高分子材料的膨脹與導(dǎo)熱性能

1、高分子材料的膨脹與導(dǎo)熱性能主講人：主講人：DCLDCL目錄：u高分子材料的熱穩(wěn)定性u高分子材料的耐低溫性u高分子材料的難燃性高聚物的熱穩(wěn)定性：高溫下高聚物可以發(fā)生降解降解和交聯(lián)交聯(lián)高分子材料的熱穩(wěn)定性主要是指高分高分子材料的熱穩(wěn)定性主要是指高分子材料在受熱的情況下，由于發(fā)生化子材料在受熱的情況下，由于發(fā)生化學(xué)變化從而引起材料性能的變學(xué)變化從而引起材料性能的變化化。一、研究方法： 熱重分析（熱重分析（TGA）（在程序控制溫度下，測量材料的質(zhì)量與溫度的關(guān)系）是研究高分子熱穩(wěn)定性的重要方法，該法采用靈敏的熱天平來跟蹤試樣在程序控溫條件下產(chǎn)生的質(zhì)量變化。幾種高聚物的幾種高聚物的TGTG曲線曲線1 1一

2、聚氯乙烯一聚氯乙烯 22聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 33聚乙烯聚乙烯44聚四氟乙烯聚四氟乙烯5 5一聚酰亞胺一聚酰亞胺從從TG曲線中可以明顯看出失重最劇烈的溫度，曲線中可以明顯看出失重最劇烈的溫度，即可由此對比熱穩(wěn)定性。即可由此對比熱穩(wěn)定性。二、表示方法：表征熱穩(wěn)定性的參數(shù)： 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg 熔融溫度Tm 熱分解溫度Td 熱變形溫度或者維卡耐熱溫度三、影響因素及改善方法： 研究表明，高分子的熱穩(wěn)定性與高分子鏈結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，組成高分子的化學(xué)鍵的鍵能越大，材料就越穩(wěn)定，耐熱分解能力也就越強(qiáng)。提高高分子熱穩(wěn)定性的主要途徑如下：1、在高分子鏈中避免弱鍵：CCCCCCCCCCCCCFCHCCl

3、CC主鏈中靠近叔碳原子和季碳原子的鍵較易斷裂，故高分子分解溫度的高低順序?yàn)椋壕垡蚁┚垡蚁?支化聚乙烯支化聚乙烯 聚異丁烯聚異丁烯 聚甲基丙聚甲基丙烯酸甲酯烯酸甲酯2、引入芳環(huán)狀結(jié)構(gòu)：在高分子主鏈中避免一長串連接的亞甲基CH2，并盡量引入較大比例的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可增加高聚物的熱穩(wěn)定性3、合成“梯形”、“螺形”和“片狀”結(jié)構(gòu)的高聚物高分子材料的耐低溫性：一、表示方法： 高分子材料的耐低溫性一般用脆化溫度脆化溫度表示，其脆化溫度越低，耐低溫性越好。 脆化溫度：把試樣以懸臂方式安裝于特定的夾具中，置于低溫介質(zhì)中恒溫，當(dāng)試樣達(dá)到某一預(yù)定低溫后，用特定的沖頭以一定的速度沖擊試樣，當(dāng)試樣破壞率達(dá)到50%時的溫度

4、即為脆化溫度。 耐低溫材料的選擇：塑料塑料: 1.聚砜 2.聚氟乙烯 3.聚碳酸酯橡膠橡膠: 1.瞬式-1,4-聚丁二烯橡膠 2.甲基苯基乙烯基硅橡膠二、影響因素：玻璃化溫度：玻璃化溫度：一般來說，玻璃化溫度越低，結(jié)晶性越小的聚合物，耐低溫性能越好；比如，異戊橡膠，硅橡膠等橡膠；反之，玻璃化溫度越高，結(jié)晶性越高的聚合物，耐低溫性能越差分子結(jié)構(gòu)：分子結(jié)構(gòu)：分子結(jié)構(gòu)無序或不易形成結(jié)晶的聚合物耐低溫性較好三、幾種耐低溫高聚物的結(jié)構(gòu)式及應(yīng)用：聚氟乙烯：聚氟乙烯： 聚氟乙烯用于制作防腐蝕涂層，襯里，墊圈，軸油管涂層和高性能電解槽隔膜。建筑工業(yè)用于制作屋頂和墻面裝飾材料。還可用于制作電容器薄膜，抗鹽霧的電

5、氣儀表零件涂層，農(nóng)用膜，噴霧器涂層及各種食品包裝容器表面涂層。 CCHHHFn聚碳酸酯：聚碳酸酯： 聚碳酸酯的應(yīng)用開發(fā)是向高復(fù)合、高功能、專用化、系列化方向發(fā)展：（1）用于建材行業(yè)(2)用于汽車制造工業(yè)(3)用于生產(chǎn)醫(yī)療器械(4)用于航空、航天領(lǐng)域：玻璃纖維增強(qiáng)的聚碳酸酯部件及宇航員的防護(hù)用品等。(5)用于包裝領(lǐng)域(6) 用于電子電器領(lǐng)域(7)用于光學(xué)透鏡領(lǐng)域瞬式瞬式-1,4-聚丁二烯橡膠：聚丁二烯橡膠：HH2CCCH2HCn應(yīng)用：1、輪胎：用量在于35%50%與丁苯合用2、壓出制品3、鞋底4、膠布5、其他：油漆、漆布、膩?zhàn)痈叻肿硬牧系碾y燃性：物質(zhì)具有的或材料經(jīng)處理后具有的明顯推遲火焰蔓延的性

6、質(zhì)。高分子材料燃燒機(jī)理： 高分子材料在空氣中受熱時，會分解生成揮發(fā)性可燃物，當(dāng)可燃物高分子材料在空氣中受熱時，會分解生成揮發(fā)性可燃物，當(dāng)可燃物濃度和體系溫度足夠高時，即可燃燒。濃度和體系溫度足夠高時，即可燃燒。所以高分子材料的燃燒可分為熱熱氧降解氧降解和燃燒燃燒兩個過程，涉及傳熱、高分子材料在凝聚相的熱氧降解、分解產(chǎn)物在固相及氣相中的擴(kuò)散、與空氣混合形成氧化反應(yīng)場及氣相中的鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)等一系列環(huán)節(jié)。 當(dāng)高分子材料受熱的熱源熱量能夠使高分子材料分解，且分解產(chǎn)生的可燃物達(dá)到一定濃度，同時體系被加熱到點(diǎn)燃溫度后，燃燒才能發(fā)生。而己被點(diǎn)燃的高分子材料在點(diǎn)燃源穩(wěn)定后能否繼續(xù)燃燒則取決于燃燒過程的熱量平衡

7、。當(dāng)供給燃燒產(chǎn)生的熱量等于或大于燃燒過程各階段所需當(dāng)供給燃燒產(chǎn)生的熱量等于或大于燃燒過程各階段所需的總熱量時，高分子材料燃燒才能繼續(xù)，否則將中止或熄滅。的總熱量時，高分子材料燃燒才能繼續(xù)，否則將中止或熄滅。從高分子材料的燃燒機(jī)理可看出，阻燃作用的本質(zhì)是通過減緩或阻止其中一個或幾個要素實(shí)現(xiàn)的。其中包括六個方面:提高材料熱穩(wěn)定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護(hù)膜、吸提高材料熱穩(wěn)定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護(hù)膜、吸收熱量、形成重質(zhì)氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體。收熱量、形成重質(zhì)氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體。目前常采用的阻燃劑行為主要是通過冷卻、稀釋、形成隔離膜的物理途徑和終止自由基的化學(xué)途徑

8、來實(shí)現(xiàn)。一般阻燃機(jī)理分為氣相阻燃機(jī)理、凝聚相阻燃機(jī)理和中斷熱交換阻燃機(jī)理。燃燒和阻燃都是十分復(fù)雜的過程，涉及很多影響和制約因素，將一種阻燃體系的阻燃機(jī)理嚴(yán)格劃分為某一種是很難的，一種阻燃體系往往是幾種阻燃機(jī)理同時起作用。評價方法：目前評價難燃性方法很多，如氧指數(shù)測定法、水平或垂直燃燒試驗(yàn)法等 氧指數(shù)是在規(guī)定的條件下，試樣在氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚饬髦芯S持穩(wěn)定燃燒所需的最低氧氣濃度，用混合氣流中氧所占的體積百分?jǐn)?shù)表示。 氧指數(shù) 26，是易燃材料； 氧指數(shù)2632，是難燃材料，具有自熄性； 氧指數(shù) 32，是高難燃材料改善材料阻燃性的方法：為了提高高分子材料的阻燃性，必須引入含阻燃元素材料，主要途徑有兩條:一是以添加劑的方式加入含氯、溴、磷、銻等元素的有機(jī)化合物，以制得添加型或反應(yīng)型阻燃材料;二是在分子鏈上直接引入上述阻燃元素，以得到結(jié)構(gòu)型阻燃材料。還可以與阻燃性好的聚合物共混制得阻燃合金，以及添加無機(jī)導(dǎo)熱材料等。阻燃劑：阻燃劑是用于提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦?。分類：按阻燃劑與被阻燃基材的關(guān)系，阻燃劑可分為添加型添加型及反反應(yīng)型應(yīng)型兩大類。前者與基材的其他組分不發(fā)生化學(xué)反映，只是以物理方式分散于基材中，多用于熱塑性高分子材料。后者或者為高分子材料的單體，或者作為輔助試劑