《高分子材料與成形》課件

高分子材料與成形高分子材料是現(xiàn)代社會不可或缺的材料，從日常用品到尖端科技，都離不開高分子材料的應(yīng)用。本課件將帶您深入了解高分子材料的種類、性質(zhì)和成形工藝，幫助您理解高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域。作者：高分子材料概述定義由許多重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元通過共價鍵連接而成的長鏈狀大分子化合物。組成主要由碳、氫、氧、氮等元素組成，有時還含有鹵素、磷、硫等元素。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如塑料、橡膠、纖維、涂料等。1.1高分子材料的定義和組成定義高分子材料是由相對分子質(zhì)量很大的高分子化合物組成的材料。高分子化合物是由許多小分子單體通過化學(xué)反應(yīng)連接而成的。組成高分子材料通常由高分子鏈、填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑等組成。高分子鏈?zhǔn)歉叻肿硬牧系幕窘Y(jié)構(gòu)單元，決定著材料的性質(zhì)。1.2高分子材料的分類11.天然高分子材料天然高分子材料是指從自然界中直接獲得的聚合物，如纖維素、蛋白質(zhì)、橡膠等。22.合成高分子材料合成高分子材料是由人工合成的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。33.改性高分子材料改性高分子材料是指在天然高分子材料或合成高分子材料的基礎(chǔ)上，通過化學(xué)改性或物理改性得到的材料。44.功能高分子材料功能高分子材料是指具有特殊功能的聚合物，如導(dǎo)電高分子、生物降解高分子等。1.3高分子材料的性能特點強度和韌性高分子材料可以具有良好的強度，耐受拉伸、彎曲和沖擊等外力。某些材料還表現(xiàn)出韌性，能夠在斷裂前承受較大形變。耐腐蝕性許多高分子材料對酸、堿、鹽和有機溶劑具有良好的抵抗力，能夠在惡劣環(huán)境中保持穩(wěn)定性。電氣性能高分子材料可以具有良好的絕緣性能，適用于電氣和電子設(shè)備。一些材料還具有導(dǎo)電性或半導(dǎo)電性。熱性能高分子材料可以具有良好的耐熱性或耐低溫性，適用于不同溫度條件下的應(yīng)用。2.高分子材料的基本性質(zhì)高分子材料的基本性質(zhì)是指其固有的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)特性。這些性質(zhì)決定了高分子材料的加工性能、使用性能和應(yīng)用領(lǐng)域。例如，高分子材料的分子量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔融溫度和結(jié)晶度等都是影響其性能的重要指標(biāo)。2.1分子量和分子量分布分子量是高分子材料的重要性質(zhì)之一，它直接影響著材料的物理和化學(xué)性能。分子量是指單個高分子鏈的平均分子量。分子量分布是指高分子材料中不同分子量的高分子鏈的比例分布，它可以反映高分子材料的均一性和加工性能。1000低低分子量材料10000中中等分子量材料100000高高分子量材料2.2玻璃化轉(zhuǎn)變溫度玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)是高分子材料從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鹉z態(tài)的溫度。該溫度下，高分子鏈的運動能力增強，材料性質(zhì)發(fā)生顯著變化。玻璃態(tài)橡膠態(tài)硬而脆柔軟而有彈性低流動性高流動性高強度低強度Tg是高分子材料的重要性能指標(biāo)，影響其使用溫度范圍和加工性能。2.3熔融溫度熔融溫度是高分子材料從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度，也稱為熔點。熔融溫度是衡量高分子材料熱穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，也是決定其加工工藝和應(yīng)用范圍的重要因素。2.4結(jié)晶度結(jié)晶度是指高分子材料中結(jié)晶區(qū)域所占的比例。結(jié)晶度越高，材料的強度、硬度、耐熱性等性能越好，但加工性能會降低。3.高分子材料的加工工藝高分子材料的加工工藝是指將高分子材料從原材料轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的過程。加工工藝的選擇取決于高分子材料的性質(zhì)、產(chǎn)品的形狀和尺寸以及生產(chǎn)成本等因素。3.1擠出成型1原料塑料顆粒2加熱熔融狀態(tài)3擠出連續(xù)不斷4冷卻固化成型擠出成型是一種將熱塑性塑料顆粒加熱熔融后，通過模具擠出成型的方法。常用的擠出成型設(shè)備包括擠出機和模具。擠出成型工藝簡單，生產(chǎn)效率高，適用于生產(chǎn)各種形狀的制品，例如管材、板材、薄膜等。3.2注射成型1注射成型簡介注射成型是一種常用的塑料成型方法，在塑料工業(yè)中占有重要地位。2注射成型過程將熱塑性塑料熔融后，通過注射機將熔體注入模具型腔中，冷卻固化后獲得塑料制品。3注射成型應(yīng)用注射成型廣泛應(yīng)用于制造各種塑料制品，例如瓶子、玩具、工具、電子設(shè)備外殼等。3.3壓縮成型1粉末預(yù)處理材料經(jīng)過粉碎、干燥和混合等步驟2模具預(yù)熱模具加熱至特定溫度，有利于材料流動和成型3充填將粉末材料填充到模具中4加壓對材料施加高壓，使粉末緊密結(jié)合5冷卻定型冷卻模具，使產(chǎn)品固化成型壓縮成型是一種通過對粉末材料施加壓力使其塑化并成型的加工方法。該方法廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)塑料制品、橡膠制品、陶瓷制品等。3.4吹塑成型預(yù)成型將塑料顆粒熔融后擠出成型管狀的預(yù)成型坯料。吹脹將預(yù)成型坯料放置在模具中，用壓縮空氣吹脹成型。冷卻定型吹脹后的坯料在模具中冷卻定型，得到最終的吹塑制品。3.5熱成型加熱塑形將塑料片材加熱至軟化狀態(tài)，然后使用模具將其塑造成所需的形狀。真空成型在模具上施加真空，使軟化的塑料片材緊貼模具表面，從而形成產(chǎn)品形狀。冷卻固化冷卻塑料片材，使其固化并保持成型的形狀。高分子材料的應(yīng)用高分子材料在現(xiàn)代生活中無處不在，它們應(yīng)用廣泛，對我們生活產(chǎn)生巨大影響。4.1塑料制品玩具塑料玩具種類繁多，包括積木、玩偶、模型等，價格低廉，深受兒童喜愛。包裝塑料廣泛應(yīng)用于食品、日用品等各種商品的包裝，具有輕便、防水、耐腐蝕等優(yōu)點。家具塑料家具輕便耐用，易于清洗，價格相對低廉，適合現(xiàn)代家居環(huán)境。4.2橡膠制品輪胎橡膠是輪胎的主要成分，提供耐磨性和抓地力，確保車輛安全行駛。密封件橡膠的彈性和密封性能，在各種機械設(shè)備中用作密封件，防止泄漏和磨損。橡膠手套橡膠手套具有耐酸堿、耐油脂的特性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域。4.3纖維制品天然纖維棉花、羊毛、麻等天然纖維具有柔軟、吸濕、透氣等特點，廣泛用于紡織服裝、地毯等領(lǐng)域。合成纖維尼龍、滌綸、腈綸等合成纖維具有強度高、耐磨、易洗等優(yōu)點，廣泛用于服裝、繩索、地毯等領(lǐng)域。4.4復(fù)合材料增強型機械性能復(fù)合材料利用多種材料的優(yōu)勢，例如高強度纖維和樹脂基體，創(chuàng)建出性能優(yōu)異的材料。輕質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的密度低，同時保持高強度，使其成為輕量化設(shè)計的理想選擇。多功能應(yīng)用復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、建筑、能源和電子等領(lǐng)域。5.高分子材料的環(huán)保問題高分子材料的環(huán)保問題是一個重要議題。高分子材料的生產(chǎn)、使用和處置都可能對環(huán)境造成影響。5.1可降解高分子材料11.生物降解可被微生物分解，最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和生物質(zhì)，對環(huán)境友好。22.光降解在光照作用下，材料結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，最終降解成小分子。33.水解在水的作用下，材料分子鏈斷裂，最終降解成小分子。44.熱降解在高溫下，材料分子鏈斷裂，最終降解成小分子。5.2高分子材料的再利用和回收機械回收將廢舊高分子材料通過粉碎、清洗、熔融等工藝，重新制成新的材料或制品?；瘜W(xué)回收利用化學(xué)方法將廢舊高分子材料分解為單體或小分子，再合成新的材料或制品。能量回收將廢舊高分子材料焚燒發(fā)電，或?qū)⑺鼈冏鳛槿剂鲜褂谩Ｉ锝到饫梦⑸飳U舊高分子材料分解成無害物質(zhì)，減少環(huán)境污染。5.3高分子材料的環(huán)境影響高分子材料的廢棄物會造成環(huán)境污染。塑料制品難以自然分解，會堆積成垃圾，污染土壤和水資源。高分子材料的生產(chǎn)和燃燒會產(chǎn)生有害氣體。例如，燃燒塑料會釋放二氧化碳等溫室氣體，加劇全球氣候變暖。廢棄塑料會對海洋生物造成危害。海洋生物誤食塑料制品，或者被塑料制品纏繞，造成死亡。高分子材料的未來發(fā)展趨勢高分子材料是現(xiàn)代科技進(jìn)步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在未來的發(fā)展中將會展現(xiàn)出更加廣闊的應(yīng)用前景?？茖W(xué)家們致力于開發(fā)具有更高性能、更低成本、更環(huán)保的高分子材料。這些新材料將會在各個領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，例如航空航天、醫(yī)療健康、能源環(huán)保等。6.1智能高分子材料響應(yīng)性材料智能高分子材料可以對環(huán)境變化做出響應(yīng)，例如溫度、pH值或光照。改變自身形狀、顏色或性能。自修復(fù)材料智能高分子材料可以修復(fù)因磨損或破裂造成的損傷，延長材料壽命。醫(yī)療應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域，智能高分子材料可以用于藥物釋放、組織工程和生物傳感器?？纱┐髟O(shè)備在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，智能高分子材料可以用于柔性顯示器、傳感器和能量存儲。6.2生物基高分子材料11.可再生資源生物基高分子材料來自可再生資源，如植物、動物和微生物。22.環(huán)境友好生物基高分子材料具有可生物降解性，減少環(huán)境污染。33.廣泛應(yīng)用生物基高分子材料應(yīng)用于包裝、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域。44.未來展望生物基高分子材料將成為未來材料發(fā)展的重要方向。6.3功能性高分子材料導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電高分子材料具有導(dǎo)電性，可用作電子器件的材料。例如，聚乙炔、聚吡咯和聚苯胺。光學(xué)高分子材料光學(xué)高分子材料具有特殊的光學(xué)性能，用于光學(xué)器件。例