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史上最全面各種類塑膠原料物性應用知識3
聚丙烯
聚丙烯最突出的性質是多面性，它能適合于許多加工方法和用途。它的價值和多面性主要來自于優(yōu)良的耐化學品性能、在大宗熱塑性塑料中最低的密度和最高的熔點、適中的成本。
化學和性能
聚丙烯（簡稱PP）與聚乙烯（PE）不同之處在于，前者每隔一個碳原子上就有一個甲基，這起到使鏈硬化的作用。除非這些甲基處于鏈的同一側位置上，聚合物不會結晶。在Natta和Ziegler（互相獨立地）開發(fā)出立體定向催化劑之前，只能生產出軟且粘連的無規(guī)立構聚丙烯。商業(yè)塑料的硬度和耐溶齊小勝源自結晶性。PP的鏈比PE的硬，因而PP有較高的熔化溫度和抗張強度，但結晶度較低。PP均聚物的熔點約為330°F，取決于加熱速度和熱歷史。
在PP鏈上間隔地插入乙烯（無規(guī)共聚），鏈會變得更缺乏規(guī)則和更柔軟，從而降低聚合物的結晶度、模量、熔點和熔點銳度。典型的無規(guī)共聚物是比較透明的，熔點在293?305°F范圍內。當乙烯含量升高時，聚合物的結晶度越來越低，最后變成乙烯一丙烯橡膠（EPR）。
另一類重要的共聚物是抗沖擊非均相共聚物。這些產品是由橡膠（有時為PE）在均聚物基體中聚合而制得的。所用橡膠通常為EPR，它生成一個與均聚物基體分離的相態(tài)，形成有光霧。半透明的外觀。這些材料并非真正的嵌段共聚物，因為其中的橡膠相可被溶劑所革取。用EPR與PP共混可得類似的產品，抗沖擊共聚物具有和均聚體物相似的熔點。
分子量和分子量分布在PP加工過程中很重要。在446T和4．75磅負荷下的熔體流動是熔體粘度的一個指數，該指數與重均分子量相關。商品聚丙烯的熔體流動有低至0．25克／10分鐘到高達800克／10分鐘。分子量分布用重均分子量與數均分子量的比值來表示，高結晶度PP的這個比值可以高達11；而用作熔吹織物的PP則可低至2．l。這個比值在纖維紡絲過程中極為重要，而且影響到擠壓、擠出物脹大、模塑內應力和定向過程。
象大多數聚合物一樣，聚丙烯會氧化，特別是在熔化加工過程中。就PP而論，采取清除攻擊叔氫的自由基來保護聚合物。對于在高溫下長期使用的PP，則采用復雜的多組分穩(wěn)定劑體系；對于限制氣味或味道的場合，穩(wěn)定體系必須非常簡單。如果用于防陽光（紫外線）可加入炭黑或用專門的穩(wěn)定方法。
普通PP的抗張強度為34．5MPa，彎曲模量約為1723MPa。有抗張強度為100MPa，彎曲模量為9650MPa的玻璃填充級PP。礦物填充級PP的彎曲模量可高達約4480MPa，但抗張強度增加不多。在低于一75°F時仍保持延展性?？箯垙姸鹊椭?8 6MPa和彎曲模量低至689MPa的抗沖擊共聚物已經不是最近出現的品種了。現代聚合反應過程能生產出可填補聚丙烯與烯烴橡膠之間空白的材料。
除了強氧化劑和非極性溶劑外，PP對化學侵蝕有很強的抵抗力。例如，發(fā)煙硝酸或熱的濃硫酸能使PP降解，但濃度較低的溶液則對PP無害。液體如汽油、二甲苯和氯代烴能使PP溶脹并變軟。共聚物溶脹程度比均聚物高。PP從這類溶劑中取出后，其尺寸又會恢復原狀。由于PP表面惰性極大，如果不采用火焰處理或類似技術，很難在PP上進行印刷、涂漆及粘合。
聚丙烯的燃燒熱很高，很難制成阻燃級產品，但市場上有幾種牌號的阻燃級PP出售。PP還是優(yōu)秀的電絕緣體，其介電常數和損耗因數很低。它的耐濕性很好，但不是良好的阻隔氧氣的材料。
用途
纖維是PP的一個主要市場。通過拉伸或定向，可使其抗張強度提高15倍之多。抽絲產品包括衣物、尿布、非織品。家具革、農用袋、線繩、鋪地織物、帶。地毯和地毯背村。PP還可以鑄造或定向拉伸成為薄膜。定向薄膜可作為香煙。糖果及許多物品的包裝材料；非定向膜用于電容器或包裝材料。
PP片材用于制熱成型的食品容器，這連同隔潮和傳氣傳味性能必須符合FDA規(guī)定。新型極低模量級產品可以用壓延機壓延，并與軟質乙烯基樹脂爭奪市場。
通過注射吹塑法、擠壓吹塑法或拉伸吹塑法，可以把PP加工成中空制品。為了提高吹塑和熱成型性能，已開發(fā)出高熔體強度級PP。
市場上有快速加工擠壓貼膠級PP；聚丙烯卓越的電性能，使其適合于作電話線和數據傳輸電纜的絕緣材料。
許多不同類型的注塑部件是由PP或它的抗沖擊共聚物制成的。在汽車市場。，共聚物被用作內部裝演和面板、外部組件和蓄電池等；均聚物和填充級用于發(fā)動機箱罩或作儀表板。
玻璃填料級PP用作裝飾品或器具的部件。所有無填料的PP樹脂均可作家用品，醫(yī)療器具，包括一次性放射性殺菌用品，主要使用低成本的均聚物和無規(guī)共聚物。薄壁模塑容器擴大了PP傳統(tǒng)包裝市場的范圍，如防竄改的密封器和配料器
改性聚苯醚
聚苯乙烯能和聚苯醚以任意比例混合，外加上相對容易地賦予產品以阻燃性，使有可能生產出具有廣譜物理性質、耐熱和阻燃性質的材料。現有產品的熱變形溫度在170～460°F之間的范圍內。加工方法從標準模塑和擠出到吹塑和結構泡沫模塑。通用級和阻燃級兩 種牌號用途極廣。對于標準模塑制品，最小厚度范圍從0．060到0．125英寸而 對于結構泡沫件，最小厚度范圍從0．125到0．250英寸，其可燃性范圍是從UL94 HB到 V-O。
由于這兩種主要聚合物組分的憎水性質，大多數改性聚苯醚合金具有低吸濕能力。因而在很寬的濕度和溫度條件范圍內，有良好的電性能。受水、大多 數鹽溶液、酸和堿的化學侵蝕的程度極低。但是，暴露于一些有機化學品中會引起聚合物合金變軟或開裂。
化學和性質
改性聚苯醚（PPO）是從2，6-二甲基酚氧化偶聯(lián)聚合得到的，它是一種線性和非晶形的聚合物，其Tg約為410°F。PPO能和苯乙烯（PS）在很寬的比例范圍內形成合金。PS，通常是高抗沖PS（HIPS），提供了極好的熔體流動特征。但是，因為PS的Tg約為220°F，它的加入降低了共混聚合物的熱變形。PPO聚合物，具有非常高的Tg，增加了共混聚合物的熱變形。但是，PPO聚合物的加入導致熔融粘度的增加，因而在成型加工方面要困難一些。
因為PPO的阻燃特性比苯乙烯類樹脂好得多，引入PPO所得的共混物通過加入耐熱的以磷為基礎的助劑極易使之具有阻燃能力。
共混聚合物可以進一步用橡膠抗沖改性劑改進韌性，用玻璃和石墨纖維提高剛性，和用各種填料改進強度、剛度和阻燃性，并同時降低模具收縮率。使用沖擊強度改性劑能在一定溫度范圍內使許多牌號的樹脂具有高延展性。良好的配方系統(tǒng)，將典型地使產品的懸臂梁沖擊強度高達7英尺?磅／英寸，加納爾落縹沖擊值達到30英尺?磅。在溫度低至一40°F時，材料仍保持良好的延展性。使用纖維達到的剛度取決于使用纖維的類型和數量。石墨纖維是最硬的，在10％填料時，可使彎曲模量超過4136MPa。玻璃由于價廉而最常使用，在玻璃占 30％（wt）時，產品模量超過6893MPa。礦物填料將PPO合金的拉伸強度提高到超過6893MPa，且使模量適度增加。此外，纖維和填料降低模具收縮率。
專用牌號
專用牌號包括一系列非玻璃填充產品，用于提高剛性和尺寸穩(wěn)定性的可發(fā)泡牌號，用于微波食品包裝的可發(fā)泡牌號，用于電訊和器件的可噴鎮(zhèn)和電鍍牌號，用于計算機與電氣設備結構內件的高模量牌號，以及用于住宅和家具的吹塑牌號。
基于PPO和尼龍共混的系列產品已經發(fā)展起來，PPO提供了極好的耐熱性和韌性，結晶尼龍相耐油／汽油／溶劑。PPO和尼龍的合金的吸濕性和濕氣增加性同比尼龍低得多。同礦物填充的尼龍相比，PPO／尼龍合金的密度更低，韌性更高，工具／機械磨損更小。PPO／尼龍牌號用作要求涂漆爐溫達到370°F的汽車車身板。這些牌號在汽車應用中取代了尼龍，用在要求高熱和延展性以及硬度或尺寸穩(wěn)定的部件中，象車輪罩、鏡子框、接頭和連軸器。PPO／尼龍牌號用在要求耐化學品、尺寸穩(wěn)定和耐熱的液體處理應用中。大部件用吹塑牌號的樹脂加工或從熱成型片材制得。
加工
大多數基于聚合物共混物的PPO具有極佳的加工穩(wěn)定性，因而很大范圍內的產品可在大多數專業(yè)設備上加工。螺桿注塑機械因其能提供更迅速和均勻的熱量而比柱塞型設備更受歡迎。通常，加工溫度在500到600°F之間。
擠出牌號樹脂能在單或雙螺桿設備上加工。以聚苯醚為基礎的片材牌號能在有排氣或無排氣的設備上加工。擠出的片材易于真空成型且具有好的壓延均勻度。吹塑牌號具有足夠的熱強度，以制成大的部件。良好的溫度控制，能在幾何拐點保持高強度。
應用
汽車中使用的聚合共混物包括主要內部部件如儀表盤和座椅背和外部部件，如阻流板，輪子罩和鏡子框。
利用新技術，可在很寬的溫度范圍內，在保持沖擊和韌性的同時，改善汽車內部應用的特殊牌號的流動特性。電訊和商用機械是另一個主要應用領域。特定的應用包括終端設備外殼、鍵盤座、CATV外殼、器具、手提混合器。頭發(fā)吹干機和電動工具。泵室和葉輪，以及接觸流體的高溫管材，都可以用基于PPO的合金制作。
商業(yè)信息
改性聚苯醚合金可以從GE塑料公司得到，其商品名為 Noryl和 Prevex。它們是具有各種性質的、基于PPO的系列工程熱塑料。Norvl標準牌號的標出價格從＄ 1．38到＄ 2．80／磅，有特殊填料的牌號達到＄ 5／磅。 NORYL GTX樹脂，一種PPO／尼龍合金，價格為＄ 1．72到＄ 2．70／磅。
熱塑性聚酰亞胺
在過去幾年里，幾種新的耐高溫熱塑性聚酰亞胺已經實現商業(yè)化。熱塑性聚酰亞胺比傳統(tǒng)的熱固性聚酰亞胺有一些優(yōu)點，最引人注目的是改進了韌性和熱加工和成型的能力。熱固性聚酰亞胺是化學交聯(lián)的，固化后不能重新成型（即：交聯(lián)），而熱塑性聚酰亞胺是完全反應的線性聚合物，含有亞胺基團-CONCO-作為聚合物鏈的一部分。由于熱塑性聚酰亞胺在加工期間沒有化學交聯(lián)，它們可以被再模塑和再成型。
化學與性能
由于芳香環(huán)結合到聚合物構架中而帶來更高的熱穩(wěn)定性，商業(yè)化的熱塑性聚酰亞胺來源于芳香雙胺和芳香二酐。芳香聚酰亞胺的制備通常涉及芳香雙胺和芳香二酐的縮聚作用，該作用發(fā)生在合適的反應介質中，并生成一中間產物聚酰胺酸。生成的聚酰胺酸可用在一些領域上或者通過熱或化學作用轉換成具一般結構的線性熱塑性聚酰亞胺。
芳香族熱塑性聚酰亞胺的主要性質是突出的高玻璃化溫度（Tg），顯著的耐高溫性，韌性，好的電性能，固有的阻燃性和高耐輻射性。但是，由于熱塑性聚酰亞胺相對高的Tg和熔融粘度，制造時要求一相對高的加工溫度。在有些情況下，加工溫度可能超過聚酰亞胺的分解溫度。雖然加工溫度在其熱分解溫度以上的線性芳香聚酰亞胺從理論上是熱塑性塑料，但它們通常被稱為假熱塑性聚酰亞胺。在這種情況下，比最終聚酰亞胺更易溶解和熔融的聚酰胺酸中間產物，可能在受熱轉化成聚酰亞胺以前就變成薄膜或型件。芳香族聚酰亞胺難加工的問題，在某種程度上已經通過在聚合物鏈中雙配和雙胺任一或兩者的芳環(huán)之間引人如酮、醚和六氟異亞丙基基團之類的柔性鏈而得到解決。改善熱塑性聚酰亞胺的可加工性的一種特別有效的芳香族雙胺是全氟異亞丙基雙胺（4一BDAF）。4-BDAF與芳香二配反應生成具有如右上圖結構的聚酰亞胺。
從4－BDAF得到的熱塑性聚酰亞胺比用苯二胺和芳香二配制得的聚酰亞胺更容易加工，并仍然具有高的Tg和好的氧化熱穩(wěn)定性。4-BDAF中氟的存在也導致制得的聚酰亞胺呈現出改良的電性能。其它的用于改進熱塑性聚酰亞胺加工性的雙胺是用硅氧烷改性的芳香雙胺和二氨基苯基1，2一二氫化茚。
熱塑性聚酰亞胺的主要特點是它們的耐熱性，這體現在它們具有高的Tg。典型的Tg范圍是：從對芳香聚醚亞胺的423°F，到某些含有4-BDAF聚酰亞胺的超過700°F。
改進了韌性的芳香聚酰亞胺同熱固性聚酰亞胺相比，其延伸率范圍從5％提高到超過 50％，其斷裂能范圍從8．5提高到 14英寸?磅／平方英寸。
熱塑性聚酰亞胺具有極好的電性能，其介電常數從部分氟化的芳香聚酰亞胺的低于2．8（1kHz）到非氟化聚酰亞胺的3．5（1kHz）。
除少數例外，芳香熱塑性聚酰亞胺能耐大多數普通有機溶劑和稀酸。暴露或浸入在堿和熱的濃酸中，會使聚酰亞胺降解。一些熱塑性聚酰亞胺在強極性的有機溶劑中是可溶的。
產品形式
完全亞胺化的熱塑性聚哪亞膠有幾種形式。薄膜、壓塑粉、清漆和纖維支撐薄膜適用于模壓和注塑、層壓、電絕緣和夾套、漆包線、電于涂層、保護涂層和粘接劑。也有全亞胺化的聚酰亞胺的預制通用型材，可以用機器加工成各種部件。
用熱塑聚酰胺的中間產物聚酰胺酸制成的清漆也有供應，用在電子和防護涂層和長纖維纏繞使用聚酰亞胺酸漆時，要求對涂層進行熱酰亞胺化或長纖維纏繞預成型處理。
熱塑聚酰亞胺也可制成碳纖維預浸料坯，以制造高級合成材料。熱型聚酰亞胺產品中還有“干式”熱塑帶狀預浸料坯和濕式預浸料坯。這些產品是在生產復合材料的過程中，由聚酰亞胺單體的混合物經熱作用轉化為聚酰亞胺網絡樹脂而制成。
加工
由于芳香熱塑聚酰亞胺的Tg高，因此在加工這些聚合物時要求高溫。
聚酰亞胺粉料可在中等壓力（21到41MPa）下壓塑成型。根據熱塑聚酰亞胺的Tg，需要用500和845°F之間的鑄塑溫度來熔化粉料。具有中等Tg的粉料和粒料也能被注塑成型。由于具有高的熔融粘度，進行注塑成型需要豐富的專業(yè)知識。為優(yōu)化注塑性能，應遵循聚酸亞胺供貨商對注塑某一特殊樹脂所推薦的程序。
借助傳統(tǒng)的薄膜鑄塑技術，可以從聚酰亞胺清漆（若能溶解在某一合適溶劑中的話），或聚酰胺酸清漆制得薄膜。若使用聚酰胺酸清漆，則得到的薄膜必須熱酰亞胺化，以得到聚酰亞胺薄膜。”
通常，使用熔融擠出技術，由于芳香熱塑聚酰亞胺加工溫度太高而不能制得可以接受的薄膜。但是，用硅氧烷雙胺或醚改性雙臉來改性能充分地降低聚酰亞胺的加工溫度，這樣，傳統(tǒng)的熔融擠出法就成為可行。
用聚酰亞胺或聚酰胺酸的溶液浸透玻璃、石英、石墨纖維和／或連續(xù)纖維束，接著除去溶劑，并加熱樹脂使其熔融，能制得層合板。如同在其它場合使用聚酰胺酸一樣，這里也要求有一個最終熱酰亞胺化的步驟。
采用壓塑和蒸壓技術，從“濕式”或“干式”熱塑聚哪亞胺預浸料坯能制得耐高溫的高級復合材料。用來加固預浸料坯和使用聚酰亞胺熔融的加熱周期隨所用的具體的聚酰亞胺而變化。通常，要求蒸壓溫度超過600°F，壓力在14MPa以上。為得到好的質量，當從熱塑聚酰亞胺預浸料坯制造復合材料時，應遵從預浸料坯供應商所推薦的加工條件。
假熱塑聚酰亞胺的粉料，可以用粉末冶金技術冷成型的方法制成部件，而后在680到720°F的高溫下燒結。
熱塑聚酰亞胺也用于制作金屬和高等復合材料的防護涂層和耐蝕阻隔涂層以及電子設施的介電涂層。通常，使用聚酰胺酸清漆。采用傳統(tǒng)的涂層技術（例如：噴、刷、浸和滾）。在一個干燥步驟之后，聚酰胺酸涂層經熱轉化為聚酰亞胺。對于電子應用中要求的薄涂層，使用高速旋轉涂層工藝。同樣，如果使用聚酰胺酸清漆，在涂層工藝中需要有一道最后的熱酰亞胺化步驟。
應用
芳香聚酰亞胺主要用在航空和航天、航海、汽車、電氣和電子行業(yè)。聚酰亞胺的長期高溫性能滿足這些方面應用的需要。
芳香聚酰亞胺薄膜用于電動機、磁導線、飛機和導彈接線和扁平軟電纜的電氣絕緣中。由于芳香聚酰亞胺固有的阻隔性，薄膜也用于制作飛機和船舶的防火隔層。它們擁有極好的耐輻射性，被用在核應用方面的閥座、密封和熱絕緣。 用壓塑和注塑制成的芳香聚酰亞胺軸承用在那些要求耐高溫和化學品和天然潤滑的噴氣發(fā)動機，器具以及辦公設備上。模塑芳香聚酰亞胺也作為活塞環(huán)用在旋轉葉片壓縮機上，以及汽車和在小路上行駛的機車的非潤滑密封件上。
用熱塑聚酰亞胺制備的高級復合材料適于用在噴氣式發(fā)動機和先進的軍用和民用飛機中作為一級（結構）和二級部件。
芳香聚酰亞胺層壓材料主要用在制造多層印刷線路板。它們低的介電常數，相對較低的熱膨脹系數（28到34 X 10-6英寸／英寸／°F）和同導電金屬的強粘接力，使其在多數要求更高的電子 用途中取代環(huán)氧樹脂。
基于熱塑聚酰亞胺做成的涂層用在對金屬和高級復合材料的磨損和腐蝕保護上。從芳香聚酰亞胺得到的介電涂層用在半導體晶片和高密度內連接（HDI）電子設備中。
芳香聚酰亞胺泡沫用在許多飛機和船舶上。這些具有固有阻燃性的低密度（＜1磅／立方英尺）泡沫用在商用／軍用飛機和海軍船只的隔熱和隔音。
商業(yè)信息
假熱塑料聚酰亞胺供貨商有：杜邦公司，商標是Kapton（薄膜）、Vmpel（型材和燒結件）、 Pyralin和 Pyre ML（漆）； Rosers公司供應型材和粉料，其商標為Envex。供應漆的公司有： Mon－santo公司，商標為Skybond700美國Cysnamid公司，牌號為FM-34，P?D?George公司，商標為Untratherm。Albemarle的Imi-Tech子公司以商標 Solimide供應泡沫。
熱塑聚酰亞胺。漆和粉料供應商有：Rogers公司，商標為Duramid，Ciba Geigy公司，商標為 Matrimid。
熱塑聚醚酰亞胺可以從GE塑料公司購得，其商標為Ultem。
熱塑料聚酰胺半固化片有二家供貨公司，他們是：杜邦公司，商標名為Avimid，美國Cyanamid公司，商標為Cypac.
乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）
將乙烯聚合物的加工性和乙烯醇聚合物的阻隔作用相結合，乙烯-乙烯醇共聚物不僅表現出極好的加工性能，而且也對氣體、氣味、香料、溶劑等呈現出優(yōu)異的阻斷作用。 由于同乙烯結合而具有熱穩(wěn)定性，含有EVOH阻隔層的多層容器是完全可以重復利用的。
正是這些特點，在食品包裝方面使含有EVOH阻隔層的塑料容器能代替許多玻璃和金屬容器。
化學和性能
在今天可利用的聚合物中，聚乙烯醇（PVOH）的氣體滲透率最低。但是，PVOH是水溶性的，而且難以加工。
EVOH共聚物是這樣制取的：首先是乙烯和醋酸乙烯共聚，然后是水解該共聚物得到乙烯-乙烯醇。因此，仍然保留了高度的阻隔作用，而且在防潮和加工性能方面有明顯改善。
從性質上來說，EVOH共聚物是高度結晶體，它的性質主要取決于其共聚單體的相對濃度。一般地說，當乙烯含量增加時，氣體阻隔性能下降，防潮性能改進，且樹脂更易于加工。
EVOH樹脂的最顯著特點是其對氣體的阻隔作用。它被用在包裝結構中，通過防止氧氣的滲入來提高香味和質量的保留程度。在使用充氣包裝技術中，EVOH樹脂有效地保留了用來保護產品的二氧化碳或氮氣。
由于在EVOH樹脂的分子結構中存在著羥基，EVOH樹脂具有親水性和吸濕性。當吸附濕氣后，氣體的阻隔性能會受到影響。
但是，阻隔層中的濕含量可以精心地控制，使用多層技術將如聚烯烴等強隔濕樹脂把EVOH樹脂層包裹起來，可以做到這一點。
