第五章材料与高科技

1、第五章第五章 材料与高科技材料与高科技n材料是人类赖以生产和生活的物质基础材料是人类赖以生产和生活的物质基础n翻开人类文明史册可以发现：材料科学的每一翻开人类文明史册可以发现：材料科学的每一次重大突破，都会引起生产技术的革命，例如：次重大突破，都会引起生产技术的革命，例如：n计算机的发展：计算机的发展：n电子产品的发展：电子产品的发展：n服装：服装：n建筑：建筑：n运输工具：运输工具：n各种日用、工业新产品：各种日用、工业新产品：51 概述概述材料的分类材料的分类按化学组成可分为四类：按化学组成可分为四类：（1）金属材料）金属材料（2）无机非金属（陶瓷）材料）无机非金属（陶瓷）材料（3）有机高

2、分子材料）有机高分子材料（4）复合材料）复合材料材料的分类材料的分类按使用性能可分为两类：按使用性能可分为两类：（1）结构材料：主要是利用它们的强度、）结构材料：主要是利用它们的强度、韧性、硬度等机械性能。韧性、硬度等机械性能。（2）功能材料：是利用它们所具有的电、）功能材料：是利用它们所具有的电、光、声、磁、热等功能和效应。光、声、磁、热等功能和效应。本章重点介绍有机高分子材料和复合材料本章重点介绍有机高分子材料和复合材料52 有机高分子材料有机高分子材料n5.2.1高分子化合物的特性与结构高分子化合物的特性与结构n1.高分子化合物的概念高分子化合物的概念n分子量大：分子量大：104106，

3、其物理、化学、力学，其物理、化学、力学性能与低分子化合物有很大的差异。性能与低分子化合物有很大的差异。n组成较简单：由特定的结构单元（单体）通组成较简单：由特定的结构单元（单体）通过共价键多次重复连接而成。过共价键多次重复连接而成。 n聚合度：结构单元（链节）的数目聚合度：结构单元（链节）的数目n几乎无挥发性：常温下为液态或固态几乎无挥发性：常温下为液态或固态n固态高分子可分为晶态、非晶态：固态高分子可分为晶态、非晶态：n 晶态：分子排列规整有序晶态：分子排列规整有序n 非晶态：分子排列无规则非晶态：分子排列无规则n当今世界上作为材料使用的大量高分子当今世界上作为材料使用的大量高分子化合物都是

4、人工合成的：化合物都是人工合成的：n 以石油、煤、天然气为原料制得低分以石油、煤、天然气为原料制得低分子有机化合物，再经过聚合反应制得高子有机化合物，再经过聚合反应制得高分子化合物（故又称聚合物）分子化合物（故又称聚合物）2.高分子化合物的特性与结构高分子化合物的特性与结构n高分子化合物的化学性质稳定，具有优良的弹性、高分子化合物的化学性质稳定，具有优良的弹性、可塑性、机械性能（抗拉、抗弯、抗冲击等）及可塑性、机械性能（抗拉、抗弯、抗冲击等）及电绝缘性。性能的差别取决于分子的结构。电绝缘性。性能的差别取决于分子的结构。（1）高分子链的结构和柔顺性）高分子链的结构和柔顺性 链型高分子：通常呈卷曲

5、状，具有柔顺性和弹链型高分子：通常呈卷曲状，具有柔顺性和弹性。加热时变软，冷却时变硬，可反复加工成型。性。加热时变软，冷却时变硬，可反复加工成型。称为称为热塑性高聚物热塑性高聚物。例如。例如 聚氯乙烯、高压聚乙烯、未硫化的天然橡胶聚氯乙烯、高压聚乙烯、未硫化的天然橡胶 体型高聚物体型高聚物 体型高聚物是体型高聚物是链型高分子之间以化学键交联链型高分子之间以化学键交联而成的、具有空间网状结构的高分子化合物。而成的、具有空间网状结构的高分子化合物。 弹性和可塑性较小，硬度和脆性较大。一次弹性和可塑性较小，硬度和脆性较大。一次加工成型后不能再熔化。故又称为加工成型后不能再熔化。故又称为热固性高聚物热

6、固性高聚物。 耐热、耐溶剂、尺寸稳定。耐热、耐溶剂、尺寸稳定。 例如：例如： 酚醛（尿醛）树脂酚醛（尿醛）树脂 硫化橡胶硫化橡胶 离子交换树脂离子交换树脂 （2）高分子化合物的物理形态）高分子化合物的物理形态 非晶态高分子化合物无确定熔点，在不同温非晶态高分子化合物无确定熔点，在不同温度下可呈现三种物理形态：度下可呈现三种物理形态： 玻璃态（低温）玻璃态（低温） 高弹态（中温）高弹态（中温） 粘流态（高温）粘流态（高温）高弹态高弹态玻璃态的温度：玻璃化温度玻璃态的温度：玻璃化温度Tg高弹态高弹态粘流态的温度：粘流化温度粘流态的温度：粘流化温度Tf522 重要的高分子材料重要的高分子材料 n1.

7、1.合成橡胶合成橡胶（1 1）丁苯橡胶）丁苯橡胶1.1.合成橡胶合成橡胶 （2 2）丁晴橡胶）丁晴橡胶n（2 2）丁晴橡胶）丁晴橡胶1.1.合成橡胶合成橡胶 （3 3）硅橡胶）硅橡胶n（3 3）硅橡胶）硅橡胶2工程塑料工程塑料n（1）聚酰胺（尼龙）聚酰胺（尼龙） 2工程塑料工程塑料 （2）ABS 工程塑料工程塑料 n（2工程塑料工程塑料 （3）聚碳酸酯）聚碳酸酯 n（3功能高分子功能高分子 （1）光敏性高分子）光敏性高分子3功能高分子（功能高分子（2 2）离子交换树脂离子交换树脂 （53 复合材料复合材料 n由两种或两种以上的材料组合而成的多由两种或两种以上的材料组合而成的多相材料新型工程材料

8、相材料新型工程材料n高科技发展的产物高科技发展的产物53 31 复合材料的组成与特征复合材料的组成与特征n1.1.复合材料的组成：复合材料的组成： 基体材料增强材料基体材料增强材料基体材料：使增强材料粘合成型基体材料：使增强材料粘合成型增强材料：使材料具备特定功能增强材料：使材料具备特定功能2.2.常用基体材料常用基体材料n聚合物聚合物n 热塑性树脂热塑性树脂n 热固性树脂热固性树脂n金属材料金属材料n陶瓷材料陶瓷材料3.3.常用增强材料常用增强材料n玻璃纤维玻璃纤维n碳纤维碳纤维n硼纤维硼纤维n有机纤维有机纤维n碳化硅纤维碳化硅纤维nAl2O3纤维纤维n晶须晶须n金属丝金属丝基体基体增强纤维增强纤维可能应用可能应用AlMg石墨石墨卫星、导弹、飞机结构件卫星、导弹、飞机结构件宇航和卫星结构件宇航和卫星结构件Mgti硼硼天线结构天线结构喷气发动机压气机叶片喷气发动机压气机叶片Al钴基合金钴基合金SiC高温结构高温结构高温发动机零件高温发动机零件n金属基复合材料范例及可能用途金属基复合材料范例及可能用途53 32 2重要的重要的复合材料复合材料n1.1.玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）2.2.碳纤维增强塑料碳纤维增强塑料n2.2.碳纤维增强塑料碳纤维增