【正文】 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 1 Ch10 非金屬材料 167。 1 高分子材料的基礎知識 167。 2 高分子材料 167。 3 陶瓷 167。 4 復合材料 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 2 一、高分子化合物的組成與結構（ 1） 高分子化合物是由大量的大分子構成的 ， 高分子化合物又稱 高聚物 或聚合物 。 由于分子的化學組成及聚集狀態(tài)不同 ， 而形成性能各異的高聚物 。 組成高分子化合物的低分子化合物稱為 單體 。 大分子鏈中的重復單元稱為 鏈節(jié) ， 鏈節(jié)的重復數(shù)目稱為 聚合度 。 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 3 一、高分子化合物的組成與結構（ 2） 相對分子質量 :M=m n 其中 (m)為相對分子質量 (n)為聚合度 。 由于聚合度的不同，因此高分子化合物的相對分子質量是一個平均值。 例如 :聚氯乙烯是由氯乙烯重復連接而成，其單體為 [CH2=CHCl]， 鏈節(jié)為 [CH2CHCl] ， m=， n為800~2400， M約為 50000~150000。 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 4 一、高分子化合物的組成與結構（ 3） 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 5 一、高分子化合物的組成與結構（ 4） 聚 合 反 應： 低分子化合物合成為高分子化合物的反應 聚合反應類型： 加成聚合反應 （ 簡稱加聚 ） 縮合聚合反應 （ 簡稱縮聚 ） 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 6 一、高分子化合物的組成與結構（ 4） 加成聚合反應 （ 簡稱加聚 ） ： 由一種或幾種不飽合單體借助于引發(fā)劑 ， 在熱 、 光或輻射的作用下活化產(chǎn)生自由基 ， 不飽和鍵打開 ， 相互加成而連接成大分子鏈的這種反應稱為加聚反應 。 若加聚反應的單體為一種 ， 反應稱為 均聚 反應 ， 產(chǎn)品為均聚物；若單體為兩種或兩種以上 ， 反應稱為 共聚 反應 ， 產(chǎn)品為共聚物 。 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 7 一、高分子化合物的組成與結構（ 4） 加成聚合反應 （ 簡稱加聚 ） ： 均聚 反應： 共聚 反應： 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 8 一、高分子化合物的組成與結構（ 4） 縮合聚合反應 （ 簡稱縮聚 ） ： 由含有兩種或兩種以上單體相互縮合聚合而形成聚合物的反應稱為縮聚反應 ， 同時會析出水 、 氨 、 醇 、氯化氫等小分子物質 。 若縮聚反應的單體為一種 ， 反應稱為 均縮聚 反應 ，產(chǎn)品為均縮聚物；若縮聚反應的單體為多種 ， 反應稱為 共縮聚 反應 ， 產(chǎn)品為共縮聚物 。 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 9 一、高分子化合物的組成與結構（ 4） 縮合聚合反應 （ 簡稱縮聚 ） ： 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 10 一、高分子化合物的組成與結構（ 5） 大分子鏈的結構形態(tài)： 線型： 長徑比 1000:1， 具有良好的彈性和塑性 ， 可溶解或溶脹 ， 加熱可融化或軟化；易于加工成形 ， 可重復使用 。 熱塑性塑料 PE、 PVC等 體型： 網(wǎng)狀結構 ， 不溶不熔 ， 具有良好的耐熱性和強度 ， 但脆性大 ， 彈性塑性低 ， 不能重復使用 。 熱固性樹脂 — 酚醛樹脂等 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 11 一、高分子化合物的組成與結構（ 6） 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 12 二、高分子的聚集態(tài)及性能 (晶態(tài)、非晶態(tài) ) 線型聚合物固化時可以結晶 ， 但由于分子鏈運動較困難 ， 不可能完全結晶 。 所以晶態(tài)聚合物實際為 晶區(qū) （ 分子有規(guī)律排列 ） 和 非晶區(qū) （ 分子無規(guī)律排列 ） 兩相結構 ， 一般結晶度 （ 晶區(qū)所占有的重量百分比 ） 只有 50%～ 85%， 特殊情況可達到 98%。 在結晶聚合物中 ， 晶區(qū)與非晶區(qū)相互穿插 ， 緊密相連 ， 一個大分子鏈可以同時穿過許多晶區(qū)和非晶區(qū) 。 結晶度： 晶區(qū)所占的面積 。 結晶度越大材料的強度 、硬度 、 剛性高 ， 但彈性 、 伸長率低 。 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 13 二、高分子的聚集態(tài)及性能 (晶態(tài)、非晶態(tài) ) 聚合物凝固時 ， 分子不能規(guī)則排列 ， 呈長程無序 、 近程有序狀態(tài) 。 非晶態(tài)聚合物分子鏈的活動能力大 ， 彈性和塑性較好 。 由于其聚集態(tài)結構態(tài)是均相的 ， 因而材料各個方向的性能是相同的 。 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 14 二、高分子的聚集態(tài)及性能 (晶態(tài)、非晶態(tài) ) 167。 1 高分子材料的基礎知識 晶 區(qū) 非晶區(qū) 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 15 三、高聚物的三態(tài) 玻璃態(tài)：塑 料 高彈態(tài)：橡 膠 粘流態(tài)：粘結劑 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 16 三、高聚物的三態(tài) 只有 Tm轉變溫度， Tm既是熔點，又是 粘流轉變溫度。 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 17 四、高聚物的性能 高彈性： 彈性隨溫度而升高而增大。橡膠 粘彈性： 受力同時發(fā)生高彈性變形和粘性流動。 蠕 變 —— 隨時間的延長形變增加 應 力 松 弛 —— 應力隨時間延長而減小 滯后與內耗 —— 應變落后于應力的變化 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 18 四、高聚物的性能 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 19 四、高聚物的性能 強 度： 一般低于 100MPa， 比金屬材料低得很多。密度很小，鋼的 1/4～ 1/8，比強度高。 斷 裂： 在一定的介質中 、 在小應力下即可斷裂 ， 稱為環(huán)境應力斷裂 。 韌 性： 脆性小于 ， 韌性大于 耐磨性： 硬度低 ， 但耐磨性高 。 摩擦系數(shù)小 ， 有些還具有自潤滑性性能 。 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 20 四、高聚物的性能 高聚物在受熱過程中，大分子鏈和鏈段容易產(chǎn)生運動，因此其耐熱性較差。由于高聚物內部無自由電子，因此具有低的導熱性能。高聚物的線膨脹系數(shù)也較大。 導熱系數(shù)： 金屬的 1/5001/600 膨脹系數(shù)： 比金屬大 310倍 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 21 四、高聚物的性能 高聚物內原子間以共價鍵相連，沒有自由電子和離子，因此介電常數(shù)小、介電損耗低，具有高有絕緣性。 高聚物不發(fā)生電化學反應，也不易與其它物質發(fā)生化學反應。具有較高的化學穩(wěn)定性，對酸、堿溶液具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。 167。 1 高分子材料的基礎知識 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 22 一、塑 料（組成） 塑料的組成：合成樹脂＋填充劑 、 增塑劑 、 穩(wěn)定劑 、潤滑劑 、 固化劑 、 發(fā)泡劑 、 著色劑 、 阻燃劑 、 防老化劑等制成的 。 （ 1） 樹脂 在塑料中起膠粘各組分的作用 ， 占塑料的40%～ 100%。 如聚乙烯 、 尼龍 、 聚氯乙烯 、 聚酰胺 、酚醛樹脂等 。 大多數(shù)塑料以所用樹脂命名 。 （ 2） 填充劑 用來改善塑料的某些性能 。 常用填充劑有云母粉 、 石墨粉 、 炭粉 、 氧化鋁粉 、 木屑 、 玻璃纖維 、碳纖維等 。 167。 2 高分子材料 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 23 一、塑 料（組成） （ 3） 增塑劑 用來增加樹脂的塑性和柔韌性 。 常用增塑劑有甲酸酯類 、 磷酸酯類 、 氯化石蠟等 。 （ 4） 穩(wěn)定劑 包括熱穩(wěn)定劑和光穩(wěn)定劑 。 常用熱穩(wěn)定劑有硬酯酸鹽 、 環(huán)氧化合物和鉛的化合物等 。 光穩(wěn)定劑有炭黑 、 氧化鋅等遮光劑 。 （ 5） 潤滑劑 用來防止塑料粘在模具或其它設備上 。常用潤滑劑有硬酯酸 、 鹽類等 。 167。 2 高分子材料 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 24 一、塑 料（組成） （ 6） 固化劑 能將高分子化合物由線型結構轉變?yōu)轶w型交聯(lián)結構的物質 ， 如六次甲基四胺 、 過氧化二苯甲酰等 。 （ 7） 發(fā)泡劑 受熱時會分解放出氣體的有機化合物 ， 用于制備泡沫塑料等 。 常用發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺 。 167。 2 高分子材料 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 25 一、塑 料（分類） （ 1）按塑料受熱時的性質分： 熱塑性塑料 受熱時軟化或熔融 、 冷卻后硬化 ， 并可反復多次進行 。 它包括聚乙烯 、 聚氯乙烯 、 聚苯乙烯 、 聚丙烯 、 聚酰胺 、 聚甲醛 、 聚碳酸酯 、 聚苯醚 、 聚砜 、 聚四氟乙烯等 。 熱固性塑料 在加熱 、 加壓并經(jīng)過一定時間后即固化為不溶 、 不熔的堅硬制品 ， 不可再生 。 常用熱固性塑料有酚醛樹脂 、 環(huán)氧樹脂 、 氨基樹脂 、 呋喃樹脂 、 有機硅樹脂等 。 167。 2 高分子材料 第十章 非金屬材料 機電工程學院 趙占西 2020年 6月 30日星期二 26 一、塑 料（分類） （ 2） 按塑料的功能和用途分： 通用塑料： 產(chǎn)量大用途廣價格低的塑料 。 主要包括聚乙烯 、 聚氯乙烯 、 聚苯乙烯 、 聚丙烯 、 酚醛塑料 、 氨基塑料等 ， 產(chǎn)量占塑料總產(chǎn)量的 75%以上 。 工程塑料： 具有較高性能 ， 能替