ch4高分子材料详解.ppt

1、第4章 高分子材料,1、什么是高分子材料？ 2、怎样制造或合成？ 3、结构（组成、形态、聚集态）？ 4、性能特点？,高分子材料概述,1、基本概念,天然高分子材料：,高分子材料,人工合成高分子材料：,蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡胶、蛋白质、淀粉等,塑料、合成橡胶、涂料、合成纤维、胶粘剂等,2、高分子材料的合成,（2）缩聚反应缩聚物 有低分子副产物,聚合反应低分子化合物（单体）聚合形成高分子化合物的过程,（1）加聚反应加聚物,主要是C、H、O，另外N、Cl、F、B、Si、S等。 共价键,3、大分子链的结构,（1）大分子链的化学组成,比较: 金属材料，各种金属元素，杂质及合金元素 金属键,A、线

2、型分子链：直径小，长度很长，呈卷曲或线团状 B、支化型分子链：有支链，枝型、梳型、线团型 C、体型分子链：三维网状大分子,（2）大分子链的形态,（3）高分子材料的聚集态,(1)低强度和较高的比强度 100MPa，1/41/6 (2)高弹性和低弹性模量 100%1000%，E=220MPa (3)塑性好和受迫弹性高 (4)粘弹性 蠕变、应力松弛和内耗三种现象。 (5)韧性好 在断裂前能吸收较大的能量 (6)高减摩、耐磨性 塑料的摩擦系数小，有些塑料具有自润滑性能,4、力学性能特点,5、物理、化学性能特点,（1）高绝缘性 （2）低耐热性 （3）低导热性 （4）高热膨胀性 （5）高化学稳定性 （6）

3、老化,第4章 高分子材料,4.1 工程塑料 4.2 合成纤维 4.3 合成橡胶 4.4 胶粘剂,1合成树脂 高分子化合物，主要组成，也起粘接剂作用， 占40100% 2添加剂 主要有填料、固化剂、增塑剂及稳定剂等。,4.1 工程塑料,一、塑料的组成 有机合成树脂 + 添加剂,(1) 填料或增强材料 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，使树脂成为较坚硬和稳定的塑料制品 (3) 增塑剂 提高树脂可塑性和柔性 (4) 稳定剂 防止老化,(1)热塑性塑料 加热时软化并熔融，可塑造成形，冷却后成型并保持既得形状，该过程可反复进行。 线型和支化型分子链构成的聚合物 优点：加工

4、成形简便，较高的机械性能 缺点：耐热性和刚性比较差,二、塑料的分类,1按树脂的性质分类,(2)热固性塑料 初加热时软化，可塑造成型，但固化后再加热将不再软化，也不溶于溶剂。 体型分子链构成的聚合物 优点：耐热性高，受压不易变形 缺点：机械性能不好 例：酚醛、环氧、胺基、不饱和聚酯,(1)通用塑料 聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚醛塑料和氨基塑料等。占塑料总产量的3/4。 (2)工程塑料 综合工程性能良好的各种塑料。聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯和ABS等四种。 (3)耐热塑料 能在较高温度（100200）工作，聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有机硅树脂、环氧树脂等。,2按使用范围分类,高压，质地柔软，制作塑

5、料薄膜、软管和塑料瓶等 低、中压，质地刚硬，耐磨性、耐蚀性及电绝缘性较好，常用来制造塑料管、板材、绳索以及承载不高的零件，如齿轮、轴承等。,三、常用塑料,1热塑性塑料,（1）聚乙烯(PE) 分子结构式：,性能：侧基CH3 常用塑料中最轻的（0.90.91g/cm3）。 耐热性、电绝缘性能和耐蚀性良好。 缺点：冲击韧性、耐低温及抗老化性差。 用途：可用于制作某些零部件，如法兰、齿轮、风扇叶轮、泵叶轮、把手、接头、仪表盒及壳体等。,（2）聚丙烯(PP) 分子结构式：,存在极性氯原子 硬质聚氯乙烯： 强度和耐蚀性好，管道、贮槽等 软质聚氯乙烯（3040%增塑剂）： 柔软、耐蚀和电绝缘，薄膜，软管、电

6、缆外皮,（3）聚氯乙烯(PVC) 乙炔+氯化氢氯乙烯，再聚合而成， 其分子结构式：,侧基上有苯环 性能：无色透明，几乎不吸水；耐蚀性、电绝缘性好。 缺点：抗冲击性差，易脆裂、耐热性不高，耐油性有限。 用途：灯罩、透明窗，电工绝缘材料等。 聚苯乙烯泡沫塑料，相对密度（0.033g/cm3）很小 ，用作隔音、包装及救生材料。,（4）聚苯乙烯(PS) 分子结构式：,性能：具有“硬、韧、刚”的特性，综合机械性能良好 用途：机械工业， 汽车零件， 纺织器材、电讯器件。,（5）ABS塑料 丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，分子结构式：,性能：突出的耐磨性和自润滑性能；良好韧性，强度较高；耐蚀性好；抗霉、

7、抗菌，无毒；成型性能好。,（6）聚酰胺(PA) 尼龙或锦纶，分子结构式有两类：,用途：要求耐磨、耐蚀的承载和传动零件。,（7）聚碳酸酯(PC) 分子链上有刚性的苯环，又有柔性的醚键 性能：具有优良的综合性能。冲击韧性和延性在热塑性塑料中是最好的；誉称“透明金属” 。,应用：受冲击和尺寸稳定要求 较高的零件， 绝缘件， 信号灯、挡风玻璃、座 舱罩、帽盔等。,（8）氟塑料 性能：耐高温、低温、腐蚀、老化，电绝缘，吸水性和摩擦系数低。 聚四氟乙烯聚(PTFE)俗称塑料王，可在-180260的范围内长期使用。 用途：减摩密封零件、化工耐蚀零件与热交换器，以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。,（9）聚甲基丙

8、烯酸甲酯(PMMA) 有机玻璃 性能：透明度比无机玻璃高；密度只有后者的一半；机械性能高。 缺点：表面硬度低、导热性差、热膨胀系数大，性脆,应用：风挡、舷窗、电视和雷达的屏幕、仪表护罩、外壳、光学元件、透镜等。,有机玻璃顶棚,(1) 酚醛塑料(PF) 由酚类和醛类缩聚合成酚醛树脂，再加入添加剂而制得的高聚物。 压塑粉（俗称胶木粉、电木粉） 性能：耐磨、绝缘、耐热、耐蚀 缺点：性脆，不耐碱 用途: 各种电讯器材和电木制品，例如插头、开关、电话机、仪表盒等。,2热固性塑料,(2) 环氧塑料(EP) 环氧树脂+固化剂 性能：强度较高，韧性较好；绝缘、耐热、耐寒；化学稳定性很高；易成型 缺点：有某些毒

9、性 应用：很好的胶粘剂； 塑料模具、精密量具； 配制各种漆、涂料，电器绝缘及印刷线路； 制备各种复合材料。,纤维：长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状物。 合成纤维：以石油、天然气、煤和石灰石等为原料，经过提炼和化学反应合成高分子化合物，再将其熔融或溶解后纺丝制得的纤维。 特点：更优越的性能，如强度高、密度小、弹性好、耐磨、耐酸碱性好、不霉烂、不怕虫蛀等。,4.2 合成纤维,一、合成纤维的生产,三个基本环节：单体制备和聚合、纺丝和后加工,（1）涤纶 聚酯纤维，又叫的确良 优点：具有高强度、高弹性、不易变形、耐磨、耐蚀，易洗快干，很好的衣料纤维。 缺点：吸水性差、不透气、穿着感差，摩擦易起静

10、电 （2）锦纶 聚酰胺纤维，又称尼龙 优点：强度大、耐磨性好、弹性好。 缺点：E低、容易变形，刚性差；耐酸、热、光性差。,二、常用合成纤维,（3）腈纶 聚丙烯腈纤维，又称奥纶、开米司纶 优点：质轻、柔软、保暖性好，不发霉、不虫蛀，吸湿性小，有“人造羊毛”之称。 缺点：耐磨性差、弹性差，摩擦起球、起静电。 （4）维纶 聚乙烯醇纤维 优点：吸湿性好，强度、耐磨性、耐腐蚀性均较高，又称“合成棉花”。 缺点：弹性差，织物易皱。,（5）丙纶 聚丙烯纤维 优点：纤维以轻、牢、耐磨著称，渔网、军用蚊帐。 缺点：可染性差，晒易老化。 （6）氯纶 聚氯乙烯纤维 优点：难燃、保暖、耐晒、耐磨、弹性好。 缺点：耐热

11、性差，染色性差，热收缩大。,4.3 合成橡胶,性能特点：极高弹性（1001000%）、回弹性好，回弹速度快。耐磨，很好绝缘性和不透气、不透水性。 用途：弹性、密封、减震防震和传动材料,一、橡胶的分类和橡胶制品的组成,1橡胶的分类,2橡胶制品的组成 生胶+配料 (1)硫化剂 硫化处理：变塑性生胶为弹性胶。硫磺、含硫化合物等 (2)硫化促进剂 胺类等，降低硫化温度、加速硫化过程 (3)补强填充剂 提高机械性能，改善加工工艺性能。碳黑、陶土等,（1）丁苯橡胶 以丁二烯和苯乙烯为单体共聚而成。其分子结构式为：,二、常用合成橡胶,1通用合成橡胶,性能 ：较好的耐磨性、耐热性、耐老化性，价格便宜。 用途：

12、轮胎、胶带、胶管及生活用品。,丁苯橡胶产量最大，应用最广的通用橡胶。,(2)顺丁橡胶 由丁二烯聚合而成，其结构式为： 弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶， 制造轮胎的优良材料。 缺点：强度较低、加工性能差,(3)氯丁橡胶 它是由氯丁二烯聚合而成。其分子结构式为：,性能：机械性能和天然橡胶相似，而且耐油、耐磨、耐热、耐燃烧、耐溶剂、耐老化性均优于天然橡胶， “万能橡胶” 缺点：耐寒性差（-35），密度大（1.23），成本高 用途：电线、电缆的包皮、胶管、输送带等。,(1)丁腈橡胶 由丁二烯和丙烯腈共聚而成。其分子结构式为：,优异的耐油性 主要用作各种耐油制品。如油箱、耐油胶管、密封垫圈、

13、耐油运输带、印刷胶辊及耐油减震制品。,2特种橡胶,主链由硅原子和氧原子以单键连接而成，具有高柔性和高稳定性。 硅橡胶高耐热性和耐寒性，-100350。优异的抗老化、绝缘性 用途：飞机和宇航中的密封件、薄膜、胶管等，耐高温的电线、电缆、电子设备等。,(2) 硅橡胶,键能很高的碳氟键，很高的化学稳定性。 高的耐腐蚀性，其耐热性也很好。 缺点：价格昂贵、耐寒性差、加工性能不好 用途：国防和高技术中的高级密封件、高真空密封件及化工设备中的衬里，火箭、导弹的密封垫圈等。,(3) 氟橡胶 结构式：,4.4 胶粘剂,又称粘合剂或粘接剂，它是一类通过粘附作用，使同质或异质材料连接在一起，并在胶接面上有一定强度的物质。(商品粘合剂8000种),1、树脂型胶粘剂 （1）热塑性树脂胶粘剂 以线型热塑性树脂为基料，与溶剂配制成溶液或直接通过熔化的方式进行胶接。,例：普通胶水，聚乙烯醇水溶液 木工用乳胶，聚醋酸乙烯酯胶粘剂 双面贴，聚丙烯酸酯压敏胶，压敏型胶粘剂 502胶，主要成分是-氰基丙烯酸酯，快速粘合， 又称瞬干胶。 哥俩好胶，甲基丙烯酸脂为基体，反应型结构胶粘剂,1、树脂型胶粘剂 （2）热固性树脂胶粘剂 在一定的固化条件下通过化学反应，交联成体型结构的胶层来进行胶接。 例：万能胶，环氧树脂胶粘剂（双酚A型） 特点：