塑料产品工业设计基础1

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1、,Plastic Product Design Engineering 塑料树脂配方及原理,曹新鑫（河南理工大学材料学院） 13629854268 ,课程简介,课程性质 本课程是材料科学与工程专业高分子方向的专业选修课程，是以高分子化学及物理和高聚物流变学的基本理论为指导，分析塑料材料的结构性能、成型加工的特点，掌握成型用物料的配制、选材的基本原理与方法，并了解一些典型制品的加工工艺及生产中的不正常现象产生的原因及对策。 学时：32 选用教材 塑料产品工业设计基础，郁文娟 顾燕 ，化学工业出版社。 参考教材 1、张克惠. 塑料材料学高等学校材料科学系列教材. 西安：西北工业大学出版社，2001

2、年08月； 2、王文广.塑料材料的选用. 北京：化学工业出版社，2001年01月。,Contents,第5章 产品结构设计,第6章 产品组装设计,第7章 产品功能设计,第8章 产品应用设计,第1章 绪论,第2章 聚合物化学与塑料基础,第3章 塑料材料实用性能,第4章 塑料设计材料,第1章,塑料的历史与发展,塑料的应用 包装材料 建筑材料 电子电器 汽车工业 医疗卫生,塑料 工业设计的首选材料,绪论,1.1,1.2,1.3,1.1 塑料的历史与发展,赛璐珞,酚醛树脂,聚烯烃、 工程塑料,天然高分子加工阶段,合成树脂阶段,大发展阶段,纤维素的 改性和加工,新材料 新技术,以合成树脂为 基础原料生产

3、塑料,目前我国是全世界塑料的第二大生产国，也是第二大消费国（另有说法：第一大消费国）。.,从第一个塑料产品赛璐珞诞生算起，塑料工业迄今已有140多年的历史。其发展历史可分为三个阶段。,天然高分子加工阶段,这个时期以天然高分子，主要是纤维素的改性和加工为特征。 1869年美国人J.W.海厄特发现在硝酸纤维素中加入樟脑和少量酒精可制成一种可塑性物质，热压下可成型为塑料制品，命名为赛璐珞。 1872年在美国纽瓦克建厂生产。当时除用作象牙代用品外，还加工成马车和汽车的风挡和电影胶片等，从此开创了塑料工业，相应地也发展了模压成型技术。,1903年德国人A.艾兴格林发明了不易燃烧的醋酸纤维素和注射成型方法

4、。 1905年德国拜耳股份公司进行工业生产。在此期间，一些化学家在实验室里合成了多种聚合物，如线型酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯等，为后来塑料工业的发展奠定了基础。 1904年世界塑料产量仅有10kt，还没有形成独立的工业部门。,合成树脂阶段(3-1),这个时期是以合成树脂为基础原料生产塑料为特征。 1909年美国人L.H.贝克兰在用苯酚和甲醛来合成树脂方面，做出了突破性的进展，取得第一个热固性树脂酚醛树脂的专利权。在酚醛树脂中，加入填料后，热压制成模压制品、层压板、涂料和胶粘剂等。这是第一个完全合成的塑料。 1910年在柏林吕格斯工厂建立通用酚醛树脂公司进行生产。在40年代以前，酚醛塑

5、料是最主要的塑料品种,约占塑料产量的2/3。主要用于电器、仪表、机械和汽车工业。,1920年以后塑料工业获得了迅速发展。其主要原因首先是德国化学家H.施陶丁格提出高分子链是由结构相同的重复单元以共价键连接而成的理论和不熔不溶性热固性树脂的交联网状结构理论，1929年美国化学家W.H.卡罗瑟斯提出了缩聚理论，均为高分子化学和塑料工业的发展奠定了基础。 由于当时化学工业总的发展十分迅速，为塑料工业提供了多种聚合单体和其他原料。当时化学工业最发达的德国迫切希望摆脱大量依赖天然产品的局面，以满足多方面的需求。这些因素有力地推动了合成树脂制备技术和加工工业的发展。,1914年-1918年,合成树脂阶段(

6、3-2),第一个无色的树脂是脲醛树脂。 1928年，由英国氰氨公司投入工业生产。 1911年，英国F.E.马修斯制成了聚苯乙烯，但存在工艺复杂、树脂老化等问题。 1930年，德国法本公司解决了上述问题，在路德维希港用本体聚合法进行工业生产。在对聚苯乙烯改性的研究和生产过程中，已逐渐形成以苯乙烯为基础，与其他单体共聚的苯乙烯系树脂，扩展了它的应用范围。 1931年,美国罗姆-哈斯公司以本体法生产聚甲基丙烯酸甲酯，制造出有机玻璃。,1926年，美国W.L.西蒙把尚未找到用途的聚氯乙烯粉料在加热下溶于高沸点溶剂中,在冷却后,意外地得到柔软、易于加工、且富于弹性的增塑聚氯乙烯。这一偶然发现打开了聚氯乙

7、烯得以工业生产的大门。 1931年德国法本公司在比特费尔德用乳液法生产聚氯乙烯。 1941年,美国又开发了悬浮法生产聚氯乙烯的技术。从此,聚氯乙烯一直是重要的塑料品种，它又是主要的耗氯产品之一，在一定程度上影响着氯碱工业的生产。 1939年,美国氰氨公司开始生产三聚氰胺-甲醛树脂的模塑粉、层压制品和涂料。,合成树脂阶段(3-3),1933年英国卜内门化学工业公司在进行乙烯与苯甲醛高压下反应的试验时，发现聚合釜壁上有蜡质固体存在，从而发明了聚乙烯。 1939年该公司用高压气相本体法生产低密度聚乙烯。 1953年联邦德国K.齐格勒用烷基铝和四氯化钛作催化剂，使乙烯在低压下制成为高密度聚乙烯，195

8、5年联邦德国赫司特公司首先工业化。,不久，意大利人G.纳塔发明了聚丙烯，1957年意大利蒙特卡蒂尼公司首先工业生产。从40年代中期以来，还有聚酯、有机硅树脂、氟树脂、环氧树脂、聚氨酯等陆续投入了工业生产。 塑料的世界总产量从1904年的10kt，猛增至1944年的600kt，1956年达到3.4Mt。 随着聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等通用塑料的发展，原料也从煤转向了以石油为主，这不仅保证了高分子化工原料的充分供应，也促进了石油化工的发展，使原料得以多层次利用，创造了更高的经济价值。,1939年1945年,大发展阶段(3-3),在这一时期通用塑料的产量迅速增大。 聚烯烃塑料在70年代又有聚1-丁

9、烯和聚 4-甲基-1-戊烯投入生产。形成了世界上产量最大的聚烯烃塑料系列。同时出现了多品种高性能的工程塑料。 19581973年的16年中,塑料工业处于飞速发展时期,1970年产量为30Mt。,除产量迅速猛增外，其特点是： 由单一的大品种通过共聚或共混改性，发展成系列品种。如聚氯乙烯除生产多种牌号外,还发展了氯化聚氯乙烯、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、氯乙烯偏二氯乙烯共聚物、共混或接枝共聚改性的抗冲击聚氯乙烯等。 开发了一系列高性能的工程塑料新品种如聚甲醛、聚碳酸酯、ABS树酯、聚苯醚、聚酰亚胺等。 广泛采用增强、复合与共混等新技术，赋予塑料以更优异的综合性能，扩大了应用范围。 。,新技术、新材料,

10、塑料的物理、化学改性 重新合成新的聚合物品种,成型加工技术,特种功能塑料,纳米复合材料 热塑性弹性体 天然纤维复合材料,Before,After,塑料研究领域的现状.,仍是以注射、挤出、吹塑、热成型等为主,超高速成型、精密注射成型、气辅注射成型、结构发泡成型、夹心注射成型、多组分注射、熔芯模塑、注射压缩、抵押注射成型等,乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）薄膜 （美国杜邦公司和日本旭硝子公司） 10多万平米（108万平方英尺）,PC屋顶板材（拜耳公司） 沈阳奥体中心 2万平方 天津奥体中心（“水滴”） 1.3万平方,小常识,杜邦是由杜邦家族（法国移民）组成的依靠化学工业和军火工业起家的财团，尼龙（

11、丝袜）、特氟龙、莱卡（塑身内衣）、Kevlar（防弹背心） 旭硝子株式会社（AGC，三菱子公司）世界三大液晶面板显示器基板玻璃厂商之一（美国康宁、德国肖特（：蔡司），主打产品：电子玻璃、平板玻璃、汽车玻璃、显示器玻璃 拜耳，德国最大的产业集团。高分子、医药保健、化工以及农业是公司的四大支柱产业。阿司匹林，“世纪之药”。,第1章,塑料的历史与发展,塑料的应用 包装材料 建筑材料 电子电器 汽车工业 医疗卫生,塑料 工业设计的首选材料,绪论,1.1,1.2,1.3,1.2 塑料的应用,2.低端产品为主 高端的产品还比较缺乏，差别化的产品也比较少 更多依靠制造业产业，才带动整个材料行业产业 发展,1

12、.需求大，产量高 产量地区分布集中在东南沿海 广东、浙江、江苏、山东产量位居全国前列,2009年国内塑料需求量,汽车,电气,建材,包装,200,670,1200,1600,单位：万吨,国内市场特点,小常识： 五大通用树脂-聚氯乙烯（PVC）与聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）和ABS,包装材料,1.塑料瓶（HDPE、PP）包装代替低质量的黄圆玻璃瓶封蜡包装,轻量化、薄壁化、高阻渗性、防静电、新型降解、茂金属塑料等,要求：适应的气体透过性，保持适宜的O2和CO2浓度。,eg. PET啤酒包装瓶-微量的氧气进入、CO2的流失、耐60度左右温度（巴氏灭菌方式）,5加仑饮水桶：PVC（添

13、加剂毒性问题）、PET（市场混乱、以次充好）,举例：酸奶包装材料对比 （下页）,聚丙烯薄膜 聚乙烯薄膜,PET聚酯瓶 碳酸饮料、啤酒、果汁等 主要厂家：珠海中富、上海紫江集团,发展食品级PC原料十分紧迫。,2. 铝塑泡罩包装：聚偏二氯乙烯（PVDC，对水蒸气及某些气体的阻隔性能 均优于PVC）或其复合材料代替PVC,3.口服液类塑料瓶包装：避光并有计量刻度或计量杯的塑瓶（PET、PC）代替低质落后的玻璃瓶或塑料瓶,举例：酸奶包装材料对比,建筑材料,硬质（PVC-U）给排水管材 阻燃LDPE电缆线套管、保温管道用的HDPE外护管、光纤通信电缆的硅芯套管 均聚聚丙烯（PP-H管）、.嵌段共聚聚丙烯

14、（PP-B管）、无规共聚聚丙烯（PP-R管）：给排水用 ABS管等特殊用途,塑料管材,塑料门窗,保温防水,装饰材料,塑料建材制品是继钢材、木材、水泥之后，第四类重要的建筑材料.,聚氯乙烯（PVC）塑料 玻璃纤维增强不饱和聚酯（GUP）塑料门窗 聚氨基甲酸酯（PUR）硬质泡沫塑料门窗 保温节能、隔声密封性好、抗风压性能、耐腐蚀性、耐候性、防火性能、绝缘性能、装饰性能好,PVC外墙装饰板 透明采光屋顶、天棚、天窗等 厨房塑料壁柜、屋顶扣板等,挤塑型、模塑型聚苯板与砂浆外墙外保温系统 喷涂聚氨酯硬泡体防水保温材料 聚氯乙烯和三元乙丙防水卷材,20世纪50年代德国率先开发,汽车工业,纳米复合材料,可喷

15、涂和免喷涂塑料,塑件配光镜 和动力系统,仪表板、内饰系统,聚碳酸酯做成的前照灯配光镜(GE) 复合材料(玻璃和碳纤维)传动轴 动机气门室罩和机油盘采用聚酰胺、反应注塑聚氨酯、环氧树脂等玻璃纤维增强塑料模制或压制而成,TPO系纳米复合材料汽车踏脚板（GE） 纳米聚丙烯复合材料保险杠（TOYOTA）,可导电的聚苯醚/聚酰胺车身塑料（GE） PC/PBT的汽车车身板,泡沫聚氨酯门板(部分国产汽车) 改性聚丙烯硬质仪表板（经济型车） 聚氨酯反应发泡成型软质仪表板（中高档车）,汽车所用塑料不是纯的(单一)的某一种品种，而是经过改性的 “改性塑料”。 使用塑料代替金属的主要目的：减轻车重、减少排放和降低成

16、本,Click to add Text,第1章,塑料的历史与发展,塑料的应用 包装材料 建筑材料 电子电器 汽车工业 医疗卫生,塑料 工业设计的首选材料,绪论,1.1,1.2,1.3,1.3 塑料-工业设计的首选材料,物理、化学、电学等,适用加工方法、成本、难易程度、可否批量生产,可通过多种技术手段，使性能得到加强、实现功能的拓展,基本物性以及可选择范围,成型加工性,可设计性,对于产品设计者来说，设计材料的实用性体现在以下几个方面。,安全无毒、低公害、无污染，易回收利用，有节能效果等,环境适应性,即可装饰性。通过各种装饰手法，达到理想的视觉效果和触摸效果。,表面工艺性,来源丰富、成本低廉,经济

17、性,塑料作为工业设计首选材料的优势(1),汽车、轮船、火车、飞机等,以塑代钢，降低自重，提高运行速度，降低能耗 碳纤维增强塑料,武器和军用电子设备,照相机、摄像机、手机等日用品,小型化、轻量化，以提高机动作战能力和战场生存能力 Description of the contents,美观、重量轻，易于携带,密度小 塑料的密度一般为0.9-1.4。PTFE（最重）为2.4,塑料作为工业设计首选材料的优势（1）,密度小 塑料的密度一般为0.9-1.4。PTFE（最重）为2.4,AK-47,AUG（奥地利斯太尔）,钢珠 手雷,塑料作为工业设计首选材料的优势(2),PMMA：透光性92%，高于无机玻璃

18、，密度小，成型简单.,PC防弹玻璃：良好的安全性，抗冲击性和抗穿透性. 飞机挡风玻璃：能承受飞行产生的激波（无机玻璃不能）,.光学透镜、光学仪器、眼镜镜片等,大弧度厚质（超薄）装饰材料：无机玻璃成型难度大,透明包装容器：提高商品价值.,透明性，耐冲击 相比较传统无机玻璃。.,小常识：三大透明塑料品种PMMA、PS、PC。,塑料作为工业设计首选材料的优势(2),无机玻璃,防弹玻璃,塑料作为工业设计首选材料的优势(3),从原料到成品一次完成,成型方法多,较大的结构设计灵活性,以注塑为例,自动化程度高,满足复杂的结构设计,气辅注射成型 多组分注塑 夹心注塑成型 注射-压缩成型 ,相比金属材料加工工序

19、多，塑料加工可大幅度减低设备费用、节省劳动力、缩短生产周期、降低生产成本 使用24腔模具热成型加工PP 75mm饮料杯，生产速度16个/s；45腔模具生产40mlPP杯，生产速度10万个/h。,成型流线型车身部件的成本效益： 塑料的风阻系数0.26 金属材料0.310.34,成型加工性优良,塑料作为工业设计首选材料的优势(4),- 功能拓展：导电塑料、抗静电塑料、阻燃塑料、导热塑料、抗菌塑料、发光塑料、热敏显色塑料（婴儿奶瓶）等,- 热塑性弹性体-优异手感，制作工具的手柄和家具的扶手，具有良好的握持性和振动缓冲性。 电镀喷涂（金属感）、木纹装饰等,- 加工过程的节能；使用过程中的节能；塑料废弃

20、物的能量回收.,材料性能的可设计性强,理想的手感、触感和视觉效果,节约能源、保护环境,塑料作为工业设计首选材料的优势(4),认识误区：以纸包装代替塑料包装可以改善环境 实际上：纸生产过程中释放的二氧化碳及氮氧化物比塑料高出数倍之多，对水的污染则更为严重。与纸张生产情况类似，玻璃、水泥、钢铁生产过程中对环境的污染也是十分严重的。,“我觉得，地球上60亿人都应该向我们说抱歉。” -图瓦卢居民Mitiana Trevor,日本的垃圾回收,日本街头几乎没有垃圾桶，但是东京街头又非常干净。这和日本一贯实行的垃圾处理有很大的关系，日本的垃圾回收不是像国内简单的“可回收”和“不可回收”，而是极其严格的分类，

21、扔垃圾之前需要在家里将垃圾分类，不同的垃圾需要到不同指定的地点扔。,习题与思考题,1、作为汽车用材，塑料与传统材料相比，具有哪些优点？ 要求查阅3篇以上文献，并在作业中标注出处。,2、请说明将塑料作为工艺设计首选材料的合理性和必然性。 3、查阅资料，列出目前5家以上规模较大的塑料合成或制品生产的企业名称及其企业现状。,第2章 聚合物化学与塑料挤出,聚合物的基本概念,聚合物的合成 加聚反应 缩聚反应,聚合物的结构 聚合物链的结构 聚合物的聚集态结构,提纲,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,塑料类别及其组成,塑料的成型加工,2.1 聚合物的基本概念(1),分子,有机化合物：含碳化合物 无机化

22、合物：不含碳的化合物及碳的简单化合物（CO2等）,不同分子质量的化合物的区别,因分子量低而强度太低，不能作为塑料来使用。,2.1 聚合物的基本概念(2),原料来源,天然高分子：天然橡胶、淀粉、蛋白质、纤维素等等 合成高分子：塑料、橡胶、化学纤维、涂料、胶黏剂,名称来源,名称误区,天然树脂：沥青、松香、琥珀、虫胶等（从树木表面分泌出来的油脂状物质） 合成树脂：名称沿用天然树脂。如酚醛树脂、不饱和聚酯等。,聚合物材料：塑料的基本原料，纯净的高分子材料 塑料：添加助剂或其他组分加工后的材料或制品,高分子 macromolecule；polymer 类似的名称：高分子化合物、大分子、聚合物、合成树脂等

23、等。.,三大合成材料,第2章 聚合物化学与塑料挤出,聚合物的基本概念,聚合物的合成 加聚反应 缩聚反应,聚合物的结构 聚合物链的结构 聚合物的聚集态结构,提纲,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,塑料类别及其组成,塑料的成型加工,2.2 聚合物的合成,1、Carothers分类法,加聚反应 （addition polymerization) 数目众多的含不饱和键的单体进行的连续、多步的加成反应，无小分子产生，加聚物多为碳链 缩聚反应 (condensation polymerization) 数目众多的单体连续、重复的多步缩合反应过程。有小分子生成。缩聚物分子链多含杂原子。,不足,正确性,

24、例如： 酚醛树脂 聚氨酯 聚脲,例如：聚丙烯、聚丙烯酰胺、聚碳酸酯,聚合反应的分类,2、Flory分类法,链式反应 （连锁聚合）（chain-growth polymerization) 单体转变成聚合物的反应是以连锁方式进行的（多米诺骨牌）。 逐步反应 (step-growth polymerization) 单体转变成聚合物的反应是逐步进行的（穿珠子）。,聚合反应的分类,第2章 聚合物化学与塑料挤出,聚合物的基本概念,聚合物的合成 加聚反应 缩聚反应,聚合物的结构 聚合物链的结构 聚合物的聚集态结构,提纲,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,塑料类别及其组成,塑料的成型加工,2.3聚合

25、物的结构,（1）结构单元,结构单元的组成和结构取决于聚合时采用的原料单体，它通常决定了以它为重复单元的聚合物的大致的性能特征。 - 元素的组成 - 结构单元的化学结构 1.加聚反应产物（碳链高分子） - 侧链上不同元素形成的共价键键能不同 - 取代基的属性、为止和体积大小对性能的影响不同 -产物一般为通用热塑高分子,2.3.1聚合物链的结构,聚丙烯由于甲基-CH3侧基存在，使大分子刚性增加，同时抗氧化性变差,聚苯乙烯由于苯环-C6H5侧基体积大，对链有僵化效应，使聚苯乙烯刚硬呈脆性。,2.3聚合物的结构,（1）结构单元,2.缩聚反应产物（杂链高分子） - 主链上除碳外还有氧、氮、硫等杂原子 -

26、 主链上均还有极性基团，使分子间作用力加强，力学强度提高；但电性能、耐有机溶剂性有所下降。 -产物一般为工程塑料,2.3.1聚合物链的结构,聚碳酸酯PC，主链极性基团：羰基-CO-、酯基-OCO-,尼龙66（PA66），主链极性基团：酰胺基-NH-CO-,2.3聚合物的结构,链的长度由组成链状分子的结构单元的数量决定。结构单元数量越多，链的长度越长，显然分子量越大.,大多数聚合物的聚合度在2002000之间，相应的分子质量在2万20万.,PE分子量范围比较宽，UHMWPE分子量达到百万以上.,无法精确控制每条分子链的长短，聚合物的分子量具有多分散性.,分子量分布：橡胶塑料纤维.,2.3.1聚合

27、物链的结构,（2）链的长度,2.3聚合物的结构,线性聚合物：大多为热塑性塑料，长度为1001000nm 支链形聚合物：支链会造成分子堆砌密度下降，分子链之间的作用力减弱，熔体流动性较差。eg. LDPE 体形聚合物：通过交联反应，共价键连接起来的空间立体网状结构的大型分子，如酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂等。其加工过程为先形成线性预聚物，再模压固化成型。基本特征为不溶不熔，机械性能、热性能和耐化学性能优异。,2.3.1聚合物链的结构,（3）链的几何形状,双酚A线性酚醛树脂,2.3聚合物的结构,2.3.1聚合物链的结构,（4）结构单元在链中的排列,均聚物的空间异构,等规PP,无规PS（透明）,配位

28、聚合,自由基聚合,2.3聚合物的结构,2.3.1聚合物链的结构,（4）结构单元在链中的排列,共聚物的空间异构,2.3聚合物的结构,2.3.1聚合物链的结构,（4）结构单元在链中的排列,共聚物的空间异构,2.3聚合物的结构,2.3.2聚合物的聚集态结构,高分子合金,2.3聚合物的结构,2.3.2聚合物的聚集态结构,常见的结晶性聚合物和无定形聚合物,2.3聚合物的结构,2.3.2聚合物的聚集态结构,2.3聚合物的结构,2.3.2聚合物的聚集态结构,2.3聚合物的结构,2.3.2聚合物的聚集态结构,2.3聚合物的结构,2.3.2聚合物的聚集态结构,第2章 聚合物化学与塑料挤出,聚合物的基本概念,聚合

29、物的合成 加聚反应 缩聚反应,聚合物的结构 聚合物链的结构 聚合物的聚集态结构,提纲,2.1,2.2,2.3,2.4,2.5,塑料类别及其组成,塑料的成型加工,2.4塑料的类别及其组成,2.3.1塑料的类别,2.4塑料的类别及其组成,2.3.1塑料的类别,2.4塑料的类别及其组成,2.3.1塑料的类别,2.4塑料的类别及其组成,2.3.1塑料的类别,2.4塑料的类别及其组成,2.3.1塑料的类别,2.4塑料的类别及其组成,2.3.1塑料的类别,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,聚合物+添加剂,降低成本（以相对廉价的助剂添加于聚合物中，可增加体积，降低成本）.,改善加工性能（有利于

30、加工过程，防止加工过程中的性能发生变化）.,改善和提高使用性能.（如强度、模量、韧性、硬度、耐磨性能、耐候性、耐热性等）,赋予新的功能，如赋予色彩、导电性、磁性、阻燃性等.,组分中添加助剂的目的：,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（1）填料及增强剂 填料 种类：硅石（石英砂）、硅酸盐（云母、滑石、陶土、石棉）、碳酸钙、金属氧化物、炭黑、玻璃珠、木粉等。 作用：降低成本、收缩率，一定程度上改善塑料某些性能（如增加模量和硬度，降低蠕变等）。 用量：20-50%。 增强剂 种类：纤维状材料最常用玻璃纤维、石棉纤维，新型有碳纤维、石墨纤维和硼纤维等。 作用：提高塑料制品的强度和刚性。

31、用量：20-50%。 增强效果：取决于增强剂和填料与聚合物界面分子间相互作用的状况偶联剂。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（2）增塑剂 概念：一般是沸点较高、不易挥发、与聚合物有良好混溶性的低分子油状物。 种类 主增塑剂：与聚合物的混溶性好、塑化效率高PVC主要使用增塑剂（80%）碳原子数6-11的脂肪酸与邻苯二甲酸类合成的酯类邻苯二甲酸二辛酯（DOP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）及邻苯二甲酸二甲酯、二乙酯；环氧类、磷酸酯类、癸二酸酯类、氯化石蜡类。樟脑（纤维素基塑料的增塑剂）。 副增塑剂（增量剂）：与聚合物的混溶性稍差，主要是与主增塑剂一起使用，以降低成

32、本。 作用：降低玻璃化温度和成型温度，改善加工时熔体的流动性能，降低分子间作用力；制品模量降低、刚性和脆性减小。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（2）增塑剂 概念：一般是沸点较高、不易挥发、与聚合物有良好混溶性的低分子油状物。 种类 主增塑剂：与聚合物的混溶性好、塑化效率高PVC主要使用增塑剂（80%）碳原子数6-11的脂肪酸与邻苯二甲酸类合成的酯类邻苯二甲酸二辛酯（DOP）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）及邻苯二甲酸二甲酯、二乙酯；环氧类、磷酸酯类、癸二酸酯类、氯化石蜡类。樟脑（纤维素基塑料的增塑剂）。 副增塑剂（增量剂）：与聚合物的混溶性稍差，主要是与主增

33、塑剂一起使用，以降低成本。 作用：降低玻璃化温度和成型温度，改善加工时熔体的流动性能，降低分子间作用力；制品模量降低、刚性和脆性减小。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（3）稳定剂 目的：为防止塑料在光、热、氧等条件下过早老化，延长制品的使用寿命，常加入稳定剂防老剂 品种：抗氧剂、热稳定剂、紫外线吸收剂、变价金属离子抑制剂、光屏蔽剂等。 抗氧剂 概念：能抑制或延缓聚合物氧化过程的助剂。 作用：消除老化反应中生成的过氧化自由基，还原烷氧基或羟基自由基等终止氧化连锁反应,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（3）稳定剂 抗氧剂 种

34、类 取代酚类：对制品无污染和变色性，适用于烯烃类塑料或其他无色及浅色塑料制品； 芳胺类：抗氧化效能高于酯类且兼有光稳定作用，但有污染性和变色性； 亚磷酸酯类：不着色抗氧剂，常用作辅助抗氧剂； 含硫酯类：辅助抗氧剂用于聚烯烃，与酚类并用有显著协同效应。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（3）稳定剂 热稳定剂 应用：主要用于PVC及其共聚物。 PVC加工特点：PVC分子具有较强极性，Tg、软化温度、Tm较高，150-160以上才能塑化加工；热稳定性差90开始分解，120更明显，放出大量HCl，使树脂降解，颜色较深，无法加工。 PVC热降解机理（自由基反应机理，有

35、氧存在） 脱HCl加速PVC分子链断裂及其连锁反应； 氧化及断链； 交联； 环化。 热稳定剂作用原理：加入适当的碱性物质中和分解出来的HCl，防止大分子进一步发生断链。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（3）稳定剂 热稳定剂 常用热稳定剂种类： 主热稳定剂：铅盐类（无机酸和有机酸的铅盐），带盐基（PbO）的盐基性铅盐盐基硫酸铅和硬脂酸铅；金属皂类（脂肪酸月桂酸、硬脂酸等的二价金属盐（Ba,Cd,Pb,Zn,Ca,Mg等）；有机锡类带两个烷基的饱和或不饱和有机酸、硫醇或硫代硫酸酯的锡盐生产PVC透明制品所用的稳定剂，具良好的光稳定性；有机锑化合物；稀土稳定剂等

36、。 辅助热稳定剂：环氧化合物还起增塑剂作用，如环氧化油等；螯合剂（亚磷酸酯类），能与金属盐类形成络合物单独使用无效，与主稳定剂并用则显示稳定作用亚磷酸三苯酯；多元醇等。 复合热稳定剂：由主、辅热稳定剂和其他助剂组成的协同稳定体系，有固体和液体共沉淀金属皂类、液体金属皂、有机锡等特点：相容性好，透明性好，不易析出，易计量，无污染，加工性能好；用量较大，价格较高。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（3）稳定剂 光稳定剂 高分子材料的户外老化的原因：紫外线辐射下，氧化降解过程大大加速；水、臭氧、微生物等的影响。 紫外线特点：波长200-350nm的近紫外线能量达3

37、40-600kJ/mol，足以使大分子主链断裂，发生光降解（C-C键能350kJ/mol，C-Cl键能330kJ/mol）。 光稳定剂概念：为了防御紫外线对高分子材料的破坏而添加的一类能吸收紫外线或减少紫外线透射作用的化学物质。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（3）稳定剂 光稳定剂 作用原理：将紫外线的光能转化成热能或无破坏性的较长波长的形式，从而把能量释放出来。 用量：0.05-0.5重量份。 种类： 紫外线吸收剂：邻羟基二甲苯酮类、水杨酸酯类、苯并三唑类、三嗪类等； 光屏蔽剂：炭黑、氧化锌、钛白粉、锌钡白等颜料类填料（反射和/或吸收紫外线）； 光淬灭剂

38、：二价镍的有机螯合物（新型高效光稳定剂） 受阻胺光稳定剂等。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（4）润滑剂 目的：改善塑料熔体的加工流动性，防止塑料在热成型加工过程中发生粘模现象。 应用：最密切的是聚氯乙烯（尤其是硬制品），另：聚烯烃、纤维素树脂、聚酰胺、ABS树脂等热塑性树脂加工时也常使用。各种热固性树脂（如PF、UF、PU、硅树脂）加工时将其作脱模剂使用。 种类（主要依其与高分子熔体的相容性而定）。 内润滑剂：其分子与高分子材料有良好相容性，其润滑作用主要是降低极性高分子材料分子间内聚力（如PVC、ABS等）加工时熔体自身的位移阻力，内摩擦所导致的升温，

39、提高熔体流动速率常用的PVC内润滑剂有：脂肪醇（C14C18）、脂肪酸单甘油酯（如硬脂酸单甘油酯）、脂肪酸低级醇酯（如硬脂酸丁酯）等。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（4）润滑剂 外润滑剂：其分子具有较长的非极性碳链，与高分子材料相容性差其润滑作用主要是降低熔体与加工机械表面间的摩擦，防止熔体与加工设备热金属表面的粘附，提高熔体流动速度最常用的外润滑剂有：固体石蜡、相对分子质量低的聚乙烯（聚乙烯蜡）、硬脂酸及其金属盐类（如硬脂酸铅、硬脂酸钙等）。 区别：实际上，内、外润滑剂的区分并非十分严格，如硬脂酸金属皂类，往往兼具内外润滑两种作用。 润滑剂用量：一般为

40、0.51.5,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（5）抗静电剂 作用：通过降低电阻来减少摩擦电荷，从而减少或消除制品表面静电荷的形成。 特性：吸水的化合物（电解质），基本上不溶于聚合物，易渗出到表面，形成亲水性导电层。 种类：有机氮化物（如酰胺、胺类及季胺化合物）、具有醚结构的化合物。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（6）阻燃剂 高分子材料的易燃性：如PE、PP、PMMA、PS等是极易燃烧的；纯粹PVC虽不能点燃，但其中所含增塑剂是可燃的限制应用提高塑料的难燃性，制成不燃性或自熄性（离开火源自动熄灭）塑料制品。 种类（使用

41、方法） 添加型阻燃剂：多用于热塑性塑料，按化学结构可分为有机阻燃剂（如磷酸赂、含卤磷酸酯、有机卤化物等）和无机阻燃剂（如三氧化二锑、氢氧化铝或水合氧化铝及其他金属化合物）。 反应型阻燃剂：具有反应性基团，可作为共聚单体用于热固性或热塑性树脂的合成以及用于热固性树脂的固化反应中优点：对塑料制品的物理力学性能和电性能影响较小，不易发生迁移，阻燃性持久；缺点：价格较高。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（7）着色剂 作用：亦称色料，赋予塑料制品各种色泽。 种类： 染料：有机化合物，常能溶于增塑剂或有机溶剂中。 颜料：分有机和无机化合物，颗粒较大，通常不溶于有机溶剂

42、。 （8）发泡剂 概念：发泡剂是一类受热时会分解放出气体，从而在塑料中形成泡孔结构（气、固相共存）的助剂。 分类： 按产生气体的方式分：物理发泡剂和化学发泡剂； 根据化学结构分（化学发泡剂）：无机、有机。 物理发泡剂：主要指压缩气体、可溶性固体和沸点低于110的挥发性液体加入塑料熔体后，通过物理状态变化（相变）形成气泡孔最常用：卤代烃和含57个碳的脂肪烃（氟氯烃禁止生产和使用）。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（8）发泡剂 无机发泡剂：主要是碳酸氢钠和碳酸氢铵，受热分解出CO2和NH3。 有机发泡剂：偶氮类化合物、亚硝基化合物、磺酰肼类化合物等分子中都含有

43、=N-N=或-N=N-结构部分，加热后易产生N2，同时产生少量NH3、CO、CO2、H2O及其他气体最常用：偶氮二甲酰胺（AC）。 发泡剂应具备的条件： 加热后短时间内即可放出气体，放气速度可调节； 分解出的气体应是CO2、N2之类无毒的惰性气体； 在塑料中易分散，分解温度适当，分解时发热量不大。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（9）变定剂（固化剂） 变定（固化）：在热固性塑料成型时，线型的聚合物转变为体型交联结构的过程。 变定剂（固化剂）：在固化（变定过程中对固化起催化作用或本身直接参加固化反应的物质。 应用：专用于热固性树脂固化，使树脂由线型分子结构转

44、变成体型交联结构的助剂。 广义而言，各种交联剂都可视为固化剂 例子： 环氧树脂：固化剂与环氧树脂混合后，在一定条件下（温度、时间）能与环氧树脂的环氧基或侧羟基发生开环或加成反应，引起环氧树脂交联。 酚醛压塑粉：固化时用六次甲基四胺作固化剂， 不饱和树脂：固化时则加入过氧化二苯甲酰。,主要添加剂及其作用,2.4塑料的类别及其组成,2.3.2塑料的组成,（10）其它助剂 成核剂 光降解剂 防霉剂 防雾剂等 偶联剂等。,主要添加剂及其作用,第2章 聚合物化学与塑料挤出,聚合物的基本概念,聚合物的合成 加聚反应 缩聚反应,聚合物的结构 聚合物链的结构 聚合物的聚集态结构,提纲,2.1,2.2,2.3,

45、2.4,2.5,塑料类别及其组成,塑料的成型加工,2.5 塑料的成型加工,成型设备,成型工艺,成型模具,Description of the companys products,Description of the companys technology,Description of the companys contents,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,聚合物粉状或粒状的原料，包括添加剂，通过相关的成型设备，并在严格的工艺条件控制下，塑制成为具有

46、一定形状、结构和使用价值的塑料制品，这一加工过程称之为塑料加工。,三个基本要素,Click to edit title style,Click to add Title,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,Click to add Title,Click to add Title,“A title about content”, Description of the contents ,Click to add Text,Click to add Text

47、,Click to edit title style,Contents01,Contents02,Contents03,Contents04,Contents05,Contents06,0% 20% 40% 60% 80% 100%,18.5%,17.5%,8.7%,23.6%,63.6%,84.3%,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,Diagram,Description of the contents,Description of the conte

48、nts,Description of the contents,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,2004,2005,2006,Contents ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,Diagram,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall dev

49、eloped by Guild Design Inc.,Your text in here,Your text in here,Your text in here,Add your text in here Your text in here Your text in here Your text in here,Add your text in here Your text in here Your text in here Your text in here,Add your text in here Your text in here Your text in here Your tex

50、t in here,Click to edit title style,Title in here,Description of the contents,Text in here,Description of the contents,Description of the contents,Description of the contents,Description of the contents,1. Title,2. Title,3. Title,4. Title,* Description of the contents,* Description of the contents,D

51、iagram,Content Title,Description of the contents Description of the contents,Content Title,Content Title,Description of the contents Description of the contents,Description of the contents Description of the contents,Contents ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guil

52、d Design Inc.,Click to edit title style,Click to add Text Click to add Text Click to add Text,Click to add Text Click to add Text,Title in here,Title in here,Title in here,Text in here,Text in here,Text in here,Describe a vision of company or strategic contents.,Click to add Text,Click to add Text,C

53、lick to add Text Click to add Text,Click to add Text Click to add Text,Click to add Text,Click to add Text Click to add Text,Diagram,Describe a vision of company or strategic contents.,Describe a vision of company or strategic contents.,Describe a vision of company or strategic contents.,Describe a

54、vision of company or strategic contents.,Describe a vision of company or strategic contents.,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,Click to edit title style,Contents,Contents,Contents,Contents,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall

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56、l developed by Guild Design Inc.,Click to add Text,Diagram,Step 1,Step 2,Step 3,1.Describe contents for a Step1 - Description of the sub contents - Description of the sub contents 2.Describe contents for a Step2 - Description of the sub contents - Description of the sub contents 3.Describe contents

57、for a Step3 - Description of the sub contents - Description of the sub contents,Text in here,Click to edit title style,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,Theme

58、Gallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,A Group,C Group,B Group,Click to edit title style,Level 1,Level 2,Level 3,Level 4,Level 5,Description of the contents,Description of the contents,Description of the contents,Description of the contents,Description of

59、the contents,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,Click to edit title style,2004,Text,Text,Text,2005,2006,Text in here,Text in here,Text in here,Text in here,Text in here,Text in here,Click to edit title style,Text in here,Title in here,Text in here

60、,Text in here,2003,2004,2005,2006,Description of the contents Description of the contents,Description of the contents Description of the contents,Description of the contents Description of the contents,Description of the contents Description of the contents,ThemeGallery is a Design Digital Content &

61、 Contents mall developed by Guild Design Inc.,Click to edit title style,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,Contents,Contents,Contents,Contents,Diagram,Describe a vision of company or strategic contents.,Describe a vision of company or strategic co

62、ntents.,Describe a vision of company or strategic contents.,Title in here,Title in here,Title in here,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,Diagram,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,A title about

63、content,Describe a vision of company or strategic contents.,Diagram,Please write down of contents explanation for Business Area.,Business Area,Business Area,Business Area,Business Area,Please write down of contents explanation for Business Area.,Please write down of contents explanation for Business

64、 Area.,Please write down of contents explanation for Business Area.,Please write down of contents explanation for Business Area.,Diagram,Title,Title,Title,Description of the companys products,Description of the companys technology,Description of the companys contents,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,Thank You !,Add your company slogan,