第十章 有机高分子材料及其成形,河海大学机电工程学院,确立目标的方法.,10.1 有机高分子材料概述,本课的主要内容,有机高分子材料概述 分类、性能 塑料概述 分类、特性,2020/10/19,2,第三章 有机高分子材料及其成形,问题：,1.什么是高分子材料？ 2.高分子材料有什么特点？ 3.高分子材料分哪几类？,2020/10/19,3,第三章 有机高分子材料及其成形,这些产品是什么材料制做的？,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,4,10.1.1有机高分子材料的类别,有机高分子 - 聚合物材料： 定义：以有机高分子化合物（树脂）为基体，再配有其他添加剂（增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等）所构成的材料。 分类： 天然高分子材料 合成高分子材料 高分子复合材料,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,5,10.1.1有机高分子材料的类别,按聚合物的性能和用途分类： (1)塑料：在一定条件下具有流动性、可塑性，并能加工成形，当恢复平常条件是仍可保持加工时形状的高分子材料。 热塑性塑料：可溶、可熔 一定条件下可反复加工成形 热固性塑料：不溶、不熔 一定温度和压力下加工时，组织结构会发生变化，不能再次加热、加压反复加工,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,6,10.1.1有机高分子材料的类别,按聚合物的性能和用途分类： (2)纤维：长度远大于直径（1000倍），且具有一定强度的线条或者丝状高分子材料。 天然纤维：可溶、可熔 化学纤维： 改性纤维素纤维 合成纤维（尼龙、涤纶、腈纶、丙纶等）,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,7,10.1.1有机高分子材料的类别,按聚合物的性能和用途分类： (3)橡胶：室温下具有高弹性的高分子材料。 如：聚丁二烯、聚异戊二烯 三类聚合物之间没有严格的界限。 如：聚氯乙烯 塑料；-氯纶；+增塑剂=橡胶,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,8,10.1.1有机高分子材料的类别,按聚合物的热行为分类： (1)热塑性高分子材料：成形后，分子呈线性结构，在一定条件下可反复加热软化、冷却固化。 如：聚乙烯、聚丙烯等 (2)热固性高分子材料：成形后，分子呈网状的体型结构，不熔不溶，受热后只能分解不能软化。 如：酚醛树脂、环氧树脂等,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,9,10.1.2有机高分子材料的性能,取决于高分子化合物的组成、分子量、分子结构和物理状态等，同时还受成形和工艺条件的影响。 1.密度 一般在11.5g/cm3，仅为钢铁的1/81/4。 如聚丙烯的密度仅为0.9 g/cm3，比水的密度小 塑料的特点：轻质,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,10,10.1.2有机高分子材料的性能,2.耐腐蚀性 大多数塑料对酸、碱等化学品具有良好的抗腐蚀性能。 如聚四氟乙烯能承受各种酸碱的侵蚀，甚至可以在“王水”中煮沸。 3.韧性 各类高聚物的冲击韧度相差较大，大多数较小。 降碳酸脂的ak为67J/cm2，而木粉填料的酚醛塑料仅为0.40.6 J/cm2,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,11,10.1.2有机高分子材料的性能,4.强度 强度低，一般b100MPa。 钢，一般300400MPa。 5.比强度（抗拉强度/密度） 一般比金属高。 如：聚苯乙烯的比强度是394cm，铝的比强度为232cm；低碳钢45cm ；玻璃钢225cm；松木（顺纹抗拉）200cm,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,12,10.1.2有机高分子材料的性能,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,13,应力-应变行为 刚而脆 - 如：酚醛树脂、聚苯乙烯； 刚而强 - 如：聚酯塑料、硬聚氯乙烯、增强环氧塑料 软而韧 - 如：加入增塑剂的聚氯乙烯 刚而韧 - 如：聚碳酸脂、聚甲醛,10.1.2有机高分子材料的性能,6.高弹性 轻度交联的高聚物具有典型的高弹性。 变形大、弹性模量E小。 7.粘弹性 受力的同时发生高弹性变形和粘性流动，。 如：蠕变和应力松弛、滞后和内耗 8.断裂 内部结构不均匀，含有许多微裂纹，易应力集中,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,14,10.1.2有机高分子材料的性能,9.电绝缘性能 原子间以共价键相连，没有自由电子或者离子 不论低频低压还是高频高压，塑料的绝缘能力强 10.耐磨性 硬度低，但耐磨性好。 塑料的摩擦系数小，有自润滑性能 如：聚四氟乙烯、尼龙等具有自润滑的能力，常制作轴承、凸轮等,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,15,10.1.2有机高分子材料的性能,11.耐热性 马丁温度：将标准尺寸的试样一端固定，另一端在一定载荷作用下慢慢升温，当试样末端弯曲到规定的变形量时的温度。 热塑性塑料的马丁温度100；热固性塑料的马丁温度较高些。 12.导热性 塑料的导热系数0.230.70W/(mK)，而钢的导热系数为52 W/(mK),2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,16,10.1.2有机高分子材料的性能,13.膨胀系数 塑料的线膨胀系数较大，一般为金属的310倍 性能综述 塑料具有很多优点，但也有各种缺点。如强度、硬度不如钢铁等金属；导热性差，使用温度受限，高温下性能显著下降，甚至易熔化、易燃烧；在紫外线等作用下会发生变色、老化，甚至开裂；还有些塑料不耐某些溶剂等等。,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,17,小结,什么是有机高分子材料？ 按性能与用途，有机高分子材料分哪三类？ 按热行为，有机高分子材料分哪两类？ 与金属相比，有机高分子材料有什么优点？ 与金属相比，有机高分子材料有什么缺点？,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,18,第十章 有机高分子材料及其成形,河海大学机电工程学院,千里之行始于足下.,10.1 塑料概述,2020/10/19,塑料 树脂添加剂,1.树脂,作用：,塑料的主要成分 决定塑料的类型和基本性能,胶粘其它成分材料 赋予塑料可塑性和流动性,20,第三章 有机高分子材料及其成形,一、塑料的成分,指受热时通常有转化或熔融范围，转化时受外力作用具有流动性，常温下呈固态或半固态或液态的有机聚合物，它是塑料最基本的，也是最重要的成分。,树脂的概念,2020/10/19,21,第三章 有机高分子材料及其成形,2020/10/19,是指由自然界中动植物分泌物所得的无定形有机物质，如松香、琥珀、虫胶等。,是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。,天然树脂,合成树脂,22,第三章 有机高分子材料及其成形,(1)树脂的分类,2020/10/19,链节：高分子化合物中重复出现的结构单元，如聚乙烯的结构单元是CH2CH2 。,nCH2CH2,乙烯,聚乙烯,23,第三章 有机高分子材料及其成形,(2)树脂的结构及其特点,2020/10/19,24,第三章 有机高分子材料及其成形,(3)树脂的合成方法,1. 加聚反应：,加聚反应特点：,反应前后分子数相同 由单体变成聚合物是化学键作用 反应中分子没有附属产物产生 加聚反应可得的是线形高聚物,2020/10/19,25,第三章 有机高分子材料及其成形,(3)树脂的合成方法,2. 缩聚反应：,缩聚反应特点：,反应前后分子个数不同 由单体变为聚合物是由于官能团的作用 反应中分子有附属产物产生 缩聚反应既可能得线型高聚物也可能得网型或体型高聚物,= C2H5OC2H5 + H2O,2020/10/19,2.添加剂, 填充剂（填料）,重要的但非必不可少的成分,作用：,减少树脂用量，降低塑料成本； 改善塑料某些性能，扩大塑料的应用范围。,26,第三章 有机高分子材料及其成形,一、塑料的成分,除后面将提到的添加剂外，还有阻燃剂、抗静电剂、发泡剂、防腐剂和加工助剂等等。,2020/10/19, 填充剂（填料）,27,第三章 有机高分子材料及其成形,一、塑料的成分,分类：,按化学性能可分为,有机填料,无机填料,按形状可分为：,粉状 纤维状 层状（片状）,2.添加剂,2020/10/19,28,第三章 有机高分子材料及其成形,一、塑料的成分, 增塑剂,能够增加塑料的可加工性、延展性和膨胀性的物质；它是能与树脂相溶的、不易挥发的高沸点有机化合物。,常用的增塑剂是液态或低熔点固体有机物。主要有甲酸脂类、磷酸酯类和氯化石蜡等。,2.添加剂,2020/10/19,29,第三章 有机高分子材料及其成形,一、塑料的成分, 增塑剂,作用：,提高塑性、流动性和柔软性； 降低刚性和脆性； 改善塑料的工艺性能和使用性能。,2.添加剂,2020/10/19,30,第三章 有机高分子材料及其成形,一、塑料的成分, 稳定剂,凡能阻缓材料变质的物质称为稳定剂。,可分为以下三种：,它的主要作用就是抑制或防止树脂在加工或使用过程中受热而降解。,它的主要作用是阻止树脂在光的作用下降解（塑料变色、力学性能下降等等）。,延缓或抑制塑料氧化速度。,热稳定剂：,光稳定剂 ：,抗氧化剂 ：,2.添加剂,2020/10/19,31,第三章 有机高分子材料及其成形,一、塑料的成分, 润滑剂,为防止塑料在成型过程中粘模，减少塑料对模具的摩擦，改善塑料的流动性，提高塑件表面的光泽度而加入的添加剂。,2.添加剂,2020/10/19,32,第三章 有机高分子材料及其成形,一、塑料的成分, 着色剂,起装饰美观的作用，某些着色剂还能提高塑料的光稳定性、热稳定性和耐候性。,分类,颜料,染料,有机颜料,无机颜料,2.添加剂,2020/10/19,33,第三章 有机高分子材料及其成形,一、塑料的成分, 着色剂,2.添加剂,特点：,无机颜料：着色能力、透明性、鲜艳性较差，但耐光型、耐热性、化学稳定性较好，不易褪色。,染料：色彩鲜艳、颜色齐全，着色能力、透明性好。性能与无机颜料相反。,有机颜料的特性介于无机颜料和染料之间：,2020/10/19,34,第三章 有机高分子材料及其成形,二、塑料的分类, 在受热或其它条件下能固化成不熔不溶性物质的塑料 ，其分子结构最终为体型结构。（变化过程不可逆）,1按塑料的物理化学性能分：, 指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料，其分子结构是线型或支链型结构。(变化过程可逆),热塑性塑料,热固性塑料,热塑性和热固性塑料的比较,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,35,2020/10/19,36,第三章 有机高分子材料及其成形,二、塑料的分类, 一般指具有特种功能（如耐热、自润滑等）应用于特殊要求的塑料。, 一般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，在高、低温下仍能保持其优良性能，可以作为工程结构件的塑料。, 一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。,2按塑料的用途分：,特种塑料,工程塑料,通用塑料,2020/10/19,1. 易成形、成本低,2. 质轻、比强度高。,3. 耐蚀性稳定，优良的化学稳定性能。,4. 减摩、耐磨性能好。,5. 透光及防护性能。,6. 减震消音、透光保温性能优良。,37,第三章 有机高分子材料及其成形,三、塑料的特性,7. 优异的电绝缘性能。,三、塑料的缺陷,耐热性差 易变形 有“老化”现象,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,38,小结,塑料的成分 塑料的分类 塑料的特性,2020/10/19,第三章 有机高分子材料及其成形,39,