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1、第九章 高分子材料,9.1 高分子材料概述 9.2 高分子材料的性能 9.3 常用高分子材料,9.1 高分子材料概述,一、高分子化合物的组成 二、高分子化合物的合成方法 三、高分子化合物的结构 四、高分子化合物的分类,高分子材料是以高分子化合物为主要成分，与各种添加剂配合而形成的材料。,高分子化合物是由大量的大分子构成的，而大分子是由一种或多种低分子化合物通过聚合连接起来的低分子或网状的分子。因此高分子化合物又称高聚物或聚合物。 组成高分子化合物的低分子化合物称为单体。 大分子链中的重复单元称为链节，链节的重复数称为聚合度。 高分子化合物的相对分子质量：M=mn 其中m为链节相对分子质量；n为

2、聚合度,一、高分子化合物的组成,9.1 高分子材料概述,例：聚氯乙烯 m = 62.5，n为800 2400，计算得M 50000 150000,二、高分子化合物的合成方法,将低分子化合物（单体）聚合形成高分子化合物（聚合物、高聚物）的过程-聚合反应 。,（一）加聚反应 整个反应过程可分为链的引发、链的增长、链的终止和链的转移四个阶段。若加聚反应的单体为一种，反应称为均聚反应，产品为均聚物；若单体为两种或两种以上，反应称为共聚反应，产品为共聚物。,9.1 高分子材料概述,聚氯乙烯,丁苯橡胶,二、高分子化合物的合成方法,（二）缩聚反应,9.1 高分子材料概述,三、高分子化合物的结构,头头,尾尾,

3、头尾,（一）大分子链结构 1. 大分子链的化学组成 2. 结构单元的键接方式和链的构型 （1）键接方式,还有无规共聚、交替共聚、嵌段共聚及接枝共聚等。,9.1 高分子材料概述,（2）空间构型,三、高分子化合物的结构,9.1 高分子材料概述,3. 大分子链的形状,（1）线型分子链 （2）支化型分子链 （3）体型分子链 （1）（2）称线型聚合物，可反复使用； （3）称体型聚合物，不可反复使用。,4. 大分子链的柔顺性 （单键内旋转所致）,三、高分子化合物的结构,9.1 高分子材料概述,（二）高分子化合物的聚集态结构,1. 晶态结构（含晶区和非晶区） 2. 非晶态结构（长程无序，近程有序，均相，各向

4、同性） 3. 液晶态（介于晶态和非晶态之间，物理状态为液体，又具有晶体的有序性） 4. 取向态结构（在外力作用下，卷曲的大分子键沿外力方向平行排列而形成 定向结构，各向异性）,三、高分子化合物的结构,9.1 高分子材料概述,三、高分子化合物的结构,9.1 高分子材料概述,四、高分子化合物的分类,1. 按来源分为：天然聚合物和合成聚合物。 2. 按性能和用途分为：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂和涂料等。 3. 按热行为可分为：热塑性聚合物和热固性聚合物。 4. 按主链结构分为：碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物。,9.1 高分子材料概述, 9 .2 高分子材料的性能,一、高分子化合物的力学性能 二

5、、高分子化合物的物理化学性能 三、高分子化合物的老化及防止 四、高分子材料的改性方法,（二）粘弹性 高聚物的粘弹性是指高聚物材料既具有弹性材料的一般特性，又具有粘性流体的一些特性,即受力同时发生高弹性变形和粘性流动,变形与时间有关。主要表现在蠕变、应力松弛、滞后和内耗等现象。,2. 滞后和内耗 在交变应力作用下，变形速度跟不上外力变化的现象称为滞后。 形变过程中克服内摩擦力时，一部分机械能被损耗，转化为热能，即内耗。 内耗大对减振和吸声有利，但内耗会引起发热，导致高聚物老化。,一、高分子化合物的力学性能,9 .2 高分子材料的性能,1. 蠕变和应力松弛 在一恒定温度和应力作用下，应变随时间延长

6、而增加的现象称为蠕变。 在应变恒定的情况下，应力随时间延长而衰减的现象称为应力松弛。,（一）高弹性,一、高分子化合物的力学性能,9 .2 高分子材料的性能,粘弹性：应变滞后于应力作用。,（三）强度和断裂 1. 强度很低，但有时比强度高于一些金属。 2. 裂纹易扩展，某些高聚物有环境应力断裂现象。 3. 冲击韧度相差很大。 4. 硬度虽低，但耐磨性高，如塑料摩擦系数小，还有自润滑性。,9 .2 高分子材料的性能,一、高分子化合物的力学性能,（四）耐磨性,9 .2 高分子材料的性能,一、高分子化合物的力学性能,9 .2 高分子材料的性能,一、高分子化合物的力学性能,9 .2 高分子材料的性能,一、

7、高分子化合物的力学性能,9 .2 高分子材料的性能,一、高分子化合物的力学性能,9 .2 高分子材料的性能,一、高分子化合物的力学性能,二、高分子化合物的物理化学性能,（一）高的电绝缘性。 （二）耐热性较差，导热性能低，线膨胀系数大。 （三）化学稳定性较高，耐酸、碱腐蚀。,9 .2 高分子材料的性能,高分子化合物在长期存放和使用过程中，由于受光、热、氧、机械力、化学介质和微生物等因素的长期作用，性能逐渐变差，如变硬、变脆、变色，直到失去使用价值的过程称为老化。,9 .2 高分子材料的性能,三、高分子化合物的老化及防止,四、高分子材料的改性方法,（一）填充改性 （二）增强改性 （三）共混改性 （

8、四）化学改性, 9.3 常用高分子材料,一、塑料 二、橡胶 三、合成纤维 四、粘接剂,一、塑料,9.3 常用高分子材料,（一）塑料的组成及分类 （二）塑料的成型及加工方法 （三）常用塑料,（一）塑料的组成及分类,一、塑料,1. 塑料的组成 （1）树脂（占塑料的40% 100%） （2）填充剂 （3）增塑剂 （4）稳定剂（热稳定、光稳定） （5）润滑剂（防粘着） （6）固化剂 （7）发泡剂（泡沫塑料用）,9.3 常用高分子材料,2. 塑料的分类,一、塑料,9.3 常用高分子材料,（1）按塑料受热时的性质分为：热塑性塑料和热固性塑料。 热塑性塑料：受热时软化或熔融，冷却后硬化，并可反复多次。分子结

9、构为链状的线型结构，塑料成型后可反复加热重新塑制的塑料，如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料等。 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。分子结构为网状的体型结构，塑料成型后不能再度加热，只能塑制一次的塑料。如氨基塑料、酚醛塑料等。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,各种塑料的力学性能差异很大，一般热塑性塑料的抗拉强度为50 100 MPa之间，热固性塑料的抗拉强度为30 60 MPa。,2. 塑料的分类,（2）按塑料的功能和用途分为：通用塑料、工程塑料和特种塑料。 通用塑料是指产量大、用途广、价格低的塑料，主要有PE、PVC、PS、PP等，占塑料的总产量的75

10、%。 工程塑料是指具有较高性能，能替代金属用于制造机械零件和工程构件的塑料，如ABS、PSF、PC、PMMA等。 特种塑料是指具有特殊性能的塑料，如导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,2. 塑料的分类,（3）按塑料本身的性能分类： 硬质塑料 在相对湿度50%，塑料的挠曲及弹性模量在700MPa以上的塑料， 如硬聚氯乙烯塑料。 软质塑料 在相对湿度50%， 塑料的挠曲及弹性模量低于70MPa的塑料，如软聚氯乙烯塑料。 泡沫塑料 塑料在加工成型时，用化学或机械方法使内部产生微孔而具有隔声、保温、绝热性能的塑料。如聚苯乙烯泡沫塑料。 增强塑料 用纤维及其织物或片状材料

11、增强的塑料，如玻璃钢（玻璃纤维增强塑料）、层压塑料等。 钙塑材料 树脂中加入大量钙盐填料（如碳酸钙、亚硫酸钙等）、助剂等加工而成的可代替纸和木材的塑料。如钙塑板、钙塑门窗等。 透光塑料 有优良的透光、透明性能的塑料，如有机玻璃等。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,（二）塑料的成型及加工方法,一、塑料,2. 加工方法（二次加工） 加工视频 主要加工方法有机械加工、焊接、粘接、表面喷涂、电镀、镀膜、彩印等。,9.3 常用高分子材料,1. 成型方法 （1）注射成型 （2）挤出成型 （3）吹塑成型 （4）浇铸成型 （5）模压成型,（1）注射成型（视频） 又称注塑成型，是热塑性塑料的主要成型方法之一，

12、是利用注射机中螺杆或柱塞的运动，将料筒已加热塑化的粘流态塑料用较高的压力和速度注入到预先合模的模腔内，冷却硬化后成为所需的制品。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,（2）挤出成型（视频） 又称挤塑成型，主要适合热塑性塑料成型，也适合一部分较好的热固性塑料和增强塑料的成型。其原理是利用机筒内螺杆的旋转运动，使熔融塑料在压力作用下连续通过挤出模的型孔或口模，待冷却定型硬化后而得各种断面形状的制品。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,一、塑料,9.3 常用高分子材料,（3）吹塑成型（视频） 用挤出、注射等方法制出管状型坯，然后将压缩空气通入热塑状态的型坯内腔中，使其膨胀成为所需形状的塑料制品。分为冷

13、型坯吹塑和热型坯吹塑。前者是将注射制成的试管状有底型坯冷却后移入吹塑模内，将型坯再加热并通入压缩空气吹胀成型；后则是将注射制成的试管状在底型坯立即趁热移入吹塑模内进行吹胀成型。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,（4）浇铸成型 又称铸塑成型，将加有固化剂和其他助剂的液态树脂混合 物料倒入成型模具中，在常温或加热条件下使其逐渐固化而成为具有一定形状 的制品（生产大型制品）。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,（5）模压成型（视频） 又称压塑成型，其原理是将定量的塑料原料置于金属模具内，闭合模具，加热加压，使塑性原料塑化流动并充满模腔，同时发生化学反应而固化成型（用于热固性塑料，适用于形状复杂嵌件

14、的制品）。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,（6）真空热成型,一、塑料,9.3 常用高分子材料,（三）常用塑料,一、塑料,9.3 常用高分子材料,表9-1 常用塑料的性能,一、塑料,9.3 常用高分子材料,酚醛塑料制品,聚丙烯,聚四氟乙烯垫片,膨体聚四氟乙烯生料带,尼龙轴套,显微镜 ABS,摩托车挡泥板ABS,一、塑料,9.3 常用高分子材料,丙烯腈（A） 丁二烯（B） 苯乙烯（S）,一、塑料,9.3 常用高分子材料,一、塑料,9.3 常用高分子材料,一、塑料,9.3 常用高分子材料,例题：机械式计数器内部有一组计数齿轮，最高转速为 350r/min， 该齿轮用下列哪些材料制造合适， 并简述

15、理由。 40Cr、20CrMnTi、尼龙66。,工作条件分析：计数器齿轮工作时，运转速度较低、承受的扭矩很小，齿轮间存在摩擦，因此要求摩擦系数小，耐磨性好。由于该结构特点要求选材时重量要轻，工作噪音要小，在无润滑条件下长时间工作，制造工艺简单，价格便宜，很明显，40Cr，20CrMnTi等合金钢由于价格太贵、太重、加工复杂而不合适。 而尼龙66工程塑料较为合适。,一、塑料,9.3 常用高分子材料,其原因： （1）有足够的抗弯强度（7090MPa）和冲击吸收功（1045J）。 （2）耐磨、减磨、消音、耐应力开裂。 （3）40100可长期使用。 （4）有较好的弹性，吸震，防冲击，噪声小。 （5）重

16、量轻。 （6）耐蚀性好。 （7）可用注射法一次成型，制造工艺简单，生产率高，成本低。,高密度聚乙烯（HDPE） 杨氏模量、抗张强度、硬度及耐热性较高，尺寸稳定性好，坚韧能弯曲，使用温度80100 ，电绝缘性和耐辐射性良好，可做拉手，负荷较小的结构材料。 低密度聚乙烯 延伸性能好，常用做薄膜制品。 机械强度不高，热变形温度低，不能承受较高负荷。,1. 聚乙烯（PE）,9.3 常用高分子材料,机械强度较高，电性能优良，抗老化性好，耐酸碱，化学稳定性好；热软化点低。根据组分不同可制得软、硬两种制品。 热软化点低，耐热性差。应避阳光直射和靠近炉灶和暖气片。如有破裂可用电烙铁烫软后粘合，也可以用香蕉水和

17、聚氯乙烯碎末溶解成的胶水粘合。,是家具与室内制作中用量最大的塑料品种； 软质材料用于装饰膜及封边材料； 硬质材料用于各种板材、管材、异型材。半硬质、发泡和复合材料用于地板、天花板、壁纸等。,2. 聚氯乙烯（PVC）,9.3 常用高分子材料,9.3 常用高分子材料,3. 聚苯乙烯（PS）,各种透明、半透明装饰件，也用于各种泡沫包装材料和耐腐蚀材料。,具有一定机械强度和化学稳定性，电性能优良，透光性好，着色性佳，易成型；耐热性差，性脆不耐冲击，易老化。,9.3 常用高分子材料,4. 聚丙烯（PP）,比重小，机械性能优于HDPE，有突出的刚性，可在100内使用，几乎不吸水，具优良的化学稳定性，成型容

18、易。 收缩率较大，低温呈脆性，耐磨性不够高、热变形温度低。,9.3 常用高分子材料,5. 聚酰胺（PA） 五金配件上广泛使用的一种工程塑料，有良好的机械强度与耐磨性，耐腐蚀性。熔化后流动性好，易成型加工，可注射制造薄壁零件。,9.3 常用高分子材料,6. 聚碳酸酯（PC） 产品透明，着色性好，吸水性低，尺寸高度稳定，机械加工性能优良，耐蠕变，收缩率低，高抗冲击，可在较宽的温度和湿度范围使用，可注射、挤压、吹塑、真空成型。,9.3 常用高分子材料,苯乙烯链段是热塑性塑料，赋予树脂良好的加工流动性；丁二烯链段是橡胶结构，赋予树脂弹性和韧性；丙烯腈赋予耐化学腐蚀性，具有一定表面硬度。 比例不同，性能

19、各异。,7. 苯乙烯-丁二烯-丙烯腈三元共聚物（ABS）,具有坚韧、刚性、质硬的综合性能，耐热性好，尺寸稳定，耐化学药品，易成型加工。可以染成各种颜色，鲜艳美观。,9.3 常用高分子材料,ABS制成的户外家具,9.3 常用高分子材料,氟塑料比其它塑料的优越性： 耐高、低温； 耐腐蚀, 耐老化和电绝缘性能很好； 吸水性和摩擦系数低。 聚四氟乙烯（F-4）俗称塑料王, 具有非常优良的耐高、低温性能，缺点是强度低, 冷流性强。,9.3 常用高分子材料,8. 聚四氟乙烯（PTFE）,氟塑料的应用 减摩密封零件，化工耐蚀零件与热交换器， 高频或潮湿条件下的绝缘材料。,氟塑料制隔膜阀,9.3 常用高分子材

20、料,氟塑料制管道补偿器,8. 聚四氟乙烯（PTFE）,9.3 常用高分子材料,问：不粘锅、电饭煲为什么不会粘锅？在金属表面涂了一层什么材料？,不粘锅,电饭煲,答：聚四氟乙烯,8. 聚四氟乙烯（PTFE）,9.3 常用高分子材料,聚 四 氟 乙 烯 的 应 用,8. 聚四氟乙烯（PTFE）,俗称有机玻璃，具极好的透光性，机械强度较高；有一定的耐热性、耐寒性、和耐候性；耐腐蚀和电绝缘性良好；在一般条件下尺寸稳定性好；成型容易。 较脆，易溶于有机溶剂，表面硬度不够，容易擦毛。,9. 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,综合性能超过聚苯乙烯，用于中高档灯具及各种透明、半透明装饰材。,9.3 常用高分子材料,

21、9. 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,9.3 常用高分子材料,由热固性酚醛树脂加工而得。 优点：电绝缘性、化学稳定性和粘附性很好。耐光、耐热、耐腐蚀。 缺点：质脆、色深；装饰性差，主要做绝缘配件、层压制品。,10. 酚醛塑料,9.3 常用高分子材料,由含有氨基的热固性树脂（三聚氰胺树脂、脲醛树脂等）制得。,11. 氨基塑料,三聚氰胺树脂质硬，耐划伤，无色半透明，用做层压装饰板的面层材料，或用做一些浅色装饰模压件。 三聚氰胺装饰板的表面可仿制各种珍贵树种木纹或图案，是一种很好的装饰材料。,9.3 常用高分子材料,塑料家具专题,9.3 常用高分子材料,1.玻璃钢家具,具有优越的机械强度，质轻透光，强

22、韧而微与弹性； 自由成型，任意着色，是铸模家具的理想材料。,一、塑料家具种类,9.3 常用高分子材料,将所有细部构件组成完成整体，在感觉上，比金属暖和轻巧； 也常用作基层构件，如沙发的靠背坐面基层，代替传统沙发的框架，表面加 上泡沫海绵和纺织物面料作软垫处理。,9.3 常用高分子材料,钢材构成的腿足样式，红色的玻璃钢靠背和坐板的联体，一次成模，玻璃钢的特性赋予了这件家具良好的韧性和钢性。靠背处直曲的面的转变，自然，顺畅，有着个性化的造型样式，也有着优秀的物化特性，突现了高招的技术特征。,9.3 常用高分子材料,9.3 常用高分子材料,玻璃钢一次成模的特殊性，以及所达到的特殊材料的刚性和柔韧性，

23、在家具设计领域，成为家具造型和概念设计所常用的制造手段，制作模式也成为现代家具设计的一种流行方式。,9.3 常用高分子材料,2.ABS树脂家具,又称“合成木材”，是一种坚韧的材料，通过注模、挤压或真空模塑成型，用于制造零部件及整个椅子框架部件。,9.3 常用高分子材料,当时的广告这样介绍它：“不会变老，不会坏，扔出窗口，放在室外，浸在水里，带入极地或沙漠，它将常新不旧。”,名字： UNIVERSALE 4867 设计师： 乔科隆波 设计： 1965 材料： ABS树脂 投入生产：1967,Universale 4867椅坚固简朴，容易相叠，它最初采用ABS树脂，随后采用聚丙烯，它适用于任何环境

24、，不管是室内还是室外，是公共空间还是私人空间。,9.3 常用高分子材料,3.丙烯酸树脂家具（PMMA）,坚固强韧，无色透明，有类似玻璃的表面质地，可以利用简单而便宜的成型和折叠技术，作出种种的形状，也可以用很便宜的真空成型或加温折弯方法，使得制作家具时，有更广泛的造型可能。,9.3 常用高分子材料,丙烯酸树脂家具，因透光率极高，使家居显得光洁； 重量不到普通玻璃的一半，抗碎裂能力却比玻璃高几倍； 绝缘性高，又非常容易加工。,丙烯酸的耐热能力较差，约80便可能令胶料变质，105能令它变软，所以不可装载沸水，否则可能过热变形。,9.3 常用高分子材料,4.发泡塑料,聚氨基甲酸酯泡绵，用于模塑或挤压

25、成型。发泡成型家具主要是沙发，其造型稳重，线条简明，轮廓非常柔美、高雅和大方。,9.3 常用高分子材料,泡棉构件组合沙发,9.3 常用高分子材料,5.PVC家具,利用PVC塑料可以制作单体及坐卧两用的多功能充气家具。利用充气成型，重量轻，便于运输，携带方便。,9.3 常用高分子材料,二、结构特点,塑料具有质轻、坚牢，耐水、耐油、耐蚀性高，色彩佳，成型简单，生产率高等优点。其最主要的特点就是易成型，且成型后坚固、稳定，因此塑料家具常由一个单独的部件组成。,9.3 常用高分子材料,塑料家具根据使用要求必须具有足够的强度，但注塑成型工艺对制件壁厚却有一定的限制，因此，合理地确定制品的壁厚是非常重要的

26、。且壁厚应尽量均匀，壁与壁连接处的厚度不应相差太大，并且应尽量用圆弧连接。,1. 壁厚、加强筋与支承面,壁厚达不到强度要求时，就必须在制品的反面设置加强筋。,9.3 常用高分子材料,2. 塑料家具斜度与圆角,塑料制品都是由模注塑成型的，为便于脱模，设计时塑料制品与脱模方向平行的表面应具一定的斜度。且塑制件的内、外表面及转角处都应以圆弧过渡，避免锐角和直角。,9.3 常用高分子材料,塑料制件上各种形状的孔（如通孔、盲孔、螺纹孔等），应开设在不减弱塑料件机械强度的部位。相邻两孔之间和孔与边缘之间的距离通常不应小于孔的直径，并应尽可能使壁厚一此。设计塑料制件上的内、外螺纹时，必须注意不影响塑件的脱模

27、和降低塑件的使用寿命。制作螺纹成型孔的直径一般不小于mm，螺距也不宜太小。,三、 塑料家具孔、螺纹,9.3 常用高分子材料,塑料在家具上的应用: 结构件；面料； 垫子和装饰； 配件。,市场上塑料家具大体上分四类,以聚氯乙烯异型材为主要结构框架，以玻璃钢贴面板为镶板或隔板组装而成的框架式组装家具； 以聚氯乙烯板及异型材组装而成的板式组装家具； 聚丙烯家具，大都为实体注塑或模塑成型，也有用异型材组合的，近年来发展较多的是聚丙烯结构发泡家具； 聚氯乙烯挤出低发泡类的塑料家具，常称人造木材家具。,9.3 常用高分子材料,聚氯乙烯塑料组装家具,组装家具的异型材要求外观平滑，表面无痕也无凹凸、裂纹与杂质，

28、色泽均一，无扭曲变形。家具结构合理、焊部牢固、美观、服帖，板面平整、光洁。,混合 造粒 挤出 定型 组装,9.3 常用高分子材料,具有密实表皮和发泡芯层的桌椅等塑料家具制品的生产，日益受到人们的重视。使用的原料主要有HIPS和PP 两类。产品主要在海滩、酒吧及旅游点使用。具有不怕雨淋、不怕晒等优点。,聚丙烯家具,聚丙稀家具耐光、油、对化学溶剂性能好，但硬度差，应防止碰撞和刀尖硬物划伤，如有开裂可用热熔法修补，无胶水可粘。,9.3 常用高分子材料,9.3 常用高分子材料,人造木材组合家具是以聚氯乙烯低发泡型材与板材组合而成的，用聚氯乙烯树脂、稳定剂、润滑剂、增强剂、增塑剂和发泡剂等原料按一定比例

29、配制，经混合、塑化后，挤出、定型而成。,人造木材组合家具,具有木材的外观和质感，可锯、刨、割、钉，其相对密度小，不霉、不烂。由于发泡的缘故，还具有保温、阻燃、防潮、防蛀等特点，是理想的以塑代木材料。,9.3 常用高分子材料,用这种材料还可按各种木质需要配上逼真的色感及木纹感，成为理想的户外公共场所家具的制作用材。,9.3 常用高分子材料,可在配方中直接按要求配色，无需油漆涂装。,塑料家具主要有以下特点,塑料家具的框架和板材都可直接由挤出机挤出符合截面形状要求的异型材，加工方法大大简化。,塑料家具的硬度、刚性、绝缘性能、耐候性、尺寸稳定性都可与天然木材媲美，而且在防腐、防霉变、防潮、防虫蛀等方面的性能远远胜于天然木材。,塑料家具尤其是聚氯乙烯家具，与木材家具相比还有一个突出的优点是难燃性，聚氯乙烯具有自熄性，防火安全系数提高了很多。,致密 光洁,9.3 常用高分子材料,（一）橡胶的组成,二、橡胶,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。,1. 生胶：是指无配合剂、未经硫化的橡胶。有天然橡胶和合成橡胶