《高分子材料與成形》PPT課件.ppt

1、第五篇 高分子材料與成形,第一章 高分子材料簡介 高分子，即高分子化合物，是由千百萬個(gè)原子彼此以共價(jià)鏈接起來的大分子，因此又稱為高聚物或聚合物。 高分子的特點(diǎn)是分子量大，高達(dá)104106， 并且分子量具有多分散性，其相對(duì)分子質(zhì)量一般都在幾萬到幾百萬。 通常把相對(duì)分子質(zhì)量在一萬以上的分子稱為高分子。 高分子是用相對(duì)分子質(zhì)量、聚合度（重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元數(shù)）或分子鏈的長度來描述的。 高分子材料的性能不僅與聚合物的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，而且還與諸如結(jié)晶的程度和分布，高分子鏈長的分布，添加劑（如填料，增強(qiáng)劑和增塑劑等）的性質(zhì)和用量等許多因素有關(guān)。,第五篇 高分子材料與成形,1-1 高分子材料的分類 一、塑料 塑料分

2、為熱塑性和熱固性塑料。 熱塑性塑料是指在一定溫度范圍內(nèi)具有可反復(fù)加熱軟化、冷卻后硬化定型的塑料。 常用的熱塑性塑料 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。 熱固性塑料是指經(jīng)加熱（或不加熱）就變成永久的固定形狀，一旦成形，就不可能再熔融成形的塑料。 常用的熱固性塑料 酚醛塑料、脲醛塑料等。,1-1 高分子材料的分類,塑料按使用情況又分為通用塑料、工程塑料及特種塑料。 通用塑料 價(jià)格便宜、產(chǎn)量大、成型性好，廣泛用于日用品、包裝、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。 如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛和脲醛塑料。 工程塑料 能承受一定的外力作用，具有較高的強(qiáng)度和剛度并具有較好的尺寸穩(wěn)定性。 如聚甲醛、聚砜、聚碳酸酯

3、、聚酰胺、ABS等。 特種塑料 具有如耐熱、自潤滑等特異性能，可用于特殊要求。 如氟塑料、有機(jī)硅塑料、聚酰亞胺等。,1-1 高分子材料的分類,二、橡膠 橡膠具有高的彈性、電絕緣性和緩沖減振性。 橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠。 天然橡膠的彈性好、強(qiáng)度高、耐屈撓性好、絕緣性好。這些性能都是合成橡膠所不及。因此，天然橡膠至今仍是最重要的一種橡膠。天然橡膠的加工性、粘合性、混合性良好。 合成橡膠的種類很多 按其性能和用途可分為通用合成橡膠和特種合成橡膠。 通用合成橡膠一般用以代替天然橡膠來制造輪胎及其它常用橡膠制品，如丁苯、順丁、氯丁、丁基、聚異戊二烯、乙丙、丁腈等。 特種合成橡膠具有耐寒、耐熱、耐油

4、等特殊性能，用來制造特定條件下使用的橡膠制品，如氯蟥化聚乙烯、氯化聚乙烯、硅橡膠、氟橡膠、丙烯酸脂、氯醇、聚硫橡膠等。,1-1 高分子材料的分類,三、纖維 纖維分為有機(jī)合成纖維、無機(jī)纖維和天然纖維。 無機(jī)纖維有金屬纖維、碳纖維、硅系纖維及礦物纖維等； 天然纖維有植物纖維（如麻、棉花等）和動(dòng)物纖維（如羊毛、駝毛等）等。 合成纖維主要有聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈等。 聚酰胺纖維又叫錦綸、尼龍（或耐綸）開始是杜邦公司的商品名。其特點(diǎn)是強(qiáng)韌、彈性高、質(zhì)量輕。約一半作衣料用，一半用于工業(yè)生產(chǎn)。 聚酯纖維又叫滌綸，是生產(chǎn)量最大的合成纖維。約90%用作衣料，用于工業(yè)生產(chǎn)的只占6%左右。 聚丙烯腈纖維包括丙烯腈均

5、聚物極其共聚物纖維。約70%用作衣料，用于工業(yè)生產(chǎn)的只占5%左右。,1-2 高分子材料添加劑,一、增塑劑 增塑劑使塑料的粘度減小，流動(dòng)性增加，同時(shí)增塑劑降低了塑料的抗張強(qiáng)度、硬度、模量等，提高了塑料的伸長率和抗沖擊性能。 二、防老劑 老化本質(zhì)上是高分子在物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)上的改變使材料性能劣化的現(xiàn)象。依其功能可分為光穩(wěn)定劑和抗氧劑等。 三、填充劑、增強(qiáng)劑和偶聯(lián)劑 填充劑一般為無機(jī)材料，目的是增大塑料的體積，降低成本，也可改變產(chǎn)品的某些性能。 增強(qiáng)劑主要是玻璃纖維等纖維狀物質(zhì)，它可以提高材料的強(qiáng)度。 偶聯(lián)劑是指能增強(qiáng)填料與樹脂間粘結(jié)力的物質(zhì)，從而使材料具有優(yōu)異的整體性能。 四、阻燃劑 由于高分子

6、聚合物基本上屬于含有碳和氫的有機(jī)化合物，因而大部分是可燃的。在此類聚合物中加入的阻燃性物質(zhì)稱為阻燃劑。,2-1 聚合物材料的結(jié)構(gòu)和聚集態(tài),聚合物通常可以分為線形聚合物和體型聚合物。 線形聚合物的分子具有長鏈結(jié)構(gòu)。 體型聚合物是由線型聚合物彼此貫穿、重迭和纏結(jié)在一起而形成。 聚合物在加工過程所表現(xiàn)許多性質(zhì)和行為都與聚合物的長鏈結(jié)構(gòu)和纏結(jié)以及聚集態(tài)所處的力學(xué)狀態(tài)有關(guān)。 根據(jù)聚合物所表現(xiàn)的力學(xué)性質(zhì)和分子熱運(yùn)動(dòng)特征，可以將聚合物劃分為玻璃態(tài)(結(jié)晶聚合物為結(jié)晶態(tài))、高彈態(tài)和粘流態(tài)，通常稱這些狀態(tài)為聚集態(tài)。,2-1 聚合物材料的結(jié)構(gòu)和聚集態(tài),聚集態(tài)的轉(zhuǎn)變主要與溫度有關(guān)。 Tz(脆韌轉(zhuǎn)變溫度）Tg（玻璃化轉(zhuǎn)

7、變溫度）Tf （粘流溫度） 處于玻璃化溫度Tg以下的聚合物為堅(jiān)硬固體，稱為玻璃態(tài)。此時(shí),聚合物具有相當(dāng)大的力學(xué)強(qiáng)度。 聚合物在Tg Tf之間為高彈態(tài)，形變能力顯著增大。 聚合物在Tf以上開始轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，通常又將這種液體狀態(tài)的聚合物稱為熔體。,2-2 聚合物的結(jié)晶,聚合物分為結(jié)晶聚合物和非晶聚合物。 結(jié)晶聚合物的結(jié)晶具有不完善性。 聚合物分子鏈的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性越高，越容易結(jié)晶，如聚乙烯、聚四氟乙烯。 聚合物在不同的結(jié)晶條件下，可形成多種結(jié)晶形式，如片晶、球晶、伸直鏈片晶和串晶等。 晶區(qū)中的分子排列規(guī)整，其密度大于非晶區(qū)，隨著結(jié)晶度的增加，聚合物的密度增大。 兩相并存的結(jié)晶聚合物通常呈白色，不透明。

8、結(jié)晶度減小，透明度增加，那些完全非晶的聚合物，通常是透明的。 一般隨結(jié)晶度增加，聚合物的屈服強(qiáng)度、模量和硬度等隨之提高。但是，沖擊強(qiáng)度隨結(jié)晶度增加而降低。,2-3聚合物在成形過程中的分子取向,聚合物的分子鏈或鏈段按一定方向排列稱為取向。 1.流動(dòng)取向 聚合物在成形加工過程中，蜷曲狀長鏈分子逐漸沿流動(dòng)方向舒展伸長和取向。 非晶聚合物取向后，沿拉伸方向的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、沖擊強(qiáng)度等均隨取向程度提高而增大，而垂直于取向方向的力學(xué)強(qiáng)度會(huì)顯著降低。 結(jié)晶聚合物隨取向度提高，材料的密度和強(qiáng)度都相應(yīng)提高，而伸長率降低。,2-4 聚合物的降解和交聯(lián),一、聚合物的降解 聚合物的分子量降低，大分子結(jié)構(gòu)改變等化學(xué)變化。通常稱分子量降低的作用為降解。 聚合物在貯存、使用過程中，進(jìn)行比較緩慢的降解過程，又稱為老化。老化過程中，使材料喪失彈性、變脆、不熔和不溶。 輕度的降解形成一些比原始聚合物分子量低但聚合度不同的同類大分子，使聚合物帶色。 進(jìn)一步降解會(huì)使聚合物分解出低分子物質(zhì)、分子量或粘度降低，制品出現(xiàn)氣泡和流紋等弊病，并因此削弱制品的各項(xiàng)性能。 嚴(yán)重降解時(shí)，使聚合物破壞而得到單體或其它低分子物，使聚合物焦化變黑，產(chǎn)生大量的分解物質(zhì)。,2-4 聚合物的降解和交聯(lián),二、聚合物的交聯(lián) 聚合物的線形大分子鏈之間以新的化學(xué)鍵連接，形成三維網(wǎng)狀或體形結(jié)構(gòu)的反應(yīng)稱為交聯(lián)。 通過交聯(lián)反應(yīng)能制得交聯(lián)(即體型)聚合