高分子合成材料學(第三版)

緒論1
0.1高分子合成材料的發展簡史1
0.2國內外發展現狀2
0.3高分子的定義、分類、特點、命名5
0.3.1定義5
0.3.2分類5
0.3.3特點6
0.3.4命名8

上篇熱固性高分子合成材料
第1章酚醛樹脂10
1.1酚醛樹脂的原材料11
1.1.1酚類11
1.1.2醛類12
1.2酚醛樹脂的生成反應和結構13
1.2.1熱塑性酚醛樹脂的生成反應和分子結構13
1.2.2熱固性酚醛樹脂的生成反應和分子結構15
1.3酚醛樹脂的製造工藝18
1.3.1熱固性酚醛樹脂的製造工藝18
1.3.2熱塑性酚醛樹脂的製造工藝19
1.3.3影響酚醛反應的因素20
1.4酚醛樹脂的固化22
1.4.1熱固性酚醛樹脂的固化反應22
1.4.2熱塑性酚醛樹脂的固化反應26
1.5酚醛樹脂的基本性能28
1.5.1酚醛樹脂的熱性能及燒蝕性能28
1.5.2酚醛樹脂的阻燃性能和發煙性能29
1.5.3酚醛樹脂的耐輻射性31
1.6其他酚醛樹脂31
1.6.1間苯二酚樹脂31
1.6.2苯酚糠醛樹脂32
1.6.3純油溶性酚醛樹脂33
1.7改性的酚醛樹脂33
1.7.1苯胺改性的酚醛樹脂33
1.7.2二甲苯樹脂改性的酚醛樹脂34
1.7.3苯酚改性的二苯醚樹脂35
1.7.4聚乙烯醇縮丁醛改性的酚醛樹脂36
1.7.5植物油改性的酚醛樹脂36
1.7.6耐熱的酚醛樹脂37
1.8酚醛樹脂的應用37
1.8.1酚醛模塑膠39
1.8.2酚醛樹脂層壓塑膠40
1.9酚醛樹脂的研究新進展41
1.9.1樹脂41
1.9.2複合材料及其加工工藝43
第2章不飽和聚酯樹脂45
2.1不飽和聚酯樹脂基體、原材料46
2.1.1不飽和二元酸及酸酐46
2.1.2飽和二元酸及酸酐47
2.1.3二元醇49
2.1.4交聯單體50
2.1.5引發劑52
2.1.6阻聚劑56
2.2不飽和聚酯樹脂複合物的組成及其固化57
2.2.1不飽和聚酯樹脂複合物的組成57
2.2.2不飽和聚酯樹脂複合物的固化反應58
2.2.3有機引發劑60
2.2.4熱分解引發60
2.2.5化學分解引發61
2.2.6光引發61
2.2.7阻聚與緩聚61
2.3不飽和聚酯樹脂的老化與防老化62
2.3.1紫外線的作用62
2.3.2空氣中氧和臭氧的作用63
2.3.3水解降解作用63
2.4不飽和聚酯樹脂的性能與應用63
2.4.1層壓塑膠與模壓塑膠63
2.4.2片狀模塑膠、團狀模塑膠64
2.4.3人造大理石和人造瑪瑙64
2.4.4雲母帶膠黏劑65
2.4.5油改性不飽和聚酯漆65
2.4.6無溶劑漆66
第3章環氧樹脂67
3.1環氧樹脂的合成、製造、品質指標67
3.1.1雙酚A型環氧樹脂的合成製造67
3.1.2脂環族環氧樹脂的合成70
3.1.3環氧樹脂的品質指標71
3.2環氧樹脂的基本性能72
3.2.1雙酚A型環氧樹脂72
3.2.2雙酚F型環氧樹脂73
3.2.3雙酚S型環氧樹脂74
3.2.4氫化雙酚A型環氧樹脂74
3.2.5線型酚醛型環氧樹脂74
3.2.6多官能基縮水甘油醚樹脂75
3.2.7多官能基縮水甘油胺樹脂75
3.2.8具有特殊機能的鹵化環氧樹脂76
3.3環氧樹脂的固化反應、固化劑和促進劑78
3.3.1環氧化物的反應性78
3.3.2含羥基化合物的固化反應79
3.3.3胺類的固化反應和固化劑80
3.3.4有機羧酸的固化反應88
3.3.5酸酐的固化反應89
3.3.6酸酐類固化劑93
3.3.7合成樹酯類固化劑97
3.3.8環氧樹脂固化反應用促進劑99
3.4環氧樹脂用輔助材料及其改性101
3.4.1稀釋劑101
3.4.2增韌劑103
3.4.3填料105
3.4.4阻燃劑105
3.4.5纖維增強材料108
3.5環氧樹脂的應用112
3.5.1環氧樹脂塗料113
3.5.2環氧樹脂膠黏劑116
3.5.3環氧樹脂成型材料119
3.5.4纖維增強塑膠和複合材料121
3.5.5環氧樹脂的反應注射成型123
第4章聚氨酯樹脂126
4.1聚氨酯的基本原材料127
4.1.1多元異氰酸酯127
4.1.2多羥基化合物和聚合物128
4.1.3助劑129
4.2聚氨酯的合成原理136
4.2.1異氰酸酯的化學反應136
4.2.2聚氨酯的生成反應138
4.3聚氨酯的製造工藝138
4.3.1熔融法139
4.3.2溶液法139
4.4聚氨酯的應用139
4.4.1聚氨酯泡沫塑料139
4.4.2聚氨酯彈性體141
4.4.3聚氨酯塗料144
4.4.4聚氨酯膠黏劑146
4.4.5聚氨酯密封膠147
第5章雙馬來醯亞胺樹脂149
5.1雙馬來醯亞胺的合成原理149
5.2雙馬來醯亞胺的性能151
5.2.1熔點151
5.2.2溶解性能151
5.2.3反應性能151
5.2.4耐熱性能152
5.2.5力學性能152
5.2.6BMI固化物的熱穩定性152
5.3雙馬來醯亞胺樹脂的改性153
5.3.1與鏈烯基化合物的共聚改性153
5.3.2二元胺改性BMI157
5.3.3熱塑性樹脂改性BMI159
5.3.4環氧改性BMI164
5.3.5氰酸酯改性BMI164
5.3.6降低後處理溫度工藝改性165
5.4新型雙馬來醯亞胺的合成165
5.4.1鏈延長型BMI165
5.4.2取代型BMI171
5.4.3稠環型BMI171
5.4.4噻吩型BMI171
5.4.5含特殊元素BMI172
5.4.6樹脂傳遞模塑用BMI樹脂172
5.4.7線型酚醛型多馬來醯亞胺樹脂173
5.5雙馬來醯亞胺樹脂的應用174
5.5.1電氣絕緣材料174
5.5.2高溫膠黏劑174
5.5.3航空航太結構-功能複合材料174
第6章聚醯亞胺樹脂177
6.1均苯型聚醯亞胺177
6.1.1用熔融縮聚法製備聚醯亞胺177
6.1.2用兩步法製備聚醯亞胺178
6.2可熔性聚醯亞胺181
6.2.16F二酐型聚醯亞胺182
6.2.2二苯醚四羧酸二酐型聚醯亞胺183
6.2.3用含亞胺環的二酐製備聚醯亞胺184
6.3加成型聚醯亞胺184
6.3.1PMR型聚醯亞胺184
6.3.2乙炔端基型聚醯亞胺185
6.4聚醯亞胺的性能187
6.4.1聚醯亞胺的熱穩定性187
6.4.2聚醯亞胺的化學穩定性189
6.4.3聚醯亞胺的介電性能190
6.4.4聚醯亞胺的力學性能191
6.5改性聚醯亞胺191
6.5.1聚醯胺醯亞胺191
6.5.2聚酯醯亞胺193
6.5.3聚酯-醯胺-醯亞胺194
6.5.4聚苯並咪唑-醯亞胺195
6.5.5聚碸-醯亞胺195
6.6聚醯亞胺的應用196
6.6.1聚醯亞胺薄膜196
6.6.2聚醯亞胺漆199
6.6.3聚醯亞胺膠黏劑200
6.6.4高性能工程塑料200
6.6.5聚醯亞胺纖維204
6.6.6聚醯亞胺複合材料205
第7章氰酸酯樹脂207
7.1氰酸酯樹脂單體的合成207
7.2氰酸酯樹脂的固化反應209
7.2.1氰酸酯固化反應機理209
7.2.2催化劑對固化反應的影響209
7.3氰酸酯樹脂的基本性能213
7.3.1氰酸酯樹脂的結構與性能213
7.3.2氰酸酯固化物的熱分解機理219
7.3.3氰酸酯樹脂基複合材料的性能220
7.4氰酸酯的改性223
7.4.1氰酸酯改性環氧樹脂223
7.4.2氰酸酯改性雙馬來醯亞胺樹脂228
7.4.3氰酸酯的增韌改性229
7.5氰酸酯的應用231
第8章有機矽樹脂233
8.1矽及矽鍵的化學特性233
8.2有機矽單體的合成234
8.2.1有機鹵矽烷的合成方法235
8.2.2甲基氯矽烷的合成237
8.2.3苯基氯矽烷的合成240
8.2.4其他有機矽單體的合成242
8.3聚有機矽氧烷的生成反應242
8.3.1水解縮合242
8.3.2催化重排248
8.3.3在高溫下利用空氣中氧的作用提高分子量249
8.3.4雜官能單體縮聚製備聚有機矽氧烷250
8.4有機矽樹脂的性能250
8.4.1熱穩定性250
8.4.2聚有機矽氧烷液體及彈性體的特徵253
8.4.3電絕緣性253
8.4.4力學性能255
8.4.5耐候性256
8.4.6耐化學藥品性257
8.4.7憎水性258
8.5有機矽樹脂的改性259
8.5.1有機矽改性醇酸樹脂259
8.5.2有機矽改性聚酯樹脂260
8.5.3有機矽改性丙烯酸樹脂260
8.5.4有機矽改性環氧樹脂260
8.5.5有機矽改性酚醛樹脂262
8.5.6矽氧烷改性聚醯亞胺樹脂262
8.6有機矽樹脂的應用264
8.6.1有機矽絕緣漆264
8.6.2有機矽膠黏劑270
8.6.3有機矽塑膠273
8.6.4微粉及梯形聚合物275
參考文獻276

下篇熱塑性高分子合成材料
第9章聚乙烯277
9.1發展簡史277
9.2低密度聚乙烯278
9.2.1反應機理278
9.2.2生產工藝278
9.2.3結構與性能279
9.2.4加工和應用282
9.3高密度聚乙烯283
9.3.1反應機理283
9.3.2生產工藝283
9.3.3結構與性能284
9.3.4加工和應用285
9.4線型低密度聚乙烯286
9.4.1反應機理286
9.4.2生產工藝286
9.4.3結構與性能287
9.4.4加工和應用289
9.5超高分子量聚乙烯291
9.5.1生產工藝291
9.5.2結構與性能291
9.5.3加工和應用293
9.6茂金屬聚乙烯294
9.6.1發展簡介294
9.6.2生產工藝295
9.6.3結構與性能295
9.6.4加工和應用297
9.7雙峰聚乙烯297
9.7.1生產工藝297
9.7.2結構與性能298
9.8共聚聚乙烯樹脂298
9.8.1乙烯-乙酸乙烯酯共聚物298
9.8.2乙烯-丙烯酸乙酯共聚物301
9.8.3乙烯-丙烯酸甲酯、乙烯-馬來酸酐共聚物302
9.8.4乙烯-乙烯醇共聚物303
9.9聚乙烯改性304
9.9.1化學改性304
9.9.2共混改性310
9.9.3填充改性312
參考文獻315
第10章聚丙烯317
10.1發展簡史317
10.2等規聚丙烯318
10.2.1反應機理318
10.2.2生產工藝318
10.2.3結構與性能319
10.2.4加工和應用324
10.3茂金屬聚丙烯326
10.3.1結構與性能327
10.3.2加工與應用327
10.4無規聚丙烯328
10.4.1生產工藝328
10.4.2結構與性能328
10.5共聚聚丙烯樹脂328
10.5.1丙烯-乙烯無規共聚物329
10.5.2丙烯-乙烯嵌段共聚物329
10.6聚丙烯改性330
10.6.1化學改性330
10.6.2共混改性334
10.6.3填充改性340
10.6.4聚丙烯納米複合材料343
10.6.5透明改性346
參考文獻347
第11章聚氯乙烯349
11.1發展簡史349
11.2反應機理350
11.3生產工藝350
11.3.1懸浮聚合生產工藝350
11.3.2乳液聚合生產工藝357
11.3.3微懸浮聚合法工藝360
11.3.4本體法生產工藝362
11.4結構和性能363
11.4.1化學結構363
11.4.2顆粒結構和形態365
11.4.3性能368
11.4.4加工和應用373
11.5共聚聚氯乙烯樹脂376
11.5.1氯乙烯/乙酸乙烯酯共聚物376
11.5.2氯乙烯/偏二氯乙烯共聚物377
11.5.3氯乙烯/丙烯酸酯共聚物377
11.5.4氯乙烯/馬來醯亞胺共聚物378
11.6聚氯乙烯化學改性378
11.6.1氯化聚氯乙烯378
11.6.2PVC交聯380
11.7PVC共混改性382
11.7.1增韌改性382
11.7.2耐熱改性388
11.8聚氯乙烯填充改性389
11.9聚氯乙烯納米複合材料389
11.10聚氯乙烯加工改性392
11.11聚氯乙烯熱塑性彈性體393
11.11.1HP-PVC393
11.11.2共混型TPVC394
11.11.3TPVC加工和應用394
參考文獻394
第12章聚苯乙烯396
12.1發展簡史396
12.2通用聚苯乙烯397
12.2.1反應機理397
12.2.2生產工藝397
12.2.3結構與性能398
12.2.4加工和應用399
12.3可發性聚苯乙烯(EPS)399
12.3.1生產原理和工藝399
12.3.2結構與性能401
12.3.3加工和應用403
12.4高抗沖聚苯乙烯(HIPS)404
12.4.1生產工藝404
12.4.2結構與性能406
12.4.3加工和應用410
12.5間規聚苯乙烯410
12.5.1生產工藝410
12.5.2結構與性能410
12.5.3加工和應用412
12.6共聚聚苯乙烯樹脂413
12.6.1丙烯腈/苯乙烯共聚物413
12.6.2丙烯酸酯/丙烯腈/苯乙烯共聚物414
12.6.3丙烯腈/乙烯-丙烯-二烯烴三元乙丙橡膠/苯乙烯共聚物415
12.6.4丙烯腈/氯化聚乙烯/苯乙烯共聚物416
12.6.5甲基丙烯酸甲酯/苯乙烯共聚物416
12.6.6甲基丙烯酸甲酯/丁二烯/苯乙烯共聚物417
12.6.7苯乙烯/馬來酸酐共聚物417
12.6.8苯乙烯/馬來醯亞胺共聚物418
12.6.9K樹脂419
12.7聚苯乙烯共混改性420
12.7.1PS與PPO共混420
12.7.2PS與PO共混421
12.7.3其他共混改性421
參考文獻421
第13章ABS樹脂423
13.1發展簡史423
13.2反應機理424
13.3生產工藝425
13.3.1ABS生產工藝分類425
13.3.2乳液接枝-摻混生產工藝427
13.3.3連續本體法429
13.4結構與性能431
13.4.1結構431
13.4.2增韌機理431
13.4.3性能432
13.4.4加工和應用437
13.5ABS改性438
13.5.1化學改性438
13.5.2共混改性440
13.6ABS填充改性444
參考文獻445
第14章聚醯胺447
14.1聚醯胺6447
14.1.1發展簡史447
14.1.2反應機理448
14.1.3生產工藝449
14.2聚醯胺66451
14.2.1發展簡史451
14.2.2反應機理452
14.2.3生產工藝453
14.3結構與性能453
14.3.1結構453
14.3.2性能455
14.4加工和應用461
14.4.1加工461
14.4.2應用462
14.5聚醯胺改性463
14.5.1共聚改性463
14.5.2共混改性465
14.5.3增韌改性470
14.5.4增強改性471
14.5.5填充改性473
14.5.6阻燃改性474
14.5.7聚醯胺納米複合材料475
14.6其他聚醯胺480
14.6.1聚醯胺1010480
14.6.2聚醯胺11483
14.6.3聚醯胺12486
14.6.4聚醯胺46489
14.6.5聚醯胺610、612490
14.6.6單體澆鑄聚醯胺6492
14.6.7透明聚醯胺493
參考文獻494
第15章聚碳酸酯496
15.1發展簡史496
15.2反應原理497
15.2.1光氣介面縮聚法497
15.2.2熔融酯交換法497
15.2.3非光氣酯交換法497
15.3生產工藝498
15.3.1光氣法工藝498
15.3.2熔融酯交換法工藝499
15.3.3非光氣酯交換法工藝500
15.3.4其他非光氣酯交換法工藝502
15.4結構和性能503
15.4.1PC結構503
15.4.2性能503
15.5加工和應用506
15.5.1加工506
15.5.2應用506
15.6聚碳酸酯改性508
15.6.1共聚改性508
15.6.2共混改性508
參考文獻514
第16章熱塑性聚酯516
16.1聚對苯二甲酸乙二醇酯516
16.1.1發展簡史516
16.1.2反應機理518
16.1.3生產工藝518
16.1.4結構和性能521
16.1.5加工和應用524
16.1.6PET改性526
16.2聚對苯二甲酸丁二醇酯534
16.2.1發展簡史534
16.2.2反應機理535
16.2.3生產工藝536
16.2.4結構和性能537
16.2.5加工和應用539
16.2.6改性540
參考文獻544

高分子合成材料學這部教材自2005年出版以來，得到了高等院校高分子材料專業廣大師生和社會相關專業人員的厚愛，在此深表誠摯謝意！

2007年7月該書申報了普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，2008年2月獲得批准［見高教函2008-3號］進行重新修訂。2010年由化學工業出版社第二版出版發行以來，被國內多所高校作為高分子材料與工程專業教科書和廣大從事高分子合成樹脂材料的專業入門書。2014年5月該書又入選了遼寧省“十二五”普通高等教育本科規劃教材。經過兩個版本的使用和高分子材料與工程專業課程學時的調整，發現原書的內容偏多，學生在短期內學習與掌握這些內容比較吃力。根據出版社和讀者回饋意見，第三版進行了較大篇幅修訂和壓縮，主要有以下幾個方面的刪減和修改。

1.對全書內容進行了重新分類和調整，對增韌機理、增強、增容、接枝等內容分別在不同章節有針對性地集中進行介紹。相同的共混體系在不同章節有所側重。

2.刪除了與大學基礎課程相重複的反應機理的介紹。刪除了部分有關性能的表格，改為語言性描述。

3.大幅縮減了生產工藝的介紹，刪除了國內生產廠商列表。

4.對國外公司名稱、專業術語進行了全文統一。

5.對一些文字錯誤進行了修改，插圖也進行了適當調整。

希望通過這些修訂，能夠給廣大讀者提供一本知識全面、內容簡潔豐富、資訊準確、深入淺出、圖文並茂的參考書，並能得到廣大讀者的喜愛，這就是我們最大的願望。

編者
2016年6月

第一版前言

材料、資訊、能源是當代科學與技術的三大支柱。高分子材料是當今世界上十分重要的非常活躍的領域。它是材料領域中的後起之秀。自從20世紀初德國化學家H.Standinger創立高分子長鏈概念以來，通過化學家、物理學家和材料工程學家等許多科技工作者的辛勤勞動,至今已經形成了一個較完整的高分子材料科學理論知識體系。高分子合成材料的出現與發展給材料領域帶來了重大的變革，從而形成了金屬材料、機非金屬材料、高分子材料和複合材料多元共存的格局。

高分子合成材料學是以高分子化學、高分子物理學和高分子成型工藝學為基礎的,研究的範圍是高分子材料的合成與改性、高分子的結構與性能、高分子材料的製備(成型加工)及其應用的一門科學。

高分子合成材料的發現、應用及推廣,構成了人類進步與文明。從20世紀50年代迅速發展起來的合成樹脂是目前產量最高、需求量最大、應用面最廣的高分子合成材料,已經成為繼金屬、水泥、木材之後的第四種人類生存與發展的支柱材料，已在機械、化工、交通、航空、航太、船舶等眾多國民經濟與人民生活、國防建設與尖端技術領域發揮著重要的作用。

高分子合成樹脂種類繁多，本書比較系統地介紹了其有重要應用價值的熱固性和熱塑性合成樹脂的國內外發展歷史、合成工藝原理、製造工藝、結構與性能關係、改性原則、成型加工工藝及其應用等內容。合成樹脂在國民經濟中佔有十分重要的地位，隨著石油化工工業的發展，合成樹脂工業也取得了飛速發展。目前的合成樹脂和塑膠製品的產量和消費量均居世界前列，成為合成樹脂和塑膠製品的生產大國與消費大國。與之相對應，社會對高分子材料專業人才的需求也十分旺盛，為了配合高等教育對人才培養的需要，滿足學生獲取知識的願望，我們組織編寫了高分子合成材料學這本書。本書主要是為了滿足高等工科院校高分子材料專業學生和相關工程技術人員需要編寫的教材。為此，本書在內容編寫上堅持取材新穎、理論深入淺出、理論聯繫實際、重視應用等基本原則，儘量做到既可以使讀者在較短的時間從一定的深度和廣度較為系統地掌握當今高分子合成樹脂材料的基本知識概貌，又能基本瞭解今後可能的發展方向。

全書分為上、下兩篇，上篇主要介紹酚醛樹脂、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚氨酯樹脂、雙馬來醯亞胺樹脂等熱固性高分子合成材料，下篇主要介紹聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等熱塑性高分子合成材料。全書由陳平教授統稿。上篇緒論由陳平、廖明義編寫，酚醛樹脂由黃髮榮和陳平編寫，不飽和聚酯樹脂由沈開猷和陳平編寫，環氧樹脂由陳平和唐傳林編寫，聚氨酯樹脂由李紹雄和陳平編寫，雙馬來醯亞胺樹脂由梁國正和顧媛娟編寫，聚醯亞胺樹脂由陳平編寫,氰酸酯樹脂由包建文和陳平編寫,有機矽樹脂由羅運軍和陳平編寫；下篇由廖明義教授編寫。

本書在編寫過程中，研究生唐忠鵬、張宜鵬、孫明、張偉清、陸春等協助對圖表進行了整理，在本書出版的過程中，得到了大連理工大學教材出版基金資助，謹此致以深切的謝意。最後感謝所有提供文獻資料的作者和支援説明本書編寫的同仁。

由於作者水準有限，書中一些不足之處難免，敬請讀者批評指正。

編者
2005年1月

第二版前言

《高分子合成材料學》這部教材自2005年出版以來，得到了高等院校高分子材料專業廣大師生和社會相關專業人員的厚愛，在此作者深表誠摯謝意！

2007年7月該書申報了普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，2008年2月獲得批准［見高教函2008-3號］進行重新修訂。近年來中國經濟的高速發展，加之科學技術進步日新月異，知識更新很快，經幾年的使用，書中許多資訊、資料與當前情況已有不符，有些內容也顯陳舊。基於此，本書借助這次普通高等教育“十一五”國家級規劃教材修訂的機會，本著與時俱進的態度，對書中相關內容進行了一些修訂，主要進行了以下幾個方面的補充和修改。

1.更新了一些資料，資料最新截止日期基本到2007年，個別到2008年。

2.補充了一些最新技術進步的資訊，特別是中國近年來的技術進步和成果。

3.對全書內容進行了重新分類和調整，對於增韌機理、增強、增容、納米材料、接枝等內容分別在不同章節有針對性地集中進行介紹。

4.補充了一些最新成果，刪除了一些重複敘述。

5.對一些文字錯誤進行了修改，插圖也進行了適當調整。

希望通過這些修訂，能夠給廣大讀者提供一本知識全面、內容豐富、資訊準確、深入淺出、圖文並茂的參考書，並能得到廣大讀者的喜愛，這就是編者最大的願望。

感謝賈彩霞、王乾、張相一、李彬等研究生對書稿編輯整理所付出的辛勤勞動。

編者
2009年12月