《機(jī)械工程材料(第4版)》教學(xué)課件-第7章高分子

1、第七章 高分子材料HIGH POLYMER MATERIALS第七章 高分子材料第一節(jié) 概述高分子材料 以相對(duì)分子量大于5000的高分子化合物為主要組成的材料有機(jī)高分子材料 以 C、H 元素為主的有機(jī)化合物組成的材料 一、高分子材料的合成1. 高分子鏈的組成1) 高分子鏈 一種或幾種簡(jiǎn)單的低分子化合 物通過(guò)共價(jià)鍵重復(fù)連接而成的鏈如，聚乙烯：CH2CH2CH2第一節(jié) 概述高分子材料 以相對(duì)分子量大于50002) 單體 構(gòu)成高分子鏈的低分子化合物如，聚乙烯的單體乙烯：CH2CH23) 鏈節(jié) 高分子鏈中的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元如，聚乙烯的鏈節(jié)：CH2CH2 4) 聚合度 高分子鏈中鏈節(jié)的重復(fù)次數(shù)如，聚乙烯：C

2、H2CH2 n5) 高分子鏈的分類(1) 碳鏈高分子主鏈全部由 C 原子以共價(jià)鍵 連接而成的高分子鏈2) 單體 構(gòu)成高分子鏈的低分子化合物如，聚乙烯的單體乙如，聚乙烯：CCCH H HH H H(2) 雜鏈高分子主鏈中除 C 原子外，還有其他原子的高分子鏈如，CCOCC(3) 元素鏈高分子主鏈中無(wú) C 原子的高分子鏈如，SiOSi如，聚乙烯：CCCH H HH H 2. 聚合反應(yīng)的類型1) 加聚反應(yīng) 由一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反應(yīng)，生成加聚物如，乙烯聚乙烯：CCCH H HH H HCCH H H H 2) 縮聚反應(yīng) 由一種或多種單體相互混合而 連接成聚合物，同時(shí)析出某種低分子物

3、質(zhì) 的反應(yīng)，生成縮聚物和副產(chǎn)品2. 聚合反應(yīng)的類型1) 加聚反應(yīng) 由一種或多種單體相互加如，對(duì)苯二甲酸脂乙二醇聚脂纖維甲醇如，對(duì)苯二甲酸脂乙二醇聚脂纖維甲醇 二、高分子鏈的結(jié)構(gòu)1. 高分子材料的結(jié)合鍵高分子鏈中為共價(jià)鍵高分子鏈與鏈之間為范德瓦爾斯和氫鍵2. 高分子鏈的形態(tài)線型支化型體型(網(wǎng)型或交聯(lián)型) 二、高分子鏈的結(jié)構(gòu)1. 高分子材料的結(jié)合鍵高分子鏈中為共價(jià) 三、高聚物的聚集態(tài)高聚物三種聚集態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖 a)晶態(tài) b)部分晶態(tài) c)非晶態(tài)晶態(tài)：高的密度、熔點(diǎn)、強(qiáng)度、剛度、耐熱性等非晶態(tài)：好的彈性、韌性、伸長(zhǎng)率等通常為部分晶態(tài)或非晶態(tài) 三、高聚物的聚集態(tài)高聚物三種聚集態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖 a)晶態(tài) b

4、 四、高聚物的三種物理狀態(tài)線型非晶態(tài)高聚物的變形溫度曲線示意圖玻璃態(tài)，高彈態(tài)，粘流態(tài)塑料 室溫下處于玻璃態(tài)的高分子材料橡膠 室溫下處于高彈態(tài)的高分子材料 四、高聚物的三種物理狀態(tài)線型非晶態(tài)高聚物的變形溫度曲線示第二節(jié) 高分子材料的性能特點(diǎn) 一、高分子材料的力學(xué)性能特點(diǎn)1. 低強(qiáng)度和較高比強(qiáng)度珠光體：強(qiáng)度較低的原因：分子鏈排列不規(guī)則含有雜質(zhì)內(nèi)部有空穴內(nèi)部有微裂紋比強(qiáng)度較高的原因：比重小第二節(jié) 高分子材料的性能特點(diǎn) 一、高分子材料的力學(xué)性能特點(diǎn)2. 高彈性和低彈性模量卷曲狀的分子鏈橡膠的彈性好,但模量較低,高彈態(tài)度塑料的彈性較差,但模量較高,玻璃態(tài)三類材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線1 純金屬2 脆性材料3 高

5、彈性材料2. 高彈性和低彈性模量卷曲狀的分子鏈橡膠的彈性好,但模量較3. 粘彈性 在外力作用下，高彈性變形和 粘性流動(dòng)同時(shí)發(fā)生，且變形量隨時(shí)間不斷 增大粘彈性引起蠕變應(yīng)力松弛內(nèi)耗4. 高耐磨性小摩擦系數(shù)，如尼龍大摩擦系數(shù)，如橡膠3. 粘彈性 在外力作用下，高彈性變形和粘彈性引起蠕變應(yīng)1. 高絕緣性 二、高分子材料的物化性能特點(diǎn)由于是共價(jià)鍵結(jié)合，無(wú)自由電子、離子2. 低導(dǎo)熱性由于無(wú)自由電子，大分子也不易振動(dòng)3. 低耐熱性受熱時(shí)，分子鏈易發(fā)生運(yùn)動(dòng)，軟化4. 高熱膨脹性是金屬的 310 倍，因?yàn)榉肿娱g結(jié)合力弱1. 高絕緣性 二、高分子材料的物化性能特點(diǎn)由于是共價(jià)鍵結(jié)合5. 高化學(xué)穩(wěn)定性由于是共價(jià)鍵結(jié)

6、合塑料王 聚四氟乙烯，耐氫氟酸腐蝕6. 易老化裂解，變軟、粘脆化防老化措施加防老劑改變結(jié)構(gòu)表面處理噴涂料鍍金屬5. 高化學(xué)穩(wěn)定性由于是共價(jià)鍵結(jié)合6. 易老化裂解，變軟、粘第三節(jié) 常用高分子材料 一、常用工程塑料及成型加工1. 塑料的組成及分類1) 塑料的組成基料 樹脂添加劑固化劑著色劑增塑劑，增加韌性填充劑，改善性能，節(jié)約基料第三節(jié) 常用高分子材料 一、常用工程塑料及成型加工1. 塑2) 塑料的分類按樹脂的熱性質(zhì)熱塑性塑料熱固性塑料按應(yīng)用范圍通用塑料工程塑料2. 常用塑料的成型與加工方法1) 幾種常用成型方法 注射成型法 模壓成型法 澆鑄成型法 擠壓成型法 2) 塑料的分類按樹脂的熱性質(zhì)熱塑性

7、塑料熱固性塑料按應(yīng)用范圍注射成型示意圖1注射機(jī)2模具3制品模壓成型示意圖1 上模2、4 導(dǎo)柱3 下模注射成型示意圖模壓成型示意圖2) 塑料的加工 機(jī)械切削加工：與切削金屬方法類似 連接機(jī)械連接熱熔粘接（焊接）溶劑粘接膠粘劑粘接 表面處理涂覆浸漬鍍金屬2) 塑料的加工 機(jī)械切削加工：與切削金屬方法類似 連接3. 常用熱塑性工程塑料 熱塑性（熱熔性）塑料 加熱時(shí)軟化并熔融，冷卻后硬化成型，并可如此多次反復(fù)的塑料1) 聚酰胺（尼龍，錦綸） 優(yōu)點(diǎn)：較高強(qiáng)度和韌性,小摩擦系數(shù) 缺點(diǎn)：吸水性大,影響尺寸穩(wěn)定 應(yīng)用：耐磨零件,如齒輪、渦輪、軸承、 密封圈、襯套等3. 常用熱塑性工程塑料 熱塑性（熱熔性）塑料

8、 2) 聚甲基丙烯酸甲脂（有機(jī)玻璃） 優(yōu)點(diǎn)：高透明度，高強(qiáng)度和韌性 缺點(diǎn)：低硬度，低耐磨性，低耐熱性，易溶于有機(jī)溶劑 應(yīng)用：有一定透明度和強(qiáng)度要求的零構(gòu)件,窗玻璃，汽車風(fēng)擋玻璃，飛機(jī)座艙蓋等3) 聚四氟乙烯（F-4,塑料王） 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)異的耐腐蝕、耐老化及電絕緣性，小摩擦系數(shù)，耐熱(250)耐寒(195 ) 缺點(diǎn)：低強(qiáng)度、硬度 應(yīng)用：小負(fù)荷的耐腐蝕零構(gòu)件2) 聚甲基丙烯酸甲脂（有機(jī)玻璃） 優(yōu)點(diǎn)：高透明度，高強(qiáng)度和 熱固性塑料 加熱時(shí)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)固化后，既不溶于任何溶劑，再加熱也不會(huì)熔融直至分解的塑料4. 常用熱固性工程塑料1) 酚醛塑料 優(yōu)點(diǎn)：良好的絕緣性、耐熱性，較高強(qiáng)度、硬度和剛度 缺點(diǎn)：性脆

9、易碎，易變色 應(yīng)用：電器開關(guān)、插座、插頭、外殼等絕緣零件，小負(fù)荷的機(jī)器零件 熱固性塑料 加熱時(shí)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)固化后，既不溶于2) 環(huán)氧塑料 優(yōu)點(diǎn)：高的比強(qiáng)度、耐熱性，耐蝕性、絕緣性 缺點(diǎn)：價(jià)格高 應(yīng)用：塑料模具、精密量具、絕緣器件等2) 環(huán)氧塑料 優(yōu)點(diǎn)：高的比強(qiáng)度、耐熱性，耐蝕性、 缺點(diǎn)：價(jià)機(jī)械工程材料(第4版)教學(xué)課件-第7章高分子機(jī)械工程材料(第4版)教學(xué)課件-第7章高分子機(jī)械工程材料(第4版)教學(xué)課件-第7章高分子 二、常用橡膠材料1. 橡膠的組成、成型及分類1) 橡膠的組成生膠配合劑硫化劑著色劑增塑劑補(bǔ)強(qiáng)劑防老劑增強(qiáng)材料纖維織品簾布鋼絲 線型分子鏈經(jīng)硫化處理后，產(chǎn)生少量的交聯(lián)碳硫共價(jià)結(jié)合猶

10、如一根根小彈簧，使橡膠具有高彈性和低彈性模量 二、常用橡膠材料1. 橡膠的組成、成型及分類1) 橡膠的組2) 橡膠制品生產(chǎn)過(guò)程生膠塑煉 膠料混煉 壓延 壓出 硫化3) 橡膠的分類按原料來(lái)源天然橡膠合成橡膠按應(yīng)用范圍通用橡膠特種橡膠2. 天然橡膠 缺點(diǎn)：耐油和耐溶劑性能差，耐臭氧老化較差，不耐高溫 應(yīng)用：制造輪胎、膠帶、膠管、膠鞋等2) 橡膠制品生產(chǎn)過(guò)程生膠塑煉 膠料混煉 壓延 壓出3. 通用合成橡膠1) 順丁橡膠 優(yōu)點(diǎn)：彈性、耐磨性、耐熱性、耐寒性優(yōu)于天然橡膠 缺點(diǎn)：強(qiáng)度較低，加工性差，抗撕性差 應(yīng)用：主要制作輪胎2) 氯丁橡膠（“萬(wàn)能橡膠”） 優(yōu)點(diǎn)：耐油、耐溶劑、耐氧化、耐老化、耐酸、耐熱、耐燃燒 缺點(diǎn)：耐寒性差，密度大 應(yīng)用：主要制作（底下礦井用）耐燃橡膠制品3. 通用合成橡膠1) 順丁橡膠 優(yōu)點(diǎn)：彈性、耐磨性、耐熱性4. 特種合成橡膠1) 丁腈橡膠 特點(diǎn)：耐油性好 應(yīng)用：主要制作耐油制品，如汽車油剎車皮碗、膠管等2) 氟橡膠 特點(diǎn)：耐蝕、耐熱性好，價(jià)格