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单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第九章 高分子材料,第一节 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。,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,-, CH,2,CH,2,n,可简写成,n CH,2,=CH,2,。,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,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,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。, 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。,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。,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, 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,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。,分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。,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,第二节 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。,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,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, 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, 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。,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,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。,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。, 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, 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。, 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,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。,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,
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