黄科院金属材料及热处理教案项目15 高分子材料基础

项目十五高分子材料基础【内容简介】随着设备的规模化和自动化程度越来越高，传统的以金属修复方法为主的设备维护工艺技术已经远远不能满足针对更多高新设备的维护需求，为此诞生了高分子复合材料。本项目主要介绍高分子材料的概念、性能及常用塑料的种类。【学习目标】(1)掌握高分子材料的概念；(2)了解加聚反应和缩聚反应的特点；(3)了解高分子材料的性能特点；(4)掌握塑料的组成，性能及应用；(5)掌握橡胶的分类组成及应用。§15.1基本概念1.高分子化合物的组成高分子材料:以高分子化合物为主要组成的一类非金属材料，是有许多低分子化合物通过聚合反应、以一定方式重复连接起来的相对分子质量特别大的一类有机化合物，又称为高聚物或合成树脂。高分子材料根据来源不同分为：天然高分子材料(蚕丝、羊毛、油脂、天然橡胶、淀粉、蛋白质等)和人工合成高分子材料(塑料、合成橡胶、合成纤维、胶粘剂和涂料等)两大类。工程上使用的主要是合成高分子材料。组成高分子化合物的低分子化合物称为单体,即高分子化合物是由单体合成的，单体是高分子化合物的合成原料。如聚乙烯是由乙烯(CH2=CH2)单体聚合而成的。高分子化合物是由成千上万个结构相同的基本单元通过共价键重复连接而成的长链大分子化合物。2.高分子材料的合成方法由单体聚合成高聚物的方法有：加成聚合反应(加聚反应)和缩合聚合反应(缩聚反应)。加聚反应又可以分为：均聚反应和共聚反应均聚反应是由同一单体进行均加聚反应称为均聚反应。是通过加热或化学药品引发剂将单体的双链(键)或环打开，使许多单体结合成足够大的分子链。如聚乙烯由乙烯单体通过加聚反应制成。共聚反应：由两种或两种以上单体进行共加聚反应称为共聚反应。是对均聚物进行改性、制造新高分子化合物的重要途径。如：ABS塑料是由：丙烯晴、丁二烯和苯乙烯三种单体丁苯橡胶由：苯乙烯和丁二烯共聚合成缩聚反应由两种或两种以上具有可反应的活泼官能团(-OH、-COOH，-NH2等)的低分子化合物，通过官能团之间相互缩合作用，在分子之间生成新的化学键，从而把低分子化合物逐步合成高聚物。3.高聚物分子链的几何形状和特点高聚物分子链的几何形状一般有线型、支链型和网体型三种结构。§15.2高分子材料的性能特点一、高分子材料的力学性能(1)高聚物的聚集态结构固态高聚物也存在晶态和非晶态两种结构，分为晶态高聚物和非晶态高聚物。晶态高聚物中一般也只有部分结晶，存在一定的非晶体，结晶度影响着高聚物的各项性能。(2)线型非晶态高聚物的力学性能高聚物在不同温度下表现出三种不同的力学性能：玻璃态—高聚物的使用状态(塑料）表现出刚硬性，像玻璃，称为玻璃态。Tg-玻璃化温度Tg↑—塑料的使用温度范围扩大高弹态(橡胶)由刚硬状态变为柔软的高弹性状态。Tg↓—可提高橡胶的耐低温性能粘流态(流动树脂)粘流态是高聚物的成形加工状态，Tf—粘流温度。Tf高低决定高聚物成形加工的难易。二、高分子材料的一般特性质量轻、比强度高具有弹性和良好的可塑性化学稳定性好耐磨性和自润滑性好绝缘性好三、高聚物的老化及防老化措施高聚物的一个严重缺点是在氧气、热、紫外线、机械力、水蒸气、微生物等的作用下会逐渐失去弹性，出现龟裂、变硬或发粘、软化、变色、失去光泽等，这些现象称为老化。防止老化措施：改变高聚物的结构物理防老或表面处理(镀层防老化)化学防老化(加入各种防老剂)§15.3常用高分子材料一、工程塑料塑料是指合成树脂高分子化合物为主要成分，加入某些添加剂之后且在一定温度、压力下塑制成形的材料或制品的总称。塑料的组成

塑料是以有机合成树脂为基础，再加入添加剂所组成的。1.合成树脂是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主要组成，也起粘接剂作用。

2.添加剂为改善塑料的性能而加入的其它组成，主要有：

(1)填料或增强材料填料在塑料中主要起增强作用。

(2)固化剂可使树脂具有体型网状结构，成为较坚硬和稳定的塑料制品。(3)增塑剂用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。(4)稳定剂用以防止受热、光等的作用使塑料过早老化。(5)着色剂使塑料制品具有美观色彩(6)润滑剂防止塑料在加工成形过程中粘在模具或其它设备上。工程塑料的分类热塑性塑料聚乙烯(PE)聚丙烯(PP)ABS塑料聚氯乙烯(PVC)聚苯乙烯(PS)热固性塑料酚醛塑料(PF)环氧塑料(EP)热塑性材料特点是受热时软化或熔融，冷却时又会变硬，可以反复加工。成形简便，具有较高的力学性能。但耐热性和刚性差。热固性塑料开始受热时软化或熔融，可塑制成形，经过一定时间加热或加入固化剂后，化学结构发生了变化。不能用加热方法使之再软化。只能一次成形。优点是耐热性好，抗压性好，缺点是性能较脆，韧性差。常用于制作插头、开关、电话机、仪表盒等。塑料的成形和加工成形方法：压制成形包括模压和层压两种，主要用于热固性塑料。挤压成形适合于热塑性塑料的管、棒、板、线材等。注射成形利用塑料注射机完成，适合与热塑性或流动性较大的热固性塑料。浇注成形与金属铸造相似。加工方法：切削加工胶接表面处理二、橡胶性能特点弹性变形量可达100%~1000%，而且回弹性好，回弹速度快。橡胶还有一定的耐磨性，很好的绝缘性和不透气、不透水性。用途弹性材料、密封材料、减震防震材料、传动材料等橡胶的分类(1)天然橡胶割取橡胶树上的胶乳，经凝固、干燥、加压等工序制成的片状生胶，再经硫化工艺制成的弹性体。(2)合成橡胶以烯烃为原料人工合成。丁苯橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶等，主要用于制造轮胎、运输带、胶管、胶板等。橡胶的组成生胶未加配合剂的天然或合成橡胶制品统称为生胶。增强材料提高橡胶制品的承载能力，各种纤维物质、金属丝等。配合剂为了提高橡胶制品的使用性和工艺性。1)硫化剂(硫磺)作