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第2章-5-热固性塑料分析

成型性好,但收缩及方向性比氨基树脂大,并含水分等挥 发物。成型前应预热,成型时应排气,否则需提高模温和成 型压力; 模温对流动性影响大,>160℃时流动性迅速下降; 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。
2.4.2 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 的树脂统称氨基树脂,英文名称Amino resin,简称AF。
邻苯二甲酸酐 间苯二甲酸 对苯二甲酸 c.不饱和酸与饱和酸的比例:比例增加,粘度、凝胶时间和折 射率下降,而交联度增大,固化产物的耐热性、耐溶剂、耐腐 蚀性提高。
二元醇
1,2-丙二醇:具有不对称甲基,结晶倾向小,与苯乙烯有良好的 相容性,固化物物理化学性能良好。 一缩二乙二醇:使UP基本不结晶并增加柔性,但使固化物耐水 性降低。

根据伯胺与仲胺固化剂氨基上的活泼氢与环氧基的反应, 可计算固化剂用量: 100g环氧树脂固化所需胺的质量(g)
例:若100gE-40双酚A型环氧树脂完全固化,需要添加多 少克乙二胺固化剂?
解:M乙二胺=60g/mol,乙二胺固化剂用量(g):
酸酐类固化剂 常用多元酸酐
种类 邻苯二甲酸酐PA 固化温度150~170℃;固化时间4~24h;耐酸性强,耐 碱性差;HDT100℃;用于大型浇铸件和层压件。 顺丁烯二酸酐MA HDT120℃,使用过氧化物→HDT200℃; 均苯四甲酸酐PMDA
加入热固性酚醛树脂,其分子中的羟甲基与酚基活泼氢反应;
酚醛树脂的性能
强度及弹性模量比较高,长期经受高温后强度保持率高。质 脆,抗冲击性能差。
使用温度高,经玻纤和石棉填充最高使用温度可达180 ℃ 。
耐化学药品性能优良,可耐有机溶剂和弱酸,但不耐强酸和 强氧化剂,由于酚羟基的存在,耐碱性差。

固化速度快,反应时放热促进固化反应;
毒性大,固化产物较脆且耐热性差。
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 二甲胺,特点是:

反应活性较低,需加热下固化; 固化产物HDT高,耐化学药品性、电性能、力学性能好。
叔胺 多用作固化反应促进剂,氮原子上电子云密度越大,促 进效果越好,常用三乙胺、二甲基苄胺、甲基苄胺等。
其他类型不饱和聚酯
二酚基丙烷型 端双键型
先合成端羟基的饱和或不饱和聚酯,然后加入丙烯酸继续酯 化,即得丙烯酸化聚酯。由于双键位于两端,其性能比位于 链中无规分布的有所提高。 热塑性树脂改性型
2.4.4 聚氨酯
聚氨酯是指主链上含有氨基甲酸酯基团(-NHCOO-) 基团的聚合物,全称为聚氨基甲酸酯,英文名称 Polyurethane,简称PU。于1937年由德国科学家首先研制成 功,1939年开始工业化生产。 聚氨酯按结构可分为线型的热塑性聚氨酯和体型的热 固性聚氨酯。前者用作热塑性弹性体和合成纤维,而后者 广泛地应用于泡沫塑料、涂料、胶粘剂及橡胶制品等。
脲甲醛树脂(Urea Formaldehyde resin,简称UF)
三聚氰胺甲醛树脂(Melamine Formaldehyde resin,简称MF)
脲三聚氰胺甲醛树脂(简称UMF)
苯胺甲醛尿素)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 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。 透明,表面粗糙度低,易着色,固化后无毒、无臭、无味; 表面硬度高,耐刮伤,俗称电玉; 耐热性较差,长期使用温度≤70 ℃ ; 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;
环氧树脂的特性

具有多样化的形式:从极低粘度的液态到高熔点固体;
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“万能胶”; 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≤2%,比PF、UP低;

力学性能:因含大量极性基团,固化后结构紧密,强度 高、模量大,力学性能优良,但脆性大;
固化收缩率和放热效应较胺类固化剂低;
缺点 需高温固化,固化周期长,可加入适当催化剂克服; 应用 多用于浇铸和增强塑料。
2.3.1 不饱和聚酯树脂
不饱和聚酯是聚酯的一种,英文名称Unsaturated Polyester,简称UP。是由不饱和二元酸(酐)、饱和二元酸( 酐)与多元醇缩聚而成的线形高分子化合物。其结构式为:
吸水性较大,吸湿后制品会膨胀,产生内应力,出现翘曲。
电绝缘性较好,绝缘电阻和介电强度高,是优良的工频绝缘 材料,俗称“电木”。但介电常数和介电损耗较大,且电性能 受温度及湿度影响。 蠕变小,尺寸稳定,阻燃性好,发烟量低。
酚醛树脂的成型加工
成型加工方法主要有模压成型、层压成型、泡沫成型。
交联单体 与不饱和聚酯的不饱和双键共聚,使之交联。要求高沸 点、低粘度,能溶解树脂、引发剂、促进剂、染料等呈均匀溶 液,无毒、反应活性大、共聚能在室温或较低温度进行。
苯乙烯:粘度低、与树脂相容性好、双键活性大;易挥发 、有 毒。 乙烯基甲苯:挥发性、毒性、固化时收缩率较苯乙烯低,产物柔 韧性较好 二乙烯基苯:比苯乙烯活性大,固化物交联密度高
OH CH2OH CH2OH OH OH CH2OH
CH2OH
OH HOH2C CH2OH
OH H 2 C
OH CH2OH
2.缩聚 控制反应程度,可得
CH2OH
线型结构,可 溶于丙酮、乙 醇的甲阶树脂
带支链、部分交联、有 弹性,加热软化而不融 化的固态乙阶树脂;
立体网状结构, 不溶不熔的固 体丙阶树脂



化学稳定性:优良的耐酸、碱和溶剂性;
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。
环氧树脂的种类

缩水甘油醚类 缩水甘油酯类 缩水甘油胺类
R
O CH2CH O
CH2

R
CO CH2CH O
CH2

R' R
N CH2CH O
CH2

线型脂肪族类
R
HC O
CH R' CH O
2.4.3 环氧树脂
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 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EP。
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 于机械、电机、化工、航空航天、汽车、建筑等领域。
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 均优于热塑性塑料。
2.4.1 酚醛树脂
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Phenolics resin。 常见酚类化合物有苯酚、甲酚、二甲酚、间苯二酚; 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 Phenol-Formaldehyde,简称PF,是最早(1909年)实现 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pH值,可 合成两种性质不同的酚醛树脂: 热塑性酚醛树脂 热固性酚醛树脂

多元胺类固化剂
伯胺氮原子上的氢原子与环氧基团反应,转变为仲胺
R NH2
+
H2C O
CH
R
N CH2 CH3
CH OH
仲胺再与另一环氧基团反应生成叔胺
CH2 CH R N CH2 CH3 CH OH
+
H2 C O
CH
RN
OH CH2 CH OH
脂肪族胺类 常用的室温固化剂,包括乙二胺、多亚乙基多胺(二 亚乙基三胺、三亚乙基四胺等)、己二胺等,特点是:
O H O G O C R O C x O G C O CH CH C y OH
G和R分别代表二元醇和饱和二元酸中的亚烷基或芳基。
不饱和聚酯的合成原料
二元酸 a.不饱和二元酸:提供不饱和双键 顺丁烯二酸酐:熔点低,反应时缩水量少,价廉。 反丁烯二酸:固化速率快、固化程度较高。
b.饱和二元酸:调节双键密度,增加树脂韧性,降低结晶倾向
酚醛树脂的固化 热固性酚醛树脂的固化 热压法固化(温度145~175℃) 热压过程产生溶剂、水分、甲醛等挥发分,需较大成型压 力加以排除,否则制品内易形成气泡和微孔; 热压中产生挥发分越多、温度越高,所需成型压力越大。 室温固化
用作粘合剂及浇注树脂时采用;
需加入酸类固化剂:盐酸、磷酸、对甲苯磺酸、苯酚磺酸 热塑性酚醛树脂的固化 加入固化剂甲醛或六次甲基四胺,与酚基活泼氢反应;
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, 如餐具、发卡、电器插座、钟表外壳等。
三聚氰胺甲醛树脂MF 由三聚氰胺(密胺)与甲醛缩聚合成的氨基树脂,又称密胺 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 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UF。 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; 可在沸水中长期使用,短期使用温度可达150~200℃ ; 介电性能良好,耐电弧性突出。
酚醛树脂的合成 热塑性酚醛树脂的合成 酸性条件(pH<7) 下,甲醛与苯酚摩尔比小于1(0.8)时缩
聚而成的一种线性树脂,可溶、可熔,分子内不含羟甲基。
其聚合度与苯酚用量有关,一般为4 ~12。因分子内不含 羟甲基,受热时只能熔融,不会自行交联。
依pH值大小,可得两种分子结构热塑性酚醛树脂: 通用型酚醛树脂 强酸条件下(pH<3),缩聚主要通过酚基的对位实现,
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