高分子工程材料包括塑料、合成纤维、橡胶和胶粘剂等。本节主要介绍工程上常用的高分子工程材料。

一、工程塑料

塑料是在玻璃态下使用的高分子材料。是在一定温度、压力下可塑制成型，并在常温下能保持其形状不变的材料。塑料与橡胶、纤维的界限并不严格，橡胶在低温下，纤维在定向拉伸前都是塑料。由于塑料的原料丰富、制取方便、成型加工简单、成本低，并且不同塑料具有多种性能，因而应用非常广泛。

1、工程塑料概述

⑴ 塑料的组成

 实际使用的塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂并塑制成型。树脂是塑料的主要成分，它对塑料的性能起着决定性作用。添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。其中填料主要起增强作用；增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性；固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构；稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命；润滑剂用于防止塑料成型加工过程中粘在模具上,并使制品表面光亮；着色剂用于塑料制品着色。其他的还有发泡剂、催化剂、阻燃剂、抗静电剂等。

⑵ 塑料的分类

按树脂受热时的行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。

按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。通用塑料产量大、价格低、用途广，主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等，是一般工农业生产和生活不可缺少的廉价材料，其产量约占塑料总产量的3/4以上。工程塑料是指在工程技术中用作结构材料的塑料，它们的力学性能较高，耐热、耐蚀性能也比较好，主要有聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、ABS、聚苯醚、聚砜、氟塑料等。特种塑料是指具有某些特殊性能如耐高温、耐腐蚀的塑料，这类塑料产量少，价格贵，只用于特殊需要的场合。

⑶ 塑料的性能特点

塑料的优点是相对密度小（一般为0.9~2.3），耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好，并有消音吸振性能。缺点是刚性差（为钢铁材料的1/100~1/10）、强度低（最高的玻璃纤维强化尼龙也只达到铸铁的强度水平）、耐热性差（只有少数塑料可用于200℃以上）、热膨胀系数大（是钢铁的10倍）、导热系数小（只有金属的1/200~1/600）、蠕变温度低（常温下受力时便会发生蠕变）、易老化。

2、 常用工程塑料

常用塑料的性能如表9-2所示。

⑴  一般结构用塑料

一般结构用塑料包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和ABS塑料等。

聚乙烯的合成方法有低压、中压、高压三种。高压聚乙烯质地柔软，适于制造薄膜。低压聚乙烯质地坚硬，适于做结构件，如化工管道、电缆绝缘层、小负荷齿轮、轴承等。

聚氯乙烯成本低，但有一定毒性。根据增塑剂的用量不同分为硬质和软质两种。硬质聚氯乙烯主要用于工业管道系统及化工结构件等，软质聚氯乙烯主要用于薄膜、电缆包覆等。

聚苯乙烯电绝缘性优良，但脆性大，主要用于日用、装潢、包装及工业制品，如仪器仪表外壳、接线盒、开关按钮、玩具、包装及管道的保温层、耐油的机械零件等。

聚丙烯具有优良的综合性能，可用来制造各种机械零件，如法兰、齿轮、接头、把手，各种化工管道、容器，以及医疗器械、家用电器部件等。

ABS塑料的结构式为  

由丙烯腈(A)—丁二烯

(B)—苯乙烯(S)三种单体共聚而成，兼具三组分的性能，是具有“坚韧、质硬、刚性”的材料，在机械、电气、纺织、汽车、飞机、轮船等制造工业及化学工业中被广泛应用。

⑵  摩擦传动零件用塑料

这类塑料主要包括聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚四氟乙烯等。

聚酰胺又称尼龙或绵纶，品种很多，机械工业常用尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙1010、尼龙MC等。这种塑料强度较高，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工及电气零件。

聚甲醛具有优良的综合性能，广泛用于汽车、机床、化工、电气仪表、农机等工业。

聚碳酸酯具有优良的机械性能，尤以冲击强度和尺寸稳定性为突出，透明无毒，广泛用于机械、仪表、电讯、交通、航空、光学照明、医疗器械等方面。如波音747飞机上有2500个零件用聚碳酸酯制造，总重量达两吨。  

聚四氟乙烯俗称“塑料王”，具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀，摩擦系数极低，只有0.04。缺点是强度低、加工性差。主要用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。

⑶  耐蚀用塑料

耐蚀用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚、聚丙烯等。

氯化聚醚的化学稳定性仅次于聚四氟乙烯，但工艺性比聚四氟乙烯好，成本低。在化学工业和机电工业获得广泛应用，如化工设备零件、管道、衬里等。

⑷  耐高温件用塑料

这类塑料主要有聚砜、聚苯醚、聚酰亚胺及氟塑料等。

聚砜的热稳定性高是其最突出的特点。长期使用温度可达150~174℃，且蠕变值极低。它具有优良的机械性能和电性能，可进行一般成型加工和机械加工。广泛用于电气、机械设备、医疗器械、交通运输等工业。聚砜的结构式为                        

聚苯醚具有良好的综合性能，蠕变值低，且随温度变化小，使用温度宽（-190~190℃）。广泛用于机电、电器、化工、医疗器械等方面。

聚酰亚胺是耐热性最高的塑料。其在260℃下可长期使用，在惰性气体保护下，可在300℃下长期使用，但加工性能差、成本高。主要用于特殊条件下使用的精密零件、如喷气发动机供燃料系统的零件、耐高温、高真空的自润滑轴承及电气设备零件等。

⑸  热固性塑料

热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物。

酚醛树脂是由酚类和醛类合成的，应用最多的是苯酚和甲醛的聚合物。酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制成。这种塑料的性能因填料不同而变化，广泛用于制作各种电讯器材和电木制品（如插座、开关等），耐热绝缘部件及各种结构件。

环氧塑料是以环氧树脂为基，加入填料及其他添加剂而制成。环氧塑料强度高，耐热、耐蚀、电绝缘性好，主要用于制作仪表构件、塑料模具、粘合剂、复合材料等。

二、合成橡胶

橡胶是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。

1、橡胶的组成和性能特点

工业用橡胶是由生胶和橡胶配合剂组成。生胶是指无配合剂、未经硫化的橡胶，其来源有天然和合成两种。生胶的性能随温度变化很大，如高温发粘，低温变脆，必须加入配合剂，经硫化处理后才能制成各种橡胶制品。橡胶的配合剂有硫化剂、硫化促进剂、防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、着色剂等。

橡胶最大的特点是高弹性，它的弹性模量很低，只有1MPa。橡胶有储能、耐磨、隔音、绝缘等性能，广泛用于制造密封件、减振件、轮胎、电线等。

2、常用合成橡胶

合成橡胶按用途和用量分为通用橡胶和特种橡胶，前者主要用于制作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封装置等；后者主要用于高低温、强腐蚀、强辐射等特殊环境下工作的橡胶制品。常用橡胶的性能和用途见表9-2。