Ch9高分子材料.ppt
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1、第九章 高分子材料,9.1 高分子材料概述 9.2 高分子材料的性能 9.3 常用高分子材料,9.1 高分子材料概述,一、高分子化合物的组成 二、高分子化合物的合成方法 三、高分子化合物的结构 四、高分子化合物的分类,高分子材料是以高分子化合物为主要成分,与各种添加剂配合而形成的材料。,高分子化合物是由大量的大分子构成的,而大分子是由一种或多种低分子化合物通过聚合连接起来的低分子或网状的分子。因此高分子化合物又称高聚物或聚合物。 组成高分子化合物的低分子化合物称为单体。 大分子链中的重复单元称为链节,链节的重复数称为聚合度。 高分子化合物的相对分子质量:M=mn 其中m为链节相对分子质量;n为
2、聚合度,一、高分子化合物的组成,9.1 高分子材料概述,例:聚氯乙烯 m = 62.5,n为800 2400,计算得M 50000 150000,二、高分子化合物的合成方法,将低分子化合物(单体)聚合形成高分子化合物(聚合物、高聚物)的过程-聚合反应 。,(一)加聚反应 整个反应过程可分为链的引发、链的增长、链的终止和链的转移四个阶段。若加聚反应的单体为一种,反应称为均聚反应,产品为均聚物;若单体为两种或两种以上,反应称为共聚反应,产品为共聚物。,9.1 高分子材料概述,聚氯乙烯,丁苯橡胶,二、高分子化合物的合成方法,(二)缩聚反应,9.1 高分子材料概述,三、高分子化合物的结构,头头,尾尾,
3、头尾,(一)大分子链结构 1. 大分子链的化学组成 2. 结构单元的键接方式和链的构型 (1)键接方式,还有无规共聚、交替共聚、嵌段共聚及接枝共聚等。,9.1 高分子材料概述,(2)空间构型,三、高分子化合物的结构,9.1 高分子材料概述,3. 大分子链的形状,(1)线型分子链 (2)支化型分子链 (3)体型分子链 (1)(2)称线型聚合物,可反复使用; (3)称体型聚合物,不可反复使用。,4. 大分子链的柔顺性 (单键内旋转所致),三、高分子化合物的结构,9.1 高分子材料概述,(二)高分子化合物的聚集态结构,1. 晶态结构(含晶区和非晶区) 2. 非晶态结构(长程无序,近程有序,均相,各向
4、同性) 3. 液晶态(介于晶态和非晶态之间,物理状态为液体,又具有晶体的有序性) 4. 取向态结构(在外力作用下,卷曲的大分子键沿外力方向平行排列而形成 定向结构,各向异性),三、高分子化合物的结构,9.1 高分子材料概述,三、高分子化合物的结构,9.1 高分子材料概述,四、高分子化合物的分类,1. 按来源分为:天然聚合物和合成聚合物。 2. 按性能和用途分为:塑料、橡胶、纤维、胶粘剂和涂料等。 3. 按热行为可分为:热塑性聚合物和热固性聚合物。 4. 按主链结构分为:碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物。,9.1 高分子材料概述, 9 .2 高分子材料的性能,一、高分子化合物的力学性能 二
5、、高分子化合物的物理化学性能 三、高分子化合物的老化及防止 四、高分子材料的改性方法,(二)粘弹性 高聚物的粘弹性是指高聚物材料既具有弹性材料的一般特性,又具有粘性流体的一些特性,即受力同时发生高弹性变形和粘性流动,变形与时间有关。主要表现在蠕变、应力松弛、滞后和内耗等现象。,2. 滞后和内耗 在交变应力作用下,变形速度跟不上外力变化的现象称为滞后。 形变过程中克服内摩擦力时,一部分机械能被损耗,转化为热能,即内耗。 内耗大对减振和吸声有利,但内耗会引起发热,导致高聚物老化。,一、高分子化合物的力学性能,9 .2 高分子材料的性能,1. 蠕变和应力松弛 在一恒定温度和应力作用下,应变随时间延长
6、而增加的现象称为蠕变。 在应变恒定的情况下,应力随时间延长而衰减的现象称为应力松弛。,(一)高弹性,一、高分子化合物的力学性能,9 .2 高分子材料的性能,粘弹性:应变滞后于应力作用。,(三)强度和断裂 1. 强度很低,但有时比强度高于一些金属。 2. 裂纹易扩展,某些高聚物有环境应力断裂现象。 3. 冲击韧度相差很大。 4. 硬度虽低,但耐磨性高,如塑料摩擦系数小,还有自润滑性。,9 .2 高分子材料的性能,一、高分子化合物的力学性能,(四)耐磨性,9 .2 高分子材料的性能,一、高分子化合物的力学性能,9 .2 高分子材料的性能,一、高分子化合物的力学性能,9 .2 高分子材料的性能,一、
7、高分子化合物的力学性能,9 .2 高分子材料的性能,一、高分子化合物的力学性能,9 .2 高分子材料的性能,一、高分子化合物的力学性能,二、高分子化合物的物理化学性能,(一)高的电绝缘性。 (二)耐热性较差,导热性能低,线膨胀系数大。 (三)化学稳定性较高,耐酸、碱腐蚀。,9 .2 高分子材料的性能,高分子化合物在长期存放和使用过程中,由于受光、热、氧、机械力、化学介质和微生物等因素的长期作用,性能逐渐变差,如变硬、变脆、变色,直到失去使用价值的过程称为老化。,9 .2 高分子材料的性能,三、高分子化合物的老化及防止,四、高分子材料的改性方法,(一)填充改性 (二)增强改性 (三)共混改性 (
8、四)化学改性, 9.3 常用高分子材料,一、塑料 二、橡胶 三、合成纤维 四、粘接剂,一、塑料,9.3 常用高分子材料,(一)塑料的组成及分类 (二)塑料的成型及加工方法 (三)常用塑料,(一)塑料的组成及分类,一、塑料,1. 塑料的组成 (1)树脂(占塑料的40% 100%) (2)填充剂 (3)增塑剂 (4)稳定剂(热稳定、光稳定) (5)润滑剂(防粘着) (6)固化剂 (7)发泡剂(泡沫塑料用),9.3 常用高分子材料,2. 塑料的分类,一、塑料,9.3 常用高分子材料,(1)按塑料受热时的性质分为:热塑性塑料和热固性塑料。 热塑性塑料:受热时软化或熔融,冷却后硬化,并可反复多次。分子结
9、构为链状的线型结构,塑料成型后可反复加热重新塑制的塑料,如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料等。 热固性塑料:在加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制 品,不可再生。分子结构为网状的体型结构,塑料成型后不能再度加热,只能塑制一次的塑料。如氨基塑料、酚醛塑料等。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,各种塑料的力学性能差异很大,一般热塑性塑料的抗拉强度为50 100 MPa之间,热固性塑料的抗拉强度为30 60 MPa。,2. 塑料的分类,(2)按塑料的功能和用途分为: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、价格低的塑料,主要有PE、PVC、PS、PP等,占塑料的总产量的75
10、%。 工程塑料是指具有较高性能,能替代金属用于制造机械零件和工程构件的塑料,如ABS、PSF、PC、PMMA等。 特种塑料是指具有特殊性能的塑料,如导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,2. 塑料的分类,(3)按塑料本身的性能分类: 硬质塑料 在相对湿度50%,塑料的挠曲及弹性模量在700MPa以上的塑料, 如硬聚氯乙烯塑料。 软质塑料 在相对湿度50%, 塑料的挠曲及弹性模量低于70MPa的塑料,如软聚氯乙烯塑料。 泡沫塑料 塑料在加工成型时,用化学或机械方法使内部产生微孔而具有隔声、保温、绝热性能的塑料。如聚苯乙烯泡沫塑料。 增强塑料 用纤维及其织物或片状材料
11、增强的塑料,如玻璃钢(玻璃纤维增强塑料)、层压塑料等。 钙塑材料 树脂中加入大量钙盐填料(如碳酸钙、亚硫酸钙等)、助剂等加工而成的可代替纸和木材的塑料。如钙塑板、钙塑门窗等。 透光塑料 有优良的透光、透明性能的塑料,如有机玻璃等。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,(二)塑料的成型及加工方法,一、塑料,2. 加工方法(二次加工) 加工视频 主要加工方法有机械加工、焊接、粘接、表面喷涂、电镀、镀膜、彩印等。,9.3 常用高分子材料,1. 成型方法 (1)注射成型 (2)挤出成型 (3)吹塑成型 (4)浇铸成型 (5)模压成型,(1)注射成型(视频) 又称注塑成型,是热塑性塑料的主要成型方法 之一
12、,是利用注射机中螺杆或柱塞的运动,将料筒已加热塑化的粘流态塑料 用较高的压力和速度注入到预先合模的模腔内,冷却硬化后成为所需的制品。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,(2)挤出成型(视频) 又称挤塑成型,主要适合热塑性塑料成型,也 适合一部分较好的热固性塑料和增强塑料的成型。其原理是利用机筒内螺杆 的旋转运动,使熔融塑料在压力作用下连续通过挤出模的型孔或口模,待冷 却定型硬化后而得各种断面形状的制品。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,一、塑料,9.3 常用高分子材料,(3)吹塑成型(视频) 用挤出、注射等方法制出管状型坯,然后将 压缩空气通入热塑状态的型坯内腔中,使其膨胀成为所需形状的塑料
13、制品。 分为冷型坯吹塑和热型坯吹塑。前者是将注射制成的试管状有底型坯冷却后 移入吹塑模内,将型坯再加热并通入压缩空气吹胀成型;后则是将注射制成 的试管状在底型坯立即趁热移入吹塑模内进行吹胀成型。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,(4)浇铸成型 又称铸塑成型,将加有固化剂和其他助剂的液态树脂混合 物料倒入成型模具中,在常温或加热条件下使其逐渐固化而成为具有一定形状 的制品(生产大型制品)。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,(5)模压成型(视频) 又称压塑成型,其原理是将定量的塑料原料置于金属 模具内,闭合模具,加热加压,使塑性原料塑化流动并充满模腔,同时发生化学 反应而固化成型(用于热固性塑
14、料,适用于形状复杂嵌件的制品)。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,(6)真空热成型,一、塑料,9.3 常用高分子材料,(三)常用塑料,一、塑料,9.3 常用高分子材料,表9-1 常用塑料的性能,一、塑料,9.3 常用高分子材料,酚醛塑料制品,聚丙烯,聚四氟乙烯垫片,膨体聚四氟乙烯生料带,尼龙轴套,显微镜 ABS,摩托车挡泥板ABS,一、塑料,9.3 常用高分子材料,丙烯腈(A) 丁二烯(B) 苯乙烯(S),一、塑料,9.3 常用高分子材料,一、塑料,9.3 常用高分子材料,一、塑料,9.3 常用高分子材料,例题:机械式计数器内部有一组计数齿轮,最高转速为 350r/min, 该齿轮用下列哪些
15、材料制造合适, 并简述理由。 40Cr、20CrMnTi、尼龙66。,工作条件分析:计数器齿轮工作时,运转速度较低、承受的扭矩很小,齿轮间存在摩擦,因此要求摩擦系数小,耐磨性好。由于该结构特点要求选材时重量要轻,工作噪音要小,在无润滑条件下长时间工作,制造工艺简单,价格便宜,很明显,40Cr,20CrMnTi等合金钢由于价格太贵、太重、加工复杂而不合适。 而尼龙66工程塑料较为合适。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,其原因: (1)有足够的抗弯强度(7090MPa)和冲击吸收功(1045J)。 (2)耐磨、减磨、消音、耐应力开裂。 (3)40100可长期使用。 (4)有较好的弹性,吸震,防冲
16、击,噪声小。 (5)重量轻。 (6)耐蚀性好。 (7)可用注射法一次成型,制造工艺简单,生产率高,成本低。,高密度聚乙烯(HDPE) 杨氏模量、抗张强度、硬度及耐热性较高,尺寸稳定性好,坚韧能弯曲,使用温度80100 ,电绝缘性和耐辐射性良好,可做拉手,负荷较小的结构材料。 低密度聚乙烯 延伸性能好,常用做薄膜制品。 机械强度不高,热变形温度低,不能承受较高负荷。,1. 聚乙烯(PE),9.3 常用高分子材料,机械强度较高,电性能优良,抗老化性好,耐酸碱,化学稳定性好;热软化点低。根据组分不同可制得软、硬两种制品。 热软化点低,耐热性差。应避阳光直射和靠近炉灶和暖气片。如有破裂可用电烙铁烫软后
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