工程材料化學(xué)

第10章工程材料化學(xué)3課時(shí)教學(xué)目標(biāo)及基本要求1.了解高聚物的一些基本概念，命名。2.了解高聚物的一些基本結(jié)構(gòu)和基本特性及其相互關(guān)系。3.了解若干重要有機(jī)高聚物(如工程材料,合成橡膠,有機(jī)膠粘劑等)的特性。4.了解潤滑油的組成、性能和工業(yè)質(zhì)量要求。5.了解建筑用膠凝材料的組成、性質(zhì)及凝結(jié)硬化特點(diǎn)。教學(xué)重點(diǎn)有機(jī)高分子材料教學(xué)難點(diǎn)高分子鏈的柔順性、高分子的力學(xué)狀態(tài)本章教學(xué)方式（手段）及教學(xué)過程中應(yīng)注意的問題教學(xué)方式（手段）：課程教學(xué)和音像教材；教學(xué)過程中要重點(diǎn)突出非晶態(tài)聚合物的溫度-形變曲線，講清楚玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三態(tài)及玻璃化溫度、粘流化溫度；塑料、橡膠在室溫下的狀態(tài)；分子的柔順性。主要教學(xué)內(nèi)容第10章工程材料化學(xué)

Chapter10EngineeringMaterialChemistry10.1重要金屬及合金材料10.1.1鋁及鋁合金鋁是一種銀白色有光澤的金屬，密度2.7g·cm-3，熔點(diǎn)660℃。它具有良好的延展性和導(dǎo)熱、導(dǎo)電性，能代替銅用來制造電線、高壓電纜、發(fā)電機(jī)等電器設(shè)備。鋁雖然是活潑金屬，但在空氣中其表面很快會(huì)覆蓋一層致密的氧化膜，使鋁不能進(jìn)一步同氧和水作用因而有很高的穩(wěn)定性，這就使鋁成為一種有用的金屬構(gòu)件。鋁合金中常用的合金元素有硅、銅、鎂、鋅、錳及稀土元素。也有用到鈦、鐵、鉻的。這些合金元素在固態(tài)鋁中的溶解度一般是有限的，故鋁合金的結(jié)構(gòu)除固溶體外，還可能形成金屬化合物和機(jī)械混合物。鋁合金輪圈10.1.2鈦及鈦合金金屬鈦具有銀白色光澤，熔點(diǎn)高（1600℃），密度?。?.5g·cm-3），比鋼輕（鋼的密度為7.9g·cm-3），但機(jī)械強(qiáng)度可與鋼媲美，而且不會(huì)生銹。鈦比鋁重不到兩倍，強(qiáng)度比鋁大三倍，且耐熱性能遠(yuǎn)優(yōu)于鋁。鈦的表面容易形成一層致密的氧化物保護(hù)膜，使鈦具有優(yōu)異的抗腐蝕性。特別是對(duì)海水的抗腐蝕性很強(qiáng)，超過其他的金屬材料。鈦在室溫下不與無機(jī)酸反應(yīng)，在堿溶液和大多數(shù)有機(jī)酸中抗蝕性也很高，但能溶于熱鹽酸和熱硝酸中，且能溶解于任何濃度的氫氟酸和含有氟離子的酸中。鈦合金的性能比金屬鈦更優(yōu)異，其突出的特點(diǎn)表現(xiàn)在：1)比強(qiáng)度高。2)耐腐蝕性強(qiáng)。3)高、低溫的力學(xué)性能好。鈦及鈦合金管10.1.3釩及釩的應(yīng)用釩的熔點(diǎn)高（1910℃），塑性好，有延展性，比較容易加工成板材、箔材和絲材。釩還具有較高的沖擊性、良好的焊接性和傳熱性。釩的耐腐蝕性能好，對(duì)海水、堿溶液、有機(jī)酸、無機(jī)酸均有較好的抗蝕性能。在沸騰的10％硫酸溶液中，釩的耐腐蝕能力為鈦的73倍，不銹鋼的229倍，可用作船舶的結(jié)構(gòu)材料和化學(xué)容器、無縫薄壁管等材料。釩主要應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)，有色金屬合金及化學(xué)工業(yè)。目前世界上生產(chǎn)的釩90％以上用于鋼鐵工業(yè)，它具有脫去鋼中的氧和氮、細(xì)化鋼的晶粒以及提高鋼的再結(jié)晶溫度的作用，因而能改善鋼的性能。釩通常以釩鐵的形式或與其他元素（如錳、鉻、鎢、鉬等）相配合，以中間合金形式加入鋼中，用于生產(chǎn)高強(qiáng)度低合金鋼、高速鋼、工具鋼、不銹鋼及永久磁鐵等。五氧化二釩10.1.4銅及銅合金銅的密度為8.92g·cm-3，熔點(diǎn)1083℃，有較高韌性和延展性，可軋成薄膜或拉成細(xì)絲。銅的導(dǎo)電性僅次于銀居第二位，大量用于制造電機(jī)、電線和電訊設(shè)備等。銅合金是以銅為主體，添加適量的其他合金元素而制成的。銅合金具有良好的高溫及低溫加工性，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐腐蝕性，應(yīng)用十分廣泛。銅及其合金的應(yīng)用范圍僅次于鋼鐵，在有色金屬中其產(chǎn)量和耗用量僅次于鋁居第二位。

鉍系高溫超電導(dǎo)線10.2.4光導(dǎo)纖維與激光材料（1）光導(dǎo)纖維光導(dǎo)纖維簡稱光纖，是近幾十年來蓬勃發(fā)展起來的新型材料。光纖的中心是用高折射率的超純石英或特種光學(xué)玻璃拉制成的晶瑩細(xì)絲，稱纖維芯。纖維芯的外皮是一層低折射率的玻璃或塑料制成的纖維皮。光纖具有傳導(dǎo)光波的能力。光纖的纖維芯是一種光密介質(zhì)，外皮是一種光疏介質(zhì)。當(dāng)光線進(jìn)入纖維芯，就只能在纖維芯內(nèi)傳播（全反射），經(jīng)無數(shù)次全反射，呈鋸齒形向前傳播，最后到達(dá)纖維芯的另一端，這就是光纖傳遞信號(hào)的原理。如圖10－1所示。圖10-1光導(dǎo)纖維的基本原理光纖產(chǎn)品（2）激光材料激光是利用受激輻射原理，在諧振腔內(nèi)振蕩出的一種特殊光。它同普通光相比，具有良好的單色性、相干性和高亮度的特點(diǎn)，在科學(xué)技術(shù)上有著廣泛的用途。用于生產(chǎn)激光的材料叫做激光工作物質(zhì)，有固體、氣體和液體三種，我們著重介紹固體激光材料。固體激光工作物質(zhì)包括兩個(gè)組成部分：激活離子（真正產(chǎn)生激光的離子）和基質(zhì)材料（傳播光束的介質(zhì)）。形成激活離子的元素有三類：第一類是過渡元素如錳、鉻、鈷、鎳、釩等；第二類是大多數(shù)稀土元素如釹、鈥、鏑、鉺、銩、鐿、镥、釓、銪、釤、鐠等；第三類是個(gè)別的放射性元素如鈾。目前應(yīng)用最多是的Cr3+和Nd3+?；|(zhì)材料有晶體和玻璃，每一種激活離子都有其對(duì)應(yīng)的一種或幾種基質(zhì)材料。激光晶體（摻釔釹鋁石榴石）10.2.5納米材料材料絕大多數(shù)是固體物質(zhì)，它的顆粒大小一般在微米數(shù)量級(jí)，一個(gè)顆粒包含著無數(shù)原子和分子，這時(shí)材料顯示的是大量分子的宏觀性質(zhì)。當(dāng)用特殊的方法把顆粒尺度加工到納米數(shù)量級(jí)大小，則一個(gè)納米級(jí)顆粒所含的分子數(shù)大為減小，這種由顆粒尺度為納米數(shù)量級(jí)（1～100nm）的超細(xì)微顆粒組成的固體材料稱為納米材料。納米材料熔點(diǎn)低，例如金的熔點(diǎn)是1064℃，而納米金的熔點(diǎn)只有330℃，降低了近700℃；又如納米級(jí)銀粉的熔點(diǎn)由金屬銀的962℃降低為100℃。納米金屬熔點(diǎn)的降低不僅使低溫?zé)Y(jié)制備合金成為現(xiàn)實(shí)，還將為不互熔金屬冶煉成合金創(chuàng)造條件。納米材料的表面積大，表面活性高，可制造各種高性能催化劑。例如，Ni或Cu—Zn化合物的納米顆粒對(duì)某些有機(jī)化合物的氫化反應(yīng)是極好的催化劑，可替代昂貴的鉑或鈀催化劑；納米鉑黑催化劑可使乙烯氫化反應(yīng)的溫度從600℃降至室溫；利用納米鎳粉作火箭固體燃料反應(yīng)觸媒，燃燒效率可提高100倍。此外其催化的反應(yīng)選擇性還表現(xiàn)出特異性，如用硅載體鎳催化劑對(duì)丙醛的氧化反應(yīng)表明，鎳粒直徑在5nm以下時(shí)，反應(yīng)選擇性發(fā)生急劇變化，醛分解反應(yīng)得到有效控制，生成酒精的轉(zhuǎn)化率急劇增大。納米碳管10.3有機(jī)高分子材料10.3.1高分子化合物概述

（1）高分子的基本概念

高分子化合物——相對(duì)分子量特別大的一類化合物，簡稱高分子或聚合物

高分子化合物的分子比低分子化合物的分子要大得多，一般有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量為幾十或幾百，而有機(jī)高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量可自幾萬至幾十萬、幾百萬、甚至上千萬。例如，通常聚氯乙烯的相對(duì)分子質(zhì)量為5～15萬，丁苯橡膠的為15～20萬等。高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量雖然很大，但組成并不復(fù)雜，它們的分子往往都是由特定的結(jié)構(gòu)單元通過共價(jià)鍵多次重復(fù)連接而成的。

低分子化合物高分子化合物

原子數(shù)目：幾個(gè)~幾十個(gè)幾千~幾萬或幾十萬

相對(duì)分子質(zhì)量：＜1000104~106

分子大?。狠^小很大，長度102~104nm

組成：聚氯乙烯簡寫：

基本概念:鏈節(jié)——重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元

聚合度n——鏈節(jié)的數(shù)目

單體——合成高分子所用的低分子原料

高分子的相對(duì)分子量:

Mr=n×m

m——鏈節(jié)的分子量

例：聚氯乙烯m=62

當(dāng)n=2500

則Mr=2500×62=155000

同一種高分子化合物的分子鏈所含的鏈節(jié)數(shù)并不相同，所以高分子化合物實(shí)質(zhì)上是由許多鏈節(jié)結(jié)構(gòu)相同而聚合度不同的化合物所組成的混合物。因此，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量和聚合度實(shí)際上都是平均值，這也是與低分子化合物的明顯不同之處。

（2）分類及命名

1）分類

聚合物的種類已上千種，且仍在不斷增加。為便于了解和研究已建立了多種分類法，常見的分類法如下：按主鏈結(jié)構(gòu)分類

①碳鏈聚合物主鏈完全由碳原子組成的聚合物。絕大多數(shù)烯類和二烯類的聚合物均屬此類。

②雜鏈聚合物主鏈除碳原子外，還含有氧、氮、硫等雜原子，如聚醚、聚酰胺等聚合物。

③元素有機(jī)聚合物主鏈中無碳原子，而是由硅、硼、鋁與氧、氮、硫、磷等原子組成，但側(cè)基是由甲基、乙基、乙烯基、芳基等有機(jī)基團(tuán)組成的聚合物。例如：

如果主鏈和側(cè)基均無碳原子，則稱為無機(jī)高分子化合物。按聚合物的熱行為分類

熱塑性聚合物：加熱變軟，冷卻變硬。

熱固性聚合物：加熱時(shí)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成不溶解、不熔化的固體。按性能和用途分類

高聚物主要用作材料，因此，可按所制得的材料的性能和用途不同，將它們分為塑料、橡膠、纖維、膠粘材料，以及功能高分子(如離子交換樹脂)等。

2）命名

高分子化合物有以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)命名法，雖較嚴(yán)格但太繁瑣，尤其對(duì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的高分子化合物很少使用。目前通用的命名有下列兩種。按原料單體或聚合物的結(jié)構(gòu)特征命名

①在單體名稱前面冠以“聚”字，如大多數(shù)烯類單體形成的聚合物。

也有以聚合物的結(jié)構(gòu)特征的名稱結(jié)合單體名稱來命名的。例如，由己二酸與己二胺合成的高聚物稱為聚己二酰己二胺(HN(CH2)6NH－CO(CH2)4CO。由己二醇與對(duì)苯二甲酸合成的高聚物稱為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(CO－－CO－O－(CH2)2O。

②在單體名稱(或簡單地自單體名稱中取一、二個(gè)字作簡稱)后面加“樹脂”、“橡膠”或共聚物。例如，由苯酚和甲醛合成的樹脂簡稱酚醛樹脂；由丁二烯與苯乙烯合成的橡膠簡稱丁苯橡膠。由苯乙烯、丁二烯與丙烯腈合成的聚合物稱為苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物。按商品名命名

商品名是為簡化命名或商品需要而產(chǎn)生的。例如，它將聚甲基丙烯酸甲酯命名為有機(jī)玻璃；將聚己二酰己二胺命名為尼龍-66，尼龍代表聚酰胺，尼龍后的數(shù)字中，前一個(gè)數(shù)字表示單體二元胺的碳原子數(shù)，后一個(gè)數(shù)字表示單體二元羧酸的碳原子數(shù)。用商品名命名，在纖維類高聚物中用得十分普遍。我國習(xí)慣以“綸”作為合成纖維商品名的后綴，如滌綸(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維)、氯綸(聚氯乙烯纖維)等。

此外，為解決聚合物名稱冗長，讀寫不便，可對(duì)常見的一些聚合物采用國際通用的英文縮寫符號(hào)。例如，聚氯乙烯用PVC(polyvinylchloride)表示等。10.3.2高分子化合物的結(jié)構(gòu)

高聚物的許多特性如塑性、彈性、機(jī)械性能、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性等，都與其結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。

（1）高分子鏈的結(jié)構(gòu)

高聚物按其分子形狀不同可分為鏈型(包括帶支鏈的)聚合物和體型聚合物兩大類，

線型（支鏈型）

許多鏈節(jié)相互連成一個(gè)很長的分子鏈，分子鏈柔順，易卷曲，彈性好，塑性好，具有溶熔性。

如：合成纖維、聚乙烯、聚丙烯、聚酯等。

體型:線型與支鏈型之間以化學(xué)鍵聯(lián)接而成，具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，彈性、塑性差，不具有溶熔性。

如：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、離子交換樹脂等。（2）高分子鏈的柔順性

線型的高聚物除了分子鏈可以運(yùn)動(dòng)外，分子鏈中以單鍵(σ鍵)相連的相鄰兩鏈節(jié)之間還可以保持一定的鍵角而旋轉(zhuǎn)，因此，一個(gè)分子鏈在無外力作用時(shí)會(huì)有眾多的分子空間形態(tài)，而呈伸直狀的極少，絕大部分為卷曲狀。若作用以外力時(shí)，分子鏈的形態(tài)會(huì)引起改變，同時(shí)引起物體外形的改變。但當(dāng)外力去除時(shí)，又能藉鏈節(jié)的旋轉(zhuǎn)而恢復(fù)其卷曲形態(tài)。高分子鏈這種強(qiáng)烈卷曲的傾向稱為(分子)鏈的柔順性，它對(duì)高聚物的彈性和塑性等有重要影響。

主鏈中含有孤立雙鍵時(shí)，分子鏈的柔順性比不含雙鍵時(shí)更好。

主鏈中含有一定數(shù)量的芳香雜環(huán)時(shí)，由于芳香雜環(huán)不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，分子鏈的柔順性就很差。

含共軛雙鍵的大分子鏈?zhǔn)归L鏈不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因而呈現(xiàn)極大的剛性。

高分子鏈有側(cè)基時(shí)，其柔順性下降。側(cè)基大小及對(duì)稱性都對(duì)柔順性有影響。

溫度越高，分子柔順性越好。

(3)高分子化合物的力學(xué)狀態(tài)

結(jié)晶度

固態(tài)高聚物按其分子鏈在空間的堆砌情況不同而分為晶態(tài)與非晶態(tài)。晶態(tài)高聚物中，分子鏈作有規(guī)則的排列；非晶態(tài)高聚物中，分子鏈的堆砌是無規(guī)則的。但一般的所謂晶態(tài)高聚物只能部分結(jié)晶；有結(jié)晶區(qū)，同時(shí)還有非晶區(qū)，即具有兩相共存的特殊結(jié)構(gòu)，并且每一個(gè)高聚物的分子鏈可貫穿好幾個(gè)結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)。通常用結(jié)晶度作為結(jié)晶部分含量的量度。

高聚物的結(jié)晶度依高聚物的種類、結(jié)晶條件等不同而異。結(jié)晶度的大小是影響高聚物及材料的機(jī)械強(qiáng)度、密度、耐熱、耐溶劑(溶解性)等性能的重要因素。

對(duì)稱整齊的分子鏈有利于周期性的有序堆砌，形成結(jié)晶區(qū)，例如，聚乙烯、聚四氟乙烯，其鏈節(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)稱，結(jié)晶度往往很高，其中聚乙烯的結(jié)晶度可高達(dá)95%。

一般高聚物的結(jié)晶度只有50%左右，例如乙烯類聚合物CH2-CHRn中，隨R(可為－CH2、－等)在空間的排列方式不同，就會(huì)導(dǎo)致聚合物鏈的立體構(gòu)型不同，從而改變了結(jié)晶度，帶來性質(zhì)上的差異。非晶態(tài)聚合物的溫度-形變曲線

當(dāng)溫度較低時(shí)，由于分子熱運(yùn)動(dòng)的能量很低，尚不足以使分子鏈節(jié)②或整個(gè)分子鏈產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，此時(shí)高聚物呈現(xiàn)如玻璃體狀的固態(tài)，稱為玻璃態(tài)。常溫下的塑料一般處于玻璃態(tài)。

當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，鏈節(jié)可以較自由地旋轉(zhuǎn)了，但高聚物的整個(gè)分子鏈還是不能移動(dòng)。此時(shí)在不大的外力作用下，可產(chǎn)生相當(dāng)大的可逆性形變，當(dāng)外力去除后，通過鏈節(jié)的旋轉(zhuǎn)又恢復(fù)原狀。而在外力作用下所產(chǎn)生的這種形變可能達(dá)到一個(gè)很大的數(shù)值，表現(xiàn)出很高的彈性，所以此溫度下高聚物的形態(tài)稱為高彈態(tài)。常溫下的橡膠就處于高彈態(tài)。

當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，高聚物得到的能量足夠使整個(gè)分子鏈都可以自由運(yùn)動(dòng)，從而成為能流動(dòng)的粘液，其粘度比液態(tài)低分子化合物的粘度要大得多，所以稱為粘流態(tài)。此時(shí)，外力作用下的形變?cè)诔ネ饬?，不能再恢?fù)原狀，所以又稱為塑性態(tài)。塑料等制品的加工成型，即利用此階段軟化而可塑制的特性。室溫或略高于室溫時(shí)處于粘流態(tài)的聚合物，通常用作膠粘劑或涂料(如聚醋酸乙烯酯)。

由高彈態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度稱為玻璃化溫度，用Tg表示。由高彈態(tài)向粘流態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度稱為粘流化溫度，用Tf表示。T是高聚物的一項(xiàng)重要性質(zhì)，它的高低不僅可確定該高聚物是適合作橡膠或是適合作塑料，而且還能顯示材料的耐熱、耐寒性能。

通常將Tg高于室溫的高聚物稱為塑料；將Tg低于室溫的高聚物稱為橡膠。塑料要求在室溫下保持固定的形狀，因此，用作塑料的高聚物Tg要高；可是作為橡膠，Tg與Tf之間溫度的差值決定著橡膠類物質(zhì)的使用溫度范圍，Tg越低、Tf越高，則橡膠的耐寒性與耐熱性越好，性能越優(yōu)良。10.3.3高分子化合物的性能

（1）機(jī)械性能

1）相對(duì)分子質(zhì)量的影響

高聚物的平均相對(duì)分子質(zhì)量(或平均聚合度)的增大，有利于增加分子鏈間的作用力，可使拉伸強(qiáng)度與沖擊強(qiáng)度等有所提高。當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量超過一定的數(shù)值后，不但拉伸強(qiáng)度變化不大，而且會(huì)使Tf升高而不利于加工；而沖擊強(qiáng)度有時(shí)仍可繼續(xù)增大，如一種平均相對(duì)分子質(zhì)量約5×106的聚乙烯，其沖擊強(qiáng)度和耐磨性約可達(dá)尼龍-66的五倍。

2）結(jié)晶度的影響

一般說來，在結(jié)晶區(qū)內(nèi)分子鏈排列緊密有序，可使分子鏈之間的作用力增大，機(jī)械強(qiáng)度也隨之增高。纖維的強(qiáng)度和剛性通常比塑料、橡膠都要好，其原因就在于制造纖維用的高聚物，特別是經(jīng)過拉伸處理后，其結(jié)晶度是比較高的。結(jié)晶度的增加也會(huì)使鏈節(jié)運(yùn)動(dòng)變得困難，從而降低了高聚物的彈性和韌性，影響其沖擊強(qiáng)度。

3）極性的影響

高聚物分子鏈中含有的極性取代基或鏈間能形成氫鍵時(shí)，都可因增加分子鏈之間的作用力而提高其強(qiáng)度。例如，聚氯乙烯因含極性基團(tuán)－Cl，其拉伸強(qiáng)度一般比聚乙烯的要高。又如，在聚酰胺的長鏈分子中存在著酰胺鍵(－CO－NH－)，因此，分子鏈之間通過氫鍵的形成增強(qiáng)了作用，使聚酰胺顯示了較高的強(qiáng)度。

4）主鏈結(jié)構(gòu)的影響

主鏈含苯環(huán)等的高聚物，其強(qiáng)度和剛性比含脂肪族主鏈的高聚物的要高。因此，新型的工程塑料大都是主鏈含芳環(huán)、雜環(huán)的。例如，芳香尼龍

引入芳環(huán)、雜環(huán)取代基均會(huì)提高高聚物的強(qiáng)度與剛性，例如聚苯乙烯的強(qiáng)度和剛性通常都超過聚乙烯的。

(2)電學(xué)性能

高聚物按其結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的不同，可以分為非極性的和極性的兩類。非極性高聚物是指分子鏈中鏈節(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)稱的高聚物，如聚乙烯、聚四氟乙烯等。極性高聚物是指分子鏈中鏈節(jié)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的高聚物，如聚氯乙烯、聚酰胺等。

對(duì)于直流電來說，由于高聚物內(nèi)部一般沒有自由電子和離子(或只有很少的自由電子或離子)，絕大多數(shù)具有較好的電絕緣性，且差別甚微。但對(duì)交流電而言，極性高聚物由于極性基團(tuán)或極性鏈節(jié)會(huì)隨著交變電場(chǎng)的方向發(fā)生周期性的取向而可以導(dǎo)電。這就是說，高聚物的電絕緣性與其極性有關(guān)。一般說來，高聚物的極性越小，則其電絕緣性越好。通?？砂雌滏湽?jié)結(jié)構(gòu)與電絕緣性能的不同，分為下列幾種情況：

1)非極性高分子

對(duì)直流電和交流電的絕緣性能均很好。

例：聚四氟乙烯中，C－F鍵雖有相當(dāng)大的極性，但由于整個(gè)鏈節(jié)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱，使鍵的極性相互抵消，所以聚四氟乙烯是非極性高聚物，可用作高頻率的電絕緣材料(電介質(zhì))。

2)極性高分子

對(duì)直流電是絕緣的，但對(duì)交流電而言，極性高聚物由于極性基團(tuán)或極性鏈節(jié)會(huì)隨著交變電場(chǎng)的方向發(fā)生周期性的取向，具有一定的導(dǎo)電性。

如聚氯乙烯、聚酰胺、酚醛樹脂等，具有極性，可根據(jù)其極性的大小，用作低頻率或中頻率的電絕緣材料。例如，酚醛樹脂、脲醛樹脂、聚乙烯醇等強(qiáng)極性高聚物可用作低頻率的電絕緣材料，而聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺等極性高聚物則可用作中頻率的電絕緣材料。

3）含共軛雙鍵的高分子

例：聚乙炔—CH=CH—CH=CH—CH=CH—n

此類高分子具有一定的導(dǎo)電性。

（3）高分子化合物的老化與防老

高聚物的老化可歸結(jié)為鏈的交聯(lián)和鏈的裂解，或簡稱交聯(lián)和裂解。裂解又稱為降解(指大分子斷鏈變?yōu)樾》肿拥倪^程，)，它使高聚物的聚合度降低，以致變軟、發(fā)粘，喪失機(jī)械強(qiáng)度。例如，天然橡膠易發(fā)生氧化而降解，使之發(fā)粘。老化通常以降解反應(yīng)為主，有時(shí)也伴隨有交聯(lián)。交聯(lián)可使鏈型高聚物變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)，增大了聚合度，從而使之喪失彈性，變硬發(fā)脆。例如，丁苯橡膠等合成橡膠的老化以交聯(lián)為主。

在引起高聚物老化的諸因素中，以氧、熱、光最為重要。通常又以發(fā)生氧化而降解的情況為主，且往往是在光、熱等因素影響和促進(jìn)下發(fā)生的。

1)交聯(lián)反應(yīng)——在分子鏈之間形成化學(xué)鍵，使大分子從線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成體型結(jié)構(gòu)的過程。

2）裂解反應(yīng)（降解反應(yīng)）——指大分子斷鏈變?yōu)樾》肿拥倪^程。

一般含雙鍵或羥基、醛基等易氧化的基團(tuán)的高聚物，易與氧氣或其他氧化劑反應(yīng)而降解。主鏈中含有雙鍵的高聚物在室溫下即可被氧化，加熱則更加速了氧化。例如，天然橡膠、順丁橡膠等便屬于此類情況。天然橡膠與氧氣發(fā)生的裂解反應(yīng)可簡單表示如下：為了延緩光、氧、熱對(duì)高聚物的老化作用，通?？稍诟呔畚镏屑尤敫黝惞夥€(wěn)定劑、抗氧劑(芳香族胺類如二苯胺－NH－和酚類等)、或熱穩(wěn)定劑(如硬脂酸鹽等)。10.3.4重要的高分子材料工程塑料

聚甲醛POM，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene)，聚四氟乙烯

體型高聚物的分子鏈被化學(xué)鍵牢固地交聯(lián)著,很難變形。因此，當(dāng)溫度改變時(shí),不會(huì)出現(xiàn)粘流態(tài)，交聯(lián)程度大的甚至不出現(xiàn)橡膠態(tài),而只呈玻璃態(tài)。

合成橡膠

丁苯橡膠SBR,丁腈橡膠NBR,硅橡膠

合成纖維

合成膠粘劑(Syntheticadhesive)

環(huán)氧樹脂膠粘劑,聚氨酯膠粘劑,丙烯酸膠粘劑,聚醋酸乙烯膠粘劑,合成橡膠膠粘劑(1)工程塑料塑料以合成樹脂為主要成分，一般含有添加劑，經(jīng)加熱、加壓而成型，在平常條件（室溫、101.325kPa）下能保持固定形狀的材料。樹脂是塑料中能起粘結(jié)作用的成分，也叫做粘料。它主要決定著塑料的類型（熱塑性或熱固性）和性能（物理性能、化學(xué)性能和電性能）。添加劑是為了改善塑料的性能而加入的其他組分，主要包括填料、增塑劑、固化劑、穩(wěn)定性等。按塑料的使用性能，常分為通用塑料與工程塑料兩大類。通用塑料是指產(chǎn)量大、用途廣、價(jià)格低的塑料，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料（電木）和氨基塑料（電玉）等這六個(gè)品種。工程塑料是指那些強(qiáng)度大、具有某些金屬特點(diǎn)、能在機(jī)械設(shè)備和工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的塑料。例如聚甲醛、尼龍、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、環(huán)氧樹脂等。工程塑料磁力驅(qū)動(dòng)泵外表采用工程塑料的相機(jī)(2)合成橡膠橡膠是具有高彈性的輕度交聯(lián)的線型高聚物。通常橡膠分子主鏈為柔順鏈，容易發(fā)生鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使分子卷曲。其側(cè)基一般為非極性基團(tuán)，因而有利于分子鏈的柔順性。因此，橡膠的機(jī)械強(qiáng)度比塑料低，但它的伸長率卻比塑料大得多。它在很寬的溫度范圍內(nèi)處于高彈態(tài)。丁二烯橡膠防水衣(3)合成纖維合成纖維一般是線型的高聚物。它要求分子鏈具有較大的極性，這樣可以形成定向排列而產(chǎn)生局部結(jié)晶區(qū)，在結(jié)晶區(qū)內(nèi)分子間的作用力較大，可以使纖維具有一定的強(qiáng)度。此外，還有非定向排列的無定形區(qū)。其中分子鏈可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，使纖維柔軟而富有彈性。合成纖維一般都具有強(qiáng)度高、彈性大、密度小、耐磨、耐化學(xué)腐蝕、耐光、耐熱等特點(diǎn)，廣泛用作衣料等生活用品，在工農(nóng)業(yè)、交通、國防等部門也有許多重要應(yīng)用。例如錦綸簾子線做的汽車輪胎，壽命比一般天然纖維的高出1～2倍，并可節(jié)約橡膠用量20%。合成纖維除了日常生活用的滌綸、錦綸、腈綸、維綸、丙綸、氯綸這六種纖維外，還有耐高溫纖維（芳綸1313）＊、高強(qiáng)力纖維（芳綸1414）、高溫耐腐蝕纖維（氟綸）、耐輻射纖維（聚酰亞胺纖維）和彈性纖維（氨綸）。雪地鞋（芳綸纖維）(4)合成膠粘劑膠粘劑又稱粘合劑或粘結(jié)劑，它是一種靠界面作用力（如機(jī)械結(jié)合力、物理吸附力或化學(xué)鍵合力）把各種材料牢固地膠接在一起的物質(zhì)。用膠粘劑連接構(gòu)件的工藝技術(shù)，稱為膠接技術(shù)，由膠粘劑連接的接頭叫做膠接接頭。近年來隨著高分子化學(xué)、航空工業(yè)的發(fā)展，膠粘劑的使用和發(fā)展發(fā)生了飛躍性的變化。其應(yīng)用范圍從建筑、交通、機(jī)械、電子行業(yè)到飛機(jī)、衛(wèi)星等尖端部門，幾乎遍及國民經(jīng)濟(jì)所有領(lǐng)域。電子或儀器儀表用膠粘劑膠接定位；機(jī)械生產(chǎn)中用膠粘劑代替鉚、焊、螺栓；制造洲際導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星應(yīng)用的大量高強(qiáng)度低密度的復(fù)合材料（如玻璃纖維、蜂窩夾芯材料、復(fù)合金屬材料等）都采用膠粘劑膠接；宇宙飛船儀器艙的密封、油箱堵漏也用上膠粘劑。乙酸乙酯類膠粘劑10.4復(fù)合材料復(fù)合材料是由兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料組合而成的多相材料。復(fù)合材料既保留了組成材料各自的優(yōu)點(diǎn)，又得到了單一材料無法比擬的優(yōu)異的綜合性能，如強(qiáng)度高，重量輕，抗疲勞性好，減振性能良好，耐高溫，化學(xué)穩(wěn)定性高等。成為一類新型的工程材料。10.4.1增強(qiáng)材料和基體材料復(fù)合材料主要由增強(qiáng)材料和基體材料兩部分組成，如鋼筋水泥中，鋼筋是增強(qiáng)材料，水泥是基體材料。（1）增強(qiáng)材料按增強(qiáng)物質(zhì)的形態(tài)可分為纖維增強(qiáng)材料和粒子增強(qiáng)材料兩大類。纖維增強(qiáng)材料是復(fù)合材料的支柱，它決定了復(fù)合材料的各種力學(xué)性能（如強(qiáng)度、彈性模量等）；粒子增強(qiáng)材料一般作為填料以降低成本，此外也可以改變材料的某些性能，起到功能增強(qiáng)作用。如碳黑、陶土、粒狀二氧化硅作為橡膠的增強(qiáng)劑，可使橡膠的強(qiáng)度顯著提高。（2）基體材料基體材料的主要作用是使增強(qiáng)材料粘合成型，且對(duì)承受的外力起傳導(dǎo)和分散作用?；w材料一般有高聚物、金屬和陶瓷等。各種增強(qiáng)材料分散到不同的基體中可復(fù)合成高聚物基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料。10.4.2重要復(fù)合材料及應(yīng)用（1）玻璃纖維增強(qiáng)塑料玻璃纖維增強(qiáng)塑料是以樹脂為基體，玻璃纖維為增強(qiáng)材料制成的一類復(fù)合材料。用玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂得到的復(fù)合材料一般稱為玻璃鋼。常用的熱固性樹脂有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂、不飽和聚酯樹脂等。玻璃鋼的主要特點(diǎn)是質(zhì)輕、耐熱、耐老化、耐腐蝕性好，優(yōu)良的電絕緣性和成型工藝簡單。但其剛度尚不及金屬，長時(shí)間受力有蠕變現(xiàn)象。

玻璃纖維復(fù)合材料

(2)碳纖維增強(qiáng)塑料以樹脂為基體，碳纖維為增強(qiáng)劑制成的復(fù)合材料稱為碳纖維增強(qiáng)塑料。作為基體材料的樹脂以環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和聚四氟乙烯應(yīng)用最多。碳纖維增強(qiáng)塑料具有質(zhì)輕、耐熱、導(dǎo)熱系數(shù)大、抗沖擊性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。它的強(qiáng)度高于鈦和高強(qiáng)度鋼。因此在工程上應(yīng)用越來越廣泛。如制造軸承、齒輪不僅質(zhì)輕而且無需潤滑。在航空工業(yè)中用于制造飛機(jī)的翼尖、尾翼、直升機(jī)的旋翼和機(jī)內(nèi)設(shè)備。也用于制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)殼，火箭和導(dǎo)彈的噴嘴等。碳纖維自行車架(3)金屬包層復(fù)合材料金屬包層復(fù)合材料是以物理、化學(xué)方法（如電鍍）將不同金屬組合在一起的一種材料。被包覆的金屬稱母材，包覆金屬稱被覆材料。母材一般有銅、鋁、鋼、不銹鋼等；包覆金屬一般有鋁、銅、銀、金、鋅、錫、鎳等。以銅、銀等包覆鋼絲，普遍用作導(dǎo)線，以節(jié)約銅、銀等貴金屬；包鈦鋼是鈦和鋼的復(fù)合材料。由于鈦抗蝕性好，常用于化工設(shè)備，以鈦為設(shè)備的襯里起了抗腐蝕作用。(4)纖維增強(qiáng)陶瓷纖維增強(qiáng)陶瓷是纖維為增強(qiáng)劑，陶瓷為基體制得的復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)陶瓷已被用于各種氣輪機(jī)和內(nèi)燃機(jī)的部分零部件。但由于影響纖維增強(qiáng)陶瓷性能的因素很復(fù)雜，欲制得高質(zhì)量的產(chǎn)品比較困難，所以至今大部分纖維增強(qiáng)陶瓷仍處于研制階段。10.5潤滑油10.5.1潤滑油的組成任何機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)都要出現(xiàn)摩擦。摩擦在某些場(chǎng)合下是有益的甚至是非常必要的，例如車輪滾動(dòng)前行，機(jī)器剎車都是利用摩擦。然而摩擦阻礙運(yùn)轉(zhuǎn)，消耗功，從能源角度則消耗能源。因?yàn)槟Σ?、磨損和腐蝕，給國民經(jīng)濟(jì)帶來的損失是巨大的。為了降低摩擦，減少磨損和腐蝕，必須采取必要的潤滑措施。潤滑，是用潤滑劑來改善兩個(gè)相互接觸面之間的接觸情況，起到降低摩擦減輕磨損防止腐蝕的作用。常用潤滑劑有液體潤滑劑和膏狀潤滑劑，此外還有固體潤滑劑。潤滑油是使用最廣泛的液體潤滑劑，它的種類很多，如噴氣機(jī)潤滑油、柴油機(jī)潤滑油、儀表油、齒輪油、特種潤滑油等。它們都是由基礎(chǔ)油和添加劑兩大組分按一定比例混合組成的，所以潤滑油是一種復(fù)雜的混合物?；A(chǔ)油是潤滑油中的主要成分，決定著潤滑油的主要特性，本身就可以作潤滑劑使用。10.5.2潤滑油的主要性能和工業(yè)質(zhì)量要求(1)潤滑性潤滑油在金屬表面形成油膜的性能叫做潤滑油的潤滑性。潤滑性和油品中極性分子含量有密切關(guān)系，極性物質(zhì)含量高，潤滑性就好?；A(chǔ)油中加進(jìn)油醇、脂肪醇、胺類等極性物質(zhì)，或者有機(jī)多硫化物，磷酸脂等添加劑，均能提高潤滑性。(2)流動(dòng)性、粘度和凝點(diǎn)液體具有粘度，粘度是液體在外力影響下液體分子間存在的摩擦阻力。粘度大則液體的流動(dòng)性差，粘度小則流動(dòng)性好，所以粘度是潤滑油流動(dòng)性的一項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)。潤滑油的粘度大小主要取決于基礎(chǔ)油的化學(xué)組成。礦物油中烴分子的碳原子數(shù)多，粘度大；在碳原子數(shù)目相同的情況下環(huán)烷烴的粘度最大，芳香烴次之而烷烴最小。分子中環(huán)狀結(jié)構(gòu)增加粘度亦增大。如果環(huán)狀烴帶有側(cè)鏈，粘度隨著側(cè)鏈中碳原子數(shù)的增多而增大。如果側(cè)鏈的碳原子數(shù)目相同，側(cè)鏈上的分支越多粘度也越大。(3)抗氧化安定性、腐蝕性和酸值潤滑油抵抗氧化變質(zhì)的能力叫做抗氧化安定性，簡稱安定性。抗氧化安定性是以一定條件下潤滑油氧化后的酸值和沉淀物的數(shù)值來表示的。酸值大、沉淀物多，表明抗氧化安定性差，酸值用中和1ｇ油品中的酸所消耗KOH多少mg來表示。沉淀物用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。(4)抗泡性和抗乳化性潤滑油反復(fù)循環(huán)使用過程中由于受到攪動(dòng)或沖擊，容易夾帶空氣從而產(chǎn)生泡沫影響潤滑。優(yōu)質(zhì)潤滑油應(yīng)具有抗泡性。油品中加適量消泡劑（如表面張力較小的甲基硅油）能降低氣泡膜壁韌性促使泡沫破裂。(5)潤滑油的再生

潤滑油在使用過程中，除小部分消耗外，大部分仍留在機(jī)械中。由于長期工作，或高溫氧化，塵土、金屬屑、水分等雜質(zhì)的污染以及被燃料稀釋等，使質(zhì)量變壞，不能再繼續(xù)使用。這種用過的潤滑油雖然不再符合使用要求，但真正變質(zhì)的只是其中很少一部分烴類，一般用過的潤滑油中有害雜質(zhì)（包括油的變質(zhì)產(chǎn)物在內(nèi)）的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常為1%～25%，其余99%～75%都是好成分。所以，只要除去變質(zhì)的烴類和混