機(jī)械工程材料第九章.ppt

1、第九章 高分子材料,第一節(jié) 概述,一、高分子材料的基本概念 高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。常稱聚合物或高聚物。 高分子化合物的分子量一般104 。 高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工業(yè)用高分子材料主要是人工合成的。,1、高分子化合物的組成 由簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成。如由乙烯合成聚乙烯: CH2=CH2+CH2=CH2+-CH2-CH2-CH2-CH2- ,組成聚合物的低分子化合物稱為單體。 聚合物的分子為很長(zhǎng)的鏈條，稱為大分子鏈。,聚乙烯分子鏈,2 、高分子材料的分類 按用途分塑料、橡膠、纖維、膠粘劑、涂料等。 按聚合物反應(yīng)類型分為加聚物和縮聚物。 按聚合物的熱行為分為

2、熱塑性聚合物和熱固性聚合物 按主鏈上的化學(xué)組成分為碳鏈聚合物、雜鏈聚合物和元素有機(jī)聚合物,二、高分子材料的結(jié)構(gòu),1、大分子鏈的結(jié)構(gòu) 大分子鏈的柔順性 大分子鏈主鏈共價(jià)鍵有一定鍵長(zhǎng)和鍵角，保持鍵長(zhǎng)和鍵角不變時(shí)單鍵可任意旋轉(zhuǎn)，稱單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。,內(nèi)旋轉(zhuǎn)使大分子鏈卷曲成各種不同形狀，對(duì)外力有很大的適應(yīng)性，這種特性稱為大分子鏈的柔順性。 柔順性與單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)的難易程度有關(guān)。, 大分子鏈的形狀 按照大分子鏈的幾何形狀，可將高分子化合物分為線型結(jié)構(gòu)、支鏈型結(jié)構(gòu)和體型結(jié)構(gòu)。 線型結(jié)構(gòu)高聚物的彈性、塑性好，硬度低，是熱塑性材料。支鏈型結(jié)構(gòu)近于線型結(jié)構(gòu) 。體型結(jié)構(gòu)高聚物硬度高，脆性大，無彈性和塑性，是熱固性材料。,

3、2、高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 固態(tài)高聚物分為晶態(tài)和非晶態(tài)兩大類，晶態(tài)為分子鏈排列規(guī)則的部分，而排列不規(guī)則的部分為非晶態(tài)。,一個(gè)大分子鏈可以穿過幾個(gè)晶區(qū)和非晶區(qū)。晶區(qū)熔點(diǎn)、密度、強(qiáng)度、硬度、剛性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性高，而彈性、塑性、沖擊強(qiáng)度下降。,三、高分子材料的力學(xué)狀態(tài),1、線型非晶態(tài)高分子材料的力學(xué)狀態(tài) 玻璃態(tài)：低溫下，鏈段不能運(yùn)動(dòng)。在外力作用下，只發(fā)生大分子原子的微量位移，產(chǎn)生少量彈性變形。,高聚物呈玻璃態(tài)的最高溫度稱玻璃化溫度，用Tg表示。用于這種狀態(tài)的材料有塑料和纖維。,線型非晶態(tài)高聚物的溫度-變形曲線, 高彈態(tài)：溫度高于Tg，分子活動(dòng)能力增加，受力時(shí)產(chǎn)生很大彈性變形。用于這種狀態(tài)高聚物是橡

4、膠。 粘流態(tài)：由于溫度高，分子活動(dòng)能力很大，在外力作用下，大分子鏈可以相對(duì)滑動(dòng)。粘流態(tài)是高分,子材料的加工態(tài)，大分子鏈開始發(fā)生粘性流動(dòng)的溫度稱粘流溫度，用Tf表示。,線型非晶態(tài)高聚物的溫度-變形曲線,2、線型晶態(tài)高分子材料的力學(xué)狀態(tài) 分為一般分子量和很大分子量?jī)煞N情況。一般分子量的高聚物在低溫時(shí)，鏈段不能活動(dòng)，變形小，在 Tm 以下與非晶態(tài)的玻璃相似，高于Tm 則進(jìn)入粘流態(tài)。分子量很大的晶態(tài)存高聚物在高彈態(tài)。,部分結(jié)晶高聚物在非晶區(qū)Tg與晶區(qū)T m 間,非晶區(qū)柔性好,晶區(qū)剛性好,處于韌性狀態(tài),即皮革態(tài)。,線型晶態(tài)高聚物的溫度-變形曲線,第二節(jié) 高分子工程材料,高分子工程材料包括塑料、合成纖維、

5、橡膠和膠粘劑等。本節(jié)主要介紹工程上常用的高分子工程材料。,一、工程塑料,塑料是在玻璃態(tài)下使用的高分子材料。在一定溫度、壓力下可塑制成型，在常溫下能保持其形狀不變。 1、工程塑料概述 塑料的組成,塑料是以樹脂為主要成分，加入各種添加劑。 樹脂是塑料的主要成分，對(duì)塑料性能起決定性作用。,塑料制品,添加劑是為改善塑料某些性能而加入的物質(zhì)。 填料主要起增強(qiáng)作用； 增塑劑用于提高樹脂的可塑性和柔軟性； 固化劑用于使熱固性樹脂由線型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w型結(jié)構(gòu)； 穩(wěn)定劑用于防止塑料老化，延長(zhǎng)其使用壽命； 潤(rùn)滑劑用于防止塑料加工時(shí)粘在模具上, 使制品光亮； 著色劑用于塑料制品著色。 其他的還有發(fā)泡劑、催化 劑、阻燃劑

6、、抗靜電劑等。,添加劑, 塑料的分類 按樹脂受熱時(shí)行為可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。 按使用范圍可分為通用塑料、工程塑料和特種塑料。 通用塑料產(chǎn)量大、價(jià)格低、用途廣。 工程塑料力學(xué)性能高，耐熱、耐蝕性能好。,特種塑料是指具有某些特殊性能如耐高溫、耐腐蝕的塑料，這類塑料產(chǎn)量少，價(jià)格貴，只用于特殊需要的場(chǎng)合。,熱固性塑料制品, 塑料的性能特點(diǎn) 塑料的優(yōu)點(diǎn)： 相對(duì)密度小(一般為0.9 2.3)；耐蝕性、電絕緣性、減摩、耐磨性好；有消音吸振性能 。,塑料的缺點(diǎn)： 剛性差(為鋼鐵材料的1/1001/10)，強(qiáng)度低；耐熱性差、熱膨脹系數(shù)大（是鋼鐵的10倍）、導(dǎo)熱系數(shù)小(只有金屬的1/2001/600)；蠕

7、變溫度低、易老化。,2、常用工程塑料 一般結(jié)構(gòu)用塑料 包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。 聚丙烯具有優(yōu)良的綜合性能，可制造各種機(jī)械零件。 ABS塑料 “堅(jiān)韌、質(zhì)硬、剛性” ，應(yīng)用廣泛。,聚酰胺又稱尼龍或綿綸，強(qiáng)度較高，耐磨、自潤(rùn)滑性好，廣泛用作機(jī)械、化工及電氣零件。 聚甲醛具有優(yōu)良的綜合性能，廣泛用于汽車機(jī)床、化工、電氣儀表、農(nóng)機(jī)等工業(yè) 。,聚碳酸酯具有優(yōu)良的機(jī)械性能，透明無毒，應(yīng)用廣泛。, 摩擦傳動(dòng)零件用塑料 包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。,聚四氟乙烯俗稱“塑料王”，具有極優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定

8、性和熱穩(wěn)定性以及優(yōu)越的電性能，幾乎不受任何化學(xué)藥品的腐蝕，摩擦系數(shù)極低，只有0.04。缺點(diǎn)是強(qiáng)度低、加工性差。主要用于減摩密封件、化工耐蝕件與熱交換器以及高頻或潮濕條件下的絕緣材料。, 耐蝕用塑料 耐蝕用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。 氯化聚醚的化學(xué)穩(wěn)定性僅次于聚四氟乙烯，但工藝性比聚四氟乙烯好，成本低。在化學(xué)工業(yè)和機(jī)電工業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，如化工設(shè)備零件、管道、襯里等。,氯化聚醚防腐蝶閥, 耐高溫件用塑料 有聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚酰亞胺(PI)及氟塑料等。 聚砜的熱穩(wěn)定性高是其,聚酰亞胺層壓板,最突出的特點(diǎn)。使用溫度達(dá)150174。用于機(jī)械設(shè)備等工業(yè)。 聚苯醚具有良好的綜合性能,用于機(jī)電等方面。 聚酰亞胺在260下可長(zhǎng)期使用。主要用于特殊條件下使用的精密零件。, 熱固性塑料 熱固性塑料是在樹脂中加入固化劑壓制成型而形成的體形聚合物。 酚醛塑料是以酚醛樹脂為基，加入填料及其他添加劑而制成。廣泛用于制作各種電訊器材和電木制品（如插座、開關(guān)等），耐熱絕緣部件及各種結(jié)構(gòu)件。,電器配件,二、合成橡膠,橡膠是以高分子化合物為基礎(chǔ)的具有高彈性的材料。 1、橡膠的組成和性能特點(diǎn) 工業(yè)用橡膠由生膠和橡膠配合劑組成。生膠無配合劑并未經(jīng)硫化。橡膠配合劑有硫化劑、硫化促進(jìn)劑、防老劑、軟化