高分子材料优秀公开课课件

第4章高分子材料（Polymer）4.1概述高分子材料是以相对分子质量大于5000的高分子化合物为主要组分的材料。橡胶相对分子质量为10万左右，聚乙烯相对分子质量在几万至几百万之间。高分子材料分为有机高分子材料和无机高分子材料。有机高分子材料由相对分子质量大于104并以碳、氢元素为主的有机化合物组成。无机高分子材料则在其分子组成中无碳元素，如硅酸盐材料、玻璃、陶瓷(指它们当中的长分子链)等。

国家游泳中心“水立方”使用的是什么材料？新型的有机化合物材料，名为“ETFE（四氟乙烯聚合物）”，国内目前还不能生产，其价格高达每平方米2000元左右。“水立方”总面积为12万平方米的ETFE气枕，造价至少要2.5亿元。ETFE的透光性能优越，但问题在于维护相当不容易，有报道说会出现发霉和起泡的现象。也有报道说这种材料的耐腐蚀性、保温性俱佳，自洁能力强。国外的抗老化试验证明，它可以使用15至20年。

高分子链按其几何形状可分为三种类型，即线型、支化型和体型（交联型）。高分子材料的聚集态

下图为聚合物三种聚集态结构示意图。

聚合物三种聚集态结构示意图4.2高聚物的物理状态高聚物与低分子物质不同，在不同温度范围内具有不同的物理状态。线型非晶态高聚物在不同温度下，呈现出三种物理状态：玻璃态、高弹态和粘流态。Tx为脆化温度丁g为玻璃化温度丁f为粘流温度Td为分解温度1．玻璃态T<Tg①力学特征：T<Tg，呈玻璃态，变形很小，有较好的力学性能。②分子运动特征：T低，分子链和链段运动“冻结”，受力时仅微量伸缩和微小键角变化，外力去除即消失，呈普弹性。Tx以下完全不能运动，Tx以下呈现脆性。3粘流态：T>Tf，呈可流动的粘稠状液体。①力学特征：高温下变形迅速发展且弹性模量E再次很快下降，高聚物产生粘性流动，变形不可逆，可进行加工成型。③

分子运动特征：Tf，分子动能↑↑，造成整个大分子链移动；受力时，分子链间相对滑移→不可逆流变。玻璃态：结构材料（性能比较刚硬），如塑料制品。高弹态：弹性材料，如橡胶制品。粘流态：粘接剂；高聚物的成型加工（Tf∽Td）状态。4.3高分子材料的性能特点一、高分子材料的力学性能特点

与金属材料相比具有以下特点

(一)低强度和较高的比强度(二)高弹性和低弹性模量橡胶是典型的高弹性材料，其弹性变形率为100％～1000％，弹性模量仅为lMPa左右。蠕变是在恒定载荷下，应变随时间延长而增加的现象。应力松弛：在应变恒定的条件下，应力随时间延长而逐渐衰减的现象。→连接管道的法兰盘中间的硬橡胶密封垫片，经一定时间后由于应力松弛而失去密封性。内耗：由于力学滞后使机械能转化为热能的现象称为内耗。内耗对橡胶制品不利，加速其老化。高速行驶的汽车轮胎，由内耗产生的热量有时可使轮胎温度升高至80～100℃，加速轮胎老化。但内耗对减震有利，可利用内耗吸收振动能，用于减振的橡胶应有尽可能大的内耗。(四)高耐磨性高聚物的硬度比金属低，但耐磨性一般比金属高，尤其塑料更为突出。塑料的摩擦系数小，有些塑料具有自润滑性能，可在干摩擦条件下使用。所以，广泛使用塑料制造轴承、轴套、凸轮等摩擦磨损零件。但橡胶则相反，其摩擦系数大，适宜制造要求较大摩擦系数的耐磨零件如汽车轮胎、制动摩擦件。(四)高热膨胀性

高分子材料的线膨胀系数大，为金属的3～10倍。(五)高化学稳定性高分子化合物均以共价键结合，不易电离，没有自由电子，又由于分子链缠绕在一起，许多分子链的基团被包裹在里面，使高分子材料的化学稳定性好三、高分子材料的老化及其防止老化：高聚物因外界物理因素、化学因素、生物因素等长时作用下的性能劣化现象。原因：大分子链的交联或裂解断链。防止老化主要有三种措施：对高分子化合物进行结构改性，提高其稳定性。如采用共聚方法，制得共聚物，可提高抗老化能力：例如ABS就是典型的例子；添加防老化剂，以抑制老化过程。在高分子材料表面镀金属(如银、铜、镍等)和喷涂耐老化涂料(如漆、石蜡等)作为保护层，使材料与空气、光、水分及其它引起老化的介质隔离，以防止老化。4.4常用高分子材料一、常用工程塑料(一)塑料的组成及分类塑料是以合成树脂为主要成分的合成材料。在适当的温度和压力下能塑制成各种形状规格的制品。

1．塑料的组成塑料一般是多种成分的，其中除主要成分树脂外，再加入用来改善性能的各种添加剂，如填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、染料、固化剂等。热塑性塑料：包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龙)、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚砜、聚四氟乙烯、聚苯醚、聚氯醚等。热固性塑料：有酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、有机硅树脂等(2)按塑料应用范围分类：常把塑料分为通用塑料和工程塑料。通用塑料：应用广、量大，力性一般。聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料等。工程塑料：力性较高或特殊性能，聚甲醛、

ABS、聚酰胺等。•应用：普通结构零件；减摩自润滑零件；耐蚀、电气绝缘场合等。（二）常用的塑料介绍1．聚乙烯(PE-polyethylene)

无毒、无味，呈半透明状。强度较低，耐热性不高，易燃烧，抗老化性能较差。具有良好的耐化学腐蚀性，优良的电绝缘性能，吸水率很小。根据密度可分为低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)。

LDPE：日用制品、薄膜、软质包装材料、层压纸、层压板、电线电缆包覆等。

HDPE：硬质包装材料、化工管道、储槽、阀门、高频电缆绝缘层、型材、衬套、小负荷齿轮等。3．聚苯乙烯(PS-polystyrene)

聚苯乙烯是无毒、无味、无色透明状固体。吸水性低，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。

用途：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。4．聚丙烯(PP-polypropylene)

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。

用途：主要用于化工管道、容器、医疗器械、家用电器部件、家具、薄膜、绳缆、丝织网、电线电缆包覆等，以及汽车及机械零部件，如车门、方向盘、齿轮、接头等。

7．聚碳酸酯(PC-polycarbonate)

无毒、无味、无臭、微黄的透明状物体。具有优良的耐热性和冲击韧度，耐低温性好，尺寸稳定性高，良好的绝缘能，吸水性小，透光率高，阻燃性好，但化学稳定性差，耐磨性和抗疲劳性较差，容易产生应力腐蚀开裂。

用途：广泛用于制造轴承、齿轮、蜗轮、蜗杆、凸轮、透镜、挡风玻璃、防弹玻璃、防护罩、仪表零件、设备外壳、绝缘零件、医疗器械等。8．聚砜(PSF-polysulfone)

具有优良的耐热性，蠕变抗力高，尺寸稳定性好，电绝缘性能优良，耐热老化性能和耐低温性能也很好。聚砜耐化学腐蚀性能较好，但不耐某些有机极性溶剂。

聚砜主要用于：制造高强度、耐热、抗蠕变的结构零件，耐腐蚀零件及电气绝缘件，如齿轮、凸轮、仪表壳罩、电路板、家用电器部件、医疗器具等。9．ABS塑料由丙烯晴(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体共聚而成。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。

用途：电器外壳，汽车部件，轻载齿轮、轴承，各类容器、管道等。10．聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA-polymethyl

methacrylate)又称有机玻璃。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。优良的电绝缘性。耐化学腐蚀性好，耐候性好，热导率低，但硬度低，表面易擦伤，耐磨性差，耐热性不高。

用途：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。11．酚醛塑料(PF-bakelite)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。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。以云母粉、石英粉、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。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。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。12．环氧塑料(EP-epoxyplastics)以环氧树脂为基，加入填料及其它添加剂而制成。环氧树脂的强度较高，成型性好，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。

环氧塑料主要用于：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。13．有机硅塑料(organicsiliconplastics)具有优良的耐热性和电绝缘性，吸水性低，抗辐射，但强度低。有机硅塑料主要用于：电气、电子元件和线圈的灌封和固定、耐热零件、绝缘零件、耐热绝缘漆、高温粘合剂、密封件、医用材料等。二、合成橡胶（syntheticrubber）•生胶（天然或合成，单体）→硫化、聚合→橡胶与合成橡胶（高弹态）。•主要性能：高弹性；耐磨性；易老化等。•分类：通用橡胶（一般应用）；特种橡胶（特殊性能）。•应用：轮胎、内胎、橡皮船；电线电缆包皮；管道、密封圈等。三．功能高分子材料

（一）、功能高分子材料的涵义具有新型骨架结构的高分子材料和在天然或合成高分子的主链或支链上引入某种功能的官能团，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、医学等方面的特殊功能的高分子。功能高分子光敏高分子导电高分子高分子催化剂与试剂微生物降解高分子生物医药高分子高分子吸附剂高分子膜高吸水性树脂交换型高分子感光树脂光致变色高分子光导电高分子高分子半导体