《高分子材料与成形》课件

高分子材料与成形高分子材料是现代社会不可或缺的材料，从日常用品到尖端科技，都离不开高分子材料的应用。本课件将带您深入了解高分子材料的种类、性质和成形工艺，帮助您理解高分子材料的应用领域。作者：高分子材料概述定义由许多重复的结构单元通过共价键连接而成的长链状大分子化合物。组成主要由碳、氢、氧、氮等元素组成，有时还含有卤素、磷、硫等元素。应用广泛应用于各个领域，如塑料、橡胶、纤维、涂料等。1.1高分子材料的定义和组成定义高分子材料是由相对分子质量很大的高分子化合物组成的材料。高分子化合物是由许多小分子单体通过化学反应连接而成的。组成高分子材料通常由高分子链、填充剂、增塑剂、稳定剂等组成。高分子链是高分子材料的基本结构单元，决定着材料的性质。1.2高分子材料的分类11.天然高分子材料天然高分子材料是指从自然界中直接获得的聚合物，如纤维素、蛋白质、橡胶等。22.合成高分子材料合成高分子材料是由人工合成的聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。33.改性高分子材料改性高分子材料是指在天然高分子材料或合成高分子材料的基础上，通过化学改性或物理改性得到的材料。44.功能高分子材料功能高分子材料是指具有特殊功能的聚合物，如导电高分子、生物降解高分子等。1.3高分子材料的性能特点强度和韧性高分子材料可以具有良好的强度，耐受拉伸、弯曲和冲击等外力。某些材料还表现出韧性，能够在断裂前承受较大形变。耐腐蚀性许多高分子材料对酸、碱、盐和有机溶剂具有良好的抵抗力，能够在恶劣环境中保持稳定性。电气性能高分子材料可以具有良好的绝缘性能，适用于电气和电子设备。一些材料还具有导电性或半导电性。热性能高分子材料可以具有良好的耐热性或耐低温性，适用于不同温度条件下的应用。2.高分子材料的基本性质高分子材料的基本性质是指其固有的结构和物理化学特性。这些性质决定了高分子材料的加工性能、使用性能和应用领域。例如，高分子材料的分子量、玻璃化转变温度、熔融温度和结晶度等都是影响其性能的重要指标。2.1分子量和分子量分布分子量是高分子材料的重要性质之一，它直接影响着材料的物理和化学性能。分子量是指单个高分子链的平均分子量。分子量分布是指高分子材料中不同分子量的高分子链的比例分布，它可以反映高分子材料的均一性和加工性能。1000低低分子量材料10000中中等分子量材料100000高高分子量材料2.2玻璃化转变温度玻璃化转变温度(Tg)是高分子材料从玻璃态转变为橡胶态的温度。该温度下，高分子链的运动能力增强，材料性质发生显著变化。玻璃态橡胶态硬而脆柔软而有弹性低流动性高流动性高强度低强度Tg是高分子材料的重要性能指标，影响其使用温度范围和加工性能。2.3熔融温度熔融温度是高分子材料从固态转变为液态的温度，也称为熔点。熔融温度是衡量高分子材料热稳定性的重要指标，也是决定其加工工艺和应用范围的重要因素。2.4结晶度结晶度是指高分子材料中结晶区域所占的比例。结晶度越高，材料的强度、硬度、耐热性等性能越好，但加工性能会降低。3.高分子材料的加工工艺高分子材料的加工工艺是指将高分子材料从原材料转化为最终产品的过程。加工工艺的选择取决于高分子材料的性质、产品的形状和尺寸以及生产成本等因素。3.1挤出成型1原料塑料颗粒2加热熔融状态3挤出连续不断4冷却固化成型挤出成型是一种将热塑性塑料颗粒加热熔融后，通过模具挤出成型的方法。常用的挤出成型设备包括挤出机和模具。挤出成型工艺简单，生产效率高，适用于生产各种形状的制品，例如管材、板材、薄膜等。3.2注射成型1注射成型简介注射成型是一种常用的塑料成型方法，在塑料工业中占有重要地位。2注射成型过程将热塑性塑料熔融后，通过注射机将熔体注入模具型腔中，冷却固化后获得塑料制品。3注射成型应用注射成型广泛应用于制造各种塑料制品，例如瓶子、玩具、工具、电子设备外壳等。3.3压缩成型1粉末预处理材料经过粉碎、干燥和混合等步骤2模具预热模具加热至特定温度，有利于材料流动和成型3充填将粉末材料填充到模具中4加压对材料施加高压，使粉末紧密结合5冷却定型冷却模具，使产品固化成型压缩成型是一种通过对粉末材料施加压力使其塑化并成型的加工方法。该方法广泛应用于生产塑料制品、橡胶制品、陶瓷制品等。3.4吹塑成型预成型将塑料颗粒熔融后挤出成型管状的预成型坯料。吹胀将预成型坯料放置在模具中，用压缩空气吹胀成型。冷却定型吹胀后的坯料在模具中冷却定型，得到最终的吹塑制品。3.5热成型加热塑形将塑料片材加热至软化状态，然后使用模具将其塑造成所需的形状。真空成型在模具上施加真空，使软化的塑料片材紧贴模具表面，从而形成产品形状。冷却固化冷却塑料片材，使其固化并保持成型的形状。高分子材料的应用高分子材料在现代生活中无处不在，它们应用广泛，对我们生活产生巨大影响。4.1塑料制品玩具塑料玩具种类繁多，包括积木、玩偶、模型等，价格低廉，深受儿童喜爱。包装塑料广泛应用于食品、日用品等各种商品的包装，具有轻便、防水、耐腐蚀等优点。家具塑料家具轻便耐用，易于清洗，价格相对低廉，适合现代家居环境。4.2橡胶制品轮胎橡胶是轮胎的主要成分，提供耐磨性和抓地力，确保车辆安全行驶。密封件橡胶的弹性和密封性能，在各种机械设备中用作密封件，防止泄漏和磨损。橡胶手套橡胶手套具有耐酸碱、耐油脂的特性，广泛应用于工业和医疗领域。4.3纤维制品天然纤维棉花、羊毛、麻等天然纤维具有柔软、吸湿、透气等特点，广泛用于纺织服装、地毯等领域。合成纤维尼龙、涤纶、腈纶等合成纤维具有强度高、耐磨、易洗等优点，广泛用于服装、绳索、地毯等领域。4.4复合材料增强型机械性能复合材料利用多种材料的优势，例如高强度纤维和树脂基体，创建出性能优异的材料。轻质结构复合材料的密度低，同时保持高强度，使其成为轻量化设计的理想选择。多功能应用复合材料广泛应用于航空航天、汽车、建筑、能源和电子等领域。5.高分子材料的环保问题高分子材料的环保问题是一个重要议题。高分子材料的生产、使用和处置都可能对环境造成影响。5.1可降解高分子材料11.生物降解可被微生物分解，最终转化为二氧化碳、水和生物质，对环境友好。22.光降解在光照作用下，材料结构发生改变，最终降解成小分子。33.水解在水的作用下，材料分子链断裂，最终降解成小分子。44.热降解在高温下，材料分子链断裂，最终降解成小分子。5.2高分子材料的再利用和回收机械回收将废旧高分子材料通过粉碎、清洗、熔融等工艺，重新制成新的材料或制品。化学回收利用化学方法将废旧高分子材料分解为单体或小分子，再合成新的材料或制品。能量回收将废旧高分子材料焚烧发电，或将它们作为燃料使用。生物降解利用微生物将废旧高分子材料分解成无害物质，减少环境污染。5.3高分子材料的环境影响高分子材料的废弃物会造成环境污染。塑料制品难以自然分解，会堆积成垃圾，污染土壤和水资源。高分子材料的生产和燃烧会产生有害气体。例如，燃烧塑料会释放二氧化碳等温室气体，加剧全球气候变暖。废弃塑料会对海洋生物造成危害。海洋生物误食塑料制品，或者被塑料制品缠绕，造成死亡。高分子材料的未来发展趋势高分子材料是现代科技进步的重要物质基础，在未来的发展中将会展现出更加广阔的应用前景。科学家们致力于开发具有更高性能、更低成本、更环保的高分子材料。这些新材料将会在各个领域发挥重要作用，例如航空航天、医疗健康、能源环保等。6.1智能高分子材料响应性材料智能高分子材料可以对环境变化做出响应，例如温度、pH值或光照。改变自身形状、颜色或性能。自修复材料智能高分子材料可以修复因磨损或破裂造成的损伤，延长材料寿命。医疗应用在医疗领域，智能高分子材料可以用于药物释放、组织工程和生物传感器。可穿戴设备在可穿戴设备领域，智能高分子材料可以用于柔性显示器、传感器和能量存储。6.2生物基高分子材料11.可再生资源生物基高分子材料来自可再生资源，如植物、动物和微生物。22.环境友好生物基高分子材料具有可生物降解性，减少环境污染。33.广泛应用生物基高分子材料应用于包装、农业、医药等领域。44.未来展望生物基高分子材料将成为未来材料发展的重要方向。6.3功能性高分子材料导电高分子材料导电高分子材料具有导电性，可用作电子器件的材料。例如，聚乙炔、聚吡咯和聚苯胺。光学高分子材料光学高分子材料具有特殊的光学性能，用于光学器件。例