第4章高分子材料

1、4.1 高分子材料概論高分子材料概論人類從遠(yuǎn)古時(shí)期開始就已經(jīng)使用了如皮毛、棉花、纖維素、樹脂、天然橡膠等一些天然高分子材料，隨著社會(huì)的發(fā)展，也相應(yīng)的開發(fā)了天然高分子加工工藝。然而從第一個(gè)合成高分子材料酚醛樹脂的工業(yè)化，以及對(duì)高分子材料從科學(xué)和工程意義上進(jìn)行研究和被社會(huì)承認(rèn)，距今不過100年，因此說高分子材料是一門古老而年輕的學(xué)科。但是高分子材料的出現(xiàn)，卻給材料領(lǐng)域帶來了重大變革。隨著天然高分子應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，人們對(duì)它的研究也在不斷深入，1839年發(fā)明了橡膠的硫化，1869年發(fā)現(xiàn)用硝化纖維素可制成“賽璐珞”，1892年確定了天然橡膠的干餾產(chǎn)物，直到20世紀(jì)初才開始了合成高分子的工業(yè)化開發(fā)。表

2、 4-l 為1900年到1970年出現(xiàn)的合成高分子材料。年份聚合物簡寫年份聚合物簡寫1907酚醛樹脂PF 1947環(huán)氧樹脂EP1926醇酸樹脂1948ABS樹脂ABS1927聚氯己烯PVC 1950聚丙烯腈纖維PAN1929脲醛樹脂UF1950聚乙烯醇縮醛纖維PVB1931氯丁橡膠CR1953聚酯纖維PES1936聚甲基丙烯酸甲酯PMMA1955高密度聚乙烯HDPE1936聚乙酸乙烯酯PVAC1956聚甲醛POM1937丁苯橡膠SBR1957聚丙烯纖維PP1937丁腈橡膠NBR1957聚碳酸酯PC1938聚苯乙烯PS1959氯化聚醚1938聚酰胺（尼龍）PA1959順丁橡膠BR1939三聚氰胺

3、-甲醛樹脂1959異戊橡膠IR1939聚偏氯乙烯PVDC1960乙丙橡膠EPR1940丁基橡膠IIR1965聚酰亞胺PI1942不飽和聚酯樹脂1965聚砜PF1942低密度聚乙烯LDPE1968聚苯硫醚PPS1943有機(jī)硅樹脂1970乙烯-四氟乙烯共聚物1943含氟樹脂1970乙烯-三氟氯乙烯共聚物1943聚氨酯PU1974芳香族聚酰胺19271931年間美國和德國先后生產(chǎn)有機(jī)玻璃，在40年代開始生產(chǎn)水溶性聚丙烯酰胺。四氟乙烯的聚合于1938年發(fā)現(xiàn)，1950年美國杜邦公司正式工業(yè)化。1925年前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)了第一個(gè)制造丁二烯的工廠。1939年英國建立了高壓聚乙烯的工廠。聚乙烯作為電纜材料用于軍事上

4、，美國的杜邦公司和UCC（聯(lián)合碳化物公司）在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)投產(chǎn)，德國也在研究乙烯高壓合成，到1944年達(dá)到中試規(guī)模。50年代初高壓聚乙烯年產(chǎn)已達(dá)十多萬噸。1927年美國杜邦公司推進(jìn)基礎(chǔ)研究，研究聚酯、聚酰胺合成與紡絲。1935年尼龍66纖維投產(chǎn)，杜邦稱他們合成了比蜘蛛絲還細(xì)、比鋼還強(qiáng)的絲，到1939年大規(guī)模工業(yè)化。與此同時(shí)，德國生產(chǎn)了另一種聚酰胺纖維-尼龍6。1941年英國溫費(fèi)爾德（RWhinfield）和狄克遜（T. Dickson）提出以芳香二元酸紡絲，得到熔點(diǎn)250以上的縮聚產(chǎn)物，申請(qǐng)了專利。由于戰(zhàn)爭，專利1946年才發(fā)表。1950年英國開始生產(chǎn)這種纖維（中國名稱滌綸），到1972年產(chǎn)

5、量已超過尼龍，占合成纖維首位。20世紀(jì)70年代以后是高分子材料迅速發(fā)展時(shí)期，1999年全世界高分子材料的消耗量約為l億8千萬t，體積已經(jīng)超過金屬材料，成為材料領(lǐng)域之首。同時(shí)通過化學(xué)改性、物理改性等手段賦予材料新的性能，為新材料的開發(fā)提供了新的途徑。我國高分子材料工業(yè)起步晚，大約1958年才有了第一個(gè)聚氯乙烯樹脂工業(yè)化生產(chǎn)裝置，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，高分子材料工業(yè)的發(fā)展很快，到了1997年塑料產(chǎn)量達(dá)到1530萬t，位居世界第二，僅次于美國。高分子材料也成為人類賴以生存的重要材料之一，在尖端科技、國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，成為社會(huì)生活中衣食住行不可缺少的材料?，F(xiàn)在，高分子材

6、料已與金屬材料、無機(jī)非金屬材料并列，成為科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要材料。高分子材料(Polymer materials)是以高分子化合物為基材的一大類材料的總稱。高分子化合物 (macromolecular compound)常簡稱高分子或大分子(macromolecule)，又稱聚合物(polymer)，或高聚物(high polymer)。通常情況下，人們并不嚴(yán)格區(qū)分這些概念的微細(xì)差別，而認(rèn)為是同一類材料的不同稱謂。高分子化合物的最大特點(diǎn)是分子巨大。大分子由一種或多種小分子通過共價(jià)鍵相互連接而成，其形狀主要為鏈狀大分子或網(wǎng)狀（體型）大分子。低分子化合物和高分子化合物之間并無嚴(yán)格界線，化學(xué)結(jié)

7、構(gòu)相同的化合物，相對(duì)分子質(zhì)量小者稱低分子化合物，相對(duì)分子質(zhì)量大者（通常在10000以上）稱高分子化合物。嚴(yán)格地講，高分子化合物與聚合物不完全等同，因?yàn)橛行└叻肿踊衔锊⒎怯珊唵蔚闹貜?fù)單元連接而成，而僅是相對(duì)分子質(zhì)量很高的物質(zhì)。聚合物按重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的多少，或按聚合度的大小又分為低聚物(Oligomer)和高聚物(Polymer)。相對(duì)分子質(zhì)量是表征高分子材料物性的最重要物理量。聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量有兩大特點(diǎn)：一是相對(duì)分子質(zhì)量很高，達(dá)幾萬至幾百萬；二是具有多分散性。也就是說，一種聚合物的大分子雖然化學(xué)結(jié)構(gòu)相同，但分子鏈長度不等，聚合度大小各異，因此，聚合物可看成是由相對(duì)分子質(zhì)量不等的同系列物質(zhì)組成

8、的混合物。原則上，聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量或聚合度只有統(tǒng)計(jì)平均的意義，根據(jù)統(tǒng)計(jì)平均的方法不同，有數(shù)均相對(duì)分子質(zhì)量、重均相對(duì)分子質(zhì)量、粘均相對(duì)分子質(zhì)量之別。根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量分布函數(shù)或分布曲線，還可定義相對(duì)分子質(zhì)量分布的寬度，用以表征其多分散性的程度。高分子材料有多種分類方法，主要可按化學(xué)結(jié)構(gòu)、來源、性能和用途分類。按大分子主鏈結(jié)構(gòu)分類根據(jù)主鏈結(jié)構(gòu)，高分子材料可分為碳鏈高分子、雜鏈高分子、元素有機(jī)高分子、無機(jī)高分子等幾類。1) 碳鏈高分子指主鏈完全由碳原子構(gòu)成的大分子。這是最重要的一類高分子化合物，常見的這類高分子材料有聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯等等。根據(jù)主鏈上碳原子間化學(xué)鍵的類型，又分為飽和鍵和不

9、飽和鍵碳鏈高分子。2) 雜鏈高分子是指大分子主鏈中既有碳原子，還有氧、氡、硫等其它原子。常見的這類材料有聚醚、聚酯、聚酰胺等。3) 元素有機(jī)高分子是指大分子主鏈中沒有碳原子，而由硅、硼、鉗、氧、氯、硫、磷等原子組成，但側(cè)基卻由有機(jī)基團(tuán)如甲基、乙基、芳基等組成。典型的例子是有機(jī)硅橡膠。4) 若主鏈和側(cè)基上均無碳原子，這類高分子稱無機(jī)高分子。2. 按來源分類按照高分子材料的來源可以分為天然高分子材料、半合成（改性天然高分子材料）高分子材料和合成高分子材料。1) 天然高分子材料：天然高分子材料是生命起源和進(jìn)化的基礎(chǔ)。人類社會(huì)一開始就利用天然高分子材料作為生衍資料和生產(chǎn)資料，并掌握了其加工技術(shù)。比如利

10、用蠶絲、棉、毛織成織物，用木材、棉、麻造紙等。2) 改性的天然高分子材料：許多天然高分子材料經(jīng)過人工改性，主要是用化學(xué)方法改性，獲得新的高分子材料，如把纖維素用化學(xué)反應(yīng)的方法，改性獲得硝基纖維素、醋酸纖維素、羧甲基纖維素、再生纖維素，還有改性淀粉等。3) 合成高分子材料：合成高分子是指從結(jié)構(gòu)和分子量都已知的小分子原料出發(fā)，通過一定的化學(xué)反應(yīng)和聚合方法合成的聚合物。如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、滌綸、腈綸、丁苯橡膠、氯丁橡膠、順丁橡膠等。4) 改性合成高分子材料：這一種本質(zhì)上是從小分子單體合成的聚合物，只是得到的聚合物再經(jīng)化學(xué)反應(yīng)方法加以改性，似乎是分兩步獲得的高分子材料。如把聚醋酸乙烯醇解，獲

11、得了聚乙烯醇，用化學(xué)反應(yīng)使原有的合成高分子變成一種新的高分子材料，如氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、氯化聚氯乙烯、強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂、ABS樹脂也屬于這一類。3. 按性能用途分類按照材料凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，主要物理、力學(xué)性能，材料制備方法和在國民經(jīng)濟(jì)建沒中的主要用途，高分子材料大致可分為塑料、橡膠、纖維、粘合劑、涂料等類型。在使用條件下材料處于玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài)，主要利用其剛性、韌性作為結(jié)構(gòu)材料者稱為塑料；使用條件下材料處于高彈態(tài)，主要利用其高彈性作為緩沖或密封材料者稱為橡膠。纖維、粘合劑、涂料主要根據(jù)其用途來區(qū)分。近年來，一批新型高分子材料被賦予新的功能，如導(dǎo)電、導(dǎo)磁、光學(xué)性能、阻尼性能、生物功能等，于是又

12、劃分出一類新的功能高分子材料。嚴(yán)格地講，上述這種分類法不是很科學(xué)。因?yàn)橐环N高分子化合物，根據(jù)配方和加工方法、加工條件的不同，可能在一種條件下制作成塑料，在另一種條件下又制作成纖維或粘合劑。例如聚氯乙烯在多數(shù)情況下用作塑料，但也可紡絲而制成氯綸纖維；尼龍和滌綸是典型的纖維，但生產(chǎn)尼龍、滌綸的原料聚酰胺和聚酯又是非常好的工程塑料原料。正是由于高分子化合物在分子結(jié)構(gòu)、凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)及分子運(yùn)動(dòng)形式上的復(fù)雜性、多重性，使高分子材料具有多種多樣的品種和性能，用途十分廣泛，沒有必要對(duì)各類高分子材料嚴(yán)格加以區(qū)分?；谶@種認(rèn)識(shí)，人們還采用各種化學(xué)改性和物理改性方法，改造高分子材料，揚(yáng)長避短，不斷開發(fā)出性能優(yōu)異、用途

13、各異的新型材料品種，滿足國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不同需求。4.2.1 塑料的特性和分類 塑料(Plastics)，專指以合成樹脂或化學(xué)改性的高分子材料為主要成分，再加入填料、增塑劑和其它添加劑，在一定條件（溫度，壓力等）下可塑化成型為一定形狀，在常溫下具有相當(dāng)力學(xué)強(qiáng)度的材料和制品。其分子間次價(jià)力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。塑料是高分子材料最主要的品種之一，塑料具有柔韌性和剛性，而不具備橡膠的高彈性，一般也不具有纖維那種分子鏈的取向排列和晶相結(jié)構(gòu)。(1). 密度小，比強(qiáng)度高，可代替木材、水泥、磚瓦等大量應(yīng)用于房屋建筑、裝修、裝飾及橋梁、道路工程等。各種塑料的相對(duì)密度大致為0.92.2kg/m3，僅

14、為鋼鐵的1/41/8。例如，1t尼龍6從體積上講可以代替大約3.6t鋁、7.8t不銹鋼、9.8t生鐵和10.2t銅，質(zhì)輕使塑料在交通運(yùn)輸、航空航天等領(lǐng)域有很強(qiáng)的競爭力。(2). 耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良，多數(shù)塑料的化學(xué)穩(wěn)定性好，能耐酸、堿，耐油，耐污和其他腐蝕性物質(zhì)，化學(xué)工業(yè)大量采用塑料管道和用塑料做貯槽襯里。塑料的主要優(yōu)點(diǎn)有：(3). 電絕緣性和隔熱性好，大多數(shù)塑料的體積電阻率很高，約10101020cm，可用作電工絕緣材料和電子絕緣材料，如制造電纜、印刷線路板、集成電路、電容器薄膜等。也常用作絕熱材料和其他阻隔（如隔聲）材料。(4). 摩擦系數(shù)小，耐磨性好，有消聲減振作用，可代替金屬制造軸承和齒輪

15、。許多塑料的摩擦因數(shù)很低，可用作制造塑料軸承、軸瓦、塑料齒輪等機(jī)械工業(yè)所需的部件，且可用水作潤滑劑。同時(shí)，有些塑料的摩擦因數(shù)較高，可用于配制制動(dòng)裝置的摩擦零件。(5). 與木材、陶瓷、金屬材料相比，塑料制品的另一大優(yōu)點(diǎn)是原料來源廣，易加工成形，易于著色，采用不同的原科和不同的加工方法，可制得堅(jiān)韌、剛硬、柔軟、輕盈、透明的各種制品，可以方便地制成各種薄膜、管材、型材、造型復(fù)雜的配件及產(chǎn)品，而且能耗少，制造成本低，環(huán)境污染小，廣泛用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中。此外，各種纖維增強(qiáng)的塑料基復(fù)合材料，可代替鋁、鈦合金用于航空領(lǐng)域和軍事工業(yè)中；耐瞬時(shí)高溫、耐輻射的塑料可用于火箭、導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和原子核反應(yīng)堆上

16、。塑料的突出缺點(diǎn)是，力學(xué)性能比金屬材料差，表面硬度較低，大多數(shù)品種易燃，使用溫度范圍較窄，這些缺點(diǎn)正是當(dāng)前塑料改性的研究方向和重點(diǎn)。塑料的分類：根據(jù)受熱后形態(tài)、性能的變化，塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。熱塑性塑料的特點(diǎn)是原料受熱后塑化變軟，可以流動(dòng)成型，冷卻定型后又變硬，成為具有一定強(qiáng)度的制品。熱塑性塑料加工簡單，可以大規(guī)模連續(xù)加工生產(chǎn)，而且，這種軟化和變硬的過程可重復(fù)、循環(huán)進(jìn)行，即可多次反復(fù)成型加工，這對(duì)塑料制品再生利用有重要意義。熱塑性塑料占塑料總產(chǎn)量的70%以上，生產(chǎn)量大的品種有聚乙烯、聚丙烯、聚氯已烯、聚苯乙烯等。熱固性塑料的原料是相對(duì)分子質(zhì)量較低(102103)的線形或支鏈

17、型預(yù)聚體，在一定條件下（通過添加固化劑或（和）加熱）在模具中固化形成網(wǎng)狀或體型高分子材料制品。對(duì)熱固性塑料阿言，聚合過程（最后的固化階段）和成型過程是同時(shí)進(jìn)行的，一旦形成交聯(lián)高分子材料，受熱后不能再回復(fù)到可塑狀態(tài)。因此，對(duì)熱固性塑料而言，所得制品是不溶不熔的。熱固性塑料的主要品種有酚醛樹脂、氨基樹脂、不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等。按用途又可分為通用塑料和工程塑料。大量生產(chǎn)的熱塑性塑料又稱通用塑料，它們產(chǎn)量大，價(jià)格低，力學(xué)性能一般，主要作強(qiáng)度要求不高的非結(jié)構(gòu)材料使用。與此相應(yīng)，一批力學(xué)性能優(yōu)異、耐熱、耐磨、尺寸穩(wěn)定性良好，能經(jīng)受較寬的溫度變化和較苛刻的環(huán)境條件的塑料稱工程塑料。主要品種有聚酰胺、聚碳酸

18、酯、聚甲醛、ABS樹脂等，多作結(jié)構(gòu)材料使用。工程塑料的大規(guī)模發(fā)展只有二十多年歷史，最初是為了某一特定用途開發(fā)的，產(chǎn)量小，價(jià)格貴。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，工程塑料的應(yīng)用領(lǐng)域不斷開拓，產(chǎn)量逐年增大，使工程塑料與通用塑料的區(qū)分變得模糊，難以截然劃分。某些通用塑料，如聚丙烯等，經(jīng)改性之后也可作滿意的結(jié)構(gòu)材料使用。常見通用塑料和工程塑料制品示例分別如圖4-1和4-2所示。圖4-1常見通用塑料制品示例圖4-2 常見工程塑料制品示例完全由單組分樹脂制成的塑料制品是極少的（聚四氟乙烯是典型的單組分塑料，加工時(shí)不加任何添加劑），絕大多數(shù)塑料制品在制造過程中都需添加各種各樣的填料和助劑。添加劑種類很多，按性

19、能分，有改善加工性能的潤滑劑和熱穩(wěn)定劑；有改進(jìn)材料力學(xué)性能的增強(qiáng)劑、抗沖改性劑、增塑劑和各種填料；有提高使用過程中耐老化性的抗氧劑、光穩(wěn)定劑等；有改進(jìn)耐燃性能的阻燃劑以及著色劑、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、抗靜電劑等。塑料制品的主要添加劑及其作用：穩(wěn)定劑為了防止塑料在加上和使用過程中，在熱、力、氧、光等作用下過早分解、老化，延長制品的使用壽命，配制塑料時(shí)需加入穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑種類很多，主要包括：熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、紫外線吸收劑、光屏蔽劑等。 熱穩(wěn)定劑熱穩(wěn)定劑主要用于聚氯乙烯(PVC)及其共聚物。聚氯己烯分子具有較強(qiáng)極性，其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、軟化溫度及熔融溫度較高，一般需加熱到150160以上才能塑化加工。而一般

20、商業(yè)PVC樹脂熱穩(wěn)定性差，受熱溫度超過90就開始分解，超過120分解更明顯，放出大量HC1氣體，使樹脂降解，顏色變深，乃至無法加工。所謂提高熱穩(wěn)定性，就是在PVC樹脂中加入適當(dāng)?shù)膲A性物質(zhì)，中和分解出來的HC1，阻止大分子進(jìn)一步發(fā)生斷鏈，這些加入的堿性物質(zhì)稱熱穩(wěn)定劑。常用的熱穩(wěn)定劑分主熱穩(wěn)定劑、輔熱穩(wěn)定劑、復(fù)合熱穩(wěn)定劑。主熱穩(wěn)定劑有：鉛鹽類，包括一些無機(jī)酸和有機(jī)酸的鉛鹽，如三鹽基硫酸鉛、金屬皂類、有機(jī)錫類穩(wěn)定劑，其他類型主穩(wěn)定劑還有有機(jī)銻化合物、稀土穩(wěn)定劑等。輔助熱穩(wěn)定劑有環(huán)氧化合物，如環(huán)氧化油等，它們同時(shí)還起增塑劑的作用。近來市場上開發(fā)出多種固體或液體復(fù)合熱穩(wěn)定劑，它們是由主、輔熱穩(wěn)定劑和其他

21、助劑組成的協(xié)同穩(wěn)定體系。特點(diǎn)是與樹脂相容性好，透明性好，不易析出，易計(jì)量，無污染，加工性能好。缺點(diǎn)是用量較大，價(jià)格較高。 抗氧劑天然和合成高分子材料在應(yīng)用和加工過程中受熱或紫外線作用，使高分子材料老化?？寡鮿┑淖饔迷谟谒芟匣磻?yīng)中生成的過氧化自由基，還原烷氧基或羥基自由基等，從而使氧化的連鎖反應(yīng)終止。抗氧劑按作用機(jī)理分為主抗氧劑和輔助抗氧劑。主抗氧劑能干預(yù)自動(dòng)氧化反應(yīng)的鏈增長過程，使氧化速度大大減緩；主要有取代酚類（如抗氧劑264等）和芳胺類（如防老劑D等）。輔助抗氧劑的作用是分解氫過氧化物，塑料工業(yè)中常用的有硫代酯類（如防老劑DLTP）和亞磷酸酯類（如防老劑TPP）。還有一類變價(jià)金屬離

22、子鈍化劑也常歸于抗氧劑。常見的有醛和二胺縮合物、草酰胺類、酰肼類等。3) 光穩(wěn)定劑高分子材料在紫外線輻射下，氧化降解過程大大加速。為了防御紫外線對(duì)高分子材料的破壞而添加的一類能吸收紫外線或減少紫外線透射作用的化學(xué)物質(zhì)稱光穩(wěn)定劑，其作用原理是將紫外線的光能轉(zhuǎn)化成熱能或無破壞性的較長光波的形式，從而把能量釋放出來。常用的光穩(wěn)定劑有紫外線吸收劑、光屏蔽劑、光淬滅劑、受阻胺光穩(wěn)定劑等類型。紫外線吸收劑有鄰羥基二甲苯酮類、水楊酸酯類等。光屏蔽劑主要是炭黑、氧化鋅、鈦白粉、鋅鋇白等顏料類填料，其本身具有反射和（或）吸收紫外線的能力。紫外線淬滅劑是一類較新型高效光穩(wěn)定劑，主要是一些二價(jià)鎳的有機(jī)螯合物。2.

23、增塑劑增塑劑是塑料工業(yè)的一種重要助劑。增塑劑的作用一是分布在大分子鏈之間，降低分子間作用力和纏結(jié)，提高分子鏈活動(dòng)能力，因而具有降低高分子材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及成型溫度，改善加工流動(dòng)性的效能；二是增塑劑的加人使塑料制品的柔韌性、彈性和耐低溫性提高，但強(qiáng)度、模量以及剛性和脆性等降低。增塑劑可分為主增塑劑和輔助增塑劑兩類。主增塑劑特點(diǎn)是與高分子材料混溶性好、塑化效率高，可單獨(dú)使用。輔助增塑劑與高分子材料的混溶性稍差，通常與主增塑劑一起使用，以獲得某些特殊性能（如耐寒性、耐候性、電絕緣性等），或降低成本（故也稱增量劑）。3填料及增強(qiáng)劑填料是塑料工業(yè)中添加量最大的一種助劑。填料的主要功能是提高樹脂的利用率

24、，降低成本（增量型填料），在一定程度上也有改善塑料基體某些性能的作用。填料種類繁多，主要可分無機(jī)填料和有機(jī)填料兩大類。無機(jī)填料有：金屬粉、金屬氧化物；二氧化硅質(zhì)；硅酸鹽；碳酸鹽；碳質(zhì)等。有機(jī)填料多數(shù)為纖維狀物質(zhì)，天然有機(jī)植物性的木粉、殼粉、棉絨等；合成纖維有人造絲、維尼龍、尼龍等，都可以用作填充劑加入到樹脂基體中去。凡能夠顯著提高塑料制品強(qiáng)度和剛性的填充劑也稱增強(qiáng)劑，包括各種形狀各向異性的片材或纖維狀材料，以及短纖維材料。最常用的增強(qiáng)劑有玻璃纖維、石棉纖維。4潤滑劑5. 阻燃劑加入潤滑劑是為了改善塑料熔體的加工流動(dòng)性，防止塑料在熱成型加工過程中發(fā)生粘?，F(xiàn)象。潤滑劑分內(nèi)潤滑劑和外潤滑劑兩種。內(nèi)潤

25、滑劑的分子與高分子材料有良好相容性，其潤滑作用主要是降低極性高分子材料分子間內(nèi)聚力，提高熔體流動(dòng)速率。外潤滑劑分子具有較長的非極性碳鏈，與高分子材料相容性差。其潤滑作用主要是降低熔體與加工機(jī)械表面間的摩擦，防止熔體與加工設(shè)備熱金屬表面的粘附，提高熔體流動(dòng)速度。6固化劑7發(fā)泡劑固化劑是專用于熱固性樹脂固化，使樹脂由線型分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變威體型交聯(lián)結(jié)構(gòu)的助劑。固化劑又稱變定劑，在固化（變定）過程中對(duì)固化起催化作用或本身直接參加固化反應(yīng)。廣義而言，各種交聯(lián)劑都可視為固化劑。用作固化劑的物質(zhì)有胺類；酸酐類；酰胺類；咪唑類以及三氟化硼絡(luò)合物。發(fā)泡劑是一類受熱時(shí)會(huì)分解放出氣體，從而在塑料中形成泡孔結(jié)構(gòu)（氣、固相

26、共存）的助劑。按產(chǎn)生氣體的方式，發(fā)泡劑分物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑兩大類；根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)，化學(xué)發(fā)泡劑又分為無機(jī)發(fā)泡劑和有機(jī)發(fā)泡劑兩類。通用塑料的用途可涉及以下幾個(gè)方面：1.農(nóng)業(yè)：各種農(nóng)膜、片材、排灌管、養(yǎng)殖箱、飄浮材料。2.工業(yè)：由于塑料的電絕緣性，在電器工業(yè)上用作絕緣、封裝材料；在電子和儀表工業(yè)中的制件、殼體；機(jī)械工業(yè)中的傳動(dòng)齒輪、軸承等；化學(xué)工業(yè)中各種防腐容器、管道、槽、罐等。3.建筑業(yè)：用塑料制作塑料門、窗、天花板、地板革、上下水管道與管件、煤氣管道與管件等等。4.包裝業(yè)：各種編織袋、包裝薄膜、復(fù)合薄膜、中空容器、周轉(zhuǎn)箱、瓦楞箱、打包帶、泡沫塑料等。5.日常用品：各種塑料玩具、牙刷、肥皂盒、拖

27、鞋等等。6.醫(yī)療與器械工業(yè)：各類人造器官、醫(yī)療用輸液袋、一次用注射用品、降解性醫(yī)用材料。7.電器工業(yè)：各種辦公用具及家用電器絕緣、保溫、防腐、防潮的殼體，耐磨、精密的零部件等。除了在以上領(lǐng)域，通用塑料應(yīng)用比較廣泛外，目前一些通用塑料通過改性擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域，在國防尖端工業(yè)、交通與航空工業(yè)等作為結(jié)構(gòu)材料大量使用。4.3.1 橡膠的特性和分類橡膠的特性和分類橡膠(rubber)，是指常溫下處于高彈態(tài)的高分子材料。橡膠材料是一類線型柔性高分子聚合物。其分子鏈間次價(jià)力小，分子鏈柔性好，它的特點(diǎn)是在很寬的溫度（-50150）范圍內(nèi)具有獨(dú)特的無可比擬的高彈性，在外力作用下可產(chǎn)生較大形變，除去外力后能迅速恢復(fù)

28、原狀，所以又稱為彈性體，同時(shí)具有良好的疲勞強(qiáng)度、電絕緣性、耐化學(xué)腐蝕性以及耐磨性等，使其成為國民經(jīng)濟(jì)中不可或缺和難以替代的重要物質(zhì)。橡膠按其來源，可分為天然橡膠和合成橡膠兩大類。天然橡膠98%是從自然界含膠植物（三葉橡膠樹，如圖4-3）采集得來，基本成分是順1,4-聚異戊二烯，相對(duì)分子質(zhì)量在3l05左右。圖4-3 天然橡膠合成橡膠品種很多，如圖4-4所示，按其性能和用途可分為通用合成橡膠和特種合成橡膠。合成橡膠通用橡膠特種橡膠硅橡膠氟橡膠聚氨酯橡膠聚丙烯酸酯橡膠聚硫橡膠氯醚橡膠熱塑性彈性體（如：SBS、SIS、TPO等）合成膠乳(如：丁苯、丁腈等)粉末橡膠(如：丁苯、丁腈)液體橡膠(如：氯丁、

29、聚丁二烯)其它橡膠丁苯橡膠順丁橡膠異戊橡膠氯丁橡膠丁基橡膠丁腈橡膠乙丙橡膠圖4-4合成橡膠分類及主要品種凡性能與天然橡膠相同或相近、廣泛用于制造輪胎及其他大品種橡膠制品（運(yùn)輸帶、膠管、墊片、密封圈、電線電纜等，如見圖4-5）的稱通用合成橡膠，如丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠等。圖4-5 常見合成橡膠制品示例凡具有耐寒、耐熱、耐油、耐腐蝕、耐輻射、耐臭氧等特殊性能，用于制造特定條件下使用的制品的，稱特種合成橡膠，如丁腈橡膠、硅橡膠、氟橡膠等。隨著特種橡膠綜合性能的改善，制造成本降低以及應(yīng)用范圍擴(kuò)大，有些特種橡膠品種也開始作為通用橡膠使用，如氯丁橡膠、乙丙橡膠、丁基橡膠等。純粹的橡膠原料沒有多大實(shí)用

30、價(jià)值，橡膠只有經(jīng)過硫化，達(dá)到適度交聯(lián)才能表現(xiàn)出優(yōu)異高彈性，可經(jīng)受500% 1000%的多次拉伸而不破壞，且沒有明顯的永久變形。橡膠當(dāng)經(jīng)歷動(dòng)態(tài)往復(fù)的變形和變形恢復(fù)時(shí)，它將耗散部分能量，因此可用作減震和吸聲材料。橡膠摩擦因數(shù)大，耐磨性好，特別適用于制備輪胎、鞋底等多種制品。另外，橡膠的高耐水性、不透氣性、對(duì)腐蝕介質(zhì)的穩(wěn)定性和優(yōu)良的電絕緣性能，使其在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。橡膠制品是生膠（天然橡膠和合成橡膠）與多種化合物經(jīng)恰當(dāng)配合，采用精心設(shè)計(jì)的生產(chǎn)工藝制成的多組分復(fù)合材料。對(duì)比而言，橡膠的配方體系與生產(chǎn)工藝比塑料制品復(fù)雜得多，橡膠的配方設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)的技術(shù)工作。配方設(shè)計(jì)的目的

31、不僅是研究原材料的最佳配比組合，更重要的是掌握材料中各組分間存在的復(fù)雜物理與化學(xué)作用，研究配合體系對(duì)制品性能的影響，以及與生產(chǎn)工藝的關(guān)系，在謀求經(jīng)濟(jì)合理的同時(shí)，求得最佳的綜合性能，制成物美價(jià)廉的產(chǎn)品。 通常的橡膠配合體系除生膠外，包括使橡膠分子鏈發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的硫化體系（硫化劑、促進(jìn)劑、活性劑、防焦燒劑等）；提高制品力學(xué)強(qiáng)度的補(bǔ)強(qiáng)和填充體系（補(bǔ)強(qiáng)劑、填充劑）；保護(hù)橡膠制品，防止老化，延長使用壽命的防護(hù)體系（各種類型的防老劑）；提高橡膠加工性能的增塑體系（各種類型的增塑劑）。分別簡介如下：1硫化體系最早的天然橡膠是采用硫磺進(jìn)行交聯(lián)的，因而，橡膠交聯(lián)過程通常稱“硫化”。隨著合成橡膠的大量出現(xiàn)，硫化交

32、聯(lián)劑的品種也不斷增加，目前使用的硫化劑有：硫磺、碲、硒、含硫化合物、過氧化物、醌類化合物、胺類化合物、樹脂和金屬化合物等。而硫磺由于資源豐富，價(jià)廉易得，硫化橡膠性能優(yōu)異，仍然是最佳的硫化劑。一個(gè)完整的硫化體系除硫化劑外，還必須有能加快硫化速度、縮短硫化時(shí)間的硫化促進(jìn)劑，簡稱促進(jìn)劑。此外，還應(yīng)加有提高促進(jìn)劑活性的硫化活性劑，簡稱活性劑，又稱助促進(jìn)劑。幾乎所有的促進(jìn)劑都必須在活性劑存在下，才能充分發(fā)揮促進(jìn)效能。硫化體系中有時(shí)還包括能防止膠料在加工過程中不發(fā)生早期硫化（焦燒）的防焦劑，又稱硫化延遲劑或穩(wěn)定劑。由此可見，硫化反應(yīng)是一個(gè)多元組分參與的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，包含橡膠分子與硫化劑及其他配合劑之間的系

33、列化學(xué)反應(yīng)。整個(gè)硫化過程大致可分三個(gè)階段。第一階段稱誘導(dǎo)期階段，此階段中，先是硫磺、促進(jìn)劑、活性劑（如氧化鋅）之間相互作用，使活性劑溶入膠料，活化促進(jìn)劑，使促進(jìn)劑與硫磺發(fā)生反應(yīng)，生成一種活性更大的中間產(chǎn)物；然后引發(fā)橡膠分子鏈，使生成能夠發(fā)生交聯(lián)的橡膠大分子自由基（或離子）。第二階段稱交聯(lián)反應(yīng)階段，此階段中，可變聯(lián)的自由基（或離子）與橡膠分子鏈產(chǎn)生反應(yīng)，生成交聯(lián)鍵。第三階段稱網(wǎng)絡(luò)形成階段，此階段的前期，交聯(lián)反應(yīng)已趨完成，初始形成的交聯(lián)鍵發(fā)生短化、重排和裂解反應(yīng)，最后網(wǎng)絡(luò)趨于穩(wěn)定，獲得網(wǎng)絡(luò)相對(duì)穩(wěn)定的硫化橡膠。硫化促進(jìn)劑可分為無機(jī)和有機(jī)兩大類。無機(jī)促進(jìn)劑有氧化鎂、氧化鉛等，其促進(jìn)效果小，硫化橡膠性能

34、差，多數(shù)場合已被有機(jī)促進(jìn)劑所取代。有機(jī)促進(jìn)劑促進(jìn)效果大，硫化橡膠物理力學(xué)性能優(yōu)良，發(fā)展較快。最常用的硫化活性劑（助促進(jìn)劑）由氧化鋅和硬脂酸組成。氧化鋅在硬脂酸作用下形成鋅皂，使之更易于溶解在膠料中，并與促進(jìn)劑形成一種絡(luò)合物，使促進(jìn)劑更加活潑，催化活化硫磺，形成一種很強(qiáng)的硫化劑。硫化活性劑還有提高硫化橡膠交聯(lián)密度及耐熱老化性能的功效。橡膠在生產(chǎn)加工過程中要經(jīng)歷塑煉、混煉、壓延、硫化等多種工序，經(jīng)歷不同溫度、不同時(shí)間剪切作用，有時(shí)可能出現(xiàn)早期硫化現(xiàn)象，稱為焦燒。防焦劑又稱硫化延遲劑或穩(wěn)定劑。如鄰羥基苯甲酸、鄰苯二甲酸酐、亞硝基二苯胺(NPPA)等。2補(bǔ)強(qiáng)與填充體系補(bǔ)強(qiáng)是橡膠工業(yè)的專有名詞，指提高橡

35、膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度及耐磨耗性能。補(bǔ)強(qiáng)在橡膠制品加工中十分重要，許多生膠，特別是非自補(bǔ)強(qiáng)性合成橡膠，如果不通過填充炭黑、白炭黑等予以補(bǔ)強(qiáng)，便沒有實(shí)用價(jià)值。補(bǔ)強(qiáng)劑與填充劑并無明顯界限。補(bǔ)強(qiáng)通過填充實(shí)現(xiàn)，凡能提高橡膠物理力學(xué)性能的填充劑稱補(bǔ)強(qiáng)劑，又稱活性填充劑。凡在膠料中主要起增加容積，降低成本作用的稱填充劑或增容劑。填料在橡膠工業(yè)中用量很大，其中尤以炭黑為甚，炭黑是橡膠工業(yè)中最重要的補(bǔ)強(qiáng)性填充劑，炭黑耗量約占橡膠耗量的50%左右。橡膠種類未補(bǔ)強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度/MPa炭黑補(bǔ)強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度/MPa補(bǔ)強(qiáng)倍率丁苯橡膠2.53.520.026.05.710.4丁腈橡膠2.03.020.027.06.613.5

36、三元乙丙橡膠3.06.015.025.02.58.3順丁橡膠8.010.018.025.01.83.1天然橡膠16.024.024.035.01.02.2表4-2 炭黑對(duì)幾種橡膠拉伸強(qiáng)度的補(bǔ)強(qiáng)效果炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效果極佳，表4-2給出炭黑對(duì)幾種重要橡膠材料拉伸強(qiáng)度的補(bǔ)強(qiáng)效果，可以看出，對(duì)于一些合成橡膠如SBR、NBR、EPDM等，炭黑的補(bǔ)強(qiáng)倍率達(dá)到810倍。另外，炭黑還具有優(yōu)異耐磨性，特別適于制作輪胎胎面膠。除炭黑外，常用的補(bǔ)強(qiáng)劑還有白炭黑（水合二氧化硅SiO2nH2O、硅酸鹽類）和某些超細(xì)無機(jī)填料。白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效果僅次于炭黑，故稱白炭黑。由于其色澤淺，故廣泛用于白色和淺色橡膠制品。橡膠制品中常用的

37、填充劑有碳酸鈣、陶土、滑石粉、硅鋁炭黑等。3防護(hù)體系（防老化體系）橡膠在長期貯存和加工、使用過程中，受氧、臭氧、光、熱、高能輻射及應(yīng)力作用，逐漸發(fā)粘、變硬、彈性降低、龜裂、發(fā)霉、粉化的現(xiàn)象稱老化。凡能防止和延緩橡膠老化的化學(xué)物質(zhì)稱防老劑。與塑料的氧化相似，橡膠的熱氧化也是一種自由基鏈?zhǔn)阶源呋趸磻?yīng)，加入防老劑就是要終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，或防止引發(fā)自由基產(chǎn)生，抑制或延緩橡膠氧化反應(yīng)。根據(jù)這一原理，防老劑分為主防老劑和預(yù)防性防老劑兩類。主防老劑又稱鏈斷裂型防老劑，它是通過截取鏈增長自由基R或ROO終止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，抑制橡膠氧化反應(yīng)。預(yù)防性防老劑是指能以某種方式延緩自由基引發(fā)的化合物，這些物質(zhì)不直接參與

38、自由基的鏈?zhǔn)窖h(huán)過程，只是防止自由基的引發(fā)；預(yù)防性防老劑包括光吸收劑、金屬離子鈍化劑和氫過氧化物分解劑。4增塑體系橡膠增塑劑通常是一類相對(duì)分子質(zhì)量較低的化合物。增塑劑加人橡膠后，能夠降低橡膠分子鏈間的相互作用力，增加膠料的可塑性、流動(dòng)性、粘著性，便于壓延、壓出和成型工藝操作。橡膠的增塑體系還能改善硫化橡膠的某些物理力學(xué)性能，如降低硫化橡膠的硬度和定伸應(yīng)力，賦予其較高的彈性和較低的生熱，提高耐寒性，降低成本等。橡膠增塑劑習(xí)慣上分軟化劑和增塑劑兩類。軟化劑多來源于天然物質(zhì)，如石油系的三線油、六線油、凡士林，植物系的松焦油、松香等，常用于非極性橡膠。增塑劑多為合成產(chǎn)品，如酯類增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯(

39、 DOP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)等，主要應(yīng)用于某些極性的合成橡膠和塑料中。4.4.1 4.4.1 纖維的特性及分類纖維的特性及分類纖維（fibre）是指長徑比非常大，即長度比直徑大很多倍，具有一維各向異性和一定柔韌性的纖細(xì)材料。纖維的次價(jià)力大、形變能力小、模量高，一般為結(jié)晶聚合物。常用的紡織纖維，長徑比一般大于1000：1，其直徑為幾微米至幾十微米，而長度超過25mm。纖維可分為兩大類：一類是天然纖維，如棉、麻、羊毛、蠶絲等，見圖4-6。另一類是化學(xué)纖維，見圖4-7，即用天然或合成高分子化合物經(jīng)化學(xué)加工制得的纖維，前者稱人造纖維，后者稱合成纖維。圖4-6 天然纖維圖4-7 化學(xué)纖維天然纖

40、維中，棉纖維和麻纖維屬于植物性纖維，羊毛和蠶絲屬于動(dòng)物性纖維，而石棉是最大宗的天然礦物纖維，作為紡織材料的主要是溫石棉和青石棉?；瘜W(xué)纖維一般也分兩大類。一類是由天然高分子材料為原料，經(jīng)化學(xué)處理與機(jī)械加工而制得的纖維，稱人造纖維。其中以含纖維素的物質(zhì)如棉短絨、木材等為原料制得的纖維，稱再生纖維素纖維，如粘膠纖維；以蛋白質(zhì)為原料制得的纖維，稱再生蛋白質(zhì)纖維。另一類是以合成高分子材料為原料制得的纖維，稱合成纖維。合成纖維最主要的品種有：滌綸（又稱聚酯纖維）、錦綸（又稱尼龍）、腈綸（聚丙烯腈）、維綸（聚乙烯醇縮甲醛）、丙綸（聚丙烯）和氯綸（聚氯乙烯）。其中前三種的產(chǎn)量占世界合成纖維總產(chǎn)量的90%以上。

41、人造纖維中，再生纖維素纖維的產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣，其中粘膠纖維是最大宗產(chǎn)品。化學(xué)纖維的主要類型見圖4-8。再生纖維素纖維：粘膠纖維、銅氨纖維纖維素酯纖維：二乙酸酯纖維、三乙酸酯纖維再生蛋白質(zhì)纖維：酪素纖維、玉米蛋白纖維聚酰胺纖維聚酯纖維聚氨酯彈性纖維其他：聚脲、聚甲醛、聚酰亞胺聚酰胺-聚腈、聚苯并咪唑等聚丙烯腈纖維聚乙烯醇縮醛纖維聚氯乙烯纖維含氟纖維 人造纖維雜鏈纖維碳鏈纖維合成纖維化學(xué)纖維圖4-8 化學(xué)纖維的主要類型合成纖維紡絲過程包括紡絲液的制備、紡絲、初生纖維后加工等過程。通常，首先將成纖高分子材料溶解或熔融成粘稠性液體，稱紡絲液；然后將這種液體用紡絲泵連續(xù)、定量而均勻地從噴絲頭小孔壓出，

42、形成粘液細(xì)流，再經(jīng)凝固或冷凝而形成纖維；最后，根據(jù)不同的要求進(jìn)行后加工。工業(yè)上常規(guī)的合成纖維紡絲方法有三種：熔體紡絲、濕法紡絲和干法紡絲，其中熔體紡絲用得最多，濕法紡絲次之。此外，還有一些改進(jìn)的新方法。合成纖維的優(yōu)異性能使它的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了紡織工業(yè)的傳統(tǒng)概念的范圍，而逐漸深入列國防工業(yè)、航空航天、交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生、海洋水產(chǎn)、通訊聯(lián)絡(luò)等重要領(lǐng)域，成為不可缺少的重要材料。合成纖維在民用上可紡制輕暖、耐穿的各種服裝面料、裝飾，可混紡；在工業(yè)上可用作輪胎簾子布、運(yùn)輸帶、傳送帶、漁網(wǎng)、繩索、耐酸堿的濾布和工作服等；高性能的特種合成纖維可用作高空降落傘、飛行服、飛機(jī)導(dǎo)彈和雷達(dá)的絕緣材料、原子能工業(yè)中

43、的特殊防護(hù)材料。4.5.1 4.5.1 粘合劑粘合劑粘合劑也稱膠粘劑，見圖4-9，是一種能把各種相同或不同材料緊密地膠結(jié)在一起的物質(zhì)。借助粘合劑將各種物件連接起來的技術(shù)稱為粘合（粘接、膠接）技術(shù)。圖4-9 粘合劑示例1粘合劑的分類及組成1) 粘合劑的分類就合成粘合劑而言，要膠接不同材料，首先粘合劑應(yīng)能潤濕被膠接物體的表面，而后在一定條件下能轉(zhuǎn)變成固態(tài)高分子材料。據(jù)此，作為合成粘合劑的基材，可以是：(1)在粘合條件下容易聚合的液態(tài)單體；(2)具有活性基團(tuán)的低聚物，在粘合過程中能發(fā)生固化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成體型結(jié)構(gòu)高分子材料；(3)線形高分子材料，使用時(shí)或制成溶液和水乳液，粘合時(shí)隨著溶劑或水分的揮發(fā)而發(fā)生

44、粘合；或加熱熔化，粘合劑涂在粘接面上，冷卻后變成固態(tài)而粘合；或制成低熔點(diǎn)固態(tài)溶液（橡膠類粘合劑），使用時(shí)加壓使之潤濕物體表面而發(fā)生粘合。按主要化學(xué)組成，粘合劑可分為有機(jī)粘合劑和無機(jī)粘合劑兩大類；有機(jī)粘合劑中，又可分為天然粘合劑和合成粘合劑兩類，而目前應(yīng)用最廣、最具代表性的是有機(jī)高分子類合成粘合劑。粘合劑的分類如圖4-10所示。動(dòng)物膠：魚膠、骨膠、蟲膠等植物膠：淀粉、松香、阿拉伯樹膠等天然粘合劑硅酸鹽型磷酸鹽型硼酸鹽型玻璃陶瓷及其他低熔點(diǎn)物等有機(jī)粘合劑粘合劑無機(jī)粘合劑合成粘合劑熱塑性樹脂粘合劑：聚臘酸乙烯酯、聚酰胺等熱固性樹脂粘合劑：環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯等橡膠型粘合劑：如氯丁橡膠、丁腈橡膠

45、、硅橡膠等混合型粉劑：如環(huán)氧-丁腈、酚醛-丁腈、環(huán)氧-尼龍、酚醛-氯丁等圖4-10 粘合劑的分類按固化類型，合成粘合劑可分為以下三種。(1)化學(xué)反應(yīng)型粘合劑 其主要成分是含活性基團(tuán)的線型高分子材料，加入固化劑后，由于化學(xué)反應(yīng)而生成交聯(lián)的體型結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生粘合作用。此類粘合劑主要包括熱固性樹脂粘合劑、聚氨酯粘合劑、橡膠類粘合劑及混合型粘合劑等。(2)熱塑性樹脂溶液粘合劑 它由熱塑性高分子材料加溶劑配制而成，如聚醋酸乙烯酯粘合劑、聚異氰酸酯粘合劑等。(3)熱熔粘合劑 此類粘合劑是以熱塑性高分子材料為基本組分的無溶劑型固態(tài)粘合劑，通過加熱熔融粘合，然后冷卻固化。如乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)熱熔膠、低

46、分子聚酰胺熱熔膠等。l增塑劑及增韌劑 主要用以提高韌性l固化劑（或稱硬化劑） 用以使液態(tài)粘合劑交聯(lián)、固化l填料 用以降低固化時(shí)的斷面收縮率，降低成本，提高沖擊強(qiáng)度、膠接強(qiáng)度，提高耐熱性等。有時(shí)也為了使粘合劑具有某種指定性能，如導(dǎo)電性、耐濕性等l溶劑 粘合劑有溶劑型與無溶劑型之分。加入溶劑是用以溶解粘料以及調(diào)節(jié)粘度，便于施工。溶劑的種類與用量、膠接工藝密切相關(guān)l其他輔料 如稀釋劑、穩(wěn)定劑、偶聯(lián)劑、色料等2)合成粘合劑的主要組成已知合成粘合劑是以高分子材料為基本組分的多組分體系，除基本粘料（即高分子材料）外，根據(jù)配方及用途不同，合成粘合劑中尚包含以下輔料中的一種、數(shù)種或全部。2粘合機(jī)理及工藝 1)

47、 粘合機(jī)理 物體粘合的過程一般可分為兩個(gè)階段。第一階段，液態(tài)粘合劑向被粘物表面擴(kuò)散，逐漸潤濕被粘物表面并滲入表面微孔中，取代并解吸被粘物表面吸附的氣體，使被粘物表面間的點(diǎn)接觸變?yōu)榕c粘合劑之問的面接觸。第二階段，產(chǎn)生吸附作用，形成次價(jià)鍵或主價(jià)鍵，粘合劑本身經(jīng)物理或化學(xué)的變化由液體變?yōu)楣腆w，使粘合作用固定下來。這兩個(gè)階段相互關(guān)聯(lián)，不能截然分開。 2)粘合工藝 粘合工藝一般可分為初清洗、粘合接頭機(jī)械加工、表面處理、上膠、固化及修整等步驟。初清洗是將被粘物表面的抽污、銹跡、附著物等清洗掉。然后，根據(jù)粘合接頭的形式和形狀對(duì)接頭處進(jìn)行機(jī)械加工，如表面機(jī)械處理以形成適當(dāng)?shù)拇植诙鹊?。涂料是一種涂布在物體表面能

48、形成具有保護(hù)、裝飾、標(biāo)志作用膜層的材料，也是多組分體系，見圖4-11。圖4-11 涂料涂料用聚合物與塑料、纖維和橡膠等用聚合物的主要差別是平均分子量較低。目前，工業(yè)生產(chǎn)的涂料大部分由各種合成樹脂配制而成，涂料的作用除一般保護(hù)作用外，還被賦予許多特殊的功能，如示溫、發(fā)光、導(dǎo)電、感光等。 1涂料的組成涂料為典型的多組分體系，由成膜物質(zhì)（亦稱固著劑或粘料）和顏料、溶劑（稀料）、催干劑、增塑劑等組分構(gòu)成。2)顏料 顏料主要起裝飾作用，同時(shí)對(duì)有些物體表面起抗腐蝕保護(hù)作用。 3)溶劑 涂料中含有大量溶劑(30% 80%)，其作用是溶解成膜物質(zhì)，降低涂料粘度。 4)其他輔料 包括增塑劑、催干劑、增稠劑及稀釋

49、劑、填充劑（又稱增量劑）、殺菌劑、阻聚劑、防結(jié)皮劑等。1)成膜物質(zhì) 體系中主要成分是成膜物質(zhì)，是聚合物或者能形成聚合物的物質(zhì)，必須與被涂物表面和顏料都具有良好結(jié)臺(tái)力（附著力），它決定了涂料的基本性能。l油性涂料 即油基樹脂漆，成膜物質(zhì)為植物油、天然樹脂和部分合成樹脂。這類涂料在干結(jié)成膜過程中，發(fā)生干性油的氧化反應(yīng)或聚合反應(yīng)，屬于低檔涂料l合成樹脂類涂料 成膜物質(zhì)為各種合成樹脂，屬于溶液性涂料，成膜過程中只需等涂料中所含溶劑、稀料全部揮發(fā)即凝結(jié)成膜，有些品種需適當(dāng)加熱或通過催化作用使樹脂聚合成膜。合成樹脂類涂料屬于高檔涂料l水乳化涂料 成膜物質(zhì)仍為上述兩類，但是以水為稀釋劑的涂料，包括油性乳化涂

50、料和樹脂乳化涂料2涂料的類型涂料的品種繁多，有有機(jī)涂料和無機(jī)涂料之分，通常所用的涂料多為有機(jī)涂料。按成膜物質(zhì)的種類有機(jī)涂料可分為：涂料還有其他的分類方法。根據(jù)用途可分為：防銹漆、絕緣漆、防火漆、耐高溫漆、地板漆、罐頭漆、船舶漆、木器漆、美術(shù)漆等。根據(jù)施工的層次，涂料可分為膩?zhàn)?、底漆、面漆、罩光漆等。根?jù)稀釋介質(zhì)的不同可分為：溶劑型、水溶型、水乳型等。根據(jù)漆膜的光澤可分為：無光漆、半光（平光）漆和有光漆等。根據(jù)施工方法可分為：噴漆、烘漆、電泳漆等。功能高分子是功能材料中的新軍，由于高分子材料具有輕、強(qiáng)、耐腐蝕、原料豐富、種類繁多、制備簡便、易于分子設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，功能高分子材料的研究和發(fā)展十分迅速，

51、成為近年來高分子科學(xué)最活躍的研究領(lǐng)域。功能高分子及有關(guān)新技術(shù)研究的前沿領(lǐng)域包括：電子功能高分子材料及信息技術(shù)研究（光電磁功能高分子、高分子液晶顯示技術(shù)、電致發(fā)光技術(shù)等）、醫(yī)藥功能高分子及衛(wèi)生保健技術(shù)研究（控制藥物釋放材料、醫(yī)用材料、人體組織修復(fù)材料等）、信息高分子的合成及應(yīng)用技術(shù)等。此外，通用高分子的改性技術(shù)、天然高分子的利用及改性、高分子材料生物降解材料及高分子材料資源的再利用技術(shù)等，也歸屬于這一領(lǐng)域。l反應(yīng)型高分子 包括高分子試劑和高分子催化劑l光敏型高分子 包括各種光穩(wěn)定劑、光刻膠、感光材料和光致變色材料等l電活性高分子材料 包括導(dǎo)電聚合物、能量轉(zhuǎn)換型聚合物和其它電敏材料l膜型高分于材料

52、 包括各種分離膜、緩釋膜和其它半透性膜材料l吸附型高分子材料 包括高分子吸附性樹脂、高分子絮凝劑和吸水性高分子吸附劑等l其它未能包括在上述各類中的功能高分子材料將功能高分子按照性質(zhì)和功能劃分，劃分為六種類型：1.離子交換樹脂是一種可以與接觸的介質(zhì)進(jìn)行離子交換的高分子，見圖4-12，它本身不溶解于介質(zhì)中，只有相關(guān)的離子與介質(zhì)交換。圖4-12 離子交換樹脂離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)包括兩部分：一部分為高分子骨架，其作用是擔(dān)載離子交換基團(tuán)，為離子交換過程提供必要的動(dòng)力學(xué)條件；另一部分是離子交換基團(tuán)，通常為具有一定解離常數(shù)的酸性或堿性基團(tuán)，其性質(zhì)決定了離子交換樹脂的類型、吸附性能和吸附選擇性。一般情況下，根據(jù)

53、使用目的和條件，對(duì)離子交換樹脂有不同的具體要求。具體包括：1)良好的耐溶劑性2)良好的化學(xué)穩(wěn)定性3)良好的機(jī)械性能4)具有一定的交換容量5) 具有高的選擇性6)較大的比表面積、適宜的孔徑和孔隙率其組成和分類可示意為：低交聯(lián)度(8)凝膠型樹脂大孔型樹脂強(qiáng)酸性中強(qiáng)酸性弱酸性陽離子陰離子兩性氧化還原螯合高分子骨架離子交換樹脂強(qiáng)堿型(N+(CH3)3Cl)強(qiáng)堿型(N+(CH3)2CH2CH2OH)強(qiáng)堿-弱酸弱堿-弱酸功能基團(tuán)可交換離子-與功能基團(tuán)相反電荷的離子強(qiáng)堿弱堿大空型高大孔型2. 吸附樹脂同離子交換樹脂類似，見圖4-13，甚至于有人把二者統(tǒng)稱為“吸附樹脂”。只是我們這里說的“吸附樹脂”是分子型吸

54、附樹脂，而離子交換樹脂有人會(huì)說成是離子型吸附樹脂。圖4-13 吸附樹脂吸附樹脂總的類型可分為：苯乙烯體系聚丙烯酸酯體系其它體系大孔微孔交聯(lián)高分子凝膠分子篩吸水性樹脂吸附樹脂常見的吸水樹脂和高吸水樹脂可分為：丙烯酸接枝丙烯腈接枝其它羧甲基化、乙基化羥乙基化羥丙基化淀粉改性淀粉纖維素類聚乙烯醇-聚丙烯酸交聯(lián)聚乙醇醇-甲基丙烯酸甲酯共聚聚乙烯醇-順酐共聚淀粉型聚丙烯酸型及共聚物聚乙烯醇型及共聚物3. 光敏性高分子光敏高分子是指在光照下，高分子吸收了光能后，使分子內(nèi)或分子間產(chǎn)生了化學(xué)的或結(jié)構(gòu)的變化而使材料的顏色發(fā)生變化等多種現(xiàn)象。光敏高分子包括感光樹脂，光致變色高分子，光導(dǎo)高分子，高分子光敏劑和增感劑

55、等。光致變色性是指某些無色的有機(jī)或無機(jī)化合物，在紫外光照射或電子轟擊后，從A的無色（或A色）變成B的有色（或B色）。在另一種波長光或熱的作用下，又從B回到A。這是可逆變化的。有機(jī)化合物的光致變色起因于化合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生可逆變化。例如下反應(yīng)式，穩(wěn)定態(tài)A為無色，在紫外光照射下，轉(zhuǎn)變?yōu)閬喎€(wěn)定態(tài)、有色的B。無色（或無色（或A色）色）有色（或有色（或B色）色）ABhNCH3ONCH3CH3CH3NO2hvCH3CH3OONO2+-穩(wěn)定態(tài)穩(wěn)定態(tài)A 無色無色穩(wěn)定態(tài)穩(wěn)定態(tài)B 有色有色4. 磁性記錄材料：用于磁性記錄材料的有磁帶的帶基，錄像磁帶、計(jì)算機(jī)磁帶、軟磁盤( FD)、硬磁盤( HD)、磁光盤和磁卡等等。帶基材料主要用PET，光盤主要用PC。常用各種熱塑性粘合劑，聚氨酯、聚氯酯彈性體等。5. 高分子試劑高分子試劑是小分子試劑經(jīng)過高分子化或者使聚合物骨架與化學(xué)反應(yīng)活性官能團(tuán)相連接，得到具有化學(xué)試劑功能的高分子化合物。這種試劑在化學(xué)反應(yīng)體系中不溶，穩(wěn)定，而且由于空間位阻等，存在著立體選擇性，用于化學(xué)合