合成树脂的类型和特性

按照分子结构及其特性可将合成树脂分为热塑性树脂和热固性树脂。

热塑性树脂的分子是线型结构或带支链结构，它在加热时软化并熔融，成为可流动的熔体，此时具有可塑性，但成型为一定形状冷却后便能保持成型的形状。如果再次加热，又可熔化成型为另一形状，如此可反复多次。上述过程一般只是物理变化。热塑性树脂主要有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、有机玻璃、ABS等。

热固性树脂具有体型网状结构，一般在成型前是预聚体，大分子呈线型结构，具有热可塑性，可成型为一定的形状，在加热成型过程中，线型分子结构主链间形成化学键结合，转变为体型网状结构，树脂变得既不熔融也不溶解，形状固定下来。如果再次加热，不再具有可塑性。上述过程既有物理变化，又有化学变化，具有不可逆性，热固性树脂的主要代表是酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、有机硅树脂等。

另外，按塑料的性能及用途，可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。

通用塑料是指产量大、用途广、价格相对低的塑料，包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、酚醛树脂、氨基树脂六大品种。

工程塑料是指在工程技术中作为结构材料的塑料，其力学性能、耐磨性、耐腐蚀性、尺寸稳定性等均较好，因而可以替代金属用作结构件。常用的工程塑料有聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS、聚砜、聚苯醚、聚四氟乙烯等。

特种塑料是指具有某种特殊性能的塑料，如高耐磨性、高电绝缘性或高耐腐蚀性等。

（一）聚乙烯

聚乙烯（Polyethlene,PE）是以乙烯为单体进行聚合而制得的聚合物，是一个由多种工艺方法生产的具有多种结构和特性的系列品种，其分子结构式如下：

聚乙烯按聚合时所采用压力的不同及产品结构性能的差异分为低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）和超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE）。

LDPE分子链上含有较多支链，密度较低（0.91～0.93g/cm3），结晶度只有55%～65%，数均分子量一般为2×104～15×104，熔融温度108～126℃，软化温度为105～120℃，在60℃以下不溶于任何溶剂。聚乙烯具有良好的电绝缘性、耐寒性、化学稳定性、无毒性、低的吸水性和低的透气性。广泛用作食品包装、电绝缘材料以及农用薄膜。

HDPE密度约为0.94～0.97g/cm3，结晶度达80%～90%，数均分子量7×104～30×104。其强度、硬度、耐溶剂性、透气性和透湿性均比低密度聚乙烯优良，软化温度（121～127℃）也比低密度聚乙烯高，熔融温度126～136℃。适宜做汽车零件、板材、管材等，质硬而又有韧性，抗冲强度较好。

LLDPE聚合时采用了高效改性催化剂，而且加入了共聚单体，从而得到具有线型结构、支链规则的产品。和LDPE相比，LLDPE具有许多优良性能，如优异的耐环境应力开裂性、优异的电绝缘性、优良的抗冲击强度、抗张强度和弯曲强度等。用LLDPE制成的薄膜，其冲击强度和撕裂强度均较LDPE高，用于管材其脆裂强度比LDPE也高。

UHMWPE相对分子质量为50×104～500×104，是一种具有线型结构的热塑性工程塑料，除具有一般HDPE的特征外，还具有优异的耐磨性、抗冲击性，可做耐冲击的梭子、皮结、纺织机械零件、齿轮等。

聚乙烯在热、光和氧的作用下会发生老化，逐渐变脆，力学性能和电性能下降，在成型时，氧化会引起其熔体黏度下降和变色，产生条纹，影响塑件质量，因此需添加抗氧化剂及紫外线吸收剂等。表10-1为各种聚乙烯的性能比较。

表10-1　各种聚乙烯的性能比较

（二）聚氯乙烯

聚氯乙烯（Poly Vinyl Chloride,PVC）树脂是由氯乙烯单体经均聚或与其他单体共聚而成的一类聚合物的统称。聚氯乙烯的分子结构式如下：

聚氯乙烯树脂是白色或淡黄色的坚硬粉末，密度约1.4g/cm3，氯原子的存在使材料具有阻燃性。聚氯乙烯玻璃化温度约为80℃，在80～85℃开始软化，完全流动时的温度约为140℃，此时聚合物已开始明显分解，并析出氯化氢，因氯化氢有自动催化分解作用，使分解加快，所以工业上生产各种品级和牌号的聚氯乙烯都加有热稳定剂。由于聚氯乙烯熔体黏度高，流动性差，必须添加增塑剂改善其加工性能。根据增塑剂用量的不同，可分为硬质PVC（增塑剂质量含量小于10%）和软质PVC。硬质PVC主要用于成型管材、板材等建筑材料和化工材料，软质PVC可做薄膜、人造革、软管等制品。

（三）聚丙烯

聚丙烯（PolyProylene,PP）是以丙烯为单体进行聚合而制得的聚合物。分子结构式如下：

当大分子链所有甲基都位于主链一侧时，为等规聚丙烯，也称全同立构型聚丙烯；当大分子链上所有甲基交替位于主链两侧时，为间规聚丙烯，也称间同立构型聚丙烯；当大分子链上所有甲基随机地位于主链两侧时，为无规聚丙烯，也称无规立构型聚丙烯。在聚丙烯的三种异构体中，等规聚丙烯的产量占95%，因此，工业上所说的聚丙烯皆为等规聚丙烯。聚丙烯的密度为0.90～0.91g/cm3，是通用塑料中最轻的，表面硬度、耐磨性及透明性比聚乙烯好；耐热性比聚乙烯，聚氯乙烯和聚苯乙烯都高，不怕沸水，可在110～120℃下连续使用；绝缘性和耐化学腐蚀性也很好。聚丙烯的主要缺点是耐光性差、易老化；另外耐寒性差，低温下易发脆，只能在20℃以上使用；其染色性能也不好。可以通过加入防老剂改善老化性，与乙烯共聚改善低温冲击性。聚丙烯主要用于制造汽车零部件如挡泥板、空气过滤器壳、发动机舱等；用于医疗工具如注射器、输液袋和各类薄膜如绝缘薄膜、打印机带和胶带的基膜；聚丙烯塑料制品还可用于化工管道、储槽、建筑板材等；聚丙烯制的绳索及编织袋也用途广泛。

（四）聚苯乙烯

聚苯乙烯（Polystyrene,PS）主链为饱和碳-碳链，每个结构单元有一个较大的侧基-苯环（可称苯基或侧苯基）。其分子结构式如下：(www.xing528.com)

聚苯乙烯为非晶热塑性树脂，密度为1.04～1.07g/cm3，玻璃化温度在90～100℃之间。

聚苯乙烯在热塑性塑料中是典型的硬而脆塑料，拉伸、弯曲等常规力学性能皆高于聚烯烃，但韧性却明显低于聚烯烃，拉伸时无屈服现象。温度升高，拉伸强度、弹性模量显著下降，当温度升至80℃以上时断裂伸长率将急剧增大。在一定范围内，聚苯乙烯的拉伸强度会随着相对分子质量的增加而有所提高，但当相对分子质量大于105后，其强度变化不太明显。抗冲击性能差和耐热性能差是聚苯乙烯的突出缺点，为克服这些不足，对聚苯乙烯进行各种改性，形成了庞大的聚苯乙烯树脂体系，使聚苯乙烯在保持良好加工性能的同时，应用范围不断扩大，如作为各类电器壳体，透明的仪器、仪表外壳，而泡沫聚苯乙烯在防震、保温、隔热方面也发挥着重要作用。

（五）ABS

ABS（Acrylonitrile butadiene styrene copolymer,ABS）是由丙烯腈（A），丁二烯（B）和苯乙烯（S）组成的三元聚合物，是人们在对聚苯乙烯的改性中开发出的一种塑料品种。ABS一般结构如下：

由于ABS是由三种单体共聚而成，因此兼具了三种组分的性能，既保持了聚苯乙烯的光泽性、成型加工流动性和良好的着色性，又表现出丙烯腈的耐油、耐化学腐蚀性和一定的表面硬度，同时还兼具橡胶组分的耐寒性、韧性和良好的冲击性能。另外，通过调整ABS树脂三种组分之间的配比，可使其具有稍微不同的性质，以适应各种用途的某些特殊要求，再加上近年来国内外不断开发出高性能化和高功能化的ABS改性产品，进一步开拓了其应用领域，使ABS成为当今发展迅速、用途极广的工程塑料。尤其在机械工业领域，ABS可用来制造齿轮、泵叶轮、轴承，在电视机外壳和其他家电也有广泛应用。

ABS不透明，树脂呈浅象牙色、无毒、无味，是一种非晶型共聚物。在215～235℃之间熔体流动性良好，热分解温度大于250℃，可进行各类成型。

（六）聚碳酸酯

聚碳酸酯（Polycarbonate,PC）是指在分子主链中含有重复单元碳酸酯基（O-R-O-CO）的高分子化合物的总称。随着R基团的不同，可以分为脂肪族聚碳酸酯、芳香族聚碳酸酯和脂肪-芳香聚碳酸酯。工业上具有实用价值的是芳香族聚碳酸酯，特别是双酚A型聚碳酸酯，其特点是原料价格低廉、加工性能及制品性能优良。双酚A型聚碳酸酯的分子结构式如下：

双酚A型聚碳酸酯是无色或带微黄色透明的刚硬且有良好韧性的聚合物，透光率可达90%，无臭、无味、无毒，密度约1.20g/cm3，玻璃化温度145～150℃，无明显熔点，在220～230℃熔体呈流动性，常用注射成型加工，热分解温度大于300℃。双酚A聚碳酸酯是一种综合性能优良的工程塑料，其绝缘性能佳（E级），可大量制作绝缘接插件、绝缘套管等，在医疗器械、食品工业用机械方面也都有大量应用。

（七）聚砜

聚砜类树脂（Polysulfone Plastic）是指大分子主链中含有砜基（-SO2-）和芳环的高分子聚合物。它最早出现于20世纪60年代，属热塑性工程塑料。目前聚砜塑料主要有以下3类：

（1）双酚A型聚砜（Polysulfone,PSU），其结构式如下：

（2）聚芳砜（PolyarylsulPhone,PAS），其结构式如下：

（3）聚醚砜（Polyether sulphone,PES），其结构式如下：

聚砜大分子链刚性大，玻璃化温度高，例如PSU、PAS、PES三者的玻璃化温度（Tg）分别为196℃、288℃和225℃，其熔体黏度也很高，成型时螺杆的温度一般在300～360℃，也正是其刚性链的结构使成型后制品的性能比其他工程塑料优良（表10-2）。

表10-2　聚砜和其他工程塑料的主要力学性能比较

聚砜类塑料因具有优异的耐热性、突出的抗蠕变性和尺寸稳定性、优良的电绝缘性等特点而成为综合性能很好的工程塑料，已被广泛用于电子、电器、交通运输、医疗器械、机械工业、化工及航空航天等领域，在塑料品种中占有重要的地位。

（八）聚酰胺

聚酰胺（Polyamide,PA）也称尼龙（Nylon），是一类主链上含有许多重复酰胺基团（-HNCO-）的高分子化合物。聚酰胺首先是作为最重要的合成纤维原料而发展起来的，后来才用做塑料，且在塑料工业中占有很重要的地位，是工程塑料之一。

聚酰胺是结晶性聚合物，密度1.01～1.15g/cm3，是塑料中吸湿性最强的树脂，例如聚酰胺6的吸湿率为4.5%，聚酰胺3的吸湿率可达7.0%～9.0%，所以成型前进行干燥处理是非常重要的。

聚酰胺塑料具有耐磨、强韧、质轻、耐药品、耐热、耐寒、易成型、无毒、自润滑和易染色等优点，因而是最早应用于受力结构部件的工程塑料，例如齿轮、凸轮和轴承等传动和摩擦零件。在与金属材料及其他工程塑料的竞争中，通过不断完善技术和性能，其应用领域不断拓宽。汽车制造业是聚酰胺工程塑料最大的消费市场，其中聚酰胺可作为发动机部件、电气部件、车体部件、机械设备等。

（九）其他树脂

除上述树脂外，聚苯醚（PolyPhenylene oxide,PPO）、聚甲醛（Polyoxy methylene,POM）是重要的工程塑料品种；聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethyl methacrylate,PMMA）是透明度高、耐候性好、迄今为止合成透明材料中价格适宜，质地优异的树脂品种；聚对苯二甲酸乙二酯（Po-lyethylene terephthalate,PET）和聚对苯二甲酸丁二酯（Polybuthylene terephthalate,PBT）是容易成型、纺丝性能优良的饱和聚酯，也是用于工程塑料的重要树脂。热固性树脂如酚醛树脂（Phenol formaldehyde,PF）、氨基树脂（Amino resin）、环氧树脂（EPoxide,EP）等也是塑料成型加工中的重要原料品种。