工程材料与机械制造基础高分子材料

書式設定, 書式設定,第 2 ,第 3 ,第 4 ,第 5 ,*,*,工程材料与机械制造基础,Dalian University of Technology,第六章,-2,高分子材料,*,1,主 要 内 容,概述,高分子材料的基本概念,高分子材料的结构,高分子材料的力学状态,高分子工程材料,工程塑料,合成橡胶,*,2,概述,一、高分子材料的基本概念,高分子材料是以,高分子化合物,为主要组分的材料。常称,聚合物,或,高聚物,。,高分子材料,高分子化合物的分子量一般,10,4,。,高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。,3,1,、高分子化合物的组成,由简单的结构单元重复连接而成。如由乙烯合成聚乙烯,: CH,2,=CH,2,+CH,2,=CH,2,+,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-CH,2,-,可简写成,n CH,2,=CH,2,。, CH,2,CH,2,n,组成聚合物的低分子化合物称为,单体,。,聚合物的分子为很长的链条，称为,大分子链,。, CH,2,CH,2,n,大分子链中重复结构单元,(,如聚乙烯中,),称为,链节,。,聚乙烯分子链,概 述,4,2,、高分子材料的分类, 按,用途,分,塑料,、,橡胶,、,纤维,、,胶粘剂,、,涂料,等。, 按聚合物,反应类型,分为,加聚物,和,缩聚物,。, 按聚合物的,热行为,分为,热塑性聚合物,和,热固性聚合物,。, 按主链上的,化学组成,分为,碳链,聚合物、,杂链,聚合物和,元素,有机聚合物,概 述,5,二、高分子材料的结构,1,、大分子链的结构, 大分子链的柔顺性,大分子链主链共价键有一定,键长,和,键角,，保持键长和键角不变时单键可任意旋转，称单键的,内旋转,。,内旋转使大分子链卷曲成各种不同形状，对外力有很大的适应性，这种特性称为大分子链的,柔顺性,。,柔顺性与单键内旋转的难易程度有关。,概 述,6,大分子链的形状,按照大分子链的,几何形状,，可将高分子化合物分为,线型结构,、,支链型结构,和,体型结构,。,线型,结构高聚物的弹性、塑性好，硬度低，是,热塑性,材料。,支链,型结构近于线型结构 。,体型,结构高聚物硬度高，脆性大，无弹性和塑性，是,热固性,材料。,概 述,7,2,、高分子的聚集态结构,固态高聚物分为,晶态,和,非晶态,两大类，晶态为,分子链排列规则,的部分，而排列不规则的部分为非晶态。,一个,大分子链,可以穿过几个晶区和非晶区。,晶区,熔点、密度、强度、硬度、刚性、耐热性、化学稳定性高，而弹性、塑性、冲击强度下降。,概 述,8,三、高分子材料的力学状态,1,、线型非晶态高分子材料的力学状态, 玻璃态：,低温下，,链段不能运动,。在外力作用下，只发生大分子原子的微量位移，产生,少量弹性变形,。,高聚物呈玻璃态的最高温度称,玻璃化温度,，用,T,g,表示。用于这种状态的材料有,塑料,和,纤维,。,线型非晶态高聚物的温度,-,变形曲线,概 述,9,高弹态：,温度,高于,T,g,，分子活动能力增加，受力时产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是,橡胶,。, 粘流态：,由于温度高，分子活动能力很大，在外力作用下，,大分子链,可以,相对滑动,。粘流态是高分,子材料的,加工态,，大分子链开始发生粘性流动的温度称,粘流温度,，用,T,f,表示。,线型非晶态高聚物的温度,-,变形曲线,概 述,10,2,、线型晶态高分子材料的力学状态,分为,一般分子量,和很,大分子量,两种情况。一般分子量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在,T,m,以下,与,非晶态的玻璃,相似，,高于,T,m,则进入,粘流态,。分子量很大的晶态高聚物存在,高弹态,。,部分结晶高聚物在非晶区,T,g,与晶区,T,m,间,非晶区柔性好,晶区刚性好,处于韧性状态,即,皮革态,。,线型晶态高聚物的温度,-,变形曲线,概 述,11,材料的特点,材料的密度,概 述,12,材料的特点,使用温度,概 述,13,材料的特点,断裂韧度,概 述,14,高分子工程材料,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。,高分子材料,15,一、工程塑料,塑料,是在玻璃态下使用的高分子材料。在一定,温度,、,压力,下可,塑制成型,，在常温下能保持其形状不变。,1,、工程塑料概述,塑料的组成,塑料是以,树脂,为主要成分，加入各种,添加剂,。,树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。,塑料制品,高分子工程材料,16,添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。,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,用于防止塑料加工时粘在模具上,使制品光亮；,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。,添加剂,工程塑料,17,塑料的分类,按树脂,受热时行为,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。,工程塑料,力学性能高，耐热、耐蚀性能好。,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。,热固性塑料制品,工程塑料,18,塑料的性能特点,塑料的优点：,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；有,消音吸振,性能 。,塑料的缺点：,刚性差,(,为钢铁材料的,1/1001/10),，,强度低,；,耐热性,差、,热膨胀系数大,（是钢铁的,10,倍）、,导热系数小,(,只有金属的,1/2001/600),；,蠕变温度,低、,易老化,。,工程塑料,19,2,、常用工程塑料, 一般结构用塑料,包括,聚乙烯,(PE),、,聚氯乙烯,(PVC),、,聚苯乙烯,(PS),、,聚丙烯,(PP),和,ABS,塑料,等。,聚丙烯具有优良的综合性能，可制造各种机械零件。,ABS,塑料 “坚韧、质硬、刚性” ，应用广泛。,PE,波纹管,PP,方向盘,ABS,阀门,P,S,管,工程塑料,20,聚酰胺,又称,尼龙,或,绵纶,，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 。,尼龙管件,PC,挡风板,聚碳酸酯,具有优良的机械性能，透明无毒，应用广泛。,摩擦传动零件用塑料,包括,聚酰胺,(PA),、,聚甲醛,(POM),、,聚碳酸酯,(PC),、,聚四氟乙烯,(PTFE),等。,工程塑料,21,密封件,聚四氟乙烯管,聚四氟乙烯零件,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。,工程塑料,22,耐蚀用塑料,耐蚀用塑料主要有,聚四氟乙烯,、,氯化聚醚,(PENTON),、,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。,氯化聚醚防腐蝶阀,工程塑料,23,耐高温件用塑料,有,聚砜,(PSF),、,聚苯醚,(PPO),、,聚酰亚胺,(PI),及,氟塑料,等。,聚砜,的热稳定性高是其,聚酰亚胺层压板,最突出的特点。使用温度达,150174,。用于机械设备等工业。,聚苯醚,具有良好的综合性能,用于机电等方面。,聚酰亚胺,在,260,下可长期使用。主要用于特殊条件下使用的精密零件。,工程塑料,24,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。,酚醛塑料,是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制成。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。,电器配件,工程塑料,25,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,工业用橡胶由,生胶,和,橡胶配合剂,组成。生胶无配合剂并未经硫化。橡胶配合剂有,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,。橡胶有,储能,、,耐磨,、,隔音,、,绝缘,等性能。,高分子工程材料,26,2,、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。,密封圈,胶管,轮胎,高分子工程材料,27,谢谢！,*,28,