热塑性塑料,又称为热软化塑料,是一种在温度提升到一定程度时变得柔韧或可塑,而冷却后固化的塑料聚合物材料。[1][2]
大多数热塑性塑料分子量都很高,聚合物链通过分子间作用力结合,随着温度的升高,分子间作用力迅速减弱,形成粘性液体。在这种状态下,热塑性塑料可以被重新塑形,一般情况下,可以通过各种聚合物加工技术,例如注射成型、压缩成型、压延和挤压,进一步被用于生产部件。[3][4] 热塑性塑料不同于热固性聚合物,热固性聚合物在固化过程中形成不可逆的化学键。热固性塑料受热时不会熔化,但通常会分解,并且冷却后不会恢复原有的结构。
在玻璃化转变温度之上和熔点之下,热塑性塑料的物理性质发生剧烈变化,而不发生相应的相变。一些热塑性塑料在玻璃化转变温度以下不能完全结晶,保留了一部分或全部无定形特征。无定形和半无定形塑料被用于需要高光学净度的场合,因为光会被尺寸大于其波长的微晶强烈散射掉。无定形和半无定形塑料对化学侵蚀和环境应力开裂的耐受性不高,因为它们缺乏晶体结构。
增塑剂的加入可以降低脆性,因为增塑剂可增加非晶链段的流动性,进而有效降低玻璃化转变温度。通过共聚,或通过在聚合前向单体中添加非反应性侧链对聚合物进行改性也可以降低玻璃化转变温度。在这些技术被采用之前,塑料汽车零件在暴露于低温时经常会破裂。这些塑料是直链或轻微支化的长链分子,能够反复在加热时软化,在冷却时硬化。
亚克力,是一种被称为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物,也以璐彩特、珀斯佩和宝克力等商品名为人所知。它是强有力的玻璃替代品,可以用于鱼缸、摩托车头盔面罩、飞机窗户、潜水器观察口和汽车外部灯的透镜等物件中。它被广泛用于制作指示牌,包括文字和标志。在医学上,它被用于骨水泥和替换眼睛晶状体。亚克力涂料由悬浮在水中的聚甲基丙烯酸甲酯颗粒组成。
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)是由苯乙烯和丙烯腈在聚丁二烯存在下合成的三元共聚物。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物是一种轻质材料,具有高抗冲击性和机械韧性。在正常使用下,它对人类健康几乎不会造成危险。它被用于许多消费品,如玩具、电器和电话。
尼龙属于一类叫做聚酰胺的聚合物。它作为汉麻、棉花和丝绸的主要替代品,用在降落伞、绳索、帆、防弹背心和服装等产品中。尼龙纤维可用于制造织物、绳索、地毯和音乐琴弦,而块状形态的尼龙被用于机械零件,包括机器螺钉、齿轮和电动工具外壳。此外,它还被用于制造耐热复合材料。
聚乳酸(polylactide)是一种可生物降解的热塑性脂肪族聚酯塑料,来源于可再生资源,如玉米淀粉(在美国),木薯的根、片或淀粉(主要在亚洲),或甘蔗。它是可以使用熔融沉积建模(FDM)技术进行3D打印的材料之一。
聚苯并咪唑(PBI,聚合物的简称)纤维,是一种熔点很高的合成纤维。它具有卓越的热稳定性和化学稳定性,不易点燃。美国聚合物化学家卡尔·希普·马维尔在寻找一种具有优异稳定性、刚度保持性和高温韧性的新材料时,首次发现了这种材料。聚苯并咪唑由于其高稳定性,被用于制造高性能防护服,如消防服、宇航员太空服、高温防护手套、焊工服和飞机壁布。近年来,聚苯并咪唑作为膜在燃料电池中得到应用。
聚碳酸酯(PC)热塑性塑料,为人熟知的商标有莱克桑、模克隆、马克罗利尔和艾克洛普拉斯等。它们易于加工、模制和热成型,适用于许多用途,如电子元件、建筑材料、数据存储设备、汽车和飞机零件、假肢检查插口和防盗玻璃。聚碳酸酯没有特定的树脂识别码。由聚碳酸酯制成的物品可能含有前驱单体双酚 A(BPA)。
聚氧甲烯(POM),也称为缩醛[2]、聚缩醛和聚甲醛,是一种工程热塑性塑料,用于需要高刚度、低摩擦和优异尺寸稳定性的精密零件。和许多其他合成聚合物一样,它由不同的化学公司生产,配方略有不同,并以德尔林、塞尔孔、拉姆塔尔、杜拉孔、凯必托和奥斯塔福姆等不同的名称销售。
聚醚醚酮(PEEK)是聚芳醚酮(PAEK)类中的一种无色有机热塑性塑料聚合物,用于工程用途。它最初是由威格斯公司提出,随后由ICI(帝国化学工业公司)在20世纪80年代初引进。它具有引人注意的性能,如良好的耐磨性、低易燃性以及烟雾和有毒气体的低排放量。
聚醚酰亚胺(PEI)由双酚A、4,4’-亚甲基二苯胺和3-硝基邻苯二甲酸酐的新型硝基取代反应制备,具有热变形温度高、拉伸强度高和模量高的特点。它们通常用于高性能的电气和电子部件、微波设备和发动机罩下的汽车部件。
聚乙烯(PE)是根据密度和分子结构分类的一系列相似材料。它也被称为“poly”,是通过乙烯的加成聚合获得的。它可以是低密度的或高密度的,这取决于它的制造工艺。它耐潮湿和大多数化学物质。它在室温(和低温)下是柔性的,并且可以热封。因为它是一种廉价的塑料,所以被大量生产以满足需求。例如:
聚苯醚(PPO)是从2,6-二甲酚的自由基逐步增长氧化偶联聚合中获得的,具有许多吸引人的性质,例如高的热变形性和冲击强度、对无机和有机酸的化学稳定性以及低吸水性。聚苯醚很难加工,因此人们通过将聚苯醚与高抗冲聚苯乙烯(HIPS)混合制成商用树脂(Noryl),来降低加工温度。
聚苯硫醚(PPS)是由对二氯苯与硫化钠缩聚得到的,具有优异的耐化学性、良好的电学性质、优异的阻燃性、低摩擦系数和对微波辐射的高透过性。聚苯硫醚主要用于涂料应用。这是通过喷涂含聚苯硫醚颗粒的水浆料并加热至370℃以上来实现的。特定等级的聚苯硫醚可用于在一定温度(300-370 ℃)下的注塑和压塑,在该温度下聚苯硫醚颗粒软化并经历表观交联。注塑和压塑聚的苯硫醚的主要应用包括炊具、轴承和用于各种腐蚀性环境的泵部件。
聚丙烯(PP)可用于各种产品,如可重复使用的塑料食品容器、可微波炉加热和可用洗碗机清洗的塑料容器、尿布衬里、卫生垫衬里和外壳、绳索、地毯、塑料模制品、管道系统、汽车电池、电缆绝缘材料以及气体和液体过滤器。在医学上,它用于疝气治疗和制造耐热医疗设备。聚丙烯薄片用于文具文件夹、包装和清理储藏箱。聚丙烯被定义为5号可回收塑料。虽然相对惰性,但它不耐紫外线辐射,在阳光直射下会显著降解。聚丙烯的耐冲击性不如聚乙烯(高密度聚乙烯、低密度聚乙烯)。它对高挥发性气体和液体也有一定的渗透性。
聚苯乙烯可以加工成不同的形式,应用于不同的用途。挤塑聚苯乙烯(PS)用于制造一次性餐具、CD和DVD盒、汽车和船只的塑料模型以及烟雾探测器外壳。发泡聚苯乙烯泡沫(EPS)用于制造绝缘和包装材料,例如用于缓冲易碎品的“花生”包装泡沫粒和模制泡沫。聚苯乙烯共聚物用于制造玩具和产品外壳。
聚氯乙烯(PVC)是一种坚韧、轻质的材料,经久耐用、相当坚硬、用途广泛,并且耐酸碱。大部分聚氯乙烯被用于建筑行业,例如聚氯乙烯墙板、排水管、排水沟和屋顶板。通过添加增塑剂,它也可转化为柔性形态,从而使其可用于软管、管道、电绝缘、涂层、夹克和室内装潢等物品。柔性聚氯乙烯也用于充气产品,如水床和泳池玩具。聚氯乙烯也是塑料动漫角色中的常见材料,尤其是在日本等国家,这种材料广泛用于所谓的搪胶人偶中。聚氯乙烯容易弯曲,并且在运输过程中有弯曲的趋势,减轻这种变形的方法是加热塑料,直到它变得可流动,然后将材料重新塑形为所需的形状。
聚氯乙烯在生产时,通过许多特殊的改性来调节其化学和物理性质。在增塑聚氯乙烯(pPVC)中,增塑剂在成型前被添加到原料中,使其更加柔韧可塑。早期,人们对这一方法的健康和环境方面知之甚少,经过研究后,出现了替代品并颁布产品禁令。初始形态通常被称为未增塑聚氯乙烯(uPVC),这一类型更常用于一些装置,例如水、废弃物和下水道输送管道。
化学改性通常会导致其性能发生更剧烈的变化。氯化聚氯乙烯(CPVC)是通过将聚氯乙烯持续暴露在自由基氯化反应中而生产的,该反应最初会形成聚氯乙烯聚合物。氯化反应继续向聚合物烃主链中添加氯原子,直到总氯达到56%至74%之间,这是大多数商业用途需要的百分比[6]。氯元素含量的增加,有助于氯化聚氯乙烯表现出更多氯基的特性,如化学耐久性、耐酸性、耐碱性和耐盐性;对氨基化合物、芳烃、酯、酮的敏感性[7];化学稳定性;热能传递阻力。氯化聚氯乙烯通常用于住宅、商业和工业中所用的水、化学品、冷热系统及输送系统。
聚偏二氟乙烯(PVDF),属于热塑性塑料中的含氟聚合物类,以其高化学惰性和高电阻而闻名。聚偏氟乙烯是通过偏二氟乙烯单体的聚合得到的。聚偏氟乙烯热塑性塑料被制成工程用片材和管道,可以溶解在溶剂中并被应用于产品表面的粉末和涂层。聚偏氟乙烯在化学工业中广泛用作输送腐蚀性化学品和高纯度液体的管道。聚偏氟乙烯材料被用于建筑、运输、化学工艺、电力、电池、废水和治疗中。[8]
聚四氟乙烯(PTFE)是四氟乙烯的合成含氟聚合物,通常以特氟隆的商品名称为人所知。聚四氟乙烯是疏水性的,也就是说,水性液体不会润湿这种材料,因为氟代烃由于氟的高电负性,而显示出较弱的伦敦色散力。这也让它得以在烹饪器皿涂层应用。这种聚合物的摩擦系数是所有固体中最低的,因此通常用于轴承和活动机械部件的支撑。
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