高分子材料的膨胀与导热性能

.,高分子材料的膨胀与导热性能,主讲人：DCL,.,目录：,高分子材料的热稳定性高分子材料的耐低温性高分子材料的难燃性,.,高聚物的热稳定性：高温下高聚物可以发生降解和交联高分子材料的热稳定性主要是指高分子材料在受热的情况下，由于发生化学变化从而引起材料性能的变化。,一、研究方法：热重分析（TGA）（在程序控制温度下，测量材料的质量与温度的关系）是研究高分子热稳定性的重要方法，该法采用灵敏的热天平来跟踪试样在程序控温条件下产生的质量变化。,.,几种高聚物的TG曲线1一聚氯乙烯2聚甲基丙烯酸甲酯3聚乙烯4聚四氟乙烯5一聚酰亚胺,从TG曲线中可以明显看出失重最剧烈的温度，即可由此对比热稳定性。,.,二、表示方法：表征热稳定性的参数：玻璃化转变温度Tg熔融温度Tm热分解温度Td热变形温度或者维卡耐热温度三、影响因素及改善方法：研究表明，高分子的热稳定性与高分子链结构密切相关，组成高分子的化学键的键能越大，材料就越稳定，耐热分解能力也就越强。提高高分子热稳定性的主要途径如下：,.,1、在高分子链中避免弱键：,主链中靠近叔碳原子和季碳原子的键较易断裂，故高分子分解温度的高低顺序为：聚乙烯支化聚乙烯聚异丁烯聚甲基丙烯酸甲酯,2、引入芳环状结构：在高分子主链中避免一长串连接的亚甲基CH2，并尽量引入较大比例的环状结构，可增加高聚物的热稳定性,.,3、合成“梯形”、“螺形”和“片状”结构的高聚物,.,高分子材料的耐低温性：一、表示方法：高分子材料的耐低温性一般用脆化温度表示，其脆化温度越低，耐低温性越好。脆化温度：把试样以悬臂方式安装于特定的夹具中，置于低温介质中恒温，当试样达到某一预定低温后，用特定的冲头以一定的速度冲击试样，当试样破坏率达到50%时的温度即为脆化温度。,.,耐低温材料的选择：塑料:1.聚砜2.聚氟乙烯3.聚碳酸酯橡胶:1.瞬式-1,4-聚丁二烯橡胶2.甲基苯基乙烯基硅橡胶,.,二、影响因素：玻璃化温度：一般来说，玻璃化温度越低，结晶性越小的聚合物，耐低温性能越好；比如，异戊橡胶，硅橡胶等橡胶；反之，玻璃化温度越高，结晶性越高的聚合物，耐低温性能越差分子结构：分子结构无序或不易形成结晶的聚合物耐低温性较好,.,三、几种耐低温高聚物的结构式及应用：聚氟乙烯：聚氟乙烯用于制作防腐蚀涂层，衬里，垫圈，轴油管涂层和高性能电解槽隔膜。建筑工业用于制作屋顶和墙面装饰材料。还可用于制作电容器薄膜，抗盐雾的电气仪表零件涂层，农用膜，喷雾器涂层及各种食品包装容器表面涂层。,.,聚碳酸酯：,聚碳酸酯的应用开发是向高复合、高功能、专用化、系列化方向发展：（1）用于建材行业(2)用于汽车制造工业(3)用于生产医疗器械(4)用于航空、航天领域：玻璃纤维增强的聚碳酸酯部件及宇航员的防护用品等。(5)用于包装领域(6)用于电子电器领域(7)用于光学透镜领域,.,瞬式-1,4-聚丁二烯橡胶：,应用：1、轮胎：用量在于35%50%与丁苯合用2、压出制品3、鞋底4、胶布5、其他：油漆、漆布、腻子,.,高分子材料的难燃性：物质具有的或材料经处理后具有的明显推迟火焰蔓延的性质。高分子材料燃烧机理：高分子材料在空气中受热时，会分解生成挥发性可燃物，当可燃物浓度和体系温度足够高时，即可燃烧。所以高分子材料的燃烧可分为热氧降解和燃烧两个过程，涉及传热、高分子材料在凝聚相的热氧降解、分解产物在固相及气相中的扩散、与空气混合形成氧化反应场及气相中的链式燃烧反应等一系列环节。当高分子材料受热的热源热量能够使高分子材料分解，且分解产生的可燃物达到一定浓度，同时体系被加热到点燃温度后，燃烧才能发生。而己被点燃的高分子材料在点燃源稳定后能否继续燃烧则取决于燃烧过程的热量平衡。当供给燃烧产生的热量等于或大于燃烧过程各阶段所需的总热量时，高分子材料燃烧才能继续，否则将中止或熄灭。,.,从高分子材料的燃烧机理可看出，阻燃作用的本质是通过减缓或阻止其中一个或几个要素实现的。其中包括六个方面:提高材料热稳定性、捕捉游离基、形成非可燃性保护膜、吸收热量、形成重质气体隔离层、稀释氧气和可燃性气体。目前常采用的阻燃剂行为主要是通过冷却、稀释、形成隔离膜的物理途径和终止自由基的化学途径来实现。一般阻燃机理分为气相阻燃机理、凝聚相阻燃机理和中断热交换阻燃机理。燃烧和阻燃都是十分复杂的过程，涉及很多影响和制约因素，将一种阻燃体系的阻燃机理严格划分为某一种是很难的，一种阻燃体系往往是几种阻燃机理同时起作用。,.,评价方法：目前评价难燃性方法很多，如氧指数测定法、水平或垂直燃烧试验法等氧指数是在规定的条件下，试样在氧气和氮气的混合气流中维持稳定燃烧所需的最低氧气浓度，用混合气流中氧所占的体积百分数表示。氧指数26，是易燃材料；氧指数2632，是难燃材料，具有自熄性；氧指数32，是高难燃材料,.,改善材料阻燃性的方法：为了提高高分子材料的阻燃性，必须引入含阻燃元素材料，主要途径有两条:一是以添加剂的方式加入含氯、溴、磷、锑等元素的有机化合物，以制得添加型或反应型阻燃材料;二是在分子链上直接引入上述阻燃元素，以得到结构型阻燃材料。还可以与阻燃性好的聚合物共混制得阻燃合金，以及添加无机导热材料等。,.,阻燃剂：阻燃剂是用于提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火焰传播的助剂。分类：按阻燃剂与被阻燃基材的关系，阻燃剂可分为添加型及反应型两大类。前者与基材的其他组分不发生化学反映，只是以物理方式分散于基材中，多用于热塑性高分子材料。后者或者为高分子