1、第十章 有機高分子材料及其成形,河海大學機電工程學院,確立目標的方法.,10.1 有機高分子材料概述,本課的主要內(nèi)容,有機高分子材料概述 分類、性能 塑料概述 分類、特性,2020/10/7,2,第三章 有機高分子材料及其成形,問題：,1.什么是高分子材料？ 2.高分子材料有什么特點？ 3.高分子材料分哪幾類？,2020/10/7,3,第三章 有機高分子材料及其成形,這些產(chǎn)品是什么材料制做的？,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,4,10.1.1有機高分子材料的類別,有機高分子 - 聚合物材料： 定義：以有機高分子化合物（樹脂）為基體，再配有其他添加劑（增塑劑、填充劑、潤滑劑、

2、著色劑等）所構成的材料。 分類： 天然高分子材料 合成高分子材料 高分子復合材料,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,5,10.1.1有機高分子材料的類別,按聚合物的性能和用途分類： (1)塑料：在一定條件下具有流動性、可塑性，并能加工成形，當恢復平常條件是仍可保持加工時形狀的高分子材料。 熱塑性塑料：可溶、可熔 一定條件下可反復加工成形 熱固性塑料：不溶、不熔 一定溫度和壓力下加工時，組織結構會發(fā)生變化，不能再次加熱、加壓反復加工,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,6,10.1.1有機高分子材料的類別,按聚合物的性能和用途分類： (2)纖維：長度遠大于直徑（

3、1000倍），且具有一定強度的線條或者絲狀高分子材料。 天然纖維：可溶、可熔 化學纖維： 改性纖維素纖維 合成纖維（尼龍、滌綸、腈綸、丙綸等）,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,7,10.1.1有機高分子材料的類別,按聚合物的性能和用途分類： (3)橡膠：室溫下具有高彈性的高分子材料。 如：聚丁二烯、聚異戊二烯 三類聚合物之間沒有嚴格的界限。 如：聚氯乙烯 塑料；-氯綸；+增塑劑=橡膠,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,8,10.1.1有機高分子材料的類別,按聚合物的熱行為分類： (1)熱塑性高分子材料：成形后，分子呈線性結構，在一定條件下可反復加熱軟化、冷

4、卻固化。 如：聚乙烯、聚丙烯等 (2)熱固性高分子材料：成形后，分子呈網(wǎng)狀的體型結構，不熔不溶，受熱后只能分解不能軟化。 如：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,9,10.1.2有機高分子材料的性能,取決于高分子化合物的組成、分子量、分子結構和物理狀態(tài)等，同時還受成形和工藝條件的影響。 1.密度 一般在11.5g/cm3，僅為鋼鐵的1/81/4。 如聚丙烯的密度僅為0.9 g/cm3，比水的密度小 塑料的特點：輕質,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,10,10.1.2有機高分子材料的性能,2.耐腐蝕性 大多數(shù)塑料對酸、堿等化學品具有良好的

5、抗腐蝕性能。 如聚四氟乙烯能承受各種酸堿的侵蝕，甚至可以在“王水”中煮沸。 3.韌性 各類高聚物的沖擊韌度相差較大，大多數(shù)較小。 降碳酸脂的ak為67J/cm2，而木粉填料的酚醛塑料僅為0.40.6 J/cm2,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,11,10.1.2有機高分子材料的性能,4.強度 強度低，一般b100MPa。 鋼，一般300400MPa。 5.比強度（抗拉強度/密度） 一般比金屬高。 如：聚苯乙烯的比強度是394cm，鋁的比強度為232cm；低碳鋼45cm ；玻璃鋼225cm；松木（順紋抗拉）200cm,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,12,

6、10.1.2有機高分子材料的性能,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,13,應力-應變行為 剛而脆 - 如：酚醛樹脂、聚苯乙烯； 剛而強 - 如：聚酯塑料、硬聚氯乙烯、增強環(huán)氧塑料 軟而韌 - 如：加入增塑劑的聚氯乙烯 剛而韌 - 如：聚碳酸脂、聚甲醛,10.1.2有機高分子材料的性能,6.高彈性 輕度交聯(lián)的高聚物具有典型的高彈性。 變形大、彈性模量E小。 7.粘彈性 受力的同時發(fā)生高彈性變形和粘性流動，。 如：蠕變和應力松弛、滯后和內(nèi)耗 8.斷裂 內(nèi)部結構不均勻，含有許多微裂紋，易應力集中,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,14,10.1.2有機高分子材料的

7、性能,9.電絕緣性能 原子間以共價鍵相連，沒有自由電子或者離子 不論低頻低壓還是高頻高壓，塑料的絕緣能力強 10.耐磨性 硬度低，但耐磨性好。 塑料的摩擦系數(shù)小，有自潤滑性能 如：聚四氟乙烯、尼龍等具有自潤滑的能力，常制作軸承、凸輪等,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,15,10.1.2有機高分子材料的性能,11.耐熱性 馬丁溫度：將標準尺寸的試樣一端固定，另一端在一定載荷作用下慢慢升溫，當試樣末端彎曲到規(guī)定的變形量時的溫度。 熱塑性塑料的馬丁溫度100；熱固性塑料的馬丁溫度較高些。 12.導熱性 塑料的導熱系數(shù)0.230.70W/(mK)，而鋼的導熱系數(shù)為52 W/(mK)

8、,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,16,10.1.2有機高分子材料的性能,13.膨脹系數(shù) 塑料的線膨脹系數(shù)較大，一般為金屬的310倍 性能綜述 塑料具有很多優(yōu)點，但也有各種缺點。如強度、硬度不如鋼鐵等金屬；導熱性差，使用溫度受限，高溫下性能顯著下降，甚至易熔化、易燃燒；在紫外線等作用下會發(fā)生變色、老化，甚至開裂；還有些塑料不耐某些溶劑等等。,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,17,小結,什么是有機高分子材料？ 按性能與用途，有機高分子材料分哪三類？ 按熱行為，有機高分子材料分哪兩類？ 與金屬相比，有機高分子材料有什么優(yōu)點？ 與金屬相比，有機高分子材料有什么

9、缺點？,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,18,第十章 有機高分子材料及其成形,河海大學機電工程學院,千里之行始于足下.,10.1 塑料概述,2020/10/7,塑料 樹脂添加劑,1.樹脂,作用：,塑料的主要成分 決定塑料的類型和基本性能,膠粘其它成分材料 賦予塑料可塑性和流動性,20,第三章 有機高分子材料及其成形,一、塑料的成分,指受熱時通常有轉化或熔融范圍，轉化時受外力作用具有流動性，常溫下呈固態(tài)或半固態(tài)或液態(tài)的有機聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。,樹脂的概念,2020/10/7,21,第三章 有機高分子材料及其成形,2020/10/7,是指由自然界中動植物

10、分泌物所得的無定形有機物質，如松香、琥珀、蟲膠等。,是指由簡單有機物經(jīng)化學合成或某些天然產(chǎn)物經(jīng)化學反應而得到的樹脂產(chǎn)物。,天然樹脂,合成樹脂,22,第三章 有機高分子材料及其成形,(1)樹脂的分類,2020/10/7,鏈節(jié)：高分子化合物中重復出現(xiàn)的結構單元，如聚乙烯的結構單元是CH2CH2 。,nCH2CH2,乙烯,聚乙烯,23,第三章 有機高分子材料及其成形,(2)樹脂的結構及其特點,2020/10/7,24,第三章 有機高分子材料及其成形,(3)樹脂的合成方法,1. 加聚反應：,加聚反應特點：,反應前后分子數(shù)相同 由單體變成聚合物是化學鍵作用 反應中分子沒有附屬產(chǎn)物產(chǎn)生 加聚反應可得的是線

11、形高聚物,2020/10/7,25,第三章 有機高分子材料及其成形,(3)樹脂的合成方法,2. 縮聚反應：,縮聚反應特點：,反應前后分子個數(shù)不同 由單體變?yōu)榫酆衔锸怯捎诠倌軋F的作用 反應中分子有附屬產(chǎn)物產(chǎn)生 縮聚反應既可能得線型高聚物也可能得網(wǎng)型或體型高聚物,= C2H5OC2H5 + H2O,2020/10/7,2.添加劑, 填充劑（填料）,重要的但非必不可少的成分,作用：,減少樹脂用量，降低塑料成本； 改善塑料某些性能，擴大塑料的應用范圍。,26,第三章 有機高分子材料及其成形,一、塑料的成分,除后面將提到的添加劑外，還有阻燃劑、抗靜電劑、發(fā)泡劑、防腐劑和加工助劑等等。,2020/10/7

12、, 填充劑（填料）,27,第三章 有機高分子材料及其成形,一、塑料的成分,分類：,按化學性能可分為,有機填料,無機填料,按形狀可分為：,粉狀 纖維狀 層狀（片狀）,2.添加劑,2020/10/7,28,第三章 有機高分子材料及其成形,一、塑料的成分, 增塑劑,能夠增加塑料的可加工性、延展性和膨脹性的物質；它是能與樹脂相溶的、不易揮發(fā)的高沸點有機化合物。,常用的增塑劑是液態(tài)或低熔點固體有機物。主要有甲酸脂類、磷酸酯類和氯化石蠟等。,2.添加劑,2020/10/7,29,第三章 有機高分子材料及其成形,一、塑料的成分, 增塑劑,作用：,提高塑性、流動性和柔軟性； 降低剛性和脆性； 改善塑料的工藝性

13、能和使用性能。,2.添加劑,2020/10/7,30,第三章 有機高分子材料及其成形,一、塑料的成分, 穩(wěn)定劑,凡能阻緩材料變質的物質稱為穩(wěn)定劑。,可分為以下三種：,它的主要作用就是抑制或防止樹脂在加工或使用過程中受熱而降解。,它的主要作用是阻止樹脂在光的作用下降解（塑料變色、力學性能下降等等）。,延緩或抑制塑料氧化速度。,熱穩(wěn)定劑：,光穩(wěn)定劑 ：,抗氧化劑 ：,2.添加劑,2020/10/7,31,第三章 有機高分子材料及其成形,一、塑料的成分, 潤滑劑,為防止塑料在成型過程中粘模，減少塑料對模具的摩擦，改善塑料的流動性，提高塑件表面的光澤度而加入的添加劑。,2.添加劑,2020/10/7,

14、32,第三章 有機高分子材料及其成形,一、塑料的成分, 著色劑,起裝飾美觀的作用，某些著色劑還能提高塑料的光穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和耐候性。,分類,顏料,染料,有機顏料,無機顏料,2.添加劑,2020/10/7,33,第三章 有機高分子材料及其成形,一、塑料的成分, 著色劑,2.添加劑,特點：,無機顏料：著色能力、透明性、鮮艷性較差，但耐光型、耐熱性、化學穩(wěn)定性較好，不易褪色。,染料：色彩鮮艷、顏色齊全，著色能力、透明性好。性能與無機顏料相反。,有機顏料的特性介于無機顏料和染料之間：,2020/10/7,34,第三章 有機高分子材料及其成形,二、塑料的分類, 在受熱或其它條件下能固化成不熔不溶性物質

15、的塑料 ，其分子結構最終為體型結構。（變化過程不可逆）,1按塑料的物理化學性能分：, 指在特定溫度范圍內(nèi)能反復加熱軟化和冷卻硬化的塑料，其分子結構是線型或支鏈型結構。(變化過程可逆),熱塑性塑料,熱固性塑料,熱塑性和熱固性塑料的比較,2020/10/7,第三章 有機高分子材料及其成形,35,2020/10/7,36,第三章 有機高分子材料及其成形,二、塑料的分類, 一般指具有特種功能（如耐熱、自潤滑等）應用于特殊要求的塑料。, 一般指能承受一定的外力作用，并有良好的機械性能和尺寸穩(wěn)定性，在高、低溫下仍能保持其優(yōu)良性能，可以作為工程結構件的塑料。, 一般指產(chǎn)量大、用途廣、成型性好、價廉的塑料。,2按塑料的用途分：,特種塑料,工程塑料,通用塑料,20