一、聚乙烯(PE)
?。ㄒ唬?性能及用途
聚乙烯是典型的熱塑性塑料,為無臭、無味、無毒的可燃性白色粉末。成型用的聚乙烯樹脂均為經(jīng)擠出造粒的蠟狀顆粒料,外觀呈乳白色。
聚乙烯的分子量在1萬~100萬之間,分子量超過100萬的為超高分子量聚乙烯。分子量越高,其物理力學(xué)性能越好,但隨著分子量的增高,加工性能降低。因此,要根據(jù)使用情況選擇適當(dāng)?shù)姆肿恿亢图庸l件。高分子量聚乙烯是個(gè)加工結(jié)構(gòu)材料和負(fù)荷材料,而低分子量聚乙烯只適合作涂覆、上光劑、潤(rùn)滑劑和軟化劑等。
聚乙烯的力學(xué)性在很大程度上取決于復(fù)合物的分子量、支化度和結(jié)晶度。高密度聚乙烯的拉伸強(qiáng)度為20~25MPa,而低密度聚乙烯的拉伸強(qiáng)度只有10~12MPa。聚乙烯的伸長(zhǎng)率主要取決于密度,密度大,結(jié)晶度高,其蔓延性就差。
聚乙烯的電絕緣性能優(yōu)異。因?yàn)樗欠墙^緣材料,其介電常教及介電損耗幾乎與溫度、頻率無關(guān);高頻性能很好,適于制造各種高頻電纜和海底電纜的絕緣層。
?。ǘ?品種
. 低密度聚乙烯(LDPE)
性能
低密度聚乙烯的密度范圍為0.910~0.925g/cm3。分子結(jié)構(gòu)為主鏈上帶有長(zhǎng)、短不同支鏈的支鏈型分子。在主鏈上每1000個(gè)碳原子中約帶有50個(gè)以下的乙基、丁基或更長(zhǎng)的支鏈。與高密度和中密度聚乙烯相比,它具有較低的結(jié)晶度(55%~65%),較低的軟化點(diǎn)(108oC~126oC)以及較寬的熔體指數(shù)(0.2~80g/10min)。
由于低密度聚乙烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)與石蠟烴類似,不含極性基團(tuán),所以具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,對(duì)酸、堿和鹽類水溶液具有耐腐蝕作用。它的電性能及好,具有導(dǎo)電率低、介電常數(shù)低、介電損耗低以及介電強(qiáng)度高等特性。但低密度聚乙烯的耐熱性能較差,也不耐氧和光老化。因此,為了提高其耐老化性能,通常要在樹脂中加入抗氧劑和紫外線吸收劑等。
低密度聚乙烯具有良好的柔軟性、延伸性和透明性,但機(jī)械強(qiáng)度低于高密度聚乙烯和線型低密度聚乙烯。
(2)用途
低密度聚乙烯主要用于制造薄膜。薄膜制品約占地密度聚乙烯制品總產(chǎn)量的一半以上,用于農(nóng)用薄膜及各種食品、紡織品和工業(yè)品的包裝。低密度聚乙烯電絕緣性能優(yōu)良,常用作電線電纜的包覆材料。注射成型制品有各種玩具、蓋盒、容器等。與高密度聚乙烯摻混后經(jīng)注射成型和中空成型可制管道及容器等。
.高密度聚乙烯(HDPE)
?。?)性能
高密度聚乙烯的高密度為0.941~0.965g/cm3。分子結(jié)構(gòu)為線型結(jié)構(gòu),支鏈少,平均每1000個(gè)碳原子僅含有幾個(gè)支鏈。與低密度聚乙烯相比,高密度聚乙烯結(jié)晶度達(dá)80%~90% ,密度大,使用溫度較高,硬度和機(jī)械強(qiáng)大較大,耐化學(xué)性能好。
?。?)用途
高密度聚乙烯的用途與低密度聚乙烯不同。低密度聚乙烯約50%~70%用于制造薄膜;而高密度聚乙烯則主要用于制造中空硬制品,約占總消費(fèi)量的40%~65% 。具體用途有:吹塑法制造各種瓶、罐及各種工業(yè)用槽、桶等容器;注射成型制造各種盆、桶、藍(lán)、簍、筐等日用成器、日用雜品和家具等;擠出成型制造各種管材、捆扎帶以及纖維、單絲等。此外,還可用于制造電線電纜的包覆材料和合成紙;加入大量無機(jī)鈣鹽以后,還可以制造鈣塑包裝箱和家具、門窗等。高密度聚乙烯用于制造高強(qiáng)度超薄薄膜,做食品、農(nóng)副產(chǎn)品和紡織品的包裝材料發(fā)展很快。
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(1)性能
密度為0.926~0.940g/cm3,分子結(jié)構(gòu)為支鏈數(shù)介于高密度聚乙烯和低密度乙烯之間的線型高分子。結(jié)晶度為70%~75%,軟化溫度為110oC~115oC,除兼有高、低密度聚乙烯的性能外,還具有優(yōu)良的抗應(yīng)力開裂性、剛性及耐熱性。
(2)用途
適宜于高速吹塑成型制造瓶類,高速自動(dòng)包裹用薄膜以及各種注射成型制品和旋轉(zhuǎn)成型制品,如桶、罐等。還可用于電線電纜包覆層。
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(1)性能
線型低密度聚乙烯的密度為0.910~0.925g/cm3。
由于線型低密度聚乙烯分子側(cè)鏈為短支鏈,分子結(jié)構(gòu)介于線型高密度聚乙烯和帶有長(zhǎng)支鏈的高壓法低密度聚乙烯之間,所以其物理機(jī)械性能優(yōu)于普通低密度聚乙烯。在機(jī)械性能方面,線型低密度聚乙烯的拉伸強(qiáng)度比普通低密度與乙烯高50%~70%,伸長(zhǎng)率高50%以上,耐沖擊強(qiáng)度、穿刺強(qiáng)度及耐低溫沖擊性能均比低密度聚乙烯好。在物理性能方面,在相同密度情況下,線型低密度聚乙烯的熔點(diǎn)比低密度聚乙烯高,使用溫度范圍寬,允許使用溫度比低密度聚乙烯高10oC~15oC。
?。?)用途
線型低密度聚乙烯可代替低密度聚乙烯制造薄膜、管材、注射成型制品、中空吹塑容器、旋轉(zhuǎn)成型制品及電線電纜包覆材料等。制得的產(chǎn)品的機(jī)械性能比低密度聚乙烯好。所以,制造相同強(qiáng)度的制品時(shí),線型低密度聚乙烯制品可減薄。
二、聚丙烯
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聚丙烯重量輕,密度為0.90~0.91g/cm3,是通用塑料中最輕的一種。
聚丙烯具有優(yōu)良的耐熱性,長(zhǎng)期使用的溫度可達(dá)100oC~120oC,無載荷時(shí)使用溫度可達(dá)150oC,聚丙烯是通用塑料中能在水中煮沸,并能經(jīng)受135oC的消毒溫度的品種,因此可制造輸送熱水的管道。
聚丙烯的耐低溫性能不如聚乙烯,催化溫度為-10oC~-13oC(聚乙烯為-60oC)。低溫甚至室溫下的抗沖擊性能不佳,低溫下易脆裂是聚丙烯的主要缺點(diǎn)。
聚丙烯是一種非極性所料,具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性,并且結(jié)晶度越高,化學(xué)穩(wěn)定性越好。除強(qiáng)化性酸(如發(fā)煙硫酸、硝酸)對(duì)他有腐蝕作用外,室溫下還沒有一種溶劑能使聚丙烯溶解,只是低分子量的脂肪烴、芳香烴和氯化烴對(duì)它有軟化或溶脹作用。它的吸水性很小,吸水率還不到0.01%。
聚丙烯在成型和使用中易受光、熱、氧的作用而老化。聚丙烯在大氣中12天就老化變脆,室內(nèi)放置4個(gè)月就會(huì)變質(zhì),通常需添加紫外線吸收劑、抗氧劑、炭黑和氧化鋅等來提高聚丙烯制品的耐候性。
聚丙烯的力學(xué)強(qiáng)度、剛性和耐應(yīng)力開裂都超過高密度聚乙烯,而且有突出的延伸性和抗彎曲疲勞性能,用它制成的活動(dòng)鉸鏈經(jīng)過7000萬次彎曲試驗(yàn),竟無損壞痕跡。
聚丙烯的電絕緣性能優(yōu)良,特別是高頻絕緣性很好,擊穿電壓強(qiáng)度也高,加上吸水率低,可用于120oC使用的無線電、電視的耐熱絕緣材料。
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聚丙烯綜合性能優(yōu)良,可以用注射成型、擠出成型、中空成型制成各種制品。在這些用途中用于注射成型制品居首位,包括日用器具、娛樂和體育用品、玩具等;汽車部件,如蓄電池殼體、空調(diào)零件、散熱器葉片等;硬包裝,如醫(yī)療洗滌器、蓋罩、化妝品盒;機(jī)械零件,如洗衣機(jī)洗槽、攪拌器、空氣管。擠出成型制品包括電線、電纜、薄膜、片材、管材等。薄膜主要用于包裝服裝、針織品、食品、香煙等。中空成型制品包括容器、瓶類。聚丙烯纖維分長(zhǎng)絲(單絲、復(fù)絲、膨體紗)、短纖絲。纖維可代替棉、麻、絲、毛等天然纖維。主要用于生產(chǎn)機(jī)織和針織,如地毯、沙發(fā)布、捆扎材料、繩索和編織袋等。
三、聚氯乙烯
(一)性能
聚氯乙烯是無毒、無臭的白色粉末,密度為1.40g/cm3,加入增塑劑和填料的聚氯乙烯塑料的密度為1.15~2.00g/cm3。
聚氯乙烯的力學(xué)性能取決于聚合物的分子量、增塑劑和填料的含量。聚合物的分子量越大,力學(xué)性能、耐寒性、熱穩(wěn)定性越高,但成型加工比較困難;分子量低則相反。增塑劑的加入,它不但能提高聚氯乙烯的流動(dòng)性,降低塑化溫度,而且使其變軟。通常,在100份聚氯乙烯樹脂中增塑劑量大于25份即變成軟質(zhì)塑料,伸長(zhǎng)率增加,而拉伸強(qiáng)度、剛度、硬度等力學(xué)性能均降低;增塑劑加入量小于25份時(shí)為硬質(zhì)或半硬質(zhì)塑料,具有較高的力學(xué)強(qiáng)度。
聚氯乙烯是無定型聚合物,它的玻璃化溫度(Tg)為80oC左右,在此溫度下即開始軟化,隨著溫度的升高,力學(xué)性能逐漸喪失。顯然,Tg是聚氯乙烯理論使用溫度的上限。但在實(shí)際應(yīng)用中,聚氯乙烯的長(zhǎng)期使用溫度不宜超過65oC。聚氯乙烯的耐寒性較差,盡管齊催化溫度低于-50oC,但低溫下即使軟質(zhì)聚氯乙烯制品也會(huì)變硬、變脆。由于聚氯乙烯含氯量達(dá)65%,因而具有阻燃性和自熄性。
聚氯乙烯的熱穩(wěn)定性差,無論受熱或日光都能引起變色,從黃色、橙色、棕色直到黑色,并伴隨著力學(xué)性能和化學(xué)性能的降低。
聚氯乙烯具有較好的典型能,其電絕緣性可與硬橡膠媲美。
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聚氯乙烯的應(yīng)用比較廣泛。在包裝材料方面,它可制造包裝薄膜、收縮薄膜、復(fù)合薄膜和透明片材,還可制作集裝箱和周轉(zhuǎn)箱以及包裝涂層。
四、聚苯乙烯(PS)
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聚苯乙烯是質(zhì)硬、脆、透明、無定型的熱塑性塑料。沒有氣味,燃燒時(shí)冒黑煙。密度為1.04~1.09g/com3,易于染色和加工,吸濕性低,尺寸穩(wěn)定性、電絕緣和熱絕緣性能好。
聚苯乙烯的力學(xué)性能同制造方法、分子量大小、取向度以及所含雜質(zhì)有關(guān)。分子量大的強(qiáng)度高,分子量在5萬以下的拉伸強(qiáng)度很低,10萬以上的其拉伸強(qiáng)度的改善就不明顯了。分子量高時(shí)成型困難,通常分子量控制在5~20萬。
聚苯乙烯可溶解于許多溶劑中,如苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、鄰二氯苯等。
聚苯乙烯的透光率為87%~92%,其透光性僅次于有機(jī)玻璃。折光指數(shù)為1.59~1.60。受光照射或長(zhǎng)期存放,會(huì)出現(xiàn)面混濁和發(fā)黃現(xiàn)象。
聚苯乙烯毒性低,屬于衛(wèi)生安全的塑料品種。
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聚苯乙烯由于具有高透明度、廉價(jià)、剛性、絕緣、印刷性好、易成型等優(yōu)點(diǎn),使它在青工制品,裝潢和包裝等方面有一定的使用價(jià)值。
五、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇脂
一)性能
聚對(duì)苯二甲酸乙二醇脂系結(jié)晶型聚合物,密度為1.30~1.38g/cm3,熔點(diǎn)為255oC~260oC,在熱塑性塑料中具有大的強(qiáng)韌性,其薄膜拉伸強(qiáng)度可與鋁箔相匹敵,為聚乙烯的9倍,聚碳酸酯和尼龍的3倍。
聚對(duì)苯二甲酸乙二醇脂在較寬的溫度范圍內(nèi),保持其優(yōu)良的物理機(jī)械性能,-20o~80Co內(nèi)溫度的影響很小,長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)120oC,能在150oC使用一段時(shí)間。
聚對(duì)苯二甲酸乙二醇脂在較高溫度下,也能耐氟氫酸、磷酸、乙酸、乙二酸,但鹽酸、硫酸、硝酸能使它受到不同程度的破壞,如拉伸強(qiáng)度下降。強(qiáng)堿尤其是高溫下的堿,能使它的表面發(fā)生水解,其中以氨水的作用更劇。
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聚對(duì)苯二甲酸乙二醇脂除了大量用于抽絲做纖維外,多用于制造薄膜,大量用于電影片基、X光片基、錄音音像帶基。由于電性能好,在電氣、電子工業(yè)中可做B級(jí)(130oC)絕緣材料。此外,還大量用于吹塑瓶子,如用于調(diào)味品、食用油、飲料、化妝用品瓶子。注射制品堅(jiān)韌耐磨,吸濕性小,尺寸穩(wěn)定,彈性模量高,并具有優(yōu)良的電性能和耐化學(xué)性,主要用于機(jī)械、電氣電子精密結(jié)構(gòu)件,如線圈骨架、配電開關(guān)、繼電器原件等。
六、聚酰胺(PA)
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聚酰胺是乳白色或微黃色不透明粒狀或粉狀物,密度為1.02~1.15g/cm3,吸水率為0.3%~9.0%,隨著鏈節(jié)中碳原數(shù)的增加,密度和吸水率趨于降低。
聚酰胺的結(jié)構(gòu)可以看作是聚乙烯分子鏈中每間隔一定距離嵌入一個(gè)聚酰胺基團(tuán)。這中間隔隨鏈節(jié)中碳原子數(shù)的增加而增大,其性能受聚酰胺基團(tuán)的影響變小,作為聚乙烯的性質(zhì)增加。例如,聚酰胺的拉伸強(qiáng)度彎曲強(qiáng)度、熔點(diǎn)和吸水率等都隨著鏈節(jié)中碳原子數(shù)的增加而降低。但由于聚酰胺基團(tuán)的存在,聚酰胺類聚合物都顯示出耐磨、易吸水的共性。
與金屬比,聚酰胺的剛性比較低,表面硬度和耐蠕變性也較差,但它的比強(qiáng)度高于金屬,比壓縮強(qiáng)度與金屬相當(dāng)。
聚酰胺的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和硬度隨溫度和吸水率的增大而降低。而沖擊強(qiáng)度則隨溫度和吸水率的增大而明顯提高。
聚酰胺居于有優(yōu)良的耐磨性,各種聚酰胺的摩擦系數(shù)差別不大,通常在0.1~0.3之間。如果在聚酰胺中添加二流化鉬、石墨等填料或聚四氟乙烯粉末,可進(jìn)一步提高其耐磨性。
聚酰胺的熔點(diǎn)溫度范圍窄,通常在180oC~280oC之間,長(zhǎng)期使用溫度一般不宜超過100oC。若在100oC以上的溫度下長(zhǎng)期與氧接觸,會(huì)使制品逐漸呈現(xiàn)褐色,喪失使用性能。
大多數(shù)聚酰胺具有自燃性,少數(shù)品種具有可燃性,但對(duì)火焰的傳播速度很慢。
聚酰胺在室溫下耐稀酸、弱堿和大多數(shù)鹽類,但強(qiáng)酸、較高濃度的酸及強(qiáng)氧化劑會(huì)使其明顯受到侵蝕,在較高溫度下發(fā)生破壞。
聚酰胺的耐溶劑性優(yōu)良。能耐烴類、油類及一般溶劑,如四氧化碳、乙酸甲脂、苯、四氫呋喃等。它對(duì)礦物油、植物油均呈惰性,但水和醇及其類似的化合物能使聚酰胺溶脹,在常溫下可溶于極性的酚類化合物和氯化鈣的甲醇溶液。
各種聚酰胺的電性能在干態(tài)時(shí)基本相同,具有較高的電阻值,但隨著溫度和吸水率的增加有明顯的降低;介電常數(shù)與此相反,雖吸水率的增加而增大。
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聚酰胺在工業(yè)上主要用于制造各種機(jī)械、汽車、化工、電子和電器裝置的零部件,特別用于高強(qiáng)度或耐磨制件,如各種齒輪、滑輪、軸承、泵體中葉輪、風(fēng)箱葉片、高壓密封圈、閥座、墊片、各種殼體、工具手柄、支撐架、汽車燈照等。在電子儀器設(shè)備、繼電器等電器設(shè)備中制作零件、電梯導(dǎo)軌、建筑裝飾用扶手等。在包裝上可制成薄膜,與鋁箔制成復(fù)合材料,用于罐頭、食品和飲料的包裝。
七、聚偏二氯乙烯
(一)性能
聚偏二氯乙烯是硬幣、韌性、半透明至透明材料,帶有不同程度的黃色。經(jīng)紫光照射后發(fā)暗橙道淡紫色熒光。密度為1.70~1.75g/cm3,吸水性<0.1% 。
與其他塑料相比,聚偏二氯乙烯對(duì)很多氣體和溶液具有很低的透過率,故廣泛用作包裝材料。純聚偏二氯乙烯由于難以制得適當(dāng)?shù)臏y(cè)試樣品,因而很少獲知其機(jī)械性能。主要是測(cè)定共聚物的強(qiáng)度。聚偏二氯乙烯的機(jī)械性能與結(jié)晶的種類、數(shù)量和定向程度有關(guān)。拉伸強(qiáng)度隨結(jié)晶度升高,而韌性和伸長(zhǎng)率則隨之而下降。
聚偏二氯乙烯在熱、紫外線、離子輻射、堿性試劑、催化金屬或鹽類作用下容易分解,分解反應(yīng)的共同特點(diǎn)是有氯或氫釋放出來。
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聚偏二氯乙烯除作纖維用外,主要用作包裝薄膜。此外還可作為防濕的涂料和粘合劑。
八、聚乙烯醇
一)性能
聚乙烯醇的密度為1.26~1.29g/cm3,折射率為1.52,紫外線照射后發(fā)藍(lán)白色熒光。吸水性大,浸入水中能溶解。對(duì)纖維的含水率可達(dá)30%~50%,在65%RH、25oC環(huán)境下的濕率也可達(dá)4.5% 。能透過水蒸氣,但難透過醇蒸汽,更不能透過有機(jī)溶劑蒸汽、惰性氣體和氫氣。聚乙烯醇薄膜的阻氣性甚至優(yōu)于聚偏二氯乙烯薄膜。聚乙烯醇的彈性模數(shù)為4400~5400MPa,拉伸強(qiáng)度為35MPa,伸長(zhǎng)率取決于含濕量,平均可達(dá)450%;纖維的濕強(qiáng)度是干強(qiáng)度的55%~60%;薄膜的硬度隨分子量的增加而增加。聚乙烯醇雖為結(jié)晶性高聚物,但熔點(diǎn)不敏銳,融熔溫度范圍為220oC~240Co。玻璃化溫度為85oC。
聚乙烯醇受熱軟化,穩(wěn)定使用溫度為120oC~140Co。在250oC,有氧存在分解時(shí),產(chǎn)生自然。由于聚乙烯醇在一般氣候條件下都會(huì)吸濕,故不宜在電絕緣方面應(yīng)用。
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由于聚乙烯醇具有良好的透明性、五靜電性、韌性、印刷性,好的阻氣性和良好的耐化學(xué)性,作為水溶性的包裝材料是個(gè)分適宜的。
九、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物
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共聚物是高分子的熱塑性聚合物,是典型的無規(guī)共聚體。EVA由于在乙烯支鏈中引入由極性的醋酸集團(tuán)所組成的短支鏈,打亂了原來的結(jié)晶狀態(tài),從而降低了支鏈上乙烯的結(jié)晶度,同時(shí)還增加了聚合物鏈之間的距離。這就使EVA比聚乙烯更富有柔韌性和彈性。
的熔體指數(shù)(MI)的大小與聚合工藝條件有關(guān),亦與VA含量有關(guān),在同一聚合條件下,VA含量逾高,其MI亦逾高。
的介電常數(shù)、介電損耗角正切值與共聚物中VA含量呈線性的函數(shù)關(guān)系,即VA含量越高,其介電常數(shù)也就越大。
熱分解溫度為229oC~230o,也有文獻(xiàn)報(bào)道在250Co以上。
對(duì)于氣體和濕氣的滲透性要比低密度聚乙烯高,因此它不宜做高度抗?jié)B透材料。EVA的耐油、耐化學(xué)藥品性比聚乙烯、聚氯乙烯稍差,隨VA含量的增加,這一傾向愈加明顯。
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EVA可作為收縮薄膜、重包裝袋、可撓性電線和電纜護(hù)套,也常用于注射和吹塑制品、熱熔粘合劑、各種板材紙張涂層、泡沫制品等。EVA還可作為其他樹脂的改性劑。
十、聚碳酸酯
一)性能
聚碳酸酯是無色或微黃色透明顆粒,無味、無臭、無毒。密度為1.2g/cm3,吸水率小于0.16%,透明率為75%~90%,折光指數(shù)(25oC)1.5890,可制成透明、半透明,不透明的各種制品。
聚碳酸酯具有優(yōu)異的沖擊強(qiáng)度和耐蠕變性,拉伸強(qiáng)度和彈性模量也較高,而且能在較高的溫度范圍內(nèi)保持較高的力學(xué)強(qiáng)度;不足之處是它的疲勞強(qiáng)度和耐磨性差。聚碳酸酯既有良好的耐寒性,又有良好的耐熱性。它的脆化溫度為-100%,最高使用溫度為100%,可在-60~120oC下長(zhǎng)期使用。
聚碳酸酯對(duì)熱、氧、大氣和紫外線有良好的穩(wěn)定性。但長(zhǎng)期在室外使用或在強(qiáng)光照射下,其表面會(huì)變暗,失去光澤、泛黃,甚至產(chǎn)生龜裂。
聚碳酸酯是極性聚合物,電性能比非極性的碳?xì)渚酆衔锷圆睿詫儆陔娦阅軆?yōu)良的塑料品種。
(二)用途
聚碳酸酯的用途十分廣泛,可用作機(jī)械零件,能耐油酸可作食品和醫(yī)藥包裝薄膜,能經(jīng)受高溫消毒,可作外科醫(yī)療器械。由于其力學(xué)強(qiáng)度高,又可作安全防護(hù)用的面罩、安全帽、機(jī)械防護(hù)罩等,以及飛機(jī)的擋風(fēng)罩、座艙蓋、空調(diào)管道、艙門、儀表盤、座位及結(jié)構(gòu)材料等。日前,聚碳酸酯已成為航空和宇航工業(yè)中不可缺少的材料。