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1、第一章 高分子材料概述1.材料的类别:按化学组成分:金属材料,无机非金属材料,有机高分子材料。按结构:单晶材料,多晶材料,非晶材料,复合材料。按作用分:结构材料,功能材料。按使用领域:电子材料,耐火材料,医用材料等。2.高分子材料:也称聚合物材料,是以高分子化合物,即聚合物为基体组分,再配有其他添加剂所构成的材料。3.高分子材料的相关术语(1)热塑性塑料:指在特定的温度范围内,具有可反复加热软化,冷却硬化特征的塑料品种。(2)热固性塑料:指在特定温度下加热或通过固化剂可发生交联反应,变成既不熔融,也不溶解的塑料品种。(3)通用塑料:指产量大,价格便宜,力学性能一般,主要作为非结构材料使用的一类
2、塑料。(4)工程塑料:可以作为结构材料使用,具有优异的力学性能,耐热性能,耐磨性能和良好的尺寸稳定性的一类塑料。(5)生胶:天然或合成的高分子化合物经过化学处理或加工制成浓缩胶乳和干胶,前者直接用于胶乳制品,后者即为橡胶制品中的生胶。(6)硫化:胶料在一定条件下,橡胶大分子由线性结构转变为网状结构的交联过程。(7)塑化:指塑料在设备内经过加热达到流动状态并具有良好的可塑性。(8)聚合物共混:聚合物改性的最简便而且有效的方法。指两种或者两种以上聚合物经混合制成宏观均匀的材料的过程。(9)熔体流动速率:在一定温度下,熔融状态的高聚物在一定负荷下,10分钟内从规定直径和长度的标准毛细管中流出的质量,
3、也称熔融指数。(10)微孔高分子材料:指内部具有大量微小气孔的一类高分子材料。以树脂为基体的称为泡沫塑料;以生胶或胶乳为基体的称为泡沫橡胶,俗称海绵橡胶。(11)界面:(12)线密度:线密度是描述纱线粗细程度的常用指标指单位长度的质量,单位:kg/m.(13)纺丝方法:溶液纺丝、湿法、干法(14)捻度:纱线单位长度上的捻回数称为捻度第二章 高分子材料的结构与性能。1.高分子链的化学结构是指高分子链结构单元的化学组成,结构单元的键接结构支化与交联。链结构单元的化学组成。高分子链:全同链:分子链全部由C原子以共价键连接而成。杂链:分子链由两种或以上原子组成。元素高分子链:具有无机耐热性和热稳定性。
4、结构单元的键接结构是指结构单元相互连接的序列结构。支化和交联:对聚合物的化学和物理性能影响很大。2.高分子链的构象:共价单键可以按一定的键角绕相邻的键旋转使分子形成大量的瞬息变化的空间内旋转异构体。3.高分子链柔顺性:能将高分子链不断改变其构象的性质。4.高分子链柔顺性的影响因素:A内部因素(分子链结构的因素): 相同化学结构的长链大分子比短链大分子更柔顺。 主链相同的聚合物,取代基的极性愈大,分子链柔顺性愈小。当主链和主链的取代基相同时,则取代基沿主链分布密度大者其柔顺性小。取代基的体积。分子间作用力大,分子链柔顺性小。B外部因素:温度升高,柔顺性增大。溶剂。5.高聚物的晶态与非晶态结构。6
5、.非晶态高聚物的结构(长程无序):无规线团模型折叠链缨状胶束模型。7.影响高聚物结晶的因素:高聚物分子结构的影响:结构简单,规整性好,取代基空间位阻小,分子间作用力大,有利于结晶。8.液晶:固态向液态转化过程中存在的中间状态,有液态的流动性,仍保留着晶态物质分子的有序排列,形成了一种兼有晶体和液体的部分性质的过渡态,这种中间状态称为液晶态,处于这种状态下的物质称为液晶。9.高分子运动的特点:运动单元的多重性。分子运动的时间依赖性。分子运动的温度依赖性。10.高聚物的力学状态:非晶态高聚物的力学状态:在T于一定范围内时,非晶态高聚物会经历三种力学状态:玻璃态高弹态粘流态。玻璃态的力学行为:当施加
6、外力后只能引起原子间键长和键角的微小变化,其特点是形变量小,瞬时完成和可逆性。当T很低时,链段运动被冻结,高聚物处于坚硬的固体状态即玻璃态。高弹态力学行为:当施加外力后,分子链由卷曲状态变为伸展状态,外力除去,由回归卷曲状态,此即形变。特定是:形变量很大,可造性和需要松弛时间。当T渐高,达到一定范围,能使分子的链段运动,高聚物即处于高弹态。粘流态力学行为:当施加外力后,高聚物产生永久变形,外力去后,形变不会恢复,即不可逆形变。T继续上升,达到某一温度,分子链中的链段均可运动,即粘流态。(由高弹态到玻璃态的转化温度叫玻璃化温度Tg,高弹到粘流叫粘流温度Tf。)结晶性高聚物的温度。交联聚合物的力学
7、状态:交联度高,高聚物不存在粘流态,若交联度低时仍出现玻璃态和高弹态。11.高聚物结构与Tg的关系: A化学结构对Tg的影响:高分子链刚性越大,Tg越高。取代基(大Tg大, 柔顺性大Tg小,极性大Tg大)。B交联结构的影响:交联度增大,Tg升高。C外部因素:增塑剂的影响,加入某些低分子化合物,使聚合物的Tg降低。补充:一、塑料:塑料是在玻璃态下使用的、具有可塑性的高分子材料。它以树脂为主要组分,加入各种添加剂,能在一定温度和压力下加工成形的各种材料的总称。组成:1)树脂: 塑料的主要组分。它胶粘着塑料中的其它一切组成部分,并使其具有成型性能。绝大多数塑料就是以所用树脂命名的。2)填充剂(填料)
8、:提高塑料的力学、电学性能或降低成本等。它在塑料占有相当大的比例。如加入铝粉可提高光反射能力和防老化;加入二硫化钼可提高润滑性。常用填充剂有云母粉、石墨粉、炭粉、氧化铝粉、木屑、玻璃纤维、碳纤维等。3)增塑剂:提高塑料的可塑性和柔软性。常用熔点低的低分子化合物来增加大分子链间距离,从而达到增加大分子链的柔顺性的目的。常用增塑剂有甲酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡等。 4)稳定剂:提高塑料对热、光、氧等的稳定性,延长使用寿命。常用热稳定剂有硬酯酸盐、环氧化合物和铅的化合物等。光稳定剂有炭黑、氧化锌等遮光剂。5)增色剂:赋予塑料制品各种色彩。 常用的着色剂是一些有机染料和无机颜料。有时也采用能产生荧光或
9、磷光的颜料。 6)润滑剂:提高塑料在加工成形过程中的流动性和脱模能力,同时可使制品光亮美观。常用润滑剂有硬酯酸、盐类等。7)固化剂:与树脂发生交联反应,使受热可塑的线型结构变成热稳定好的体型结构。常用的固化剂如六次甲基四胺、过氧化二苯甲酰等。8)其他:还有发泡剂、催化剂、阻燃剂等。二、塑料的分类:1)按塑料热性质分类: 热塑性塑料:受热时软化或熔融、冷却后硬化,韧性好,可反复成形。它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等。 热固性塑料:在加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制品,不可再生。具有更好耐热性和抗蠕变能力。常用热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂
10、、有机硅树脂等。2)按塑料的功能和用途分类: A、通用塑料:产量大用途广价格低的塑料。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,产量占塑料总产量的75%以上。 B、工程塑料:具有较高性能,能替代金属制造机械零件和工程构件的塑料。聚酰胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂等。 C、功能塑料:导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。三、常见热塑性塑料 :1、聚乙烯PE 1) 结构单元:【CH2CH2】2) 支化结构 3)性质: 耐化学腐蚀; 良好的电绝缘性和高频介电性能; 韧性、耐寒性好; 较低的摩擦系数; 不易吸水; 不耐热,不耐大气老化 4)
11、应用: 聚乙烯是塑料中产量最大的一类品种,属于结晶性塑料,外观乳白,半透明。 低密度聚乙烯(LDPE) :日用制品、薄膜、软质包装材料、层压板、电线电缆包覆等。 高密度聚乙烯(HDPE) :小负荷齿轮和轴承、化工管道、阀门、高频电缆绝缘层、硬质包装材料等。2、聚氯乙烯 PVC1)结构单元:【CH2CH2】2)性质:具有较高的强度、刚性;良好的电绝缘性、耐化学腐蚀性;能溶于四氢呋喃和环已酮等有机溶剂;具有阻燃性;但热稳定性较差,使用温度较低,介电常数、介电损耗较高。 3)应用:纯聚氯乙烯属无规立构,无色透明,硬而脆,很少应用。常利用橡胶和增塑剂对其改性处理。硬聚氯乙稀:用于工业管道、给排水系统、
12、板件、管件、建筑及家用防火材料,化工防腐设备及各种机械零件。增塑(软)聚氯乙稀:用于窗帘、桌布、雨衣、手提箱、人造革、墙纸;农用薄膜、耐酸碱软管及电线电缆包覆层等。3、聚丙烯 PP1)结构单元:【CH2CH2】2)性质:无毒、无味、无臭、半透明蜡状固体。密度小,力学性能高于聚乙烯;耐热性、耐水性良好,化学稳定性好;但不耐芳香族和氯化烃溶剂,耐寒性差,易老化。3)应用:聚丙烯属等规立构,结晶性塑料,外观乳白半透明。主要用于家庭厨房用具、包装薄膜、医疗器械、高频绝缘材料;化工管道、家用电器部件等,以及汽车及机械零部件,如车门、方向盘、齿轮、接头等。4、聚苯乙烯 PS1) 结构单元:【CH2CH2】
13、2) 性质:无毒、无味、无色透明状固体。电绝缘性优良,介电损耗极小;耐化学腐蚀性优良,但不耐苯、汽油等有机溶剂;强度较低,硬度高,脆性大,不耐冲击,耐热性差,易燃。3)应用:聚丙烯属无规立构,非晶性塑料,高度透明(透光率为8892)。 主要用于日用、装潢、包装及工业制品;仪器仪表外壳、灯罩、光学零件、装饰件、透明模型、玩具、化工储酸槽,包装及管道的保温层,冷冻绝缘层等。 5、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA1) 结构单元:CH2C C2) 性质: 较高的强度和韧性、优良的光学性能,透光率比普通硅玻璃好(透光率约为9193);优良的电绝缘性;耐化学腐蚀性好,热导率低;但硬度低,表面易擦伤,耐磨性差,耐热
14、性不高。3)应用: 聚甲基丙烯酸甲酯又称有机玻璃,属无规立构,非晶性塑料。 主要用于飞机、汽车的窗玻璃和罩盖,光学镜片,仪表外壳,装饰品,广告牌,灯罩,光学纤维,透明模型,标本,医疗器械等。 6、聚四氟乙烯(PTFE1) 结构单元:CF2CF22) 性质:出色的耐热、耐寒能力(-180+260长期使用);摩擦系数极低,有自润滑效果;化学稳定性极佳,俗称“塑料王”;极好的电绝缘性和介电性;但强度低,抗蠕变性较差,不易加工成形。3)应用:聚四氟乙烯属结晶性塑料,外观呈瓷白色,一般在360380烧结成形。主要用于轴承、垫圈等自润滑材料;高温电缆绝缘材料、电器元件;化工管道及零件;不粘锅涂层等。 7、
15、聚酰胺(尼龙或锦纶) PA1)结构:尼龙的品种很多,如尼龙6、尼龙66、尼龙610等。数字表示基本单元中的碳原子数目。所有尼龙分子结构单元中都有一个相同的特征基团酰胺基:CN2)性质:聚酰胺属结晶性塑料,半透明,乳白,略带黄色。 由于酰胺基的存在,分子之间有很强的氢键作用,因此聚酰胺的强度高,韧性好;另外耐磨性和自润滑性好,摩擦系数低;具有良好的耐油、耐溶剂性、阻燃性;但吸水性大,热膨胀系数大,耐热性不高。 3)应用:纤维增强尼龙主要用于轴承、齿轮、高压密封圈、阀门、包装材料、输油管、汽车保险杠及丝织品等。8、聚甲醛( POM-polyformaldehyde1) 结构单元: CH2O2)性质
16、:具有较高的强度、硬度、刚性、韧性、耐磨性和自润滑性,耐疲劳性能高,吸水性小,摩擦系数小,耐化学品腐蚀性好,电绝缘性能良好,但热稳定性差,易燃。具有较高的综合性能,可以替代一些金属和尼龙。 3)均聚甲醛的改性:工业上利用共聚反应来生成共聚甲醛,来改善热稳定性。共聚甲醛的结构单元为:4)应用:聚甲醛属结晶性塑料,乳白色。部分取代有色金属和合金,用于制造低载荷齿轮、轴承,塑料弹簧等。 9、聚碳酸酯PC1) 结构单元: 2) 性质: 低温冲击韧性极佳; 高模量、高强度、抗蠕变,尺寸稳定性好; 透光率高,约为8692; 电绝缘性好。3)应用: 由于聚碳酸酯具有优异的综合力学性能,又高度透明,故俗称“透
17、明金属”。 纤维增强聚碳酸酯可部分取代钢、有色金属等制造仪器仪表的机械传动部件。未增强聚碳酸酯用于制作车灯罩、护目镜、安全帽、门窗玻璃甚至防弹玻璃等。10、ABS塑料:1) 结构单元:丙烯晴(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体(共聚生成) 2) 性质: 丙烯晴能提高强度、硬度、耐热性和耐腐蚀性,丁二烯能提高韧性,苯乙烯能提高电性能和成型加工性能。 ABS塑料具有较好的抗冲击性能、尺寸稳定性和耐磨性,成型性好,不易燃,耐腐蚀性好,但不耐酮、醛、酯、氯代烃类溶剂。3)应用: ABS作为“坚韧、质硬且刚性”的材料,是最早被人类认识和使用的“高分子合金”。用于轻载齿轮、轴承,电器外壳,汽车部件,
18、各类容器、管道等。 11、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT): 1)结构单元: 2) 性质:结晶性塑料,呈乳白色,工程上常用玻璃纤维增强PBT作为结构材料。其他热塑性塑料:12、 聚 砜(PSF):聚砜是含硫的透明树脂,其耐热性抗蠕变性突出,长期使用温度可达150174,脆化温度-100。广泛用于电器、机械、交通和医疗领域。13、聚苯醚(PPO):聚苯醚是线性非晶态工程塑料,综合性能好,使用温度宽-190190,耐磨性、电绝缘性和耐水蒸气性能好。主要用作在较高温度下工作的齿轮、轴承、凸轮、化工管道、阀门和外科医疗器械等。14、聚酰亚胺:聚酰亚胺是含氮的环形结构的耐热性树脂,其强度硬度较高,使用温度
19、可达260;但加工性较差,脆性大,成本高。主要用于特殊条件下工作的精密零件,如喷气发动机供燃料系统的零件,耐高温高真空用自润滑轴承及电气设备,是航空航天工业中常用的高分子材料。 四、热固性塑料 热固性塑料是树脂经固化处理后获得的。所谓固化处理就是树脂中加入固化剂并压制成型,使其由线型聚合物变为体型聚合物的过程。热固性塑料具有耐热性高,刚度大,抗蠕变性能好,尺寸稳定性高;但脆性大,不易成形。1、酚醛塑料PF 酚醛树脂:酚醛塑料中的酚醛树脂是酚类和醛类的缩聚产物。据酚类和醛类的反应摩尔比及反应介质PH值的差异,可以分别得到热固性和热塑性两类材料。苯酚上与羟基邻位或对位的3个氢原子都很活泼,均能与甲
20、醛发生两种情形下的缩聚反应: 苯酚邻位氢原子与甲醛的缩聚反应如下: 热塑性酚醛树脂:只有加入能与之反应的固化剂,才能固化。热固性酚醛树脂:制备时反应不彻底,在热的作用下可继续进行缩聚反应形成高度交联网状结构。2) 酚醛塑料: 以热塑性酚醛树脂为原料: 以热固性酚醛树脂为原料:通常作粘胶剂或浸渍增强剂压制成层状塑料 应用:有一定的强度和硬度、良好的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性及电绝缘性、热导率低,成本低廉。酚醛塑料所用的填料分为粉状、纤维状、层状。 以木粉为原料的酚醛塑料粉又称胶木粉或电木粉,它价格低廉,但性脆、耐光性差,用于制造手柄、瓶盖、电话及收音机外壳、灯头、开关、插座等。1、 以云母粉、石英
21、粉、玻璃纤维为填料的塑料粉可用来制造电闸刀、电子管插座、汽车点火器等。2、 以石棉为填料的塑料粉可用于制造电炉、电熨斗等设备上的耐热绝缘部件。 3、以玻璃布、石棉布等为填料的层状塑料的可用于制造轴承、齿轮、带轮、各种壳体等。2、环氧塑料EP环氧树脂: 环氧塑料是以环氧树脂为基,加入填料及其它添加剂而制成。树脂中每个分子含有两个或两个以上环氧基团:环氧树脂中最常用的是双酚A型环氧树脂其中R为2) 环氧塑料: 环氧树脂有“万能胶”之称。其粘性好,强度高,具有良好的耐热性、耐腐蚀性、尺寸稳定性,优良的电绝缘性能。 主要用于:仪表构件、塑料模具、精密量具、电子元件的密封和固定、粘合剂、复合材料等。 五
22、、塑料制品的成形工艺 1、模压成形:将塑料原料放入成型模加热熔化,加压,使塑料充满整个型腔,同时发生交联反应而固化。模压成型主要用于热固性塑料,适用于形状复杂或带有复杂嵌件的制品,但生产率低、模具成本较高。 2、注射成型:将塑料原料在注射机料筒内加热熔化,通过推杆或螺杆向前推压至喷嘴,迅速注入封闭模具内,冷却后即得塑料制品主要用于热塑性塑料。能生产形状复杂、薄壁、嵌有金属或非金属的塑料制品。3、挤出成型:将原料在料筒中加热至流动状态,同时通过螺杆向前推压至机头,通过不同形状和结构的口模连续挤出,获得不同形状的型材,如管、棒、带、丝、板等。挤出成形的生产效率高,可自动化连续生产,一般使用热塑性塑
23、料作原料4、 吹塑成形:熔融态的塑料坯通过挤出机或注射机挤出后,置于模具内,用压缩空气将此坯料吹胀,使其紧贴模内壁成型而获得中空制品。5、真空成形(吸塑成形):将热塑性塑料板(片)材置于模具上,四周加紧并加热;待塑料进入高弹态后,对模腔抽真空,使板材在大气压作用下紧贴模腔内壁,冷却后硬化成形。 6、浇注成形:又称浇塑法,根据浇注方式的差异可分为静态铸型、嵌铸型和离心铸型等。在液态树脂中加入适量固化剂,然后浇入模具型腔中,在常压或低压及常温或适当加热条件下固化成型。此法主要用于生产大型制品,设备简单,但生产率低。第三章 通用塑料1.塑料的定义和分类。定义:合成高聚物加上高分子助剂通过加工可塑成型
24、,在常温下保持其形状不变的材料。助剂:填料和增强剂,增塑剂,稳定剂等。目的是:为了改善塑料的加工性能,改善制品的使用性能,使材料的成本降低。分类:按功能用途分:通用塑料,工程塑料,功能塑料。按受热行为分:热塑性塑料,热固性塑料。2.塑料的组分和作用。组分:分为单一组分的塑料和多组分塑料。主要助剂及其作用。填料和增强剂。填料作用:提高塑料的力学、电学性能或降低成本和收缩率等。常用填充剂有石墨粉、炭粉、氧化铝粉、木屑、玻璃纤维、碳纤维等。增强剂:提高塑料的强度和刚性。常用的是纤维材料。增塑剂:提高塑料的可塑性和柔软性。一般为沸点高的液体或熔点低的固体。增加大分子链间距离,从而达到增加大分子链的柔顺
25、性的目的。增塑剂与P相溶性的不同分为三类:主增塑剂,辅增塑剂,增量剂。稳定剂:提高塑料对热、光、氧等的稳定性,延长使用寿命。热稳定剂:增加P热稳定性的助剂。光稳定剂:提高高分子材料抗紫外线和大气中氧的综合作用而使其性能变坏的助剂。光稳定剂分类:光屏蔽剂,自由基捕捉剂,紫外线吸收剂(常用)。抗氧剂:能延缓或抑制材料氧化和老化的物质。着色剂:赋予塑料制品各种色彩的物质。润滑剂:提高塑料在加工成形过程中的流动性和脱模能力,同时可使制品光亮美观。偶联剂:把两种不同性质的材料紧密结合起来的物质。阻燃剂:能增加高分子材料耐燃性的物质。其他:发泡剂,抗静电剂等。3.通用塑料的性能与用途。性能优点:质轻,塑料
26、密度在材料中最轻;拉伸强度,拉伸模量比较低,韧性优良;传热系数小;电绝缘性好;减震,消音性能好;耐腐蚀性优良;透光性能,着色性能好。缺点:力学性能比金属材料差,表面硬度低。容易静电积累。难于加工高精度制品,成型条件对产品的物理性能影响大。使用过程中容易产生蠕变,疲劳,结晶等现象,长期使用性能差。易热膨胀,当进行复合时要充分考虑。耐热性能差,使用温度低。易燃光热作用下易受到破坏。用途:农业,工业,建筑业,包装业,日常用品,医疗与机械工业。4.重要的通用塑料。如下。.聚乙烯(PE)。分类:高密度聚乙烯(HDPE),低密度聚乙烯(LDPE), 线型LDPE(LLDPE)。PE的性质:无味,无毒,白色
27、蜡状不透明材料。具有优良的电绝缘性能和介电性能。良好的耐化学腐蚀性力学性质中抗冲击性能较好,其他一般较低的摩擦系数韧性,耐寒性好不易吸水,易燃不耐热,耐低温PE容易光氧氧化,热氧化,臭氧分解。聚乙烯PE的应用:食品袋,保鲜膜,保温管,胶丝绳,胶袋等。.聚丙烯(PP)。分类:等规PP,无规PP,间规PP。PP的性能:PP的物理性能介于HDPE和ABS树脂之间。无毒、无味、无臭、半透明蜡状固体。密度在所有合成树脂中最小。力学性能和耐热性在通用塑料中最高。耐热性、耐水性良好,化学稳定性好,但不耐芳香族和氯化烃溶剂,耐寒性差,易老化。具有良好的绝缘性,不吸水,不受环境湿度影响。聚丙烯用途:家庭厨房用具
28、、包装薄膜、医疗器械、汽车及机械零部件等。.聚苯乙烯(PS):分为通用型和高冲击型。性质:无味,无臭,透明性好,尺寸稳定性好。电热绝缘性好。刚度大,硬度脆,不耐冲击,耐光性差,耐热性差,易燃,耐化学试剂差,不耐有机溶剂。.ABS。各个组分的作用:A提高强度,硬度,耐热性和耐腐蚀性。B提高韧性,冲击性。S赋予刚性和成型加工性能。A:20%40%,B:10%30%,S:30%60%。ABS最大用途是用来制作家用电器及家用电子设备等的壳体及部件。第四章 橡胶1.橡胶的分类。橡胶是以高分子化合物为基础的、具有良好高弹性的材料。以生胶为原料加入适量配合剂而形成的高分子弹性体。按来源分:天然橡胶与合成橡胶
29、。合成橡胶分为:通用橡胶:性能与天然橡胶相近。具有特殊性能(耐候性,耐热性,耐臭氧化性)其他橡胶。按外观形态:块状生胶,乳胶,液体橡胶,粉末橡胶等。2.橡胶的特征:大分子链具有足够的柔顺,Tg低于室温较多,分子间作用力弱,内旋力弱。在使用条件下不结晶或结晶很小。无冷流现象,冷流是指在使用条件下出现的分子链间的相对滑动。3.橡胶的性能:弹性和强度(与分子链柔顺性,分子量,交联结构有关)耐热性和耐老化性(和分子主链上的化学键的键能有关),(CC,CO,SiO,CF,依次具有良好的耐老化性,键能依次增大)。耐寒性:当TTg,或者由于结晶,会导致橡胶失去弹性(如何提高橡胶耐寒性:降低Tg,提高分子链的
30、柔顺性。改变分子链的规整性,通过共聚合得到无规结构)。化学反应性。包括两种要求:具有足够的活性,以便于能够交联。在使用过程中活性比较低,提高产品的稳定性。电性能:橡胶本身和添加剂的极性结构和加工性:熔体黏度,模膨胀率等。4.橡胶的组成成分和作用。橡胶的组分:橡胶是以生胶为主要成分,添加各种配合剂和增强材料制成的。生胶是指无配合剂、未经硫化的橡胶。按原料来源有天然橡胶和合成橡胶。配合剂:用来改善橡胶的某些性能。常用配合剂有硫化剂、硫化促进剂、防焦剂、防老剂、填充剂、骨架材料等。 硫化剂:用来使生胶的结构由线型转变为交联体型结构,从而具有一定强度、韧性、高弹性。常用硫化剂有硫磺和含硫化合物,有机过
31、氧化物,胺类化合物、树脂类化合物、金属氧化物等。硫化促进剂:缩短硫化时间,降低硫化温度,改善橡胶性能。常用促进剂有二硫化氨基甲酸盐、黄原酸盐类、噻唑类、硫脲类和部分醛类及醛胺类等有机物。 防焦剂:防止胶料在操作期间产生早期硫化,同时又影响促进剂在硫化温度不正常作用的物质。有亚硝基化合物,有机酸类。防老剂:用来防止或延缓橡胶老化。主要有石蜡、胺类和酚类防老剂。填充剂:用来提高橡胶的强度、改善工艺性能和降低成本。用于提高性能的填充剂称为补强剂,如炭黑、二氧化硅、氧化锌、氧化镁等;另外还有用于降低成本的填充剂,如滑石粉、硫酸钡等。 骨架材料:用纤维材料和金属材料作骨架材料,以增加其机械强度,减少变形
32、。如玻璃纤维,钢丝等。第二节 通用橡胶1.天然橡胶NR(由异戊二烯链节组成)组成:橡胶烃,蛋白质,脂肪酸,糖类,水等。乳胶稀释加酸凝固洗涤压片干燥,打包市售的天然橡胶。2.天然橡胶性能:具有良好的综合性能(弹性,机械强度)弹性模量小,无一定熔点溶于极性溶液,不溶于非极性活性高,易交联,耐老化性差。3.合成橡胶分以下多种。4.丁苯橡胶(SBR):由丁二烯和苯乙烯共聚而成的。其耐磨性、耐热性、耐油、抗老化性均比天然橡胶好。弹性,耐寒性,耐撕裂性,粘着性小于天然橡胶。缺点是生胶强度低、粘接性差、成型困难、硫化速度慢。5.顺丁橡胶(BR):由丁二烯聚合而成。性能:弹性高(最高)、耐磨性优异、耐寒性好T
33、g=105(最好)。缺点是加工性能差,撕裂强度和拉伸强度较低,抗湿滑性不好。6.聚异戊二烯橡胶(IR):由异戊二烯单体聚合而成。综合性能最好,硫化速度小于天然橡胶。7.氯丁橡胶(CR):由氯丁二烯聚合而成。外观形态:干胶,乳胶,液体胶。制作工艺中采用的分子量调节剂:硫磺调节剂,非硫磺调节剂,混合调节剂。用途:通用型,专用型。性能:优良的耐油性(仅次于丁腈橡胶);优异的耐燃性(通用橡胶中最好);结晶橡胶,有自补强性,生胶强度高,良好的粘着性,耐水性,气密性;缺点是电绝缘性差,耐寒性差,容易早期硫化及储存期短。(具有天然橡胶和一般通用橡胶所没有的优良性能。故有“万能橡胶”之称。)8.乙丙橡胶(EP
34、R):是以乙烯和丙烯为单体,在齐格勒纳塔催化剂存在下,采用溶液聚合法而成。性能:耐老化性好耐热性好(可在120下长期使用)耐化学腐蚀性好较好的耐蒸气性,低密度(最低)高的填充性缺点:硫化速度慢,不易与不饱和橡胶并用,自粘性和互粘性差,耐燃性,耐油性,气密性差。9.丁基橡胶(IIR):性能:具有优异的气密性(最好)。高度耐热,耐候性,抗氧化性。耐化学腐蚀性好。缺点:硫化速度低,弹性,强度较低。10. 丁腈橡胶(NBR):由丁二烯与丙烯腈聚合而成。其耐油性好,耐热、耐燃烧、耐磨、耐碱、耐有机溶剂。缺点是耐寒性差,其脆化温度为-10-20。11.硅橡胶 ;由二甲基硅氧烷与其它有机硅单体共聚而成。具有
35、高耐热性和耐寒性,抗老化能力强、绝缘性好。缺点是强度低、耐磨性、耐酸性差,价格较贵12.氟橡胶; 以碳原子为主链,含有氟原子的聚合物。其化学稳定性高、耐蚀性能居各类橡胶之首,耐蚀性好,最高使用温度为300。主要用于国防和高技术中的密封件。第四章 工程塑料1.工程塑料:工程上应用的塑料或可作工程材料的塑料。2.工程塑料分类:按聚合物的结构单元和重复单元特征分:聚酯,聚酯胺,聚醚,含氟塑料,聚芳杂环化合物。按长期连续使用温度分:通用工程塑料,长期使用温度100150.特种工程塑料:长期使用温度150以上。3.聚酰胺PA性质:高结晶性,半透明,乳白略带黄色。力学性能优良,耐寒,耐汽油,能够满足汽车发
36、动机部件要求的材料。易加工具有良好的耐油性,耐溶剂性,能够自熄,但吸水性大,热膨胀系数大,耐燃性不高。4.聚碳酸酯PC。合成工艺按来源分为光气法,非光气法。性质:硬而韧,无毒;在工程塑料中吸水率最低,其制品尺寸稳定性十分好冲击强度高(最高的品种之一,耐磨性较差)。第五章 高分子材料加工成型第一节1.塑料加工的目的:根据材料原有的性能,利用一切可能的方法使其成为具有应用价值的制品。2.塑料成型加工工序:原料的配制和准备成型制品后加工。3.塑料成型的方法:一次成型:加热塑料处于粘流态流动成型冷却固化各种形状的制品。挤出,注射,压缩模型,压延,模压烧结,传递模塑,发泡成型等。优点:从简单到复杂的制品
37、都可以。二次成型:塑料制品(片材,棒材,管材)制成所需外形,包括热成型,固成型等。第二节 塑料添加剂及成型物料1.成型物料的配制:树脂与各种添加剂的配合叫做配制,目的是将添加剂和高聚物混合,形成一种均匀的复合物。2.粉料的配制:包括原料的准备和原料的混合。原料的准备:根据制品已选定的配方进行必要的预处理计量及输送等。混合的目的是将原料各组分相互分散以获得成分均匀的物料。原料准备:a.过筛吸磁处理。b.润性物料(加入相当数量液态增塑剂的原料),在混合前,应对增塑剂预热。c.稳定剂,填充剂和色料先把它们预制成浆料后再加入到混合物中去。原料的初混:只是一种简单的混合,仅增加各组分微小粒子空间分布的无
38、规程度,而不减小粒子本身。搅拌振动空气液态化研磨初混。初混的设备:转鼓式混合机,捏合机,螺带式混合机,高速捏合机。3.粒料的配制:粉料(初混料)塑炼造粒。初混物的塑料:在热和机械力的作用下使初混物软化为具有可塑性的均匀熔体的过程,只在高聚物的粘流态和较高的剪切应力进行的,但在热和机械力下可能会引起高聚物的降解。炼成物的粒粉和粒化:减小固体塑炼物的尺寸。双辊机片状的炼成物,密炼机块状的,挤出机条状的。切粒机粒料,粉碎机,粒料。第三节 塑料挤出成型1.挤出成型:是使塑料加热塑化,在加压下通过成型口模,成为截面与口模形状相仿的连续体,将连续体冷却,定型,使其变成制品的方法。2.挤出成型设备:由挤出机
39、(主机),挤出口模(机头)及冷却定型,牵引,切割等辅助设备。常用的螺杆机:单螺杆挤出机,用量最多,但混炼效果差,不适于加工粉料。(PVC)。双螺杆挤出机,进料稳定,挤出量大,混合效果好,直接加工硬PVC粉,也可用于混料的加工。多螺杆挤出机。3.单螺杆挤出机:由螺杆,料筒,加热装置,传动系统及加热,冷却系统等组成。螺杆:是挤出机的心脏,通过它的传动,物料在料筒内移动,得到增压和部分热量。根据塑料在螺杆各部分所处的状态不同,分加料段,输送段(压缩段),计量段(均匀段)。螺杆的几何参数:直径,长径比,螺槽直径,螺距,螺纹头数及螺棱宽度。螺杆直径标志着挤出机挤出物料量的大小。长径比表示了挤出塑化能和塑
40、化质量。料筒(T:180250;P:100MPa):是环绕挤出机的圆筒,配有加料口,有时还有口,和螺杆组成了挤出机的挤压系统,物料的输送,塑化和加压都是在料筒中进行,料筒必须耐高温,高压。多孔板和过滤网。多孔板为厚金属圆盘,具有许多与螺杆轴平行紧密排列的平行孔。过滤网的主要功能是阻止杂质和未塑化的物料进入口模,此外还可以提高熔体压力。加料装置:由料斗部分和上料部分组成,其作用是给挤出机供料。上料方式:人工上料,弹簧上料,鼓风上料,真空上料。传动装置。在给定工艺条件(模头压力,螺杆转数,挤出量,温度)下,带动螺杆匀速转动。加热冷却系统。调节料筒,螺杆,料斗座等处的温度,使挤出机正常运行,高效地生
41、产出合格的制品。加热方法:电加热,液体加热,蒸气加热。冷却方法:风冷,水冷。第四节 塑料注射成型1.塑料注射成型:将粉状粒料加入注射机料筒,在热和机械剪切力的作用下塑化成流动性的熔体,经柱塞式或螺杆的推动作用快速进入温度较低的模具内,冷却固化。2.注射成型优点:能一次成型,外形复杂,尺寸准确,可带有多种金属件的制品。可加工的塑料品种多(几乎所有的热固性,热塑性,弹性体均可用此方法加工)。成型过程的自动化程度高。注射过程:模具预热合模注射保压冷却开模顶出。第五节 塑料压缩模塑成型1.塑料压缩模塑成型:将粉状,粒状,纤维状原料放入加热的模具型模中,然后合模加压使其成型固化,最后脱模。压缩模塑可用于
42、热固性和热塑性塑料。2.模压成型工艺:将塑料原料放入成型模加热熔化,加压,使塑料充满整个型腔,同时发生交联反应而固化。成型设备:压机,模具。3.塑料压缩模塑成型主要优点:可模制较大平面的制品,并利用槽模进行大规模生产,对热固性塑料模压制品耐热性好,使用温度宽,变形小,但生产周期长,效率低,成型时制品毛边厚度不一致,尺寸精度要求高,自动化程度低。第六节 吹塑成型技术1.吹塑:指借助压缩空气的压力,将闭合模具内处于熔融状态的塑料型坯吹胀成中空制品的一种成型方法。2.吹塑的主要形式:挤出吹塑,注射吹塑,拉伸吹塑(不能独立)。3.吹塑基本步骤:材料熔融制成型坯于吹塑模中熔封利用压缩空气将模具内型坯吹胀
43、冷却取出制品修整(1mL1000L,挤出吹塑)。4.注射吹塑:先用注射法将塑料制成有底型坯,然后将它移至吹塑模具中制成中空制品,容积不大于2L。区别:注射吹塑具有壁厚均匀,瓶颈尺寸稳定,废料可更换模具方便。第七节 橡胶的加工橡胶的制备及成形 :硫 化:聚异戊二烯的硫化反应混 合 生胶流动温度高、粘度大,它与各种配合剂的混合,需要通过塑炼和混炼来实现1、塑 炼:强迫生胶反复通过两个转速不同的滚筒之间的间隙,使之在强剪切力作用下长分子链被切断,相对分子量减小,从而流动性增加(即塑性增加)的工艺过程。塑炼一般在螺杆式塑炼机或两辊式塑炼机上进行。2、混 炼:将塑炼后的生胶和配合剂混合均匀的过程。混炼的
44、加料顺序是:塑炼胶、防老剂、填充剂、增塑剂、硫化剂及硫化促进剂等。混炼时要注意严格控制温度和时间。常用的混炼机有密炼机和开炼机,通常联合使用。成 形 :大多数橡胶制品都是被加热到硫化温度以上,在模具中成形。1)模压法:将预压好或经称重的型坯直接放入模腔,合模加热加压,使产品硫化直至定型。 2)注射法:与热固性塑料注射成形类似SBS热塑弹体 苯乙烯和丁二烯的三嵌段共聚物。分子链的两端是柔性较小的聚苯乙烯段,中间是柔性很好的聚丁二烯。兼有硫化橡胶和热塑性橡胶的优点。强度高,弹性好,可反复回收利用。1.橡胶制品的配方:生胶加上各种配合剂。2.橡胶加工工艺:塑炼混炼压延压出成型硫化。塑炼:使橡胶从弹性
45、态变为可塑状态的过程。目的:可获得适宜的可塑性和流动性,有利于后工序的进行。机理:因机械破坏作用和热氧化降解作用,使橡胶大分子链断裂。方法:机械塑炼法,化学塑炼法。混炼:将各种配合剂混入生胶中制成。加料顺序:塑炼胶,防老剂,填充剂,增塑剂,硫化剂及硫化促进剂等。混炼注意:严格控制温度和时间。硫化阶段:硫化起步阶段(焦烧期),欠硫阶段(预硫阶段),正硫阶段,过硫阶段。硫化方法:橡胶制品的硫化是在一定温度和压力下进行冷硫化,温硫化,热硫化。介质:直接硫化,间接硫化,混合硫化。设备:硫化罐,平板硫化机,个体硫化机,注压硫化机。第六章 有机硅1.有机硅:是一种元素有机化合物,凡Si原子上连接有机基团的
46、均叫有机硅。分类:高分子有机硅(分为聚硅氧烷,聚硅烷),低分子有机硅(分为硅烷,硅烷低聚小分子)。有机硅树脂:主要骨架为SiOSiOSi2.硅橡胶:分子量足够大(15万以上)的线型聚硅氧烷,室温下未硫化的生胶有一定的粘流性,硫化后具一定网状结构的弹性体。3.硅树脂:含一定可交联的侧基或预聚物。制备:CH3SiCl3,(CH3)2SiCl等共同水解适当缩合调聚预聚物(液态)。分类:固化条件:热固化,多数,加热缩合,去水;紫外光固化;常温固化。(补充:耐热性和耐候性特好,耐化学药品,电绝缘性,增水性良好)纯硅树脂:甲基硅树脂,由CH3SiX3水解得到;甲基苯基硅树脂,通常由甲基,苯基,二甲基,二苯
47、基,单体混合水解。改性硅树脂:醇酸改性,聚酯改性,丙烯酸改性。第七章 功能高分子材料和纳米高分子材料1.功能高分子材料:对物质,能量,信息具有传输,转换和储存功能的特殊高分子材料。(或者是有物理,化学,生物和功能转换型高分子材料)2.生物功能高分子材料生物功能高分子材料又称高分子生物材料,定义为以医疗为目的,用于与生物体物质(主要是人体)接触以形成特定功能并相互作用的无生命材料。要求:有医疗功能性外,还要强调安全性,即不仅要治疗,还要对人体无害。除一般的物理机械性能外,还必须具有生物功能和生物相容性。生物相容性:合成材料与机体组织和血液之间的适应性,包括组织相容性和血液相容性,而且两者互相联系。组织相容性:涉及到材料表面的亲水性,疏水性,亲水疏水微相分离结构,以及对它们表面的修饰。血液相容性:指高分子材料与血液接触时,不引起凝血或血小板粘着凝聚,没有溶血现象。人工器官:目标是合成材料制备的脏器制品,在辅助装置的配合下,代替人体原有器官的生理功能。3.几种重要的医用高分子:聚甲基丙烯酸酯类聚氨酯类有机硅。聚甲基丙烯酸酯:具有良好的生物相容性,较高的机械强度和热成
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