Transcript 非金属材料特性 •金属材料 – 高强度,高硬度；一定塑性韧性 –难以达到满足一些特殊性能的要求（耐高温性、耐腐蚀性） •非金属材料 –独特性能； 成形方法多样化 低温成形工艺简便 成形工艺与材料的制备工艺有机结合 –原料来源丰富，制造加工容易，节约能源 We are polymers !!! 第三章 工程塑料及其加工技术塑料 轻巧、艳丽、优雅 本章主要内容    第一节 常用工程塑料及其性质 第二节 工程塑料的成型技术与工艺 第三节 表面处理与装饰技术.

非金属材料特性
•金属材料
– 高强度,高硬度；一定塑性韧性
–难以达到满足一些特殊性能的要求（耐高温性、耐腐蚀性）
•非金属材料
–独特性能；
成形方法多样化
低温成形工艺简便
成形工艺与材料的制备工艺有机结合
–原料来源丰富，制造加工容易，节约能源
We are polymers !!!
第三章 工程塑料及其加工技术塑料
轻巧、艳丽、优雅
本章主要内容



第一节 常用工程塑料及其性质
第二节 工程塑料的成型技术与工艺
第三节 表面处理与装饰技术

第一节 常用工程塑料及其性质
高分子材料


塑料属高分子材料，高分子材料又称高分子
化合物或高分子聚合物（高聚物），是以高
分子化合物为主要成份的有机材料。
高分子材料分两类：

天然高分子材料


人工合成高分子材料


蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡胶、淀粉、蛋
白质等
塑料、合成橡胶、合成纤维、胶粘剂、涂料等
工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
高分子材料



高分子化合物——是指相对分子质量很
大的化合物（5000以上乃至几百万）
低分子化合物——相对分子质量在500
以下。
在这个数量之间的根据其性能来确定。
高分子材料

一般性能：

高分子化合物一般有较好的弹性、塑性和强度，
低分子化合物这些性能较低。所以，高分子化合
物是相对分子量大到使其机械性能具有工程意义
的化合物。
高分子材料


几个概念：
单体


高分子化合物由低分子化合物体通过聚核反
应获得，组成高分子化合物的低分子化合物
称作单体。
链节

大分子链由许多结构相同的基本单元重复连
接构成，组成大分子链的这种结构单元称作
链节。
高分子材料
高分子材料
聚合反应：加（成）聚合反应

一种或几种单体相互加成而链结成聚合
物的反应。（应用80%以上）

例：聚乙烯的反应方程式
缩（合）聚（合）反应

一种或几种单体相互混合而连结成聚合物，
同时析出（缩去）某种低分子物质（如：水、
氨、醇、卤化氢等）的反应。反应生成物成
份与单体不同，反应较复杂。少用。
大分子链的化学组成、形态和聚合态

化学组成


组成大分子链的化学元素主要是碳、氢、氧，
另外还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等元素，
其中碳是形成大分子链的主要元素。
大分子链的原子以共价键结合，其组成元素
不同，原子间共价键力就不同，高分子材料
的性能亦不同。
大分子链的化学组成、形态和聚集态

形态：


分子链的形态对聚合物性能有显著影响。
大分子链可呈现不同的几何形状，主要有线
型、支化型、和体型（或网型）三类。
大分子链的化学组成、形态和聚合态

高分子材料的聚合态：



晶态
部分结晶态
非晶态（玻璃态）
高分子材料的性能

机械性能：高聚物的物理、力学状态


线性非晶态高聚物的三种力学状态：
线性非晶态高聚物在不同温度下表现出三种物
理状态，即玻璃态、高弹态和粘流态。

塑料概念

以天然树脂或合成树脂（也称合成高分子化合物，因外
观似天然树脂如琥珀、松香、虫胶等而得名）为原料，
在一定温度和压力条件下，可以用模具使其成型为具有
一定形状和尺寸的塑料制件，当外力解除后，在常温下
其形状保持不变。多数以合成树脂为基本成分，一般含
有添加剂如：填料、稳定剂，增塑剂、色料或润化剂等。
• 塑料的特点
– 比重小，比强度大；
易老化
耐热性差
– 耐腐蚀，耐磨，绝缘，减磨，消声，减震； 刚性差
– 易成型，易复合等优良的综合性能。
尺寸稳定性差
塑料生产
塑料工业
（树脂或半制品生产）
塑料制品的生产
（塑料成型工业 or 加工工业）
塑料制品的简单生产流程
原料
树脂
塑料生产
塑料
塑料制品
塑料制品生产
塑料制品生产系统组成
成型、机械加工、修饰三个过程组成。
塑料的组成
1 合成树脂（高聚物）


是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的
高分子化合物,如酚醛树脂、聚乙烯等,是塑料
的主要组成,也起粘接剂作用。合成树脂在塑料
中的含量约占40%~100%，对塑料的性能起决
定性作用。
塑料的组成


2．添加剂
为改善性能而加入的其他组分,主要有以下几种：
(1)填料或增强材料


填料在塑料中主要起增强作用。有时也可改善或提高塑
料的某些特殊性能,以扩大其应用范围。填料的用量可
达20%~50%, 是塑料改性最重要的组成。
例如：





加入石墨、石棉纤维或玻璃纤维等,可以改善塑料的机械性能；
加人石棉粉可提高塑料的耐热性；
加入云母粉可提高塑料的电绝缘性；
加入二硫化钼等可提高塑料的自润滑性；
加入铝粉可提高塑料对光的反射能力等。
塑料的组成

2．添加剂



(2)固化剂
它的作用在于通过交联使树脂具有体型网状
结构,成为较坚硬和稳定的塑料制品。
例如：

在酚醛树脂中加入六亚甲基四胺；

在环氧树脂中加入乙二氨、顺丁烯二酸酐等。
塑料的组成

2．添加剂

(3) 增塑剂


用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。常用的为
液态或低熔点的固体有机化合物。
例如：聚氯乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯,
可变为橡胶一样的软塑料。
塑料的组成

2．添加剂



(4)稳定剂
为了防止受热、光等的作用使塑料过早老化,加
入少量能起稳定化作用的物质。
例如：



能抗氧的物质有酚类和胺类等有机物;
炭黑则可作紫外线吸收剂。
其他一些添加剂,如润滑剂、着色剂、阻燃剂、抗静
电剂和发泡剂等。
塑料的特性
塑料能自由成型并易加工。虽然塑料制品的性
能,根据其种类、成型条件及使用环境等变化
较大,但与其它材料相比较,塑料具有良好的综
合特性。
1 多数塑料制品有透明性,并富有光泽,能着鲜
艳色彩。

塑料的特性
2 质轻,耐振动与冲击,比强度高（按单位质量计算的强度）




塑料比金属轻,一般塑料比重在0.9~2.3之间(各种泡沫塑
料的比重在0.01~0.5之间)；
强度较高，有些增强塑料的比强度接近甚至超过钢材。例
如合金钢材，其单位质量的拉伸强度为160兆帕，而用玻
璃纤维增强的塑料可达到170 ~ 400兆帕。
大多数塑料具有优良的减摩、耐磨和自润滑特性。如工程
塑料制造的耐摩擦零件；在耐磨塑料中加入某些固体润滑
剂和填料时，可降低其摩擦系数或进一步提高其耐磨性能。
减震消音，具有柔韧性和弹性
塑料的特性
3 塑料电绝缘性、热物理性能好。



几乎所有塑料都具有优异的电绝缘性能，如极小
的介电损耗和优良的耐电弧特性，可与陶瓷媲美
导热率极小,只有金属的1/600~1/200,泡沫塑料的
导热率与静态空气相当,因此被广泛用作绝热保温
材料或建筑节能、冷藏等绝热装置材料。
塑料的特性
4 优良的化学稳定性能



一般塑料对酸碱等化学药品均有良好的耐
腐蚀能力
特别的如，聚四氟乙烯的耐化学腐蚀性能
比黄金还要好，甚至能耐"王水"等强腐蚀
性电解质的腐蚀，被称为"塑料王"。
塑料的特性

5 塑料成型容易、加工方便,能大批量生
产

容易进行切削、焊接、表面处理等二次加工,
精加工成本低,用塑料制品代替金属制品,可
以节约大量金属材料。
塑料的缺点

塑料与金属及其它工业材料相比较有如
下缺点：

1 塑料不耐高温,低温容易发脆

多数塑料虽不易燃烧,但在300℃以上发生变形,
燃烧时放出有毒气体。由于耐热性较差,使塑料
的用途受到限制
塑料的缺点

2 塑料制品易变形


温度变化时尺寸稳定性较差,成型收缩较大,即使
在常温负荷下也容易变形。
3 塑料有“老化”现象

塑料在长时间使用或贮藏过程中,质量会逐渐下
降。这是由于受周围环境如氧气、光、热、辐射、
它是塑料制品性能的一个严重缺陷。
塑料的分类

塑料的分类体系比较复杂，各种分类方法也
有所交叉，按常规分类主要有以下三种：



一是按使用特性分类；
二是按理化特性分类；
三是按加工方法分类。
塑料的分类——1、按使用特性分类

通常分通用塑料、工程塑料和特种塑料三种。

1）通用塑料
一般是指原料来源丰富、产量大、应用面广、
成型性好、价格便宜的塑料
如聚乙烯、聚丙烯、酚醛等
塑料的分类——1、按使用特性分类




2) 工程塑料
一般指能承受一定外力作用，具有良好的机械性能和
耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用作工程结构的
塑料，如聚酰胺、聚砜等。 分为以下两大类。
通用工程塑料：聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、改性聚苯醚、
热塑性聚酯、超高分子量聚乙烯、甲基戊烯聚合物、乙烯
醇共聚物等
特种工程塑料：交联型：聚氨基双马来酰胺、聚三嗪、交
联聚酰亚胺、耐热环氧树指等。非交联型：聚砜、聚醚砜、
聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮（PEEK）等
具有较高物理机械性能，应用于工程技术领域
塑料的分类——1、按使用特性分类

3) 特种塑料
一般是指具有特种功能，可用于航空、航天等
特殊应用领域的塑料。
 如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润
滑等特殊功用
 增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性
等特殊性能
塑料的分类——1、按使用特性分类

4) 增强塑料
在外形上可分为

粒状（如钙塑增强塑料）

纤维状（如玻璃纤维或玻璃布增强塑料）

片状（如云母增强塑料）
按材质可分为

布基增强塑料（如碎布增强或石棉增强塑料）

无机矿物填充塑料（如石英或云母填充塑料）

纤维增强塑料（如碳纤维增强塑料）
塑料的分类——1、按使用特性分类

5) 泡沫塑料

可分为硬质、半硬质和软质泡沫塑料三种。



硬质泡沫塑料没有柔韧性，压缩硬度很大，只有达到
一定应力值才产生变形，应力解除后不能恢复原状；
软质泡沫塑料富有柔韧性，压缩硬度很小，很容易变
形，应力解除后能恢复原状，残余变形较小；
半硬质泡沫塑料的柔韧性和其他性能介于硬质他软质
泡沫塑料之间
塑料的分类——2、按按理化特性分类


1) 热固性塑料
指在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑
料，如酚醛塑料、环氧塑料等。又分两种：

甲醛交联型：包括酚醛塑料、氨基塑料（如脲－甲醛－三聚氰胺－甲醛）

其他交联型：包括不饱和聚酯、环氧树脂、邻苯二甲二烯丙酯树脂等
2) 热塑料性塑料


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
四氟乙烯等
又分烃类、含极性基因的乙烯基类、工程类、纤维素类等多种类型
热固性塑料和热塑料性塑料的温度依赖性
塑料的分类——3、按加工方法分类

根据不同成型方法，分膜压、层压、注射、挤出、吹塑、浇
铸塑料和反应注射塑料等
 膜压塑料 多为物性和加工性能与一般热固性塑料相类似的
塑料；
 层压塑料 指浸有树脂的纤维织物，经叠合、热压而结合成
为整体的材料；
 注射、挤出和吹塑 多为物性和加工性能与一般热塑性塑料
相类似的塑料；
 浇铸塑料 是指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尼龙等；
 反应注射塑料 是用液态原材料，加压注入膜腔内，使其反
应固化成一定形状制品的塑料，如聚氨酯等
塑料的分类——4、其他分类方法
按密度分
低密度、中密度、高密度
按聚合压力分
高压聚乙烯、中压聚乙烯、低压聚乙烯
按分子量大小分
低分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯
常用塑料及其应用

热塑性塑料

五大品种：PE、PVC、PS、PP、ABS

氟塑料

高分子复合材料：玻璃钢、碳纤维增强塑料
1．聚乙烯（PE塑料）



由乙烯聚合而成，分子式：（CH2—CH2）n
其原料充足，产量一直是世界塑料产量的首位，
在我国具第二位，仅次于PVC塑料，属易加工
塑料
分类：

第一类：PE-HD




对于密度为0.91-0.925g/cm3，为第一类型PE-HD；
对于密度为 0.926-0.94g/cm3，为第二类型PE-HD；
对于密度为0.94-0.965g/cm3，为第三类型PE-HD。
第二类：PE-LD

特点：在所有塑料中密度较低
1．聚乙烯（PE塑料）

PE-HD是高结晶材料，高结晶度导致了它的高密度、
抗张力强度、高扭曲温度，粘性以及化学稳定性


PE-HD比PE-LD抗渗透性强、但抗冲击强度较低PH-HD
的特性主要由密度和分子量分布所控制
PE-LD是半结晶材料，成型后收缩率较高，在
1.5%到4%之间。

分子量越高，PH-LD的流动特性越差，但是有更好的抗
冲击强度。
1．聚乙烯（PE塑料）

性能：





由于其在密度、结晶度、分子量方面的差异其性能
差异是较大的。
一般，低密度聚乙烯的机械性能较高密度聚乙烯稍
差，制品较高密度聚乙烯软。
无毒。
电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐低温性能和流动
性能优良。
柔顺性、热塑性、弹性、透气性好；透水性差。
1．聚乙烯（PE塑料）


性状：白色或浅白色腊状半透明固体。薄膜
状聚乙烯几乎透明。
常用方面：

薄膜 线型低密度聚乙烯地膜覆盖用薄膜（应用
最多）、农用大棚薄膜、包装用薄膜、果品保
鲜用薄膜、防化膜、其他吹塑超薄薄膜等
1．聚乙烯（PE塑料）

常用方面：



管材 线性低密度聚乙烯软管用于电线、电缆绝缘
护管、套；管可用于煤气管、自来水上下水管、
农用暗管、60℃以下耐蚀性输液管道等。
塑料容器 高密度聚乙烯可制作中空容器如周转箱、
瓦楞箱、桶、瓶、大型储槽等
机械零件 超高分子量聚乙烯具有良好的耐磨性，
用于各种机械零部件做不粘、耐磨、低噪音的润
滑部件，如密封圈、轴承、低载的齿轮、人体关
节等。用火焰法或静电法喷覆于金属表面，已提
高耐磨性及耐腐蚀性，如家电外壳。
1．聚乙烯（PE塑料）

常用方面：


日用品 皂合（常用着色剂：荧光黄、透明红、荧
光绿）塑料袋、药品瓶、油桶、餐具、玩具、花、
日用杂品等。
其他




板材（即出版材、片材）
人造革
单丝
泡沫塑料及其制品
2．聚丙烯（PP）


属易加工塑料。
分子式：
2．聚丙烯（PP）

特点：



由于分子链上挂有侧基CH3,不利于分子排列的
规整度和柔性，使刚性增大。
相对密度在塑料里最小，仅为0.90—0.91/cm3。
时塑料中最轻的塑料。
性状：

制品表面低透明度、低光泽度，透明好于聚乙烯，
易着色。
2．聚丙烯（PP）

性能：

机械性能(强度、硬度、和弹性等)均高于聚乙烯。








拉伸强度为32—40兆帕
弯曲强度为40—55兆帕
抗弯折能力强，抗冲击强度高
PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。由于结晶度较高，这种材
料的表面刚度和抗划痕特性很好，不存在环境应力开裂问题。
通常采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行
改性。
耐高温（100℃以下可长期工作），低温性能稍差
优良的电绝缘性和耐腐蚀性能在常温下耐酸、碱腐蚀
冲击韧性差，抗老化差，透气性比PE大
2．聚丙烯（PP）

常用方面：

工农业


机械零件


水杯、食具、玩具、饮料、药品容器、包装薄膜如玻璃纸透明。
纺织品


法兰、齿轮、手把、接头、汽车水、油箱壳体、电视机壳体等
日用品


喷灌管、化工管道、板材、电缆包覆和护套、打包带、包装袋、瓦
楞板等
丙纶纤维、无纺布等。
另外

聚丙烯改性后，大大扩展了其用途，可做成仿木材。发泡制品可作
包装材料使用。
用聚丙烯扁片和标准的照明设
备设计可自行组装的灯饰
聚丙烯板提供了多种颜色和印刷工艺,
从而使这种材料在外形上为日常用品
的生产提供了许多无尽的可能性.可用
于家具,包装,照明设备,文具,垫。
3．聚氯乙烯(PVC)


由乙炔气体和氯化氢合成氯乙烯，再聚
合而成,是热塑性塑料。
分子式：
3．聚氯乙烯(PVC)

特点：



聚氯乙烯的分子链中存在极性氯原子,增大了分子间的
作用力,阻碍了单链内旋,减小了分子链间距离,所以刚
度、强度和硬度均比聚乙烯高。质硬、耐老化性好。
优点：具有轻质、防水、防潮隔热、保温、防潮、阻
燃、施工简便等。规格、色彩、图案繁多，极富装饰
性，可应用于居室内墙和吊顶的装饰，是塑料类材料
中应用最为广泛的装饰材料之一。
缺点：怕火，不耐高温，在较热的环境中工作容易变
形。
3．聚氯乙烯(PVC)
性能：
 硬质聚氯乙烯（薄璃球树脂）


加人少量增塑剂、稳定剂和填料获得，具有
较高的机械强度和较好的耐蚀性（酸、碱）。
拉伸强度为40—50兆帕。
软质聚氯乙烯（棉花球树脂）

增塑剂加入量达30%~40%时,制得软质聚氯
乙烯,其延伸率高,制品柔软,具有良好的耐蚀
性和电绝缘性。拉伸强度在10—20兆帕。
3．聚氯乙烯(PVC)

性状：


白色粉末，密度1.4。
常用方面：

工农业


国防


农用薄膜（透气、透紫外线）、雨布耐酸、碱管、绝缘层、电线
管、医药卫生器具
结构零件
建材

墙板、天花板、目前大量用于饰条、室内门窗、塑钢门窗等。
聚乙烯薄膜与聚氯乙烯薄膜的鉴别
聚乙烯薄膜 无毒，可盛放食物，强度差些，不能受80℃以上高温，
有一定透气性，不宜长期盛装茶叶、香料等
聚氯乙烯薄膜 毒性，不宜与食品直接接触。常用于做雨衣、鞋底、
床罩、窗帘、桌布、手提包等
鉴别方法：
（1）触摸法
手摸起来有润滑感，蜡感，是聚乙烯膜袋，而聚氯乙烯薄膜摸起
来有些发粘
（2）抖动法
用手抖动，声音发脆，质轻易漂浮是聚乙烯薄膜袋；声音低沉为
聚氯乙烯薄膜袋
（3）燃烧法
易燃，火焰呈黄色，燃烧时有石蜡状油滴落，并有蜡烛燃烧时的
气体，是聚乙烯薄膜袋。不易燃烧，离火即灭，火焰呈绿色，为
聚氯乙烯薄膜袋
（4）浸水法
将塑料袋浸入水中，用手按压入水后，能浮出水面的为聚乙烯，
沉入水底的为聚氯乙烯（聚乙烯的密度小于水，聚氯乙烯的密度
大于水；常温时分别约为0.92g/cm3和1.4g/cm3）
4．聚苯乙烯（PS）



聚苯乙烯由苯乙烯单体聚合而成
分子结构式：
由于侧基上有苯环,分子间移动的阻力增大,结
晶度降低,因而具有较大的刚度，是热塑性塑料。
4．聚苯乙烯（PS）

特点：



无色、无味、无毒、无嗅，具有光泽的透
明固体。
相对密度为1.04—1.09。
刚度和表面硬度较大，尺寸稳定性好，着色
容易。
4．聚苯乙烯（PS）

性能：




电绝缘性好,是很好的高频绝缘材料。
耐辐射性好。
几乎不吸水，具有优良的耐蚀性（酸、碱）
但溶于芳香烃、氯代烃、酮类和酯类。
缺点是抗冲击性差,易脆裂、耐热性不高,不
耐热水，耐油性有限。
4．聚苯乙烯（PS）

应用方面：



用于制作透明或色泽鲜艳的各类制品，如文具、
灯具、灯饰、室内外装饰、化妆品装饰、果盘
电子工业、仪表设备外壳、车灯罩、光学零件
（三棱镜、透镜）
另外用悬浮法制成不同密度的泡沫塑料可做隔音
包装、隔音、防震、救生材料等。
5. ABS塑料



是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的共聚物树脂，
具有上三种组分的特点
属热塑性塑料
黑色颜料的ABS制品的耐候性好，在室外暴露
两年经太阳和大气侵蚀，其外观和性能都基
本不变
5. ABS塑料

特点：

改变三种组分的配比，可是塑酯的性能和特点发生
很大的变化。以适应不同产品的需要。



丙烯腈使聚合物耐油、耐热、耐化学腐蚀；
丁二烯使聚合物具有卓越的柔性、韧性的橡胶的特点；
苯乙烯使聚合物具有良好的刚性和熔融的加工流动性；
5. ABS塑料

性能：


ABS树脂具有高的坚韧性、刚性和化学稳定性，
并具有耐热性和耐油性。
具有突出的力学性能和综合性能（加工温度范围
宽，不需额外加助剂等）使其成为极其主要的一
类工程塑料。
5. ABS塑料
应用方面：
 电器部件


汽车部件


电冰箱内衬、建筑门窗、百叶窗
管材


旅行箱、安全帽等；
板材


台面等
用品


电器外壳、电话机外壳、电视机外壳、笔记本电脑外壳、显示器外壳
等；
ABS管、管件等
其它

该材料电镀性能良好，可获得金属质感的电器零件外观、奖牌、饰件等。
6．氟塑料


是化合物大分子链中含有氟原子的塑料的总称。
特点：



耐热性和抗化学性能极为优异；
自润滑性能优良，具有目前已知材料的最低摩擦系
数；
具有抗粘防污、耐老化等特性。
6．氟塑料

种类：






聚四氟乙烯（PTFE） 被称为塑料王，抗化学腐蚀
性能此类种之最
四氟乙烯-六氟丙烯共聚物（FEP）
聚偏二氟乙烯（PVDF）
乙烯-四氟乙烯共聚物（ETPE）
聚氟乙烯（PVF）
聚三氟乙烯（PCTFE）等
6．氟塑料

应用方面：

薄膜、管材、棒料、轴承、垫圈、阀门、各
种型材及零件等，适用于高温和环境恶劣条
件下使用。
7．高分子复合材料

代表：


玻璃钢（玻璃纤维+热固性塑料）
碳纤维增强塑料 优于上。
产品设计时，应根据需求综
合比较各种塑料的具体性能指标
(查手册)，选用合适的塑料材料。
小结

第一节 常用工程塑料及其性质


高分子材料
塑料
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塑料的组成
塑料的一般特性
塑料的分类
热塑性塑料（五大品种：PE、PVC、PS、PP、ABS）