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1、一,高分子材料的基本概念 高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料.常称聚合物或高聚物. 高分子化合物的分子量一般>104 . 高分子化合物有天然的,也有人工合成的.工业用高分子材料主要是人工合成的. 1,高分子化合物的组成 由简单的结构单元重复连接而成.如由乙烯合成聚乙烯: CH2=CH2+CH2=CH2+ →-CH2-CH2-CH2-CH2- , [ CH2CCH2 ]n 可简写成 n CH2=CH2→ . 组成聚合物的低分子化合物称为单体. 聚合物的分子为很长的链条,称为大分子链. [ CH2CCH2 ]n 大分子链中重复结构单元(如聚乙烯中 )称为链节. 聚乙烯分子链 2 ,高分子材料的分类 ⑴ 按用途分塑料,橡胶,纤维,胶粘剂,涂料等. ⑵ 按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物. ⑶ 按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物 ⑷ 按主链上的化学组成分为碳链聚合物,杂链聚合物和元素有机聚合物 二,高分子材料的结构 1,大分子链的结构 ⑴ 大分子链的柔顺性 大分子链主链共价键有一定键长和键角,保持键长和键角不变时单键可任意旋转,称单键的内旋转. 内旋转使大分子链卷曲成各种不同形状,对外力有很大的适应性,这种特性称为大分子链的柔顺性. 柔顺性与单键内旋转的难易程度有关. ⑵ 大分子链的形状 按照大分子链的几何形状,可将高分子化合物分为线型结构,支链型结构和体型结构. 线型结构高聚物的弹性,塑性好,硬度低,是热塑性材料.支链型结构近于线型结构 .体型结构高聚物硬度高,脆性大,无弹性和塑性,是热固性材料. 2,高分子的聚集态结构 固态高聚物分为晶态和非晶态两大类,晶态为分子链排列规则的部分,而排列不规则的部分为非晶态. 一个大分子链可以穿过几个晶区和非晶区.晶区熔点,密度,强度,硬度,刚性,耐热性,化学稳定性高,而弹性,塑性,冲击强度下降. 三,高分子材料的力学状态 1,线型非晶态高分子材料的力学状态 ⑴ 玻璃态:低温下,链段不能运动.在外力作用下,只发生大分子原子的微量位移,产生少量弹性变形. 高聚物呈玻璃态的最高温度称玻璃化温度,用Tg表示.用于这种状态的材料有塑料和纤维. 线型非晶态高聚物的温度-变形曲线 ⑵ 高弹态:温度高于Tg,分子活动能力增加,受力时产生很大弹性变形.用于这种状态高聚物是橡胶. ⑶ 粘流态:由于温度高,分子活动能力很大,在外力作用下,大分子链可以相对滑动.粘流态是高分 子材料的加工态,大分子链开始发生粘性流动的温度称粘流温度,用Tf表示. 线型非晶态高聚物的温度-变形曲线 2,线型晶态高分子材料的力学状态 分为一般分子量和很大分子量两种情况.一般分子量的高聚物在低温时,链段不能活动,变形小,在 Tm 以下与非晶态的玻璃相似,高于Tm 则进入粘流态.分子量很大的晶态存高聚物在高弹态. 部分结晶高聚物在非晶区Tg与晶区T m 间,非晶区柔性好,晶区刚性好,处于韧性状态,即皮革态. 线型晶态高聚物的温度-变形曲线 第二节 高分子工程材料 高分子工程材料包括塑料,合成纤维,橡胶和胶粘剂等.本节主要介绍工程上常用的高分子工程材料. 一,工程塑料 塑料是在玻璃态下使用的高分子材料.在一定温度,压力下可塑制成型,在常温下能保持其形状不变. 1,工程塑料概述 ⑴ 塑料的组成 塑料是以树脂为主要成分,加入各种添加剂. 树脂是塑料的主要成分,对塑料性能起决定性作用. 塑料制品 添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质. 填料主要起增强作用; 增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性; 固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构; 稳定剂用于防止塑料老化,延长其使用寿命; 润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上, 使制品光亮; 着色剂用于塑料制品着色. 其他的还有发泡剂,催化 剂,阻燃剂,抗静电剂等. 添加剂 ⑵ 塑料的分类 按树脂受热时行为可分为热塑性塑料和热固性塑料. 按使用范围可分为通用塑料,工程塑料和特种塑料. 通用塑料产量大,价格低,用途广. 工程塑料力学性能高,耐热,耐蚀性能好. 特种塑料是指具有某些特殊性能如耐高温,耐腐蚀的塑料,这类塑料产量少,价格贵,只用于特殊需要的场合. 热固性塑料制品 ⑶ 塑料的性能特点 塑料的优点: 相对密度小(一般为0.9 ~2.3);耐蚀性,电绝缘性,减摩,耐磨性好;有消音吸振性能 . 塑料的缺点: 刚性差(为钢铁材料的1/100~1/10),强度低;耐热性差,热膨胀系数大(是钢铁的10倍),导热系数小(只有金属的1/200~1/600);蠕变温度低,易老化. 2,常用工程塑料 ⑴ 一般结构用塑料 包括聚乙烯(PE),聚氯乙烯(PVC),聚苯乙烯(PS),聚丙烯(PP)和ABS塑料等. 聚丙烯具有优良的综合性能,可制造各种机械零件. ABS塑料 "坚韧,质硬,刚性" ,应用广泛. PE波纹管 PP方向盘 ABS阀门 PS管 聚酰胺又称尼龙或绵纶,强度较高,耐磨,自润滑性好,广泛用作机械,化工及电气零件. 聚甲醛具有优良的综合性能,广泛用于汽车机床,化工,电气仪表,农机等工业 . 尼龙管件 PC挡风板 聚碳酸酯具有优良的机械性能,透明无毒,应用广泛. ⑵ 摩擦传动零件用塑料 包括聚酰胺(PA),聚甲醛(POM),聚碳酸酯(PC),聚四氟乙烯(PTFE)等. 聚四氟乙烯俗称"塑料王",具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优越的电性能,几乎不受任何化学药品的腐蚀,摩擦系数极低,只有0.04.缺点是强度低,加工性差.主要用于减摩密封件,化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料. 密封件 聚四氟乙烯管 聚四氟乙烯零件 ⑶ 耐蚀用塑料 耐蚀用塑料主要有聚四氟乙烯,氯化聚醚(PENTON),聚丙烯等. 氯化聚醚的化学稳定性仅次于聚四氟乙烯,但工艺性比聚四氟乙烯好,成本低.在化学工业和机电工业获得广泛应用,如化工设备零件,管道,衬里等. 氯化聚醚防腐蝶阀 ⑷ 耐高温件用塑料 有聚砜(PSF),聚苯醚(PPO),聚酰亚胺(PI)及氟塑料等. 聚砜的热稳定性高是其 聚酰亚胺层压板 最突出的特点.使用温度达150~174℃.用于机械设备等工业. 聚苯醚具有良好的综合性能,用于机电等方面. 聚酰亚胺在260℃下可长期使用.主要用于特殊条件下使用的精密零件. ⑸ 热固性塑料 热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物. 酚醛塑料是以酚醛树脂为基,加入填料及其他添加剂而制成.广泛用于制作各种电讯器材和电木制品(如插座,开关等),耐热绝缘部件及各种结构件. 电器配件 二,合成橡胶 橡胶是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料. 1,橡胶的组成和性能特点 工业用橡胶由生胶和橡胶配合剂组成.生胶无配合剂并未经硫化.橡胶配合剂有硫化剂,硫化促进剂,防老剂,软化剂,填充剂,发泡剂,着色剂等. 橡胶最大的特点是高弹性.橡胶有储能,耐磨,隔音,绝缘等性能. 2,常用合成橡胶 合成橡胶按用途和用量分为通用橡胶和特种橡胶,前者主要用于制作轮胎,运输带,胶管,胶板,垫片,密封装置等;后者主要用于高低温,强腐蚀,强辐射等特殊环境下工作的橡胶制品. 密封圈 胶管 轮胎。
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