聚合物基体知识点整理 南京工业大学 必考

复合材料聚合物基体与纤维考试整理

绪论（标注（次要）二字表示老师未提及可删）

题型：选择、名词解释、简答、问答、图表（上课分析过的） 热塑性树脂：具有线型或支链型大分子结构的树脂 热固性树脂：最终具有体型大分子结构的树脂

高分子定义：由重复结构单元通过聚合反应而获得的，以共价键形式连接的，分子量1万以上的同系物或者是化合物。 复合材料：由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的组分经过一定的成型加工工艺而得到的一种多相固体材料。

树脂的定义：没有添加加工助剂没有成型的高分子化合物。

树脂与高分子区别、联系：树脂是高分子，但高分子不一定是树脂

第一章 不饱和聚酯树脂(UPR)

一、聚酯是主链上含有酯键的高分子化合物总称 ，一般由二元羧酸和二元醇经缩聚反应而成。 定义：不饱和聚酯树脂是指不饱和聚酯在乙烯基类交联单体(例如苯乙烯)中的溶液 合成原理：不饱和聚酯是由不饱和二元羧酸(或酸酐)、饱和二元羧酸(或酸酐)与多元醇缩聚而成。

注意：生产时：聚合反应；固化时：连锁聚合，自由基加成

原料：1、不饱和二元酸作用：提供双键2、饱和二元酸的作用：a、增加与交联单体的相容性b、降低UP的结晶性能c、改善UPR的特定性能3、多元醇作用（常见为12丙二醇）：以降低结晶倾向，改善与苯乙烯的相容性，提高固化物的耐水性及电性能。

四、不饱和酸与饱和酸的比例

1、一般情况下，顺酐和苯酐等摩尔比投料，2、若顺酐/苯酐的摩尔比增加UPR凝胶时间、折光率和粘度下降，而固化树脂的耐热 性提高，以及一般的耐溶剂、耐腐蚀性能也提高，3、若顺酐/苯酐的摩尔比降低UPR 固化不良，力学强度↓。 合成特殊性能要求的聚酯，可以适当增加顺酐/苯酐的比例 五、不饱和聚酯的相对分子质量对固化树脂性能的影响

在合成UP时二元醇约过量5%～10% (摩尔)，其分子量在1000～3000左右，UP的分子量对UPR的性能有影响。

不饱和聚酯的缩聚度n=7～8（酸值30～25，分子量为2000～2500左右） 时，固化树脂具有较好的物理性能。

1－抗弯模量；2－抗弯强度；3－抗拉强度

六、影响顺式双键异构化的因素:

1反应程度↑，体系酸值↓则异构化的几率↑； 2异构化几率与所用二元醇的类型有关：

① 1,2-二元醇比1,3-或1,4-二元醇异构化的几率要大， 1,2-丁二醇>1,3-丁二醇>1,4-丁二醇

② 含仲羟基的二元醇较伯羟基的二元醇异构化的几率要大， 2,3-丁二醇>丙二醇>乙二醇

③ 含苯环的饱和二元酸比脂族二元酸有较大的促进异构化的作用。苯酐比丁二酸、癸二酸对双键的异构化有较大的促进作用 七、顺式双键的异构化反应原理

1一般认为，顺式双键向反式双键的转化是在酸催化下进行的

2除酸催化外，卤素、碱金属、硫磺以及硫化物等也能提高顺式双键的异构化程度。为了提高顺式双键的异构化程度，在多元羧酸存在的同时，可以考虑再添加一些适当的催化剂。

八、双键异构化程度对UPR性能的影响 （图表题考点P6、7） 分析：随顺式双键向反式双键转化程度的提高，树脂的固话时间和凝胶化时间缩短，放热温度升高；随顺式双键异构化程度的不同，固化树脂的性能也有差别，由丙二醇合成的不饱和聚酯因为顺式双键的异构化程度很大，不论用顺丁烯还是反丁烯二酸，对于树脂固化以及固化树脂的性能都影响不大。但是用一缩乙二醇时，因为在聚酯化过程中顺式双键的异构化程度较小，所以两种树脂固化后的性能差别较大 九、不饱和聚酯树脂的合成

控制产品质量：1、原材料质量的控制：酸或酸酐、二元醇或是多元醇、交联剂单体、引发剂、促进剂2、生产工艺的控制：温度控制、搅拌速率和惰性气体流量控制、酸值和粘度控制

十、在聚合过程中为何早期低温高压，中后期高压低温？

原因：缩合聚合反应热小，活化能大，早期低温防止副反应发生，高压促进反应，防止小分子的排出；中后期粘度大，不太容易反应，需要高温，且有利于小分子排出，低压也能促进副产物排出

十一、酸值的定义*：为中和1g树脂所需氢氧化钾的毫克数

注意：酸值是表示不饱和聚酯反应进行程度的指标，也是控制各不同批量聚酯质量均衡性的重要指标。酸值越大酸性越强，这与pH值正好相反。 酸值的控制？*改为蒸馏、增大氮气、随着反应进行酸值越小 交联单体的作用：1、作为稀释剂2、作为浸润剂3、作为交联剂

交联单体的要求:1、高沸点；2、低粘度；3、能溶解树脂；4、无毒；5、能与树脂共聚，即交替共聚性好，不希望先自聚再共聚；6、反应活性大，使共聚能在室温或低温下进行。

常用交联单体种类与特点: 1、苯乙烯 2、乙烯基甲苯 3、二乙烯基苯4、甲基丙烯酸甲酯 5、邻苯二甲酸二烯丙酯 十二、不饱和聚酯树脂的固化

固化的含义:粘流态树脂体系发生交联反应而转变成为不溶、不熔的具有体型网络结构的固态树脂的全过程称为树脂的固化

固化过程:a、凝胶阶段，从粘流态到失去流动性，从液态到能够桃出细长丝这一阶段，或者是从粘手到软而不粘手；b、定型阶段，固化阶段，从凝胶失去流动性，到表面有一定硬度可从模上脱下；c、熟化阶段，表现上看，有一定硬度．有一定力学性能具有稳定的物理化学性能而可供使用。

室温凝胶时间

按规定向树脂中加入引发剂和促进剂后，树脂即开始交联固化的过程中，从开始加入引发剂，到树脂交联成一种软胶状态，失去流动性，所经历的时间即凝胶时间。 十三、不饱和聚酯树脂的固化原理 1、共聚过程

链引发（过氧化二苯酰胺做引发剂）

链增长RM·+M→RM2·, RM2·+M→RM3·,…,RMn-1·+M→RMn· 链终止 2、固化树脂的网络结构表征:两个线型不饱和聚酯分子交联点间苯乙烯的重复单元数不饱和聚酯分子中双键的反应百分数(交联点数目)

十四、UPR的增粘特性：1、增粘剂：在碱土金属氧化物或氢氧化物作用下，不饱和聚酯树脂很快稠化，形成凝胶状物。这种能使不饱和聚酯树脂粘度增加的物质2、增粘过程：它使起始粘度为0.1～1.0Pa·s的粘性液体状树脂，在短时间内粘度剧增至103Pa·s以上，直至成为不能流动的、不粘手的类似凝胶状物，这一过程称为增粘过程。

注意：树脂并未交联，在合适的溶剂中仍可溶解，加热时有良好的流动性。 3、影响树脂增粘过程的因素：树脂的起始粘度(包括聚酯的相对分子质量)不饱和聚酯的结构、增粘剂的种类与用量、体系的水分含量、填料的种类、所添加的热塑性高聚物的类型 双酚A型树脂*

二酚基丙烷型不饱和聚酯树脂。具有优良的耐腐蚀性能（耐碱耐水）及耐热性

乙烯基聚酯*

乙烯基聚酯是由环氧树脂与含双键的不饱和一元羧酸加成聚合的产物，其特点是聚合物中具有端基或侧基不饱和双键。①位于端基的乙烯基活性较高，使树脂快速固化。②甲基可屏蔽酯键，提高酯键的耐化学性能和耐水解稳定性。③酯键 每单位相对分子质量中的酯键比不饱和聚酯中约少35%～50%，提高了在碱性液中的水解稳定性。④仲羟基 仲羟基与玻璃纤维或其它纤维表面上的羟基相互作用，可以改善对玻璃纤维或其他纤维的浸润性和粘结性。⑤环氧树脂主链，它可以赋予乙烯基酯树脂韧性。⑥醚键 可使树脂具有优异的耐酸性。乙烯基酯树脂的拉伸强度、断裂延伸率及热变形温度均受环氧树脂结构及相对分子质量的影响。

UPR的具体应用（未增强不饱和聚酯的应用）：表面涂层、浇铸件、汽车修补材料、聚酯混凝土

第二章 环氧树脂

一、环氧树脂的概念

1、定义：环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧基团的那一类有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。

环氧树脂(epoxy resin)，是一种环氧低聚物(epoxy oligomer)，与固化剂反应可形成三维网状的热固性塑料。

分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，可位于分子链的末端、中间、或成环状结构。分子结构中含有活泼的环氧基团，可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有网状结构的高聚物。

2、 环氧树脂的特：A、形式多样 B、固化方便 C、粘附力强 D、力学性能E电性能、

F、化学稳定性能G、尺寸稳定H、耐霉菌 3、环氧树脂的分类： 缩水甘油醚类

缩水甘油酯类

缩水甘油胺类

线型脂肪族类

脂环族类

二、 缩水甘油醚类环氧树脂(通用还氧树脂)

二酚基丙烷型环氧树脂 、酚醛多环氧树脂*、其它的多羟基酚类缩水甘油醚型环氧树脂 、脂族多元醇缩水甘油醚型环氧树脂 二酚基丙烷型环氧树脂

1、二酚基丙烷型环氧树脂的原料

（1）二酚基丙烷

环氧氯丙烷的一系列反应

与胺类反应：与胺类进行加成反应

（2）环氧氯丙烷

与羟基反应：与酚类化合物进行加成反应

有机硅树脂的合成 (常压搪瓷釜)

（1）甲基和苯基氯硅烷混合物与一定比例的甲苯配成溶液放入釜内， （2）循环水冷却和均匀搅拌的条件下滴加丁醇和水混合液水解缩聚反应。

（3）分出树脂相，用水洗去游离酸，蒸去部分溶剂一定固体含量的有机硅树脂，

（4）所得的树脂的相对分子质量较低，不能直接使用，再在120～200oC进行缩聚反应， （5）用甲苯稀释成低粘度的液体树脂使用。

固化条件：A固化温度高(200～250oC)，B固化剂为三乙醇胺或它和过氧化二苯甲酰的混合物，C固化时间较长。 脲醛树脂:

由甲醛和尿素合成的热固性树脂称为脲甲醛树脂，又称脲醛树脂。常将脲醛树脂以及三聚氰胺甲醛树脂等这一类树脂称作氨基树脂。由氨基树脂形成的塑料又称氨基塑料。 影响脲醛树脂合成的因素:尿素与甲醛的投料配比 /反应介质的酸碱性(pH值)/反应温度/甲醛水溶液的浓度及纯度

脲醛树脂的固化 :脲醛树脂的固化过程实际上是树脂分子链通过其活性基团(羟甲基及氮原子上的活泼氢)继续进行缩聚反应的结果，例如分子链中的羟甲基与另一分子链中氮原子上的活泼氢反应，形成次甲基键 三聚氰胺甲醛树脂

三聚氰胺甲醛树脂是由三聚氰胺和甲醛缩聚而成的热固性树脂 在弱碱性的条件下，三聚氰胺与甲醛(在水溶液中)反应生成不同羟甲基化程度的羟甲基三聚氰胺，羟甲基化的程度取决于甲醛与三聚氰胺的摩尔比。若1mol三聚氰胺和3mol温热的甲醛水溶液反应，直至形成溶液，并快速冷却，则得到结晶的三羟甲基三聚氰胺： 三聚氰胺甲醛树脂的固化

一般认为，羟甲基三聚氰胺缩聚时其三氮杂苯环仍保留，缩聚反应主要通过不同三聚氰胺上的羟甲基之间或羟甲基与另一个三聚氰胺分子中氨基上的活泼氢之间进行，它们可分别通过甲醚键或次甲基键连接起来。 三聚氰胺甲醛树脂的应用

压塑料用树脂/粘合剂用树脂/层压用树脂

第五章 热塑性树脂

热塑性树脂按其使用范围，通常可分为通用型和工程型两大类，

（1）通用塑料:仅能作为非结构材料使用，产量大、价格低，但性能一般，主要品种有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等；

（2）工程塑料:可作为结构材料，产量较小，价格较高，通常在特殊的环境中使用。一般具有优良的机械性能、耐磨性和尺寸稳定性、电性能、耐热性和耐腐蚀性能等，主要品种有聚酰胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酯和聚碳酸酯等。 PE，PP，PVC，PS 四大通用树脂 主要内容：

聚烯烃树脂 (Polyolefin)/氟树脂 (Fluoro-resin)/聚酰胺树脂(尼龙) [Polyamide (nylon)]/聚酯树脂(涤纶) (Polyester)/聚甲醛树脂 (polyformaldehyde)/聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(Acrylonitrile-butadiene-styrene, ABS) A、聚烯烃树脂

1、分子中具有一个碳碳双键的开链不饱和烃叫烯烃。

2、分子中只含有碳和氢两种元素的有机化合物叫做碳氢化合物，简称烃。

3、聚乙烯(polyethylene)

制造方法有高压法、中压法、低压法和辐射聚合法等，目前工业上多用密度大小来标

志其类别。

一般工业上生产的聚乙烯约每15～20个碳原子中有一个甲基。此外，还会由于链转移反应会产生长支链．在分子链上也会有很少数的氧原子。 超高分子量聚乙烯（PE）—可作为工程塑料

按ASTM定义现有的 UHMWPE品级的 MW在300～ 600万之间，更长分子链（更高的分子量）赋予UHMWPE的主要优势在于韧性、耐磨性和抗应力开裂性，

聚丙稀(PP)

（1）较好的耐热性，热变形温度为90～105℃。其强度和刚性均超过聚乙烯，尤其具有突出的耐弯曲疲劳性能，缺点是蠕变比聚酰胺和聚氯乙烯要大得多。（2）非极性高聚物，有优良的电性能，更兼具优良的耐热性，故在电器工业上有广泛的应用。还有良好的化学稳定性，在室温下几乎耐所有的无机酸和有机酸，耐碱性也很突出，但对强氧化性的酸易受侵蚀。由于聚丙烯大分子链中的叔碳原子对氧的侵蚀非常敏感，在光、热和空气中的氧作用下容易老化，一般常将抗氧化剂与紫外光稳定剂并用，使之起到协同效应作用，以抑止老化过程。（3）聚丙烯用玻璃纤维或碳黑增强后可明显改善其机械强度和大气老化性能 聚氯乙烯[PVC]

聚氯乙烯的聚合方法

本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合四种，目前主要采用后面两种方法生产。 工业聚氯乙烯树脂主要是非晶态结构，故无明显的熔点，约在80℃左右开始软化，其一般为10万至20万左右，相应的一般为4.5万至6.4万之间 特性：

（1）硬质聚氯乙烯产品末添加增塑剂时具有良好的机械性能、耐候性和阻燃性，用玻璃纤维增强后的聚氯乙烯其强度和刚度可增加2～3倍。软质聚氯乙烯添加了增塑剂后抗拉强度、硬度等则会降低，但伸长率、弹性等增加。主要用于生产塑料薄膜、人造革等日常用品。（2）聚氯乙烯有较高的化学稳定性。耐酸、耐眩的性能良好，并耐大多数油类、脂肪和醇类的侵蚀，但不耐芳烃类、酮类、酯类的侵蚀。环己酮、四氢吱喃、二氯乙烷和硝基苯则是它的溶剂。（3）聚氯乙烯在室温下是稳定的，但温度超过100℃导致释出氯化氢，使聚合物颜色变深，为了改善其热稳定性，在进一步加工过程中都要加入稳定剂。常用的稳定剂有无机金属盐(特别是铅盐和钡盐)、金属皂(特别是钡、钙、铅、镁、锌等的皂)、环氧化合物和金属络合物等。 聚苯乙烯(PS)

聚合方法有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合四种，目前用后两种方法生产以及新发展的连续本体聚合法生产。 特性：

（1）工业上生产的聚苯乙烯性能因生产方法而异，如上述的连续本体聚合的产品由于不含有乳化剂、引发剂等杂质，其电性能比乳液聚合的优良。（2）聚苯乙烯与聚乙烯一样，同为合成材料中电性能最为优异的材料，且其吸水性极小(在水中浸300h以上其吸水率仅为0.05％)，在高频电绝缘方面应用广泛。（3）聚苯乙烯的机械性能随温度的下降而增加，也随相对分子质量的增加而增加。硬度与耐热性能则与相对分子质量的大小无关。但聚苯乙烯耐热性差(＜80℃)，冲击强度较低(性较脆)，耐磨性也较差，这些缺点使它在用途范围上大受限制。上述这些缺点可通过与其他单体的共聚改性，或制成具有高结晶度的等规聚苯乙烯予以改进。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u6id.html