥状态下，具有良好的电绝缘性。但是作为服装时，由于摩擦易产生静电，易吸灰尘，这是涤纶的缺点

⏹ （9）化学性能

⏹ 在常温下，对酸碱稳定，温度升高，耐腐蚀性降低

⏹ （10）抗菌性

⏹ 优良，作为织物通常不被蛀虫破坏

聚酯纤维的用途

⏹ 由于聚酯纤维弹性好、织物有易洗快干、保型性好、免熨等特点，所以是理想的纺

织材料；可纯纺或混纺制作各种服装及针织品

⏹ 在工业上，可作为电绝缘材料、运输带、绳索、渔网、轮胎帘子线、人造血管等。 ⏹ （1）涤纶（PET）

⏹ 制备：涤纶是对苯二甲酸乙二醇酯经过熔融纺丝制成的合成纤维，相对分子质量控

制在15000~22000，纺丝温度控制在275~295℃

⏹ 其他性能：涤纶又叫的确良，具有高强度、耐磨、耐腐 蚀，易洗快干等优点，是

很好的衣料纤维。

⏹ 但透气性、吸湿性、染色性差限制了涤纶在时装行业的应用；需要进行改性后引入

亲水性基团。

⏹ （2） 聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维

⏹ 制备：PTT纤维是由对苯二甲酸和１，３－丙二醇的缩聚物经过熔体纺丝制成的纤

维，具有反－旁－反－旁式构象

⏹ 结晶结构：

⏹ ⏹ ⏹ ⏹ ⏹ 的抗折皱性、尺寸稳定性、耐候性、易染色性和良好的屏蔽性能，并改进了抗水解稳定性。

⏹ 4.2.3 聚丙烯腈纤维

⏹ 中国商品名“腈纶”，有

⏹ 制备：腈纶是聚丙烯腈或含85%以上丙烯腈的共聚物制成的合成纤维。

⏹ 腈纶的制备采用湿纺工艺

⏹ 湿纺工艺是将聚丙烯腈或聚丙烯腈共聚物溶解在溶剂中（纺丝液），纺丝液经喷丝

板后在含凝固剂的凝固浴中凝固形成纤维

纺丝液—纺丝液的选择：选择内聚能大的溶剂或能与聚丙烯腈相互作用的溶剂配制 溶剂—常用的溶剂DMF、DMA、DMSO、EC、NaSCN、HNO3、ZnCl2

聚丙烯腈纤维的性能

⏹

⏹ 很多性能指标超过羊毛，如腈纶的强度比羊毛高1~2.5倍，密度小，保暖性及弹性

好等

⏹ ⏹ 化学稳定性、对酸碱和氧化剂的稳定性也比较好

⏹ 缺点是耐磨性、抗疲劳性差

聚丙烯腈纤维的用途

⏹ 多为民用，可纯纺代替羊毛制备大衣呢华达呢、运动衫、针织衫、地毯、毛毯、人

造毛皮、装饰织物等；可混纺制成内衣、衬衫、服装及雨衣布等

⏹ 在工业中主要制成帆布、过滤材料、保温材料、包装用布、医疗材料等

⏹ 另外可制成军用帐篷、防火服等

4.2.4 聚丙烯纤维

⏹ 中国商品名“丙纶”’

⏹ 制备：等规聚丙烯熔体纺丝制备，成纤聚丙烯的相对分子质量10万~30万，纺丝温

度255~290℃

⏹ 原料来源丰富、生产工艺简单、产品价格低廉、发展较快；产量仅次于涤纶、锦纶、

腈纶

聚丙烯纤维的性能

⏹ （1）质轻

⏹ 合成纤维中最轻的，密度0.9~0.91

⏹ （2）强度高

⏹ 湿强度和干强度基本相同

⏹ （3）耐磨、耐腐蚀性好

⏹ ⏹ （4）电绝缘性、保暖性优

⏹ 缺点：耐热性、耐老化性、吸湿性、染色性差

聚丙烯纤维的用途

⏹ 主要用途是制作地毯、装饰布、家具布

⏹ 工业中制作各种绳索、条带、渔网、吸油毡、包装材料和工业用布，如，滤布、袋

布等；

⏹ 丙纶纤维可制成土工布，用于建筑、水利工程等；

⏹ 丙纶纤维无纺布可用于卫生制品、医用手术帽、床上用品等

4.4 功能合成纤维 氨纶的高分子链组成包括两部分：软链段和硬链段

⏹ ⏹

⏹ ⏹ ⏹ 新合纤：采用超细合成纤维制备的具有新质感的纤维织物

⏹ 纤度：用1000m长纤维质量的1/10质量表示，单位分特；它是表征纤维粗细的指

标

纤维根据纤度分类：粗旦纤维、中旦纤维、细旦纤维、微细纤维、超细纤维 差别化合成纤维：通过分子设计合成或通过化学和物理改性制备具有预想结构和性能的成纤聚合物或利用革新的纺丝工艺赋予纤维新的性能并与通用纤维有差别的纤维

分子主链改性：共聚反应

分子侧链改性：接枝反应、引入功能基团

表面改性：

复合化：双组分纤维、混纺、添加改性剂锑

4.4.10 高分子光纤

⏹ 高分子光纤是因为光在纤维界面上全反射或纤维的折射率梯度而使光在纤维内曲

折反复传播把光约束在纤维内进行导光的材料

⏹ 高分子光纤构造图P176，图4-36

⏹ 包括三部分：芯材、包层、保护性外套

⏹ 阶跃型光纤：用折射率低的皮层包覆折射率高的芯，入射到芯层的光通过芯和皮的

界面反复全反射而传输光；

⏹ 例如以聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯为芯材，以氟聚合物为包层的光纤

⏹ 芯材的要求：光学各向同性，在可看见光区不吸收，不散射，折射率高于包层 ⏹ 对包层的要求：其折射率低于芯材

⏹ 高分子光纤的制备采用熔体纺丝工艺，P176，图4-37

4.4.11超双疏性和超双亲性纳米纤维

⏹ 超双疏性纳米纤维：既疏水又疏油

原理：由于在纳米尺寸低凹的表面可吸附气体原子稳定存在，在宏观表面相当于有一层稳定的气体膜，使水或油无法与材料的表面直接接触，呈现超双疏性

⏹ 超双亲性纳米纤维：既亲水又亲油

原理：在光照条件下使材料表面在纳米区域形成亲水性和亲油性两相共存的结构。

第 5 章 橡胶

橡胶是以高分子化合物为基础的、具有良好高弹性的材料。

橡胶的用途广，包括日常生活、医疗卫生、文体生活、工农业生产、交通运输、电子通讯、航空航天等

橡胶制品种类繁多，例如轮胎、胶管、胶带等，其中，轮胎制品是最多的。 5.1.1 橡胶材料的特征

常温下的高弹性是橡胶材料的独有特征 弹性体

橡胶在大的形变下能迅速而有力的恢复其形变，能够被改性 改性的实质就是硫化

橡胶具有高分子材料的共性，黏弹性、绝缘性、环境老化性、密度小、对流体的渗

透性低；另外橡胶比较柔软、硬度低

5.1.3 橡胶的分类

1

天然橡胶:从自然界的植物中采集出来的一种弹性体材料 合成橡胶:各种单体经过聚合反应合成的高分子材料 2.:固体橡胶、液体橡胶、粉末橡胶

3.按照橡胶的交联方式分类：化学交联的传统橡胶、热塑性弹性体 4.

碳链橡胶：不饱和非极性橡胶、不饱和极性橡胶、饱和非极性橡胶、饱和极性橡胶 杂链橡胶：SiR、PU、CO、ECO、T 5.1.4 橡胶的配方设计

1、橡胶的配方设计是指根据成品的性能要求，考虑到加工工艺和成本等因素，确定橡胶材料和各种配合剂的类型和用量 2、配方设计的意义：？？？？？

3、配方设计包括生胶体系、硫化体系、填充增强体系、软化增塑体系、防护体系 （1）生胶体系：母体材料或基体材料

2、硫化体系

同一橡胶配方的四种表示形式

基本配方：又称质量份配方，以生胶的用量为100份，其他各种配合剂的用量都用

相对质量份表示。

质量分数配方：以胶料总质量为100%，各组分用量均以质量分数表示。 体积百分数配方：以胶料的总体积为100%，各组分用量以体积分数表示。

生产配方：又称实用配方，生产中实际使用的配方，各组分用量和配方总量均以千

克表示。

5.1.5 橡胶的加工工艺

橡胶制品的加工工艺一般包括塑炼、混炼、压延、压出、成型、硫化等步骤 1）塑炼

使生胶由弹性状态转变为具有可塑性状态的工艺过程 原理：

塑炼实质上是强迫生胶反复通过两个转速不同的滚筒之间的间隙，在强剪切力作用

下长分子链被切断，相对分子量减小，从而流动性增加（即塑性增加）的过程。 塑炼一般在螺杆式塑炼机或两辊式塑炼机上进行。 2）混炼

将各种配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶的过程 最基本、最重要的工序之一

混炼的加料原则：用量少、难分散的配合剂先加；用量大、易分散的配合剂后加；

为了防止焦烧，硫黄和超速促进剂最后加入 混炼的加料顺序：

混炼时要注意严格控制温度和时间。

常用的混炼机有密炼机和开炼机，通常联合使用。 3）压延和压出

压延：利用压延机辊筒之间的挤压力作用，使物料发生塑性流动变形，制成具有一

定断面尺寸规格和规定断面几何形状的片状材料或薄膜材料；或者将聚合物材料覆

盖并附着于织物表面，制成具有一定断面厚度和断面几何形状要求的复合材料

压延工艺的主要设备是压延机

压出：胶料在压出机机筒和螺杆间的挤压作用下，连续的通过一定形状的口型，制

成各种复杂断面形状的半成品的工艺过程。

4）成型

成型工艺是把构成制品的各部件，通过粘贴、牙合等方法组合成具有一定形状的整

体的过程。

5）硫化

胶料在一定的压力和温度下，橡胶大分子由线形结构变为网状结构的交联过程。 硫化可分为冷硫化、室温硫化、热硫化

硫化设备有平板硫化机、硫化罐、鼓式硫化机、自动定型硫化机等 5.2 天然橡胶

天然橡胶是指从植物中获得的橡胶

天然橡胶的制备原材料是新鲜胶乳，经过一定的加工处理制成浓缩胶乳和干胶 浓缩胶乳用于乳胶制品

干胶按照制造方式的不同，分为不同的品种 5.2.1 天然橡胶的分类

5.2.2 天然橡胶的组成和结构

1）天然橡胶的组成

橡胶烃和5%~8%左右的非橡胶烃成分，包括蛋白质、丙酮抽出物、灰分、水分等 蛋白质具有吸水性，影响天然橡胶的电绝缘性和耐水性，其分解产生的胺类物质又

是天然橡胶的硫化促进剂和天然的防老剂

丙酮抽出物主要是类酯物，不溶于水，有防老化作用，类酯物分解产生脂肪酸，起

分散剂和活化剂的作用

灰分主要是无机盐及很少的铜、锰、铁等金属化合物，金属离子会加速天然橡胶的

老化

水分过多会使生胶发霉，硫化时产生气泡，降低电绝缘性 2）天然橡胶的结构

主要成分是顺式-1,4-聚异戊二烯的线性高分子化合物

结构式：

n值平均为5000~10000，相对分子质量3万~3000万，常温下无定形的高弹态物质，较低温度下产生结晶，单斜晶系 5.2.3 天然橡胶的性能和应用

性能：

（1）优异的高弹性； （2）较高的力学强度；

（3）良好的耐屈挠疲劳性能，滞后损失小，生热低； （4）良好的气密性、防水性、电绝缘性、隔热性；

（5）加工性能好，容易进行塑炼、混炼、压延、压出等

（6）缺点是耐油性、耐臭氧老化性和耐热氧老化性差 用途：

天然橡胶是应用最广的橡胶品种

广泛应用于轮胎、胶管、胶带及各种工业橡胶制品 5.3通用合成橡胶

5.3.1 丁苯橡胶（SBR）

的合成橡胶品种

55%，是产量和消耗量最大

结构式：

制备：丁二烯与苯乙烯的共聚物，采用乳液聚合和溶液聚合两种方式 丁苯橡胶品种：

1.乳聚丁苯：高温丁苯橡胶、低温丁苯橡胶、低温充油丁苯橡胶、高苯乙烯丁苯橡胶、液体丁苯橡胶、羧基丁苯橡胶 2.溶聚丁苯：烷基锂溶聚丁苯橡胶、醇烯溶聚丁苯橡胶、锡偶联溶聚丁苯橡胶、高反式聚-1,4-丁苯橡胶

性能：

其耐磨性、耐热性、耐油、抗老化性均比天然橡胶好。

缺点是生胶强度低、弹性、耐寒性差、粘接性差、成型困难、加工性能差、硫化速

度慢。

应用：主要应用于轮胎工业、软管、胶带、胶鞋以及其他橡胶制品 5.3.2 聚丁二烯橡胶（BR）

制备：采用乳液聚合和溶液聚合两种方法

丁二烯单体在有机溶剂中，利用催化剂催化聚合 结构式：

顺丁橡胶中顺式-1,4-聚丁二烯质量分数96~98%，分子结构规整，主链无取代基，分子间作用力小，分子链非常柔顺。

（1

（2）滞后损失和生热小；

（3）优异的耐磨性，优于天然、SBR； （4）优异的耐屈挠性； （5）填充性能好；

（6）混炼时抗破碎能力强； （7）流动性好；

（8）吸水性低 缺点：

（1）拉伸强度、撕裂强度低，低于天然、SBR； （2）抗湿滑性能差； （3）生胶的冷流性大；

（4）加工性能和黏合性能差 应用：

一般很少单用，与其他橡胶并用改善其性能不足；一般应用于汽车轮胎和各种橡胶制品

还常用于其他要求弹性、耐寒性、耐磨性较高的制品 5.3.3 集成橡胶（SIBR）

制备：苯乙烯、异戊二烯、丁二烯单体聚合而成

结构：线形或星形结构；序列结构分为完全无规型和嵌段-无规型

5.3.4 丁基橡胶（IIR）：异丁烯和少量异戊二烯以一氯甲烷为溶剂，三氯化铝或三氟化硼为催化剂，在低温下通过阳离子溶液聚合制得的

结构：性能：

（1

（2）具有很好的耐热性、耐天候老化性、耐臭氧老化性、化学稳定性、绝缘性和

耐水性能；适合应用于高耐热、电绝缘制品

（3）滞后损失大，吸震波能力强，具有优异的阻尼性能和屈挠性；适于缓冲性能

要求高的制品，如发动机座、减震器 缺点：

应用：

品、耐热运输带等

5.3.5 制备：

以乙烯、丙烯为主要单体，采用过渡金属钒或钛的氯化物与烷基铝构成的催化剂共

聚而成的；

悬浮法或溶液法

根据是否加入非共轭二烯单体作为第三单体，分为二元乙丙橡胶和三元乙丙橡胶 品种：？？？？？ 性能：

（1）

P201，图5-14，5-15，5-16 （2）耐化学腐蚀性能好；

（3）具有较好的弹性和低温性能仅次于顺丁橡胶；

（4）电绝缘性能优良，耐电晕性能极好，吸水性小，浸水后电绝缘性能变化不大； （5）具有优异的耐水性、耐热水和耐水蒸气性能

（6(可降低成本）

缺点：

硫化速度慢；包辊性差，不易混入炭黑；自黏性和互黏性较差；耐燃性、耐油性、

气密性较差 应用：

主要应用于制造除轮胎之外的汽车部件，最大用途是车窗密封条、散热器软管等水

系统软管；

另外应用于树脂的增韧改性剂 5.3.6 氯丁橡胶（CR）

制备：利用2-氯-1,3-丁二烯单体采用自由基乳液聚合制备

品种：按照特性和用途分为通用型、专用型、氯丁胶乳三大类 性能：

具有良好的力学性能和极性橡胶的特点；

自增强橡胶，生胶具有较高的强度；硫化胶具有优异的耐燃性能和黏合性能； 耐热氧化、耐臭氧老化和耐天候性能较好； 缺点是低温性能和电绝缘性能较差 应用：

主要应用在阻燃制品、耐油制品、耐天候制品、黏合剂等领域；如耐热耐燃输送带、

耐油耐化学腐蚀胶管、电线电缆外包皮、门窗密封条、公路填缝材料

5.4.1 丁腈橡胶

制备：丁二烯和丙烯腈作为单体，经过乳液共聚制得

聚合方法：高温乳液聚合和低温乳液聚合

丁腈橡胶中丙烯腈的含量是影响其性能的重要指标，一般含量在15~50% 结构式

：

品种：？？？？？ 性能：

丁腈橡胶属于非结晶性极性不饱和胶，具有优异的耐非极性油和非极性溶剂的性

能；耐油性很好；

丁腈橡胶属于非自增橡胶，需加入炭黑、白炭黑等增强性填料后才具有适用的力学

性能和较好的耐磨性； 耐臭氧性能较好；

耐热性能好于NR、SBR、BR； 具有良好的抗静电性能； 加工性能好；

但自黏性较低，混炼生热大，包辊性差 应用：

广泛应用于耐油制品，如接触油类的胶管、胶辊、密封垫圈、贮槽衬里、飞机油箱

衬里以及大型油囊等；抗静电制品

改性：

丁腈橡胶极性强，可以与极性强的聚合物以及含氯聚合物具有较好的相容性，可并

用：

NBR与悬浮法PVC并用，胶的耐臭氧和耐天候老化性能提高，耐燃性提高，耐磨

性、耐化学药品性都有所提高；加工性能改善

NBR与酚醛树脂并用，可提高硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性和硬度，改进

耐热性、耐屈挠性、电绝缘性以及耐化学腐蚀性；加工性能良好

5.4.2 硅橡胶

制备：硅氧烷与其他有机硅单体的共聚 分类：按照硫化机理分为三类 （1）热硫化型：

指相对分子质量为40万~60万的硅橡胶

制备：采用有机过氧化物作硫化剂，经加热产生自由基使橡胶交联，获得硫化胶 （2）室温硫化型

分子质量较低，通常为黏稠状液体

品种：单组分室温硫化硅橡胶、双组分室温硫化硅橡胶 （3）加成硫化型

指官能度为2的含乙烯基端基的聚二甲基硅氧烷在铂化合物的催化下，与多官能度

的含氢硅烷加成得到的一种硅橡胶

生胶通常为液态

分子结构式：

性能：

硅橡胶是一种半无机的饱和、杂链、非极性弹性体

耐热氧老化性、耐天候老化以及耐臭氧老化性能；

极好的疏水性，使之具有优良的电绝缘性、耐电晕性和耐电弧性；

低的表面张力和表面能，使之具有特殊的表面性能和生理惰性以及高透气性； 不耐酸碱，遇酸或碱发生解聚； 应用：

硅橡胶广泛应用于宇航工业、电子、电气工业的防震、防潮灌封材料、建筑工业的

密封剂、汽车工业的密封件以及医疗卫生制品等。

5.5 热塑性弹性体（TPE）

TPE是指常温下具有橡胶的弹性，高温下具有可塑化成型性的一类弹性体材料 它具有类似橡胶的力学性能和使用性能，又具有热塑性塑料可加工回收的特点，犹

如在塑料和橡胶之间的一座桥梁

与橡胶相比，TPE的优点：（1）取消硫化工艺，加工简单，成型周期短，效率高，成本低；（2）助剂和配合剂少，节省费用；（3）材料可反复使用，有利于资源回收和保护环境（4）产品尺寸精度高，质量轻 TPE的缺点：（1）新增设备需要增加成本；（2）加工前必须干燥；（3）适合于大批量生产，小批量生产时加工成本偏高

正是由于TPE具有这些缺点，限制了它的应用

第6章 涂料和黏合剂

6.1.1 概述

涂料的含义：

涂料是指涂布在物体表面而形成的具有保护和装饰作用的膜层材料。

涂料的组成：

成膜物质、颜料、溶剂

催干剂、填充剂、增塑剂、增稠剂、稀释剂等

1、成膜物质

也称基料，是涂料的最主要成分

成膜物质的要求：

（1）能溶解于适当的溶剂；

（2）必须与物体表面和颜料具有良好的结合力

成膜物质的分类：

● （1）转化型或反应型成膜物质 (植物油或具有反应活性的低聚物、单体等构成；

相当于热固性聚合物，如环氧树脂、天然树脂、氨基树脂和醇酸树脂等)

● （2）非转换型或挥发型成膜物质 (溶解或分散于液体介质中的线形聚合物构成；热塑

性聚合物，如纤维素衍生物、氯丁橡胶、乙烯基聚合物和热塑性丙烯酸树脂等)

2、颜料

● 主要起遮盖、赋色、装饰和抗表面腐蚀的作用

● 颜料的分类：

● （1）无机颜料；如铅铬黄、镉黄、铁红、钛白粉、氧化锌、铁黄等

● （2）有机颜料；如炭黑、酞菁蓝、耐光黄、大红粉等

● （3）特殊功能颜料；

3、溶剂

用以溶解成膜物质的易挥发性有机液体

溶剂的作用：

（1）溶剂对成膜物质的溶解能力决定了所形成的树脂溶液的均匀性、漆液的黏度和贮存稳定性

（2）溶剂的挥发性会影响涂膜的干燥速度、结构和外观的完美性

常用的溶剂：

甲苯、二甲苯、丁醇、丁酮、乙酸乙酯等

4、填充剂

也称增量剂、体质颜料

作用：

改进涂料的流动性能、提高膜层的力学性能、耐久性和光泽，降低成本

如，重晶石粉、碳酸钙、滑石粉、云母粉、石棉粉、石英粉等

5、增塑剂

作用：为提高漆膜柔性而加入的有机添加剂

如，氯化石蜡、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等

6、催干剂

作用：促使聚合物膜层聚合或交联的催化剂

常用的有，环烷酯、辛酸、松香酸、亚油酸铝盐、钴盐、锰盐，有机酸的铅盐、锆盐等

7、增稠剂和稀释剂

作用：增稠剂是为提高涂料的黏度而加入的添加剂

常用的有，纤维素醚类、二氧化硅、黏土等

作用：稀释剂是为降低黏度，便于施工而加入的添加剂

常用的有，乙醇、丙酮等

涂料的分类：

按成膜物质的种类分为17大类

1按涂料的使用层次 底漆、腻子、二道底漆、面漆

2按涂膜的透明情况 清漆、色漆

3按涂膜的光泽状况 光漆、半光漆、无光漆

水性涂料和溶剂型涂料（重要）

膜的形成

成膜过程：将涂料施工在被涂物表面；

形成固态连续的薄膜

成膜方式：物理成膜 溶剂或分散介质的挥发成膜：液态涂料涂在被涂物上形成湿膜，其中

所含有的溶剂或分散介质挥发到大气中，涂膜黏度逐步加大到一定程

度后形成固态涂膜；聚合物粒子凝聚成膜：涂料依靠其中作为成膜物

质的高聚物粒子在一定的条件下互相凝聚形成连续固态膜

化学成膜 指先将可溶的低分子量的聚合物涂布在基材表面以后，在加温或其他

条件下，分子间发生反应而使分子量进一步增加或发生交联而成坚韧

的薄膜的过程

涂装技术

将涂料均匀地涂在基材表面的施工工艺称为涂装

涂装之前首先要进行被涂物的表面处理

表面处理的作用：

（1）消除被涂物表面的污垢、灰尘、氧化物、水分、锈渣、油污等；

（2）对表面进行适当改造

涂装方法：

6.1.2 醇酸树脂涂料

醇酸树脂涂料的制备：

醇酸树脂是由多元醇（甘油、季戊四醇、山梨醇、三羟甲基丙烷、各种二甘醇）、多元酸（邻苯二甲酸及邻苯二甲酸酐、间苯二甲酸、己二酸、马来酸等）、脂肪酸（亚麻油、豆油、桐油等植物油中所含的酸，另外可用苯甲酸和合成脂肪酸）通过缩聚反应制得

醇酸树脂涂料的特点：

优点：

（1）干燥后，网状结构，不易老化，耐候性好，光泽持久；

（2）附着力好，漆膜柔韧、耐磨；

（3）抗矿物油性、抗醇类溶剂性好；漆膜烘烤后耐水性、耐油性、绝缘性大大提高；

（4）施工方便，既能自干，又可烘干

缺点：

完全干透时间长，漆膜较软，耐热、防霉菌性较差

用途：

用途广泛，墙面、门窗、井架、贮罐、机械、军械、车辆仪表、桥梁等几乎都能适用。

6.1.4 聚氨酯涂料

聚氨基甲酸酯涂料

凡用异氰酸酯或其反应产物为原料的涂料统称为聚氨酯涂料

综合性能优良，是一种用途极广的高级涂料

聚氨酯涂料的特点：

（1）力学性能优异

涂膜坚硬、柔韧、光亮、耐磨、附着力强

广泛用作地板漆和甲板漆等

（2）耐腐蚀性

涂膜耐油、耐酸、碱、盐；耐化学药品及工业废气

可用作钻井平台、船舶、化工厂的维护涂料及石油贮罐的内壁衬里等

（3）电绝缘性好

适用于电讯

（4）聚氨酯漆附着力强，兼具保护和装饰性

可用作高级木器、钢琴等的涂装

（5）可采用多种方式固化，有利于施工应用和节能

（6）能和聚酯、聚醚、环氧、醇酸、聚丙烯酸酯、乙酸丁酸纤维素、沥青和干油等配合制漆

（7）可制成溶剂型、液态无溶剂型、粉末、水性、单灌装、两灌装等多种形态

6.2 黏合剂

黏合剂又称胶黏剂，是通过黏附作用使被粘物质相互结合在一起的物质

与其他链接方法相比，具有以下特点：

（1） 可黏合不同性质的材料，对被黏结材料的适用范围较宽；

（2） 可以黏合异型、复杂结构和大型薄板的结构部件；

（3） 黏合件外形平滑美观，有利于提高空气动力学性能；

（4） 黏合是面粘接，不易产生应力集中，接头有良好的疲劳强度，同时具有优异的密封、

绝缘和耐腐蚀等性能。

粘结剂的分类？？？？

6.2.1.2 黏合剂的组成

（1）聚合物：主要成分

（2）固化剂：使黏合剂交联固化，提高黏合剂的黏合强度、化学稳定性、耐热性等

（3）硫化剂：使橡胶为主要成分的黏合剂产生交联的物质

（4）促进剂：加速固化剂或硫化剂的固化反应或硫化反应（5）填料：具有降低固化时的收缩率、高尺寸稳定性、耐热性和力学强度、降低成本的作用

（6）溶剂：溶解主料以及调节黏度，便于施工

（7）其他辅料：稀释剂、偶联剂、防老剂等

6.2.1.3 黏合剂的粘结

具备条件：

（1）黏合剂要能很好的润湿被粘物表面；

（2）黏合剂与被粘物之间要有较强的相互作用

接触角θ：在液相、固相、气相相接触的三相点O处，液滴曲面的切线与固体表面的夹角。粘结是用黏合剂将被粘物表面连接在一起的过程。

接触角θ

接触角θ>90°，润湿不良；

接触角θ=180°，不润湿

接触角θ=0，液体在固体表面铺展

粘接工艺

6.2.2 环氧树脂黏合剂

6.2.2.1环氧树脂黏合剂的组成及作用

主要有环氧树脂和固化剂，为了改善性能，加入增韧剂、稀释剂、填料等

（1） 环氧树脂

相对分子量300-700，黏度15~44Pa·s

性能指标：黏度、外观、环氧当量、环氧值

主要品种：缩水甘油基型环氧树脂和环氧 化烯烃

（2）固化剂

作用：使环氧树脂发生交联反应，生成不溶、不熔的体型网状结构

种类：反应型固化剂和催化型固化剂

反应型固化剂：通过其分子中的极性基团与环氧树脂分子中的环氧基、羟基等发生化

学反应生成网状结构高分子化合物的固化剂 催化型固化剂：主要作用是促使环氧树脂的环氧基开环，催化环氧树脂本身均聚，生

成以醚键为主的网状高分子化合物

固化剂中胺类固化剂是应用最广泛的

环氧树脂的固化剂可分为有机胺类固化剂、改性胺类固化剂、有机酸酐类固化剂等

有机胺类固化剂：脂肪胺和芳香胺固化剂；常用的有乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺、己二胺、间苯二胺、苯二甲胺、三乙醇胺、双氰胺等 改性胺类固化剂：改进环氧树脂的混溶性，提高韧性和耐候性等；常用的有591固化剂、703固化剂等

有机酸酐固化剂：马来酸酐、均苯四酐等

（3）增韧剂

作用：改善环氧树脂黏合剂的脆性，提高抗冲击性能和剥离强度；但会降低胶黏层的耐热性和耐介质性能

种类：活性和非活性

非活性增韧剂：不参与固化反应，以游离状态存在于固化的胶黏层中，并有迁移出来的倾向

活性增韧剂：参与固化反应，增韧效果显著

常用的有：？？？？

（4）稀释剂

作用：可降低黏合剂的黏度，改善工艺性，增加黏合剂对被粘物的浸润性，从而提高粘接强度，还可增加填料用量，延长黏合剂的适用期

种类：活性和非活性

非活性稀释剂：不参与固化反应，固化中部分逸出，部分残留，严重影响黏合剂的性能 常用的有丙酮、甲苯、乙酸乙酯等

活性稀释剂：参与固化反应

常用的有环氧丙烷丁基醚、环氧丙烷苯基醚、二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚等

（5）填料

作用：不仅可降低成本，还可改善黏合剂的许多性能，如延长适用期、降低热膨胀系数和收缩率、提高胶接强度、硬度、耐热和耐磨性；同时还可增加胶黏剂的粘稠度，改善淌胶性能

常用的有石棉纤维、玻璃纤维、云母粉、铝粉、滑石粉、二氧化钛、石英粉、瓷粉等 另外，偶联剂：提高胶接性能

固化促进剂：提高黏合剂的固化速度，降低固化温度

稳定剂：提高黏合剂耐老化性能 主要组成是含异氰酸酯基的胺酯预聚物，它甲、乙两个组分，分开包装，使用前按一定比例混合配制；

同一种双组分聚氨酯黏合剂中，两组份的配比允许控制在一定范围内，用以调解固化物的性能

酚醛树脂

第 7 章 功能高分子材料

功能高分子材料的含义：

除了力学功能、表面和界面功能及部分热学功能的高分子材料，主要包括物理功能、化学功能、生物功能和功能转换型高分子材料

分类：P255，图7-1