航空航天材料工程-2-非金屬材料課件

21十二月20221航空航天材料工程-2-非金屬材料19十二月20221航空航天材料工程-2-非金屬材料內(nèi)容提綱非金屬材料分類、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)6.1非金屬材料的改性及其強(qiáng)化6.2非金屬材料在航空航天中的應(yīng)用6.3內(nèi)容提綱非金屬材料分類、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)6.1非金屬材料的改性及其6.1非金屬材料分類、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)復(fù)合材料金屬材料非金屬材料有機(jī)聚合物纖維橡膠塑料無機(jī)材料水泥玻璃陶瓷工程材料按組織成分分類在航天航空工程中，非金屬材料一般不單獨(dú)使用，主要作為復(fù)合材料的基體或增強(qiáng)體材料。6.1非金屬材料分類、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)復(fù)合材料金屬材料非金屬材料6.1.1高分子材料：1.概念高分子化合物（Polymer）：是由千百個(gè)原子彼此以共價(jià)鍵結(jié)合形成相對(duì)分子質(zhì)量特別大、具有重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的有機(jī)化合物。相對(duì)分子質(zhì)量大（103-107）。由于高分子多是由小分子通過聚合反應(yīng)而制得的，因此也常被稱為聚合物或高聚物，用于聚合的小分子則被稱為“單體”。n(CH2=CH2)→[CH2-CH2]n單體[CH2-CH2]：鏈節(jié)n：聚合度M=nm，M為高分子聚合物的相對(duì)分子量，m為鏈節(jié)的相對(duì)分子量6.1.1高分子材料：1.概念高分子化合物（Polymer按高分子鏈分：碳鏈高分子雜鏈高分子元素有機(jī)高分子按成品的性能與用途分塑料橡膠纖維其它（涂料、粘合劑）三大合成材料6.1.1高分子材料：2.分類按高分子鏈分：三大合成材料6.1.1高分子材料：2.分類6.1.1高分子材料：2.分類碳鏈高分子分子主鏈全部由碳原子以共價(jià)鍵相連接。一般由加成聚合反應(yīng)制得，如PE、PP、PVC、PMMA等6.1.1高分子材料：2.分類碳鏈高分子分子主鏈全部由碳原滌綸（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酯）分子主鏈除含有碳原子外，還含有O、N、S等兩種或兩種以上原子并以共價(jià)鍵相連接。一般由縮聚反應(yīng)和開環(huán)聚合制得。雜鏈高分子6.1.1高分子材料：2.分類聚己二酰己二胺（聚酰胺66、尼龍66）數(shù)字表示單元鏈節(jié)中酸和胺的碳原子數(shù)mp型聚酰胺是由二元酸HOOC—（C-H2）m-COOH與二元胺H2N(CH2)pNH2制成的聚己內(nèi)酰胺（聚酰胺6、錦綸、尼龍6）由單體己內(nèi)酰胺經(jīng)開環(huán)聚合反應(yīng)生成線型聚酰胺滌綸（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酯）分子主鏈除含有碳原子聚苯硫醚雜鏈高分子6.1.1高分子材料：2.分類聚苯硫醚雜鏈高分子6.1.1高分子材料：2.分類6.1.1高分子材料：2.分類6.1.1高分子材料：2.分類單體聚合物聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)分類：按元素組成和結(jié)構(gòu)變化：加聚，縮聚按反應(yīng)單體：均聚、共聚按反應(yīng)活性中心：自由基聚合和離子（陰、陽離子）聚合按反應(yīng)類型：線形，開環(huán)，環(huán)化，轉(zhuǎn)移，異構(gòu)化6.1.1高分子材料：3.聚合方式單體聚合物聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)分類：6.1.1高分子材料：3.高分子鏈的柔順性

：一個(gè)典型的線形高分子鏈長(zhǎng)度與直徑之比是很大的。例如聚異丁烯大分子所以這就是說，這個(gè)大分子長(zhǎng)度是直徑的5萬倍。這樣一根細(xì)而長(zhǎng)的“網(wǎng)絲”，在無外力作用下，不可能是一條直線，而是自然的曲線。這就使得聚異丁烯大分子有著“柔順性”，也使聚異丁烯材料有著它獨(dú)特的“高彈性”。6.1.1高分子材料：4.高分子結(jié)構(gòu)高分子鏈的柔順性：一個(gè)典型的線形高分子鏈長(zhǎng)度與直徑之比高分子的柔順性的實(shí)質(zhì)：高分子的柔順性的實(shí)質(zhì)就是大量C-C單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)造成的。極端情況：當(dāng)高分子鏈上每個(gè)鍵都能完全自由旋轉(zhuǎn)（自由聯(lián)接鏈），“鏈段”長(zhǎng)度就是鍵長(zhǎng)——理想的柔性鏈（不存在）。當(dāng)高分子鏈上所有鍵都不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)——理想的剛性分子（不存在），“鏈段”長(zhǎng)度為鏈長(zhǎng)。6.1.1高分子材料：4.高分子結(jié)構(gòu)高分子的柔順性的實(shí)質(zhì)：高分子的柔順性的實(shí)質(zhì)就是大量C-C單鍵6.1.1高分子材料：4.高分子結(jié)構(gòu)高分子結(jié)構(gòu)高分子鏈結(jié)構(gòu)高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)近程結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)化學(xué)組成單體單元鍵合單體高分子鏈的鍵接（交聯(lián)與支化）單體單元主體構(gòu)型（空間排列）高分子的大小（聚合度、分子量）高分子鏈的形態(tài)（構(gòu)象）晶態(tài)非晶態(tài)取向態(tài)液晶態(tài)織態(tài)6.1.1高分子材料：4.高分子結(jié)構(gòu)高分子結(jié)構(gòu)高分子鏈結(jié)6.1.1高分子材料：4.1高分子的大小大分子鏈內(nèi)原子間以共價(jià)鍵相連接，而大分子鏈之間的力為范德華力。相對(duì)分子量越大，則大分子間結(jié)合力越強(qiáng)，高分子化合物的強(qiáng)度越高。相對(duì)分子量超過100萬的聚乙烯的抗拉強(qiáng)度比50萬的高一倍。6.1.1高分子材料：4.1高分子的大小大分子鏈內(nèi)原子大分子鏈的形態(tài)有:-線型

-支化

-網(wǎng)狀6.1.1高分子材料：4.2大分子鏈的形態(tài)大分子鏈的形態(tài)有:6.1.1高分子材料：4.2大分子鏈的（1）線型大分子鏈一般高分子是線型的。分子長(zhǎng)鏈可以卷曲成團(tuán)，也可以伸展成直線，這取決于分子本身的柔順性及外部條件。線型高分子間無化學(xué)鍵結(jié)合，所以：-在受力情況下分子間可以互相移動(dòng)（流動(dòng)）塑性、彈性-可在適當(dāng)溶劑中溶解或溶脹可溶性

-可反復(fù)軟化、熔化又固化，易于加工成型可熔性例如聚氯乙烯和聚酯等熱塑性樹脂（1）線型大分子鏈一般高分子是線型的。分子長(zhǎng)鏈可以卷曲成團(tuán)（2）支鏈形高分子由于加聚過程中有自由基的鏈轉(zhuǎn)移發(fā)生，形成支鏈，常易產(chǎn)生支化高分子。支鏈的存在使線性高分子的性能鈍化，如熔點(diǎn)升高、黏度增加。

（2）支鏈形高分子由于加聚過程中有自由基的鏈轉(zhuǎn)移發(fā)生，形成支（3）網(wǎng)狀（交聯(lián)）大分子大分子鏈之間通過支鏈或化學(xué)鍵形成了三維網(wǎng)絡(luò)或體型結(jié)構(gòu)。熱固性：一經(jīng)固化成型不得再次成型耐熱、機(jī)械強(qiáng)度高但脆性大、硬度高，彈性和塑性很低，不能塑性加工交聯(lián)與支化有本質(zhì)區(qū)別支化（可溶，可熔，有軟化點(diǎn)）交聯(lián)（不溶，不熔，可膨脹）（3）網(wǎng)狀（交聯(lián)）大分子大分子鏈之間通過支鏈或化學(xué)鍵形成了三線型、支化、網(wǎng)狀分子的性能差別：線型分子：可溶，可熔，易于加工，可重復(fù)應(yīng)用，一些合成纖維，“熱塑性”塑料（PVC，PS等屬此類）支化分子：一般也可溶，但結(jié)晶度、密度、強(qiáng)度均比線型差網(wǎng)狀分子：不溶，不熔，耐熱，耐溶劑等性能好，但加工只能在形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之前，一旦交聯(lián)為網(wǎng)狀，便無法再加工，“熱固性”塑料（酚醛、環(huán)氧樹脂屬此類）線型、支化、網(wǎng)狀分子的性能差別：線型分子：可溶，可熔，易于6.1.1高分子材料：4.3大分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子聚合物一般為固態(tài)或液態(tài)，無氣態(tài)。固態(tài)聚合物分為無定形和結(jié)晶型兩種類型。無定形聚合物：遠(yuǎn)程無序，近程有序結(jié)晶型聚合物：具有晶區(qū)與非晶區(qū)隨著結(jié)晶度的提高，高聚物的密度、強(qiáng)度、硬度、剛度、熔點(diǎn)、耐熱性、化學(xué)惰性、及液氣滲透性提高，而彈性、塑性、韌性降低。6.1.1高分子材料：4.3大分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子聚6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)溫度不同高聚物處于不同的力學(xué)狀態(tài)，表現(xiàn)的性能也不同。線型非晶態(tài)高聚物有三種力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、和粘流態(tài)。體型高聚物交聯(lián)密度低時(shí)，可有玻璃態(tài)和高彈態(tài)，沒有粘流態(tài)；交聯(lián)密度大時(shí)，只有玻璃態(tài)。完全結(jié)晶的高聚物無高彈態(tài)，當(dāng)溫度高于熔點(diǎn)時(shí)，直接從玻璃態(tài)融化成粘流態(tài)。所以使用溫度范圍較寬。6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)溫度不同高6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)玻璃態(tài)：T<Tg時(shí)，高聚物處于玻璃態(tài)。高聚物大分子鏈熱運(yùn)動(dòng)處于停止?fàn)顟B(tài)。力學(xué)性能與無機(jī)的低分子材料相似，有一定剛度。是塑料的應(yīng)用狀態(tài)。6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)玻璃態(tài)：6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)高彈態(tài)：Tg<T<Tf時(shí)，高聚物處于高彈態(tài)。分子鏈動(dòng)能增加，部分連段可進(jìn)行內(nèi)旋運(yùn)動(dòng)，而整個(gè)分子鏈并沒有運(yùn)動(dòng)。受外力作用時(shí)，原卷曲鏈沿受力方向伸展，產(chǎn)生彈性變形。是橡膠的應(yīng)用狀態(tài)。6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)高彈態(tài)：6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)粘流態(tài)：Tf<T<Td時(shí)，高聚物處于粘流態(tài)。大分子鏈可自由運(yùn)動(dòng)，是高聚物變成流動(dòng)的黏液。是高聚物成型加工的工藝狀態(tài)。6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)粘流態(tài)：6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)皮革態(tài)：高聚物中有部分結(jié)晶區(qū)域時(shí)，當(dāng)溫度大于Tg但小于晶體熔點(diǎn)時(shí)，非結(jié)晶區(qū)為高彈態(tài)，而結(jié)晶區(qū)由于分子鏈無法產(chǎn)生內(nèi)旋運(yùn)動(dòng)而仍具有較高剛度和硬度，兩者復(fù)合成一種既韌又硬的皮革態(tài)。6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)皮革態(tài)：幾個(gè)實(shí)例：LDPE(LowDensityPE)（自由基聚合）這種聚合方式易發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移，則支鏈多，密度小，較柔軟。用于制食品袋、奶瓶等等HDPE（配位聚合，Zigler催化劑）這種聚合方法不同與前，獲得的是幾乎無支鏈的線型PE，所以密度大，硬，規(guī)整性好，結(jié)晶度高，強(qiáng)度、剛性、熔點(diǎn)均高。可用作工程塑料部件，繩纜等等幾個(gè)實(shí)例：LDPE(LowDensityPE)（自由基聚密度熔點(diǎn)結(jié)晶度用途低密度聚乙烯（LDPE）0.91-0.94105oC60-70%薄膜（軟性）包裝膜、保鮮膜、地膜、棚膜等高密度聚乙烯（HDPE）0.95-0.97135oC95%瓶、管、棒等（硬性）裝食品油、酒類、汽油及化學(xué)試劑的桶，玩具，給水、輸氣、灌溉、吸管、筆芯等用的管材

LDPE和HDPE的性能和用途比較密度熔點(diǎn)結(jié)晶度用途低密度聚乙烯0.91-0.94105oC適用于家用電器制品，如電視機(jī)外殼、冰箱內(nèi)襯、吸塵器等，

以及儀表、電話、汽車工業(yè)用塑料制品。適用于家用電器制品，如電視機(jī)外殼、冰箱內(nèi)襯、吸塵器等，

應(yīng)用于瀝青改性、粘結(jié)劑、鞋底材料、汽車方向盤和保險(xiǎn)杠應(yīng)用于瀝青改性、粘結(jié)劑、鞋底材料、汽車方向盤和保險(xiǎn)杠6.1.1高分子材料：6.性能特點(diǎn)（1）力學(xué)性能比強(qiáng)度高高彈性和低彈性模量低硬度（2）物理性能電絕緣性優(yōu)良耐熱性差導(dǎo)熱性低、膨脹大6.1.1高分子材料：6.性能特點(diǎn)（1）力學(xué)性能6.1.1高分子材料：6.性能特點(diǎn)（3）化學(xué)性能在酸、堿、鹽溶液中耐腐蝕性較強(qiáng)在特定的有機(jī)溶劑中發(fā)生軟化和溶脹等現(xiàn)象。（4）高分子材料的老化在熱、光、輻射、氧和臭氧等作用下，使聚合物內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致性能隨時(shí)間推移逐漸惡化，直至失效。不可逆原因：①分子鏈交聯(lián)或支化，使其變硬變脆②大分子鏈斷裂，相對(duì)分子量下降，發(fā)生降解6.1.1高分子材料：6.性能特點(diǎn)（3）化學(xué)性能6.1.1高分子材料：7.工程塑料塑料：是以高分子聚合物為基本原料，加入一定量的添加劑而組成的有機(jī)高分子材料。（1）塑料的組成1）樹脂：是塑料的主要組分，決定塑料的類型和基本性能。2）填料（增強(qiáng)或增韌）：是塑料改性的主要部分。主要包括無

機(jī)顆粒或纖維。3）固化劑：使熱固性樹脂受熱時(shí)產(chǎn)生交聯(lián)作用，形成體型結(jié)構(gòu)。4）增塑劑：提高塑性和加工性能。5）阻燃劑：阻止燃燒或造成自熄。6）穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、著色劑6.1.1高分子材料：7.工程塑料塑料：是以高分子聚合物（2）分類1）按塑料中合成樹脂的分子結(jié)構(gòu)分類熱塑性塑料：樹脂的大分子鏈形狀是線型或支鏈型結(jié)構(gòu)。

-例如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、

有機(jī)玻璃等。

-優(yōu)點(diǎn)：易加工成型，力學(xué)性能較好

-缺點(diǎn)：耐熱性和剛性差熱固性塑料：樹脂在受熱之初大分子為線型結(jié)構(gòu)，可塑制成一定形狀，但受

熱后，線型大分子鏈間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，分子鏈變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，

隨著交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展，使樹脂既不能溶解也不能熔化。

-例如：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂

-優(yōu)點(diǎn)：耐熱性好、受熱受壓不易變形

-缺點(diǎn)：只能塑制一次，廢料不可回收再利用6.1.1高分子材料：7.工程塑料（2）分類6.1.1高分子材料：7.工程塑料2）按塑料的性能和用途分類通用塑料：產(chǎn)量大（占塑料總產(chǎn)量的75%以上）、用途廣、價(jià)格低廉的塑料。

包括6大品種：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑

料、和氨基塑料。工程塑料：強(qiáng)度較高、剛性較大、可以代替鋼鐵和非鐵合金制造機(jī)械零件和

工程結(jié)構(gòu)的塑料。包括聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、有機(jī)玻璃和ABS樹脂等。特種塑料：耐高溫或具有特殊用途的塑料。包括氟塑料、有機(jī)硅樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺等。6.1.1高分子材料：7.工程塑料2）按塑料的性能和用途分類6.1.1高分子材料：7.工程6.1.1高分子材料：7.工程塑料（3）特性1）塑料的使用性能物理性能：-密度小，1-2g/cm3

-有一定透氣性和透濕性

-透明性、透光率較好-優(yōu)良的消音、吸振性

-電氣絕緣性化學(xué)性能：-良好的耐化學(xué)腐蝕性能

-易降解和老化，耐候性、耐老化性、光穩(wěn)定性較差。力學(xué)性能：-強(qiáng)度、剛度比金屬差，但比強(qiáng)度、比剛度較高

-硬度較低，摩擦系數(shù)較小，可作為密封、耐磨和自潤(rùn)滑材料與金屬相比，總體缺點(diǎn)：使用溫度低，導(dǎo)熱導(dǎo)電性差、熱膨脹系數(shù)高、易老

化、易燃燒、易變形6.1.1高分子材料：7.工程塑料（3）特性2）塑料的工藝性能熱塑性塑料的工藝性能：收縮性、黏度、流動(dòng)性、吸水性等。熱固性塑料的工藝性能：收縮性、流動(dòng)性、比體積和壓縮比、水分和揮發(fā)物

含量、固化溫度和速度等。塑料的聚集狀態(tài)與加工性：（a）玻璃態(tài)：可進(jìn)行車、銑、鉆、刨等切削加工。（b）高彈態(tài)：真空成型、延壓成型、中空成型等加工。（c）黏流態(tài)：注射、擠出、吹塑等成型加工。6.1.1高分子材料：7.工程塑料2）塑料的工藝性能6.1.1高分子材料：7.工程塑料6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝1.注射成形注射成型也稱注塑成形，是工程塑料加工的主要成形方法（80%），一般用于熱塑性塑料，占其制品的20%-30%。是用注塑機(jī)將融化的塑料快速注入模具型腔，冷卻固化得到各種塑料制品的工藝過程。注射成形過程包括：熔融塑化、注射、保壓、和冷卻定形注射溫度、模具溫度、注射壓力、保壓時(shí)間、冷卻速率等工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率有很大影響。優(yōu)點(diǎn)：可制造形狀復(fù)雜的塑件、可鑲嵌金屬、注塑時(shí)間短、生產(chǎn)效率高、可達(dá)較高精度、且容易自動(dòng)化。缺點(diǎn)：成本較高，不適合小批量生產(chǎn)。6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝1.注射成形2.擠出成形也稱擠塑成形，占熱塑性塑料制品的40%-50%，也可用于某些熱固性塑料和復(fù)合材料成形。由擠出機(jī)將熱塑性塑料連續(xù)擠出，使之形成各種不同截面的塑料型材（管材、棒材、片材、型材等）優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品內(nèi)部組織均勻致密，尺寸穩(wěn)定，成形過程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，成本較低。6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝2.擠出成形6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝3.吹塑成形也稱中空成形，僅用于熱塑性塑料成形?，F(xiàn)將塑料用擠出或注射成形法制成筒狀坯料，坯料軟時(shí)放入打開的模具內(nèi)，模具閉合后通過向坯料內(nèi)通入壓縮空氣，將坯料吹脹并緊貼模壁，冷卻后形成中空制品。用來制造中空制品，如箱、瓶等。6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝3.吹塑成形6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝4.吸塑成形也稱真空成形，適用于熱塑性塑料成形。先將熱塑性塑料板夾持起來，固定在模具上，加熱使材料軟化，然后用真空泵抽去板材和模具之間的空氣，在大氣壓作用下，板材拉伸變形貼合到模具內(nèi)腔表面，冷卻定形后成為制品。用來制造包裝盒、餐盒、冰箱內(nèi)膽等。5.壓延成形是產(chǎn)生塑料薄膜和片材的成形方法。將加熱塑化的原料經(jīng)過一對(duì)或幾對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的滾筒，滾筒被加熱且有一定間隙，塑料每通過一次滾筒就被壓薄一次，最后一對(duì)滾筒間隙決定制品厚度。6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝4.吸塑成形6.模壓成形也稱壓塑成形或壓制成形，主要用于熱固性塑料，如酚醛、環(huán)氧、和有機(jī)硅等。將液態(tài)樹脂原料和各助劑加入模具，然后將模具閉合并加熱，在模具內(nèi)樹脂與固化劑反應(yīng)、固化、定形，然后脫模制得塑料制品。壓力、溫度、和加料量是主要的工藝參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，易于生產(chǎn)大型制品。缺點(diǎn)：生產(chǎn)周期長(zhǎng)、效率低、難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以形成厚壁制品及形狀復(fù)雜的制品。6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝7.澆注成形又稱鑄塑成形，一般用于熱固性塑料，也可用于橡膠制品生產(chǎn)。是將流動(dòng)狀態(tài)的高分子材料注入特定的模具中，在一定條件下使之反應(yīng)固化，從而得到與模具型腔一致的制品的工藝流程。6.模壓成形6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝76.1.1高分子材料：9.橡膠橡膠：是指使用溫度范圍內(nèi)處于高彈態(tài)的、具有輕度交聯(lián)的線型或支鏈型高分子材料。（1）橡膠的組成以生膠為原料，加入適量配合劑，經(jīng)過硫化以后得到橡膠。1）生膠：未加配合劑、未經(jīng)硫化的橡膠，也稱膠料或橡料。它決定橡膠制品的性質(zhì)。分為天然和合成橡膠。2）添加劑包括硫化劑、促進(jìn)劑、填料、防老化劑和軟化劑硫化劑使橡膠分子鏈由線型結(jié)構(gòu)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以提高其抗拉強(qiáng)度、彈性和化學(xué)穩(wěn)定性。一般硫化劑包括：硫磺、含硫化合物、金屬氧化物和有機(jī)過氧化物等。6.1.1高分子材料：9.橡膠橡膠：是指使用溫度范圍內(nèi)處6.1.1高分子材料：9.橡膠6.1.1高分子材料：9.橡膠（2）橡膠的性能特點(diǎn)1）高彈性能：在很大的溫度范圍內(nèi)（-40~150oC）具有高彈性。2）力學(xué)性能：彈性模量低（~1MPa），變形量大（100%~1000%），同時(shí)強(qiáng)度也低。3）耐磨性能較差4）易老化5）黏彈性能6.1.1高分子材料：9.橡膠（2）橡膠的性能特點(diǎn)6.1.1高分子材料：9.橡膠6.1.2陶瓷材料：1.概念什么是陶瓷？“陶瓷”一詞還沒有十分嚴(yán)格的、為國際所公認(rèn)的定義。從狹義來說，它是指以粘土為主要原料經(jīng)高溫?zé)频玫降闹破?。通常包括陶器、炻器和瓷器?.1.2陶瓷材料：1.概念什么是陶瓷？“陶瓷”一詞還沒有鸛魚石斧圖彩陶虹新石器時(shí)代仰韶文化（距今約7000年）半坡類型彩陶人面魚紋彩陶盆唐三彩是一種盛行于唐代的陶器，以黃、褐、綠為基本釉色，后來人們習(xí)慣地把這類陶器稱為"唐三彩"。

陶器：是指以粘土為胎，經(jīng)過手捏、輪制、模塑等方法加工成型后，在800~1000℃高溫下焙燒而成的物品，坯體不透明，有微孔，具有吸水性，叩之聲音不清。6.1.2陶瓷材料：1.概念鸛魚石斧圖彩陶虹新石器時(shí)代仰韶文化（距今約7000年）半坡類炻(shi)器：介于陶器和瓷器之間的陶瓷制品，如水缸、沙鍋

瓷器：隨著高溫技術(shù)的不斷改進(jìn)，加上釉的發(fā)明，到了大約2000多年前的東漢晚期，人們開始利用含鋁量較高的天然瓷土作原料，使陶器步入了瓷器的階段，這是陶瓷技術(shù)發(fā)展史上十分重要的里程碑。粉彩桃枝題詩燈籠瓶

故宮琺瑯彩瓷器明洪武釉里紅6.1.2陶瓷材料：1.概念炻(shi)器：介于陶器和瓷器之間的陶瓷制品，如水缸、沙鍋

從廣義來說，陶瓷還包括磚瓦、耐火材料、玻璃、琺瑯、各種元素的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、氧化物等無機(jī)非金屬材料，也包括水泥和石墨等。6.1.2陶瓷材料：1.概念從廣義來說，陶瓷還包括磚瓦、耐火材料、玻璃、琺瑯、各種6.1.2陶瓷材料：2.分類陶瓷材料按材料成分和用途分為：普通陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷）和特種

陶瓷（現(xiàn)代陶瓷）（1）普通陶瓷普通陶瓷的主要原料是粘土、石英和長(zhǎng)石。又分為日用陶瓷和普通工業(yè)陶瓷兩大類。日用陶瓷主要用作日用器皿和瓷器。普通工業(yè)陶瓷按用途分為建筑陶瓷、電工陶瓷和化工陶瓷。6.1.2陶瓷材料：2.分類陶瓷材料按材料成分和用途分為（2）特種陶瓷特種陶瓷主要由人工合成的純度較高的化合物，如氧化物、氮化物、碳化物、和硅化物，為原料制成，具有特殊的力學(xué)、物理或化學(xué)性能。常用的特種陶瓷有以下幾種：1）氧化物陶瓷航空航天領(lǐng)域最常用的是Al2O3和ZrO2陶瓷，熔點(diǎn)在2000oC以上，燒結(jié)溫度1800oC左右。一般用作熱防護(hù)材料。缺點(diǎn)：較脆，抗震性差。6.1.2陶瓷材料：2.分類（2）特種陶瓷6.1.2陶瓷材料：2.分類Q氈：二氧化硅纖維制成Cerrachrome氈：氧化鋁纖維和二氧化硅纖維制成

Saffil隔熱氈：一種高純度、多晶陶瓷纖維，最大工作溫度可高達(dá)1600oC。由96％的氧化鋁和4％的二氧化硅組成。

X-33熱防護(hù)系統(tǒng)的高溫合金蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)飛行過程中防熱結(jié)構(gòu)板的外表面最高溫可達(dá)982℃～1037℃,而內(nèi)層結(jié)構(gòu)的溫度最大值僅約為177℃.6.1.2陶瓷材料：2.分類Q氈：二氧化硅纖維制成X-33熱防護(hù)系統(tǒng)的高溫合金蜂窩夾芯6.1.2陶瓷材料：2.分類2）氮化物陶瓷常用的有氮化硅（Si3N4）和氮化硼（BN）3）碳化物陶瓷航空航天領(lǐng)域常用的有SiC陶瓷，用來制造發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫部件。6.1.2陶瓷材料：2.分類2）氮化物陶瓷6.1.2陶瓷材料：3.陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）陶瓷材料的鍵合類型陶瓷材料主要以離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合，通常不是單一的鍵合類型，而是兩種或兩種以上的混合鍵。一般含金屬元素的陶瓷材料以離子鍵為主，如Al2O3和MgO。一般由非金屬元素形成的陶瓷材料以共價(jià)鍵為主，如SiC等。（2）陶瓷材料的組織陶瓷是由金屬或非金屬的化合物構(gòu)成的多晶固體材料，其結(jié)構(gòu)比金屬晶體復(fù)雜得多。陶瓷材料的組織結(jié)構(gòu)由晶體相、玻璃相和氣相3部分組成。6.1.2陶瓷材料：3.陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）陶瓷材料1）晶體相晶體相是陶瓷的主要組成相，其結(jié)構(gòu)、形態(tài)、數(shù)量及分布決定陶瓷材料物理、化學(xué)和力學(xué)性能。包括硅酸鹽、氧化物、和非氧化物3種。①硅酸鹽是普通陶瓷的主要原料，也是特種陶瓷組織中的重要晶體相。②氧化物（MgO、CaO等）是大多數(shù)陶瓷，特別是某些特種陶瓷的主要晶體相。③非氧化物，包括碳化物、氮化物、硅化物、硼化物等，是特種陶瓷的主要晶體相。6.1.2陶瓷材料：3.陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）晶體相6.1.2陶瓷材料：3.陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)6.1.2陶瓷材料：3.陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2）玻璃相玻璃相是一種非晶體的低熔點(diǎn)固體相，它是陶瓷材料內(nèi)各種組成物和混入的雜質(zhì)在高溫?zé)Y(jié)時(shí)產(chǎn)生物理、化學(xué)反應(yīng)形成的，玻璃相主要存在于晶界處。在陶瓷中常見SiO2的玻璃相。玻璃相對(duì)陶瓷材料的正面影響：將分散的晶體相粘結(jié)起來，提高致密度；降低燒結(jié)溫度；阻止晶體轉(zhuǎn)變和長(zhǎng)大，獲得一定的玻璃特點(diǎn)。負(fù)面影響：降低陶瓷強(qiáng)度、電絕緣性和耐熱性。工業(yè)陶瓷中玻璃相的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在20%~40%。6.1.2陶瓷材料：3.陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2）玻璃相1400oC燒結(jié)的碳化硅（SiC）中分散的晶體相與玻璃相的高分辨率透射電鏡（HRTEM）照片。插圖為選擇性區(qū)域電子衍射環(huán)圖譜。1400oC燒結(jié)的碳化硅（SiC）中分散的晶體相與玻璃相的高6.1.2陶瓷材料：3.陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3）氣相氣相指陶瓷內(nèi)部殘留下來的氣孔?？纱嬖谟诰Я?nèi)部、晶界上、及玻璃相中。負(fù)面影響：氣相會(huì)造成應(yīng)力集中，導(dǎo)致強(qiáng)度下降，脆性增加，熱導(dǎo)率和抗電擊穿性能下降。所以，對(duì)于結(jié)構(gòu)材料用陶瓷，應(yīng)盡量減少殘留氣孔率。如特種陶瓷應(yīng)在5%以下。正面影響：對(duì)于用作隔熱材料的陶瓷，應(yīng)盡量增多其封閉氣孔量，并使其分布均勻，大小一致。6.1.2陶瓷材料：3.陶瓷材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3）氣相航空航天材料工程-2-非金屬材料課件6.1.2陶瓷材料：4.陶瓷材料的性能（1）力學(xué)性能1）硬度高，是3大類固體材料（金屬、高分子和陶瓷）中最高的。2）強(qiáng)度：-抗拉強(qiáng)度較低，抗彎強(qiáng)度較高，抗壓強(qiáng)度非常高。

-彈性模量E大，彈性變形困難，剛度大。3）塑性：-常溫下只出現(xiàn)彈性變形，不出現(xiàn)塑性變形，脆性很

大。

-高溫下可出現(xiàn)塑性變形。4）高溫性能：-高溫強(qiáng)度比金屬高得多，抗蠕變能力較強(qiáng)。

-耐急冷急熱性能不好。6.1.2陶瓷材料：4.陶瓷材料的性能（1）力學(xué)性能（2）化學(xué)性能陶瓷的組織結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，即使在高溫下也不易氧化。對(duì)酸、堿、鹽都有極好的耐腐蝕性能。（3）物理性能導(dǎo)熱性差線膨脹系數(shù)小，陶瓷<金屬<高分子材料電絕緣性好有些陶瓷（如鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛二元系）有壓電效應(yīng)，可做傳感器?？篃釠_擊性差6.1.2陶瓷材料：4.陶瓷材料的性能（2）化學(xué)性能6.1.2陶瓷材料：4.陶瓷材料的性能6.1.2陶瓷材料：5.陶瓷件成型工藝陶瓷的生產(chǎn)工藝流程：配料→成形→燒結(jié)（1）配料首先是粉末的制備，以人工合成的化合物為原料，通過機(jī)械或化學(xué)方法使化合物成為極細(xì)（微米甚至納米級(jí)）的粉末。粉末的質(zhì)量對(duì)陶瓷件的性能影響很大，高質(zhì)量：粒度均勻、外形圓整、純度高。粒度的大小決定陶瓷制品的應(yīng)用范圍，粒度越小，陶瓷性能越好。粉末制備好后還有混料、塑化、造粒等工序。6.1.2陶瓷材料：5.陶瓷件成型工藝陶瓷的生產(chǎn)工藝流程6.1.2陶瓷材料：5.陶瓷件成型工藝（2）成形1）干壓成形：又稱模壓成形，將混合均勻的粉末置于模具中，在壓力機(jī)上制成一定形狀的坯料。2）等靜壓成形：分濕式等靜壓和干式等靜壓兩種3）熱壓成形4）注漿成形5）注射成形6）可塑法成形：-擠出成型法-軋膜成形法7）流延成形法6.1.2陶瓷材料：5.陶瓷件成型工藝（2）成形（3）燒結(jié)燒結(jié)是加熱已形成的坯體，使其中的微粒在加熱中擴(kuò)散遷移，牢

固的粘結(jié)在一起形成致密化的陶瓷制品的工藝過程。常用的燒結(jié)方法有：常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、和氣氛燒結(jié)。6.1.2陶瓷材料：5.陶瓷件成型工藝（3）燒結(jié)6.1.2陶瓷材料：5.陶瓷件成型工藝6.2非金屬材料的改性及其強(qiáng)化高分子材料得改性要求：-耐高、低溫

-增強(qiáng)

-增韌

-功能/結(jié)構(gòu)一體化陶瓷材料的改性要求：增韌主要改性途徑：復(fù)合化（詳見第7章）6.2非金屬材料的改性及其強(qiáng)化高分子材料得改性要求：-耐21十二月202265航空航天材料工程-2-非金屬材料19十二月20221航空航天材料工程-2-非金屬材料內(nèi)容提綱非金屬材料分類、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)6.1非金屬材料的改性及其強(qiáng)化6.2非金屬材料在航空航天中的應(yīng)用6.3內(nèi)容提綱非金屬材料分類、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)6.1非金屬材料的改性及其6.1非金屬材料分類、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)復(fù)合材料金屬材料非金屬材料有機(jī)聚合物纖維橡膠塑料無機(jī)材料水泥玻璃陶瓷工程材料按組織成分分類在航天航空工程中，非金屬材料一般不單獨(dú)使用，主要作為復(fù)合材料的基體或增強(qiáng)體材料。6.1非金屬材料分類、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)復(fù)合材料金屬材料非金屬材料6.1.1高分子材料：1.概念高分子化合物（Polymer）：是由千百個(gè)原子彼此以共價(jià)鍵結(jié)合形成相對(duì)分子質(zhì)量特別大、具有重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的有機(jī)化合物。相對(duì)分子質(zhì)量大（103-107）。由于高分子多是由小分子通過聚合反應(yīng)而制得的，因此也常被稱為聚合物或高聚物，用于聚合的小分子則被稱為“單體”。n(CH2=CH2)→[CH2-CH2]n單體[CH2-CH2]：鏈節(jié)n：聚合度M=nm，M為高分子聚合物的相對(duì)分子量，m為鏈節(jié)的相對(duì)分子量6.1.1高分子材料：1.概念高分子化合物（Polymer按高分子鏈分：碳鏈高分子雜鏈高分子元素有機(jī)高分子按成品的性能與用途分塑料橡膠纖維其它（涂料、粘合劑）三大合成材料6.1.1高分子材料：2.分類按高分子鏈分：三大合成材料6.1.1高分子材料：2.分類6.1.1高分子材料：2.分類碳鏈高分子分子主鏈全部由碳原子以共價(jià)鍵相連接。一般由加成聚合反應(yīng)制得，如PE、PP、PVC、PMMA等6.1.1高分子材料：2.分類碳鏈高分子分子主鏈全部由碳原滌綸（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酯）分子主鏈除含有碳原子外，還含有O、N、S等兩種或兩種以上原子并以共價(jià)鍵相連接。一般由縮聚反應(yīng)和開環(huán)聚合制得。雜鏈高分子6.1.1高分子材料：2.分類聚己二酰己二胺（聚酰胺66、尼龍66）數(shù)字表示單元鏈節(jié)中酸和胺的碳原子數(shù)mp型聚酰胺是由二元酸HOOC—（C-H2）m-COOH與二元胺H2N(CH2)pNH2制成的聚己內(nèi)酰胺（聚酰胺6、錦綸、尼龍6）由單體己內(nèi)酰胺經(jīng)開環(huán)聚合反應(yīng)生成線型聚酰胺滌綸（聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酯）分子主鏈除含有碳原子聚苯硫醚雜鏈高分子6.1.1高分子材料：2.分類聚苯硫醚雜鏈高分子6.1.1高分子材料：2.分類6.1.1高分子材料：2.分類6.1.1高分子材料：2.分類單體聚合物聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)分類：按元素組成和結(jié)構(gòu)變化：加聚，縮聚按反應(yīng)單體：均聚、共聚按反應(yīng)活性中心：自由基聚合和離子（陰、陽離子）聚合按反應(yīng)類型：線形，開環(huán)，環(huán)化，轉(zhuǎn)移，異構(gòu)化6.1.1高分子材料：3.聚合方式單體聚合物聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)分類：6.1.1高分子材料：3.高分子鏈的柔順性

：一個(gè)典型的線形高分子鏈長(zhǎng)度與直徑之比是很大的。例如聚異丁烯大分子所以這就是說，這個(gè)大分子長(zhǎng)度是直徑的5萬倍。這樣一根細(xì)而長(zhǎng)的“網(wǎng)絲”，在無外力作用下，不可能是一條直線，而是自然的曲線。這就使得聚異丁烯大分子有著“柔順性”，也使聚異丁烯材料有著它獨(dú)特的“高彈性”。6.1.1高分子材料：4.高分子結(jié)構(gòu)高分子鏈的柔順性：一個(gè)典型的線形高分子鏈長(zhǎng)度與直徑之比高分子的柔順性的實(shí)質(zhì)：高分子的柔順性的實(shí)質(zhì)就是大量C-C單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)造成的。極端情況：當(dāng)高分子鏈上每個(gè)鍵都能完全自由旋轉(zhuǎn)（自由聯(lián)接鏈），“鏈段”長(zhǎng)度就是鍵長(zhǎng)——理想的柔性鏈（不存在）。當(dāng)高分子鏈上所有鍵都不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)——理想的剛性分子（不存在），“鏈段”長(zhǎng)度為鏈長(zhǎng)。6.1.1高分子材料：4.高分子結(jié)構(gòu)高分子的柔順性的實(shí)質(zhì)：高分子的柔順性的實(shí)質(zhì)就是大量C-C單鍵6.1.1高分子材料：4.高分子結(jié)構(gòu)高分子結(jié)構(gòu)高分子鏈結(jié)構(gòu)高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)近程結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)化學(xué)組成單體單元鍵合單體高分子鏈的鍵接（交聯(lián)與支化）單體單元主體構(gòu)型（空間排列）高分子的大?。ň酆隙?、分子量）高分子鏈的形態(tài)（構(gòu)象）晶態(tài)非晶態(tài)取向態(tài)液晶態(tài)織態(tài)6.1.1高分子材料：4.高分子結(jié)構(gòu)高分子結(jié)構(gòu)高分子鏈結(jié)6.1.1高分子材料：4.1高分子的大小大分子鏈內(nèi)原子間以共價(jià)鍵相連接，而大分子鏈之間的力為范德華力。相對(duì)分子量越大，則大分子間結(jié)合力越強(qiáng)，高分子化合物的強(qiáng)度越高。相對(duì)分子量超過100萬的聚乙烯的抗拉強(qiáng)度比50萬的高一倍。6.1.1高分子材料：4.1高分子的大小大分子鏈內(nèi)原子大分子鏈的形態(tài)有:-線型

-支化

-網(wǎng)狀6.1.1高分子材料：4.2大分子鏈的形態(tài)大分子鏈的形態(tài)有:6.1.1高分子材料：4.2大分子鏈的（1）線型大分子鏈一般高分子是線型的。分子長(zhǎng)鏈可以卷曲成團(tuán)，也可以伸展成直線，這取決于分子本身的柔順性及外部條件。線型高分子間無化學(xué)鍵結(jié)合，所以：-在受力情況下分子間可以互相移動(dòng)（流動(dòng)）塑性、彈性-可在適當(dāng)溶劑中溶解或溶脹可溶性

-可反復(fù)軟化、熔化又固化，易于加工成型可熔性例如聚氯乙烯和聚酯等熱塑性樹脂（1）線型大分子鏈一般高分子是線型的。分子長(zhǎng)鏈可以卷曲成團(tuán)（2）支鏈形高分子由于加聚過程中有自由基的鏈轉(zhuǎn)移發(fā)生，形成支鏈，常易產(chǎn)生支化高分子。支鏈的存在使線性高分子的性能鈍化，如熔點(diǎn)升高、黏度增加。

（2）支鏈形高分子由于加聚過程中有自由基的鏈轉(zhuǎn)移發(fā)生，形成支（3）網(wǎng)狀（交聯(lián)）大分子大分子鏈之間通過支鏈或化學(xué)鍵形成了三維網(wǎng)絡(luò)或體型結(jié)構(gòu)。熱固性：一經(jīng)固化成型不得再次成型耐熱、機(jī)械強(qiáng)度高但脆性大、硬度高，彈性和塑性很低，不能塑性加工交聯(lián)與支化有本質(zhì)區(qū)別支化（可溶，可熔，有軟化點(diǎn)）交聯(lián)（不溶，不熔，可膨脹）（3）網(wǎng)狀（交聯(lián)）大分子大分子鏈之間通過支鏈或化學(xué)鍵形成了三線型、支化、網(wǎng)狀分子的性能差別：線型分子：可溶，可熔，易于加工，可重復(fù)應(yīng)用，一些合成纖維，“熱塑性”塑料（PVC，PS等屬此類）支化分子：一般也可溶，但結(jié)晶度、密度、強(qiáng)度均比線型差網(wǎng)狀分子：不溶，不熔，耐熱，耐溶劑等性能好，但加工只能在形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之前，一旦交聯(lián)為網(wǎng)狀，便無法再加工，“熱固性”塑料（酚醛、環(huán)氧樹脂屬此類）線型、支化、網(wǎng)狀分子的性能差別：線型分子：可溶，可熔，易于6.1.1高分子材料：4.3大分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子聚合物一般為固態(tài)或液態(tài)，無氣態(tài)。固態(tài)聚合物分為無定形和結(jié)晶型兩種類型。無定形聚合物：遠(yuǎn)程無序，近程有序結(jié)晶型聚合物：具有晶區(qū)與非晶區(qū)隨著結(jié)晶度的提高，高聚物的密度、強(qiáng)度、硬度、剛度、熔點(diǎn)、耐熱性、化學(xué)惰性、及液氣滲透性提高，而彈性、塑性、韌性降低。6.1.1高分子材料：4.3大分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子聚6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)溫度不同高聚物處于不同的力學(xué)狀態(tài)，表現(xiàn)的性能也不同。線型非晶態(tài)高聚物有三種力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、和粘流態(tài)。體型高聚物交聯(lián)密度低時(shí)，可有玻璃態(tài)和高彈態(tài)，沒有粘流態(tài)；交聯(lián)密度大時(shí)，只有玻璃態(tài)。完全結(jié)晶的高聚物無高彈態(tài)，當(dāng)溫度高于熔點(diǎn)時(shí)，直接從玻璃態(tài)融化成粘流態(tài)。所以使用溫度范圍較寬。6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)溫度不同高6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)玻璃態(tài)：T<Tg時(shí)，高聚物處于玻璃態(tài)。高聚物大分子鏈熱運(yùn)動(dòng)處于停止?fàn)顟B(tài)。力學(xué)性能與無機(jī)的低分子材料相似，有一定剛度。是塑料的應(yīng)用狀態(tài)。6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)玻璃態(tài)：6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)高彈態(tài)：Tg<T<Tf時(shí)，高聚物處于高彈態(tài)。分子鏈動(dòng)能增加，部分連段可進(jìn)行內(nèi)旋運(yùn)動(dòng)，而整個(gè)分子鏈并沒有運(yùn)動(dòng)。受外力作用時(shí)，原卷曲鏈沿受力方向伸展，產(chǎn)生彈性變形。是橡膠的應(yīng)用狀態(tài)。6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)高彈態(tài)：6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)粘流態(tài)：Tf<T<Td時(shí)，高聚物處于粘流態(tài)。大分子鏈可自由運(yùn)動(dòng)，是高聚物變成流動(dòng)的黏液。是高聚物成型加工的工藝狀態(tài)。6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)粘流態(tài)：6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)皮革態(tài)：高聚物中有部分結(jié)晶區(qū)域時(shí)，當(dāng)溫度大于Tg但小于晶體熔點(diǎn)時(shí)，非結(jié)晶區(qū)為高彈態(tài)，而結(jié)晶區(qū)由于分子鏈無法產(chǎn)生內(nèi)旋運(yùn)動(dòng)而仍具有較高剛度和硬度，兩者復(fù)合成一種既韌又硬的皮革態(tài)。6.1.1高分子材料：5高聚物的物理、力學(xué)狀態(tài)皮革態(tài)：幾個(gè)實(shí)例：LDPE(LowDensityPE)（自由基聚合）這種聚合方式易發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移，則支鏈多，密度小，較柔軟。用于制食品袋、奶瓶等等HDPE（配位聚合，Zigler催化劑）這種聚合方法不同與前，獲得的是幾乎無支鏈的線型PE，所以密度大，硬，規(guī)整性好，結(jié)晶度高，強(qiáng)度、剛性、熔點(diǎn)均高?？捎米鞴こ趟芰喜考?，繩纜等等幾個(gè)實(shí)例：LDPE(LowDensityPE)（自由基聚密度熔點(diǎn)結(jié)晶度用途低密度聚乙烯（LDPE）0.91-0.94105oC60-70%薄膜（軟性）包裝膜、保鮮膜、地膜、棚膜等高密度聚乙烯（HDPE）0.95-0.97135oC95%瓶、管、棒等（硬性）裝食品油、酒類、汽油及化學(xué)試劑的桶，玩具，給水、輸氣、灌溉、吸管、筆芯等用的管材

LDPE和HDPE的性能和用途比較密度熔點(diǎn)結(jié)晶度用途低密度聚乙烯0.91-0.94105oC適用于家用電器制品，如電視機(jī)外殼、冰箱內(nèi)襯、吸塵器等，

以及儀表、電話、汽車工業(yè)用塑料制品。適用于家用電器制品，如電視機(jī)外殼、冰箱內(nèi)襯、吸塵器等，

應(yīng)用于瀝青改性、粘結(jié)劑、鞋底材料、汽車方向盤和保險(xiǎn)杠應(yīng)用于瀝青改性、粘結(jié)劑、鞋底材料、汽車方向盤和保險(xiǎn)杠6.1.1高分子材料：6.性能特點(diǎn)（1）力學(xué)性能比強(qiáng)度高高彈性和低彈性模量低硬度（2）物理性能電絕緣性優(yōu)良耐熱性差導(dǎo)熱性低、膨脹大6.1.1高分子材料：6.性能特點(diǎn)（1）力學(xué)性能6.1.1高分子材料：6.性能特點(diǎn)（3）化學(xué)性能在酸、堿、鹽溶液中耐腐蝕性較強(qiáng)在特定的有機(jī)溶劑中發(fā)生軟化和溶脹等現(xiàn)象。（4）高分子材料的老化在熱、光、輻射、氧和臭氧等作用下，使聚合物內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致性能隨時(shí)間推移逐漸惡化，直至失效。不可逆原因：①分子鏈交聯(lián)或支化，使其變硬變脆②大分子鏈斷裂，相對(duì)分子量下降，發(fā)生降解6.1.1高分子材料：6.性能特點(diǎn)（3）化學(xué)性能6.1.1高分子材料：7.工程塑料塑料：是以高分子聚合物為基本原料，加入一定量的添加劑而組成的有機(jī)高分子材料。（1）塑料的組成1）樹脂：是塑料的主要組分，決定塑料的類型和基本性能。2）填料（增強(qiáng)或增韌）：是塑料改性的主要部分。主要包括無

機(jī)顆?；蚶w維。3）固化劑：使熱固性樹脂受熱時(shí)產(chǎn)生交聯(lián)作用，形成體型結(jié)構(gòu)。4）增塑劑：提高塑性和加工性能。5）阻燃劑：阻止燃燒或造成自熄。6）穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、著色劑6.1.1高分子材料：7.工程塑料塑料：是以高分子聚合物（2）分類1）按塑料中合成樹脂的分子結(jié)構(gòu)分類熱塑性塑料：樹脂的大分子鏈形狀是線型或支鏈型結(jié)構(gòu)。

-例如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、

有機(jī)玻璃等。

-優(yōu)點(diǎn)：易加工成型，力學(xué)性能較好

-缺點(diǎn)：耐熱性和剛性差熱固性塑料：樹脂在受熱之初大分子為線型結(jié)構(gòu)，可塑制成一定形狀，但受

熱后，線型大分子鏈間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，分子鏈變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，

隨著交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展，使樹脂既不能溶解也不能熔化。

-例如：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂

-優(yōu)點(diǎn)：耐熱性好、受熱受壓不易變形

-缺點(diǎn)：只能塑制一次，廢料不可回收再利用6.1.1高分子材料：7.工程塑料（2）分類6.1.1高分子材料：7.工程塑料2）按塑料的性能和用途分類通用塑料：產(chǎn)量大（占塑料總產(chǎn)量的75%以上）、用途廣、價(jià)格低廉的塑料。

包括6大品種：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑

料、和氨基塑料。工程塑料：強(qiáng)度較高、剛性較大、可以代替鋼鐵和非鐵合金制造機(jī)械零件和

工程結(jié)構(gòu)的塑料。包括聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、有機(jī)玻璃和ABS樹脂等。特種塑料：耐高溫或具有特殊用途的塑料。包括氟塑料、有機(jī)硅樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺等。6.1.1高分子材料：7.工程塑料2）按塑料的性能和用途分類6.1.1高分子材料：7.工程6.1.1高分子材料：7.工程塑料（3）特性1）塑料的使用性能物理性能：-密度小，1-2g/cm3

-有一定透氣性和透濕性

-透明性、透光率較好-優(yōu)良的消音、吸振性

-電氣絕緣性化學(xué)性能：-良好的耐化學(xué)腐蝕性能

-易降解和老化，耐候性、耐老化性、光穩(wěn)定性較差。力學(xué)性能：-強(qiáng)度、剛度比金屬差，但比強(qiáng)度、比剛度較高

-硬度較低，摩擦系數(shù)較小，可作為密封、耐磨和自潤(rùn)滑材料與金屬相比，總體缺點(diǎn)：使用溫度低，導(dǎo)熱導(dǎo)電性差、熱膨脹系數(shù)高、易老

化、易燃燒、易變形6.1.1高分子材料：7.工程塑料（3）特性2）塑料的工藝性能熱塑性塑料的工藝性能：收縮性、黏度、流動(dòng)性、吸水性等。熱固性塑料的工藝性能：收縮性、流動(dòng)性、比體積和壓縮比、水分和揮發(fā)物

含量、固化溫度和速度等。塑料的聚集狀態(tài)與加工性：（a）玻璃態(tài)：可進(jìn)行車、銑、鉆、刨等切削加工。（b）高彈態(tài)：真空成型、延壓成型、中空成型等加工。（c）黏流態(tài)：注射、擠出、吹塑等成型加工。6.1.1高分子材料：7.工程塑料2）塑料的工藝性能6.1.1高分子材料：7.工程塑料6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝1.注射成形注射成型也稱注塑成形，是工程塑料加工的主要成形方法（80%），一般用于熱塑性塑料，占其制品的20%-30%。是用注塑機(jī)將融化的塑料快速注入模具型腔，冷卻固化得到各種塑料制品的工藝過程。注射成形過程包括：熔融塑化、注射、保壓、和冷卻定形注射溫度、模具溫度、注射壓力、保壓時(shí)間、冷卻速率等工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率有很大影響。優(yōu)點(diǎn)：可制造形狀復(fù)雜的塑件、可鑲嵌金屬、注塑時(shí)間短、生產(chǎn)效率高、可達(dá)較高精度、且容易自動(dòng)化。缺點(diǎn)：成本較高，不適合小批量生產(chǎn)。6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝1.注射成形2.擠出成形也稱擠塑成形，占熱塑性塑料制品的40%-50%，也可用于某些熱固性塑料和復(fù)合材料成形。由擠出機(jī)將熱塑性塑料連續(xù)擠出，使之形成各種不同截面的塑料型材（管材、棒材、片材、型材等）優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品內(nèi)部組織均勻致密，尺寸穩(wěn)定，成形過程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，成本較低。6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝2.擠出成形6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝3.吹塑成形也稱中空成形，僅用于熱塑性塑料成形?，F(xiàn)將塑料用擠出或注射成形法制成筒狀坯料，坯料軟時(shí)放入打開的模具內(nèi)，模具閉合后通過向坯料內(nèi)通入壓縮空氣，將坯料吹脹并緊貼模壁，冷卻后形成中空制品。用來制造中空制品，如箱、瓶等。6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝3.吹塑成形6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝4.吸塑成形也稱真空成形，適用于熱塑性塑料成形。先將熱塑性塑料板夾持起來，固定在模具上，加熱使材料軟化，然后用真空泵抽去板材和模具之間的空氣，在大氣壓作用下，板材拉伸變形貼合到模具內(nèi)腔表面，冷卻定形后成為制品。用來制造包裝盒、餐盒、冰箱內(nèi)膽等。5.壓延成形是產(chǎn)生塑料薄膜和片材的成形方法。將加熱塑化的原料經(jīng)過一對(duì)或幾對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的滾筒，滾筒被加熱且有一定間隙，塑料每通過一次滾筒就被壓薄一次，最后一對(duì)滾筒間隙決定制品厚度。6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝4.吸塑成形6.模壓成形也稱壓塑成形或壓制成形，主要用于熱固性塑料，如酚醛、環(huán)氧、和有機(jī)硅等。將液態(tài)樹脂原料和各助劑加入模具，然后將模具閉合并加熱，在模具內(nèi)樹脂與固化劑反應(yīng)、固化、定形，然后脫模制得塑料制品。壓力、溫度、和加料量是主要的工藝參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，易于生產(chǎn)大型制品。缺點(diǎn)：生產(chǎn)周期長(zhǎng)、效率低、難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以形成厚壁制品及形狀復(fù)雜的制品。6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝7.澆注成形又稱鑄塑成形，一般用于熱固性塑料，也可用于橡膠制品生產(chǎn)。是將流動(dòng)狀態(tài)的高分子材料注入特定的模具中，在一定條件下使之反應(yīng)固化，從而得到與模具型腔一致的制品的工藝流程。6.模壓成形6.1.1高分子材料：8.常用塑料成形工藝76.1.1高分子材料：9.橡膠橡膠：是指使用溫度范圍內(nèi)處于高彈態(tài)的、具有輕度交聯(lián)的線型或支鏈型高分子材料。（1）橡膠的組成以生膠為原料，加入適量配合劑，經(jīng)過硫化以后得到橡膠。1）生膠：未加配合劑、未經(jīng)硫化的橡膠，也稱膠料或橡料。它決定橡膠制品的性質(zhì)。分為天然和合成橡膠。2）添加劑包括硫化劑、促進(jìn)劑、填料、防老化劑和軟化劑硫化劑使橡膠分子鏈由線型結(jié)構(gòu)變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以提高其抗拉強(qiáng)度、彈性和化學(xué)穩(wěn)定性。一般硫化劑包括：硫磺、含硫化合物、金屬氧化物和有機(jī)過氧化物等。6.1.1高分子材料：9.橡膠橡膠：是指使用溫度范圍內(nèi)處6.1.1高分子材料：9.橡膠6.1.1高分子材料：9.橡膠（2）橡膠的性能特點(diǎn)1）高彈性能：在很大的溫度范圍內(nèi)（-40~150oC）具有高彈性。2）力學(xué)性能：彈性模量低（~1MPa），變形量大（100%~1000%），同時(shí)強(qiáng)度也低。3）耐磨性能較差4）易老化5）黏彈性能6.1.1高分子材料：9.橡膠（2）橡膠的性能特點(diǎn)6.1.1高分子材料：9.橡膠6.1.2陶瓷材料：1.概念什么是陶瓷？“陶瓷”一詞還沒有十分嚴(yán)格的、為國際所公認(rèn)的定義。從狹義來說，它是指以粘土為主要原料經(jīng)高溫?zé)频玫降闹破?。通常包括陶器、炻器和瓷器?.1.2陶瓷材料：1.概念什么是陶瓷？“陶瓷”一詞還沒有鸛魚石斧圖彩陶虹新石器時(shí)代仰韶文化（距今約7000年）半坡類型彩陶人面魚紋彩陶盆唐三彩是一種盛行于唐代的陶器，以黃、褐、綠為基本釉色，后來人們習(xí)慣地把這類陶器稱為"唐三彩"。

陶器：是指以粘土為胎，經(jīng)過手捏、輪制、模塑等方法加工成型后，在800~1000℃高溫下焙燒而成的物品，坯體不透明，有微孔，具有吸水性，叩之聲音不清。6.1.2陶瓷材料：1.概念鸛魚石斧圖彩陶虹新石器時(shí)代仰韶文化（距今約7000年）半坡類炻(shi)器：介于陶器和瓷器之間的陶瓷制品，如水缸、沙鍋

瓷器：隨著高溫技術(shù)的不斷改進(jìn)，加上釉的發(fā)明，到了大約2000多年前的東漢晚期，人們開始利用含鋁量較高的天然瓷土作原料，使陶器步入了瓷器的階段，這是陶瓷技術(shù)發(fā)展史上十分重要的里程碑。粉彩桃枝題詩燈籠瓶

故宮琺瑯彩瓷器明洪武釉里紅6.1.2陶瓷材料：1.概念炻(shi)器：介于陶器和瓷器之間的陶瓷制品，如水缸、沙鍋

從廣義來說，陶瓷還包括磚瓦、耐火材料、玻璃、琺瑯、各種元素的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、氧化物等無機(jī)非金屬材料，也包括水泥和石墨等。6.1.2陶瓷材料：1.概念從廣義來說，陶瓷還包括磚瓦、耐火材料、玻璃、琺瑯、各種6.1.2陶瓷材料：2.分類陶瓷材料按材料成分和用途分為：普通陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷）和特種

陶瓷（現(xiàn)代陶瓷）（1）普通陶瓷普通陶瓷的主要原料是粘土、石英和長(zhǎng)石。又分為日用陶瓷和普通工業(yè)陶瓷兩大類。日用陶瓷主要用作日用器皿和瓷器。普通工業(yè)陶瓷按用途分為建筑陶瓷、電工陶瓷和化工陶瓷。6.1.2陶瓷材料：2.分類陶瓷材料按材料成分和用途分為（2）特種陶瓷特種陶瓷主要由人工合成的純度較高的化合物，如氧化物、氮化物、碳化物、和硅化物，為原料制成，具有特殊的力學(xué)、物理或化學(xué)性能。常用的特種陶瓷有以下幾種：1）氧化物陶瓷航空航天領(lǐng)域最常用的是Al2O3和ZrO2陶瓷，熔點(diǎn)在2000oC以上，燒結(jié)溫度1800oC左右。一般用作熱防護(hù)材料。缺點(diǎn)：較脆，抗震性差。6.1.2陶瓷材料：2.分類（2）特種陶瓷6.1.2陶瓷材料：2.分類Q氈：二氧化硅纖維制成Cerrachrome氈：氧化鋁纖維和二氧化硅纖維制成

Saffil隔熱氈：一種高純度、多晶陶瓷纖維，最大工作溫度可高達(dá)1600oC。由96％的氧化鋁和4％的二氧化硅組成。

X-33熱防護(hù)系統(tǒng)的高溫合金蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)飛行過程中防熱結(jié)構(gòu)板的外表面最高溫可達(dá)982℃～1037℃,而內(nèi)層結(jié)構(gòu)的溫度最大值僅約為177℃.6.1.2陶瓷材料：2.分類Q氈：二氧化硅纖維制成X-33熱防護(hù)系統(tǒng)的高溫合金蜂窩夾芯6.1.2陶瓷材料：2.分類2）氮化物陶瓷常用的有氮化硅（Si3N4）和氮化硼（BN）3）碳化物陶瓷航空航天領(lǐng)域常用的有SiC陶瓷，用來制