2-4 特种工程树脂及塑料在线视频

同学们 大家好

我是主讲老师柴春鹏

今天我们讲解的内容是

特种工程树脂及塑料

前面的学习我们已经知道

特种工程树脂及塑料呢

是指使用温度在150℃以上的

工程树脂及塑料

主要有 聚酰亚胺 聚苯硫醚

聚醚醚酮 聚砜 聚四氟乙烯等

下面 我们首先来学习聚酰亚胺

聚酰亚胺 简称PI

是一系列主链含有

酰亚胺重复单元的聚合物的总称

PI的分子结构通式如图所示

那在这个分子结构中

由于氮五元杂环及芳环的存在

分子链的刚性比较大

分子间作用力强

同时 由于芳香杂环的共轭效应

使其具有优异的性能

聚酰亚胺主要有

三类品种

包括不溶性的聚酰亚胺

也就是聚均苯甲酰二苯醚亚胺

可溶性的聚酰亚胺

一般只有单醚酐型

双醚酐型和酮酐型的

热固性聚酰亚胺

有降冰片烯二甲酸酐基的

封端的

还有乙炔基封端的

和顺丁烯二酸酐封端的这种

聚酰亚胺是热固性的

聚酰亚胺的性能 如下

它有很好的力学性能

拉伸 弯曲 压缩强度都比较高

具有突出的抗蠕变性和尺寸稳定性

聚酰亚胺具有极其优异的耐热性

起始分界温度一般都在500℃左右

有很好的耐低温性

热膨胀系数也比较低

聚酰亚胺的电绝缘性能优良

耐电弧晕性突出

介电强度高

电性能随频率变化比较小

在环境性能方面

聚酰亚胺具有良好的耐候性

耐辐射性能

具有自熄性 发烟率低

耐油 耐有机溶剂和酸

但是 聚酰亚胺不耐碱

在加工性能方面

聚酰亚胺可以采用模压

注射 挤出等加工

也可进行车 削 铣 刨 磨等二次加工

合成聚酰亚胺典型的反应式 如图所示

主要的合成过程是这样的

芳香族二元酸酐和芳香族二元胺

经过缩聚反应生成聚酰氨酸

然后再经热转化和化学转化环化脱水

形成聚酰亚胺

聚酰亚胺品种非常多

形式也多样

在合成上具有多种途径

可以根据各种应用目的进行选择

这种合成上的易变通性

就是其他高分子所难以具备的

这是聚酰亚胺的突出的优势

聚酰亚胺的用途非常广泛

在每一个领域

都表现突出如

透明的聚酰亚胺薄膜

可作为柔软的太阳能电池底板

聚酰亚胺纤维的弹性模量

仅次于碳纤维

是可作为高温介质及放射性物质的过滤材料

和防弹防火织物来用的

聚酰亚胺泡沫是

高性能的一种耐高温隔热材料

聚酰亚胺胶粘剂是

电子元件的高绝缘灌封材料

由于聚酰亚胺耐热和耐有机溶剂性能

在对有机气体和液体的分离上

具有特别重要的意义

因此 聚酰亚胺一直是世界各国研发的

非常重要的高分子合成材料

接下来 我们来学习聚苯硫醚

聚苯硫醚还简称PPS

是分子主链上含有

苯硫基的结晶性的一种热塑性工程塑料

PPS的分子结构式如图所示

我们可以看到PPS分子主链

它是由苯环和硫原子交替排列

规整性很强

苯环提供的是刚性

那硫醚键又提供的是柔顺性

所以它是刚柔兼备的

因此呢

PPS具有优良的综合性能

首先

PPS的力学性能方面

它的拉伸 弯曲强度

属于中等水平 但冲击强度有点低

刚性非常高

PPS的热稳定性能优异

可以在220到240℃的温度范围内长期使用

阻燃性能突出 是一种高阻燃的材料

PPS的电绝缘性非常优异

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

耐电弧性能好

PPS的环境性能方面

具有良好的耐候性

优良的耐辐射性

耐化学腐蚀性能也非常好

PPS的加工性能比较好

可采用注塑

挤出 压制 喷涂等方法

也可以采用中空成型

聚苯硫醚的合成方法主要有

溶液聚合法和自缩聚法

溶液聚合法是以

二氯苯和硫化钠为原料

在极性有机溶剂如

六甲基磷酸三胺或者是

氮甲基吡咯烷酮

温度为175到350℃

常压下进行溶液聚合制备聚苯硫醚

反应副产物为氯化钠

它的反应式如图所示

自缩聚法是以卤代

苯硫酚金属盐为原料

在氮气保护下于200~250℃下自缩聚制备的

它的反应副产物是

卤化的金属盐

反应式如图所示

聚苯硫醚主要是应用于

耐高温的粘合剂

玻璃钢 绝缘材料

防腐涂层以及模塑制品等

可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等

接下来 我们来介绍

特种工程树脂及塑料中的聚四氟乙烯

那聚四氟乙烯 简称PTFE

它的分子结构示意如图

在PTFE的这个结构式中

我们可以看到它的特点是

氟原子会紧密的把碳包围在其中

使碳链难以遭受其它元素的攻击

它的结构上的第二个特点是

碳-氟键不能像氢 碳键那样容易自由旋转

整个分子是比较僵硬的

加上对称性比较

所以 PTFE是容易结晶的

三是这种PTFE分子是对称排列的

分子没有极性

大分子间及与其他物质分子间吸引力是很小的

所以它的摩擦因子数非常小

给予PTFE这个分子结构

突出的性能优点主要表现在四个方面

第一是优良的耐高低温性能

PTFE的使用温度可以在

-200~260℃之间

短期甚至可以达到300℃

这是大大高于其它塑料的

第二点

是优异的耐化学腐蚀和老化性能

除金属钠 氟等化合物对它有一点腐蚀作用外

其它诸如强酸 强碱 油脂 有机溶剂等

对它均没有任何作用

它没有溶剂

即使在王水 纯氧化剂

浓的氢氧化钠及原子工业中的强腐蚀的这种

五氟化铀中 它都不会被腐蚀

化学稳定性超过了玻璃

陶瓷 不锈钢

甚至比金 铂还要稳定

因此它有塑料王之称

三是摩擦因数低

低粘附性

PTFE的动 静摩擦因数相等

对钢为0.04

自身为0.01-0.02

是摩擦因数最小的一种塑料

由于它的表面自由能很低

几乎所有的材料均无法和它粘附

它的表面可永远保持

光洁干净

当然 无法和其它材料粘合也是很大的缺点

第四 是有优异的介电性能

它的介电性能不随频率和温度的变化而变化

25微米的薄膜可耐500伏的高压

另外 PTFE具有较高的冲击强度

但是拉伸强度 耐磨耗和

耐蠕变性能低于其它工程塑料

为提高其力学强度

有时可加入玻璃纤维 青铜

碳和石墨等增强剂

聚四氟乙烯的合成

它主要是由单体四氟乙烯自由基聚合得到的

是一种全氟的聚合物

反应式如图所示

PTFE是非极性的线性结晶性聚合物

其结晶度大约在50%~70%之间

常用的PTFE相对分子质量

约为5x10的五次方

到9x10的六次方

聚四氟乙烯应用非常的广泛

在化学工业中

用它做耐腐蚀的材料

如制造反应罐

蓄电池壳管子

过滤板

在电器工业上 在金属

裸线外包上15微米厚的这个聚四氟乙烯

就能很好的使电线彼此绝缘

在机械工业中

因为聚四氟乙烯塑料的表面异常光滑

所以用它制造的轴承 活塞环不需要任何的润滑剂

用它制造的这个雪橇

在冰雪上滑行如飞

因摩擦比较小

在医药工业中

可以用聚四氟乙烯塑料制造人造骨骼

软骨与外科器械

因为它对人体无害而且可以用酒精

高压罐加热等方法来消毒

我们日常生活中用的不粘锅

也是因为有聚四氟乙烯才实现了不粘

最后 我们来了解聚醚醚酮

聚醚醚酮 简称PEEK

也把它称为PEEK

分子结构式如图所示

从这个结构式可以看到

PK是由苯环

醚键和酮基

连接组成的线型结构

两个苯环与酮基形成的二苯酮及苯环

提高了分子链的刚性

醚键提高了分子链的柔性

聚醚醚酮的柔顺性是高于聚苯醚的

分子结构规整 可结晶

结晶度通常小于40%

分子有极性

相互作用力比较大

材料力学性能比较好

聚醚醚酮有较好的力学性能主要表现在它的强度高

刚性好

韧性较好

断裂伸长率比较高

但是聚醚醚酮对缺口还是有一定的敏感性

抗蠕变性和抗疲劳性能突出

聚醚醚酮的热性能方面

它的耐热性能优异 熔点是在334℃

最高使用温度可以达到240℃

玻纤增强之后它的热变形温度能达到286℃

聚醚醚酮有优异的电绝缘性能

介电常数小

介电损耗比较低

聚醚醚酮的环境性能方面

它的耐候性良好

优良的耐辐射性

极佳的耐热水性和耐蒸汽性

化学稳定性好

聚醚醚酮

的热塑性 加工性能方面 它的加工温度

比较高 熔体粘度也比较大

但是呢 它仍能满足注射成型

挤出成型

压制成型等加工方法

聚醚醚酮的合成目前

主要是以4 4-二氟二苯甲酮

对苯二酚为原料

在无水碳酸钾存在的条件下

以二苯砜为溶剂

通过氮气保护

在逐渐升温至接近聚合熔点的温度

大约是320℃的时候

缩合反应得到高分子量的聚醚醚酮

反应式如图

这种工艺的优点是聚合物的

支化 交联等副反应容易控制

过程中不使用金属及催化剂

也不使用稳定剂和添加剂

可以生产出高纯度的

聚醚醚酮粉末

然而 这种合成路径有反应条件苛刻

合成工艺复杂

单体价格昂贵以及成本高等缺点

聚醚醚酮的应用方面 目前聚醚醚酮在

电子电器行业主要可以用于电线

磁导线包覆

高温接线柱 挠性印刷电路板等

在机器行业

可以用作压缩机阀片

密封件 活塞环 凸轮等

在导航领域

可用作飞机操作杆

直升机的这个尾翼结构件

飞机内部部件

在化工行业呢 主要做化工设备中的过滤器部件

那特种工程树脂及塑料还有聚砜

全芳香族聚酯

三嗪树脂等等

这些呢 请同学们课后自学

希望同学们刻苦学习 打好基础

将来为我国自主研发

高性能的特种工程高分子材料作出贡献

好 今天的内容就到这里

同学们再见