第七章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料.ppt

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1、第七章第七章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料高分子材料、陶瓷材料及复合材料7.1 高分子材料高分子材料7.2 陶瓷材料陶瓷材料7.3 复合材料复合材料一、基本概念一、基本概念 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。有时也叫聚合物或高聚物。高分子化合物是指相而形成的材料。有时也叫聚合物或高聚物。高分子化合物是指相对分子质量大于对分子质量大于5000的有机化合物的总称。常见的高分子材料的有机化合物的总称。常见的高分子材料的相对分子质量在的相对分子质量在104106之间，一些常见的高分子材料相对之间，一些常见的高分子

2、材料相对分子质量是很大的，如橡胶相对分子质量为分子质量是很大的，如橡胶相对分子质量为10万左右，聚乙烯相万左右，聚乙烯相对分子质量在几万至几百万之间。对分子质量在几万至几百万之间。二、高聚物的合成二、高聚物的合成 由低分子化合物合成为高分子化合物的反应称为聚合反应，由低分子化合物合成为高分子化合物的反应称为聚合反应，7.1 高分子材料高分子材料下一页下一页上一页 7.1 高分子材料高分子材料 若加聚反应的单体为一种，反应称为均聚反应，其产物称为均聚物。若加聚反应的单体为一种，反应称为均聚反应，其产物称为均聚物。如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚四氟乙烯等。它们的产量大，应用广如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛

3、、聚四氟乙烯等。它们的产量大，应用广泛，在高分子材料中占有重要地位。泛，在高分子材料中占有重要地位。若加聚反应的单体为两种或两种以上，反应称为共聚反应，其产物若加聚反应的单体为两种或两种以上，反应称为共聚反应，其产物称为共聚物。如称为共聚物。如ABS工程塑料就是由丙烯睛工程塑料就是由丙烯睛(A)、丁二烯、丁二烯(B)、苯乙、苯乙烯烯(S)通过共聚反应获得的共聚物。在共聚反应中，当三种单体的组通过共聚反应获得的共聚物。在共聚反应中，当三种单体的组成比例不同时，就可以获得许多性能不同的产品，以满足生产中不同成比例不同时，就可以获得许多性能不同的产品，以满足生产中不同产品的需要。因此，共聚反应生成的

4、共聚物是改善均聚物性能、研制产品的需要。因此，共聚反应生成的共聚物是改善均聚物性能、研制新品种高聚物材料的一条重要途径。新品种高聚物材料的一条重要途径。加聚反应的主要方法有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合加聚反应的主要方法有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合四种。四种。2.缩合聚合缩合聚合 由含有两种或两种以上官能团由含有两种或两种以上官能团(可以发生化学反应的原子团，可以发生化学反应的原子团，如羚基如羚基-OH,竣基竣基-COOH,氨基氨基-NH2等等)的单体相互综合聚合而的单体相互综合聚合而形成高聚物的反应称为缩聚反应，其产物称为缩聚物。缩聚物的形成高聚物的反应称为缩聚反应，其产

5、物称为缩聚物。缩聚物的化学组成与所用单体均不相同。在缩聚反应过程中，有水、氨、化学组成与所用单体均不相同。在缩聚反应过程中，有水、氨、醇、氯化氢等小分子物质生成。缩聚反应可停留在中间而得到中醇、氯化氢等小分子物质生成。缩聚反应可停留在中间而得到中间产品间产品 若缩聚反应的单体为一种，反应称为均缩聚反应，产物称均缩若缩聚反应的单体为一种，反应称为均缩聚反应，产物称均缩聚物，如氨基己酸进行缩聚反应生成的聚酞胺聚物，如氨基己酸进行缩聚反应生成的聚酞胺6(尼龙尼龙6)。7.1 高分子材料高分子材料下一页上一页 若缩聚反应的单体为两种或两种以上，反应称为共缩聚反应，产物若缩聚反应的单体为两种或两种以上，

6、反应称为共缩聚反应，产物称为共缩聚物。如由己二酸和己二胺缩聚合成尼龙称为共缩聚物。如由己二酸和己二胺缩聚合成尼龙66缩聚反应的主要缩聚反应的主要方法有熔融缩聚和溶液缩聚两种方法有熔融缩聚和溶液缩聚两种三、高聚物的结构特点三、高聚物的结构特点 高分子化合物的结构可分为大分子链结构和聚集态结构两种。高分子化合物的结构可分为大分子链结构和聚集态结构两种。1.大分子链组成大分子链组成 不是所有元素都能结合成链状大分子，只有不是所有元素都能结合成链状大分子，只有B,C,N,0,Si,P,S,As等元素才能组成大分子链，大分子链的组成不同，高聚物的性能也等元素才能组成大分子链，大分子链的组成不同，高聚物的

7、性能也不同。如聚乙烯中的不同。如聚乙烯中的H被被F取代，材料便成了耐工水的塑料工取代，材料便成了耐工水的塑料工;当性能当性能柔韧的聚乙烯中柔韧的聚乙烯中H被苯环取代后，则成了硬而脆的聚苯乙烯。被苯环取代后，则成了硬而脆的聚苯乙烯。7.1 高分子材料高分子材料下一页上一页因此通过改变分子链的组成，可形成多种性能不同的高聚物材料。因此通过改变分子链的组成，可形成多种性能不同的高聚物材料。2.大分子链的形状大分子链的形状 大分子链的几何形状有线型、支化型和网型大分子链的几何形状有线型、支化型和网型(体型或交联型体型或交联型)。线型分子链各链节以共价键连接成线型长链，像一根长线，通常线型分子链各链节以

8、共价键连接成线型长链，像一根长线，通常卷曲成不规则的线圈状态或团状。如图卷曲成不规则的线圈状态或团状。如图7-1(a)所示。支化型分所示。支化型分子链在线型大分子主链的两侧有许多长短不一的小支链如子链在线型大分子主链的两侧有许多长短不一的小支链如图图7-1(b)所示。网型分子链的大分子链之间通过支链或化学键连接成所示。网型分子链的大分子链之间通过支链或化学键连接成一个三维空间的网状大分子。如一个三维空间的网状大分子。如图图7-1(c)所示。所示。具有线型和支化型分子链结构的聚合物称为线型聚合物，这类具有线型和支化型分子链结构的聚合物称为线型聚合物，这类聚合物具有较高的弹性和热塑性，可重复使用。

9、聚合物具有较高的弹性和热塑性，可重复使用。下一页上一页 7.1 高分子材料高分子材料具有网型分子链结构的聚合物称为网型聚合物，这类聚合物具有具有网型分子链结构的聚合物称为网型聚合物，这类聚合物具有较好的耐热性、难溶性、强度和热固性，但弹性、塑性较低，易较好的耐热性、难溶性、强度和热固性，但弹性、塑性较低，易老化，不能重复使用。老化，不能重复使用。3.大分子链的柔性大分子链的柔性 和其他分子一样，大分子也在不停地进行着热运动。大分子链和其他分子一样，大分子也在不停地进行着热运动。大分子链是由大量原子经共价键连接而成，其中有许多单键，而每个单键是由大量原子经共价键连接而成，其中有许多单键，而每个单

10、键都可绕邻近单键作旋转运动都可绕邻近单键作旋转运动(内旋转内旋转)，从而使大分子链出现不同，从而使大分子链出现不同的空间形象，称为大分子链的构象。大分子链的这种能通过单键的空间形象，称为大分子链的构象。大分子链的这种能通过单键内旋改变其构象而获得不同卷曲程度的特性称为链的柔性，这是内旋改变其构象而获得不同卷曲程度的特性称为链的柔性，这是聚合物材料性能不同于其他固体材料的根本原因。聚合物材料性能不同于其他固体材料的根本原因。下一页上一页 7.1 高分子材料高分子材料影响大分子链柔性的因素有大分子链的结构、温度、外力、介质等，大影响大分子链柔性的因素有大分子链的结构、温度、外力、介质等，大分子链的

11、组成和结构不同时，其内旋转能力是不同的，分子链的柔性也分子链的组成和结构不同时，其内旋转能力是不同的，分子链的柔性也不同。当大分子链主链全部由单键组成时，分子链的柔性最好不同。当大分子链主链全部由单键组成时，分子链的柔性最好;当主链当主链中含有芳杂环中含有芳杂环(如苯环如苯环)时，柔性差。内旋转容易，构象变化也容易，大时，柔性差。内旋转容易，构象变化也容易，大分子链的柔性就好。大分子链的柔性对高聚物性能影响很大，柔性分子分子链的柔性就好。大分子链的柔性对高聚物性能影响很大，柔性分子链组成的高聚物弹性、塑性和韧性好，而强度和硬度低。链组成的高聚物弹性、塑性和韧性好，而强度和硬度低。4.大分子链的

12、聚集状态大分子链的聚集状态 了解高聚物的聚集状态、结构特征与性能之间的关系，对于合理选用了解高聚物的聚集状态、结构特征与性能之间的关系，对于合理选用高聚物材料非常重要。聚合物的大分子链的聚集状态是指在分子间力作高聚物材料非常重要。聚合物的大分子链的聚集状态是指在分子间力作用下大分子链相互聚集所形成的几何排列和堆砌方式，高聚物大分子链用下大分子链相互聚集所形成的几何排列和堆砌方式，高聚物大分子链的聚集状态主要有三种结构。的聚集状态主要有三种结构。下一页上一页 7.1 高分子材料高分子材料如如图图7-2所示。所示。(1)非晶态结构聚合物凝固时，分子不是有规则的排列，而是由众非晶态结构聚合物凝固时，

13、分子不是有规则的排列，而是由众多长短不一的大分子链像杂乱的线团一样集聚在一起，呈无规则排列。多长短不一的大分子链像杂乱的线团一样集聚在一起，呈无规则排列。如如图图7-2(a)所示。所示。(2)折叠链结晶结构大分子链折叠后呈有序规则排列。如折叠链结晶结构大分子链折叠后呈有序规则排列。如图图7-2(b)所示。所示。(3)伸直链结晶结构大分子链伸直后呈有序规则排列。如伸直链结晶结构大分子链伸直后呈有序规则排列。如图图7-2(c)所示。所示。在折叠链和伸直链结晶结构中，大分子链呈有序、规则排列的聚在折叠链和伸直链结晶结构中，大分子链呈有序、规则排列的聚集态，因此，均属于晶态结构。大多数高聚物都只能产生

14、部分结晶，集态，因此，均属于晶态结构。大多数高聚物都只能产生部分结晶，其结晶度其结晶度(高聚物中结晶区所占的体积或重量百分数高聚物中结晶区所占的体积或重量百分数)的变化范围一般的变化范围一般为为30%80%,特殊情况下可达特殊情况下可达98%。在结晶聚合物中，晶态区。在结晶聚合物中，晶态区与非晶态区相互穿插，紧密相连，一个大分子链可以同时穿过许多晶与非晶态区相互穿插，紧密相连，一个大分子链可以同时穿过许多晶态区和非晶态区。高聚物中晶态和非晶态并存，是其结构上的一个重态区和非晶态区。高聚物中晶态和非晶态并存，是其结构上的一个重要特性。要特性。下一页上一页 7.1 高分子材料高分子材料 高聚物的聚

15、集态结构决定了它的性能。由于晶态结构中，分子链规高聚物的聚集态结构决定了它的性能。由于晶态结构中，分子链规则而紧密排列，分子间作用力大，链运动困难，所以高聚物的强度、则而紧密排列，分子间作用力大，链运动困难，所以高聚物的强度、刚度、密度、熔点等都随着结晶度的增加而提高，而一些依赖链活动刚度、密度、熔点等都随着结晶度的增加而提高，而一些依赖链活动的性能指标，如弹性、韧性、伸长率等则随着结晶度增加而降低。的性能指标，如弹性、韧性、伸长率等则随着结晶度增加而降低。四、高聚物的物理状态四、高聚物的物理状态 高聚物在不同温度下呈现出不同的物理状态，因而具有不同的性能，高聚物在不同温度下呈现出不同的物理状

16、态，因而具有不同的性能，这对高聚物的成型加工和使用具有重要意义。这对高聚物的成型加工和使用具有重要意义。图图7-3为线型无定型高为线型无定型高聚物的温度一变形曲线。由图可见，随着温度的变化，线型无定型高聚物的温度一变形曲线。由图可见，随着温度的变化，线型无定型高聚物可呈现三种不同的物理状态，即玻璃态、高弹态和粘流态。聚物可呈现三种不同的物理状态，即玻璃态、高弹态和粘流态。1.玻璃态玻璃态下一页上一页 7.1 高分子材料高分子材料当温度低于当温度低于Tg时，高聚物像玻璃那样处于非晶态的固体，故称为玻璃时，高聚物像玻璃那样处于非晶态的固体，故称为玻璃态，态，Tg称为玻璃化温度在玻璃态时，高聚物中的

17、大分子链热运动处于称为玻璃化温度在玻璃态时，高聚物中的大分子链热运动处于停滞状态，只有链节的微小热振动及链中键长和链角的弹性变形。停滞状态，只有链节的微小热振动及链中键长和链角的弹性变形。玻璃态高聚物的力学性能与低分子材料相似。在外力作用下，弹性玻璃态高聚物的力学性能与低分子材料相似。在外力作用下，弹性变形量较小变形量较小(1%)，具有一定的刚度玻璃态是塑料的工作状态，具有一定的刚度玻璃态是塑料的工作状态，因此，塑料的因此，塑料的Tg都高于室温如聚氯乙烯的都高于室温如聚氯乙烯的Tg为为87；而作为工程材料；而作为工程材料使用的聚碳酸醋的使用的聚碳酸醋的Tg为为150。2.高弹态高弹态 当温度处

18、于玻璃化温度当温度处于玻璃化温度Tg和粘流化温度和粘流化温度Tf之间时，高聚物处于高弹态之间时，高聚物处于高弹态这时高聚物的分子链动能增加，由于热膨胀，链间的自由体积也这时高聚物的分子链动能增加，由于热膨胀，链间的自由体积也下一页上一页 7.1 高分子材料高分子材料增大，大分子链段增大，大分子链段(几个或几十个分子链节组成几个或几十个分子链节组成)热运动可以进行，但热运动可以进行，但整个分子链并没有移动。处于高弹态的高聚物，当受外力作用时，原整个分子链并没有移动。处于高弹态的高聚物，当受外力作用时，原来卷曲链沿受力方向伸展，结果产生很大的弹性变形来卷曲链沿受力方向伸展，结果产生很大的弹性变形(

19、=100%1000%)，这种变形的回复不是瞬时的，需经过一定，这种变形的回复不是瞬时的，需经过一定时间才能完全回复。高弹态是橡胶的工作状态，故橡胶的玻璃化温度时间才能完全回复。高弹态是橡胶的工作状态，故橡胶的玻璃化温度Tg都低于室温，作为橡胶使用的高聚物材料，它的都低于室温，作为橡胶使用的高聚物材料，它的Tg应该越低越好。应该越低越好。如大然橡胶爪的为如大然橡胶爪的为-73，合成的顺丁橡胶爪为，合成的顺丁橡胶爪为-105，一般橡胶的，一般橡胶的玻璃化温度爪为玻璃化温度爪为-40-120。3.粘流态粘流态 当温度升高到粘流化温度当温度升高到粘流化温度Tf时，大分子链可以自由运动，高聚物成时，大分

20、子链可以自由运动，高聚物成为流动的钻液，这种状态叫粘流态。为流动的钻液，这种状态叫粘流态。下一页上一页 7.1 高分子材料高分子材料 粘流态是高聚物成型加工的工艺状态。由单体聚合生成的高聚物原料一般为粘流态是高聚物成型加工的工艺状态。由单体聚合生成的高聚物原料一般为粉末状、颗粒状或块状，将高聚物原料加热至粘流态后，通过喷丝、吹塑、挤粉末状、颗粒状或块状，将高聚物原料加热至粘流态后，通过喷丝、吹塑、挤压、模铸等方法，加工成各种形状的零件、型材或纤维等。粘流态也是有机胶压、模铸等方法，加工成各种形状的零件、型材或纤维等。粘流态也是有机胶粘剂的工作状态。粘剂的工作状态。五、常用的高聚物五、常用的高聚

21、物 1.塑料塑料 塑料是日前机械工业中应用最广泛的高聚物材料，它是以合成树脂为基本塑料是日前机械工业中应用最广泛的高聚物材料，它是以合成树脂为基本原料，再加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂原料，再加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂(如填允剂、增塑剂如填允剂、增塑剂等等)后在一定温度、压力下塑制成型的材料。后在一定温度、压力下塑制成型的材料。(1)塑料的组成塑料的组成主要包括如下成分。塑料的组成塑料的组成主要包括如下成分。树脂树脂是塑料的基料，这是一类受热会变软的无定形半固态或固态的树脂树脂是塑料的基料，这是一类受热会变软的无定形半固态或固态的有机高分子化合物。有机高分子化合物。

22、7.1 高分子材料高分子材料下一页上一页工业中所使用的树脂主要是合成树脂，如酚醛树脂、聚乙烯等。很少工业中所使用的树脂主要是合成树脂，如酚醛树脂、聚乙烯等。很少用大然树脂用大然树脂(如松香、沥青等如松香、沥青等)。填允剂在塑料中加入填允剂，可使塑料具有所需要的性能，且填允剂在塑料中加入填允剂，可使塑料具有所需要的性能，且能降低塑料的生产成本。填允剂的品种很多，性能各异。通常以有机能降低塑料的生产成本。填允剂的品种很多，性能各异。通常以有机材料材料(木屑、石棉纤维、玻璃纤维、纸屑等木屑、石棉纤维、玻璃纤维、纸屑等)或无机物或无机物(高岭土、滑石高岭土、滑石粉、氧化铝、二氧化硅、石墨粉、铁粉、铜粉

23、和铝粉等粉、氧化铝、二氧化硅、石墨粉、铁粉、铜粉和铝粉等)作为填允剂。作为填允剂。例如酚醛树脂中加入木屑就形成了我们通常所说的电木，它的强度比例如酚醛树脂中加入木屑就形成了我们通常所说的电木，它的强度比纯酚醛树月旨有显著提高。纯酚醛树月旨有显著提高。增塑剂增塑剂用来增加树脂的可塑性、柔软性、流动性，降低增塑剂增塑剂用来增加树脂的可塑性、柔软性、流动性，降低脆性，改善加工工艺性能。脆性，改善加工工艺性能。7.1 高分子材料高分子材料下一页上一页增塑剂与树脂的混溶性要好，同时，要具有无毒无害、无臭无色、不增塑剂与树脂的混溶性要好，同时，要具有无毒无害、无臭无色、不易燃烧、不易挥发、成本低等特点。常

24、用的增塑剂有磷酸醋类化合物、易燃烧、不易挥发、成本低等特点。常用的增塑剂有磷酸醋类化合物、甲酸醋类化合物、氯化石蜡等。甲酸醋类化合物、氯化石蜡等。稳定剂稳定剂可增强塑料对光、热、氧等的抗老化能力，延长稳定剂稳定剂可增强塑料对光、热、氧等的抗老化能力，延长塑料制品的使用寿命。常用的稳定剂有硬脂酸盐、炭黑、铅的化合物、塑料制品的使用寿命。常用的稳定剂有硬脂酸盐、炭黑、铅的化合物、环氧化合物等。环氧化合物等。着色剂用有机染料或无机颜料对塑料进行染色，可使塑料制品着色剂用有机染料或无机颜料对塑料进行染色，可使塑料制品具有不同的色彩、以满足不同的使用要求。一般要求着色剂染色力强、具有不同的色彩、以满足不

25、同的使用要求。一般要求着色剂染色力强、不易褪色、耐光性好，不与其他成分起化学反应，并与树脂有很好的不易褪色、耐光性好，不与其他成分起化学反应，并与树脂有很好的相溶性。相溶性。7.1 高分子材料高分子材料下一页上一页 润滑剂润滑剂是为了改善塑料成形时的流动性和脱模性，防止粘润滑剂润滑剂是为了改善塑料成形时的流动性和脱模性，防止粘在模具上，保证塑料制品表血光滑美观。常用的润滑剂有硬脂酸及其盐在模具上，保证塑料制品表血光滑美观。常用的润滑剂有硬脂酸及其盐类。类。塑料中除以上添加剂外，还有固化剂、发泡剂、抗静电剂、稀释剂、塑料中除以上添加剂外，还有固化剂、发泡剂、抗静电剂、稀释剂、阻燃剂等。但并非每一

26、种塑料都要加入以上全部添加剂，而是要根据塑阻燃剂等。但并非每一种塑料都要加入以上全部添加剂，而是要根据塑料品种和使用要求加入所需要的添加剂。料品种和使用要求加入所需要的添加剂。(2)塑料的分类按使用范围可分为通用塑料和工程塑料两大类塑料的分类按使用范围可分为通用塑料和工程塑料两大类 通用塑料通用塑料是指产量大、用途广、通用性强、价格低的一通用塑料通用塑料是指产量大、用途广、通用性强、价格低的一类塑料。通用塑料是一种非结构材料。典型的品种有聚乙烯、聚丙烯、类塑料。通用塑料是一种非结构材料。典型的品种有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料等，这类塑料的产量占塑料聚氯乙烯、聚苯乙烯

27、、酚醛塑料和氨基塑料等，这类塑料的产量占塑料总产量的总产量的75%以上。以上。7.1 高分子材料高分子材料下一页上一页它们可作为日常生活用品、包装材料以及一般机械零件的制作。它们可作为日常生活用品、包装材料以及一般机械零件的制作。工程塑料工程塑料是指塑料中力学性能良好的各种塑料。工程塑料工程塑料工程塑料是指塑料中力学性能良好的各种塑料。工程塑料在各种环境在各种环境(如高温、低温、腐蚀、应力等如高温、低温、腐蚀、应力等)下均能保持良好的力学性能、下均能保持良好的力学性能、电性能、化学性能以及耐热性、耐磨性和尺寸稳定性等。在汽车、机械、电性能、化学性能以及耐热性、耐磨性和尺寸稳定性等。在汽车、机械

28、、化工等行业可用来制造机械零件。和通用塑料相比，它们产量较小，价化工等行业可用来制造机械零件。和通用塑料相比，它们产量较小，价格较高。常见的品种有聚甲醛、聚酞胺、聚碳酸醋、聚苯醚、格较高。常见的品种有聚甲醛、聚酞胺、聚碳酸醋、聚苯醚、ABS、聚、聚飒、聚四氟乙烯、有机玻璃、环氧树脂等。飒、聚四氟乙烯、有机玻璃、环氧树脂等。按树脂的热性能可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。按树脂的热性能可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。热塑性塑料热塑性塑料是以加聚树脂或缩聚树脂为基料，加入少量热塑性塑料热塑性塑料是以加聚树脂或缩聚树脂为基料，加入少量的稳定剂、润滑剂或增塑剂等制成的，其分子结构通常为线型结构，

29、的稳定剂、润滑剂或增塑剂等制成的，其分子结构通常为线型结构，7.1 高分子材料高分子材料下一页上一页能溶于有机溶剂，加热可软化、熔融，可塑制成一定形状的制品，能溶于有机溶剂，加热可软化、熔融，可塑制成一定形状的制品，易于加工成型，并可重复使用，而其基本性能不变热塑性塑料成形易于加工成型，并可重复使用，而其基本性能不变热塑性塑料成形工艺简单、生产率高，可直接注射、挤压、吹塑成所需形状的制品。工艺简单、生产率高，可直接注射、挤压、吹塑成所需形状的制品。但耐热性和刚性较差，最高使用温度一般只有但耐热性和刚性较差，最高使用温度一般只有120左右。常用的左右。常用的品种有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙

30、烯、品种有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、有机玻璃、有机玻璃、聚甲醛、聚酞胺、聚碳酸醋、聚四氟乙烯、聚氯醚等。聚甲醛、聚酞胺、聚碳酸醋、聚四氟乙烯、聚氯醚等。热固性塑料热固性塑料大多数是以缩聚树脂为基料加入各种添热固性塑料热固性塑料大多数是以缩聚树脂为基料加入各种添加剂而制成，其分子结构通常为网型结构，固化后重复加热不再软加剂而制成，其分子结构通常为网型结构，固化后重复加热不再软化和熔融，亦不溶于有机溶剂，不能重复使用。热固性塑料耐热性化和熔融，亦不溶于有机溶剂，不能重复使用。热固性塑料耐热性较高，但树脂性能较脆、力学性能不高、成形工艺较复杂、生产率较高，但树脂性能较脆、力学性能不

31、高、成形工艺较复杂、生产率低。低。7.1 高分子材料高分子材料下一页上一页常用的品种有酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚硅醚常用的品种有酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚硅醚树脂等。树脂等。(3)塑料的性能塑料具有以下性能塑料的性能塑料具有以下性能 质轻塑料的密度均较小，一般为质轻塑料的密度均较小，一般为0.92.2g/cm3，相当于钢密，相当于钢密度的度的1/41/7。泡沫塑料的密度更低至。泡沫塑料的密度更低至0.01g/cm3。比强度高塑料的强度没有金属高，但由于密度很小，因此比强度比强度高塑料的强度没有金属高，但由于密度很小，因此比强度相当高。相当高。化学稳定性好塑料

32、对于一般的酸、碱和有机溶剂均有良好的耐蚀化学稳定性好塑料对于一般的酸、碱和有机溶剂均有良好的耐蚀性。尤其是聚四氟乙烯更为突出，能抵抗工水的腐蚀。因此，塑料广性。尤其是聚四氟乙烯更为突出，能抵抗工水的腐蚀。因此，塑料广泛应用于在腐蚀条件下工作的零件和设备上。泛应用于在腐蚀条件下工作的零件和设备上。7.1 高分子材料高分子材料下一页上一页 优异的电绝缘性一般塑料均具有良好的电绝缘性，可与陶瓷、优异的电绝缘性一般塑料均具有良好的电绝缘性，可与陶瓷、橡胶等绝缘材料相媲美，因此，塑料是电机、电器和无线电、电子橡胶等绝缘材料相媲美，因此，塑料是电机、电器和无线电、电子设备器件生产中不可缺少的绝缘材料。设备

33、器件生产中不可缺少的绝缘材料。工艺性能好所有塑料的成形加工都比较容易，且方法简单，生工艺性能好所有塑料的成形加工都比较容易，且方法简单，生产率高，而且有多种成形方法。产率高，而且有多种成形方法。此外，塑料还有良好的减摩、耐磨性、优良的消声吸振性能及良此外，塑料还有良好的减摩、耐磨性、优良的消声吸振性能及良好的绝热性，但耐热性不高，一般塑料只能在好的绝热性，但耐热性不高，一般塑料只能在100左右的工作条左右的工作条件下使用，且在室温下会发生蠕变，容易燃烧及老化。件下使用，且在室温下会发生蠕变，容易燃烧及老化。(4)常用的塑料的工程应用塑料的品种很多，常用的工程塑料性常用的塑料的工程应用塑料的品种

34、很多，常用的工程塑料性能和应用见能和应用见表表7-1所示。所示。7.1 高分子材料高分子材料下一页上一页 2.像胶像胶 橡胶是以生胶为基础，并添加适量的配合剂而组成的高分子材料。橡胶是以生胶为基础，并添加适量的配合剂而组成的高分子材料。(1)橡胶的组成橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成橡胶的组成橡胶是以生胶为主要原料，加入适量配合剂而制成的高分子材料。生胶是指未添加配合剂的大然橡胶或人工合成橡胶。的高分子材料。生胶是指未添加配合剂的大然橡胶或人工合成橡胶。生胶是橡胶制品的主要组成物，也是钻合各种配合剂和骨架材料的钻生胶是橡胶制品的主要组成物，也是钻合各种配合剂和骨架材料的钻结剂。生胶

35、的性能决定了橡胶制品的性能。结剂。生胶的性能决定了橡胶制品的性能。配合剂是指为改善和提高橡胶制品的性能而加入的物质，如硫化剂、配合剂是指为改善和提高橡胶制品的性能而加入的物质，如硫化剂、活化剂、软化剂、填允剂、防老剂、着色剂等。活化剂、软化剂、填允剂、防老剂、着色剂等。硫化剂可使橡胶分子链由线状结构变成网状结构，从而提高橡胶制硫化剂可使橡胶分子链由线状结构变成网状结构，从而提高橡胶制品的弹性、强度、耐磨性、耐蚀性和抗老化能力。常用的硫化剂是硫品的弹性、强度、耐磨性、耐蚀性和抗老化能力。常用的硫化剂是硫磺和硫化物。磺和硫化物。7.1 高分子材料高分子材料下一页上一页未经硫化处理的橡胶其力学性能和

36、物理性能都很差，实用价值不大。未经硫化处理的橡胶其力学性能和物理性能都很差，实用价值不大。活化剂能加速发挥硫化促进剂的作用。常用的活性剂为氧化锌。活化剂能加速发挥硫化促进剂的作用。常用的活性剂为氧化锌。软化剂是为了提高橡胶的塑性，改善钻附力，并能降低橡胶的硬软化剂是为了提高橡胶的塑性，改善钻附力，并能降低橡胶的硬度和提高耐寒性。常用的增塑剂有硬脂酸、精制蜡、凡士林、五氯硫度和提高耐寒性。常用的增塑剂有硬脂酸、精制蜡、凡士林、五氯硫酚以及一些油类和醋类。酚以及一些油类和醋类。填允剂为了提高橡胶制品的强度、硬度，减少生胶用量、降低成填允剂为了提高橡胶制品的强度、硬度，减少生胶用量、降低成本和改善加

37、工工艺性能。常用的填允剂有炭黑、滑石粉、氧化硅、氧本和改善加工工艺性能。常用的填允剂有炭黑、滑石粉、氧化硅、氧化锌、氧化镁、陶土、碳酸盐等。化锌、氧化镁、陶土、碳酸盐等。防老剂为了防止和延缓橡胶制品在使用过程中的变粘发脆和性能防老剂为了防止和延缓橡胶制品在使用过程中的变粘发脆和性能降低的现象发生而添加的配合剂。防老剂的作用是在橡胶表血形成稳降低的现象发生而添加的配合剂。防老剂的作用是在橡胶表血形成稳定的氧化膜，抵抗进一步的氧化。定的氧化膜，抵抗进一步的氧化。7.1 高分子材料高分子材料下一页上一页常用的防老剂有石蜡、蜂蜡或其他比橡胶更易氧化的物质。常用的防老剂有石蜡、蜂蜡或其他比橡胶更易氧化的

38、物质。着色剂可使橡胶制品着色。常用的着色剂有钦自、铁丹、锑红、着色剂可使橡胶制品着色。常用的着色剂有钦自、铁丹、锑红、铬黄、群青等颜料。铬黄、群青等颜料。骨架材料是为了提高橡胶制品的强度和承载能力，减少变形，通骨架材料是为了提高橡胶制品的强度和承载能力，减少变形，通常在橡胶制品中都加入各种纤维织物、金属丝及其编织物等。如高压常在橡胶制品中都加入各种纤维织物、金属丝及其编织物等。如高压液气输送胶管，采用金属丝网作为骨架材料液气输送胶管，采用金属丝网作为骨架材料;运输带中的纤维骨架材运输带中的纤维骨架材料占总重量的料占总重量的65%(2)橡胶的性能橡胶弹性大，其最高伸长率可达橡胶的性能橡胶弹性大，

39、其最高伸长率可达800%1200%，比其他高聚物大很多，而且外力去除后能迅速恢复到原始，比其他高聚物大很多，而且外力去除后能迅速恢复到原始状态状态;吸振能力强吸振能力强;耐磨性、隔声性、绝缘性好耐磨性、隔声性、绝缘性好;可积储能量可积储能量;有一定的有一定的耐蚀性和足够的强度。耐蚀性和足够的强度。下一页上一页 7.1 高分子材料高分子材料(3)常用橡胶材料橡胶根据其原料来源不同，可分为大然橡胶和合成橡常用橡胶材料橡胶根据其原料来源不同，可分为大然橡胶和合成橡胶两类胶两类;根据其应用范围的不同，可分为通用橡胶和特种橡胶两类。根据其应用范围的不同，可分为通用橡胶和特种橡胶两类。大然橡胶大然橡胶是指

40、由橡胶树上流出的胶乳，经过凝固、干燥、大然橡胶大然橡胶是指由橡胶树上流出的胶乳，经过凝固、干燥、加压等工序制成的片状生胶，橡胶含量达加压等工序制成的片状生胶，橡胶含量达90%以上，大然橡胶是以异以上，大然橡胶是以异戊二烯为主要成分的不饱和状态的大然高分子化合物。大然橡胶的综戊二烯为主要成分的不饱和状态的大然高分子化合物。大然橡胶的综合性能好，弹性高合性能好，弹性高(弹性变形伸长率可达弹性变形伸长率可达1 200%以上以上)，弹性模量仅为弹性模量仅为(36)MPa，约为钢铁的，约为钢铁的1/30 000，而伸长率则为，而伸长率则为其其300倍。大然橡胶经硫化处理后的抗拉强度为倍。大然橡胶经硫化处

41、理后的抗拉强度为(1729)MPa;用用炭黑配合补强的硫化胶强度可提高到炭黑配合补强的硫化胶强度可提高到35 MPa。此外，大然橡胶有较。此外，大然橡胶有较好的耐碱性能，但不耐浓强酸，在非极性溶剂中易膨胀，故不耐油，好的耐碱性能，但不耐浓强酸，在非极性溶剂中易膨胀，故不耐油，耐臭氧性较差，不耐高温。耐臭氧性较差，不耐高温。下一页上一页 7.1 高分子材料高分子材料大然橡胶的脆化温度为大然橡胶的脆化温度为-70，软化温度为，软化温度为130。大然橡胶属于通用橡胶，广泛应用于制造轮胎、胶带、胶管等产品。大然橡胶属于通用橡胶，广泛应用于制造轮胎、胶带、胶管等产品。合成橡胶合成橡胶是用石油、大然气、煤

42、等副产品为原料，经聚合成橡胶合成橡胶是用石油、大然气、煤等副产品为原料，经聚合制得类似大然橡胶的高分子材料。合成橡胶种类很多，常用的合成橡合制得类似大然橡胶的高分子材料。合成橡胶种类很多，常用的合成橡胶有丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁睛橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚胶有丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁睛橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨醋橡胶等。前三种属应用广泛的通用橡胶，后四种是具有特殊性能的氨醋橡胶等。前三种属应用广泛的通用橡胶，后四种是具有特殊性能的特种橡胶。特种橡胶。3.胶私剂胶私剂 胶钻剂是以环氧树脂、酚醛树脂、聚醋树脂、氯丁橡胶、丁睛橡胶等胶钻剂是以环氧树脂、酚醛树脂、聚醋树脂、氯丁橡胶、丁睛

43、橡胶等为原料，加入填料、固化剂、增塑剂、稀释剂等添加剂组成的具有优良为原料，加入填料、固化剂、增塑剂、稀释剂等添加剂组成的具有优良钻合性能的材料。钻合性能的材料。下一页上一页 7.1 高分子材料高分子材料 (1)胶钻剂的分类根据胶钻剂钻性基料的化学成分，胶钻剂可分为无胶钻剂的分类根据胶钻剂钻性基料的化学成分，胶钻剂可分为无机胶和有机胶机胶和有机胶;按其主要用途，又可分为结构胶、非结构胶和其他胶钻按其主要用途，又可分为结构胶、非结构胶和其他胶钻剂。剂。(2)常用胶钻剂常用的胶钻剂有以下几种常用胶钻剂常用的胶钻剂有以下几种:环氧树脂胶钻剂环氧树脂胶钻剂(万能胶万能胶)是以环氧树脂为基料的胶钻剂，对

44、金属、是以环氧树脂为基料的胶钻剂，对金属、玻璃、陶瓷等许多材料具有很强的粘附力。玻璃、陶瓷等许多材料具有很强的粘附力。聚氨醋胶钻剂由异氰酸醋基和轻基的两种低聚合物在胶接过程中聚氨醋胶钻剂由异氰酸醋基和轻基的两种低聚合物在胶接过程中相互作用生成高聚物而硬化的一种胶钻剂。它具有较强的钻附性、较大相互作用生成高聚物而硬化的一种胶钻剂。它具有较强的钻附性、较大的韧性、良好的超低温性能和优良的耐溶剂性、耐油性、耐老化性，可的韧性、良好的超低温性能和优良的耐溶剂性、耐油性、耐老化性，可进行多种金属和非金属材料，如铝、钢、铸铁、塑料、陶瓷、橡胶、皮进行多种金属和非金属材料，如铝、钢、铸铁、塑料、陶瓷、橡胶、

45、皮革、木材等的钻接。革、木材等的钻接。下一页上一页 7.1 高分子材料高分子材料 -氰基丙烯酸醋胶是单组分常温快速固化胶钻剂，主要成分是氰基丙烯酸醋胶是单组分常温快速固化胶钻剂，主要成分是a-氰基丙烯酸醋，国内生产的主要品种是氰基丙烯酸醋，国内生产的主要品种是502胶，该胶固化迅速，胶，该胶固化迅速，在可在可24 h内达到较高的强度，因此具有使用方便的优点，可钻合多内达到较高的强度，因此具有使用方便的优点，可钻合多种材料，如金属、塑料、木材、橡胶、玻璃、陶瓷等种材料，如金属、塑料、木材、橡胶、玻璃、陶瓷等 无机胶粘剂主要有磷酸型、硼酸型和硅酸型，日前在工程中应无机胶粘剂主要有磷酸型、硼酸型和硅

46、酸型，日前在工程中应用最广的是磷酸型，用最广的是磷酸型，其特点是具有良好的耐热性其特点是具有良好的耐热性(8001000)、耐低、耐低温性温性(一一196)，强度高，耐候性、耐水性良好。，强度高，耐候性、耐水性良好。返 回上一页 7.1 高分子材料高分子材料一、概述一、概述 陶瓷是采用粉末冶金法生产的无机非金属材料，按原料不同陶瓷陶瓷是采用粉末冶金法生产的无机非金属材料，按原料不同陶瓷可分为普通陶瓷可分为普通陶瓷(传统陶瓷传统陶瓷)及特种陶瓷及特种陶瓷(近代陶瓷近代陶瓷)两大类。两大类。普通陶瓷材料是以钻土、石英、长石等大然的硅酸盐为原料，经普通陶瓷材料是以钻土、石英、长石等大然的硅酸盐为原料

47、，经粉碎、成型、烧制而成的产品。包括日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、粉碎、成型、烧制而成的产品。包括日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、化工陶瓷、电器绝缘陶瓷等化工陶瓷、电器绝缘陶瓷等 特种陶瓷是采用化工原料特种陶瓷是采用化工原料(纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物、纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物、等硅化物、硼化物、等)烧结而制成的具有各种力学性能、物理或化学烧结而制成的具有各种力学性能、物理或化学性能的陶瓷。特种陶瓷可分为性能的陶瓷。特种陶瓷可分为:电容器陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷、电容器陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷、电光陶瓷、高温陶瓷等。而现代陶瓷材料是无机非金属材料的统称。电光陶瓷、高

48、温陶瓷等。而现代陶瓷材料是无机非金属材料的统称。下一页 7.2 陶瓷材料陶瓷材料二、陶瓷的性能及应用二、陶瓷的性能及应用 1.陶瓷的性能陶瓷的性能 陶瓷的硬度高于其他材料，一般为陶瓷的硬度高于其他材料，一般为10005000HV，而淬火钢的，而淬火钢的硬度只有硬度只有500800 HV，因而具有优良的耐磨性。由于陶瓷内部存在，因而具有优良的耐磨性。由于陶瓷内部存在有许多气孔等缺陷，因此其抗拉强度很低，抗弯性能差，而抗压强度很有许多气孔等缺陷，因此其抗拉强度很低，抗弯性能差，而抗压强度很高高(一般比抗拉强度高一般比抗拉强度高10倍倍)。陶瓷的熔点一般高于金属材料，大多在陶瓷的熔点一般高于金属材料

49、，大多在2 000以上，因此具有很高以上，因此具有很高的耐热性能的耐热性能;线膨胀系数小，导热性和抗热振性都较差，受热冲击时容易线膨胀系数小，导热性和抗热振性都较差，受热冲击时容易破裂破裂;陶瓷的化学稳定性高，抗氧化性优良，对酸、碱、盐具有良好的耐陶瓷的化学稳定性高，抗氧化性优良，对酸、碱、盐具有良好的耐腐蚀性。腐蚀性。下一页上一页 7.2 陶瓷材料陶瓷材料大多数陶瓷具有高的电阻率，少数陶瓷具有半导体性质。大多数陶瓷具有高的电阻率，少数陶瓷具有半导体性质。许多陶瓷具有特殊许多陶瓷具有特殊的性能，如光学性能、电磁性能等。的性能，如光学性能、电磁性能等。2.陶瓷的应用陶瓷的应用 常用陶瓷材料的名称

50、、性能及用途见常用陶瓷材料的名称、性能及用途见表表7-2。返 回上一页 7.2 陶瓷材料陶瓷材料 由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，经人工合成获得由两种或两种以上物理、化学性质不同的物质，经人工合成获得的多相材料称为复合材料。如钢筋混凝土是由水泥、沙子、石子和钢的多相材料称为复合材料。如钢筋混凝土是由水泥、沙子、石子和钢筋组成的复合材料，做家具用的三合板、五合板等也是复合材料筋组成的复合材料，做家具用的三合板、五合板等也是复合材料;在在自然界中，有许多物质都可称为复合材料，如树木、竹子等是由纤维自然界中，有许多物质都可称为复合材料，如树木、竹子等是由纤维素和木质素复合而成素和木质素复合