高分子材料的膨脹與導(dǎo)熱性能

1、高分子材料的膨脹 與導(dǎo)熱性能 主講人：主講人：DCLDCL 目錄： u高分子材料的熱穩(wěn)定性 u高分子材料的耐低溫性 u高分子材料的難燃性 高聚物的熱穩(wěn)定性： 高溫下高聚物可以發(fā)生降解降解和交聯(lián)交聯(lián) 高分子材料的熱穩(wěn)定性主要是指高分高分子材料的熱穩(wěn)定性主要是指高分 子材料在受熱的情況下，由于發(fā)生化子材料在受熱的情況下，由于發(fā)生化 學(xué)變化從而引起材料性能的變化。學(xué)變化從而引起材料性能的變化。 一、研究方法： 熱重分析（熱重分析（TGA）（在程序控制溫度下，測量材 料的質(zhì)量與溫度的關(guān)系）是研究高分子熱穩(wěn)定性的重 要方法，該法采用靈敏的熱天平來跟蹤試樣在程序控 溫條件下產(chǎn)生的質(zhì)量變化。 幾種高聚物的幾

2、種高聚物的TGTG曲線曲線 1 1一聚氯乙烯一聚氯乙烯 2 2聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 3 3聚乙烯聚乙烯 4 4聚四氟乙烯聚四氟乙烯 5 5一聚酰亞胺一聚酰亞胺 從從TG曲線中可以明顯看出失重最劇烈的溫度，曲線中可以明顯看出失重最劇烈的溫度， 即可由此對比熱穩(wěn)定性。即可由此對比熱穩(wěn)定性。 二、表示方法： 表征熱穩(wěn)定性的參數(shù)： 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg 熔融溫度Tm 熱分解溫度Td 熱變形溫度或者維卡耐熱溫度 三、影響因素及改善方法： 研究表明，高分子的熱穩(wěn)定性與高分子鏈結(jié)構(gòu)密切 相關(guān)，組成高分子的化學(xué)鍵的鍵能越大，材料就越穩(wěn)定， 耐熱分解能力也就越強(qiáng)。提高高分子熱穩(wěn)定性的主要途 徑如下：

3、1、在高分子鏈中避免弱鍵： CCCCCC C C CCC C C F C H C Cl C C 主鏈中靠近叔碳原子和季碳原子的鍵較易斷裂，故高分子 分解溫度的高低順序?yàn)椋?聚乙烯聚乙烯 支化聚乙烯支化聚乙烯 聚異丁烯聚異丁烯 聚甲基丙聚甲基丙 烯酸甲酯烯酸甲酯 2、引入芳環(huán)狀結(jié)構(gòu)： 在高分子主鏈中避免一長串連接的亞甲基CH2，并盡量 引入較大比例的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可增加高聚物的熱穩(wěn)定性 3、合成“梯形”、“螺形”和“片狀”結(jié)構(gòu)的 高聚物 高分子材料的耐低溫性： 一、表示方法： 高分子材料的耐低溫性一般用脆化溫度脆化溫度表示， 其脆化溫度越低，耐低溫性越好。 脆化溫度：把試樣以懸臂方式安裝于特定的夾

4、具中，置于低溫介質(zhì)中恒溫，當(dāng)試樣達(dá)到某一預(yù) 定低溫后，用特定的沖頭以一定的速度沖擊試樣， 當(dāng)試樣破壞率達(dá)到50%時(shí)的溫度即為脆化溫度。 耐低溫材料的選擇： 塑料塑料: 1.聚砜 2.聚氟乙烯 3.聚碳酸酯 橡膠橡膠: 1.瞬式-1,4-聚丁二烯橡膠 2.甲基苯基乙烯基硅橡膠 二、影響因素： 玻璃化溫度：玻璃化溫度：一般來說，玻璃化溫度越低，結(jié)晶性 越小的聚合物，耐低溫性能越好；比如，異戊橡膠， 硅橡膠等橡膠；反之，玻璃化溫度越高，結(jié)晶性越 高的聚合物，耐低溫性能越差 分子結(jié)構(gòu)：分子結(jié)構(gòu)：分子結(jié)構(gòu)無序或不易形成結(jié)晶的聚合物 耐低溫性較好 三、幾種耐低溫高聚物的結(jié)構(gòu)式及應(yīng)用： 聚氟乙烯：聚氟乙烯：

5、 聚氟乙烯用于制作防腐蝕涂層，襯里，墊圈，軸 油管涂層和高性能電解槽隔膜。建筑工業(yè)用于制作屋 頂和墻面裝飾材料。還可用于制作電容器薄膜，抗鹽 霧的電氣儀表零件涂層，農(nóng)用膜，噴霧器涂層及各種 食品包裝容器表面涂層。 CC H HH F n 聚碳酸酯：聚碳酸酯： 聚碳酸酯的應(yīng)用開發(fā)是向高復(fù)合、高功能、專用 化、系列化方向發(fā)展：（1）用于建材行業(yè)(2)用于汽 車制造工業(yè)(3)用于生產(chǎn)醫(yī)療器械(4)用于航空、航天 領(lǐng)域：玻璃纖維增強(qiáng)的聚碳酸酯部件及宇航員的防護(hù) 用品等。(5)用于包裝領(lǐng)域(6) 用于電子電器領(lǐng)域(7)用 于光學(xué)透鏡領(lǐng)域 瞬式瞬式-1,4-聚丁二烯橡膠：聚丁二烯橡膠： H H2C C C

6、H2 H C n 應(yīng)用： 1、輪胎：用量在于35%50%與丁苯合用 2、壓出制品 3、鞋底 4、膠布 5、其他：油漆、漆布、膩?zhàn)?高分子材料的難燃性： 物質(zhì)具有的或材料經(jīng)處理后具有的明顯推遲火焰蔓延的性質(zhì)。 高分子材料燃燒機(jī)理： 高分子材料在空氣中受熱時(shí)，會分解生成揮發(fā)性可燃物，當(dāng)可燃物高分子材料在空氣中受熱時(shí)，會分解生成揮發(fā)性可燃物，當(dāng)可燃物 濃度和體系溫度足夠高時(shí)，即可燃燒。濃度和體系溫度足夠高時(shí)，即可燃燒。所以高分子材料的燃燒可分為熱熱 氧降解氧降解和燃燒燃燒兩個(gè)過程，涉及傳熱、高分子材料在凝聚相的熱氧降解、 分解產(chǎn)物在固相及氣相中的擴(kuò)散、與空氣混合形成氧化反應(yīng)場及氣相中 的鏈?zhǔn)饺紵磻?yīng)

7、等一系列環(huán)節(jié)。 當(dāng)高分子材料受熱的熱源熱量能夠使高分子材料分解，且分解產(chǎn)生 的可燃物達(dá)到一定濃度，同時(shí)體系被加熱到點(diǎn)燃溫度后，燃燒才能發(fā)生。 而己被點(diǎn)燃的高分子材料在點(diǎn)燃源穩(wěn)定后能否繼續(xù)燃燒則取決于燃燒過 程的熱量平衡。當(dāng)供給燃燒產(chǎn)生的熱量等于或大于燃燒過程各階段所需當(dāng)供給燃燒產(chǎn)生的熱量等于或大于燃燒過程各階段所需 的總熱量時(shí)，高分子材料燃燒才能繼續(xù)，否則將中止或熄滅。的總熱量時(shí)，高分子材料燃燒才能繼續(xù)，否則將中止或熄滅。 從高分子材料的燃燒機(jī)理可看出，阻燃作用的本質(zhì)是通過減 緩或阻止其中一個(gè)或幾個(gè)要素實(shí)現(xiàn)的。其中包括六個(gè)方面: 提高材料熱穩(wěn)定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護(hù)膜、吸提高材料熱穩(wěn)

8、定性、捕捉游離基、形成非可燃性保護(hù)膜、吸 收熱量、形成重質(zhì)氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體。收熱量、形成重質(zhì)氣體隔離層、稀釋氧氣和可燃性氣體。 目前常采用的阻燃劑行為主要是通過冷卻、稀釋、形成隔離 膜的物理途徑和終止自由基的化學(xué)途徑來實(shí)現(xiàn)。 一般阻燃機(jī)理分為氣相阻燃機(jī)理、凝聚相阻燃機(jī)理和中斷熱 交換阻燃機(jī)理。燃燒和阻燃都是十分復(fù)雜的過程，涉及很多 影響和制約因素，將一種阻燃體系的阻燃機(jī)理嚴(yán)格劃分為某 一種是很難的，一種阻燃體系往往是幾種阻燃機(jī)理同時(shí)起作 用。 評價(jià)方法： 目前評價(jià)難燃性方法很多，如氧指數(shù)測定法、水平或垂直燃 燒試驗(yàn)法等 氧指數(shù)是在規(guī)定的條件下，試樣在氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚饬髦?維持

9、穩(wěn)定燃燒所需的最低氧氣濃度，用混合氣流中氧所占的 體積百分?jǐn)?shù)表示。 氧指數(shù) 26，是易燃材料； 氧指數(shù)2632，是難燃材料，具有自熄性； 氧指數(shù) 32，是高難燃材料 改善材料阻燃性的方法： 為了提高高分子材料的阻燃性，必須引入含阻燃元素 材料，主要途徑有兩條: 一是以添加劑的方式加入含氯、溴、磷、銻等元素的 有機(jī)化合物，以制得添加型或反應(yīng)型阻燃材料; 二是在分子鏈上直接引入上述阻燃元素，以得到結(jié)構(gòu) 型阻燃材料。還可以與阻燃性好的聚合物共混制得阻 燃合金，以及添加無機(jī)導(dǎo)熱材料等。 阻燃劑： 阻燃劑是用于提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火 焰?zhèn)鞑サ闹鷦?分類： 按阻燃劑與被阻燃基材的關(guān)系，阻燃劑可分為添加型添加型及反反 應(yīng)型應(yīng)型兩大類。前者與基材的其他組分不發(fā)生化學(xué)反映，只是 以物理方式分散于基材中，多用于熱塑性高分子材料。后者 或者為高分子材料的單體，或者作為輔助