材料科学基础 教学课件 作者 王章忠 1_ 第十三章　高分子材料.ppt

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1、第一节　高分子材料的合成与生产第二节　高分子材料的性能特点第三节　常用高分子材料及其应用第十三章　高分子材料第一节　高分子材料的合成与生产一、高分子的合成二、高分子材料制品的生产三、高分子材料的分类和形状一、高分子的合成１.加聚反应即加成聚合反应，凡含有不饱和键(双键、叁键、共轭双键)的化合物或环状低分子化合物，在催化剂、引发剂或辐射等外加条件作用下，同种单体间相互加成形成新的共价键相连大分子的反应就是加聚反应。烯类单体经加成而聚合起来的反应。加聚反应无副产物。２.缩聚反应是一类有机化学反应，是具有两个或两个以上官能团的单体，相互反应生成高分子化合物，同时产生有简单分子

2、(如H2O、HX、醇等)的化学反应。二、高分子材料制品的生产(一)塑料配制1)混合；2）捏合；3）塑炼(二)塑料的成型加工图１３-１　挤出成型示意图挤塑又称挤出成型，是使用挤塑机（挤出机）将加热的树脂连续通过模具，挤出所需形状的制品的方法。挤塑有时也有于热固性塑料的成型，并可用于泡沫塑料的成型。挤塑的优点是可挤出各种形状的制品，生产效率高，可自动化、连续化生产；缺点是热固性塑料不能广泛采用此法加工，制品尺寸容易产生偏差。图１３-２　注塑(射)成型示意图注塑注塑又称注射成型。注塑是使用注塑机（或称注射机）将热塑性塑料熔体在高压下注入到模具内经冷却、固化获得产品的方法。注塑

3、也能用于热固性塑料及泡沫塑料的成型。注塑的优点是生产速度快、效率高，操作可自动化，能成型形状复杂的零件，特别适合大量生产。缺点是设备及模具成本高，注塑机清理较困难等。图１３-３　压缩成型示意图压塑也称模压成型或压制成型，压塑主要用于酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂等热固性塑料的成型。三、高分子材料的分类和形状１.粒、粉、片状这是高分子材料塑料、橡胶等最常见的形状，如聚乙烯醇缩醛粉末、聚乙烯颗粒、聚苯乙烯片等。２.纤维具有很大长径比和一定强度的线条或丝状高分子材料称为纤维。３.薄膜薄膜是长度、宽度极大而厚度极小的一类高分子材料。４.胶粘剂(粘结剂)胶粘剂是用来将其他材料

4、粘接在一起的材料。５.涂料涂料是一种或几种高分子材料(又称成膜物质、漆料)的乳液、溶液或粉末，涂布在物体表面上，能形成一层附着坚牢的高分子聚合物涂层。第二节　高分子材料的性能特点一、高分子材料的力学特性二、高分子材料的物理化学性能三、高分子材料的老化与防止一、高分子材料的力学特性(一)高分子材料的力学特征(二)高分子材料的力学性能图１３-?６　线型无定形高分子材料的形变-温度曲线示意图(一)高分子材料的力学特征图１３-７　结晶态高分子聚合物的形变-温度曲线（1）低强度和较高的比强度。高分子材料的抗拉强度平均为100MPa,比金属材料低得多，即使是玻璃纤维增强的尼龙，其抗

5、拉强度也只有200MPa，相当于普通灰铸铁的强度。但是高分子材料的密度小，只有钢的1/6-1/4，所以其比强度并不比某些金属低。图１３-８　几种塑料的蠕变曲线１—聚砜　２—聚苯醚　３—聚碳酸酯４—改性聚苯醚　５—耐热ABS６—聚甲醛　７—尼龙　８—ABS（2）高弹性和低弹性模量。高弹性和低弹性模量是高分子材料所特有的性能。橡胶是典型的高弹性材料，其弹性变形率为100％-1000％，弹性模量仅为1MPa。为防止橡胶产生塑性变形，采用硫化处理，使分子链交联成网状结构。随着硫化程度的增加，橡胶的弹性降低，弹性模量增大。图１３-９　轮胎的应力应变随时间的变化曲线（3）黏弹性。高

6、聚物在外力作用下，同时发生高弹性变形和粘性流动，其变形与时间相关，此种现象称粘弹性。高聚物的粘弹性表现为蠕变、应力松弛和内耗3种现象。(二)高分子材料的力学性能图１３-１０　橡胶和塑料的应力-应变曲线高耐磨性。高聚物的硬度比金属低，但耐磨性一般比金属高，尤其塑料更为突出。塑料的摩擦系数小，有些塑料具有白润滑性能，可在干摩擦条件下使用。所以，广泛使用塑料制造轴承、轴套、凸轮等摩檫磨损零件。但橡胶则相反，其摩察系数打，适宜制造要求较大摩察系数的耐磨零件，如汽车轮胎、制动摩檫件。图１３-１１　形变速率对聚丙烯力-伸长曲线的影响(２５℃)蠕变是在恒定载荷下，应变随时间延长而增加

7、的现象，它反映材料在一定外力作用下的形状稳定性。有些高分子材料在温室下的蠕变很明显，如架空的聚氯乙烯电线套管拉长变弯就是蠕变。对尺寸精度要求高的聚物零件，为避免因蠕变而早期失效，应选用蠕变抗力高的材料，如聚砜、聚碳酸酯等。图１３-１２　温度对甲基丙烯酸甲脂的应力-应变曲线的影响(形变速率５ｍｍ／ｍｉｎ)应力松弛与蠕变的本质相同，它是在用变恒定的条件下，舒展的分子链通过热运动发生构象改变，回缩到稳定的卷曲态，使应力随时间延长而逐渐衰减的现象。例如连接管道的法兰盘中间的硬橡胶密封垫片，经一定时候后由于应力松弛而失去密封性。图１３-１３　高分子