高分子材料成型工艺优秀PPT.ppt
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1、高分子材料成型工艺高分子材料成型工艺工业制造学院工业制造学院董志红董志红学习重点及要求驾驭高分子材料的名称、种类、结构、特点、驾驭高分子材料的名称、种类、结构、特点、性能及合成方法性能及合成方法.1驾驭常用高分子材料的制备、成型方法及驾驭常用高分子材料的制备、成型方法及成型设备成型设备.2了解高分子材料的成型方法最新进展及计了解高分子材料的成型方法最新进展及计算机技术在高分子成型中的应用算机技术在高分子成型中的应用.3第一章 高分子材料种类与特性v高分子按来源分:高分子按来源分:自然高分子自然高分子合成高分子合成高分子v高分子按结构分:高分子按结构分:线型高分子线型高分子体型高分子体型高分子v
2、高分子按性质分:高分子按性质分:热塑性高分子热塑性高分子热固性高分子热固性高分子v高分子按用途分:高分子按用途分:塑料合成纤维合成橡胶塑料合成纤维合成橡胶涂料粘合剂涂料粘合剂(一)(一)高分子材料的种类高分子材料的种类 聚乙烯聚乙烯(PE)(PE)产品产品保鲜膜保鲜膜吹塑成型的聚乙烯薄膜吹塑成型的聚乙烯薄膜无毒,化学稳定性好,适合做食品和药物的包装材料无毒,化学稳定性好,适合做食品和药物的包装材料一、塑料一、塑料聚氯乙烯(聚氯乙烯(PVCPVC)化学稳定性好,耐酸碱腐蚀,运用温度化学稳定性好,耐酸碱腐蚀,运用温度不宜超过不宜超过60,在低温下会变硬,在低温下会变硬分为:软质塑料和硬质塑料分为:
3、软质塑料和硬质塑料大大约30%的塑料会被用作包装用途,的塑料会被用作包装用途,15%的塑料会被用作建的塑料会被用作建筑材料。如照相机,烹筑材料。如照相机,烹饪器具,剔器具,剔须刀柄等消刀柄等消费品所运用的品所运用的塑料占了另外的塑料占了另外的14%,剩余的,剩余的40%会被用来制造交通工具会被用来制造交通工具(如汽(如汽车),家具(),家具(电器部件)和其它各种用途,如医器部件)和其它各种用途,如医疗和和军事事设备。二、纤维二、纤维纤维纤维自然纤维自然纤维棉花棉花羊毛羊毛木材木材草类草类化学纤维化学纤维人造纤维:利用自然高分子化合人造纤维:利用自然高分子化合物,经过一系列的化学处理和机物,经过
4、一系列的化学处理和机械加工而制得的纤维。如粘胶纤械加工而制得的纤维。如粘胶纤维等维等合成纤维:用石油、自然气等不合成纤维:用石油、自然气等不含自然纤维的物质为原料,经过含自然纤维的物质为原料,经过化学合成和加工制得的纤维(如:化学合成和加工制得的纤维(如:“六大纶六大纶”、碳纤维、光导纤维、碳纤维、光导纤维等)等)喷丝喷丝(使熔融状态下高聚物转变成纤维)(使熔融状态下高聚物转变成纤维)世界上出现的第一种合成纤维是世界上出现的第一种合成纤维是20世纪世纪30年头美国杜邦公司年头美国杜邦公司科研小组研制出的尼龙科研小组研制出的尼龙66(Nylon,聚酰胺,聚酰胺66),它是由己),它是由己二酸和己
5、二胺缩聚而成的。二酸和己二胺缩聚而成的。涤纶涤纶腈纶腈纶纺纶纤维织成纺纶纤维织成的防弹衣腈纶的防弹衣腈纶三、橡胶三、橡胶橡胶橡胶自然橡胶自然橡胶合成橡胶合成橡胶通用橡胶通用橡胶丁苯橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶氯丁橡胶特种橡胶特种橡胶聚硫橡胶聚硫橡胶硅橡胶硅橡胶橡橡胶胶产产品品橡胶工人从橡胶树上提取橡胶橡胶工人从橡胶树上提取橡胶1)特征性能特征性能(是属于材料本身所固有的性质是属于材料本身所固有的性质)力学力学性能,性能,电学电学性能,性能,磁学磁学性能性能热学热学性能,性能,光学性能,光学性能,化学性能化学性能2)功能物性功能物性(效应物性)(效应物性)指在确定条件下和确定限度内对材料
6、施加某种作用时,通过材料将这种作用转换为另一形式功能的性质。如:热电转换性能,光热转换性能,光电转换性能,力电转换性能,磁光转换性能,电光转换性能,声光转换性能等。(二)(二)材料的性能材料的性能 1 1 强度与塑性强度与塑性 2 2 硬度硬度3 3 韧性韧性 4 4 老化性能老化性能5 5 耐磨性耐磨性 6 6 疲惫特性疲惫特性 材料在力的作用下所表现出来的特性即为材料的力学性能。材料在力的作用下所表现出来的特性即为材料的力学性能。主要指标主要指标材料的力学性能材料的力学性能 强度与塑性强度与塑性1)强度)强度在外力作用下材料反抗变形和断裂的实力称为强度。在外力作用下材料反抗变形和断裂的实力
7、称为强度。屈服强度屈服强度抗拉强度抗拉强度由扭转试验、弯曲试验、压缩试验等相应条件下的强度指标叫由扭转试验、弯曲试验、压缩试验等相应条件下的强度指标叫扭转强度、抗弯强度、抗压强度等。扭转强度、抗弯强度、抗压强度等。试样在被拉断前的最大承载应力为抗拉强度。试样在被拉断前的最大承载应力为抗拉强度。其他强度其他强度 材料在断裂前发生永久变形的实力叫塑性。塑性以材料断裂后永久变形的大小来衡量。塑性指标有延长率和断面收缩率两种。2)塑性)塑性 硬度硬度 是衡量材料软硬程度的指标,反映材料表面反抗微区塑性变形的实力。工程上常用布氏硬度布氏硬度HB、洛氏硬度、洛氏硬度HR、维氏硬度维氏硬度HV、肖氏硬度、肖
8、氏硬度HS和赵氏、邵和赵氏、邵氏硬度(邵氏硬度(邵A)等。韧性韧性指材料反抗裂纹萌生与发展的实力。韧性与脆性韧性与脆性是两个意义上完全相反的概是两个意义上完全相反的概念。韧性好,脆性就差。反之亦然。念。韧性好,脆性就差。反之亦然。度量指标度量指标冲击韧性冲击韧性用材料受冲击而破坏的过程所吸取的冲击功来表征断裂韧性断裂韧性用材料裂纹尖端应力强度因子的临界值Kic来表征 老化性能老化性能 在外界作用下,材料发生性质及性能变更(不利于运用)的现象称为老化。老化多与化学因素有关,如硅酸盐材料的风化、金属材料的氧化、木材的粉化、高分子材料的降解或交联等。一个零件相对另一个零件摩擦的结果,引起摩擦表面有微
9、小颗粒分别出来,使接触面尺寸变更、重量损失及其他性能下降的这种现象称为磨损。磨损的种类:包括氧化磨损、咬合磨损、热磨损、磨粒磨损、卷曲磨损、冲击磨损、表面疲惫磨损等,材料磨损多是数种磨损共同作用的结果。耐磨性耐磨性磨损磨损 高分子材料表面的磨耗性能可以在确定程度上衡量其运用寿命的长短。材料对磨损的反抗实力为材料的耐磨性。可用磨损量来表示,一般用在确定条件下试样表面的磨损厚度或试样体积或重量的削减来表征。通常地,降低材料的摩擦系数、提高材料的硬度有助于增加材料的耐磨性。耐磨性耐磨性 疲惫特性疲惫特性 在交变应力下,即使应力的最大值低于材料的屈服强度,经确定的循环周次后材料仍会断裂,这种现象即为材
10、料的疲惫。当应力低于某值时,在无限多的循环周次下,材料仍不断裂,此应力值称为疲惫强度或疲惫极限;材料在交变应力作用下所能运用的时间或材料承受交变应力的周期数称为疲惫寿命。疲惫现象主要出现在具有较高塑性的材料中疲惫现象主要出现在具有较高塑性的材料中金金属属材材料料的的失失效效形形式式之之一一就就是是疲疲惫惫。疲疲惫惫断断裂裂往往往往没没有有任任何何先兆,因而由此造成的后果往往是灾难性的。先兆,因而由此造成的后果往往是灾难性的。高高分分子子材材料料的的塑塑性性一一般般很很好好,但但在在长长期期运运用用过过程程中中首首先先发发生生的是材料的老化失效,因而疲惫破坏不占主导地位。的是材料的老化失效,因而
11、疲惫破坏不占主导地位。陶陶瓷瓷材材料料的的塑塑性性很很低低,其其疲疲惫惫现现象象不不如如金金属属材材料料的的明明显显,而而且疲惫机理也不同于金属。且疲惫机理也不同于金属。电导率的大小干脆取决于三个电导率的大小干脆取决于三个因素:单位体积中的载流子数因素:单位体积中的载流子数目;每个载流子的电荷量;每目;每个载流子的电荷量;每个载流子的迁移率。个载流子的迁移率。材料的电学性能材料的电学性能1.导电或产生电流的根本缘由导电或产生电流的根本缘由材料中载流子的存在和迁移材料中载流子的存在和迁移2.能产生电流的载流子有能产生电流的载流子有电子、空穴、正离子、负离子电子、空穴、正离子、负离子3.评价材料导
12、电实力的指标评价材料导电实力的指标电导率和电阻率电导率和电阻率4.材料按其导电实力可分为材料按其导电实力可分为超超导导体体:电电阻阻率率为为0或或趋趋近近于于0;导体导体:电阻率:电阻率10-810-5.m半半导导体体:电电阻阻率率10-5107.m;绝缘体绝缘体:电阻率:电阻率1071020.m。材料的磁学性能材料的磁学性能1.物质与磁性物质与磁性磁性是任何一种物质都具有的属磁性是任何一种物质都具有的属性。任何物质在磁场下都会表现性。任何物质在磁场下都会表现出确定的磁性。有些物质使原磁出确定的磁性。有些物质使原磁场增加,有些使原磁场减弱。场增加,有些使原磁场减弱。按其对磁场的影响,按其对磁场
13、的影响,可将物质分为三类:可将物质分为三类:抗磁性物质:使磁场减弱;抗磁性物质:使磁场减弱;顺磁性物质:使磁场略有增加;顺磁性物质:使磁场略有增加;铁磁性及亚铁磁性物质:使磁场猛铁磁性及亚铁磁性物质:使磁场猛烈增加。烈增加。2.磁性的度量磁性的度量 材料的热学性能(热变形性能,热稳定性)材料的热学性能(热变形性能,热稳定性)固体加热时有三个重要的效应,即吸热、传热、膨胀。固体加热时有三个重要的效应,即吸热、传热、膨胀。热热容容:1mol固固体体温温度度上上升升1K时时所所吸吸取的热量。取的热量。热热导导率率:单单位位时时间间内内在在1K温温差差的的13正正方方体体的的一一个个面面对对其其所所对
14、对的的另另一一个个面面流过的热量。流过的热量。热热膨膨胀胀系系数数:单单位位长长度度物物体体的的长长度度随随温度的变更率。温度的变更率。度量的指标度量的指标(三)材料工艺与材料结构及性能的关系(三)材料工艺与材料结构及性能的关系1.材料工艺,包括材料合成及加工工艺,干脆影响材料的组织结构,因而对材料的性能有显著影响。2.材料的原始组织结构及性能又常常确定着接受何种方法将材料加工成所须要的形态。实例实例1:热固性树脂与热塑性树脂因组织结构及性能不同,选:热固性树脂与热塑性树脂因组织结构及性能不同,选用的成型加工方法有很大差别。用的成型加工方法有很大差别。实例实例2:含有大缩孔的铸件不宜接受合金钢
15、的成型加工方法等。:含有大缩孔的铸件不宜接受合金钢的成型加工方法等。材料工艺、材料结构及材料性能、功能之间具有相互依靠、相互制约的亲密关系,了解并能动的利用这种关系是材料科学的关键问题之一。实例实例1:用高压法合成的聚乙烯和用低压法合成的聚乙烯,在:用高压法合成的聚乙烯和用低压法合成的聚乙烯,在结构上有很大的差别,因而性能也显著不同。结构上有很大的差别,因而性能也显著不同。实例实例2:用铸造法制造的铜棒与用轧制成型的铜棒,其组织结:用铸造法制造的铜棒与用轧制成型的铜棒,其组织结构不大相同,晶粒的形态、尺寸和取向都不相同:铸造法制构不大相同,晶粒的形态、尺寸和取向都不相同:铸造法制得的铜棒含有由
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