ch4高分子材料詳解

第4章高分子材料1、什么是高分子材料？2、怎樣制造或合成？3、結(jié)構(gòu)（組成、形態(tài)、聚集態(tài)）？4、性能特點(diǎn)？高分子材料概述1、基本概念自然高分子材料：高分子材料人工合成高分子材料：蠶絲、羊毛、纖維素、油脂、自然橡膠、蛋白質(zhì)、淀粉等塑料、合成橡膠、涂料、合成纖維、膠粘劑等2、高分子材料的合成（2）縮聚反應(yīng)——縮聚物有低分子副產(chǎn)物聚合反應(yīng)——低分子化合物（單體）聚合形成高分子化合物的過(guò)程（1）加聚反應(yīng)——加聚物如：乙烯→聚乙烯nCH2=CH2→[CH2CH2]n主要是C、H、O，另外N、Cl、F、B、Si、S等。共價(jià)鍵3、大分子鏈的結(jié)構(gòu)（1）大分子鏈的化學(xué)組成比較:金屬材料，各種金屬元素，雜質(zhì)及合金元素

金屬鍵A、線型分子鏈：直徑小，長(zhǎng)度很長(zhǎng)，呈卷曲或線團(tuán)狀B、支化型分子鏈：有支鏈，枝型、梳型、線團(tuán)型C、體型分子鏈：三維網(wǎng)狀大分子（2）大分子鏈的形態(tài)（3）高分子材料的聚集態(tài)晶態(tài)分子鏈在空間規(guī)則排列強(qiáng)度、剛度、耐熱性、抗熔性好部分晶態(tài)部分規(guī)則排列介于兩者之間非晶態(tài)無(wú)規(guī)則排列彈性、延伸率、韌性好(1)低強(qiáng)度和較高的比強(qiáng)度 100MPa，1/4～1/6(2)高彈性和低彈性模量100%～1000%，E=2~20MPa(3)塑性好和受迫彈性高(4)粘彈性蠕變、應(yīng)力松弛和內(nèi)耗三種現(xiàn)象。(5)韌性好在斷裂前能吸取較大的能量(6)高減摩、耐磨性塑料的摩擦系數(shù)小，有些塑料具有自潤(rùn)滑性能4、力學(xué)性能特點(diǎn)

5、物理、化學(xué)性能特點(diǎn)

（1）高絕緣性（2）低耐熱性（3）低導(dǎo)熱性（4）高熱膨脹性（5）高化學(xué)穩(wěn)定性

（6）老化第4章高分子材料4.1工程塑料4.2合成纖維4.3合成橡膠4.4膠粘劑1．合成樹(shù)脂高分子化合物，主要組成，也起粘接劑作用，占40~100%2．添加劑主要有填料、固化劑、增塑劑及穩(wěn)定劑等。4.1工程塑料一、塑料的組成有機(jī)合成樹(shù)脂+添加劑(1)填料或增加材料在塑料中主要起增加作用(2)固化劑可使樹(shù)脂具有體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使樹(shù)脂成為較堅(jiān)硬和穩(wěn)定的塑料制品(3)增塑劑提高樹(shù)脂可塑性和柔性(4)穩(wěn)定劑防止老化(1)熱塑性塑料加熱時(shí)軟化并熔融，可塑造成形，冷卻后成型并保持既得形態(tài)，該過(guò)程可反復(fù)進(jìn)行。線型和支化型分子鏈構(gòu)成的聚合物優(yōu)點(diǎn)：加工成形簡(jiǎn)便，較高的機(jī)械性能缺點(diǎn)：耐熱性和剛性比較差二、塑料的分類1．按樹(shù)脂的性質(zhì)分類(2)熱固性塑料初加熱時(shí)軟化，可塑造成型，但固化后再加熱將不再軟化，也不溶于溶劑。體型分子鏈構(gòu)成的聚合物優(yōu)點(diǎn)：耐熱性高，受壓不易變形缺點(diǎn)：機(jī)械性能不好例：酚醛、環(huán)氧、胺基、不飽和聚酯

(1)通用塑料聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烴、酚醛塑料和氨基塑料等。占塑料總產(chǎn)量的3/4。

(2)工程塑料綜合工程性能良好的各種塑料。聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯和ABS等四種。

(3)耐熱塑料能在較高溫度（100~200℃）工作，聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有機(jī)硅樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等。2．按運(yùn)用范圍分類高壓，質(zhì)地松軟，制作塑料薄膜、軟管和塑料瓶等低、中壓，質(zhì)地剛硬，耐磨性、耐蝕性及電絕緣性較好，常用來(lái)制造塑料管、板材、繩索以及承載不高的零件，如齒輪、軸承等。三、常用塑料1．熱塑性塑料（1）聚乙烯(PE)分子結(jié)構(gòu)式：性能：側(cè)基CH3常用塑料中最輕的（0.9~0.91g/cm3）。耐熱性、電絕緣性能和耐蝕性良好。缺點(diǎn)：沖擊韌性、耐低溫及抗老化性差。用途：可用于制作某些零部件，如法蘭、齒輪、風(fēng)扇葉輪、泵葉輪、把手、接頭、儀表盒及殼體等。（2）聚丙烯(PP)分子結(jié)構(gòu)式：存在極性氯原子硬質(zhì)聚氯乙烯：強(qiáng)度和耐蝕性好，管道、貯槽等軟質(zhì)聚氯乙烯（30~40%增塑劑）：松軟、耐蝕和電絕緣，薄膜，軟管、電纜外皮（3）聚氯乙烯(PVC)乙炔+氯化氫→氯乙烯，再聚合而成，其分子結(jié)構(gòu)式：側(cè)基上有苯環(huán)性能：無(wú)色透亮，幾乎不吸水；耐蝕性、電絕緣性好。缺點(diǎn)：抗沖擊性差，易脆裂、耐熱性不高，耐油性有限。用途：燈罩、透亮窗，電工絕緣材料等。聚苯乙烯泡沫塑料，相對(duì)密度（0.033g/cm3）很小，用作隔音、包裝及救生材料。（4）聚苯乙烯(PS)分子結(jié)構(gòu)式：性能：具有“硬、韌、剛”的特性，綜合機(jī)械性能良好用途：機(jī)械工業(yè)，汽車零件，紡織器材、電訊器件。（5）ABS塑料丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，分子結(jié)構(gòu)式：性能：突出的耐磨性和自潤(rùn)滑性能；良好韌性，強(qiáng)度較高；耐蝕性好；抗霉、抗菌，無(wú)毒；成型性能好。（6）聚酰胺(PA)尼龍或錦綸，分子結(jié)構(gòu)式有兩類：用途：要求耐磨、耐蝕的承載和傳動(dòng)零件。軸套拉桿（7）聚碳酸酯(PC)分子鏈上有剛性的苯環(huán)，又有柔性的醚鍵性能：具有優(yōu)良的綜合性能。沖擊韌性和延性在熱塑性塑料中是最好的；譽(yù)稱“透亮金屬”。應(yīng)用：受沖擊和尺寸穩(wěn)定要求較高的零件，絕緣件，信號(hào)燈、擋風(fēng)玻璃、座艙罩、帽盔等。（8）氟塑料性能：耐高溫、低溫、腐蝕、老化，電絕緣，吸水性和摩擦系數(shù)低。聚四氟乙烯聚(PTFE)俗稱塑料王，可在-180℃~260℃的范圍內(nèi)長(zhǎng)期運(yùn)用。用途：減摩密封零件、化工耐蝕零件與熱交換器，以及高頻或潮濕條件下的絕緣材料。（9）聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)有機(jī)玻璃性能：透亮度比無(wú)機(jī)玻璃高；密度只有后者的一半；機(jī)械性能高。缺點(diǎn)：表面硬度低、導(dǎo)熱性差、熱膨脹系數(shù)大，性脆應(yīng)用：風(fēng)擋、舷窗、電視和雷達(dá)的屏幕、儀表護(hù)罩、外殼、光學(xué)元件、透鏡等。有機(jī)玻璃頂棚(1)酚醛塑料(PF)由酚類和醛類縮聚合成酚醛樹(shù)脂，再加入添加劑而制得的高聚物。壓塑粉（俗稱膠木粉、電木粉）性能：耐磨、絕緣、耐熱、耐蝕缺點(diǎn)：性脆，不耐堿用途:

各種電訊器材和電木制品，例如插頭、開(kāi)關(guān)、電話機(jī)、儀表盒等。2．熱固性塑料(2)環(huán)氧塑料(EP)環(huán)氧樹(shù)脂+固化劑性能：強(qiáng)度較高，韌性較好；絕緣、耐熱、耐寒；化學(xué)穩(wěn)定性很高；易成型缺點(diǎn)：有某些毒性應(yīng)用：很好的膠粘劑；塑料模具、精密量具；配制各種漆、涂料，電器絕緣及印刷線路；制備各種復(fù)合材料。纖維：長(zhǎng)度比本身直徑大100倍的勻整條狀或絲狀物。合成纖維：以石油、自然氣、煤和石灰石等為原料，經(jīng)過(guò)提煉和化學(xué)反應(yīng)合成高分子化合物，再將其熔融或溶解后紡絲制得的纖維。特點(diǎn)：更優(yōu)越的性能，如強(qiáng)度高、密度小、彈性好、耐磨、耐酸堿性好、不霉?fàn)€、不怕蟲蛀等。4.2合成纖維一、合成纖維的生產(chǎn)三個(gè)基本環(huán)節(jié)：?jiǎn)误w制備和聚合、紡絲和后加工（1）滌綸聚酯纖維，又叫的確良優(yōu)點(diǎn)：具有高強(qiáng)度、高彈性、不易變形、耐磨、耐蝕，易洗快干，很好的衣料纖維。缺點(diǎn)：吸水性差、不透氣、穿著感差，摩擦易起靜電（2）錦綸聚酰胺纖維，又稱尼龍優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度大、耐磨性好、彈性好。缺點(diǎn)：E低、簡(jiǎn)潔變形，剛性差；耐酸、熱、光性差。二、常用合成纖維（3）腈綸聚丙烯腈纖維，又稱奧綸、開(kāi)米司綸優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)輕、松軟、保暖性好，不發(fā)霉、不蟲蛀，吸濕性小，有“人造羊毛”之稱。缺點(diǎn)：耐磨性差、彈性差，摩擦起球、起靜電。（4）維綸聚乙烯醇纖維優(yōu)點(diǎn)：吸濕性好，強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性均較高，又稱“合成棉花”。缺點(diǎn)：彈性差，織物易皺。

（5）丙綸

聚丙烯纖維優(yōu)點(diǎn)：纖維以輕、牢、耐磨著稱，漁網(wǎng)、軍用蚊帳。缺點(diǎn)：可染性差，曬易老化。

（6）氯綸

聚氯乙烯纖維優(yōu)點(diǎn)：難燃、保暖、耐曬、耐磨、彈性好。缺點(diǎn)：耐熱性差，染色性差，熱收縮大。

4.3合成橡膠性能特點(diǎn)：極高彈性（100~1000%）、回彈性好，回彈速度快。耐磨，很好絕緣性和不透氣、不透水性。用途：彈性、密封、減震防震和傳動(dòng)材料一、橡膠的分類和橡膠制品的組成1．橡膠的分類

通用橡膠特種橡膠天然橡膠合成橡膠按照原料的來(lái)源{{2．橡膠制品的組成生膠+配料(1)硫化劑硫化處理：變塑性生膠為彈性膠。硫磺、含硫化合物等(2)硫化促進(jìn)劑胺類等，降低硫化溫度、加速硫化過(guò)程(3)補(bǔ)強(qiáng)填充劑提高機(jī)械性能，改善加工工藝性能。碳黑、陶土等（1）丁苯橡膠以丁二烯和苯乙烯為單體共聚而成。其分子結(jié)構(gòu)式為：二、常用合成橡膠1．通用合成橡膠性能：較好的耐磨性、耐熱性、耐老化性，價(jià)格便宜。用途：輪胎、膠帶、膠管及生活用品。丁苯橡膠產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣的通用橡膠。(2)順丁橡膠由丁二烯聚合而成，其結(jié)構(gòu)式為：彈性、耐磨性、耐熱性、耐寒性均優(yōu)于天然橡膠，制造輪胎的優(yōu)良材料。缺點(diǎn)：強(qiáng)度較低、加工性能差(3)氯丁橡膠它是由氯丁二烯聚合而成。其分子結(jié)構(gòu)式為：性能：機(jī)械性能和自然橡膠相像，而且耐油、耐磨、耐熱、耐燃燒、耐溶劑、耐老化性均優(yōu)于自然橡膠，“萬(wàn)能橡膠”缺點(diǎn)：耐寒性差（-35℃），密度大（1.23），成本高用途：電線、電纜的包皮、膠管、輸送帶等。(1)丁腈橡膠由丁二烯和丙烯腈共聚而成。其分子結(jié)構(gòu)式為：優(yōu)異的耐油性主要用作各種耐油制品。如油箱、耐油膠管、密封墊圈、耐油運(yùn)輸帶、印刷膠輥及耐油減震制品。2．特種橡膠

主鏈由硅原子和氧原子以單鍵連接而成，具有高柔性和高穩(wěn)定性。硅橡膠高耐熱性和耐寒性，-100℃～350℃。優(yōu)異的抗老化、絕緣性用途：飛機(jī)和宇航中的密封件、薄膜、膠管等，耐高溫的電線、電纜、電子設(shè)備等。(2)硅橡膠鍵能很高的碳氟鍵，很高的化學(xué)穩(wěn)定性。高的耐腐蝕性，其耐熱性也很好。缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴、耐寒性差、加工性能不好用途：國(guó)防和高技術(shù)中的高級(jí)密封件、高真空密封件及化工設(shè)備中的襯里，火箭、導(dǎo)彈的密封墊圈等。(3)氟橡膠結(jié)構(gòu)式：4.4膠粘劑又稱粘合劑或粘接劑，它是一類通過(guò)粘附作用，使同質(zhì)或異質(zhì)材料連接在一起，并在膠接面上有確定強(qiáng)度的物質(zhì)。(商品粘合劑8000種)1、樹(shù)脂型膠粘劑（1）熱塑性樹(shù)脂膠粘劑以線型熱塑性樹(shù)脂為基料，與溶劑配制成溶液或干脆通過(guò)熔化的方式進(jìn)行膠接。例：一般膠水，聚乙烯醇水溶液木工用乳膠，聚醋酸乙烯酯膠粘劑雙面貼，聚丙烯酸酯壓敏膠，壓敏型膠粘劑502膠，主要成分是α-氰基丙烯酸酯，快速粘合，又稱瞬干膠。哥倆好膠，甲基丙烯酸脂為基體，反應(yīng)型結(jié)構(gòu)膠粘劑1、樹(shù)脂型膠粘劑（2）熱固性樹(shù)脂膠粘劑在確定的固化條件下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，交聯(lián)成體型結(jié)構(gòu)的膠層來(lái)進(jìn)行膠接。例：萬(wàn)能膠，環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑（雙酚A型）