有機(jī)高分子材料天然材料（有機(jī)高分子材料）

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1、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- , [ CH2CCH2 ]n 可簡寫成 n 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的鏈條,稱為大分子鏈. [ CH2CCH2 ]n 大分子鏈中重復(fù)結(jié)構(gòu)單元(如聚乙烯中 )稱為鏈節(jié). 聚乙烯分子鏈 2 ,高分子材料的分類 ⑴ 按用途分塑料,橡膠,纖維,膠粘劑,涂料等. ⑵ 按聚合物反應(yīng)類型分為加聚物和縮聚物. ⑶ 按聚合物的熱行為分為熱塑性聚合物和熱固性聚合物 ⑷ 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) ⑴ 大分子鏈的柔順性 大分子鏈主鏈共價鍵有一定鍵長和鍵角,保持鍵長和鍵角不變時單鍵可任意旋轉(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). ⑵ 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. 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). 一個大分子鏈可以穿過幾個晶區(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) ⑴ 玻璃態(tài):低溫下,鏈段不能運(yùn)動.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 ⑵ 高彈態(tài):溫度高于Tg,分子活動能力增加,受力時產(chǎn)生很大彈性變形.用于這種狀態(tài)高聚物是橡膠. ⑶ 粘流態(tài):由于溫度高,分子活動能力很大,在外力作用下,大分子鏈可以相對滑動.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兩種情況.一般分子量的高聚物在低溫時,鏈段不能活動,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,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 ⑴ 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,延長其使用壽命; 潤滑劑用于防止塑料加工時粘在模具上, 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,抗靜電劑等. 添加劑 ⑵ 塑料的分類 按樹脂受熱時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,價格貴,只用于特殊需要的場合. 熱固性塑料制品 ⑶ 塑料的性能特點(diǎn) 塑料的優(yōu)點(diǎn): 相對密度小(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1/100~1/10),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1/200~1/600);蠕變溫度低,易老化. 2,常用工程塑料 ⑴ 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 "堅韌,質(zhì)硬,剛性" ,應(yīng)用廣泛. PE波紋管 PP方向盤 ABS閥門 PS管 聚酰胺又稱尼龍或綿綸,強(qiáng)度較高,耐磨,自潤滑性好,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) . 尼龍管件 PC擋風(fēng)板 聚碳酸酯具有優(yōu)良的機(jī)械性能,透明無毒,應(yīng)用廣泛. ⑵ 摩擦傳動零件用塑料 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. 密封件 聚四氟乙烯管 聚四氟乙烯零件 ⑶ 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 ⑷ 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)150~174℃.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℃下可長期使用.主要用于特殊條件下使用的精密零件. ⑸ 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,軟化劑,填充劑,發(fā)泡劑,著色劑等. 橡膠最大的特點(diǎn)是高彈性.橡膠有儲能,耐磨,隔音,絕緣等性能. 2,常用合成橡膠 合成橡膠按用途和用量分為通用橡膠和特種橡膠,前者主要用于制作輪胎,運(yùn)輸帶,膠管,膠板,墊片,密封裝置等;后者主要用于高低溫,強(qiáng)腐蝕,強(qiáng)輻射等特殊環(huán)境下工作的橡膠制品. 密封圈 膠管 輪胎。

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