第2章-5-热固性塑料课件分解.ppt
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- 热固性 塑料 课件 分解
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1、 高分子材料 -热固性塑料 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 李晓萌李晓萌热固性树脂热固性树脂/塑料塑料:受热熔化成型的同时发生固化发应,使:受热熔化成型的同时发生固化发应,使可流动的线型或支化型分子转变成三维立体网状结构,再受可流动的线型或支化型分子转变成三维立体网状结构,再受热不能熔融,也不在溶剂中溶解的树脂热不能熔融,也不在溶剂中溶解的树脂/塑料。塑料。热固性塑料一旦固化,改变形状只能靠切、削等二次加工。热固性塑料一旦固化,改变形状只能靠切、削等二次加工。2.4 热固性树脂热固性树脂交联前,分子链上有两个以上可参加反应的基团;交联后,交联前,分子链上有两个以上可参加反应的基团;交联后
2、,分子间相互交叉连接,成为三维网状结构。分子间相互交叉连接,成为三维网状结构。使用温度比热塑性塑料高,高温下分子链不产生相对流动。使用温度比热塑性塑料高,高温下分子链不产生相对流动。蠕变性小,形状稳定、绝缘性好、物理力学性能和老化性能蠕变性小,形状稳定、绝缘性好、物理力学性能和老化性能均优于热塑性塑料。均优于热塑性塑料。凡是酚类化合物与醛类化合物经缩聚反应制得的树脂统凡是酚类化合物与醛类化合物经缩聚反应制得的树脂统称酚醛树脂,英文名称称酚醛树脂,英文名称Phenolics resin。w常见酚类化合物有苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚;常见酚类化合物有苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚;w常见醛类化合物
3、有甲醛、乙醛、糠醛。常见醛类化合物有甲醛、乙醛、糠醛。最重要的酚醛树脂是苯酚和甲醛的缩聚产物,英文名称最重要的酚醛树脂是苯酚和甲醛的缩聚产物,英文名称Phenol-Formaldehyde,简称,简称PF,是最早(,是最早(1909年)实年)实现工业化的树脂品种。现工业化的树脂品种。通过控制原料苯酚和甲醛的物质的量比及体系通过控制原料苯酚和甲醛的物质的量比及体系pH值,可值,可合成两种性质不同的酚醛树脂:合成两种性质不同的酚醛树脂:w热塑性酚醛树脂热塑性酚醛树脂w热固性酚醛树脂热固性酚醛树脂 2.4.1 酚醛树脂酚醛树脂v 热塑性酚醛树脂的合成热塑性酚醛树脂的合成 酸性条件酸性条件(pH7)下
4、,甲醛与苯酚摩尔比小于下,甲醛与苯酚摩尔比小于1(0.8)时缩时缩聚而成的一种线性树脂,可溶、可熔,分子内不含羟甲基。聚而成的一种线性树脂,可溶、可熔,分子内不含羟甲基。酚醛树脂的合成酚醛树脂的合成 其聚合度与苯酚用量有关,一般为其聚合度与苯酚用量有关,一般为4 12。因分子内不含。因分子内不含羟甲基,受热时只能熔融,不会自行交联。羟甲基,受热时只能熔融,不会自行交联。依依pH值大小,可得两种分子结构热塑性酚醛树脂:值大小,可得两种分子结构热塑性酚醛树脂:v 通用型酚醛树脂通用型酚醛树脂 强酸条件下强酸条件下(pH160时流动性迅速下降;时流动性迅速下降;v 固化速度比氨基树脂慢,固化时放热量
5、大,而导热系数低。固化速度比氨基树脂慢,固化时放热量大,而导热系数低。大型厚壁制件内部易过热,导致固化不均。大型厚壁制件内部易过热,导致固化不均。酚醛树脂的成型加工酚醛树脂的成型加工2.4.2 氨基树脂氨基树脂 含有氨基或酰胺基团的化合物与醛类化合物缩聚反应制得含有氨基或酰胺基团的化合物与醛类化合物缩聚反应制得的树脂统称氨基树脂,英文名称的树脂统称氨基树脂,英文名称Amino resin,简称,简称AF。v脲甲醛树脂脲甲醛树脂(Urea Formaldehyde resin,简称简称UF)v三聚氰胺甲醛树脂三聚氰胺甲醛树脂(Melamine Formaldehyde resin,简称简称MF)
6、v脲三聚氰胺甲醛树脂脲三聚氰胺甲醛树脂(简称简称UMF)v苯胺甲醛树脂苯胺甲醛树脂 目前工业上以目前工业上以UF和和MF为主。为主。脲甲醛树脂脲甲醛树脂UF 由脲由脲(尿素尿素)与甲醛缩聚合成的氨基树脂,经加成和缩聚与甲醛缩聚合成的氨基树脂,经加成和缩聚两步得到线形或带支链的预聚物,加热或加入草酸、苯甲两步得到线形或带支链的预聚物,加热或加入草酸、苯甲酸等固化剂交联成型。可用作模塑料、层压塑料、泡沫塑酸等固化剂交联成型。可用作模塑料、层压塑料、泡沫塑料,还大量用作粘合剂、织物处理剂、涂料等。料,还大量用作粘合剂、织物处理剂、涂料等。v透明,表面粗糙度低,易着色,固化后无毒、无臭、无味;透明,表
7、面粗糙度低,易着色,固化后无毒、无臭、无味;v表面硬度高,耐刮伤,俗称表面硬度高,耐刮伤,俗称电玉电玉;v耐热性较差,长期使用温度耐热性较差,长期使用温度70 ;v 耐弱酸弱碱及油脂等介质,易吸水,吸湿后制品会发生变形耐弱酸弱碱及油脂等介质,易吸水,吸湿后制品会发生变形及裂纹;及裂纹;v 耐电弧,耐燃。耐电弧,耐燃。模塑料主要用于色泽鲜艳的日用品、装饰品及电器零件,模塑料主要用于色泽鲜艳的日用品、装饰品及电器零件,如餐具、发卡、电器插座、钟表外壳等。如餐具、发卡、电器插座、钟表外壳等。三聚氰胺甲醛树脂三聚氰胺甲醛树脂MF 由三聚氰胺由三聚氰胺(密胺密胺)与甲醛缩聚合成的氨基树脂,又称与甲醛缩聚
8、合成的氨基树脂,又称密胺密胺树脂。树脂。由于分子结构中具有三氮杂环结构,并有多个可进行交联由于分子结构中具有三氮杂环结构,并有多个可进行交联的活性基团,因此其固化产物的耐热性、耐湿性及力学性能的活性基团,因此其固化产物的耐热性、耐湿性及力学性能均优于均优于UF。v表面硬度高,耐污染,色浅,可自由着色,广泛用于餐具、表面硬度高,耐污染,色浅,可自由着色,广泛用于餐具、医疗器械;医疗器械;v可在沸水中长期使用,短期使用温度可达可在沸水中长期使用,短期使用温度可达150200;v介电性能良好,耐电弧性突出。介电性能良好,耐电弧性突出。2.4.3 环氧树脂环氧树脂 分子中含有两个或以上环氧基团的线形高
9、分子化合物,分子中含有两个或以上环氧基团的线形高分子化合物,其相对分子质量一般不高。经与多种类型的固化剂发生交联其相对分子质量一般不高。经与多种类型的固化剂发生交联反应制得具有不溶不熔性质的三维网状聚合物,英文名称为反应制得具有不溶不熔性质的三维网状聚合物,英文名称为Epoxy resin,简称,简称EP。环氧树脂产量大、品种多,具有一系列优异性能,可用环氧树脂产量大、品种多,具有一系列优异性能,可用作胶黏剂、涂料、纤维增强树脂基复合材料基体,广泛应用作胶黏剂、涂料、纤维增强树脂基复合材料基体,广泛应用于机械、电机、化工、航空航天、汽车、建筑等领域。于机械、电机、化工、航空航天、汽车、建筑等领
10、域。环氧树脂的特性环氧树脂的特性n 具有多样化的形式:从极低粘度的液态到高熔点固体;具有多样化的形式:从极低粘度的液态到高熔点固体;n 粘附力强:极性羟基、醚键和环氧基团的存在,使其对粘附力强:极性羟基、醚键和环氧基团的存在,使其对金属、木材等各种物质具有突出的粘附力,称金属、木材等各种物质具有突出的粘附力,称“万能胶万能胶”;n 收缩率低:固化过程为加成反应,没有水或其它挥发性收缩率低:固化过程为加成反应,没有水或其它挥发性产物放出,收缩率产物放出,收缩率2%2%,比比PF、UP低;低;n 力学性能:因含大量极性基团,固化后结构紧密,强度力学性能:因含大量极性基团,固化后结构紧密,强度高、模
11、量大,力学性能优良,但脆性大;高、模量大,力学性能优良,但脆性大;n 化学稳定性:优良的耐酸、碱和溶剂性;化学稳定性:优良的耐酸、碱和溶剂性;n 电绝缘性:宽广的温度和频率范围内,具有高介电性能、电绝缘性:宽广的温度和频率范围内,具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧性。耐表面漏电、耐电弧性。环氧树脂的种类环氧树脂的种类n缩水甘油醚类缩水甘油醚类RO CH2CHCH2On缩水甘油酯类缩水甘油酯类n缩水甘油胺类缩水甘油胺类RCOCH2CHCH2ORN CH2CHCH2ORn线型脂肪族类线型脂肪族类HCCHRCHCH2ORORn脂环族类脂环族类CHCHCHCHOOR双酚双酚A型环氧树脂型环氧树脂由环氧
12、氯丙烷与双酚由环氧氯丙烷与双酚A在碱性催化剂作用下反应得到:在碱性催化剂作用下反应得到:M=340+284n,n=019,平均相对分子质量为,平均相对分子质量为3007000n=0,低分子量树脂,软化点,低分子量树脂,软化点50,琥珀色粘性液体,琥珀色粘性液体n=25,中分子量树脂,软化点,中分子量树脂,软化点5095,脆性固体,脆性固体n5,高分子量树脂,软化点,高分子量树脂,软化点100,脆性固体,脆性固体环氧值环氧值:每:每100g环氧树脂预聚体中所含环氧基的摩尔数。环氧树脂预聚体中所含环氧基的摩尔数。tE-40表示环氧值为表示环氧值为0.40。t环氧树脂的环氧值越大,其相对分子质量越小
13、,两者可环氧树脂的环氧值越大,其相对分子质量越小,两者可相互换算:相互换算:例:计算例:计算E-20环氧树脂的相对分子质量环氧树脂的相对分子质量M和聚合度和聚合度n?解:解:环氧树脂的固化环氧树脂的固化 环氧树脂固化体系主要由环氧树脂、固化剂、稀释剂、环氧树脂固化体系主要由环氧树脂、固化剂、稀释剂、增塑剂、增韧剂、增强剂及填充剂组成。增塑剂、增韧剂、增强剂及填充剂组成。n 多元胺类固化剂多元胺类固化剂RNH2OCHH2CRNCH2CH3CHOH+伯胺氮原子上的氢原子与环氧基团反应,转变为仲胺伯胺氮原子上的氢原子与环氧基团反应,转变为仲胺仲胺再与另一环氧基团反应生成叔胺仲胺再与另一环氧基团反应生
14、成叔胺RNCH2CH3CHOHOCHH2CCHCH2OHRNCHCH2OH+芳香族胺类芳香族胺类 含稳定苯环结构的伯、仲胺,常用的是间苯二胺和间苯含稳定苯环结构的伯、仲胺,常用的是间苯二胺和间苯二甲胺,特点是:二甲胺,特点是:n反应活性较低,需加热下固化;反应活性较低,需加热下固化;n固化产物固化产物HDT高,耐化学药品性、电性能、力学性能好。高,耐化学药品性、电性能、力学性能好。脂肪族胺类脂肪族胺类 常用的室温固化剂,包括乙二胺、多亚乙基多胺常用的室温固化剂,包括乙二胺、多亚乙基多胺(二二亚乙基三胺、三亚乙基四胺等亚乙基三胺、三亚乙基四胺等)、己二胺等,特点是:、己二胺等,特点是:n固化速度
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