第5章聚苯乙烯类塑料课件.ppt
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- 聚苯乙烯 塑料 课件
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1、1第五章第五章 聚苯乙烯类塑料聚苯乙烯类塑料优点优点具有高度透明、电绝缘性好、易着色、加工流动性好、具有高度透明、电绝缘性好、易着色、加工流动性好、刚性好、及化学腐蚀等。刚性好、及化学腐蚀等。缺点缺点性脆、冲击强度低、易出现应力开裂、耐热性差、不性脆、冲击强度低、易出现应力开裂、耐热性差、不耐沸水等。耐沸水等。改性改性克服聚苯乙烯脆性大、耐热性低的缺点。共聚、共混,克服聚苯乙烯脆性大、耐热性低的缺点。共聚、共混,如如ABS、MBS、AAS、ACS、AS树脂等。树脂等。5.1 聚苯乙烯聚苯乙烯(PS)化学性质非常活泼,单体在贮存、化学性质非常活泼,单体在贮存、运输过程中,需要加入少量的间苯二运输
2、过程中,需要加入少量的间苯二酚或叔丁基间苯二酚等阻聚剂以防止酚或叔丁基间苯二酚等阻聚剂以防止自聚自聚CH2CH 5.1.1 聚苯乙烯的制备方法聚苯乙烯的制备方法 苯乙烯的本体聚合苯乙烯的本体聚合预聚釜115120苯乙烯50%PS140聚合塔20097%98%PS改进后的苯乙烯本体聚合预聚釜温度控制在预聚釜温度控制在115115120120,物料停留时间,物料停留时间4 45h5h。转化率约为转化率约为50%50%;塔式反应器中塔顶温度保持塔式反应器中塔顶温度保持140140,塔底为,塔底为200200。物料在。物料在塔中的停留时间为塔中的停留时间为3 34h4h,出,出口产物含聚苯乙烯口产物含
3、聚苯乙烯97%97%98%98%。从该塔顶可以蒸出部分苯乙从该塔顶可以蒸出部分苯乙烯,以有助于维持塔温。蒸出烯,以有助于维持塔温。蒸出的苯乙烯经冷凝,循环至预聚的苯乙烯经冷凝,循环至预聚釜重复使用。为此这个装置比釜重复使用。为此这个装置比早期装置大提高了产率。早期装置大提高了产率。苯乙烯苯乙烯低温低温悬浮聚合悬浮聚合苯乙烯苯乙烯高温高温悬浮聚合悬浮聚合苯乙烯悬浮聚合苯乙烯悬浮聚合单体单体/水:水:1/1.41/1.41/1.61/1.6分散剂分散剂:磷酸三钙磷酸三钙引发剂:引发剂:BPOBPO(占总引发剂的(占总引发剂的90%90%80%80%)和过氧化叔丁基)和过氧化叔丁基苯甲酸酯(占总引发
4、剂的苯甲酸酯(占总引发剂的10%10%20%20%)复合型引发剂)复合型引发剂分散介质:分散介质:去离子水去离子水单体纯度:单体纯度:99.5%99.5%聚合转化率:聚合转化率:90%90%左右左右产物:产物:相对分子质量可达相对分子质量可达202010104 4,宜作发泡材料。,宜作发泡材料。苯乙烯苯乙烯低温低温悬浮聚合悬浮聚合12345678910111213 1415161718192021向聚合釜内加入单体、水、分散剂、引发剂及内部润滑向聚合釜内加入单体、水、分散剂、引发剂及内部润滑剂(石蜡)等。升温到剂(石蜡)等。升温到90,反应,反应6h;然后再升温到;然后再升温到110和和135
5、两个阶段进行聚合,共约两个阶段进行聚合,共约23h。釜内压力。釜内压力为为0.3MPa,聚合后降温到,聚合后降温到60,得聚苯乙烯悬浮液。,得聚苯乙烯悬浮液。然后将此悬浮液送至中和槽,用然后将此悬浮液送至中和槽,用HCl中和。后经洗涤、中和。后经洗涤、离心分离,得含水量为离心分离,得含水量为2%3%的聚苯乙烯珠粒。产品常的聚苯乙烯珠粒。产品常用于制备泡沫塑料,也可供一般日用品的注塑、挤出。用于制备泡沫塑料,也可供一般日用品的注塑、挤出。苯乙烯苯乙烯高温高温悬浮聚合悬浮聚合高温聚合优点高温聚合优点1.1.可不用引发剂,反应速度快,产品质量高。可不用引发剂,反应速度快,产品质量高。2.2.用无机悬
6、浮剂,聚合产品外表面无表面膜,易于洗用无机悬浮剂,聚合产品外表面无表面膜,易于洗涤、分离。涤、分离。3.3.配方来源丰富,成本低。配方来源丰富,成本低。4.4.粘附物少,使釜运转周期加快。粘附物少,使釜运转周期加快。苯乙烯苯乙烯高温高温悬浮聚合悬浮聚合 5.1.2 聚苯乙烯的结构与性能聚苯乙烯的结构与性能饱和烃类聚合物、属热塑性树脂饱和烃类聚合物、属热塑性树脂分子结构不对称,大分子链运动困难,分子结构不对称,大分子链运动困难,PS呈呈现刚性和脆性,制品易产生内应力。现刚性和脆性,制品易产生内应力。PS的侧苯基在空间的排列为无规结构,导致的侧苯基在空间的排列为无规结构,导致PS为无定型聚合物,具
7、有很高的透明性;为无定型聚合物,具有很高的透明性;主链上主链上氢原子活化,氢原子活化,易于被空气中的氧氧化易于被空气中的氧氧化,制品长期户外使用变黄变脆。制品长期户外使用变黄变脆。体积较体积较大的苯大的苯环侧基环侧基PS为无色透明的粒料,燃烧时发浓烟并带有松节油气味,为无色透明的粒料,燃烧时发浓烟并带有松节油气味,吹熄可拉长丝;吹熄可拉长丝;制品质硬似玻璃状,落地或敲打会发出类似金属的声音;制品质硬似玻璃状,落地或敲打会发出类似金属的声音;能断不能弯,断口处呈现蚌壳色银光。能断不能弯,断口处呈现蚌壳色银光。PS的吸水率为的吸水率为0.05%,稍大于,稍大于PE,但对制品的强度和尺,但对制品的强
8、度和尺寸稳定性影响不大。寸稳定性影响不大。透明性好是透明性好是PS最大的特点,透光率可达最大的特点,透光率可达88%92%,同,同PC和和PMMA一样属最优秀的透明塑料品种,人称三大透一样属最优秀的透明塑料品种,人称三大透明塑料。明塑料。PS的折射率为的折射率为1.591.60,但因苯环的存在,其双折射,但因苯环的存在,其双折射较大,不能用于高档光学仪器。较大,不能用于高档光学仪器。PS硬而硬而脆脆、无延伸性、拉伸至屈服点附近即断裂。、无延伸性、拉伸至屈服点附近即断裂。PS的拉伸强度和弯曲在通用热塑性塑料中最高,其拉伸强度的拉伸强度和弯曲在通用热塑性塑料中最高,其拉伸强度可达可达60MPa;但
9、冲击强度很小,难以用做工程塑料。;但冲击强度很小,难以用做工程塑料。PS的耐磨性差,耐蠕变性一般。的耐磨性差,耐蠕变性一般。PS的力学性能受温度的影响比较大。的力学性能受温度的影响比较大。5.1.3 聚苯乙烯的加工聚苯乙烯的加工 PS属无定形树脂,无明显熔点,熔融温度范围比较宽属无定形树脂,无明显熔点,熔融温度范围比较宽(120180);且热稳定性较好,分解温度在);且热稳定性较好,分解温度在300以上。以上。PS熔体属非牛顿流体,粘度强烈地依赖剪切速率的变化,熔体属非牛顿流体,粘度强烈地依赖剪切速率的变化,PS的流动性十分好,是一种易于加工的塑料。的流动性十分好,是一种易于加工的塑料。PS吸
10、水率低,在加工前一般不需干燥;如有特殊需要时吸水率低,在加工前一般不需干燥;如有特殊需要时(如要求透明性高如要求透明性高)才干燥,温度为才干燥,温度为7080,时间,时间1.5h。PS加工中易产生内应力,加工中应对制品进行热处理。加工中易产生内应力,加工中应对制品进行热处理。PS成型收缩率比较低,一般仅为成型收缩率比较低,一般仅为0.4%0.7%。PS可采用注塑、挤出、发泡、吹塑、热成型等多种成可采用注塑、挤出、发泡、吹塑、热成型等多种成型工艺,其中前三种工艺最常用。型工艺,其中前三种工艺最常用。将塑料原料经注射将塑料原料经注射机料斗送至料筒内加热机料斗送至料筒内加热熔化,通过推杆或螺杆熔化,
11、通过推杆或螺杆向前推压至喷嘴,迅速向前推压至喷嘴,迅速注入封闭模具内,冷却注入封闭模具内,冷却后即得塑料制品。后即得塑料制品。原理:原理:五个步骤:五个步骤:加料、物料熔融塑化、注射加料、物料熔融塑化、注射充模、制品保压冷却、脱模充模、制品保压冷却、脱模19Injection Molding Product Examples 将原料在料筒中加热至粘流状态,同时通过螺杆向前将原料在料筒中加热至粘流状态,同时通过螺杆向前推压至机头,使之通过具有一定形状的口模而成为截面推压至机头,使之通过具有一定形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体,然后通过冷却,使其具有一与口模形状相仿的连续体,然后通过冷却
12、,使其具有一定几何形状和尺寸的塑料制品。定几何形状和尺寸的塑料制品。可生产管材、棒材、板材、薄膜、单丝、电线、电缆、可生产管材、棒材、板材、薄膜、单丝、电线、电缆、异型材,以及中空制品等截面形状单一的制品等。异型材,以及中空制品等截面形状单一的制品等。塑化塑化成型成型定型定型22Extrusion Product Examples231951年,原联邦德国发明了可发性年,原联邦德国发明了可发性PS制造工艺;制造工艺;工艺条件简单:不需笨重模具、不需高温高压条件工艺条件简单:不需笨重模具、不需高温高压条件(铝质模具、低压蒸汽或沸水条件);(铝质模具、低压蒸汽或沸水条件);可制造各种形状复杂的泡沫
13、塑料制品;可制造各种形状复杂的泡沫塑料制品;用途广泛:冷藏、建筑、精密仪器、电子等工业的用途广泛:冷藏、建筑、精密仪器、电子等工业的绝热、隔音、防震、防潮等包装材料。绝热、隔音、防震、防潮等包装材料。24可发性可发性PS的发泡原理的发泡原理PS:珠状、悬浮法制备;:珠状、悬浮法制备;发泡剂:气体或液体,易挥发且对发泡剂:气体或液体,易挥发且对PS有溶胀作用,石油有溶胀作用,石油醚、异戊烷、戊烷、丁烷、氯化烃类、氟里昂等;醚、异戊烷、戊烷、丁烷、氯化烃类、氟里昂等;首先在加压及首先在加压及PS溶胀条件下使发泡剂溶解在溶胀条件下使发泡剂溶解在PS内;内;预发泡:将可发性颗粒在水蒸汽、热水或热空气中
14、加热预发泡:将可发性颗粒在水蒸汽、热水或热空气中加热进行预发泡,此时发泡剂气化,进行预发泡,此时发泡剂气化,PS软化,珠粒膨胀;软化,珠粒膨胀;冷却熟化,发泡剂在颗粒内部冷凝,重新溶解在冷却熟化,发泡剂在颗粒内部冷凝,重新溶解在PS内,内,形成一定真空度,空气透进微孔,内外压差平衡;形成一定真空度,空气透进微孔,内外压差平衡;再次发泡,在蒸汽中颗粒再次膨胀并填满颗粒之间的间再次发泡,在蒸汽中颗粒再次膨胀并填满颗粒之间的间隙而形成一体。隙而形成一体。25可发性可发性PS珠粒的制备方法珠粒的制备方法方法一:在方法一:在PS聚合过程中加入低沸点碳氢化合物聚合过程中加入低沸点碳氢化合物作为发泡剂;作为
15、发泡剂;方法二:将悬浮聚合的粒状方法二:将悬浮聚合的粒状PS在加热和加压条件在加热和加压条件下浸透发泡剂;下浸透发泡剂;方法三:将方法三:将PS挤出造粒或挤出切片,然后浸透发挤出造粒或挤出切片,然后浸透发泡剂。泡剂。26 将悬浮法将悬浮法PS,石油醚、水、十二烷基苯磺酸钠按一定,石油醚、水、十二烷基苯磺酸钠按一定配方放入反应釜,配方放入反应釜,在在8595 ,0.40.5MPa条件下,搅拌渗透条件下,搅拌渗透6h,冷却至冷却至3538 ,经冷水洗涤、甩干,经冷水洗涤、甩干,在低于在低于15 慢慢挥发慢慢挥发35d,然后在然后在2535 热空气风干后包装出售。热空气风干后包装出售。27可发性可发
16、性PS珠粒的成型工艺珠粒的成型工艺预发泡:预发泡:加热介质用红外线、高频发生器、热空气、热加热介质用红外线、高频发生器、热空气、热水或蒸汽等,其中热水应用较广;温度水或蒸汽等,其中热水应用较广;温度90105 ;时间;时间1015min熟化:熟化:2530 放置放置1232h或在或在3238 放置放置824h。颗。颗粒越干,吸收空气速率越快,熟化越快。温度越高空气渗粒越干,吸收空气速率越快,熟化越快。温度越高空气渗透进微孔速率越快,但发泡剂逃逸速率也越快,熟化超过透进微孔速率越快,但发泡剂逃逸速率也越快,熟化超过5d,可能由于发泡剂损失过多而导致不能成型失效。,可能由于发泡剂损失过多而导致不能
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