4高分子材料

41、什么是高分子材料

2、怎样制造或合成

3、结构组成、形态、聚集态

4、性能特点2一、 高分子材料概述1、基本概念有机材料高分子化合物高分子聚合物或高聚物是指分子量很大的化合物。5000-几百万

低分子化合物: 分子量小于500

天然高分子材料

高

分

子

材

料

人工合成高分子材料蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天

然橡胶、蛋白质、淀粉等

塑料、合成橡胶、涂料、合

成纤维、胶粘剂等3化合物 分子量低分子500以下

无机

铁

水

石英

55.8

18

60

有机

甲烷

苯

三硬脂酸甘油脂

16

78

890

高分子

5000以上

天然

天然纤维素

天然橡胶

~570,000

200,000~500,000

合成聚氯乙烯聚甲基丙烯酸甲脂

尼龙6612,000~160,00050,000~140,00020,000~25,0001化合物的分类及分子量4①由低分子化合物通过聚合反应获得。

组成高分子化合物的低分子化合物称作单体。2高分子化合物的化学描述例聚乙烯——乙烯(CH2=CH2)

聚氯乙烯——氯乙烯(CH2=CHCl)②分子质量很大呈长链形称大分子链——由许多结构相同的基本单元重复连接构成的

组成大分子链的这种结构单元称作链节(表1-12)

…—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—…

…---CH2—CH—CH2—CH---CH2---CH---…

Cl Cl Cl—CH2—CH2—[ ] n—CH2—CH—Cl[ ] n52、高分子材料的合成2缩聚反应缩合聚合反应-------缩聚物

一种或几种单体相互混合而连接成聚合物同时析出(缩去)

某种低分子物质(如水、氨、醇、卤化氢等)的反应。缩聚物

成分与单体不同。

聚合反应---低分子化合物单体聚合形成高分子化合物

1加聚反应加成聚合反应--------加聚物一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应加聚物具有同其单体相同的成分无副产物。

如乙烯→聚乙烯nCH2=CH2→ [ CH2CH2] n6组成元素C、H、O另外N、Cl、F、B、Si、S等。共价键二、高分子材料的结构1. 大分子链的结构

1化学组成金属材料各种金属元素合金元素及杂质金属键7★碳链大分子主链全部由碳原子以共价键结合。

例聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯★杂链大分子大分子链除碳原子外还有O、N、S、P例:聚甲醛、聚酰胺★元素链大分子大分子链中不含碳原子而是由Si、O、

B、S、P等元素组成.

例:氟硅橡胶分类(组成元素)8A、线型分子链各链节以共价键连接成长链分子直径小长度

很长呈卷曲状或线团状。长径比1000:1B、支化型分子链在主链的两侧以共价键连接相当数量的长短不一的支链其形状有树枝型、梳型、线

团型。C、体型分子链在线型或支化型分子链之间沿横向通过链节以共价键连接起来形成三维网状大分子。2大分子链的形态9线型聚合物——热塑性聚合物线型和支化型分子链构成的聚合物

性能高弹性、高塑性

特点重复的软化和硬化例如涤纶、尼龙、生橡胶体型聚合物——热固性聚合物体型分子链构成的聚合物

性能具有较高的强度和热固性特点不能再加热熔化和软化例如环氧树脂、酚醛树脂、硫化橡胶10立体异构化学成分相同而不对称取代基沿分子链占

据位置不同具有不同链结构的现象。3大分子链的空间构型原子或原子团在空间的排列方式即链结构。

A、如分子链的侧基为氢原子时则其排列顺序不影响空间构型。B、分子链的侧基中有其他原子或原子团则排列

方式不只一种。11立体异构有三类1、全同立构取代基R有规律地位于碳链平面同一侧。

2、间同立构取代基R交替地排列在碳链平面两侧。

3、无规立构取代基R无规律排列在碳链平面两侧。

易结晶硬度、密度、软化

温度及熔

点较高

不易结晶性能较差CH2CH CH2CH

3CH CH2CH

CH

3CH3CH2CH

CH3

CH2CH CH2CH3CH CH2CH

CH3CH3

CH2CH

CH3

CH2CH CH2CH3CH CH2CH

CH3CH

3122.大分子链的构象及柔性1〉内旋转由于原子热运动,两个原子作相对旋转,即保

持键角、键长不变的情况下单键作旋转

2〉大分子链的构象单链内旋转所产生的空间形象

3〉分子链的柔性能拉伸、回缩的性能→弹性好

分子链旋转愈容

易柔性愈好133、高分子材料的聚集态晶态分子链在空间规则排列

强度、刚度、耐热性、抗熔性好部分晶态部分规则排列 介于两者之间非晶态无规则排列 弹性、延伸率、韧性好14粘液体

玻璃态

部分晶态

晶态晶态高聚物比体积发生突变结晶体积减小

大多数聚合物都是部分晶态或完全非晶态

结晶度30%~90%15三、高分子材料的性能1、机械性能1线型非晶态高聚物的三种力学状态Tb为脆化温度Tg为玻璃化温度Tf 为粘流温度Td为化学分解温度。线型非晶态高聚物在恒定应力下的变形-温度曲线塑料

纤维

橡胶

成型加工162其它类型高聚物的力学状态1线型晶态高聚物的力学状态对于一般分子量的完全晶态线型高聚物来说因有固定的熔点Tm

而没有高弹态。

对于部分晶态线型高聚物在TgTm之间出现一种既韧又硬的皮革态。2体型非晶态高聚物的力学状态若交联点密度小链段可运动具有高弹态——轻度硫化的橡胶

若交联点密度大链段不能运动其性能硬而脆——酚醛塑

料高分子材料的力学状态受化学成分、分子链结构、相对分子质量、结晶度等内因影响对应力、温度、环境介质等外界条件也很敏感。172、高分子材料的性能特点1低强度和较高的比强度

抗拉强度平均为100MPa比金属材料低得多但是高分子材料

的密度小只有钢的1/41/8所以其比强度并不比某些金属低。

2高弹性和低弹性模量

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220MPa左右。

3塑性好和受迫弹性高

屈服应变达20%以上。在玻璃化温度以下链节运动由卷曲

变为伸直形变形不能恢复。1力学性能特点186高减摩、耐磨性

部分塑料的摩擦系数小具有自润滑性能。

4粘弹性应变不随作用力即时建立平衡,而有所滞后

高聚物的粘弹性表现为蠕变、应力松弛和内耗三种现象。

蠕变是在恒定载荷下应变随时间而增加的现象它反映材料

在一定外力作用下的形状稳定性。

应力松弛是在应变恒定的条件下应力随时间延长而逐渐衰减

的现象。

内耗是在交变应力作用下处于高弹态的高分子当其形变速

度跟不上应力变化速度时就会出应变滞后应力的现象。

5韧性

仅为金属的百分之一数量级不宜作为工程结构材料。192高分子材料的物化性能特点

1.高绝缘性及隔热隔音性2.低耐热性3.耐蚀性

4.老化——主要缺点20高分子材料在长期储存和使用过程中由于受氧、

光、热、机械力、水蒸气及微生物等外因的作用使性

能逐渐退化直至丧失使用价值的现象称为老化。改进措施1改变高聚物的结构 例如可将聚乙烯氯化以改变其热稳定性。2添加防老化剂 高聚物中加入水杨酸脂二甲苯酮类有机物和碳黑

可防止光氧化。3表面处理 在高分子材料表面镀金属如银、铜/镍和喷涂耐老化涂料如漆、石蜡作为保护层。3高分子材料的老化及防止降解断链或裂解强度、熔点、粘度变低

交联分子链间生成化学键网状结构变硬、变脆44.1 4.2 4.3

4.4 221合成树脂高分子化合物塑料的主要组成占40~100%

也起粘接剂作用2添加剂主要有填料、固化剂、增塑剂及稳定剂等。4.1 一、塑料的组成有机合成树脂+ 添加剂23(1) 填料或增强材料

在塑料中主要起增强作用

(2) 固化剂

可使树脂具有体型网状结构使树脂成为较坚硬和

稳定的塑料制品(3) 增塑剂提高树脂可塑性和柔性

(4) 稳定剂

防止老化24(1)热塑性塑料加热时软化并熔融可塑造成形冷却后成型并

保持既得形状该过程可反复进行。

线型和支化型分子

链构成的聚合物

优点加工成形简便较高的机械性能缺点耐热性和刚性比较差例聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚甲醛、聚碳酸脂等二、塑料的分类1按树脂的性质分类25(2)热固性塑料初加热时软化可塑造成型但固化后再加热将不再软化也不溶于溶剂。

体型分子链构成的聚合物

优点耐热性高受压不易变形缺点机械性能不好例酚醛、环氧、胺基、不饱和聚酯26(1)通用塑料聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚醛塑料和氨基塑料

等。占塑料总产量的3/4。

(2)工程塑料

综合工程性能良好的各种塑料。聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯和ABS等四种。(3)耐热塑料

能在较高温度100~250℃工作聚四氟乙烯、聚

三氟氯乙烯、有机硅树脂、环氧树脂等。2按使用范围分类27低密度聚乙烯(LDPE)质地柔软制作日用制品塑料薄

膜、软管、塑料瓶、电线电缆包覆等

高密度聚乙烯(HDPE) 质地刚硬耐磨性、耐蚀性及电绝

缘性较好常用来制造塑料管、板材、绳索以及承载不高

的零件如齿轮、轴承等。三、常用塑料1热塑性塑料1聚乙烯(PE)分子结构式PE管材聚乙烯是塑料中产量最大的一类品种属于结晶性塑

料外观乳白半透明。28性能刚性大, 其强度、硬度和弹性等机械性能均高于聚乙烯常用塑料中最轻的0.9~0.91g/cm3。

耐热性110 ℃、电绝缘性能和耐蚀性良好。缺点冲击韧性、耐低温及抗老化性差。用途导线外皮及制作某些零部件如法兰、齿轮、风扇叶轮、泵叶轮、把手、接头、仪表盒及壳体等还可制作化工管道、容器、医疗器械等。2聚丙烯(PP)丙烯单体聚合聚丙烯制成电容器外皮29存在极性氯原子硬质聚氯乙烯强度和耐蚀性好用于工业管道、给排水系统、板件、管件、建筑及家用防火材料化工

防腐设备及各种机械零件。

软质聚氯乙烯30~40%增塑剂柔软、耐蚀和电

绝缘用于窗帘、桌布、雨衣、手提箱、人造革、墙纸农用薄膜、耐酸碱软管及电线电缆包覆层等。

3聚氯乙烯(PVC)乙炔+氯化氢→氯乙烯再聚合而成

其分子结构式为30侧基上有苯环刚度大

性能无色透明几乎不吸水耐蚀性、电绝缘性好。

缺点抗冲击性差易脆裂、耐热性不高耐油性有限。

用途日用装潢灯罩、透明窗电工绝缘材料等。聚苯乙烯泡沫塑料相对密度0.033g/cm3很小用作隔音、包装及救生材料。

4聚苯乙烯(PS)

分子结构式为31性能具有“硬、韧、刚”的特性综合机械性能良好

用

途机械工业齿轮汽车零件挡泥板纺织器材、电讯器件。

5ABS塑料丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物分子结构式摩托车挡泥板32性能突出的耐磨性和自润滑性能良好韧性强度较高

耐蚀性好抗霉、抗菌无毒成型性能好。

6聚酰胺(PA)

尼龙或锦纶分子结构式有两类

用途要求耐磨、耐

蚀的承载和传动零件。

如轴承、齿轮、螺钉、

螺母等轴套

拉杆337聚碳酸酯(PC)

分子链上有刚性的苯环又有柔性的醚键

性能具有优良的综合性能。冲击韧性和延性在热塑性

塑料中是最好的誉称“透明金属”。

应用受冲击和尺寸稳定要求较高的零件精密齿轮绝缘件

信号灯、挡风玻璃、座

舱罩、帽盔等。348氟塑料性能耐高温、低温、腐蚀、老化电绝缘吸水性和

摩擦系数低尤以F-4最突出。

聚四氟乙烯俗称塑料王可在-180℃~260℃的范

围内长期使用。用途减摩密封零件、化工耐蚀零件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。氟塑料制隔膜阀氟塑料制管道补偿器359聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 俗称“有机玻璃”性能透明度比无机玻璃高密度只有后者的一半

机械性能高。

缺点表面硬度低、导热性差、热膨胀系数大性脆

应用风挡、舷窗、电视和

雷达的屏幕、仪表护

罩、外壳、光学元件、

透镜等。有机玻璃顶棚36(1) 酚醛塑料(PF)由酚类和醛类缩聚合成酚醛树脂再加入添加剂而制得的高聚物。

压塑粉俗称胶木粉、电木粉

性能耐磨、绝缘、耐热、耐蚀

缺点性脆不耐碱用途:各种电讯器材和电木制品例如插头、开关、电话机、仪表盒等。2热固性塑料37(2) 环氧塑料(EP)环氧树脂+固化剂

性能强度较高韧性较好绝缘、耐热、耐寒化学

稳定性很高易成型

缺点有某些毒性

应用很好的胶粘剂塑料模具、精密量具配制各种

漆、涂料电器绝缘及印刷线路各种复合材料。环氧塑料导弹涂料

环氧塑料地面38纤维长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状物。

合成纤维以石油、天然气、煤和石灰石等为原料经

过提炼和化学反应合成高分子化合物再将其熔融或溶

解后纺丝制得的纤维。

特点更优越的性能如强度高、密度小、弹性好、耐

磨、耐酸碱性好、不霉烂、不怕虫蛀等。4.2 一、合成纤维的生产三个基本环节单体

制备和聚合、纺丝和

后加工391涤纶 聚酯纤维又叫的确良优点具有高强度、高弹性、不易变形、耐磨、耐蚀易洗快干很好的衣料纤维。

缺点

吸水性差、不透气、穿着感差摩擦易起静电二、常用合成纤维涤纶、锦纶、腈纶、维纶、丙纶和氯纶通称为六大纶用途作纺织品材料工业上广泛地用于运输带、传动带、帆布、渔网、绳索、轮

胎帘子线及电器绝缘材料等402锦纶 聚酰胺纤维又称尼龙

优点强度大、耐磨性好、弹性好。缺点E低、容易变形刚性差耐酸、热、光性差。用途用于轮胎帘子线、降落伞、宇航飞行服、渔网、针织内衣、尼龙袜、手套等工农业及日常生活用品。尼龙绳索413腈纶 聚丙烯腈纤维又称奥纶、开米司纶

优点质轻、柔软、保暖性好不发霉、不虫蛀吸湿性小有“人造羊毛”之称。缺点耐磨性差、弹性差摩擦起球、起静电。用途多数用来制造毛线和膨体纱及室外用的帐蓬、

幕布、船帆等织物还可与羊毛混纺织成各种

衣料。腈纶毛衣424维纶聚乙烯醇纤维优点吸湿性好强度、耐磨性、耐腐蚀性均较高

又称“合成棉花”。缺点弹性差织物易皱。5丙纶 聚丙烯纤维后起之秀

优点纤维以轻、牢、耐磨著称渔网、军用蚊帐。缺点可染性差晒易老化。6氯纶 聚氯乙烯纤维优点难燃、保暖、耐晒、耐磨、弹性好。缺点耐热性差染色性差热收缩大。434.3 性能特点极高弹性100~1000%、回弹性好回

弹速度快。耐磨很好绝缘性和不透气、不透水性。

用途弹性、密封、减震防震和传动材料一、橡胶的分类和橡胶制品的组成1橡胶的分类通用橡胶

特种橡胶

天然橡胶合成橡胶按照原料的来源{{442橡胶制品的组成生胶+配料

(1)硫化剂

硫化处理变塑性生胶为弹性胶。硫磺、含硫化合物等

(2)硫化促进剂胺类等降低硫化温度、加速硫化过程(3)补强填充剂

提高机械性能改善加工工艺性能。碳黑、陶土等451丁苯橡胶以丁二烯和苯乙烯为单体共聚而成。其分子结构式为二、常用合成橡胶1通用合成橡胶性能较好的耐磨性、耐热性、耐老化性价格便宜。

用途轮胎、胶带、胶管及生活用品。

丁苯橡胶产量最大应用最广的通用橡胶。46(2)顺丁橡胶由丁二烯聚合而成其结构式为

弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶制造轮胎的优良材料。缺点强度较低、加工性能差47(3)氯丁橡胶

它是由氯丁二烯聚合而成。其分子结构式为

性能机械性能和天然橡胶相似而且耐油、耐磨、耐热、

耐燃烧、耐溶剂、耐老化性均优于天然橡胶“万能橡胶”缺点耐寒性差-35℃密度大1.23成本高用途电线、电缆的包

皮、胶管、输送带等。48(1)丁腈橡胶

由丁二烯和丙烯腈共聚而成。其分子结构式为

优异的耐油性

主要用作各种耐油制品。如油箱、耐油胶管、密封垫

圈、耐油运输带、印刷胶辊及耐油减震制品。2特种橡胶49主链由硅原子和氧原子以单键连接而成具有高柔性和高稳定性。硅橡胶高耐热性和耐寒性-100℃350℃。优异的抗

老化、绝缘性

用途飞机和宇航中的密封件、薄膜、胶管等耐高

温的电线、电缆、电子设备等。(2)硅橡胶50键能很高的碳氟键很高的化学稳定性。

高的耐腐蚀性其耐热性也很好300℃。

缺点价格昂贵、耐寒性差、加工性能不好用途国防和高技术中的高级密封件、高真空密封件及化工设备中的衬里火箭、导弹的密封垫圈等。(3)氟橡胶结构式514.4 又称粘合剂或粘接剂它是一类通过粘附作用使同质或异质材料连接在一起并在胶接面上有一定强度的物质。(商品粘合剂8000种)1、树脂型胶粘剂1热塑性树脂胶粘剂以线型热塑性树脂为基料与溶剂配制成溶液或直接通过熔化的方式进行胶接。

聚醋酸乙烯酯胶粘剂是一种常用的热塑性树脂胶粘剂

特点胶接强度好、粘度低、使用方便、无毒不燃等

用途适宜于胶接多孔性、易吸水的材料如纸张、木材、纤维织物的粘合也可用于塑料及铝箔等的粘合。52例普通胶水聚乙烯醇水溶液木工用乳胶聚醋酸乙烯酯胶粘剂双面贴聚丙烯酸酯压敏胶压敏型胶粘剂

502胶主要成分是α-氰基丙烯酸酯快速粘合

又称瞬干胶。

哥俩好胶甲基丙烯酸脂为基体反应型结构胶粘剂531、树脂型胶粘剂2热固性树脂胶粘剂

在一定的固化条件下通过化学反应交联成体

型结构的胶层来进行胶接。

例环氧树脂胶粘剂双酚A型“万能胶”

特点粘附力强内聚力大工艺性好收缩

率低耐温性能较好。环氧树脂胶粘剂常用来胶接各种金属和非金属材料, 在机械、化工、建筑、航空、电子等工业部门得到

广泛应用。542、橡胶型胶粘剂以氯丁、丁腈、丁苯等合成橡胶或天然橡胶为

基料配制成的一类胶粘剂。

特点:较高的剥离强度和优良的弹性。但其拉伸强

度和剪切强度较低主要适用于柔软的或膨胀系数相差很大的材料的胶接。例补车胶天然橡胶在有机溶剂中的溶液。

补鞋胶氯丁橡胶胶粘剂

双面贴压敏型胶粘剂早期为增粘的天然橡

胶及丁苯橡胶553、混合型胶粘剂复合型胶粘剂构成胶粘剂基料的是不同种类的树脂或者树脂与橡胶。

1酚醛-聚乙烯醇缩醛胶粘剂

2酚醛-丁

腈胶粘剂

41、什么是高分子材料

2、怎样制造或合成

3、结构组成、形态、聚集态

4、性能特点2一、 高分子材料概述1、基本概念有机材料高分子化合物高分子聚合物或高聚物是指分子量很大的化合物。5000-几百万

低分子化合物: 分子量小于500

天然高分子材料

高

分

子

材

料

人工合成高分子材料蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天

然橡胶、蛋白质、淀粉等

塑料、合成橡胶、涂料、合

成纤维、胶粘剂等3化合物 分子量低分子500以下

无机

铁

水

石英

55.8

18

60

有机

甲烷

苯

三硬脂酸甘油脂

16

78

890

高分子

5000以上

天然

天然纤维素

天然橡胶

~570,000

200,000~500,000

合成聚氯乙烯聚甲基丙烯酸甲脂

尼龙6612,000~160,00050,000~140,00020,000~25,0001化合物的分类及分子量4①由低分子化合物通过聚合反应获得。

组成高分子化合物的低分子化合物称作单体。2高分子化合物的化学描述例聚乙烯——乙烯(CH2=CH2)

聚氯乙烯——氯乙烯(CH2=CHCl)②分子质量很大呈长链形称大分子链——由许多结构相同的基本单元重复连接构成的

组成大分子链的这种结构单元称作链节(表1-12)

…—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—…

…---CH2—CH—CH2—CH---CH2---CH---…

Cl Cl Cl—CH2—CH2—[ ] n—CH2—CH—Cl[ ] n52、高分子材料的合成2缩聚反应缩合聚合反应-------缩聚物

一种或几种单体相互混合而连接成聚合物同时析出(缩去)

某种低分子物质(如水、氨、醇、卤化氢等)的反应。缩聚物

成分与单体不同。

聚合反应---低分子化合物单体聚合形成高分子化合物

1加聚反应加成聚合反应--------加聚物一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应加聚物具有同其单体相同的成分无副产物。

如乙烯→聚乙烯nCH2=CH2→ [ CH2CH2] n6组成元素C、H、O另外N、Cl、F、B、Si、S等。共价键二、高分子材料的结构1. 大分子链的结构

1化学组成金属材料各种金属元素合金元素及杂质金属键7★碳链大分子主链全部由碳原子以共价键结合。

例聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯★杂链大分子大分子链除碳原子外还有O、N、S、P例:聚甲醛、聚酰胺★元素链大分子大分子链中不含碳原子而是由Si、O、

B、S、P等元素组成.

例:氟硅橡胶分类(组成元素)8A、线型分子链各链节以共价键连接成长链分子直径小长度

很长呈卷曲状或线团状。长径比1000:1B、支化型分子链在主链的两侧以共价键连接相当数量的长短不一的支链其形状有树枝型、梳型、线

团型。C、体型分子链在线型或支化型分子链之间沿横向通过链节以共价键连接起来形成三维网状大分子。2大分子链的形态9线型聚合物——热塑性聚合物线型和支化型分子链构成的聚合物

性能高弹性、高塑性

特点重复的软化和硬化例如涤纶、尼龙、生橡胶体型聚合物——热固性聚合物体型分子链构成的聚合物

性能具有较高的强度和热固性特点不能再加热熔化和软化例如环氧树脂、酚醛树脂、硫化橡胶10立体异构化学成分相同而不对称取代基沿分子链占

据位置不同具有不同链结构的现象。3大分子链的空间构型原子或原子团在空间的排列方式即链结构。

A、如分子链的侧基为氢原子时则其排列顺序不影响空间构型。B、分子链的侧基中有其他原子或原子团则排列

方式不只一种。11立体异构有三类1、全同立构取代基R有规律地位于碳链平面同一侧。

2、间同立构取代基R交替地排列在碳链平面两侧。

3、无规立构取代基R无规律排列在碳链平面两侧。

易结晶硬度、密度、软化

温度及熔

点较高

不易结晶性能较差CH2CH CH2CH

3CH CH2CH

CH

3CH3CH2CH

CH3

CH2CH CH2CH3CH CH2CH

CH3CH3

CH2CH

CH3

CH2CH CH2CH3CH CH2CH

CH3CH

3122.大分子链的构象及柔性1〉内旋转由于原子热运动,两个原子作相对旋转,即保

持键角、键长不变的情况下单键作旋转

2〉大分子链的构象单链内旋转所产生的空间形象

3〉分子链的柔性能拉伸、回缩的性能→弹性好

分子链旋转愈容

易柔性愈好133、高分子材料的聚集态晶态分子链在空间规则排列

强度、刚度、耐热性、抗熔性好部分晶态部分规则排列 介于两者之间非晶态无规则排列 弹性、延伸率、韧性好14粘液体

玻璃态

部分晶态

晶态晶态高聚物比体积发生突变结晶体积减小

大多数聚合物都是部分晶态或完全非晶态

结晶度30%~90%15三、高分子材料的性能1、机械性能1线型非晶态高聚物的三种力学状态Tb为脆化温度Tg为玻璃化温度Tf 为粘流温度Td为化学分解温度。线型非晶态高聚物在恒定应力下的变形-温度曲线塑料

纤维

橡胶

成型加工162其它类型高聚物的力学状态1线型晶态高聚物的力学状态对于一般分子量的完全晶态线型高聚物来说因有固定的熔点Tm

而没有高弹态。

对于部分晶态线型高聚物在TgTm之间出现一种既韧又硬的皮革态。2体型非晶态高聚物的力学状态若交联点密度小链段可运动具有高弹态——轻度硫化的橡胶

若交联点密度大链段不能运动其性能硬而脆——酚醛塑

料高分子材料的力学状态受化学成分、分子链结构、相对分子质量、结晶度等内因影响对应力、温度、环境介质等外界条件也很敏感。172、高分子材料的性能特点1低强度和较高的比强度

抗拉强度平均为100MPa比金属材料低得多但是高分子材料

的密度小只有钢的1/41/8所以其比强度并不比某些金属低。

2高弹性和低弹性模量

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220MPa左右。

3塑性好和受迫弹性高

屈服应变达20%以上。在玻璃化温度以下链节运动由卷曲

变为伸直形变形不能恢复。1力学性能特点186高减摩、耐磨性

部分塑料的摩擦系数小具有自润滑性能。

4粘弹性应变不随作用力即时建立平衡,而有所滞后

高聚物的粘弹性表现为蠕变、应力松弛和内耗三种现象。

蠕变是在恒定载荷下应变随时间而增加的现象它反映材料

在一定外力作用下的形状稳定性。

应力松弛是在应变恒定的条件下应力随时间延长而逐渐衰减

的现象。

内耗是在交变应力作用下处于高弹态的高分子当其形变速

度跟不上应力变化速度时就会出应变滞后应力的现象。

5韧性

仅为金属的百分之一数量级不宜作为工程结构材料。192高分子材料的物化性能特点

1.高绝缘性及隔热隔音性2.低耐热性3.耐蚀性

4.老化——主要缺点20高分子材料在长期储存和使用过程中由于受氧、

光、热、机械力、水蒸气及微生物等外因的作用使性

能逐渐退化直至丧失使用价值的现象称为老化。改进措施1改变高聚物的结构 例如可将聚乙烯氯化以改变其热稳定性。2添加防老化剂 高聚物中加入水杨酸脂二甲苯酮类有机物和碳黑

可防止光氧化。3表面处理 在高分子材料表面镀金属如银、铜/镍和喷涂耐老化涂料如漆、石蜡作为保护层。3高分子材料的老化及防止降解断链或裂解强度、熔点、粘度变低

交联分子链间生成化学键网状结构变硬、变脆44.1 4.2 4.3

4.4 221合成树脂高分子化合物塑料的主要组成占40~100%

也起粘接剂作用2添加剂主要有填料、固化剂、增塑剂及稳定剂等。4.1 一、塑料的组成有机合成树脂+ 添加剂23(1) 填料或增强材料

在塑料中主要起增强作用

(2) 固化剂

可使树脂具有体型网状结构使树脂成为较坚硬和

稳定的塑料制品(3) 增塑剂提高树脂可塑性和柔性

(4) 稳定剂

防止老化24(1)热塑性塑料加热时软化并熔融可塑造成形冷却后成型并

保持既得形状该过程可反复进行。

线型和支化型分子

链构成的聚合物

优点加工成形简便较高的机械性能缺点耐热性和刚性比较差例聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚甲醛、聚碳酸脂等二、塑料的分类1按树脂的性质分类25(2)热固性塑料初加热时软化可塑造成型但固化后再加热将不再软化也不溶于溶剂。

体型分子链构成的聚合物

优点耐热性高受压不易变形缺点机械性能不好例酚醛、环氧、胺基、不饱和聚酯26(1)通用塑料聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚醛塑料和氨基塑料

等。占塑料总产量的3/4。

(2)工程塑料

综合工程性能良好的各种塑料。聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯和ABS等四种。(3)耐热塑料

能在较高温度100~250℃工作聚四氟乙烯、聚

三氟氯乙烯、有机硅树脂、环氧树脂等。2按使用范围分类27低密度聚乙烯(LDPE)质地柔软制作日用制品塑料薄

膜、软管、塑料瓶、电线电缆包覆等

高密度聚乙烯(HDPE) 质地刚硬耐磨性、耐蚀性及电绝

缘性较好常用来制造塑料管、板材、绳索以及承载不高

的零件如齿轮、轴承等。三、常用塑料1热塑性塑料1聚乙烯(PE)分子结构式PE管材聚乙烯是塑料中产量最大的一类品种属于结晶性塑

料外观乳白半透明。28性能刚性大, 其强度、硬度和弹性等机械性能均高于聚乙烯常用塑料中最轻的0.9~0.91g/cm3。

耐热性110 ℃、电绝缘性能和耐蚀性良好。缺点冲击韧性、耐低温及抗老化性差。用途导线外皮及制作某些零部件如法兰、齿轮、风扇叶轮、泵叶轮、把手、接头、仪表盒及壳体等还可制作化工管道、容器、医疗器械等。2聚丙烯(PP)丙烯单体聚合聚丙烯制成电容器外皮29存在极性氯原子硬质聚氯乙烯强度和耐蚀性好用于工业管道、给排水系统、板件、管件、建筑及家用防火材料化工

防腐设备及各种机械零件。

软质聚氯乙烯30~40%增塑剂柔软、耐蚀和电

绝缘用于窗帘、桌布、雨衣、手提箱、人造革、墙纸农用薄膜、耐酸碱软管及电线电缆包覆层等。

3聚氯乙烯(PVC)乙炔+氯化氢→氯乙烯再聚合而成

其分子结构式为30侧基上有苯环刚度大

性能无色透明几乎不吸水耐蚀性、电绝缘性好。

缺点抗冲击性差易脆裂、耐热性不高耐油性有限。

用途日用装潢灯罩、透明窗电工绝缘材料等。聚苯乙烯泡沫塑料相对密度0.033g/cm3很小用作隔音、包装及救生材料。

4聚苯乙烯(PS)

分子结构式为31性能具有“硬、韧、刚”的特性综合机械性能良好

用

途机械工业齿轮汽车零件挡泥板纺织器材、电讯器件。

5ABS塑料丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物分子结构式摩托车挡泥板32性能突出的耐磨性和自润滑性能良好韧性强度较高

耐蚀性好抗霉、抗菌无毒成型性能好。

6聚酰胺(PA)

尼龙或锦纶分子结构式有两类

用途要求耐磨、耐

蚀的承载和传动零件。

如轴承、齿轮、螺钉、

螺母等轴套

拉杆337聚碳酸酯(PC)

分子链上有刚性的苯环又有柔性的醚键

性能具有优良的综合性能。冲击韧性和延性在热塑性

塑料中是最好的誉称“透明金属”。

应用受冲击和尺寸稳定要求较高的零件精密齿轮绝缘件

信号灯、挡风玻璃、座

舱罩、帽盔等。348氟塑料性能耐高温、低温、腐蚀、老化电绝缘吸水性和

摩擦系数低尤以F-4最突出。

聚四氟乙烯俗称塑料王可在-180℃~260℃的范

围内长期使用。用途减摩密封零件、化工耐蚀零件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。氟塑料制隔膜阀氟塑料制管道补偿器359聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 俗称“有机玻璃”性能透明度比无机玻璃高密度只有后者的一半

机械性能高。

缺点表面硬度低、导热性差、热膨胀系数大性脆

应用风挡、舷窗、电视和

雷达的屏幕、仪表护

罩、外壳、光学元件、

透镜等。有机玻璃顶棚36(1) 酚醛塑料(PF)由酚类和醛类缩聚合成酚醛树脂再加入添加剂而制得的高聚物。

压塑粉俗称胶木粉、电木粉

性能耐磨、绝缘、耐热、耐蚀

缺点性脆不耐碱用途:各种电讯器材和电木制品例如插头、开关、电话机、仪表盒等。2热固性塑料37(2) 环氧塑料(EP)环氧树脂+固化剂

性能强度较高韧性较好绝缘、耐热、耐寒化学

稳定性很高易成型

缺点有某些毒性

应用很好的胶粘剂塑料模具、精密量具配制各种

漆、涂料电器绝缘及印刷线路各种复合材料。环氧塑料导弹涂料

环氧塑料地面38纤维长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状物。

合成纤维以石油、天然气、煤和石灰石等为原料经

过提炼和化学反应合成高分子化合物再将其熔融或溶

解后纺丝制得的纤维。

特点更优越的性能如强度高、密度小、弹性好、耐

磨、耐酸碱性好、不霉烂、不怕虫蛀等。4.2 一、合成纤维的生产三个基本环节单体

制备和聚合、纺丝和

后加工391涤纶 聚酯纤维又叫的确良优点具有高强度、高弹性、不易变形、耐磨、耐蚀易洗快干很好的衣料纤维。

缺点

吸水性差、不透气、穿着感差摩擦易起静电二、常用合成纤维涤纶、锦纶、腈纶、维纶、丙纶和氯纶通称为六大纶用途作纺织品材料工业上广泛地用于运输带、传动带、帆布、渔网、绳索、轮

胎帘子线及电器绝缘材料等402锦纶 聚酰胺纤维又称尼龙

优点强度大、耐磨性好、弹性好。缺点E低、容易变形刚性差耐酸、热、光性差。用途用于轮胎帘子线、降落伞、宇航飞行服、渔网、针织内衣、尼龙袜、手套等工农业及日常生活用品。尼龙绳索413腈纶 聚丙烯腈纤维又称奥纶、开米司纶

优点质轻、柔软、保暖性好不发霉、不虫蛀吸湿性小有“人造羊毛”之称。缺点耐磨性差、弹性差摩擦起球、起静电。用途多数用来制造毛线和膨体纱及室外用的帐蓬、

幕布、船帆等织物还可与羊毛混纺织成各种

衣料。腈纶毛衣424维纶聚乙烯醇纤维优点吸湿性好强度、耐磨性、耐腐蚀性均较高

又称“合成棉花”。缺点弹性差织物易皱。5丙纶 聚丙烯纤维后起之秀

优点纤维以轻、牢、耐磨著称渔网、军用蚊帐。缺点可染性差晒易老化。6氯纶 聚氯乙烯纤维优点难燃、保暖、耐晒、耐磨、弹性好。缺点耐热性差染色性差热收缩大。434.3 性能特点极高弹性100~1000%、回弹性好回

弹速度快。耐磨很好绝缘性和不透气、不透水性。

用途弹性、密封、减震防震和传动材料一、橡胶的分类和橡胶制品的组成1橡胶的分类通用橡胶

特种橡胶

天然橡胶合成橡胶按照原料的来源{{442橡胶制品的组成生胶+配料

(1)硫化剂

硫化处理变塑性生胶为弹性胶。硫磺、含硫化合物等

(2)硫化促进剂胺类等降低硫化温度、加速硫化过程(3)补强填充剂

提高机械性能改善加工工艺性能。碳黑、陶土等451丁苯橡胶以丁二烯和苯乙烯为单体共聚而成。其分子结构式为二、常用合成橡胶1通用合成橡胶性能较好的耐磨性、耐热性、耐老化性价格便宜。

用途轮胎、胶带、胶管及生活用品。

丁苯橡胶产量最大应用最广的通用橡胶。46(2)顺丁橡胶由丁二烯聚合而成其结构式为

弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶制造轮胎的优良材料。缺点强度较低、加工性能差47(3)氯丁橡胶

它是由氯丁二烯聚合而成。其分子结构式为

性能机械性能和天然橡胶相似而且耐油、耐磨、耐热、

耐燃烧、耐溶剂、耐老化性均优于天然橡胶“万能橡胶”缺点耐寒性差-35℃密度大1.23成本高用途电线、电缆的包

皮、胶管、输送带等。48(1)丁腈橡胶

由丁二烯和丙烯腈共聚而成。其分子结构式为

优异的耐油性

主要用作各种耐油制品。如油箱、耐油胶管、密封垫

圈、耐油运输带、印刷胶辊及耐油减震制品。2特种橡胶49主链由硅原子和氧原子以单键连接而成具有高柔性和高稳定性。硅橡胶高耐热性和耐寒性-100℃350℃。优异的抗

老化、绝缘性

用途飞机和宇航中的密封件、薄膜、胶管等耐高

温的电线、电缆、电子设备等。(2)硅橡胶50键能很高的碳氟键很高的化学稳定性。

高的耐腐蚀性其耐热性也很好300℃。

缺点价格昂贵、耐寒性差、加工性能不好用途国防和高技术中的高级密封件、高真空密封件及化工设备中的衬里火箭、导弹的密封垫圈等。(3)氟橡胶结构式514.4 又称粘合剂或粘接剂它是一类通过粘附作用使同质或异质材料连接在一起并在胶接面上有一定强度的物质。(商品粘合剂8000种)1、树脂型胶粘剂1热塑性树脂胶粘剂以线型热塑性树脂为基料与溶剂配制成溶液或直接通过熔化的方式进行胶接。

聚醋酸乙烯酯胶粘剂是一种常用的热塑性树脂胶粘剂

特点胶接强度好、粘度低、使用方便、无毒不燃等

用途适宜于胶接多孔性、易吸水的材料如纸张、木材、纤维织物的粘合也可用于塑料及铝箔等的粘合。52例普通胶水聚乙烯醇水溶液木工用乳胶聚醋酸乙烯酯胶粘剂双面贴聚丙烯酸酯压敏胶压敏型胶粘剂

502胶主要成分是α-氰基丙烯酸酯快速粘合

又称瞬干胶。

哥俩好胶甲基丙烯酸脂为基体反应型结构胶粘剂531、树脂型胶粘剂2热固性树脂胶粘剂

在一定的固化条件下通过化学反应交联成体

型结构的胶层来进行胶接。

例环氧树脂胶粘剂双酚A型“万能胶”

特点粘附力强内聚力大工艺性好收缩

率低耐温性能较好。环氧树脂胶粘剂常用来胶接各种金属和非金属材料, 在机械、化工、建筑、航空、电子等工业部门得到

广泛应用。542、橡胶型胶粘剂以氯丁、丁腈、丁苯等合成橡胶或天然橡胶为

基料配制成的一类胶粘剂。

特点:较高的剥离强度和优良的弹性。但其拉伸强

度和剪切强度较低主要适用于柔软的或膨胀系数相差很大的材料的胶接。例补车胶天然橡胶在有机溶剂中的溶液。

补鞋胶氯丁橡胶胶粘剂

双面贴压敏型胶粘剂早期为增粘的天然橡

胶及丁苯橡胶553、混合型胶粘剂复合型胶粘剂构成胶粘剂基料的是不同种类的树脂或者树脂与橡胶。

1酚醛-聚乙烯醇缩醛胶粘剂

2酚醛-丁

腈胶粘剂