ch4高分子材料

1、第第4章章 高分子材料高分子材料1 1、什么是高分子材料？、什么是高分子材料？2 2、怎样制造或合成？、怎样制造或合成？3 3、结构（组成、形态、聚集态）？、结构（组成、形态、聚集态）？4 4、性能特点？、性能特点？高分子材料概述高分子材料概述1、基本概念、基本概念天然天然高分子材料：高分子材料：高分子材料高分子材料人工合成人工合成高分子材料：高分子材料：蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡胶、蛋白质、淀粉等天然橡胶、蛋白质、淀粉等塑料、合成橡胶、涂料、塑料、合成橡胶、涂料、合成纤维、胶粘剂等合成纤维、胶粘剂等2 2、高分子材料的合成、高分子材料的合成（2 2）缩聚反应缩

2、聚反应缩聚物缩聚物 有低分子副产物有低分子副产物聚合反应聚合反应低分子化合物（单体）聚合形成高分子低分子化合物（单体）聚合形成高分子化合物的过程化合物的过程（1 1）加聚反应加聚反应加聚物加聚物如：乙烯如：乙烯聚乙烯聚乙烯 nCH2=CH2 CH2 CH2 n 主要是主要是C、H、O，另外另外N、Cl、F、B、Si、S等。等。 共价键共价键3、大分子链的结构、大分子链的结构（1）大分子链的化学组成）大分子链的化学组成比较比较: 金属材料，各种金属材料，各种金属元素金属元素，杂质及合金元素，杂质及合金元素 金属键金属键A、线型分子链线型分子链：直径小，长度很长，呈卷曲或线团状：直径小，长度很长，

3、呈卷曲或线团状B、支化型分子链支化型分子链：有支链，枝型、梳型、线团型：有支链，枝型、梳型、线团型C、体型分子链体型分子链：三维网状大分子：三维网状大分子（2）大分子链的形态）大分子链的形态（3 3）高分子材料的聚集态）高分子材料的聚集态晶态晶态分子链在空间规则排列分子链在空间规则排列强度、刚度、耐热性、强度、刚度、耐热性、抗熔性好抗熔性好部分晶态部分晶态部分规则排列部分规则排列介于两者之间介于两者之间非晶态非晶态无规则排列无规则排列弹性、延伸率、韧性好弹性、延伸率、韧性好(1)低强度和较高的比强度低强度和较高的比强度 100MPa，1/41/6 (2)高弹性和低弹性模量高弹性和低弹性模量 1

4、00%1000%，E=220MPa(3)塑性好和受迫弹性高塑性好和受迫弹性高(4)粘弹性粘弹性 蠕变、应力松弛和内耗三种现象。蠕变、应力松弛和内耗三种现象。(5)韧性好韧性好 在断裂前能吸收较大的能量在断裂前能吸收较大的能量(6)高减摩、耐磨性高减摩、耐磨性 塑料的摩擦系数小，有些塑料具有自润滑性能塑料的摩擦系数小，有些塑料具有自润滑性能 4、力学性能特点、力学性能特点 5、物理、化学性能特点、物理、化学性能特点 （1）高绝缘性）高绝缘性 （2）低耐热性）低耐热性 （3）低导热性）低导热性 （4）高热膨胀性）高热膨胀性 （5）高化学稳定性）高化学稳定性 （6）老化）老化第第4章章 高分子材料高

5、分子材料4.1 工程塑料工程塑料4.2 合成纤维合成纤维4.3 合成橡胶合成橡胶4.4 胶粘剂胶粘剂 1合成树脂合成树脂 高分子化合物高分子化合物，主要组成，也起粘接剂作用，主要组成，也起粘接剂作用， 占占40100% 2添加剂添加剂 主要有主要有填料填料、固化剂固化剂、增塑剂增塑剂及及稳定剂稳定剂等。等。 4.1 工程塑料工程塑料一、塑料的组成一、塑料的组成 有机合成树脂有机合成树脂 + 添加剂添加剂(1) 填料或增强材料填料或增强材料 在塑料中主要起增强作用在塑料中主要起增强作用(2) 固化剂固化剂 可使树脂具有体型网状结构，使树脂成为较坚硬和可使树脂具有体型网状结构，使树脂成为较坚硬和稳

6、定的塑料制品稳定的塑料制品(3) 增塑剂增塑剂 提高树脂可塑性和柔性提高树脂可塑性和柔性(4) 稳定剂稳定剂 防止老化防止老化(1)热塑性塑料热塑性塑料 加热时软化并熔融，可塑造成形，冷却后成型并加热时软化并熔融，可塑造成形，冷却后成型并保持既得形状，该过程保持既得形状，该过程可反复进行可反复进行。线型和支化型分子链构成的聚合物线型和支化型分子链构成的聚合物优点：优点：加工成形简便，较高的机械性能加工成形简便，较高的机械性能缺点：缺点：耐热性和刚性比较差耐热性和刚性比较差二、塑料的分类二、塑料的分类1按树脂的性质分类按树脂的性质分类(2)热固性塑料热固性塑料 初加热时软化，可塑造成型，但固化后

7、再加热将初加热时软化，可塑造成型，但固化后再加热将不再软化，也不溶于溶剂。不再软化，也不溶于溶剂。体型分子链构成的聚合物体型分子链构成的聚合物优点：优点：耐热性高，受压不易变形耐热性高，受压不易变形缺点：缺点：机械性能不好机械性能不好例：例：酚醛、环氧、酚醛、环氧、胺基、不饱和聚酯胺基、不饱和聚酯 (1)通用塑料通用塑料聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚醛塑料和氨基塑料聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚醛塑料和氨基塑料等。占塑料总产量的等。占塑料总产量的3/4。 (2)工程塑料工程塑料综合工程性能良好的各种塑料。综合工程性能良好的各种塑料。聚甲醛、聚酰胺、聚聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯碳酸酯和和ABS等四

8、种。等四种。 (3)耐热塑料耐热塑料能在较高温度（能在较高温度（100200）工作，）工作，聚四氟乙烯聚四氟乙烯、聚、聚三氟氯乙烯、有机硅树脂、环氧树脂等。三氟氯乙烯、有机硅树脂、环氧树脂等。2按使用范围分类按使用范围分类高压，高压，质地柔软，制作塑料薄膜、软管和塑料瓶等质地柔软，制作塑料薄膜、软管和塑料瓶等低、中压，低、中压，质地刚硬，耐磨性、耐蚀性及电绝缘性较好，质地刚硬，耐磨性、耐蚀性及电绝缘性较好，常用来制造塑料管、板材、绳索以及承载不高的零件，常用来制造塑料管、板材、绳索以及承载不高的零件，如齿轮、轴承等。如齿轮、轴承等。三、常用塑料三、常用塑料1热塑性塑料热塑性塑料（1）聚乙烯）聚

9、乙烯(PE) 分子分子结构结构式：式：性能性能：侧基侧基CH3常用塑料中最轻的（常用塑料中最轻的（0.90.91g/cm3）。耐热性、电绝缘性能和耐蚀性良好。耐热性、电绝缘性能和耐蚀性良好。缺点：缺点：冲击韧性、耐低温及抗老化性差。冲击韧性、耐低温及抗老化性差。用途用途：可用于制作某些零部件，如法兰、齿轮、风扇：可用于制作某些零部件，如法兰、齿轮、风扇叶轮、泵叶轮、把手、接头、仪表盒及壳体等。叶轮、泵叶轮、把手、接头、仪表盒及壳体等。（2）聚丙烯）聚丙烯(PP)分子分子结构结构式：式：存在极性氯原子存在极性氯原子硬质聚氯乙烯硬质聚氯乙烯：强度和耐蚀性好，管道、贮槽等强度和耐蚀性好，管道、贮槽等

10、软质聚氯乙烯（软质聚氯乙烯（3040%增塑剂）：增塑剂）：柔软、耐蚀和电绝缘，薄膜，软管、电缆外皮柔软、耐蚀和电绝缘，薄膜，软管、电缆外皮（3）聚氯乙烯）聚氯乙烯(PVC)乙炔乙炔+氯化氢氯化氢氯乙烯，再聚合而成，氯乙烯，再聚合而成，其分子其分子结构结构式：式： 侧基上有苯环侧基上有苯环性能性能：无色透明，几乎不吸水；耐蚀性、电绝缘性好。：无色透明，几乎不吸水；耐蚀性、电绝缘性好。缺点：缺点：抗冲击性差，易脆裂、耐热性不高，耐油性有限。抗冲击性差，易脆裂、耐热性不高，耐油性有限。用途用途：灯罩、透明窗，电工绝缘材料等。：灯罩、透明窗，电工绝缘材料等。聚苯乙烯聚苯乙烯泡沫塑料，泡沫塑料，相对密度

11、（相对密度（0.033g/cm3）很小）很小 ，用作，用作隔音、包装及救生材料。隔音、包装及救生材料。（4）聚苯乙烯）聚苯乙烯(PS)分子结构式：分子结构式：性能性能：具有：具有“硬、韧、刚硬、韧、刚”的特性，综合机械性能良好的特性，综合机械性能良好用途：用途：机械工业，机械工业， 汽车零件，汽车零件， 纺织器材、电讯器件。纺织器材、电讯器件。（5）ABS塑料塑料丙烯腈丙烯腈、丁二烯丁二烯和和苯乙烯苯乙烯的三元共聚物，分子结构式：的三元共聚物，分子结构式：性能性能：突出的耐磨性和自润滑性能；良好韧性，强度较高；：突出的耐磨性和自润滑性能；良好韧性，强度较高；耐蚀性好；抗霉、抗菌，无毒；成型性能

12、好。耐蚀性好；抗霉、抗菌，无毒；成型性能好。（6）聚酰胺）聚酰胺(PA) 尼龙尼龙或或锦纶锦纶，分子结构式有两类：，分子结构式有两类：用途用途：要求耐磨、：要求耐磨、耐蚀的承载和传动耐蚀的承载和传动零件。零件。轴套轴套拉杆拉杆（7）聚碳酸酯）聚碳酸酯(PC)分子链上有分子链上有刚性的苯环刚性的苯环，又有，又有柔性的醚键柔性的醚键性能性能：具有优良的综合性能。具有优良的综合性能。冲击韧性和延性在热塑性冲击韧性和延性在热塑性塑料中是最好的；誉称塑料中是最好的；誉称“透明金属透明金属” 。应用应用：受冲击和尺寸稳定要求：受冲击和尺寸稳定要求 较高的零件，较高的零件， 绝缘件，绝缘件， 信号灯、挡风玻

13、璃、座信号灯、挡风玻璃、座 舱罩、帽盔等。舱罩、帽盔等。（8）氟塑料）氟塑料性能：性能：耐高温、低温、腐蚀、老化，电绝缘，吸水性和耐高温、低温、腐蚀、老化，电绝缘，吸水性和摩擦系数低。摩擦系数低。l聚四氟乙烯聚四氟乙烯聚聚(PTFE)俗称俗称塑料王塑料王，可在，可在-180260的范围内长期使用。的范围内长期使用。用途：用途：减摩密封零件、化工耐蚀零件与热交换器，以及减摩密封零件、化工耐蚀零件与热交换器，以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。高频或潮湿条件下的绝缘材料。 （9）聚甲基丙烯酸甲酯）聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) l 有机玻璃有机玻璃性能性能：透明度比无机玻璃高；密度只有后者的一半；：透明

14、度比无机玻璃高；密度只有后者的一半；机械性能高。机械性能高。缺点：缺点：表面硬度低、导热性差、热膨胀系数大，性脆表面硬度低、导热性差、热膨胀系数大，性脆应用应用：风挡、舷窗、电视和：风挡、舷窗、电视和雷达的屏幕、仪表护雷达的屏幕、仪表护罩、外壳、光学元件、罩、外壳、光学元件、透镜等。透镜等。有机玻璃顶棚有机玻璃顶棚(1) 酚醛塑料酚醛塑料(PF) 由由酚类酚类和和醛类醛类缩聚合成酚醛树脂，再加入添加剂而制缩聚合成酚醛树脂，再加入添加剂而制得的高聚物。得的高聚物。 压塑粉（俗称压塑粉（俗称胶木粉、电木粉胶木粉、电木粉） 性能性能：耐磨、绝缘、耐热、耐蚀：耐磨、绝缘、耐热、耐蚀 缺点：缺点：性脆，

15、不耐碱性脆，不耐碱 用途用途: 各种电讯器材和电木制品，例如插头、开关、各种电讯器材和电木制品，例如插头、开关、电话机、仪表盒等。电话机、仪表盒等。 2热固性塑料热固性塑料 (2) 环氧塑料环氧塑料(EP) 环氧树脂环氧树脂+固化剂固化剂性能性能：强度较高，韧性较好；绝缘、耐热、耐寒；化学：强度较高，韧性较好；绝缘、耐热、耐寒；化学稳定性很高；易成型稳定性很高；易成型缺点：缺点：有某些毒性有某些毒性应用应用：很好的：很好的胶粘剂；胶粘剂； 塑料模具、精密量具；塑料模具、精密量具； 配制各种漆、涂料，电器绝缘及印刷线路；配制各种漆、涂料，电器绝缘及印刷线路； 制备各种复合材料。制备各种复合材料。

16、纤维：纤维：长度比本身直径大长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状物。倍的均匀条状或丝状物。合成纤维合成纤维：以石油、天然气、煤和石灰石等为原料，经以石油、天然气、煤和石灰石等为原料，经过提炼和化学反应合成过提炼和化学反应合成高分子化合物，再将其熔融或溶高分子化合物，再将其熔融或溶解后纺丝制得的纤维解后纺丝制得的纤维。特点：特点：更优越的性能，如强度高、密度小、弹性好、耐更优越的性能，如强度高、密度小、弹性好、耐磨、耐酸碱性好、不霉烂、不怕虫蛀等。磨、耐酸碱性好、不霉烂、不怕虫蛀等。4.2 合成纤维合成纤维一、合成纤维的生产一、合成纤维的生产三个基本环节：三个基本环节：单体制备和聚合单体制备

17、和聚合、纺丝纺丝和和后加工后加工 （1 1）涤纶）涤纶 聚酯纤维聚酯纤维，又叫，又叫的确良的确良优点：优点：具有高强度、高弹性、不易变形、耐磨、耐蚀，具有高强度、高弹性、不易变形、耐磨、耐蚀，易洗快干，很好的衣料纤维。易洗快干，很好的衣料纤维。缺点：缺点：吸水性差、不透气、穿着感差，摩擦易起静电吸水性差、不透气、穿着感差，摩擦易起静电 （2 2）锦纶）锦纶 聚酰胺纤维聚酰胺纤维，又称尼龙，又称尼龙优点：优点：强度大、耐磨性好、弹性好。强度大、耐磨性好、弹性好。缺点：缺点：E E低、容易变形，刚性差；耐酸、热、光性差。低、容易变形，刚性差；耐酸、热、光性差。二、常用合成纤维二、常用合成纤维（3

18、3）腈纶）腈纶 聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维，又称奥纶、开米司纶，又称奥纶、开米司纶优点：优点：质轻、柔软、保暖性好，不发霉、不虫蛀，吸湿质轻、柔软、保暖性好，不发霉、不虫蛀，吸湿性小，有性小，有“人造羊毛人造羊毛”之称。之称。缺点：缺点：耐磨性差、弹性差，摩擦起球、起静电。耐磨性差、弹性差，摩擦起球、起静电。（4 4）维纶）维纶 聚乙烯醇纤维聚乙烯醇纤维优点：优点：吸湿性好，强度、耐磨性、耐腐蚀性均较高，又吸湿性好，强度、耐磨性、耐腐蚀性均较高，又称称“合成棉花合成棉花”。缺点：缺点：弹性差，织物易皱。弹性差，织物易皱。 （5 5）丙纶）丙纶 聚丙烯纤维聚丙烯纤维优点：优点：纤维以轻、牢、耐磨著

19、称，渔网、军用蚊帐。纤维以轻、牢、耐磨著称，渔网、军用蚊帐。缺点：缺点：可染性差，晒易老化。可染性差，晒易老化。 （6 6）氯纶）氯纶 聚氯乙烯纤维聚氯乙烯纤维优点：优点：难燃、保暖、耐晒、耐磨、弹性好。难燃、保暖、耐晒、耐磨、弹性好。缺点：缺点：耐热性差，染色性差，热收缩大。耐热性差，染色性差，热收缩大。 4.3 合成橡胶合成橡胶 l性能特点：性能特点：极高弹性（极高弹性（1001000%）、回弹性好，回）、回弹性好，回弹速度快。耐磨，很好绝缘性和不透气、不透水性。弹速度快。耐磨，很好绝缘性和不透气、不透水性。l用途：用途：弹性、密封、减震防震和传动材料弹性、密封、减震防震和传动材料一、橡胶

20、的分类和橡胶制品的组成一、橡胶的分类和橡胶制品的组成1橡胶的分类橡胶的分类 通用橡胶通用橡胶特种橡胶特种橡胶天然橡胶天然橡胶合成橡胶合成橡胶按照原料的来源按照原料的来源 2橡胶制品的组成橡胶制品的组成 生胶生胶+配料配料 (1)硫化剂硫化剂硫化处理：变塑性生胶为弹性胶。硫化处理：变塑性生胶为弹性胶。硫磺、含硫化合物等硫磺、含硫化合物等 (2)硫化促进剂硫化促进剂胺类等，降低硫化温度、加速硫化过程胺类等，降低硫化温度、加速硫化过程 (3)补强填充剂补强填充剂提高机械性能，改善加工工艺性能。碳黑、陶土等提高机械性能，改善加工工艺性能。碳黑、陶土等（1）丁苯橡胶）丁苯橡胶以以丁二烯丁二烯和和苯乙烯苯

21、乙烯为单体共聚而成。其分子结构式为：为单体共聚而成。其分子结构式为：二、常用合成橡胶二、常用合成橡胶 1通用合成橡胶通用合成橡胶性能性能 ：较好的耐磨性、耐热性、耐老化性，价格便宜。较好的耐磨性、耐热性、耐老化性，价格便宜。用途：用途：轮胎、胶带、胶管及生活用品。轮胎、胶带、胶管及生活用品。丁苯橡胶产量最大，应用最广的通用橡胶。丁苯橡胶产量最大，应用最广的通用橡胶。(2)顺丁橡胶顺丁橡胶由由丁二烯丁二烯聚合而成，其结构式为：聚合而成，其结构式为：弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶，弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶，制造制造轮胎轮胎的优良材料。的优良材料。 缺点：强度较低、加工

22、性能差缺点：强度较低、加工性能差 (3)氯丁橡胶氯丁橡胶 它是由氯丁二烯聚合而成。其分子结构式为：它是由氯丁二烯聚合而成。其分子结构式为：性能：性能：机械性能和天然橡胶相似，而且耐油、耐磨、耐热、机械性能和天然橡胶相似，而且耐油、耐磨、耐热、耐燃烧、耐溶剂、耐老化性均优于天然橡胶，耐燃烧、耐溶剂、耐老化性均优于天然橡胶， “万能橡胶万能橡胶”缺点：耐寒性差（缺点：耐寒性差（-35），密度大（），密度大（1.23），成本高），成本高用途：用途：电线、电缆的包皮、胶管、输送带等。电线、电缆的包皮、胶管、输送带等。 (1)丁腈橡胶丁腈橡胶由由丁二烯丁二烯和和丙烯腈丙烯腈共聚而成。其分子结构式为：共聚

23、而成。其分子结构式为：优异的优异的耐油性耐油性主要用作各种耐油制品。如油箱、耐油胶管、密封垫主要用作各种耐油制品。如油箱、耐油胶管、密封垫圈、耐油运输带、印刷胶辊及耐油减震制品。圈、耐油运输带、印刷胶辊及耐油减震制品。 2特种橡胶特种橡胶 主链由硅原子和氧原子以单键连接而成，具有高柔性主链由硅原子和氧原子以单键连接而成，具有高柔性和高稳定性。和高稳定性。 硅橡胶硅橡胶高耐热性和耐寒性高耐热性和耐寒性，-100350。优异的抗。优异的抗老化、绝缘性老化、绝缘性 用途：用途：飞机和宇航中的密封件、薄膜、胶管等，耐高飞机和宇航中的密封件、薄膜、胶管等，耐高温的电线、电缆、电子设备等。温的电线、电缆、

24、电子设备等。 (2) 硅橡胶硅橡胶 键能很高的键能很高的碳氟键碳氟键，很高的化学稳定性。，很高的化学稳定性。 高的耐腐蚀性高的耐腐蚀性，其耐热性也很好。，其耐热性也很好。 缺点：缺点：价格昂贵、耐寒性差、加工性能不好价格昂贵、耐寒性差、加工性能不好 用途：用途：国防和高技术中的高级密封件、高真空密封件及化国防和高技术中的高级密封件、高真空密封件及化工设备中的衬里，火箭、导弹的密封垫圈等。工设备中的衬里，火箭、导弹的密封垫圈等。(3) 氟橡胶氟橡胶结构式：结构式：4.4 胶粘剂胶粘剂 又称粘合剂或粘接剂，它是一类通过又称粘合剂或粘接剂，它是一类通过粘附作用粘附作用，使同质或异质材料连接在一起，并在胶接面上有一定使同质或异质材料连接在一起，并在胶接面上有一定强度的物质。强度的物质。( (商品粘合剂商品粘合剂80008000种种) )1、树脂型胶粘剂、树脂型胶粘剂（1）热塑性树脂胶粘剂）热塑性树脂胶粘剂 以线型热塑性树脂为基料，