工程材料 9 高分子材料.ppt

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>104 。
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。
二、高分子材料的分类
⑴按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。
⑵按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物。
⑶按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物
⑷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
三、高分子材料的力学状态
1、线型非晶态高聚物的力学状态
⑴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Tg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
⑵高弹态:温度高于Tg,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。
⑶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Tf表示。
2、线型晶态高聚物和体型高聚物的力学状态
线型晶态高聚物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 Tm 以下与非晶态的玻璃相似,高于Tm 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Tg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。
体型高聚物的力学状态与交联点的密度有关。密度小,链段仍可运动,具有高弹态。密度大,链段不能运动。高聚物变得硬而脆。
线型晶态高聚物的温度-变形曲线
第二节常用高分子工程材料
高分子工程材料包括塑料、合成纤维、橡胶和胶粘剂等。
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。
⑴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。
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。
⑵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。
⑶塑料的性能特点
塑料的优点:
相对密度小(-);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1/100-1/10),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1/200-1/600);蠕变温度低、易老化。
(4)常用工程塑料
①一般结构用塑料
包括聚乙烯(PE)、聚***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。