1、SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第七章第七章 高分子材料高分子材料POLYMER MATERIALSSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第一节第一节 概述概述OUTLINESCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY高分子材料高分子材料 以以相对分子质量相对分子质量大于大于5000的高
2、的高分子化合物为主要组成物的材料分子化合物为主要组成物的材料有机高分子材料有机高分子材料 由相对分子质量大于由相对分子质量大于 并以并以C、H 元素为主的有机化合物组成的材料元素为主的有机化合物组成的材料104相对分子质量相对分子质量：物质的平均质量与核素：物质的平均质量与核素1212C C原子原子质量的质量的1/121/12之比之比SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY高高分分子子材材料料有机高有机高 分子材料分子材料 无机高无机高分子材料分子材料相对分子质量大于相对分子质量大于104，以
3、，以碳、氢为主的有机化合物碳、氢为主的有机化合物天然天然松香、淀粉松香、淀粉、蛋白质、天然蛋白质、天然橡胶橡胶人工合成人工合成塑料、合成纤塑料、合成纤维、合成橡胶、维、合成橡胶、粘合剂、涂料粘合剂、涂料分子组成中无碳元素分子组成中无碳元素硅酸盐、玻璃、陶瓷中的长分硅酸盐、玻璃、陶瓷中的长分子链子链SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 1.1.高分子链的组成高分子链的组成1)1)高分子链高分子链 一种或几种简单的低分子化合物一种或几种简单的低分子化合物 通过通过共价键共价键重复连接而成的链重
4、复连接而成的链如，聚乙烯：如，聚乙烯：CH2CH2CH22)2)单体单体 构成高分子链的低分子化合物构成高分子链的低分子化合物如，聚乙烯的单体如，聚乙烯的单体乙烯乙烯：CH2CH23)3)链节链节 高分子链中的重复结构单元高分子链中的重复结构单元如，聚乙烯的链节：如，聚乙烯的链节：CH2CH2 4)4)聚合度聚合度 高分子链中链节的重复次数高分子链中链节的重复次数如，聚乙烯：如，聚乙烯：CH2CH2 n 一、一、高分子材料的合成高分子材料的合成 Synthesis of polymer materialsSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING O
5、F XIAN JIAOTONG UNIVERSITYn(CH2=CH2)PolymerizationCH2CH2 nCH2=CH2monomerchainDegree of PolymerizationethylenepolyethyleneSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY一个一个大分子的相对分子质量大分子的相对分子质量（Mr）是链节相对分）是链节相对分子质量（子质量（Mr0）与聚合度）与聚合度n n的乘积的乘积0rrMnM高分子材料由大量大分子链聚集而成，而大分子链高分子材料由大量大
6、分子链聚集而成，而大分子链的长短（的长短（n n）并不相同，故）并不相同，故高分子材料的相对分子质高分子材料的相对分子质量是一个平均值量是一个平均值：rM相对分子质量对高分子材料性能的影响相对分子质量对高分子材料性能的影响 平均相对分子质量愈大，材料的粘度愈大，强度、硬度愈高；平均相对分子质量愈大，材料的粘度愈大，强度、硬度愈高；反之，则流动性愈好。反之，则流动性愈好。平均相对分子质量相同时，平均相对分子质量相同时，Mr的分布愈宽，流动性愈好，成的分布愈宽，流动性愈好，成型加工温度范围愈宽；分布窄的高分子材料成型性较差，但型加工温度范围愈宽；分布窄的高分子材料成型性较差，但耐冲击、耐疲劳性好。
7、耐冲击、耐疲劳性好。SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 在单体一定时，在单体一定时，n增加，则聚合物的相对分子质量增加，则聚合物的相对分子质量增大，其强度和粘度也增高增大，其强度和粘度也增高 强度和粘度过高会造成加工成型困难，一般商用强度和粘度过高会造成加工成型困难，一般商用高分子材料高分子材料n=2002000，相对分子质量为，相对分子质量为21042105聚合度对高分子材料性能的影响聚合度对高分子材料性能的影响SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGIN
8、EERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY5)5)高分子链的分类高分子链的分类(1)(1)碳链高分子碳链高分子主链全部由主链全部由 C 原子以共价键连接原子以共价键连接 而成的高分子链而成的高分子链如，聚乙烯：如，聚乙烯：(2)(2)杂链高分子杂链高分子主链中除主链中除 C 原子外，还有其他原原子外，还有其他原 子的高分子链子的高分子链如，如，CCOCC(3)(3)元素链高分子元素链高分子主链中无主链中无 C 原子的高分子链原子的高分子链如，如，SiOSiCCCH H HH H H如，聚甲醛，如，聚甲醛，聚碳酸酯聚碳酸酯如，二甲基硅橡胶如，二甲基硅橡胶SCHOOL O
9、F MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2.2.聚合反应的类型聚合反应的类型1)1)加聚反应加聚反应 由一种或多种单体相互加成而连接由一种或多种单体相互加成而连接 成聚合物的反应，生成加聚物成聚合物的反应，生成加聚物如，如，乙烯乙烯聚乙烯：聚乙烯：CCH H H H CCCH H HH H H一旦开始就迅速连续进行，不停留在反应的中间阶段，一旦开始就迅速连续进行，不停留在反应的中间阶段，直到形成最终产品直到形成最终产品链结和单体的化学结构相同链结和单体的化学结构相同没有低分子物质产生没有低分子物质产生加聚反
10、应的特点加聚反应的特点SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY2)2)缩聚反应缩聚反应 由一种或多种单体相互混合而连接由一种或多种单体相互混合而连接 成聚合物，同时析出某种低分子物成聚合物，同时析出某种低分子物 质的反应，生成缩聚物和副产品质的反应，生成缩聚物和副产品如，对苯二甲酸脂如，对苯二甲酸脂 +乙二醇乙二醇 聚脂纤维聚脂纤维 +甲醇甲醇高分子链高分子链副副产产品品SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG U
11、NIVERSITY在形成高聚物的同时，有水、氨、卤化氢、醇等低在形成高聚物的同时，有水、氨、卤化氢、醇等低分子物质析出分子物质析出高聚物与单体的组成不同高聚物与单体的组成不同缩聚可在中间阶段停留，得到中间产品缩聚可在中间阶段停留，得到中间产品缩聚反应的特点缩聚反应的特点酚醛树脂、环氧树脂、聚酰胺、有机硅树脂等都是酚醛树脂、环氧树脂、聚酰胺、有机硅树脂等都是缩聚物缩聚物SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY由一种单体合成的高聚物由一种单体合成的高聚物如聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙如聚乙烯、聚氯乙烯、
12、尼龙6等等均聚物均聚物共聚物共聚物由两种或两种以上单体合成的高聚物由两种或两种以上单体合成的高聚物如丙烯腈（如丙烯腈（A）-丁二烯（丁二烯（B）-苯乙烯（苯乙烯（S）共聚物（共聚物（ABS塑料）、尼龙塑料）、尼龙66等。等。SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2.2.高分子链的形态高分子链的形态 二、高分子链的结构二、高分子链的结构 Structure of polymer chain高分子链中为共价键高分子链中为共价键高分子链与链之间为范德瓦尔斯力和氢键高分子链与链之间为范德瓦尔斯力和
13、氢键 1.1.高分子材料的结合键高分子材料的结合键体型体型(网型或交联型网型或交联型)线型线型支化形支化形线形线形主价力主价力 次价力次价力SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY15各链节以共价键连接成线型长链分子。在长链的两各链节以共价键连接成线型长链分子。在长链的两侧没有支链，这种分子链结构称为线型结构或链状侧没有支链，这种分子链结构称为线型结构或链状结构。直径几个埃，长度几千几万埃，像一根长结构。直径几个埃，长度几千几万埃，像一根长线，一般不是直线线，一般不是直线伸直型伸直型卷曲型卷曲
14、型线团型线团型线型分子链线型分子链SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY单体中碳链一边的某个单体中碳链一边的某个H原子被其它原子团取代，原子被其它原子团取代，形成形成取代基取代基，而这种取代基又能随后继续增长，而这种取代基又能随后继续增长，从而形成不同的支链从而形成不同的支链梳型支链梳型支链树根型支链树根型支链线团型支链线团型支链支化型分子链支化型分子链SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSIT
15、Y在线型或支化型分子链间，沿横向通过链节以共价在线型或支化型分子链间，沿横向通过链节以共价键连接起来，产生交联而成的三维网状大分子结构键连接起来，产生交联而成的三维网状大分子结构体型网状结构体型网状结构体型（网型或交联型）分子链体型（网型或交联型）分子链SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY分子链的形态对聚合物的性能的影响分子链的形态对聚合物的性能的影响线型和支化型分子链线型和支化型分子链构成的聚合物称线型聚合物，构成的聚合物称线型聚合物，一般具有一般具有高弹性高弹性和热和热塑性塑性体型分子
16、链体型分子链构成的聚合物称体型聚合物，一般具有构成的聚合物称体型聚合物，一般具有较高的较高的强度强度和和热固性热固性交联使聚合物产生老化，使聚合物丧失弹性、变硬、交联使聚合物产生老化，使聚合物丧失弹性、变硬、变脆变脆热塑性高聚物热塑性高聚物加热软化或熔融，冷却固化的过程可反复进行的高聚物加热软化或熔融，冷却固化的过程可反复进行的高聚物热固性高聚物热固性高聚物经加热、加压成型后，不能再熔或再成型的高聚物经加热、加压成型后，不能再熔或再成型的高聚物SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2.2.
17、高分子链的空间构型高分子链的空间构型高分子链的高分子链的空间构型空间构型指高分子链中原子或原子团在空指高分子链中原子或原子团在空间的排列形式，即间的排列形式，即链结构链结构1 1）高分子链的侧基都是）高分子链的侧基都是H原子时，链节的键接顺序可原子时，链节的键接顺序可以是任意的，排列方式是唯一的。如聚乙烯以是任意的，排列方式是唯一的。如聚乙烯 C C C C HHHHHHHHSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY2 2）若高分子链的侧基有其它的原子或原子团，链节的键）若高分子链的侧基有其它的
18、原子或原子团，链节的键接顺序不止一种接顺序不止一种以乙烯类聚合物为例，其分子通式为：R 为非为非H的其它原子或原子团，的其它原子或原子团，称为取代基。若称为取代基。若R为为Cl，则为聚氯，则为聚氯乙烯；乙烯；R为苯环，则为聚苯乙烯为苯环，则为聚苯乙烯C*为带有不对称取代基的碳原子为带有不对称取代基的碳原子 C C*HHHRn立体异构立体异构R沿主链排列的位置不同时，分子链便有不同沿主链排列的位置不同时，分子链便有不同的空间构型。化学成分相同而具有不同空间构型的现象称的空间构型。化学成分相同而具有不同空间构型的现象称为高分子材料的为高分子材料的立体异构立体异构（类似于金属中的同素异构）（类似于金
19、属中的同素异构）SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY最简单的高分子材料乙烯类高聚物有三种立体异构最简单的高分子材料乙烯类高聚物有三种立体异构 ：全同立构全同立构、间同立构间同立构、无规立构无规立构全同立构全同立构SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY间同立构间同立构无规立构无规立构SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JI
20、AOTONG UNIVERSITY链节的连接顺序还可有不同的排列方法，如乙烯类链节的连接顺序还可有不同的排列方法，如乙烯类聚合物在聚合物在全同立构全同立构中有以下排列方法中有以下排列方法头头-尾相接尾相接尾尾-尾相接尾相接SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY聚合物的分子链中如果有不对称取代基，就聚合物的分子链中如果有不对称取代基，就可能有不同的链结构可能有不同的链结构分子链的空间构型对聚合物的性能有显著影分子链的空间构型对聚合物的性能有显著影响响全同立构和间同立构聚合物容易结晶，具有全同立
21、构和间同立构聚合物容易结晶，具有较好的性能，硬度、密度和软化温度都较高较好的性能，硬度、密度和软化温度都较高无规立构聚合物不容易结晶，性能较差，易无规立构聚合物不容易结晶，性能较差，易软化软化SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY3 3）共聚物的键接顺序更加复杂（以两个单体形成的）共聚物的键接顺序更加复杂（以两个单体形成的共聚物为例）共聚物为例）无规共聚无规共聚交替共聚交替共聚嵌段共聚嵌段共聚接枝共聚接枝共聚SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERIN
22、G OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 3.3.高分子链的构象与柔性高分子链的构象与柔性1 1）高分子链的构象）高分子链的构象构象构象由于单键由于单键内旋转内旋转使原子在空间排列方式不断发生使原子在空间排列方式不断发生变化而构成分子链的各种形象，称为高分子链的变化而构成分子链的各种形象，称为高分子链的构象构象内旋转内旋转在保持键角和键长在保持键角和键长不变的情况下，每不变的情况下，每个单键可绕邻近单个单键可绕邻近单键作旋转运动键作旋转运动SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSI
23、TY2 2）高分子链的柔性）高分子链的柔性柔性柔性由于高分子链的高频率单键内旋转使高分子链由于高分子链的高频率单键内旋转使高分子链很容易卷曲成线团状，在拉应力作用下，可将其伸展很容易卷曲成线团状，在拉应力作用下，可将其伸展拉直，外力去除后又缩回到原来的卷曲状态。高分子拉直，外力去除后又缩回到原来的卷曲状态。高分子链的这种特性称为高分子链的柔性链的这种特性称为高分子链的柔性分子链柔性对聚合物的性能影分子链柔性对聚合物的性能影响响一般柔性分子链聚合物的强度、硬度和熔点都较低，一般柔性分子链聚合物的强度、硬度和熔点都较低，但弹性和韧性好但弹性和韧性好刚性分子链聚合物则相反，其强度、硬度和熔点较刚性分
24、子链聚合物则相反，其强度、硬度和熔点较高，而弹性和韧性差高，而弹性和韧性差SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 三、高聚物的聚集态三、高聚物的聚集态 Aggregate state of polymers高聚物中大分子的排列和堆砌方式称为高聚物的高聚物中大分子的排列和堆砌方式称为高聚物的聚集态聚集态分子链在空间有规则排列称为分子链在空间有规则排列称为晶态晶态；分子链在空间无规则排列称为分子链在空间无规则排列称为非晶态非晶态，亦称，亦称无定无定型态型态或或玻璃态玻璃态；部分分子链在空间规则排
25、列称为部分分子链在空间规则排列称为部分晶态部分晶态SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY折叠链片晶折叠链片晶伸直链片晶伸直链片晶非晶态非晶态晶态晶态部分晶态部分晶态大多数高聚物都是部分晶态或完大多数高聚物都是部分晶态或完全非晶态。部分结晶高聚物中结全非晶态。部分结晶高聚物中结晶区域所占百分数称为晶区域所占百分数称为结晶度结晶度高聚物的结晶度一般为高聚物的结晶度一般为3080%，特殊情况下可达，特殊情况下可达98%结晶度结晶度SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND EN
26、GINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY晶态高聚物晶态高聚物因结晶使大分子链规则而紧密，因结晶使大分子链规则而紧密，分子间引力大，分子链运动困难，故其熔点、分子间引力大，分子链运动困难，故其熔点、密度、强度、刚度、耐热性和抗溶性高密度、强度、刚度、耐热性和抗溶性高非晶态高聚物非晶态高聚物分子链无规排列，活动能力大分子链无规排列，活动能力大，故其弹性、伸长率和韧性等性能好，故其弹性、伸长率和韧性等性能好部分晶态高聚物部分晶态高聚物性能介于上二者之间，且随性能介于上二者之间，且随结晶度增加，熔点、强度、密度、刚度、耐热结晶度增加，熔点、强度、密度、刚度、耐热性和抗
27、溶性提高，而弹性、伸长率及韧性降低性和抗溶性提高，而弹性、伸长率及韧性降低SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY玻璃态玻璃态高弹态高弹态粘流态粘流态塑料塑料 室温下处于室温下处于玻璃态的高分子材料玻璃态的高分子材料橡胶橡胶 室温下处于高弹室温下处于高弹态的高分子材料态的高分子材料 四、线型非晶态高聚物的物理状态四、线型非晶态高聚物的物理状态 Physical state of linear amorphous polymers线型非晶态高聚物的变形温度曲线示意图线型非晶态高聚物的变形温度曲线
28、示意图脆脆化化温温度度玻玻璃璃化化温温度度粘粘流流温温度度分分解解温温度度SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY玻璃态玻璃态TTg时，高聚物处于玻璃态。因温度低，分子热运动能力很弱，时，高聚物处于玻璃态。因温度低，分子热运动能力很弱，高聚物整个分子链和链段都不能运动，处于高聚物整个分子链和链段都不能运动，处于“冻结冻结”状态状态高弹态高弹态TgTTf时，高聚物处于粘流态，稍加外力就会产生明显的塑性变时，高聚物处于粘流态，稍加外力就会产生明显的塑性变形。因温度高，分子热运动加剧，不仅链段且整个
29、分子链运动，形。因温度高，分子热运动加剧，不仅链段且整个分子链运动，高聚物成为流动的粘液高聚物成为流动的粘液SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第二节第二节 高分子材料的高分子材料的性能特点性能特点PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF POLYMER MATERIALSSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 1.1.低强度和较高比强度低强度和较高比强度比强度较高的
30、原因：比重小比强度较高的原因：比重小MPab100分子链排列不规则分子链排列不规则含有杂质含有杂质内部有空穴内部有空穴内部有微裂纹内部有微裂纹强度较低的原因强度较低的原因 一、高分子材料的力学性能特点一、高分子材料的力学性能特点 Mechanical properties of polymer materials抗拉强度平均为抗拉强度平均为100MPa，相当于普通灰口铸铁。但密度，相当于普通灰口铸铁。但密度小，只有钢的小，只有钢的1/41/6，所以其比强度并不比某些金属低，所以其比强度并不比某些金属低SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF
31、XIAN JIAOTONG UNIVERSITY原因：卷曲状的分子链原因：卷曲状的分子链橡胶的弹性好，但模量较低，高弹态度橡胶的弹性好，但模量较低，高弹态度 2.2.高弹性和低弹性模量高弹性和低弹性模量三类材料的应力三类材料的应力应变曲线应变曲线1 1 纯金属纯金属2 2 脆性材料脆性材料3 3 高弹性材料高弹性材料塑料的弹性较差，但模量较高，玻璃态塑料的弹性较差，但模量较高，玻璃态橡胶橡胶是典型的高弹性材是典型的高弹性材料，其弹性变形率可达料，其弹性变形率可达1001000%，弹性模量，弹性模量只有只有1MPa（钢（钢210GPa）SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AN
32、D ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 3.3.粘弹性粘弹性 在外力作用下，高在外力作用下，高弹性变形弹性变形和和粘性流动粘性流动同时同时 发生，且变形量随时间不断增大发生，且变形量随时间不断增大粘弹性导致粘弹性导致蠕变蠕变应力松弛应力松弛内耗内耗理想弹性体理想弹性体的变形为的变形为与时间无关的恒定值；与时间无关的恒定值；理想粘性体理想粘性体的变形与的变形与时间呈线性关系；线时间呈线性关系；线型非晶态、交联高聚型非晶态、交联高聚物的变形与时间呈非物的变形与时间呈非线性关系线性关系SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGI
33、NEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 4.4.高耐磨性高耐磨性小摩擦系数，如尼龙小摩擦系数，如尼龙大摩擦系数，如橡胶大摩擦系数，如橡胶SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY由于共价键结合，无自由电子由于共价键结合，无自由电子、离子离子 1.1.高绝缘性高绝缘性由于无自由电子，大分子也不易振动由于无自由电子，大分子也不易振动 2.2.低导热性低导热性 二、高分子材料的理化性能特点二、高分子材料的理化性能特点 Physical and chemical prop
34、erties of polymer materials因共价键，不能电离，在无其它杂质的情况下，高聚因共价键，不能电离，在无其它杂质的情况下，高聚物内部没有离子和自由电子，故其导电能力低、介电物内部没有离子和自由电子，故其导电能力低、介电常数小、介电耗损低、耐电弧性好，是好的绝缘材料常数小、介电耗损低、耐电弧性好，是好的绝缘材料高聚物内部无自由电子，且分子链相互缠绕在一起，高聚物内部无自由电子，且分子链相互缠绕在一起，受热不易运动，故导热性差，约为金属的受热不易运动，故导热性差，约为金属的1/1001/1000SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERIN
35、G OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY受热时，分子链易发生运动，软化受热时，分子链易发生运动，软化 3.3.低耐热性低耐热性是金属的是金属的 310 倍，因为分子间结合力弱倍，因为分子间结合力弱 4.4.高热膨胀性高热膨胀性高聚物受热时，易发生链段运动和整个分子链移动，使高聚物受热时，易发生链段运动和整个分子链移动，使材料软化或熔化、性能变坏，故耐热性差材料软化或熔化、性能变坏，故耐热性差SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 5.高化学稳定性高化学稳定性塑料王塑料王聚四
36、氟乙烯，耐氢氟酸腐蚀聚四氟乙烯，耐氢氟酸腐蚀 6.6.易老化易老化高聚物均以共价键结合高聚物均以共价键结合，不易电离，没有自由电子，不易电离，没有自由电子，又因分子链缠绕在一起，许多分子链的基团被包裹在又因分子链缠绕在一起，许多分子链的基团被包裹在里面，使其化学稳定性好里面，使其化学稳定性好老化老化高聚物在长期储存或使用过程中，由于受氧、高聚物在长期储存或使用过程中，由于受氧、光、热、机械力和微生物等长期作用，性能逐渐恶化，光、热、机械力和微生物等长期作用，性能逐渐恶化，如失去弹性、出现如失去弹性、出现龟裂龟裂、变硬变硬、变脆变脆、变软变软、变粘变粘、变色变色，物理性能和，物理性能和力学性能下
37、降力学性能下降等，直到等，直到丧失使用价丧失使用价值值的现象称为老化的现象称为老化SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY防老化措施防老化措施加防老剂改变结构提高稳定性改变结构提高稳定性表面处理表面处理喷涂料喷涂料镀金属镀金属大分子的大分子的交联交联和和裂解裂解是引起老化的根本原因是引起老化的根本原因大分子间的大分子间的交联反应交联反应使大分子链从使大分子链从线型线型结构变为结构变为体型体型结构，表现为高分子材料变硬、变脆、出现龟裂等。结构，表现为高分子材料变硬、变脆、出现龟裂等。大分子大分子
38、链裂解链裂解是发生分子链断裂使相对是发生分子链断裂使相对分子量下降分子量下降的的反应，有化学裂解、热裂解、机械裂解和光裂解等，反应，有化学裂解、热裂解、机械裂解和光裂解等，使高聚物变为使高聚物变为低分子物质低分子物质，其老化表现为，其老化表现为变软变软、变粘变粘、失去刚性，出现蠕变等。失去刚性，出现蠕变等。SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第三节第三节 常用高分子材料常用高分子材料COMMON POLYMER MATERIALSu塑料塑料 Plasticu橡胶橡胶 Rubberu胶粘剂胶
39、粘剂 AdhesiveSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY1)1)塑料的组成塑料的组成基料基料 树脂树脂固化剂固化剂着色剂着色剂增塑剂，增加韧性增塑剂，增加韧性填充剂，改善性能，节约基料填充剂，改善性能，节约基料添加剂添加剂 一、常用工程塑料及其成形加工一、常用工程塑料及其成形加工 Common plastic for engineering and its forming 1.1.塑料的组成及分类塑料的组成及分类SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINE
40、ERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY树脂起胶粘剂作用，将其它部分粘结成一体。树树脂起胶粘剂作用，将其它部分粘结成一体。树脂的种类、性能及在塑料中的比例，对塑料的类脂的种类、性能及在塑料中的比例，对塑料的类型和性能起决定性作用型和性能起决定性作用多数塑料是以树脂来命名的，如聚氯乙烯塑料多数塑料是以树脂来命名的，如聚氯乙烯塑料有些合成树脂可直接用作塑料，如聚乙烯、聚苯有些合成树脂可直接用作塑料，如聚乙烯、聚苯乙烯等乙烯等有些合成树脂不能单独作塑料，必须加入有些合成树脂不能单独作塑料，必须加入30307070的添加剂，如聚氯乙烯、酚醛树脂等的添加剂，如聚氯乙烯、酚醛树脂
41、等树脂树脂SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY填充剂又称填料，是塑料中重要的添加剂，其填充剂又称填料，是塑料中重要的添加剂，其作用是弥补树脂某些性能上的不足作用是弥补树脂某些性能上的不足铝粉可提高塑料对光的反射能力及导热作用；铝粉可提高塑料对光的反射能力及导热作用；二硫化钼可提高塑料的自润滑性；云母粉可改善二硫化钼可提高塑料的自润滑性；云母粉可改善塑料的绝缘性；石棉粉可提高耐热性塑料的绝缘性；石棉粉可提高耐热性降低塑料的成本降低塑料的成本填充剂必须与树脂有良好的浸润关系和吸附性，填充剂必须
42、与树脂有良好的浸润关系和吸附性，本身要稳定本身要稳定填充剂填充剂SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY增塑剂是增加树脂塑性和柔韧性的添加剂，亦增塑剂是增加树脂塑性和柔韧性的添加剂，亦可降低塑料的软化温度，使其易于加工成型可降低塑料的软化温度，使其易于加工成型增塑剂应溶于树脂而不与树脂发生化学反应，增塑剂应溶于树脂而不与树脂发生化学反应，本身不易挥发，在光、热作用下稳定性高，最本身不易挥发，在光、热作用下稳定性高，最好是无毒、无色、无味好是无毒、无色、无味常用的增塑剂是液态或低熔点固体有机化合
43、物，常用的增塑剂是液态或低熔点固体有机化合物，主要有甲酸酯类、磷酸酯类和氯化石蜡等主要有甲酸酯类、磷酸酯类和氯化石蜡等增塑剂增塑剂SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY2)2)塑料的分类塑料的分类按树脂的热性质按树脂的热性质热塑性塑料热塑性塑料热固性塑料热固性塑料按应用范围按应用范围通用塑料通用塑料工程塑料工程塑料热塑性塑料热塑性塑料由聚合树脂制成，大分子链具有线型结由聚合树脂制成，大分子链具有线型结构。在加热时软化并熔融，冷却后硬化成型，并可构。在加热时软化并熔融，冷却后硬化成型，并可如此
44、多次反复。如此多次反复。热塑性塑料碎屑可再生和再加工。热塑性塑料碎屑可再生和再加工。聚乙烯聚乙烯、聚氯乙烯聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚酰胺（尼龙）、聚丙烯、聚酰胺（尼龙）、ABSABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、聚氯醚聚砜、聚苯醚、聚氯醚热塑性塑料热塑性塑料SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY热固性塑料热固性塑料大多是以缩聚树脂为基础，加入各种添大多是以缩聚树脂为基础，加入各种添加剂制成，加剂制成，分子链为体型结构分子链为体型结构
45、。在一定条件（加热、。在一定条件（加热、加压）下会发生化学反应，经过一定时间即固化为加压）下会发生化学反应，经过一定时间即固化为坚硬的制品。固化后的热固性塑料既不溶于任何溶坚硬的制品。固化后的热固性塑料既不溶于任何溶剂，也不会再熔融剂，也不会再熔融酚醛树脂酚醛树脂、环氧树脂环氧树脂、呋喃树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、有机硅树脂属于热固性塑料属于热固性塑料热固性塑料热固性塑料SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY通用塑料通用塑料是指那些产量大、用途广、价格低的常用是指那些产量大、用途广、价格低的
46、常用塑料。塑料。其产量占塑料总产量的其产量占塑料总产量的75%75%以上，用作日用生活用品以上，用作日用生活用品、包装材料及一些小型零件、包装材料及一些小型零件工程塑料工程塑料指强度、韧性和耐磨性较好，而且有一定指强度、韧性和耐磨性较好，而且有一定的耐高温、耐辐射、抗腐蚀性能，可制造机器零件的耐高温、耐辐射、抗腐蚀性能，可制造机器零件或构件。可代替金属作某些机械构件或构件。可代替金属作某些机械构件工程塑料工程塑料通用塑料通用塑料聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等料和氨基塑料等SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE
47、AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY又称注塑成型，是在专门的注射机上将颗粒或粉状又称注塑成型，是在专门的注射机上将颗粒或粉状塑料置于料筒内加热熔融，通过加压使熔融的塑料以塑料置于料筒内加热熔融，通过加压使熔融的塑料以较大的压力和速度注入闭合模具形腔内成型，然后冷较大的压力和速度注入闭合模具形腔内成型，然后冷却脱模却脱模注射成型是热塑性塑料的主要成型方法之一，该方注射成型是热塑性塑料的主要成型方法之一，该方法亦可用于热固性塑料法亦可用于热固性塑料注射成型注射成型注射成形示意图注射成形示意图1 1注射机注射机2模具模具3制品制品 2.2.常用塑料的
48、成形与常用塑料的成形与加工方法加工方法1)1)几种常用成形方法几种常用成形方法SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY将粉状、粒状或片状塑料放在金属模具中加热软化将粉状、粒状或片状塑料放在金属模具中加热软化，在液压机的压力下充满模具成型，同时发生交联反，在液压机的压力下充满模具成型，同时发生交联反应而固化，脱模后即得压塑制品应而固化，脱模后即得压塑制品常用于热固性塑料的成型，有时也用于热塑性塑料常用于热固性塑料的成型，有时也用于热塑性塑料模压成型模压成型模压成形示意图模压成形示意图1 1 上模
49、上模2、4 导柱导柱3 下模下模SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY又称挤塑成型。将原料放在加压筒内加热软化，用加又称挤塑成型。将原料放在加压筒内加热软化，用加压筒中的螺旋杆的挤压力，使塑料通过不同型孔或口压筒中的螺旋杆的挤压力，使塑料通过不同型孔或口模连续地挤出，以获得不同形状的型材模连续地挤出，以获得不同形状的型材浇铸成型浇铸成型又称浇塑法。在液态的树脂中加入适量的固化剂或催又称浇塑法。在液态的树脂中加入适量的固化剂或催化剂，然后浇入模具型腔中，在常压或低压、常温或化剂，然后浇入模具型
50、腔中，在常压或低压、常温或适当加热条件下，固化或冷却凝固成型适当加热条件下，固化或冷却凝固成型挤压成型挤压成型SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY2)塑料的加工塑料的加工 机械切削加工：与切削金属方法类似机械切削加工：与切削金属方法类似 连接连接机械连接机械连接热熔粘接（焊接）热熔粘接（焊接）溶剂粘接溶剂粘接胶粘剂粘接胶粘剂粘接 表面处理表面处理涂覆涂覆浸渍浸渍镀金属镀金属SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTON
