機(jī)械工程材料_于永泗__9第九章 高分子材料ppt課件

1、l一、高分子資料的根本概念一、高分子資料的根本概念l高分子資料是以高分子化合物為主要組分高分子資料是以高分子化合物為主要組分的資料。常稱聚合物或高聚物。的資料。常稱聚合物或高聚物。l高分子化合物的分子量普通高分子化合物的分子量普通104 。l高分子化合物有天然的，也有人工合成的。高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工業(yè)用高分子資料主要是人工合成的。工業(yè)用高分子資料主要是人工合成的。l1、高分子化合物的組成、高分子化合物的組成l由簡(jiǎn)單的構(gòu)造單元反復(fù)銜接而成。如由乙烯合成聚乙由簡(jiǎn)單的構(gòu)造單元反復(fù)銜接而成。如由乙烯合成聚乙烯烯: CH2=CH2+CH2=CH2+-CH2-CH2-CH2-CH2-

2、, CH2CH2 nl可簡(jiǎn)寫成可簡(jiǎn)寫成 n CH2=CH2 。 l組成聚合物的低分子化合物稱為單體。組成聚合物的低分子化合物稱為單體。l聚合物的分子為很長(zhǎng)的鏈條，稱為大分子鏈。聚合物的分子為很長(zhǎng)的鏈條，稱為大分子鏈。 CH2CH2 nl大分子鏈中反復(fù)構(gòu)造單元大分子鏈中反復(fù)構(gòu)造單元( (如聚乙烯中如聚乙烯中 ) )稱為稱為鏈節(jié)。鏈節(jié)。 聚乙烯分子鏈聚乙烯分子鏈l2 、高分子資料的分類、高分子資料的分類l 按用途分塑料、橡膠、纖維、膠按用途分塑料、橡膠、纖維、膠粘劑、涂料等。粘劑、涂料等。 l 按聚合物反響類型分為加聚物和按聚合物反響類型分為加聚物和縮聚物?？s聚物。 l 按聚合物的熱行為分為熱塑性

3、聚按聚合物的熱行為分為熱塑性聚合物和熱固性聚合物合物和熱固性聚合物 l 按主鏈上的化學(xué)組成分為碳鏈聚按主鏈上的化學(xué)組成分為碳鏈聚合物、雜鏈聚合物和元素有機(jī)聚合物合物、雜鏈聚合物和元素有機(jī)聚合物 l1、大分子鏈的構(gòu)造、大分子鏈的構(gòu)造 l 大分子鏈的柔順性大分子鏈的柔順性 l大分子鏈主鏈共價(jià)鍵有一大分子鏈主鏈共價(jià)鍵有一定鍵長(zhǎng)和鍵角，堅(jiān)持鍵長(zhǎng)定鍵長(zhǎng)和鍵角，堅(jiān)持鍵長(zhǎng)和鍵角不變時(shí)單鍵可恣意和鍵角不變時(shí)單鍵可恣意旋轉(zhuǎn)，稱單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)，稱單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。l內(nèi)旋轉(zhuǎn)使大分子鏈卷曲成各種不同外形，對(duì)外力有很內(nèi)旋轉(zhuǎn)使大分子鏈卷曲成各種不同外形，對(duì)外力有很大的順應(yīng)性，這種特性稱為大分子鏈的柔順性。大的順應(yīng)性，這種

4、特性稱為大分子鏈的柔順性。l柔順性與單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)的難易程度有關(guān)。柔順性與單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)的難易程度有關(guān)。 l 大分子鏈的外形大分子鏈的外形l按照大分子鏈的幾何外形，可將高分子化合物分為按照大分子鏈的幾何外形，可將高分子化合物分為線型構(gòu)造、支鏈型構(gòu)造和體型構(gòu)造。線型構(gòu)造、支鏈型構(gòu)造和體型構(gòu)造。l線型構(gòu)造高聚物的彈性、塑性好，硬度低，是熱塑線型構(gòu)造高聚物的彈性、塑性好，硬度低，是熱塑性資料。支鏈型構(gòu)造近于線型構(gòu)造性資料。支鏈型構(gòu)造近于線型構(gòu)造 。體型構(gòu)造高聚。體型構(gòu)造高聚物硬度高，脆性大，無(wú)彈性和塑性，是熱固性資料。物硬度高，脆性大，無(wú)彈性和塑性，是熱固性資料。l2、高分子的聚集態(tài)構(gòu)造、高分子的聚集態(tài)構(gòu)造

5、l固態(tài)高聚物分為晶態(tài)和非晶態(tài)兩大類，晶態(tài)為分子固態(tài)高聚物分為晶態(tài)和非晶態(tài)兩大類，晶態(tài)為分子鏈陳列規(guī)那么的部分，而陳列不規(guī)那么的部分為非鏈陳列規(guī)那么的部分，而陳列不規(guī)那么的部分為非晶態(tài)。晶態(tài)。l一個(gè)大分子鏈可以穿一個(gè)大分子鏈可以穿過(guò)幾個(gè)晶區(qū)和非晶區(qū)。過(guò)幾個(gè)晶區(qū)和非晶區(qū)。晶區(qū)熔點(diǎn)、密度、強(qiáng)晶區(qū)熔點(diǎn)、密度、強(qiáng)度、硬度、剛性、耐度、硬度、剛性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性高，熱性、化學(xué)穩(wěn)定性高，而彈性、塑性、沖擊而彈性、塑性、沖擊強(qiáng)度下降。強(qiáng)度下降。 l1、線型非晶態(tài)高分子資料的力學(xué)形狀、線型非晶態(tài)高分子資料的力學(xué)形狀 l 玻璃態(tài)：低溫下，鏈段不能運(yùn)動(dòng)。在外力作用下，玻璃態(tài)：低溫下，鏈段不能運(yùn)動(dòng)。在外力作用下，

6、只發(fā)生大分子原子的微量位移，產(chǎn)生少量彈性變形。只發(fā)生大分子原子的微量位移，產(chǎn)生少量彈性變形。l高聚物呈玻璃態(tài)的高聚物呈玻璃態(tài)的最高溫度稱玻璃化最高溫度稱玻璃化溫度，用溫度，用Tg表示。表示。用于這種形狀的資用于這種形狀的資料有塑料和纖維。料有塑料和纖維。 線型非晶態(tài)高聚物的溫度線型非晶態(tài)高聚物的溫度- -變形曲線變形曲線 l 高彈態(tài)：溫度高于高彈態(tài)：溫度高于Tg，分子活動(dòng)才干添加，受力，分子活動(dòng)才干添加，受力時(shí)產(chǎn)生很大彈性變形。用于這種形狀高聚物是橡膠。時(shí)產(chǎn)生很大彈性變形。用于這種形狀高聚物是橡膠。l 粘流態(tài)：由于溫度高，分子活動(dòng)才干很大，在外粘流態(tài)：由于溫度高，分子活動(dòng)才干很大，在外力作用下

7、，大分子鏈可以相對(duì)滑動(dòng)。粘流態(tài)是高分力作用下，大分子鏈可以相對(duì)滑動(dòng)。粘流態(tài)是高分子資料的加工態(tài)，子資料的加工態(tài)，大分子鏈開場(chǎng)發(fā)大分子鏈開場(chǎng)發(fā)生粘性流動(dòng)的溫生粘性流動(dòng)的溫度稱粘流溫度，度稱粘流溫度，用用Tf表示。表示。 線型非晶態(tài)高聚物的溫度線型非晶態(tài)高聚物的溫度- -變形曲線變形曲線 l2、線型晶態(tài)高分子資料的力學(xué)形狀、線型晶態(tài)高分子資料的力學(xué)形狀l分為普通分子量和很大分子量?jī)煞N情況。普通分子分為普通分子量和很大分子量?jī)煞N情況。普通分子量的高聚物在低溫時(shí)，鏈段不能活動(dòng)，變形小，在量的高聚物在低溫時(shí)，鏈段不能活動(dòng)，變形小，在 Tm 以下與非晶態(tài)的玻璃類似，高于以下與非晶態(tài)的玻璃類似，高于Tm 那

8、么進(jìn)入那么進(jìn)入粘流態(tài)。分子量很大的晶態(tài)存高聚物在高彈態(tài)。粘流態(tài)。分子量很大的晶態(tài)存高聚物在高彈態(tài)。l部分結(jié)晶高聚物在部分結(jié)晶高聚物在非晶區(qū)非晶區(qū)Tg與晶區(qū)與晶區(qū)T m 間間,非晶區(qū)柔性好非晶區(qū)柔性好,晶晶區(qū)剛性好區(qū)剛性好,處于韌性處于韌性形狀形狀,即皮革態(tài)。即皮革態(tài)。 線型晶態(tài)高聚物線型晶態(tài)高聚物的溫度的溫度-變形曲線變形曲線 l高分子工程資料高分子工程資料包括塑料、合成包括塑料、合成纖維、橡膠和膠纖維、橡膠和膠粘劑等。本節(jié)主粘劑等。本節(jié)主要引見工程上常要引見工程上常用的高分子工程用的高分子工程資料。資料。 l塑料是在玻璃態(tài)下運(yùn)用的高分子資料。在一定溫度、塑料是在玻璃態(tài)下運(yùn)用的高分子資料。在一

9、定溫度、壓力下可塑制成型，在常溫下能堅(jiān)持其外形不變。壓力下可塑制成型，在常溫下能堅(jiān)持其外形不變。l1、工程塑料概述、工程塑料概述 l 塑料的組成塑料的組成 l塑料是以樹脂為主要成分，塑料是以樹脂為主要成分，參與各種添加劑。參與各種添加劑。l樹脂是塑料的主要成分，樹脂是塑料的主要成分，對(duì)塑料性能起決議性作用。對(duì)塑料性能起決議性作用。塑料制品塑料制品l添加劑是為改善塑料某些性能而參與的物質(zhì)。添加劑是為改善塑料某些性能而參與的物質(zhì)。l填料主要起加強(qiáng)作用；填料主要起加強(qiáng)作用；l增塑劑用于提高樹脂的可塑性和柔軟性；增塑劑用于提高樹脂的可塑性和柔軟性；l固化劑用于使熱固性樹脂由線型構(gòu)造轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型構(gòu)造；固化

10、劑用于使熱固性樹脂由線型構(gòu)造轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型構(gòu)造；l穩(wěn)定劑用于防止塑料老化，延伸其運(yùn)用壽命；穩(wěn)定劑用于防止塑料老化，延伸其運(yùn)用壽命；l光滑劑用于防止塑料加工時(shí)粘在模具上光滑劑用于防止塑料加工時(shí)粘在模具上, 使制品光亮；使制品光亮；l著色劑用于塑料制品著色。著色劑用于塑料制品著色。l其他的還有發(fā)泡劑、催化其他的還有發(fā)泡劑、催化l 劑、阻燃劑、抗靜電劑等。劑、阻燃劑、抗靜電劑等。 添加劑添加劑l 塑料的分類塑料的分類l按樹脂受熱時(shí)行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。按樹脂受熱時(shí)行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。 l按運(yùn)用范圍可分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。按運(yùn)用范圍可分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。

11、l通用塑料產(chǎn)量大、價(jià)錢低、用途廣。通用塑料產(chǎn)量大、價(jià)錢低、用途廣。 l工程塑料力學(xué)性能高，耐熱、耐蝕性能好。工程塑料力學(xué)性能高，耐熱、耐蝕性能好。l特種塑料是指具有某些特殊特種塑料是指具有某些特殊性能如耐高溫、耐腐蝕的塑性能如耐高溫、耐腐蝕的塑料，這類塑料產(chǎn)量少，價(jià)錢料，這類塑料產(chǎn)量少，價(jià)錢貴，只用于特殊需求的場(chǎng)所。貴，只用于特殊需求的場(chǎng)所。 熱固性塑料制品熱固性塑料制品l 塑料的性能特點(diǎn)塑料的性能特點(diǎn)l塑料的優(yōu)點(diǎn)：塑料的優(yōu)點(diǎn)：l相對(duì)密度小相對(duì)密度小(普通為普通為0.9 2.3)；耐蝕性、電絕；耐蝕性、電絕緣性、減摩、耐磨性緣性、減摩、耐磨性好；有消音吸振性能好；有消音吸振性能 。l塑料的缺陷

12、：塑料的缺陷：l剛性差剛性差(為鋼鐵資料的為鋼鐵資料的1/1001/10)，強(qiáng)度低；耐熱性，強(qiáng)度低；耐熱性差、熱膨脹系數(shù)大是鋼鐵的差、熱膨脹系數(shù)大是鋼鐵的10倍、導(dǎo)熱系數(shù)小倍、導(dǎo)熱系數(shù)小(只需金屬的只需金屬的1/2001/600)；蠕變溫度低、易老化。；蠕變溫度低、易老化。 l2、常用工程塑料、常用工程塑料l 普通構(gòu)造用塑料普通構(gòu)造用塑料l包括聚乙烯包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯、聚苯乙烯(PS)、聚、聚丙烯丙烯(PP)和和ABS塑料等。塑料等。l聚丙烯具有優(yōu)良的綜合性能，可制造各種機(jī)械零件。聚丙烯具有優(yōu)良的綜合性能，可制造各種機(jī)械零件。lABS塑料塑料 “堅(jiān)韌、質(zhì)

13、硬、剛性堅(jiān)韌、質(zhì)硬、剛性 ，運(yùn)用廣泛。，運(yùn)用廣泛。 PE波紋管波紋管PP方向盤方向盤ABS閥門閥門PS管管l聚酰胺又稱尼龍或綿綸，強(qiáng)度較高，耐磨、自光滑性聚酰胺又稱尼龍或綿綸，強(qiáng)度較高，耐磨、自光滑性好，廣泛用作機(jī)械、化工及電氣零件。好，廣泛用作機(jī)械、化工及電氣零件。l聚甲醛具有優(yōu)良的綜合性能，廣泛用于汽車機(jī)床、化聚甲醛具有優(yōu)良的綜合性能，廣泛用于汽車機(jī)床、化工、電氣儀表、農(nóng)機(jī)等工業(yè)工、電氣儀表、農(nóng)機(jī)等工業(yè) 。尼龍管件尼龍管件PC擋風(fēng)板擋風(fēng)板l聚碳酸酯具有優(yōu)良的機(jī)械性聚碳酸酯具有優(yōu)良的機(jī)械性能，透明無(wú)毒，運(yùn)用廣泛。能，透明無(wú)毒，運(yùn)用廣泛。l 摩擦傳動(dòng)零件用塑料摩擦傳動(dòng)零件用塑料l包括聚酰胺包括

14、聚酰胺(PA)、聚甲醛、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯、聚碳酸酯(PC)、聚四、聚四氟乙烯氟乙烯(PTFE)等。等。密封件密封件聚四氟乙烯管聚四氟乙烯管聚四氟乙烯零件聚四氟乙烯零件l聚四氟乙烯俗稱聚四氟乙烯俗稱“塑料王，具有極優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定塑料王，具有極優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性以及優(yōu)越的電性能，幾乎不受任何化性和熱穩(wěn)定性以及優(yōu)越的電性能，幾乎不受任何化學(xué)藥品的腐蝕，摩擦系數(shù)極低，只需學(xué)藥品的腐蝕，摩擦系數(shù)極低，只需0.04。缺陷是。缺陷是強(qiáng)度低、加工性差。主要用于減摩密封件、化工耐強(qiáng)度低、加工性差。主要用于減摩密封件、化工耐蝕件與熱交換器以及高頻或潮濕條件下的絕緣資料。蝕件與熱交換器以及高頻或潮

15、濕條件下的絕緣資料。 l 耐蝕用塑料耐蝕用塑料l耐蝕用塑料主要有聚四氟耐蝕用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚乙烯、氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。聚丙烯等。l氯化聚醚的化學(xué)穩(wěn)定性僅氯化聚醚的化學(xué)穩(wěn)定性僅次于聚四氟乙烯，但工藝次于聚四氟乙烯，但工藝性比聚四氟乙烯好，本錢性比聚四氟乙烯好，本錢低。在化學(xué)工業(yè)和機(jī)電工低。在化學(xué)工業(yè)和機(jī)電工業(yè)獲得廣泛運(yùn)用，如化工業(yè)獲得廣泛運(yùn)用，如化工設(shè)備零件、管道、襯里等。設(shè)備零件、管道、襯里等。 氯化聚醚防腐蝶閥氯化聚醚防腐蝶閥 l 耐高溫件用塑料耐高溫件用塑料l有聚砜有聚砜(PSF)、聚苯醚、聚苯醚(PPO)、聚酰亞胺、聚酰亞胺(PI)及氟塑料等。及氟塑料等。l

16、聚砜的熱穩(wěn)定性高是其聚砜的熱穩(wěn)定性高是其聚酰亞胺層壓板聚酰亞胺層壓板 最突出的特點(diǎn)。運(yùn)用溫度達(dá)最突出的特點(diǎn)。運(yùn)用溫度達(dá)150174。用于機(jī)械設(shè)。用于機(jī)械設(shè)備等工業(yè)。備等工業(yè)。聚苯醚具有良好的綜合性能聚苯醚具有良好的綜合性能,用于機(jī)電等方面。用于機(jī)電等方面。聚酰亞胺在聚酰亞胺在260下可長(zhǎng)期運(yùn)用。主要用于特殊條件下下可長(zhǎng)期運(yùn)用。主要用于特殊條件下運(yùn)用的精細(xì)零件。運(yùn)用的精細(xì)零件。 l 熱固性塑料熱固性塑料l熱固性塑料是在樹脂中參與固化劑壓制成型而構(gòu)成的熱固性塑料是在樹脂中參與固化劑壓制成型而構(gòu)成的體形聚合物。體形聚合物。 l酚醛塑料是以酚醛樹脂為基，參與填料及其他添加劑酚醛塑料是以酚醛樹脂為基，參與填料及其他添加劑而制成。廣泛用于制造各種電訊器材和電木制品如而制成。廣泛用于制造各種電訊器材和電木制品如插座、開關(guān)等，耐熱絕緣部件及各種構(gòu)造件。插座、開關(guān)等，耐熱絕緣部件及各種構(gòu)造件。 電器配件電器配件l橡膠是以高分子化合物為根底的具有高彈性的資料。橡膠是以高分子化合物為根底的具有高彈性的資料。l1、橡膠的組成和性能特點(diǎn)、橡膠的組成和性能特點(diǎn) l工業(yè)用橡膠由生膠和橡膠配合劑組成。生膠無(wú)配合工業(yè)用橡膠由生膠和橡膠配合劑組成。生膠無(wú)配合劑并未經(jīng)硫化。橡膠配合劑有硫化劑、硫化促進(jìn)劑、劑并未經(jīng)硫化。橡膠配合劑有硫化劑、硫化促進(jìn)劑、防老劑、軟化劑、填充劑、發(fā)泡劑、著色劑等。防老劑、軟化劑、填充劑、發(fā)