材料化學基礎正稿

材料化學基礎正稿第一頁，共64頁。本章教學要求本章教學要求1.了解高分子化合物的基本概念、命名和分類。2.了解高分子化合物的基本結構與重要特性及了解高分子化合物的合成反應4.3.了解幾種重要高分子材料和復合材料的性能及其應用。5.第一頁第二頁，共64頁。8.1引言8.1.1材料的發(fā)展過程材料的發(fā)展經(jīng)歷了以下階段：第一代：天然材料第二代：燒煉材料第三代：合金材料第四代：可設計材料第五代：智能材料第二頁第三頁，共64頁。按使用性能結構材料：主要利用材料的力學性能,以強度為特征，如建筑、構件功能材料：主要利用材料物理和化學性能,以光、電、磁、熱等性能為特征的材料按化學組成金屬材料無機非金屬材料高分子材料復合材料8.1.2材料的分類材料是人類賴以生存和生產(chǎn)的物質基礎。材料發(fā)展的歷史反映了人類社會發(fā)展的文明史。新材料的研究和開發(fā)已被認為是當今社會發(fā)展的三大支柱之一。材料的品種繁多，材料的分類方法主要有兩種。第三頁第四頁，共64頁。8.2常用工程材料在周期表中的分布與應用8.2.1S區(qū)元素組成的工程材料8.2.2P區(qū)與ⅡB元素組成的工程材料8.2.3d區(qū)與ⅠB元素組成的工程材料第四頁第五頁，共64頁。8.2.1S區(qū)元素組成的工程材料S區(qū)金屬元素的外電子層構型為ns1～2,而且原子體積大，單質的密度小5g.cm-3,屬于輕金屬。ⅠA最外層只有一個電子，電子逸出所需能量小，常用作光電材料。8.2.2P區(qū)與ⅡB元素組成的工程材料P區(qū)與ⅡB金屬元素大多活潑性差，其長周期元素次外層d電子已填滿，不參加成鍵，所以長周期單質Bi、Sn、Pb、Hg等是常用的硬度較小的低熔點金屬。第五頁第六頁，共64頁。P區(qū)的金屬元素唯有鋁較活躍，但它是易“鈍化”的輕金屬，鋁元素可用來代替鋼鐵和銅，用作航空、航天飛行器的主要結構材料。此外，鋁還有良好的導電、導熱性能，常用來代替銅制造導電材料，特別是高壓電纜。P區(qū)的非金屬單質碳（金剛石）的熔點（3652℃）及硬度是所有單質中最高的，它在商業(yè)和工業(yè)有很大的需求。碳、氮、硼、硅等非金屬元素間能以共價鍵結合成化合物，這類化合物屬于原子晶體，熔點高、硬度大，是工業(yè)上常用的耐高溫、耐磨硬質結構材料。第六頁第七頁，共64頁。位于P區(qū)對角斜線上的硼、硅、鍺、砷、銻、硒、碲等都是半導體元素，在半導體單質中硅和鍺被認為是最好的半導體材料?；衔锇雽w多由ⅢΑ和ⅤΑ族元素組成，較典型的有GaAs,AIP和InSb等。8.2.3d區(qū)與ⅠB元素組成的工程材料d區(qū)均為金屬元素，外層電子構型為（n-1)d1-9ns1-2，屬于重金屬。大多數(shù)是高熔點金屬，其中以鎢的熔點（3410℃）最高，除ⅢB外,其余都有較有的硬度,,鉻是所有金屬中最硬的.因為這些元素的原子有較多未成對的d電子參加金屬鍵的形成，所以金屬鍵很強，它們中很多是重要合金材料（如高溫合金、硬質合金等）的主要組成元素。第七頁第八頁，共64頁。高溫合金又稱耐熱合金，大多是利用d區(qū)合金元素制成的。第ⅣΒ，ⅤΒ，ⅥΒ族金屬與碳、氮、硼等所形成的金屬型化合物統(tǒng)稱為硬質合金。某些過渡金屬、合金或金屬化合物，在一定溫度和壓力條件下能大量吸收并可逆地釋放H2氣，可作為貯氫材料。第八頁第九頁，共64頁。8.3新型金屬材料8.3.1形狀記憶合金形狀記憶合金也是一類金屬功能材料。形狀記憶合金有一個特殊轉變溫度，在轉變溫度以下，金屬晶體處于一種不穩(wěn)定結構狀態(tài)；在轉變溫度（用Tc

表示）以上，金屬晶體是一種穩(wěn)定結構狀態(tài)。一旦把它加熱到Tc

以上，不穩(wěn)定結構就轉變成穩(wěn)定結構，合金就恢復了原來的形狀。即合金好像“記得”原先所具有的形狀，故稱這類合金為形狀記憶合金。第九頁第十頁，共64頁。例如Ti50Ni（Tc=60℃）和Ti51Ni（Tc=–30℃）等。用鎳鈦形狀記憶合金制成管接口，在使用溫度下加工的管接口內(nèi)徑比外管徑略小，安裝時在低溫下將其機械擴張，套接完畢在室溫下放置，由于接口恢復原狀而使接口非常緊密。這種管子固定法在F14型戰(zhàn)斗機油壓系統(tǒng)的接頭及在海底輸送管的接口固接均有很成功的實例。

第十頁第十一頁，共64頁。氫是21世紀要開發(fā)和利用的新能源之一。氫能的優(yōu)點是發(fā)熱值高，沒有污染且資源豐富。氫能燃燒將放出大量熱能，每千克氫氣燃燒產(chǎn)生的熱能是媒的4倍以上。燃燒產(chǎn)物是水，沒有任何污染氣體產(chǎn)生。氫來源于水的分解，可以利用光能或電能分解水，而水是取之不盡的。8.3.2貯氫合金貯氫合金是因金屬或合金與氫形成氫化物，從而把氫貯存起來。金屬都是密堆積結構，存在許多四面體和八面體空隙，可以容納半徑較小的氫原子。在貯氫合金中，一個金屬原子能與2個，3個甚至更多的氫原子結合，生成金屬氫化物。但并不是每種貯氫合金都能作為貯氫材料，具有實用價值的貯氫量大，金屬氫化物既容易形成，稍稍加熱又容易分解，室溫下收，放氫的速度快。使用壽命長和成本低。目前正在研究開發(fā)的貯氫合金主要有三大系列：鎂系貯氫合金；稀土系列貯氫合金如LaNi5

，為了降低成本，用混合稀土Mm代替La，可得到MmNiMm,MmNiAl貯氫合金;鈦系貯氫合金。第十一頁第十二頁，共64頁。貯氫合金用于氫動力汽車的試驗已獲成功。隨著石油資源逐漸枯竭，氫能源終將代替汽油，柴油驅動汽車，并一勞永逸消除燃燒汽油，柴油產(chǎn)生的污染。貯氫合金的用途不限于氫的貯存和運輸，它在氫的回收，分離，凈化及氫的同位素吸收和分離等方面也有具體的應用。貯氫合金的應用

作為貯運氫氣的容器氫能汽車、電池上的應用分離、回收氫制取高純度氫氣氫氣靜壓機第十二頁第十三頁，共64頁。1.鎂系貯氫合金地殼中貯藏量豐富，價格便宜密度小，僅為1.74g/cm3優(yōu)點：貯氫容量高，MgH2的含氫量達3.6%氫吸、放動力學性能差：釋放溫度高，250℃以上，反應速度慢，氫化困難缺點：抗蝕能力差，特別是作為陰極貯氫合金材料。第十三頁第十四頁，共64頁。貯氫合金的分類（按合金系統(tǒng)）鎂系貯氫合金稀土貯氫合金鈦系貯氫合金鋯系貯氫合金鈣系貯氫合金第十四頁第十五頁，共64頁。貯氫合金的分類（按化合物的類型）AB5型稀土類及鈣系貯氫合金AB2型Laves相貯氫合金AB型鈦系貯氫合金A2B型鎂系貯氫合金第十五頁第十六頁，共64頁。Mg2Ni

兩種改良型：Mg2-xMxNi（M＝Ca、Al）優(yōu)點：易形成氫化物，分解反應速度比Mg2Ni增大40％以上；通過控制Al、Ca與Mg的置換量，可以調(diào)節(jié)平衡壓Mg2Ni1-xMx（M＝V、Cr、Mn、Fe、Zn等）優(yōu)點：氫化速度和分解速度均得到顯著提高第十六頁第十七頁，共64頁。2.稀土類及鈣系貯氫合金AB5型稀土類及鈣系貯氫合金主要有以下幾個類型：LaNi5系貯氫合金MmNi5系貯氫合金MlNi5系貯氫合金CaNi5系貯氫合金第十七頁第十八頁，共64頁。缺點：成本高，大規(guī)模使用受到限制吸放氫過程中晶胞體積膨脹大優(yōu)點：平衡壓力適中而平坦放氫快，滯后小容易活化，室溫下即可活化具有良好的抗雜質氣體中毒性吸氫量大第十八頁第十九頁，共64頁。3.鈦系貯氫合金鈦系貯氫合金鈦鐵系合金鈦錳系合金鈦鋯系合金鈦鎳系合金鈦鐵系合金優(yōu)點：釋氫壓力低，價格便宜。缺點：活化困難，抗雜質氣體中毒能力差，反復稀

釋氫后性能下降。在鈦鐵二元合金的基礎上，用合金元素代替Fe，可改善活化性能，滯后現(xiàn)象小。第十九頁第二十頁，共64頁。8.4功能無機非金屬材料8.4.1光導纖維8.4.2超導陶瓷8.4.3納米陶瓷第二十頁第二十一頁，共64頁。8.4功能無機非金屬材料無機非金屬材料又稱陶瓷材料。陶瓷材料傳統(tǒng)陶瓷材料和精細陶瓷材料。傳統(tǒng)陶瓷或稱普通陶瓷，其產(chǎn)品絕大部分屬于以黏土、長石、石英等無機非金屬礦物為主要原料燒成的硅酸鹽制品。主要用做日用器皿、建筑陶瓷、工藝陶瓷等。傳統(tǒng)陶瓷具有良好的電絕緣性和耐化學腐蝕等特性，因此部分陶瓷還用于電力工業(yè)（低壓電器）和化學工業(yè)中。

傳統(tǒng)陶瓷第二十一頁第二十二頁，共64頁。23精細陶瓷或稱特種陶瓷，它是以精制的高純天然無機物或人工合成無機化合物為原料，采用精密控制的工藝進行燒結的制品。精細陶瓷按其使用性能分結構陶瓷功能陶瓷導電陶瓷超導陶瓷壓電陶瓷半導體陶瓷電子陶瓷磁性陶瓷生物陶瓷等第二十二頁第二十三頁，共64頁。附圖

光導纖維光導纖維簡稱光纖，以傳光和傳像為目的的一種光波傳導介質。光導纖維的最大應用是激光通訊，它具有信息容量大、重量輕、抗干擾、保密性好等優(yōu)點。8.4.1光導纖維第二十三頁第二十四頁，共64頁。8.4.2超導陶瓷具有超導性的陶瓷材料。其主要特性是在一定臨界溫度下電阻為零即所謂零阻現(xiàn)象。在磁場中其磁感應強度為零，即抗磁現(xiàn)象或稱邁斯納效應。高臨界溫度（90開以上）的超導陶瓷材料組成有YBa2Cu3O7-δ，Bi2Sr2Ca2Cu3O10，Tl2Ba2Ca2Cu3O10。超導陶瓷在諸如磁懸浮列車、無電阻損耗的輸電線路、超導電機、超導探測器、超導天線、懸浮軸承、超導陀螺以及超導計算機等強電和弱電方面有廣泛應用前景。1973年，人們發(fā)現(xiàn)了超導合金――鈮鍺合金，其臨界超導溫度為23.2K。該記錄保持了13年。第二十四頁第二十五頁，共64頁。1986年，設在瑞士蘇黎世的美國IBM公司的研究中心報道了一種氧化物（鑭－鋇－銅－氧）具有35K的高溫超導性，打破了傳統(tǒng)“氧化物陶瓷是絕緣體”的觀念，引起世界科學界的轟動。1986年底，美國貝爾實驗室研究的氧化物超導材料，其臨界超導溫度達到40K，液氫的“溫度壁壘”（40K）被跨越。第二十五頁第二十六頁，共64頁。從1986－1987年的一年多的時間，臨界超導溫度提高了100K以上，這在材料發(fā)展史，乃至科技發(fā)展史上是一大奇跡！1987年2月，美國華裔科學家朱經(jīng)武和中國科學家趙忠賢相繼在釔－鋇－銅－氧系材料上把臨界超導溫度提高到90K以上，液氮的禁區(qū)（77K）也奇跡般地被突破了。1987年底，鉈－鋇－鈣－銅－氧系材料又把臨界超導溫度的記錄提高到125K。第二十六頁第二十七頁，共64頁。納米陶瓷是指在陶瓷材料的顯微結構中，晶粒、晶界以及它們之間的結合都處在納米水平（1～100nm），使得材料的強度、韌性和超塑性大幅度提高，克服了工程陶瓷的許多不足，并對材料的力學、電學、熱學、磁學、光學等性能產(chǎn)生重要影響，為替代工程陶瓷的應用開拓了新領域。8.4.3納米陶瓷第二十七頁第二十八頁，共64頁。8.5有機高分子材料8.5.1高分子化合物的基本概念8.5.2高分子化合物的命名與分類8.5.3高分子化合物的合成8.5.4高分子化合物的結構與性質第二十八頁第二十九頁，共64頁。高分子化合物（高分子、高聚物或聚合物）的分子比低分子化合物的分子要大很多。通常低分子有機化合物的相對分子質量在1000以下，而高分子化合物的相對分子質量在1萬以上，有的可達上千萬。

8.5有機高分子材料8.5.1高分子化合物的基本概念1.單體例聚氯乙烯的分子是由許多氯乙烯結合而成：

單體——聚合成高分子化合物的低分子化合物單體：第二十九頁第三十頁，共64頁。*平均聚合度n×鏈節(jié)的式量=高聚物的平均相對分子質量單體聚合物聚合度鏈節(jié)簡寫：鏈節(jié)鏈節(jié)——組成高分子鏈的重復結構單元鏈節(jié)數(shù)——高分子鏈所含鏈節(jié)的數(shù)目，即聚合度（DP）2.鏈節(jié)與鏈節(jié)數(shù)第三十頁第三十一頁，共64頁。1．命名

（1）習慣命名:按原料單體或聚合物的結構特征命名

①由一種單體合成得到的高聚物,在單體名稱前面冠以“聚”字：聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚乙二酰己二胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯等。

②由二種單體合成得到的高聚物,在單體名稱后面加“樹脂”或“共聚物”：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。8.5.2高分子化合物的命名與分類第三十一頁第三十二頁，共64頁。（2）系統(tǒng)命名：以聚合物的結構重復單元(即高聚物分子中的最小重復單元)為基礎的命名方法。先確定聚合物分子中的最小結構單元，排出次序，然后按小分子有機物的命名規(guī)則給結構重復單元命名并加括弧，最后在名稱前冠一“聚”字。聚（1—氯代乙烯）；PVC為解決聚合物讀寫不便，常采用國際通用的英文縮寫符號，如PVC、ABS等。第三十二頁第三十三頁，共64頁。聚合物單體名稱商品名稱符號名稱結構式聚氯乙烯氯綸PVC氯乙烯聚丙烯丙綸PP丙烯聚丙烯腈腈綸PAN丙烯腈聚己內(nèi)酰胺錦綸6（或尼龍-6）PA6己內(nèi)酰胺

表7.1一些聚合物的名稱、商品名稱、符號及單體第三十三頁第三十四頁，共64頁。聚己二酰己二胺錦綸66（尼龍—66）PA66己二酸己二胺聚對苯二甲酸乙二醇酯滌綸PET對苯二甲酸乙二醇聚苯乙烯聚苯乙烯樹脂PS苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯有機玻璃PMMA甲基丙烯酸甲酯聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯ABS樹脂ABS丙烯腈丁二烯苯乙烯第三十四頁第三十五頁，共64頁。（2）按主鏈結構分類①碳鏈聚合物主鏈完全由碳原子組成。如聚乙烯：②雜鏈聚合物主鏈除碳原子外，還含有氧、氮、硫等雜原子。如聚己二酰己二胺（尼龍-66）：2.分類（1）按性能和用途分類，在工程上高聚物可分為：塑料、纖維、橡膠三大類。第三十五頁第三十六頁，共64頁。③元素有機聚合物主鏈由硅、硼、鋁與氧、氮、硫、磷等組成，側鏈是有機基團。如聚二甲基硅氧烷：（4）按功能分類通用高分子、工程材料高分子、功能高分子、仿生高分子等。④元素無機聚合物主鏈和側鏈均由無機元素或基團組成。如聚二氯磷腈：（3）按熱性能不同分類熱塑性聚合物和熱固性聚合物兩大類。（5）按來源分類天然高分子和合成高分子。第三十六頁第三十七頁，共64頁。聚合反應——由小分子單體合成聚合物的化學反應聚合反應

加成聚合反應（加聚反應）

縮合聚合反應（縮聚反應）8.5.3高分子化合物的合成第三十七頁第三十八頁，共64頁。加聚反應僅由一種單體參加的加聚反應稱為均聚反應。均聚反應反應的產(chǎn)物叫均聚物由兩種或兩種以上的單體參加的加聚反應稱為共聚反應。共聚反應的產(chǎn)物叫共聚物。共聚物往往可兼具兩種或兩種以上均聚物的一些優(yōu)異性能，因此通過共聚方法可以改善產(chǎn)品的性能。

加聚反應——由一種或多種單體相互加成，或由環(huán)狀化合物開環(huán)相互結合成聚合物的反應。均聚反應共聚反應1．加聚反應第三十八頁第三十九頁，共64頁?？s聚反應——由一種或多種單體相互縮合生成高聚物，同時有低分子物質（如水、鹵化氫、氮、醇等）析出的反應。例如癸二酸和己二胺合成為尼龍-610的反應：

2．縮聚反應第三十九頁第四十頁，共64頁。高分子化合物分子鏈的結構形態(tài)有三種：線型、支鏈型和體型。1.高分子鏈的結構形態(tài)8.5.4高分子化合物的結構與性能線形聚合物的分子具有長鏈結構。體型聚合物是由線型聚合物彼此貫穿、重迭和纏結在一起而形成。支鏈型聚合物的分子主鏈上含有一定數(shù)量的側鏈。第四十頁第四十一頁，共64頁。高分子化合物的高分子鏈上存在著許多單鍵。主鍵上的單鍵可繞其鄰近的單鍵（以其為軸）作旋轉運動，這種現(xiàn)象稱為單鍵的內(nèi)旋轉。圖8—5單鍵內(nèi)旋轉示意圖2.高分子鏈中單鍵的內(nèi)旋轉和鍵的柔順性分子鏈中以單鍵相連的相鄰兩鏈節(jié)之間還可以保持一定的鍵角而旋轉，因此，一個分子鏈在無外力作用時會有眾多的分子空間形態(tài)，絕大部分為卷曲狀。高分子鏈這種強烈卷曲的傾向稱為（分子）鏈的柔順性。它對高聚物的彈性和塑性等有重要影響。第四十一頁第四十二頁，共64頁。同一高聚物可以兼有晶態(tài)和非晶態(tài)兩種結構。高聚物含晶體結構的質量百分數(shù)稱結晶度。聚合物中結晶性和非結晶區(qū)3．非晶態(tài)高分子化合物的力學狀態(tài)常溫下處于固態(tài)的聚合物，根據(jù)其分子鏈在空間的排列情況可分為晶態(tài)和非晶態(tài)。晶態(tài)高聚物中，分子鏈排列規(guī)則；非晶態(tài)高聚物中，分子鏈的堆砌是無規(guī)則的。高聚物中結晶性區(qū)域稱為結晶區(qū)，非結晶區(qū)域稱非結晶區(qū)。第四十二頁第四十三頁，共64頁。玻璃態(tài)

溫度較低時高分子熱運動和鏈節(jié)的自由旋轉都很小，分子鏈節(jié)或整個分子鏈無法產(chǎn)生運動，高聚物呈現(xiàn)如玻璃體狀的固態(tài)。例如常溫下的塑料。

非晶態(tài)高聚物的物理形態(tài)：非晶態(tài)高聚物隨溫度的變化，從固態(tài)逐漸變?yōu)橐簯B(tài)的過程中出現(xiàn)三種不同的力學狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)

、粘流態(tài)。高彈態(tài)

鏈節(jié)可以較自由地旋轉，但整個分子鏈不能移動。例如常溫下的橡膠。高彈態(tài)是高聚物所獨有的罕見的一種物理形態(tài)，在較小的外力作用下，能產(chǎn)生很大形變，除去外力后能可逆恢復原狀，表現(xiàn)出很高的彈性。

粘流態(tài)

高聚物分子鏈節(jié)可以自由地旋轉，整個分子鏈也能自由移動，從而成為能流動的粘液，比液態(tài)低分子化合物的粘度要大得多，又稱為塑性態(tài)。例如膠粘劑或涂料。第四十三頁第四十四頁，共64頁。粘流化溫度由高彈態(tài)向粘流態(tài)轉變的溫度，用Tf表示。

塑料與纖維:要求Tg

高，Tf低（較耐熱，加工成型溫度不高）。橡膠：要求Tg低，Tf

高（耐寒又耐熱）。玻璃化溫度

由高彈態(tài)向玻璃態(tài)轉變的溫度，用Tg

表示。

非晶態(tài)聚合物的形變—溫度曲線通常將Tg高于室溫的高聚物稱為塑料；

Tg低于室溫的高聚物稱為橡膠。Tg是塑性材料的最高使用溫度。當溫度高于Tg時，材料會發(fā)生較大形變或斷裂。Tg是橡膠的最低使用溫度當溫度。當溫度低于Tg時，材料會變脆。第四十四頁第四十五頁，共64頁。(5)主鏈含苯環(huán)或側鏈引入芳環(huán)、雜環(huán)取代基等的高聚物，其強度和剛性比含脂肪族主鏈的高聚物的要高。

強度：芳香尼龍(如芳綸-1313)

＞普通尼龍第四十五頁第四十六頁，共64頁。一些非晶態(tài)高聚物的Tg和Tf值：聚氯乙烯 Tg=81℃ Tf

=175℃聚苯乙烯 Tg=100℃ Tf

=135℃聚丁二烯(順丁橡膠) Tg=-108℃ 天然橡膠 Tg=-73℃ Tf

=122℃4.高分子化合物的性能1．力學強度力學強度是指材料抵抗外力破壞的能力，通常駐機構用抗拉、抗壓、抗彎曲、抗沖擊等強度來衡量。主要決定于高分子主鏈的化學鍵、聚合度、結晶度的分子鏈之間的作用力大小。(1)聚合度的增大，有利于增加分子鏈間的作用力，可使拉伸強度與沖擊強度等有所提高。第四十六頁第四十七頁，共64頁。(2)極性取代基或鏈間能形成氫鍵時，能增加分子鏈之間的作用力而提高其強度。強度：天然橡膠（M

r=20萬）＞

丁苯橡膠（M

r=4~5萬）拉伸強度:聚氯乙烯(含極性基團-Cl)＞聚乙烯

(3)適度交聯(lián)有利于增加分子鏈之間的作用力。如聚乙烯交聯(lián)后，沖擊強度可提高3~4倍。

(4)在結晶區(qū)內(nèi)分子鏈排列緊密有序，可使分子鏈之間的作用力增大，機械強度也隨之增高。機械強度:高結晶聚乙烯＞低結晶聚乙烯第四十七頁第四十八頁，共64頁。高分子化合物通常以共價鍵結合，一般不存在自由電子和離子，因此高聚物通常是很好的絕緣體，可作為絕緣材料。高聚物的極性越小，其絕緣性越好。非極性高聚物

分子鏈節(jié)結構對稱的高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯等。

極性高聚物

分子鏈節(jié)結構不對稱的高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺等。

例：試比較下列高聚物的電絕緣性：聚四氟乙烯＞聚氯乙烯＞聚甲基丙烯酸甲酯2)電學性能第四十八頁第四十九頁，共64頁。電絕緣材料的高聚物可分為：

（1）鏈節(jié)結構對稱且無極性基團的高聚物，如聚乙烯，聚四氟乙烯，對直流電和交流電都絕緣，可用作高頻電絕緣材料。

（2）無極性基團，但鏈節(jié)結構不對稱的高聚物，如聚苯乙烯，天然橡膠等，可用做中頻電絕緣材料。

（3）鏈節(jié)結構不對稱且有極性基團的高聚物，如聚氯乙烯，聚酰胺，酚醛樹指等，可用做低頻或中頻電絕緣材料。

第四十九頁第五十頁，共64頁。分子的極性可用相對介電常數(shù)ε衡量，通常非極性高聚物的ε≈2，弱極性或中等極性高聚物的ε＝2~4，強極性高聚物的ε>4。

高聚物

ε高聚物

ε聚四氟乙烯

2.0

聚氯乙烯

3.2~3.6

聚丙烯

2.2

聚甲基丙烯酸甲酯

3.3~3.9

低密度聚乙烯

2.25~2.35

硅樹脂

2.75~4.20

高密度聚乙烯

2.30~2.35

尼龍-66

4.0

聚苯乙烯2.45~3.10

酚醛樹脂

5.0~6.5

表7.3常見高聚物的相對介電常數(shù)第五十頁第五十一頁，共64頁。靜電現(xiàn)象

兩種電性不同的物體相互接觸或磨擦時，會有電子的轉移而使一物體帶正電荷，另一種物體帶負電荷的現(xiàn)象。靜電現(xiàn)象具有兩面性，它應用于靜電印刷、油漆噴涂和靜電分離等。但靜電往往是有害的，例如腈綸纖維起毛球、吸灰塵；粉料在干燥運轉中會結塊等。常用的抗靜電劑是一些表面活性劑，其主要作用是提高高聚物表面的電導性，使之迅速放電，防止電荷積累。另外，在高聚物中填充導電填料如炭黑、金屬粉、導電纖維等也同樣起到抗靜電的作用。第五十一頁第五十二頁，共64頁。高聚物主要由C-C、C-H、C-O等牢固的共價鍵連接而成，含活潑的基團較少，且分子鏈相互纏繞，使分子鏈上不少基團難以參與反應，因而一般化學穩(wěn)定性較高。（1）穩(wěn)定性

一些含 高聚物不耐水，在酸或堿的催化下會與水反應。例如，聚酰胺與水的反應：高聚物一般化學穩(wěn)定性好，耐酸堿腐蝕，但不耐高溫，易老化。3）高分子化合物的老化與防止第五十二頁第五十三頁，共64頁。老化是指高聚物及其材料在加工、貯存和使用過程中，長期受化學、物理（熱、光、電、機械等）以及生物（霉菌）因素的綜合影響，發(fā)生裂解或交聯(lián)，導致性能變壞的現(xiàn)象。例如，塑料制品變脆、橡膠龜裂、纖維泛黃、油漆發(fā)粘等。老化是物理性質變壞的不可逆過程。主要有兩種過程：降解

鏈斷裂，Mr變小→發(fā)粘、變軟、喪失機械強度交聯(lián)線型變體型→變硬、變脆、喪失彈性，如天然膠、聚氯乙烯的老化若在高聚物分子鏈中引入較多的芳環(huán)、雜環(huán)結構，或在主鏈或支鏈中引入無機元素（如硅、磷、鋁等），均可提高其熱穩(wěn)定性。為了延緩光、氧、熱對高聚物的老化作用，通?？稍诟呔畚镏屑尤敫黝惞夥€(wěn)定劑、抗氧劑（芳香族胺類如二苯胺和酚類等），或熱穩(wěn)定劑（如硬脂酸鹽等）。（2）老化第五十三頁第五十四頁，共64頁。8.6復合材料8.6.1纖維增強樹脂基復合材料8.6.2纖維增強金屬基復合材料8.6.3纖維增強陶瓷基復合材料第五十四頁第五十五頁，共64頁。如果兩種或兩種以上的不同的材料通過復合工藝組成新的復合材料，它既能保持原來材料的優(yōu)點，又能克服單一材料的缺點。因此復合材料是在三大材料基礎上發(fā)展起來的新材料。復合材料的品種繁多，按增強體的物質形態(tài)可分為：顆粒增強復合材料、夾層增強復合材料和纖維增強復合材料。目前發(fā)展較快的是纖維增強復合材料。按基體有可分為三類：樹脂基復合材料，金屬基復合材料和陶瓷基復合材料。8.6復合材料第五十五頁第五十六頁，共64頁。8.6.1纖維增強樹脂基復合材料玻璃鋼玻璃鋼是由玻璃纖維和不飽和聚酯，環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，有機硅樹脂等復合而成的。玻璃鋼不僅強度高，質量輕，絕緣性能好，而且耐腐蝕，抗沖擊性強。它已廣泛應用于飛機，汽車，輪船，建筑，石油化工設備和