高分子材料课件(专业)PPT课件

22.05.2020，1，高分子材料，HighpolymerMaterial，工程材料多媒体课件，发表人：李安铭材料科学与工程学院，22.05.2020，2，绪论，一，非金属工程材料定义：金属材料以外的所有工程师被称为三大固体材料、材料三大支柱。22.05.2020、3、2、非金属材料的发展：1 .金属材料的优点和局限性：珂赛特：金属今后将成为主要工程材料。22.05.2020、4、极限：密度小，难以应用耐腐蚀、电绝缘、减震、消音、耐高温等。 密度：钢7.8、铝2.7、高分子0.8-2.0； 耐腐蚀：金属难以与陶瓷相比，耐高温：金属耐热钢800、镍基合金1000、钼基合金1300、陶瓷工作温度1700-2000； 22.05.2020，5，2 .非金属材料的发展史： (1)高分子材料： 1920年，确立了“高分子链结构说”，合成高分子材料诞生了。 因为发展很快，所以体积上来说。 22.05.2020、6、(2)陶瓷材料：传统陶瓷是陶器、瓷器、玻璃、水泥，性能硬、脆的现代陶瓷是所有无机非金属材料的总称。 近30年来，以氧化物(例如Al3O2)、氮化物(例如Si3N4)和碳化物(例如SiC )等高纯度化合物为原料，经过传统的陶瓷生产技术制作的无机多晶制品已经成为：的主力。22.05.2020、7、(3)复合材料：高比强度、高刚性、低密度等，单一材料与合金无法相比。 (4)非金属材料不是金属材料的替代品，是具有优良性能不可或缺的材料。 例如美国的“哥伦比亚”号航天飞机，机体复盖1万枚以上的绝热陶瓷，保护飞机。22.05.2020、8、3、非金属材料的发展趋势：1、开发具有优良性能的新材料2 .对现有材料进行改性如添加剂改性，是工程材料的主要发展方向。 3、开发复合材料：传统纤维增强树脂复合； 目前：金属基复合、陶瓷基复合、功能复合材料如建筑屋顶、部件、发电、供暖已成为一体。 4、新型功能塑料的研制：如导电塑料、导磁塑料、医用塑料、人工降解塑料等。 22.05.2020、9、基本概念、第一节、基本概念、22.05.2020、10、1、高分子材料的基本概念1、高分子化合物：是指分子量大的有机化合物，每分子可以含有数千、数万或数十万个原子。 也称为高分子化合物、或高分子化合物，分子量 500，称为高分子，通常的高分子材料的分子量在103-106间.22.05.2020、11，2、以高分子材料：高分子化合物为主要成分材料. 主要包括塑料、橡胶、化学纤维等。22.05.2020、12、二、高分子化合物组成、定义：构成高分子化合物的单纯低分子化合物. 或者，所有能够聚合成大分子链的低分子化合物。 例如乙烯分子： CH2=CH2，高分子化合物的分子量大，但其化学组成并不复杂，通常是由一种或几种低分子化合物聚合而成的。 例如：聚乙烯、1、高分子化合物单体、链和聚合度：单体：22.05.2020、13、单体的必要条件：能够形成至少2个以上新键的有机化合物. 例：烯烃、双键； 阿尔金，三键。 链接：定义：构成高分子化合物的重复结构单元称为链接。 例如，聚合度：高分子链中数n。 22.05.2020、14，2、高分子化合物分子量的多分散性和平均分子量：高分子化合物的分子量为m :m:链的分子量； n:聚合度的分子量不同，高分子化合物的性能和物理状态不同。 例如聚乙烯、22.05.2020、15、高分子化合物分子量的多分散性：低分子化合物决定均匀的分子量。 例如H2O、18； co 2，44。 高分子化合物总是由不同大小的分子构成，这种现象称为高分子化合物分子量的多分散性。例如：聚苯乙烯：分子量10000300000聚丙烯树脂：分子量60000500000，分子量分散性对性能有影响。 显示22.05.2020，16，平均分子量，I，平均分子量，并具有统计概念。 ii、平均分子量和分布宽度窄(分散性大小)影响高分子化合物的物理、力学性能. 越大，强度越高，硬度越高，但熔融粘度越大，流动性差。 分散性大熔融温度范围扩大，有利于加工成形，但耐撕裂性差。 、生产中通过控制产品分子量大小和分布情况，改善性能满足不同需求。 22.05.2020，17，分子量过高的部分增加聚合物的强度，加工成形时难以塑化的低分子量部分降低聚合物的强度，但加工容易，用途不同的聚合物需要适当的分子量分布：合成纤维：分子量分布窄的塑料、橡胶：分子量分布宽； 常用聚合物的分子量(万)，22.05.2020，18，其中氯乙烯为聚氯乙烯单体，为聚氯乙烯的分子键链，n为聚合度。 聚合度反映高分子链的长度和分子量的大小，高分子化合物的分子量(m )是链的分子量(M0 )和聚合度(n )的积。 M=M0n、22.05.2020、19、三、高分子化合物的聚合：定义：将一种或多种单体相互加成、环状化合物开环而与聚合物结合的反应称为加成聚合反应。 均聚物：通过单体加聚反应生成的高分子化合物； 例如，聚乙烯、聚苯乙烯等。 特征：聚合物的结构单元与单体组成相同，分子量为单体分子量整数倍的聚合过程中产生副产物。22.05.2020、20、共聚物：是2种以上的单体经过加成聚合反应生成的高分子化合物。 如： ABS塑料。 a :丙烯酸b :丁二烯s :苯乙烯、ABS、22.05.2020、21、I、共聚反应式： ii、注：共聚物不能理解为混合物，主链中含有2种以上单体链的新聚合物。 iii、共聚物中单体链的排列方式： a、b为2种单体的无规共聚：-a-b-a-b-a-b-b-b-交替共聚：-a-b-a-b-a-b-a-，22.05.2020、22、分散共聚：-a-a-b-a-b-a-b-b-a接枝共聚： iv、共聚物的在ABS中，相应地，22.05.2020、23、一种单体或多种单体相互缩合而生成聚合物，同时析出其他低分子化合物(水、氨、醇、卤化物等)的反应称为缩聚反应。 2 .缩聚反应：共缩聚反应：利用两种以上单体的缩聚反应。 全部缩聚反应：单体缩聚反应。22.05.2020、24、特征：官能团间反应、缩聚物中有特征结构官能团的低分子副产物的缩聚物和单体的分子量不能为整数倍。22.05.2020、25、4、高分子材料的分类、来自: I、天然聚合物：天然橡胶、纤维素、蛋白质等。 ii、人工聚合物：人工改性的天然聚合物。 /硝酸纤维。 、合成聚合物：完全由低分子人工合成。 例如聚氯乙烯。22.05.2020、26、反应类型： I、加聚物：聚烯烃ii、缩聚物：酚醛树脂、工艺性质：塑料、橡胶、纤维、涂料、分子的几何结构： I、线状高分子； ii、体型高分子化合物、22.05.2020、27、高分子结构、第二节、MacromoleculeStructure、22.05.2020、28、结构分类：22.05.2020、29、1 .高分子链结构单元化学组成以元素周期表示为iiia、iva、va、via的非金属、亚金属元素由于高分子化合物中常见的c、h、o、n等元素均为轻元素，因此高分子材料具有密度小的特点。 其中c链最多。 c链结构，22.05.2020，30，一般为共享链，不易失去电子。 比重小，均轻元素： c、h、o、n。因此，高分子材料比重小，为0.292.0g/cm3 . 构成元素不同，性能差异较大。 假设聚乙烯中的h被f原子取代，聚四氟乙烯就是抗王水腐蚀的塑料王。四氟乙烯：聚乙烯：大分子链特征：22.05.2020，31，1 )线状分子链：由很多链构成的长链通常被缠绕成线状。 这种结构的高分子化合物的特点是弹性、塑性好、硬度低，是热塑性材料的典型结构。 2 )分支型分子链：主链具有分支。 这种结构高分子化合物的性能和加工均接近于线性分子链高分子化合物. 2 .大分子链形态：22.05.2020，32，3 )体型分子链：分子链间以多个链相互横向交联。 这种结构的高分子化合物硬度高，脆性大，没有弹性和塑性，是热固性材料的典型结构。 交联分子结构，三维空间分子结构，22.05.2020，33，线型体型的变化：(不可逆)在一定条件下，线型可以变为体型。 即固化或交联。 例如橡胶硫化等。 结构转换带来了很大的性能变化。 例如低密度聚乙烯：具有弹性，制作薄膜、哺乳瓶等的高密度聚乙烯：硬杯子，制作工程塑料的交联聚乙烯：作为海底电缆的包皮，具有优异的绝缘性、耐热性。 22.05.2020，34，结构不同的聚乙烯性能，22.05.2020，35，4 .大分子链的定位链的柔韧性和热运动特征： (1)大分子链的定位： I，大分子链的热运动：大分子链与其它物质一样处于不断的热运动中图：分子链可以在不改变链长和链角的情况下自旋。 大量的单链在任何时候都在旋转。22.05.2020、36、大分子链的构象：通过单链内旋转运动引起的原子空间位置的变化，构成大分子链的各种图谱被称为大分子链的构象。 (2)、大分子链的顺应性： I、大分子链上的单链的内旋运动，大分子链整体的形状和末端距离在每一瞬间都不同，大分子链弯曲或伸长，将此特性称为大分子链的顺应性。 柔顺性：大分子链的构象发生变化，可得到不同收缩程度的特性。22.05.2020、37、ii、顺应性的好坏与链的单链内转的难易度有关。 运动单位是连杆，连杆中包含的连杆数越少，运动越容易，大分子链的柔软性越好。 iii、高分子链的柔顺性是高分子化合物和低分子物质在很多基本性能上不同的原因。 例如：灵活性强。22.05.2020、38、高分子化合物的凝聚态结构：指高分子化合物内部的高分子链之间的几何排列或层叠结构，也称为超分子结构。 22.05.2020，39，根据分子空间排列的规律，高分子化合物可分为晶型、部分晶型和非晶(非晶) 3种。 2、高分子化合物结晶度：结晶结构在高分子化合物中所占的质量分数或体积分数称为结晶度。 另外，结晶性部分的结晶性非晶质，22.05.2020，40，结晶性越高，分子间力越强，因此高分子化合物的强度、硬度、刚性和熔点越高，耐热性和化学稳定性越好，与结合运动有关的性能的弹性、伸长率、冲击韧性越低。 (1)高分子化合物中不存在完全结晶性的高分子化合物，通常将超过结晶的50%的高分子化合物称为结晶高分子化合物。 在结晶性高分子中，有结晶区、非晶区。 结晶度一般为5090%，22.05.2020，41，(2)影响结晶度的要素： I，分子链的结构：结构简单，分子链短，有利于结晶化。 、外力的影响：拉伸促进高分子化合物的结晶。 原因：沿拉伸方向延伸，增加了分子链的接触面积和距离，提高了分子间的力和结晶能力。 例如尼龙绳，包装带越拉越强。 iii、冷却速度：从熔融状态慢慢冷却有利于结晶化，快速冷却不利于结晶化。 iv、温度：高分子化合物与结晶速度最快的温度TK相对应，在TK的温度下保温，结晶能够进行。例如天然橡胶，TK=-24，在低于TK的温度下轮胎运动时，会产生结晶，失去弹性。22.05.2020、42、3、结晶对高分子化合物性能的影响： (