一,高分子材料的基本概念
高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料.常稱聚合物或高聚物.
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.工業用高分子材料主要是人工合成的.
1,高分子化合物的組成
由簡單的結構單元重復連接而成.如由乙烯合成聚乙烯: CH2=CH2+CH2=CH2+ →-CH2-CH2-CH2-CH2- ,
[ CH2CCH2 ]n
可簡寫成 n CH2=CH2→ .
組成聚合物的低分子化合物稱為單體.
聚合物的分子為很長的鏈條,稱為大分子鏈.
[ CH2CCH2 ]n
大分子鏈中重復結構單元(如聚乙烯中 )稱為鏈節.
聚乙烯分子鏈
2 ,高分子材料的分類
⑴ 按用途分塑料,橡膠,纖維,膠粘劑,涂料等.
⑵ 按聚合物反應類型分為加聚物和縮聚物.
⑶ 按聚合物的熱行為分為熱塑性聚合物和熱固性聚合物
⑷ 按主鏈上的化學組成分為碳鏈聚合物,雜鏈聚合物和元素有機聚合物
二,高分子材料的結構
1,大分子鏈的結構
⑴ 大分子鏈的柔順性
大分子鏈主鏈共價鍵有一定鍵長和鍵角,保持鍵長和鍵角不變時單鍵可任意旋轉,稱單鍵的內旋轉.
內旋轉使大分子鏈卷曲成各種不同形狀,對外力有很大的適應性,這種特性稱為大分子鏈的柔順性.
柔順性與單鍵內旋轉的難易程度有關.
⑵ 大分子鏈的形狀
按照大分子鏈的幾何形狀,可將高分子化合物分為線型結構,支鏈型結構和體型結構.
線型結構高聚物的彈性,塑性好,硬度低,是熱塑性材料.支鏈型結構近于線型結構 .體型結構高聚物硬度高,脆性大,無彈性和塑性,是熱固性材料.
2,高分子的聚集態結構
固態高聚物分為晶態和非晶態兩大類,晶態為分子鏈排列規則的部分,而排列不規則的部分為非晶態.
一個大分子鏈可以穿過幾個晶區和非晶區.晶區熔點,密度,強度,硬度,剛性,耐熱性,化學穩定性高,而彈性,塑性,沖擊強度下降.
三,高分子材料的力學狀態
1,線型非晶態高分子材料的力學狀態
⑴ 玻璃態:低溫下,鏈段不能運動.在外力作用下,只發生大分子原子的微量位移,產生少量彈性變形.
高聚物呈玻璃態的最高溫度稱玻璃化溫度,用Tg表示.用于這種狀態的材料有塑料和纖維.
線型非晶態高聚物的溫度-變形曲線
⑵ 高彈態:溫度高于Tg,分子活動能力增加,受力時產生很大彈性變形.用于這種狀態高聚物是橡膠.
⑶ 粘流態:由于溫度高,分子活動能力很大,在外力作用下,大分子鏈可以相對滑動.粘流態是高分
子材料的加工態,大分子鏈開始發生粘性流動的溫度稱粘流溫度,用Tf表示.
線型非晶態高聚物的溫度-變形曲線
2,線型晶態高分子材料的力學狀態
分為一般分子量和很大分子量兩種情況.一般分子量的高聚物在低溫時,鏈段不能活動,變形小,在 Tm 以下與非晶態的玻璃相似,高于Tm 則進入粘流態.分子量很大的晶態存高聚物在高彈態.
部分結晶高聚物在非晶區Tg與晶區T m 間,非晶區柔性好,晶區剛性好,處于韌性狀態,即皮革態.
線型晶態高聚物的溫度-變形曲線
第二節 高分子工程材料
高分子工程材料包括塑料,合成纖維,橡膠和膠粘劑等.本節主要介紹工程上常用的高分子工程材料.
一,工程塑料
塑料是在玻璃態下使用的高分子材料.在一定溫度,壓力下可塑制成型,在常溫下能保持其形狀不變.
1,工程塑料概述
⑴ 塑料的組成
塑料是以樹脂為主要成分,加入各種添加劑.
樹脂是塑料的主要成分,對塑料性能起決定性作用.
塑料制品
添加劑是為改善塑料某些性能而加入的物質.
填料主要起增強作用;
增塑劑用于提高樹脂的可塑性和柔軟性;
固化劑用于使熱固性樹脂由線型結構轉變為體型結構;
穩定劑用于防止塑料老化,延長其使用壽命;
潤滑劑用于防止塑料加工時粘在模具上, 使制品光亮;
著色劑用于塑料制品著色.
其他的還有發泡劑,催化
劑,阻燃劑,抗靜電劑等.
添加劑
⑵ 塑料的分類
按樹脂受熱時行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料.
按使用范圍可分為通用塑料,工程塑料和特種塑料.
通用塑料產量大,價格低,用途廣.
工程塑料力學性能高,耐熱,耐蝕性能好.
特種塑料是指具有某些特殊性能如耐高溫,耐腐蝕的塑料,這類塑料產量少,價格貴,只用于特殊需要的場合.
熱固性塑料制品
⑶ 塑料的性能特點
塑料的優點:
相對密度小(一般為0.9 ~2.3);耐蝕性,電絕緣性,減摩,耐磨性好;有消音吸振性能 .
塑料的缺點:
剛性差(為鋼鐵材料的1/100~1/10),強度低;耐熱性差,熱膨脹系數大(是鋼鐵的10倍),導熱系數小(只有金屬的1/200~1/600);蠕變溫度低,易老化.
2,常用工程塑料
⑴ 一般結構用塑料
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.
聚丙烯具有優良的綜合性能,可制造各種機械零件.
ABS塑料 "堅韌,質硬,剛性" ,應用廣泛.
PE波紋管
PP方向盤
ABS閥門
PS管
聚酰胺又稱尼龍或綿綸,強度較高,耐磨,自潤滑性好,廣泛用作機械,化工及電氣零件.
聚甲醛具有優良的綜合性能,廣泛用于汽車機床,化工,電氣儀表,農機等工業 .
尼龍管件
PC擋風板
聚碳酸酯具有優良的機械性能,透明無毒,應用廣泛.
⑵ 摩擦傳動零件用塑料
包括聚酰胺(PA),聚甲醛(POM),聚碳酸酯(PC),聚四氟乙烯(PTFE)等.
聚四氟乙烯俗稱"塑料王",具有極優越的化學穩定性和熱穩定性以及優越的電性能,幾乎不受任何化學藥品的腐蝕,摩擦系數極低,只有0.04.缺點是強度低,加工性差.主要用于減摩密封件,化工耐蝕件與熱交換器以及高頻或潮濕條件下的絕緣材料.
密封件
聚四氟乙烯管
聚四氟乙烯零件
⑶ 耐蝕用塑料
耐蝕用塑料主要有聚四氟乙烯,氯化聚醚(PENTON),聚丙烯等.
氯化聚醚的化學穩定性僅次于聚四氟乙烯,但工藝性比聚四氟乙烯好,成本低.在化學工業和機電工業獲得廣泛應用,如化工設備零件,管道,襯里等.
氯化聚醚防腐蝶閥
⑷ 耐高溫件用塑料
有聚砜(PSF),聚苯醚(PPO),聚酰亞胺(PI)及氟塑料等.
聚砜的熱穩定性高是其
聚酰亞胺層壓板
最突出的特點.使用溫度達150~174℃.用于機械設備等工業.
聚苯醚具有良好的綜合性能,用于機電等方面.
聚酰亞胺在260℃下可長期使用.主要用于特殊條件下使用的精密零件.
⑸ 熱固性塑料
熱固性塑料是在樹脂中加入固化劑壓制成型而形成的體形聚合物.
酚醛塑料是以酚醛樹脂為基,加入填料及其他添加劑而制成.廣泛用于制作各種電訊器材和電木制品(如插座,開關等),耐熱絕緣部件及各種結構件.
電器配件
二,合成橡膠
橡膠是以高分子化合物為基礎的具有高彈性的材料.
1,橡膠的組成和性能特點
工業用橡膠由生膠和橡膠配合劑組成.生膠無配合劑并未經硫化.橡膠配合劑有硫化劑,硫化促進劑,防老劑,軟化劑,填充劑,發泡劑,著色劑等.
橡膠最大的特點是高彈性.橡膠有儲能,耐磨,隔音,絕緣等性能.
2,常用合成橡膠
合成橡膠按用途和用量分為通用橡膠和特種橡膠,前者主要用于制作輪胎,運輸帶,膠管,膠板,墊片,密封裝置等;后者主要用于高低溫,強腐蝕,強輻射等特殊環境下工作的橡膠制品.
密封圈
膠管
輪胎

標簽：高分子有機特性