粉體工程配套完整課件

粉體工程配套完整課件2第一章緒論前言材料科學(xué)與工程

材料定義具有滿足指定工作條件下使用要求的形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)。材料分類按作用按化學(xué)組成結(jié)構(gòu)材料、功能材料金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料、復(fù)合材料按狀態(tài)氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)按使用領(lǐng)域建筑材料、醫(yī)用材料、電子材料、耐火材料……3第一章緒論材料發(fā)展史天然材料燒結(jié)冶煉材料合成材料可設(shè)計材料智能材料高分子科學(xué)定義及體系研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集態(tài)的結(jié)構(gòu)、性能，聚合物的成型加工等內(nèi)容的一門綜合性學(xué)科。包括高分子化學(xué)、高分子物理、高分子工程幾個領(lǐng)域。

優(yōu)點

原料豐富，經(jīng)濟(jì)效益高，不受天然氣侯限制，品種多，功能全，能適應(yīng)各種需要45第一章緒論

高分子化學(xué)發(fā)展簡史高分子的概念始于20世紀(jì)20年代，但應(yīng)用更早。1839年，美國人Goodyear發(fā)明硫化橡膠。1868年，英國科學(xué)家Parks用硝化纖維素與樟腦混合制得

賽璐珞。1893年，法國人DeChardonnet發(fā)明粘膠纖維。1907年，第一個合成高分子—酚醛樹脂誕生。1920年，德國人HermannStaudinger

發(fā)表了“論聚合”的論文，提出了高分子的概念，并預(yù)測了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的結(jié)構(gòu)。1953年獲諾貝爾化學(xué)獎。6第一章緒論1935年，Carothes發(fā)明尼龍66，1938年工業(yè)化。30年代，許多烯烴類加聚物被開發(fā)出來，PVC（1927～1937）,PMMA（1927～1931）,PS（1934～1937）,PVAc（1936）,LDPE（1939）。自由基聚合發(fā)展。高分子溶液理論在30年代建立，并成功測定了聚合物的分子量。Flory為此于1974年獲得諾貝爾獎。40年代，二次大戰(zhàn)促進(jìn)了高分子材料的發(fā)展，一大批重要的橡膠和塑料被合成出來。丁苯橡膠（1937）,丁腈橡膠（1937）,丁基橡膠（1940）,有機(jī)氟材料（1943）,滌綸樹脂（1940～1950）,ABS（1947）。7第一章緒論50年代，Ziegler和Natta發(fā)明配位聚合催化劑，制得高密度PE和有規(guī)PP，低級烯烴得到利用。1963年，Ziegler和Natta分享諾貝爾化學(xué)獎。1956年，美國人Szwarc發(fā)明活性陰離子聚合，開創(chuàng)了高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計的先河。50年后期至60年代，大量高分子工程材料問世。聚甲醛（1956），聚碳酸酯（1957），聚砜（1965），聚苯醚（1964），聚酰亞胺（1962）。8第一章緒論60年代以后，特種高分子和功能高分子得到發(fā)展。特種高分子：高模量高強(qiáng)度、耐高低溫、耐輻射、高頻絕緣、半導(dǎo)體等。功能高分子：分離材料（離子交換樹脂、分離膜等）、導(dǎo)電高分子、感光高分子、高分子催化劑、高吸水性樹脂、醫(yī)用高分子、藥用高分子、高分子液晶等。為表彰在導(dǎo)電高分子的發(fā)展方面所作的貢獻(xiàn)，2000年，日本科學(xué)家白川英樹（H.Shirakawa）、美國科學(xué)家黑格（A.J.Heeger）和麥克迪爾米德（A.G.MacDiarmid）分享諾貝爾化學(xué)獎。9第一章緒論80年代以后，新的聚合方法和新結(jié)構(gòu)的聚合物不斷出現(xiàn)和發(fā)展。新的聚合方法：陽離子活性聚合、基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合、活性自由基聚合、等離子聚合等等；新結(jié)構(gòu)的聚合物：新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星狀聚合物、樹枝狀聚合物、超支化聚合物、含富勒烯(C60)聚合物等等。人類活動是高分子科學(xué)發(fā)展的動力。10施陶丁格爾小傳(HermannStaudinger)(1881—1965)1881年3月23日生于德國萊因蘭—法耳次州的沃爾姆斯；1907年畢業(yè)于施特拉斯堡大學(xué)，獲博士學(xué)位。同年聘為卡爾斯魯厄工業(yè)大學(xué)副教授。1912年于蘇黎世工業(yè)大學(xué)任為化學(xué)教授。1920年，發(fā)表“論聚合反應(yīng)”的論文，提出高分子的概念；

1932年，出版劃時代的巨著《高分子有機(jī)化合物》

1953年獲諾貝爾化學(xué)獎；1965年9月8日在弗賴堡逝世，終年84歲。11線性縮聚反應(yīng)產(chǎn)物有機(jī)硅中物線性縮聚反應(yīng)產(chǎn)物1213第一章緒論1.1高分子的基本概念

高分子化學(xué)是研究高分子合成基本規(guī)律的科學(xué)。高分子化合物是由許多結(jié)構(gòu)單元相同的小分子化合物通過化學(xué)鍵連接而成的。例如，聚氯乙烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)為：

它是由小分子氯乙烯通過雙鍵打開連接而成的。這里小分子氯乙烯稱為單體。14第一章緒論

其中方括弧中的化學(xué)式表示高分子鏈中的重復(fù)單元，也叫結(jié)構(gòu)單元、單體單元和鏈節(jié)。

n為重復(fù)單元的數(shù)量，稱為聚合度，用DP表示。一個高分子化合物的相對分子質(zhì)量M可用下式表示：

M=DP×M0

（1—1）

M0為單體的相對分子質(zhì)量。高分子化合物的相對分子質(zhì)量為聚合度的整數(shù)倍。15例1：以氯乙烯單體為原料，聚合得到的聚氯乙烯的分子量，根據(jù)其用途不同可在5萬至15萬之間，其結(jié)構(gòu)單元的分子量為62.5，計算其聚合度。

解：==50000~150000/62.5=800~2400通過計算可知，聚氯乙烯的平均聚合度應(yīng)在800~2400聚氯乙烯分子約由800~2400個氯乙烯單元組成。16例2：以對苯二甲酸與乙二醇為原料，經(jīng)縮聚制得聚對苯二甲酸乙二醇酯，其分子量一般在2萬左右，計算及。解：已知-O(CH2)2O-結(jié)構(gòu)單元分子量為60，-OC-C6H5-CO-結(jié)構(gòu)單元分子量為132。由=·（M01+M02）/2得：

2000=·（60+132）/2則=208=/2=104高分子的定義：(1)相對分子質(zhì)量很大(2)共價鍵連接(3)相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)重復(fù)多次而成171819第一章緒論

由此可見，高分子化合物是由小分子單體聚合而成的，因此又稱為聚合物。

通常，根據(jù)化合物的相對分子質(zhì)量大小來劃分高分子和小分子。相對分子質(zhì)量小于1000的，一般為小分子化合物；而相對分子質(zhì)量大于10000的，稱為高分子或高聚物；處于中間范圍的可能為高分子（低聚物），也可能為小分子。重要概念：

當(dāng)一個化合物的相對分子質(zhì)量足夠大，以至多一個鏈節(jié)或少一個鏈節(jié)不會影響其基本性能時，稱為高分子。20第一章緒論

由一種單體聚合而成的聚合物稱為均聚物。聚合物也可由兩種或兩種以上的單體共同聚合而成。例如由氯乙烯和醋酸乙烯酯共同聚合時，產(chǎn)物為：其中n和m為分子鏈中兩種單體單元的數(shù)量，但并不表示n個氯乙烯單元后面接m個醋酸乙烯酯單元。兩種單體單元通常是無規(guī)分布的。21第一章緒論

由兩種或兩種以上單體聚合而成的聚合物稱為共聚物。根據(jù)各種單體單元在分子鏈中的排列狀況，可將共聚物分為無規(guī)共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物等。通過普通的聚合方法，只能得到無規(guī)共聚物和交替共聚物，嵌段共聚物和接枝共聚物必須通過特殊方法制備。

共聚是高分子化合物改性的重要方法之一。22第一章緒論

以上介紹的高分子化合物，其結(jié)構(gòu)單元與單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和原子數(shù)量都是相同的。這類聚合物一般是采用加成聚合方法制備的，分子主鏈上全部由碳和氫組成，因此稱為碳鏈聚合物。除此之外還有一類聚合物，其結(jié)構(gòu)單元與單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和原子數(shù)量不相等。例如由對苯二甲酸和乙二醇聚合而成的聚對苯二甲酸乙二酯（滌綸樹脂）。23第一章緒論

這類聚合物通常是采用縮合聚合方法制備的，其結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)與元素組成均與單體不同，因此其結(jié)構(gòu)單元不能稱為單體單元。分子主鏈上除了碳原子外，還有O、N、S、P等雜原子，因此稱為雜鏈聚合物。這類聚合物的聚合度可用重復(fù)單元的數(shù)量表示，即：

DP=n

（1—2）也可用結(jié)構(gòu)單元的數(shù)量表示，記為Xn，則：

Xn=2DP=2n

（1—3）24第一章緒論

重要的碳鏈聚合物：25第一章緒論重要的雜鏈聚合物：26第一章緒論1.2高分子的分類和命名1.2.1高分子的分類

1）根據(jù)高分子主鏈結(jié)構(gòu)分類

根據(jù)高分子主鏈的結(jié)構(gòu)，可將高分子化合物分為碳鏈聚合物、雜鏈聚合物、元素有機(jī)聚合物和無機(jī)高分子四種。

碳鏈聚合物的主鏈全部由碳元素組成，側(cè)基上可有其它元素。例如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。

雜鏈聚合物的主鏈上以碳元素為主，但存在其它元素，如O、N、S、P等雜元素。主鏈上的苯環(huán)一般也看作為雜元素。27第一章緒論

元素有機(jī)聚合物的主鏈上沒有碳元素，一般由Si、B、N、P、Ge和O等元素組成，但側(cè)鏈上含有有機(jī)基團(tuán)。例如有機(jī)硅聚合物。

無機(jī)高分子無論在主鏈還是側(cè)鏈上均沒有碳元素。例如硅酸鹽/玻璃、陶瓷等均屬此類。不在本課程討論之列。28第一章緒論

2）根據(jù)高分子受熱后的形態(tài)變化分類

根據(jù)受熱后發(fā)生的形態(tài)變化，可將高分子化合物分為熱塑性高分子和熱固性高分子兩大類。

熱塑性高分子（Thermoplastics）在受熱后會從固體狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)。這種轉(zhuǎn)變理論上可重復(fù)無窮多次?；蛘哒f，熱塑性高分子是可以再生的。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和滌綸樹脂等均為熱塑性高分子。目前，絕大多數(shù)高分子化合物為熱塑性高分子。29第一章緒論

熱固性高分子（Thermoset）在受熱后先轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)，進(jìn)一步加熱則轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)。這種轉(zhuǎn)變是不可逆的。換言之，熱固性高分子是不可再生的。能通過加入固化劑使流體狀轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀的高分子，也稱為熱固性高分子。典型的熱固性高分子如：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯、硫化橡膠等。30第一章緒論

3）根據(jù)高分子的用途分類

根據(jù)高分子的實際用途，可將其分為塑料、橡膠、化學(xué)纖維、涂料、粘合劑和功能高分子六大類。

橡膠（Rubber）具有良好的延伸性和回彈性，彈性模量較低。橡膠大多為熱固性高分子。近年來也發(fā)展了熱塑性彈性體，例如SBS、TPO、TPU等。

化學(xué)纖維（Fiber）在外觀上為纖維狀，彈性模量很高。對溫度的敏感性較低，尺寸穩(wěn)定性良好。重要的化學(xué)纖維高分子有滌綸樹脂、尼龍、聚丙烯腈、聚氨酯等。

塑料（Plastics）的性能一般介于橡膠和化學(xué)纖維之間。31第一章緒論

涂料（Coating,Paint）的基本特點是在一定條件下能成膜，對基材起到裝飾和保護(hù)作用。大部分高分子均可用作涂料。重要的涂料高分子有：聚丙烯酸酯、聚酯樹脂、氨基樹脂、聚氨酯、醇酸樹脂、酚醛樹脂有機(jī)硅樹脂等。

粘合劑（Adhesive）的特點是對基材有很高的粘結(jié)性，通過其可將不同材質(zhì)的材料粘合在一起。重要的粘結(jié)劑高分子有：環(huán)氧樹脂、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚乙烯醇等。

功能高分子（functionalpolymer）包含了一大批高分子類型。它們是一些具有特殊功能的高分子，如導(dǎo)電性、感光性、高吸水性、高選擇吸附性、藥理功能、醫(yī)療功能等。是近年來高分子研究中最活躍的領(lǐng)域。自學(xué)5分鐘總結(jié)聚合物分類3233第一章緒論1.2.2高分子的命名

1）習(xí)慣命名法習(xí)慣命名法是一種約定俗成的方法，目前最為通用。其方法為先對結(jié)構(gòu)單元命名，然后在結(jié)構(gòu)單元名稱前加上“聚”字。如碳鏈聚合物“聚丙烯”、“聚氯乙烯”、“聚苯乙烯”；雜鏈聚合物“聚對苯二甲酸乙二酯”、“聚己二酰己二胺”；元素有機(jī)聚合物“聚二甲基硅氧烷”均按此法命名。聚乙烯的結(jié)構(gòu)單元應(yīng)為“CH2”，但由于其實際是從乙烯聚合而來，因此命名時以“CH2CH2”為結(jié)構(gòu)單元。也可在結(jié)構(gòu)單元名稱后加上“樹脂”兩字來命名。如“氯乙烯樹脂”、“丙烯酸樹脂”等。

34第一章緒論

共聚物的命名：從參與共聚的兩種單體名稱中間加連接線組成基本名稱，然后在其后面加上“共聚物”三字。如由氯乙烯和醋酸乙烯酯共聚而成的聚合物，稱為“氯乙烯—醋酸乙烯酯共聚物”；由乙烯和丙烯共聚而成的聚合物，稱為“乙烯—丙烯共聚物”等。也可從參與共聚的兩種單體中各取一個典型文字組成基本名稱，然后在其后面加上“樹脂”兩字。如由苯酚和甲醛共聚而成的聚合物，稱為“酚醛樹脂”；由苯乙烯和（甲基）丙烯酸酯共聚而成的聚合物，稱為“苯丙樹脂”等。35第一章緒論

特殊的情況：（1）有些聚合物若按單體名稱來命名容易引起歧義。例如，具有以下結(jié)構(gòu)的聚合物，可以從環(huán)氧乙烷、乙二醇、氯乙醇或氯甲醚聚合得到。為了避免混淆，一般不用習(xí)慣命名法命名。通常采用結(jié)構(gòu)命名法，稱為“聚氧（化）乙烯”36第一章緒論（2）按習(xí)慣命名法，聚乙烯醇的單體應(yīng)為乙烯醇。實際上，乙烯醇不穩(wěn)定，不能單獨存在。目前工業(yè)上采用從聚醋酸乙烯酯醇解轉(zhuǎn)化而來。乙烯醇只是一種假想的單體。37第一章緒論

2）結(jié)構(gòu)命名法結(jié)構(gòu)命名法是對聚合物分子鏈中的特征結(jié)構(gòu)進(jìn)行命名的方法。如滌綸樹脂分子鏈中含有酯基，因此稱為“聚脂”；尼龍分子中含有酰胺基團(tuán)，因此稱為“聚酰胺”；由多元異氰酸酯和多元醇聚合而成的聚合物，分子鏈中含有氨基甲酸酯，因此稱為“聚氨酯”；由雙酚A和環(huán)氧氯丙烷聚合而成的聚合物，因分子鏈中含有環(huán)氧基團(tuán)而成為“環(huán)氧樹脂”。顯然，這種方法命名的是一類聚合物，每一種名稱中可能包含了許多聚合物。例如“聚酯”中包含有“聚對苯二甲酸乙二酯”、“聚對苯二甲酸丁二酯”、“聚碳酸酯”等。38第一章緒論3）商業(yè)命名法商業(yè)命名法主要是對橡膠和化學(xué)纖維而言。

橡膠的商業(yè)名稱通過在橡膠的結(jié)構(gòu)單元名稱中取典型文字構(gòu)成基本名稱，然后在其后加上“橡膠”兩字。例如，由丁二烯和苯乙烯共聚而成的聚合物，稱為“丁苯橡膠”；由丁二烯和丙烯腈共聚而成的聚合物，稱為“丁腈橡膠”；由丁二烯聚合而成的順式聚丁二烯橡膠，稱為“順丁橡膠”；由氯丁二烯聚合而成的橡膠，稱為“氯丁橡膠”等。由乙烯、丙烯和二烯烴共聚而成的橡膠，則稱為“三元乙丙橡膠”。39第一章緒論

化學(xué)纖維一般為均聚物，其商業(yè)名稱為取其結(jié)構(gòu)單元名稱中的一個特征文字，然后在后面加上“綸”字。滌綸聚對苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）丙綸聚丙烯腈綸聚丙烯腈氯綸聚氯乙烯維尼綸聚乙烯醇縮甲醛（聚乙酸乙烯酯——聚乙烯醇——聚乙烯醇縮甲醛）錦綸聚酰胺（尼龍，Nylon），后面加數(shù)字區(qū)別，如尼龍-66，即聚己二酰己二胺，尼龍-6，即聚己內(nèi)酰胺。芳綸聚對苯二酰對苯二胺尼龍—6纖維在我國首先是由錦西化工研究院研制而成，因此命名為“錦綸”。40第一章緒論

4）俗稱

有許多聚合物，根據(jù)它們的外觀、形貌或特點，人們約定俗成地為它們起了名稱，并得到廣泛的認(rèn)可，就形成了俗稱。例如，聚甲基丙烯酸甲酯的板材、管材和棒材等，由于其透明度很高，類似于玻璃，人們稱其為“有機(jī)玻璃”。由玻璃纖維增強(qiáng)的不飽和聚酯或環(huán)氧樹脂，因其堅硬如鋼，俗稱“玻璃鋼”。三聚氰胺的俗稱為“密胺”，因此由三聚氰胺和甲醛聚合而成的聚合物俗稱為“密胺樹脂”。

41第一章緒論

“滌綸樹脂（dacron）”和“尼龍（nylon）”皆由其英文譯音而來，也可看作是一種俗稱。

尼龍為一大類聚合物的總稱，每種尼龍的名稱后面有一位或兩位數(shù)字，如尼龍—6、尼龍—66等。

一位數(shù)字的尼龍，其數(shù)值表示結(jié)構(gòu)單元中的碳原子數(shù)。尼龍—6是由己內(nèi)酰胺或ω—氨基己酸聚合而成，結(jié)構(gòu)單元含有6個碳原子。

兩位數(shù)字的尼龍，前一位數(shù)表示由二元胺提供的結(jié)構(gòu)單元的碳原子數(shù)，后一位數(shù)表示由二元酸提供結(jié)構(gòu)單元的碳原子數(shù)。如尼龍—66由己二胺和己二酸聚合而成，尼龍—610則由己二胺和癸二酸聚合而成。42第一章緒論

5）系統(tǒng)命名法

系統(tǒng)命名法是由國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry,IUPAC)提出的規(guī)范方法。其步驟為：（1）先確定重復(fù)單元；（2）排定重復(fù)單元中次級單元的次序，原則為：

（i）先排側(cè)基最少的元素；（ii）再排有取代基的元素；（iii）當(dāng)主鏈上有雜原子時，先排雜原子。（3）給重復(fù)單元命名；（4）在重復(fù)單元名稱前冠以“聚”字。43第一章緒論次級單元排列順序的規(guī)則：次級單元的優(yōu)先循序:雜環(huán)、雜原子或含雜原子的非環(huán)次級單元、含碳原子的環(huán)、只含碳原子的非環(huán)次級單元；雜原子順序:O、S、Se、Te、N、P、As、Sb、Bi、Ge、Sn、Pb、B、Hg；排列次級單元時要使取代基的位數(shù)最??；44第一章緒論舉例：45聚(1－苯基乙烯)

Poly(1-phenylethylene)

聚[1-(甲氧基羰基)-1-甲基乙烯]

Poly[1-(methoxycarbonyl)-1-methylethylene]聚(亞胺基六次甲基亞胺基己二酰）

Poly(iminohexamethyleneiminoadipoyl

聚(氧羰基氧-1,4-苯撐－異丙叉-1,4-苯撐)

Poly(oxycarbonyloxy-1,4-phenylene-isopropylide

聚苯乙烯-白泡包裝物有機(jī)玻璃尼龍-66PC-聚碳酸酯46第一章緒論

系統(tǒng)命名法較嚴(yán)謹(jǐn)，但往往名稱很長，使用不太方便。

IUPAC不反對在一般場合使用習(xí)慣命名法和其他能反映聚合物特征的命名法，但在學(xué)術(shù)性較強(qiáng)的論文中鼓勵使用系統(tǒng)命名法。

IUPAC不提倡采用商品名和俗稱。47第一章緒論6）英文縮寫

當(dāng)聚合物結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時，聚合物名稱往往較長，使用不方便，因此常用英文縮寫表示。例如：48中文名稱英文縮寫英文名稱聚乙烯PEpolyethylene聚丙烯PPpolypropylene聚異丁烯PIBpolyisobutylene聚苯乙烯PSpolystyrene聚氯乙烯PVCpolyvinylchloride

聚四氟乙烯PTFEpolytetrafluoroethylene聚丙烯酸PAApolyacrylicacid

聚酯PETpolyester聚碳酸酯PCpolycarbonate聚丙烯酸甲酯PMApolymethylacrylate聚甲基丙烯酸甲酯PMMApolymethylmethacrylate聚醋酸乙烯PVAcpolyvinylacetate聚乙烯醇PVApolyvinylalcohol

聚丁二烯PBpolybutadiene聚丙烯腈PANpolyacrylnitrile聚酰胺PApolyamide聚丙烯酰胺PAMpolyacrylamide聚氨酯PUR

polyurethane49第一章緒論1.3聚合反應(yīng)

由小分子單體同過化學(xué)方法得到高分子的過程稱為聚合反應(yīng)。聚合反應(yīng)可從不同的角度進(jìn)行分類，目前主要有兩種方法。1.3.1按單體和聚合物的組成和結(jié)構(gòu)變化分類早期的分類方法。加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)。

1按單體和聚合物反應(yīng)前后組成與結(jié)構(gòu)的變化分類

加聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)additionpolymerizationcondensationpolymerization

定義單體通過相互加成形成聚合物（加聚物）的反應(yīng)由多官能團(tuán)單體通過縮合而消去小分子形成聚合物的反應(yīng)50第一章緒論

例如苯乙烯加聚成聚苯乙烯：加聚產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)單元中元素組成與其單體相同，僅是電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。加聚物的相對分子質(zhì)量是單體相對分子質(zhì)量的整數(shù)倍。51第一章緒論

通過單體分子中的某些官能團(tuán)之間的縮合聚合成高分子的反應(yīng)稱為縮合反應(yīng)?？s聚反應(yīng)兼有聚合成高分子和縮合出低分子物的雙重意義，主產(chǎn)物稱為縮合物。例如聚碳酸酯（PC）的制備：

由于低分子副產(chǎn)物的析出，縮聚物的結(jié)構(gòu)單元要比單體少一些原子，因此相對分子質(zhì)量不再是單體相對分子質(zhì)量的整數(shù)倍。52第一章緒論

用于縮聚反應(yīng)的單體所含的官能團(tuán)主要有羥基(—OH)、胺基(—H2)、羧基(—COOH)、酯基(—COOR)等?？s聚物中往往保留有特征基團(tuán)，如酯鍵(—OCO—)、醚鍵(—O—)、酰胺鍵(—NHCO—)等。因此縮聚物一般為雜鏈聚合物。

高分子化學(xué)的發(fā)展導(dǎo)致了許多新的聚合方法的出現(xiàn)，如開環(huán)聚合、異構(gòu)化聚合、氫轉(zhuǎn)移聚合、成環(huán)聚合、基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合等，很難歸納到上述分類方法中。

加聚和縮聚分類法至今尚有人使用。53第一章緒論1.3.2按聚合機(jī)理分類

20世紀(jì)50年代開始，按聚合機(jī)理和動力學(xué)過程，將聚合反應(yīng)分為連鎖聚合和逐步聚合兩大類。連鎖聚合（ChainPolymerization）的特點：（1）聚合需要活性中心，如自由基（Free-radical)

、陽離子（Cation)

、陰離子（anion）配位離子Coordination

）

等，因此有自由基聚合、陽離子聚合、陰離子聚合、配位聚合之分。（2）聚合過程由鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止等基元反應(yīng)組成。（3）聚合過程中相對分子質(zhì)量變化不大，體系始終由單體、高分子量聚合物和微量引發(fā)劑組成。沒有分子量遞增的產(chǎn)物。（4）單體轉(zhuǎn)化率隨時間增加。54關(guān)于本課程的考核1.考核原則重學(xué)習(xí)過程與考試相結(jié)合2.考核方法出勤率：缺課7次以上取消考試資格

無故曠課視次數(shù)多少在總評中

適當(dāng)扣分平時成績：30%；期末70%3.鼓勵參與課外科研活動5520130904課堂提問56錯誤的寫法正確的20130904課堂提問57第一章緒論

逐步聚合（StepPolymerization）的特點：（1）低分子單體通過官能團(tuán)間的縮合逐步形成大分子。體系由單體和分子量遞增的一系列中間產(chǎn)物組成。（2）每一步反應(yīng)的速率和活化能基本相同。（3）反應(yīng)初期大部分單體很快形成低聚物，短期內(nèi)轉(zhuǎn)化率很高。隨后低聚物相互反應(yīng)，分子量緩慢上升。（4）大部分是平衡反應(yīng)。

縮合聚合反應(yīng)聚加成反應(yīng)58縮合聚合反應(yīng)聚加成反應(yīng)以水—酸作催化劑時？以堿作催化劑時則屬于陰離子連鎖聚合）開環(huán)反應(yīng)（Ringopening）烯類單體的加聚反應(yīng)一般為連鎖聚合；大多數(shù)縮聚反應(yīng)為逐步聚合。59連鎖聚合（鏈?zhǔn)骄酆希┲鸩骄酆嫌⑽腸hainpolymerizationsteppolymerization機(jī)理活性中心多種（R.,R+,R-）與單體作用（單體之間不反應(yīng)）無通過單體官能團(tuán)間反應(yīng)基元反應(yīng)引發(fā),增長,終止,轉(zhuǎn)移無動力學(xué)單體轉(zhuǎn)化率-時間相對分子質(zhì)量-時間任一瞬間組成單體,高分子,微量引發(fā)劑(中間產(chǎn)物不穩(wěn)定)相對分子質(zhì)量遞增的一系列中間產(chǎn)物)連鎖聚合與逐步聚合的區(qū)別與聯(lián)系

60第一章緒論1.4高分子的相對分子質(zhì)量及其分布1.4.1高分子的相對分子質(zhì)量與性能間的關(guān)系

小分子化合物沒有機(jī)械強(qiáng)度，而高分子通常具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。顯然，材料的機(jī)械性能隨著相對分子質(zhì)量的增加逐漸提高。圖1—1為高分子的機(jī)械性能與相對分子質(zhì)量間的一般關(guān)系。61第一章緒論圖1—1高分子聚合度與機(jī)械性能之間的關(guān)系62第一章緒論

由圖1—1可見，當(dāng)聚合度低于30時，基本上沒有機(jī)械強(qiáng)度；當(dāng)聚合度大于400左右時，機(jī)械強(qiáng)度不再隨聚合度的增加而上升。相對分子質(zhì)量提高，有利于材料的機(jī)械性能發(fā)展。但過高的相對分子質(zhì)量，導(dǎo)致材料熔融時的粘度較大，不利于材料的加工。重要概念：

在滿足材料的機(jī)械性能的前提下，高分子的相對分子質(zhì)量應(yīng)盡可能小一些，以有利于材料的加工。63第一章緒論塑料相對分子質(zhì)量/萬纖維相對分子質(zhì)量/萬橡膠相對分子質(zhì)量/萬HDPE6～30滌綸1.8～2.3天然橡膠20～40PVC5～15尼龍-661.2～1.8丁苯橡膠15～20PS10～30維尼綸6～7.5順丁橡膠25～30PC2～6纖維素50～100氯丁橡膠10～12表1—1常見聚合物的相對分子質(zhì)量64第一章緒論1.4.2高分子的平均相對分子質(zhì)量

聚合物是由相對分子質(zhì)量不等的同系物組成的混合物，存在多分散性。因此常用平均相對分子質(zhì)量來表示。根據(jù)統(tǒng)計方法不同，平均相對分子質(zhì)量可分為數(shù)均分子量、質(zhì)均分子量、Z均分子量、粘均分子量。其中尤以數(shù)均分子量最為常用。65第一章緒論（1）數(shù)均分子量按數(shù)量平均的相對分子質(zhì)量，定義為某體系的總質(zhì)量m為分子總數(shù)所平均的結(jié)果。體系中低分子量部分對數(shù)均分子量由較大影響。數(shù)均分子量通常由滲透壓、蒸汽壓、沸點升高等依數(shù)法測定。（1—4）66第一章緒論（2）質(zhì)均分子量按質(zhì)量平均的相對分子質(zhì)量。體系中高分子量部分對質(zhì)均分子量由較大影響。質(zhì)均分子量通常由光散射法測定。（1—5）67第一章緒論（3）Z均分子量按Z量平均的相對分子質(zhì)量。Z量的定義為miMi。

Z均分子量通常由離心沉淀法測定。（1—6）三種分子量可用通式表示：

68第一章緒論（4）粘均分子量

用粘度法測定的相對分子質(zhì)量稱為粘均分子量。

式中α是高分子稀溶液特性粘數(shù)—分子量關(guān)系式中的指數(shù)，一般在0.5～0.9之間。（1—7）69例：設(shè)一聚合物樣品，其中分子量為104的分子有10mol,分子量為105的分子有5mol,求分子量

70討論：

1.Mz>Mw>Mη>Mn，Mη略低于Mw2.Mn靠近聚合物中低分子量的部分，即低分子量部分對Mn影響較大3.Mw靠近聚合物中高分子量的部分，即高分子量部分對Mw影響較大4.一般用Mw來表征聚合物比Mn更恰當(dāng)，因為聚合物的性能如強(qiáng)度、熔體粘度更多地依賴于樣品中較大的分子71第一章緒論

以上幾種平均分子量之間的大小關(guān)系為：

非常容易記憶的關(guān)系!!＞＞＞72第一章緒論1.4.3高分子的分子量分布

由于高分子材料的多分散性，平均分子量并不能完全表征其中各種分子的數(shù)量，因此還有分子量分布的概念。目前有三種表示分子量分布的方法：（1）分子量分布指數(shù)D

D值越大，表示分布越寬。天然高分子的D值可達(dá)1，完全均一，合成高分子的D值一般在1.5～50之間。

（1—8）73第一章緒論（2）分子量分布曲線

分為數(shù)量分布曲線和質(zhì)量分布曲線兩種。圖1—2為典型的質(zhì)量分布曲線。圖中可見，數(shù)均分子量處于分布曲線頂峰附近，接近于最可幾的平均分子量。圖1—2高分子的質(zhì)量分布曲線

74第一章緒論（3）分子量分布函數(shù)

分子量分布也可用數(shù)學(xué)式來表示。但至今為止能用數(shù)學(xué)式表示的分子量分布不多，因此不常用。平均分子量相同的聚合物，分子量分布可能會有很大差異，這是由于各種大小分子量的分子在材料中所占比例不同所引起的。這正是高分子材料多分散性的特點。

75第一章緒論76第一章緒論1.5高分子的微結(jié)構(gòu)

高分子的微結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)單元相互鍵接的序列結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)單元在空間排布的立體構(gòu)型等。

結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)是決定聚合物種類和性能的基礎(chǔ)。線型聚合物中結(jié)構(gòu)單元之間一般為頭尾連接，混雜有少量頭頭連接和尾尾連接。例如：77第一章緒論

兩種或多種單體共聚時，結(jié)構(gòu)單元之間連接的序列結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。具體可分為無規(guī)共聚、交替共聚、接枝共聚、嵌段共聚等。78第一章緒論

高分子鏈上結(jié)構(gòu)單元中的取代基在空間的不同排布方式導(dǎo)致高分子可能產(chǎn)生多種立體異構(gòu)體。主要有手性異構(gòu)和幾何異構(gòu)兩種。（1）手性異構(gòu)手性異構(gòu)又稱旋光異構(gòu)。在有機(jī)化學(xué)中，當(dāng)一個碳原子與四個不同的基團(tuán)或原子相連時，該碳原子C*為不對稱碳原子，又稱為手性碳原子，具有旋光性。79第一章緒論

結(jié)構(gòu)單元為—CH2C*HR—的高分子，每一鏈節(jié)有兩種旋光異構(gòu)體。假如高分子全部由一種旋光異構(gòu)體單元組成，稱為全同立構(gòu)；由兩種旋光異構(gòu)體交替間接，稱為間同立構(gòu)；兩種旋光異構(gòu)體完全無規(guī)鍵接時，稱為無規(guī)立構(gòu)。立體異構(gòu)體之間的性能差別很大。例如：全同立構(gòu)聚苯乙烯能結(jié)晶，熔點240℃，而無規(guī)立構(gòu)聚苯乙烯不能結(jié)晶，軟化點僅為80℃。

全同立構(gòu)和間同立構(gòu)聚合物統(tǒng)稱為“等規(guī)聚合物”80第一章緒論圖1—3高分子的立體異構(gòu)現(xiàn)象81第一章緒論（2）幾何異構(gòu)

1,4加成的雙烯類聚合物，由于內(nèi)雙鍵上的基團(tuán)在雙鍵兩側(cè)排列的方式不同，可形成順式和反式兩種幾何異構(gòu)體。例如順式聚異戊二烯和反式聚異戊二烯。順式（cis,天然橡膠）反式（trnas,古塔波膠）

82第一章緒論

丁二烯還可通過1,2加成形成聚合物，又有全同立構(gòu)與間同立構(gòu)之分。

順式1,4-聚丁二烯室溫下是一種橡膠，Tg=-108℃；反式1,4-聚丁二烯容易結(jié)晶，熔點148℃，彈性很差，是一種塑料；全同立構(gòu)與間同立構(gòu)的1,2-聚丁二烯也容易結(jié)晶，可用作塑料。83第一章緒論1.6高分子的形狀高分子有三種基本的形狀：線形、支鏈形和交聯(lián)形。（1）線形聚合物

二官能度單體聚合的結(jié)果為線形聚合物?？s聚反應(yīng)中的二元酸、二元醇、二元胺均為二官能度單體。烯類單體中的雙鍵、環(huán)狀單體的開環(huán)，都相當(dāng)于2個官能團(tuán)。（2）支鏈形聚合物

多官能度單體在聚合初期一般先形成支鏈形聚合物。連鎖聚合中鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)也會導(dǎo)致支鏈的產(chǎn)生，如乙烯的聚合。84第一章緒論（3）交聯(lián)形聚合物交聯(lián)形聚合物又稱網(wǎng)狀聚合物或體型聚合物?？煽闯墒窃S多線形高分子通過化學(xué)鍵連接而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

交聯(lián)形聚合物可通過多官能度單體聚合而成，也可通過適當(dāng)助劑是線形聚合物交聯(lián)而成。線形和支鏈形聚合物為熱塑性聚合物，交聯(lián)形聚合物為熱固性聚合物。橡膠一般為輕度交聯(lián)的交聯(lián)形聚合物。85第一章緒論（4）其它形狀的聚合物

除了上述三種基本形狀外，還發(fā)展了新型結(jié)構(gòu)的高分子，如星形聚合物、梯形聚合物、半梯形聚合物等。線形支鏈形交聯(lián)形星形梯形半梯形圖1—4高分子的形狀86第一章緒論1.7高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)高分子之間以次價鍵（范德華力）聚集。由于相對分子質(zhì)量很大，總的次價鍵力超過共價鍵力。因此高分子只有固態(tài)和液態(tài)，沒有氣態(tài)。固態(tài)的高分子大多處于無定型狀態(tài)。部分高分子可結(jié)晶，但結(jié)晶度很少能達(dá)到100%的。無定型高分子的例子：聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等；結(jié)晶高分子的例子：聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯等。87第一章緒論

高分子的結(jié)晶除了與分子的微結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還受拉力、溫度等外部因素影響。例如：天然橡膠和有機(jī)硅彈性體在室溫下處于無定型狀態(tài)，拉伸后可結(jié)晶，但外力撤去后又恢復(fù)無定型狀態(tài)。無定型高分子的熱轉(zhuǎn)變溫度為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg；結(jié)晶高分子的熱轉(zhuǎn)變溫度為熔點Tm。塑料晶態(tài)高聚物處于部分結(jié)晶態(tài)，Tm是使用的上限溫度非晶態(tài)高聚物處于玻璃態(tài)，Tg是使用的上限溫度橡膠只能是非晶態(tài)高聚物，處于高彈態(tài)Tg是使用的下限溫度，

Tg應(yīng)低于室溫70℃以上,Tf是使用的上限溫度纖維大部分纖維是晶態(tài)高聚物Tm應(yīng)高于室溫150℃以上,

也有非晶態(tài)高聚物分子排列要有一定規(guī)則和取向部分高分子可呈現(xiàn)液晶狀態(tài)。88第一章緒論某類晶體受熱熔融（熱致性）或被溶劑溶解（溶致性）后，失去了固體的剛性，轉(zhuǎn)變成液體，但仍保留有晶態(tài)分子的有序性，呈各向異性，形成兼有晶體和液體性質(zhì)的過渡狀態(tài)，此狀態(tài)為液晶態(tài)。

液晶高分子的排列方式和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)主要有三種類型：向列型；近晶型及膽甾型。

液晶高分子具有一系列的優(yōu)異性能，如高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、尺寸穩(wěn)定、阻燃、絕緣、耐輻射、耐腐蝕等，可用作高性能的合成纖維、工程塑料和復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于宇航等高技術(shù)領(lǐng)域。89第一章緒論圖1—5無定型高分子的溫度—形變曲線1.玻璃態(tài)2.高彈態(tài)3.粘流態(tài)玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三種力學(xué)狀態(tài)。玻璃態(tài)到高彈態(tài)、高彈態(tài)到粘流態(tài)兩個轉(zhuǎn)變非晶態(tài)聚合物的宏觀性能90無定形高聚物1與交聯(lián)高聚物2、3溫度形變曲線的比較，其中交聯(lián)度2>3。結(jié)晶聚合物的溫度-形變曲線（虛線表示結(jié)晶度較低，分子量M2＞M1）91無定型和結(jié)晶聚合物的轉(zhuǎn)變行為92第一章緒論1.8高分子材料和力學(xué)性能按一定配方，在高分子中加入助劑、填料等物質(zhì)后，成為高分子材料。按應(yīng)用目的，可分為塑料、橡膠、化學(xué)纖維、涂料、粘合劑和功能高分子六大類。其力學(xué)性能可用彈性模量、抗張強(qiáng)度、斷裂伸長率、高彈伸長率等參數(shù)來表征。也可用應(yīng)力—應(yīng)變曲線直觀表示。93第一章緒論圖1—6不同高分子的應(yīng)力—應(yīng)變曲線粉體工程

PowderEngineering楊眉Tel料與化學(xué)學(xué)院二○一三年九月至十月第一章緒言第一節(jié)粉體及粉體工程的定義

一、粉體（Powder）：粉末，粉末體通常是指由大量的固體顆粒及顆粒間的空隙所構(gòu)成的集合體。組成粉體的最小單位或個體稱為粉體顆粒。

電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片電氣石粉體掃描電鏡照片電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片電氣石粉體掃描電鏡照片放大倍數(shù)增大電氣石粉體掃描電鏡照片鐵粉球形銅粉高嶺土粉活性納米碳酸鈣粉塑料粉橡膠粉球形硅微粉SEM照片片狀云母粉照片碳酸鈣晶須SEM照片電氣石（不規(guī)則粒狀）粉SEM照片二、粉體工程

它是以粉狀和顆粒狀物質(zhì)為對象，研究其性質(zhì)及加工、處理技術(shù)的一門學(xué)科。

1、顆粒的分類

按成因分：人工合成、天然形成。按顆粒構(gòu)成：原級顆粒、聚集體顆粒、凝聚體顆粒、絮凝體顆粒。三、基本知識

（1）原級顆粒：最先形成粉體物料的顆粒。它是構(gòu)成粉體的最小單元。又稱一次顆粒、基本顆粒。它最能反映粉體的固有性能。粉體的許多性能與原級顆粒的分散狀態(tài)及它的大小形狀有關(guān)。

（2）聚集體顆粒：由許多原級顆?？恐撤N化學(xué)力表面相連而堆積起來。又稱二次顆粒。（硬團(tuán)聚）在粉體的加工過程中形成。如，化學(xué)沉淀物料高溫脫水、晶型轉(zhuǎn)化、晶體生長、熔融等過程。聚集體顆粒的表面積之和＜原級顆粒表面積之和。聚集體顆粒中各原級顆粒間彼此結(jié)合牢固，必須采用粉碎方法才能使其解體。

（3）凝聚體顆粒：它是由原級顆?；蚓奂w顆?；蚨呋旌衔?，通過較弱的附著力結(jié)合在一起的疏松顆粒群。又稱三次顆粒。（軟團(tuán)聚）在粉體加工中產(chǎn)生。如，濕法沉淀粉體的干燥等。凝聚顆粒的表面積≌構(gòu)成它的顆粒表面積之和。凝聚體顆粒結(jié)構(gòu)較疏松，能夠被機(jī)械力所解離。

（4）絮凝體顆粒：粉體在液相介質(zhì)中分散，由于顆粒間的各種物理力，使顆粒松散結(jié)合在一起所形成的粒子群，稱絮凝體顆粒。（軟團(tuán)聚）絮凝體顆粒的表面積≌構(gòu)成它的顆粒表面積之和。絮凝體顆粒很容易被微弱的剪切力解絮，也易在表面活性劑（分散劑）的作用下分散開來。炭黑及制品的SEM照片凹凸棒石及制品的SEM照片

2、粉體的分類

按成分分：碳酸鈣粉體、硅灰石粉體等。

按粒度分：粉體分類

按成因分：人工合成、天然形成。

按顆粒大小、形狀分：單分散、多分散。單分散粉體：顆粒的大小、形態(tài)相同。多分散粉體:顆粒的大小、形態(tài)各異。粗粉、粒體＞1000μm細(xì)粉：10-1000μm

微米級1-10μm超細(xì)粉：0.1-10μm

亞微米級0.1-1μm超微細(xì)粉：0.001-0.1μm—納米粉3、粉體的性質(zhì)粉體的幾何性質(zhì)：粒徑、粒度分布、顆粒形狀、顆粒群的堆積性質(zhì)。力學(xué)性質(zhì)：粉體的摩擦性等。粉體的其它性質(zhì)：電、光、聲，吸附等性質(zhì)。

4、粉體的加工、處理技術(shù)包括：粉體的制備、分級、分離、貯存、輸送、均化、造粒、改性、提純等技術(shù)。

粉體制備等離子體化學(xué)反應(yīng)裝置氣流粉碎裝置粉體加工過程單元操作粉碎－分級－收塵粉碎－收塵脫水造粒5、粉體制備方法分類粉碎法是利用各種外力，如機(jī)械力、流能力、化學(xué)能、聲能、熱能等將塊狀或粗粒物料加工成細(xì)粒松散物料的方法。其中機(jī)械粉碎法是目前工業(yè)上使用最多的粉體制備方法，制備的粉體粒度可達(dá)到亞微米級。構(gòu)筑法是通過物質(zhì)的物理狀態(tài)變化（蒸發(fā)、熔融、凝固、形變、粒徑變化等物理變化過程）來生成粉體的方法?？芍苽湮⒚?、亞微米或納米粉體?；瘜W(xué)法是通過化學(xué)合成來制備粉體的方法。它是制備超細(xì)粉體的一種重要方法。溶液反應(yīng)法（沉淀法）、氣相法及噴霧法目前在工業(yè)上已大規(guī)模用來制備微米、亞微米或納米粉體。本課程粉體的制備重點介紹粉碎法。第二節(jié)粉體工程的應(yīng)用礦物晶體氧化鋁陶瓷鐵基粉末冶金制品高溫電路基板東風(fēng)21洲際導(dǎo)彈－兩級固體推進(jìn)航天飛機(jī)礦產(chǎn)資源：無機(jī)礦物資源陶瓷材料：氧化鋁、氧化鋯陶瓷化學(xué)工業(yè)：催化劑冶金工業(yè)：粉末冶金材料、耐火材料電子材料：集成電路基板。航空航天：軍事領(lǐng)域：固體推進(jìn)劑機(jī)械工業(yè)：磨料、潤滑劑食品、醫(yī)藥、化妝品Al2O3基板第三節(jié)粉碎工程發(fā)展趨勢

向生命科學(xué)、環(huán)境保護(hù)、信息工程領(lǐng)域延伸粉體的微細(xì)化與功能化粉體的深加工與裝備現(xiàn)代化腫瘤靶向識別第四節(jié)課程內(nèi)容、考核、教材及參考書一、課程內(nèi)容

二、考核總成績＝考試成績（60%）+平時成績（40％）平時成績=實驗成績＋作業(yè)＋到課率

三、教材及參考書教材：1、《粉體工程》，張少明等

編著.中國建材工業(yè)出版社,1994.參考書：1、《粉體加工技術(shù)》,盧壽慈

主編.中國輕工業(yè)出版社,1999.2、《超細(xì)粉體技術(shù)》,李鳳生等，

編著.國防工業(yè)出版社，2001.4、《粉體工程與設(shè)備》，陶珍東，等主編.化學(xué)工業(yè)出版社，2003.5、《粉體工程》，蔣陽，等主編.武漢理工大學(xué)出版社，2008.6、期刊：《中國粉體技術(shù)》、《非金屬礦》等。勵志名言業(yè)精于勤而荒于嬉，行成于思而毀于隨。－韓愈思考題：

1、粉體和粉體工程的定義。2、粉體和顆粒的關(guān)系。3、顆粒的分類、粉體的分類。

4、粉體的制備方法及分類。

5、粉體工程在材料領(lǐng)域的作用。第二章粉體的基本性質(zhì)本章內(nèi)容

第一節(jié)粒徑第二節(jié)粒度分布第三節(jié)顆粒形狀第四節(jié)顆粒粒度和形狀的測量方法第五節(jié)顆粒群的堆積性質(zhì)第六節(jié)粉體的摩擦性質(zhì)粉體的性質(zhì)與粉體的加工生產(chǎn)過程密切相關(guān)。粉體的性質(zhì)影響其應(yīng)用性能。因此，世界各國及不同工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ψ垠w產(chǎn)品的性質(zhì)有明確的規(guī)定和要求。

第一節(jié)

粒徑

粒徑（粒度）Particlediameterorparticlesize

表示顆粒尺寸大小的幾何參數(shù)。

粒徑的定義和表示方法與以下方面有關(guān)：

顆粒的形狀大小和組成顆粒的形成過程測試方法工業(yè)用途

粒徑的分類：單個顆粒的單一粒徑顆粒群的平均粒徑一、單個顆粒的單一粒徑

表示方法有多種。1、三軸徑Diameterofthethreedimensions

以三維尺寸計算的各種平均徑

序號計算式名稱物理意義1長短平均徑二軸平均徑二維圖形算術(shù)平均2三軸平均徑三維圖形算術(shù)平均3三軸調(diào)和平均徑與外接長方形比表面積相同的球體直徑4二軸幾何平均徑平面圖形上的幾何平均5三軸幾何平均徑與外接長方形體積相同的立方體的一條邊6三軸等表面積平均徑與外接長方形比比表面積相同的立方體的一條邊2、投影徑用顯微鏡測量粒徑時，可觀察到顆粒的投影。

長徑l：顆粒平面投影圖中最大距離。短徑b：顆粒垂直于長徑方向的最大距離。厚度h：在另一投影面上垂直于長徑的最大距離。

（1）二軸徑Diameterofthetwodimensions顆粒投影的外接矩形的長和寬稱為二軸徑。

投影徑的表示方法：（2）統(tǒng)計平均徑：是平行于一定方向（用顯微鏡）測得的線度，故又稱定向徑。Feret徑，DF（圖1－2a）：沿一定方向，與顆粒投影相切的兩條平行線間的距離。

Martin徑，DM（圖1－2b）：在一定方向上將顆粒投影面積分為兩等份的直徑。定向最大徑Krumbein徑，DK（圖1－2c）：在一定方向上顆粒投影的最大長度。（3）投影當(dāng)量徑圓當(dāng)量徑Heywood（圖1－2d）：顆粒投影面積相等的圓的直徑。

等周長圓當(dāng)量徑：與顆粒周長相等的圓的直徑。

3、球當(dāng)量直徑即把粒子看作理想的球，用它們的直徑作為粒子的大小。（1）等體積球當(dāng)量徑與顆粒等體積的球的直徑。（2）等表面積當(dāng)量徑與顆粒等表面積的球的直徑。（3）等比表面積球當(dāng)量徑與顆粒等比表面積球的直徑。（4）Stokes徑與顆粒具有相同的沉降末速的球體的直徑。它是根據(jù)斯托克斯定律求出的粒徑。

注：V——顆粒體積；A——顆粒投影面積；幾種當(dāng)量徑計算公式二、顆粒群的平均徑

設(shè)：

顆粒群的粒徑分別為：d1,d2,d3,…di…dn;

相對應(yīng)的顆粒個數(shù)為n1

,n2

,n3

,…ni…

nn

,總個數(shù)為∑ni

;

相對應(yīng)的質(zhì)量數(shù)為ω1

,ω2,ω3

,…ωi…ωn

,總個數(shù)為∑ωi

;

以顆粒個數(shù)為基準(zhǔn)和質(zhì)量為基準(zhǔn)的平均粒徑計算公式見表2-2。

若粉體由顆粒d1,d2,d3……構(gòu)成，其物理特性可用各粒徑函數(shù)的加成表示：

f(d)=f(d1)+f(d2)+f(d3)+……+f(dn)若將粒徑想象成一均一球徑D表示：則

f(d)=f(D),D即表示平均徑。

涉及粒徑的表達(dá)式有（式中設(shè)顆粒為邊長為d的立方體）：顆粒群的總長Σ（nd)顆粒群的總表面積Σ（6nd2)顆粒群的總體積（總重量）Σ(nd3),ρΣ(nd3).顆粒群的比表面積Σ(6nd2)/Σ(nd3)平均比表面積Σ(6n/d)Σn

例1：推導(dǎo)個數(shù)基準(zhǔn)平均徑：設(shè)粉末由粒徑為d1,d2…..dn

的顆粒組成，每種顆粒的個數(shù)分別為n1,n2,….nn。由顆?？傞L的特性導(dǎo)出其平均徑。解：顆粒群的總長可表示為：

n1d1+n2d2+…………+nndn=Σ(nd)=f(d)將全部顆粒視為粒徑為D的均一顆粒，上式中的d用D替代：n1D+n2D+…………+nnD=Σ(nD)=DΣ(n)=f(D)

則，由f(d)=f(D),

Σ(nd)=DΣ(n)

則：D＝Σ(nd)/Σ(n)

所得的D即為個數(shù)基準(zhǔn)平均徑.例2:設(shè)顆粒群的總質(zhì)量為Σm,試由比表面積的定義函數(shù)求平均粒徑.

比表面積定義函數(shù)為:將全部顆粒視為邊長為D的立方體,則

d4≥d3≥

d2≥

dv≥

ds≥

d1

多數(shù)徑（眾數(shù)徑dmod）

：粒度分布中含量最高的粒徑。

中位徑（d50

）：粒度分布的累積值為50%的粒徑。

三、計算平均粒徑方法的選擇

在選擇平均粒徑的計算方法時，應(yīng)考慮所研究對象的性質(zhì)。只有建立在正確的規(guī)定性質(zhì)的基礎(chǔ)上，這樣的計算公式才有物理意義。例如：研究跳汰理論時，根據(jù)Newton-Rittinger沉降規(guī)律，確定跳汰過程中粒子在水中沉降動能和平均粒度的關(guān)系。

物料顆粒沉降動能等于各粒級粒子沉降動能的累積量，即

單位體積（或重量）的比動能為

式中

E0——物料粒子沉降動能；n——一個粒級中顆粒數(shù)；d——一個粒級中顆粒平均粒度；D——物料顆粒平均粒度；——顆粒密度；K——比例系數(shù)。因此，研究跳汰理論時，粒群的平均粒度應(yīng)選用體積（重量）平均直徑。第二節(jié)粒度分布

粒度分布Particlesizedistribution

：指將顆粒群以一定的粒度范圍按大小順序分為若干級別（粒級），各級別粒子占顆粒群總量的百分?jǐn)?shù)。

個數(shù)基準(zhǔn)粒度分布（顆粒群總量以個數(shù)表示）質(zhì)量基準(zhǔn)粒度分布（顆粒群總量以質(zhì)量表示）

一、粒度分布的表示方式（一）頻率分布

設(shè)粒級范圍為Δd內(nèi)的顆粒質(zhì)量（Wi）占顆粒群總質(zhì)量W的百分?jǐn)?shù)為Δwi，則（Wi/W）/Δd為頻率f（%/Δd）。

（二）累積分布

用大于或小于某一粒徑d的顆粒質(zhì)量Σwi占顆粒群總質(zhì)量W的百分?jǐn)?shù)來表示篩上(正）累積百分?jǐn)?shù)（R，%）或篩下（負(fù)）累積百分?jǐn)?shù)（D，%）。D=100-R%。二、粒度分布表達(dá)形式粒度表格、粒度分布曲線、粒度分布特征參數(shù)和粒度分布方程。（一）粒度表格是表示粒度分布的最簡單形式，也是其它形式的原始形成。（二）粒度分布曲線

能更直觀地反映比較顆粒組成特征。

1、頻率直方圖、頻率分布曲線

曲線是各個矩形頂部中點的連線，只有在Δd足夠小時才有意義。此時，可用粒級平均徑繪制頻率分布曲線。(2)累積分布曲線

a.算術(shù)坐標(biāo)累積粒度分布曲線

篩上（正）累積分布曲線篩下（負(fù)）累積分布曲線

c.半對數(shù)坐標(biāo)累積粒度分布曲線b.全對數(shù)坐標(biāo)累積粒度分布曲線式中：D1——用算術(shù)平均法求得的平均粒徑

σ——標(biāo)準(zhǔn)差，其值越小，說明粒度分布越集中。

（三）粒度分布特征參數(shù)

1、偏差系數(shù)（K偏）σ的計算公式如下：式中：di

—窄范圍內(nèi)粒度平均值,D1—算術(shù)平均徑,

ri

—頻率K偏＜0.4 均勻K偏為0.4—0.6 中等均勻K偏＞0.6 不均勻2、分布寬度

在衡量粒度分布范圍時也經(jīng)常用分布寬度來表示：

SPAN數(shù)值越大，說明粒度分布范圍越寬。第三節(jié)顆粒形狀

顆粒形狀是指一個顆粒的輪廓邊界或表面上各點所構(gòu)成的圖像。

研究意義：1、顆粒形狀直接影響粉體的特性如影響粉體的比表面積、流動性、固著力、研磨特性及化學(xué)活性等，亦直接影響顆粒在混合、貯存、運輸、燒結(jié)等過程中的行為。2、用于理論計算結(jié)果的修正例如：設(shè)ρ為顆粒密度，ds為顆粒直徑，k為比表面積形狀系數(shù),SW為比表面積。則：

ds＝k/ρ×SW

一、定性分析

用定性術(shù)語描述顆粒的形狀。

定性分析較粗糙，難于確切描述顆粒的形狀，不便于進(jìn)行數(shù)學(xué)處理。但大致反映了顆粒形狀，在工程中廣泛使用。球形spherical粒狀granular立方體cubical棒狀rodlike片狀platy,discs針狀need-like柱狀prismoidal纖維狀fibrous鱗狀flaky樹枝狀dendritic海綿狀spongy聚集體agglomerate塊狀blocky中空hollow尖角狀sharp粗糙rough園角狀round光滑smooth多孔porous毛絨fluffy,nappy

二、定量分析

參數(shù)主要有：

形狀指數(shù)

形狀系數(shù)

粗糙度系數(shù)

（一）形狀指數(shù)

表示單一顆粒外形的幾何量的各種無因次組合稱為形狀指數(shù)。它是對單一顆粒本身幾何形狀的指數(shù)化。

根據(jù)不同的使用目的，先作出理想形狀的圖像，然后將理想形狀與實際形狀進(jìn)行比較，找出二者之間的差異并指數(shù)化。常用的形狀指數(shù)

1、均齊度：根據(jù)三軸徑B、L、T之間的比值可導(dǎo)出下面的指數(shù)：

長短度(N)=長徑/短徑=L/B（≥1）

扁平度(M)=短徑/高度=B/T（≥1）

2、體積充滿度fV：又稱容積系數(shù)，表示顆粒的外接直方體體積與顆粒體積VP之比。

（≥1）

3、面積充滿度fb：又稱外形放大系數(shù)，表示顆粒投影面積A與最小外接矩形面積之比。

（≤1）

這個指數(shù)常用于粉末冶金方面。

4、球形度：表示顆粒接近球體的程度。

（≤1）

對于形狀不規(guī)則的顆粒，當(dāng)測定其表面積困難時，可采用實用球形度，即：

（≤1）5、圓形度Ψc：又稱輪廓比，表示顆粒的投影與圓接近的程度。

（≤1）（二）形狀系數(shù)

在表征粉末體性質(zhì)和具體物理現(xiàn)象和單元過程等函數(shù)關(guān)系時，把與顆粒形狀有關(guān)的因素概括為一個修正系數(shù)加以考慮，該系數(shù)即為形狀系數(shù)。

意義：

形狀系數(shù)是用來衡量實際顆粒與理想顆粒形狀（球形、立方體等)

的差異程度。

1、表面積形狀系數(shù)

（>1）

2、體積形狀系數(shù)

（≤1）3、比表面積形狀系數(shù)

（>1）規(guī)則形狀顆粒的形狀系數(shù)（三）粗糙度系數(shù)

粒子表面往往是高低不平的，有著許多微小裂紋和孔洞。其表面的粗糙程度用粗糙度系數(shù)R來表示：

（>1）R=

第四節(jié)顆粒粒度和形狀的測量方法圖像分析儀透射電子顯微鏡掃描電子顯微鏡實體顯微鏡直接觀察法裝置普通光學(xué)顯微鏡：0.5~200μm掃描電子顯微鏡：0.005~50μm透射電子顯微鏡：幾十納米~幾微米測量范圍振動篩分機(jī)激光粒度儀納米激光粒度儀庫爾特粒度儀比表面儀常用粒度測試方法優(yōu)缺點：篩分法

優(yōu)點：簡單、直觀、設(shè)備造價低、常用于大于40μm的樣品。

缺點：不能用于40μm以下的樣品；結(jié)果受人為因素和篩孔變形影響較大。光學(xué)顯微鏡法

優(yōu)點：簡單、直觀、可進(jìn)行形貌分析，適合分布窄（最大和最小粒徑的比值小于10：1）的樣品。

缺點：無法分析分布范圍寬的樣品，無法分析小于1微米的樣品。電鏡法

優(yōu)點：適合測試超細(xì)顆粒和納米顆粒、分辨率高。

缺點：樣品少、代表性差、儀器價格昂貴。顯微物鏡的分辨率即物面上能分開的最短距離。庫爾特法

優(yōu)點：操作簡便，可測顆?？倲?shù)，速度快，準(zhǔn)確性好。

缺點：適合分布范圍較窄的樣品。沉降法

優(yōu)點：儀器可以連續(xù)運行，價格低，準(zhǔn)確性和重復(fù)性較好，測試范圍較大。

缺點：測試時間較長，操作比較復(fù)雜。激光法

優(yōu)點：操作簡便，測試速度快，測試范圍大，重復(fù)性和準(zhǔn)確性好，可進(jìn)行在線測量和干法測量。

缺點：結(jié)果受分布模型影響較大，儀器造價較高。

三、測量方法的選擇應(yīng)考慮：粒度范圍測定目的要求的精度物料的特點等…。第五節(jié)顆粒群的堆積性質(zhì)

顆粒群（粉體層、填充層）中的顆粒（填充物）以某種空間排列組合形式構(gòu)成一定的堆積狀態(tài)，并表現(xiàn)出諸如空隙率、容積密度、填充物的存在形態(tài)、空隙的分布狀態(tài)等堆積性質(zhì)。堆積性質(zhì)由粉體的物理性質(zhì)所決定，它與粉體層的壓縮性、粉體的流動性、填充層內(nèi)的流體流動等粉體特性密切相關(guān)，并直接影響加工過程參數(shù)和成品及半成品質(zhì)量。

一、空隙率與填充率空隙率：填充層中未被顆粒占據(jù)的空間體積與包含空間在內(nèi)的整個填充層表觀體積之比稱為空隙率,以ε表示即:

式中V、VD、VC分別表示填充層表觀體積、顆粒所占據(jù)的體積和空隙體積。

VD：包括顆粒的內(nèi)孔而不包括顆粒的外孔在內(nèi)。Openpore填充率：

顆粒體積占表觀體積的比率。用Ф表示即：

1、等徑球形顆粒的排列有以下兩種基本的平面排列形式：正方排列（圖a)：90°角是其特征。單斜方排列（圖d)：60°角是其特征。二、粉體顆粒的填充與堆積

取相鄰接的8個球連接其球心得一個平行六面體基本單元體。組成六種形式的空間排列：