材料学概论.docx

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材料学概论

1）高分子材料：

是由高分子化合物或以高分子化合物为主、辅以各种添加剂和填料等物质经加工而成的一种材料。

9）均聚物

均聚物是指由一种单体通过共价键连接起来构成的聚合物.

10）共聚物

共聚物是指由两种或两种以上单体聚合而成的聚合物。

按单体单元在高分子链中的不同序列分布分类,共聚物可以分为无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。

11）高分子共混物

两种或两种以上聚合物通过机械或溶液混合在一起的物质叫做高分子共混物。

取向（orientation）：

在外力作用下，分子链沿外力方向平行排列。

热塑性塑料：

受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成型。

它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等。

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。

具有更好耐热性和抗蠕变能力。

常用热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、有机硅树脂等。

☐挤出成型聚合物（一般为热塑性）与各种助剂混和均匀后，在挤出机料筒内受到螺杆机械剪切力作用产生摩擦热和外热的作用使之熔融塑化，再在螺杆的推送下，通过过滤网、多孔板，进入口模成型连续制品的方法。

☐注射成型注射成型又称注射模塑或注塑，是将塑料加热熔融塑化后，在螺杆（或柱塞）加压下，物料通过机筒前端的喷嘴快速注入温度较低的闭合模具内，经过冷却定型后，开启模具即得制品的方法。

塑料基本性能

☐质轻,相对密度0.9-2.3,泡沫塑料0.01-0.05

☐电绝缘好,体积电阻率1016-18,介电损耗10-4

☐力学强度范围宽

☐防腐

☐隔热

☐成型加工性能好

☐减震,消音,透光

不足：

耐热差,力学强度小于金属,导热差,膨胀系数大,易变形,易燃,蠕变,冷流,疲劳等。

塑料组成与作用

I树脂（60-100%）

决定塑料基本性能

粘结作用

II助剂（提高性能、降低成本）

A热稳定剂:

金属盐类,皂类,有机锡,环氧化油

光稳定剂:

UV吸收剂,光屏蔽剂,猝灭剂,自由基捕捉剂

B增塑剂:

邻苯二甲酸酯,磷酸酯类

C润滑剂:

硬脂酸（酯）,石蜡

D填充剂/增强剂:

碳酸钙,滑石粉,木粉,短纤维

E改性剂:

ACR,MBS

F固化剂:

胺类

G其他：

如发泡,阻燃,抗静电,防腐,着色等

PE聚乙烯的结构：

Ø聚乙烯是线性聚合物，由于C-C链是柔性链，因而PE是柔性很好的热塑性聚合物。

Ø塑料中产量最大的，产量约占塑料总量的1/3,属于结晶性塑料，外观乳白，不透明。

PE的性能：

①无嗅、无味、无毒，外观呈乳白色的蜡状固体。

②密度随聚合方法不同而异，在0.91-0.96g/cm3。

③韧性、耐寒性好；呈半透明或不透明状，且随结晶度提高而下降。

④良好的电绝缘性和介电性能，耐化学腐蚀；较低的摩擦系数；

⑤不易吸水但透气性好，适合防潮包装；

⑥不耐热，不耐大气老化，易燃，氧指数17.4。

Pp聚丙烯:

☐

（1）质轻：

是所有合成树脂中密度最小的一种，相对密度仅0.9-0.9l，若未加填料浮在水面上。

☐

（2）在高温下的流动性好：

加入添加剂后，制品的收缩率减少。

可用来制造各种大型和在高温下变形小的制品。

☐（3）薄膜在定向拉伸后的强度很高，伸长率变小：

可将其切成窄带或细丝用作织物和绳索材料。

☐（4）具有良好的化学稳定性和耐热性：

对溶剂及大多数化学药品都比较稳定。

聚丙烯可耐沸水，在没有外部压力的条件下，制品加热到l50℃也不变形。

☐（5）有较高的强度：

抗挠曲性、拉伸强度、屈服强度和刚性都比HDPE高，有高的耐磨性、较好的应力开裂性和低蠕变性。

☐（6）具有良好的电绝缘性：

不吸水，不受周围环境湿度的影响，且有优良的高频特性。

特别适合作为电器电缆绝缘层和电器外壳。

☐缺点：

☐聚丙烯在再加工和使用中容易受到光、热、氧的作用而发生降解和老化，因此必须添加稳定剂。

☐聚丙烯的耐冲击强度性能不好，可通过与乙烯的共聚改性来提高它在常温和低温下的冲击强度。

Pvc聚氯乙烯：

☐

（1）较高的力学性能：

PVC较PE有较高的强度、刚性、硬度，但断裂伸长率和冲击强度降低。

☐

（2）耐热性能不高：

Tg约为80℃，80-85℃开始软化，完全熔融约为160℃，但140℃开始分解，需加入稳定剂。

☐（3）较好的电性能：

具有较好的电性能，但由于Cl原子的极性，电绝缘性能不如聚烯烃类塑料。

☐（4）优良的化学性能：

除浓H2SO4，浓HNO3外，能耐大多数化学药品，可作为防腐材料。

☐（5）阻燃性能：

氧指数为47，具有良好的阻燃性能。

缺点：

热稳定性较差，分解气体有毒，容易老化。

酚醛树脂（PF）

☐酚类和醛类缩聚物，其中主要是苯酚和甲醛的缩聚物。

性能：

☐密度:

1.5-2.0g/cm3，成型收缩率:

0.5-1.0%，成型温度：

150-170℃。

☐酚醛塑料是一种硬而脆的热固性塑料，俗称电木粉。

机械强度高，坚韧耐磨，尺寸稳定，耐腐蚀，电绝缘性能优异。

适于制作电器、仪表的绝缘机构件，可在湿热条件下使用。

橡胶的共性

Ø具有橡胶状弹性。

Ø有缓冲减震作用。

Ø对温度依赖性大。

Ø具有电绝缘性。

Ø有老化现象。

Ø需进行硫化。

Ø必须加入配合剂。

橡胶的结构特征

⏹A．大分子链具有足够的柔性，玻璃化温度应比室温低得多。

⏹B．在使用条件下不结晶或结晶度很小。

⏹C．在使用条件下无分子间相对滑动，即无冷流，因此大分子链上应存在可供交联的位置，以进行交联，形成网络结构。

结构与性能的关系

v1、弹性和强度

⏹分子链柔顺性越大，橡胶的弹性就越大。

⏹分子量越高，橡胶的弹性和强度越大。

⏹交联使橡胶形成网状结构，可提高橡胶的弹性和强度。

v2、耐热性和耐老化性能

⏹橡胶的耐热性主要取决于主链上化学键的键能。

⏹不饱和橡胶主链上的双键易被臭氧氧化，因而耐老化性差。

v3、耐寒性

⏹当温度低于玻璃化温度（Tg）时，或者由于结晶，橡胶将失去弹性。

因此，降低其Tg或避免结晶，可以提高橡胶材料的耐寒性。

v4、化学反应

⏹一是可进行有利的反应，如：

交联反应或进行取代等改性反应；

⏹另一是有害的反应，如：

氧化降解反应等。

v5、加工性能

⏹橡胶的分子量分布一般较宽，其中高分子量部分提供强度，而低分子量部分起增塑剂作用，可提高胶料流动性和粘性，增加胶料混炼效果，改善混炼时胶料的包辊能力。

原材料及加工工艺

v原材料

⏹1、生胶和再生胶

⏹生胶包括天然橡胶和合成橡胶。

⏹再生胶是废硫化橡胶经化学、热及机械加工处理后所制得的，具有一定可塑性，可重新硫化的橡胶材料。

v2、配合剂

硫化剂目的：

在一定条件下使橡胶发生交联。

v硫黄—含双键的聚合物

v有机过氧化物—饱和聚合物

v金属氧化物—带活性官能团的橡胶

硫化促进剂目的：

降低硫化温度，缩短硫化时间，改善硫化胶的物理机械性能。

v噻唑类

v次磺酰胺类

v秋兰姆类

v胍类

v醛胺类

v二硫代氨基甲酸盐类

v黄原酸盐类

补强剂目的：

提高硫化橡胶的拉伸强度、定伸强度、耐磨性等物理机械性能。

Ø炭黑

Ø白炭黑

Ø超细活性碳酸钙

Ø活性陶土

填充剂目的：

增加胶料的容积，从而降低生产成本或改善加工性能。

Ø沉淀碳酸钙

Ø硫酸钡

Ø滑石粉

Ø云母粉

v软化剂和增塑剂目的：

改善橡胶的加工和成型性能，增加橡胶的塑性。

Ø物理增塑剂：

使橡胶溶胀，增大橡胶分子间的距离，降低分子间的作用力，从而使胶料的塑性增加。

Ø化学增塑剂：

加速橡胶分子在塑炼时的断链作用，并使已断链的橡胶分子趋于稳定。

v防老剂橡胶的老化：

橡胶在加工、贮存和使用过程中，由于受到各种外界因素（如热、氧、臭氧、金属离子、电离辐射、光、机械力等）的作用，而逐步失去其原有的优良性能，以至最后丧失了使用价值。

v添加防老剂的目的：

抑制橡胶的老化现象。

•物理防老剂：

石蜡

•化学防老剂：

热稳定剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光屏蔽剂

v橡胶的性能：

vA．具有良好的弹性，弹性模量约为钢铁的1／30000，而伸长率为钢铁的300倍。

vB．具有较高的机械强度。

vC.具有很好的耐屈挠疲劳性能，多次变形时生热低。

v此外，还具有良好的耐寒性、优良的气密性、防水性、电绝缘性和绝热性能。

缺点：

耐油性差，耐臭氧老化性和耐热氧老化性差。

聚丁二烯橡胶（BR）

v聚丁二烯橡胶是以1，3—丁二烯为单体聚合而得的一种通用合成橡胶，在世界合成橡胶中，聚丁二烯的产量和消耗量仅次于丁苯橡胶，居第二位。

v聚丁二烯橡胶中最重要的品种是高顺式丁二烯橡胶。

性能：

v弹性高，是当前橡胶中弹性最高的一种；

v耐低温性能好，其玻璃化温度为-105℃，是通用橡胶中耐低温性能最好的一种；

v此外，其耐磨性能优异，生热性低；耐屈挠性好；与其它橡胶的相容性好。

聚异戊二烯橡胶（IR）

v聚异戊二烯橡胶简称异戊橡胶，其分子结构和性能与天然橡胶相似，也称合成天然橡胶。

v异戊橡胶是一种综合性能最好的通用合成橡胶。

性能：

v具有优良的弹性、耐磨性、耐热性、抗撕裂及低温屈挠性。

v与天然橡胶相比，又具有生热小、抗龟裂的特点，且吸水性小，电性能及耐老化性能好。

缺点：

硫化速度较天然橡胶慢，此外，炼胶时易粘辊，成型时粘度大，而且价格较贵。

丁苯橡胶（SBR）

ÿ耐磨性、耐热性、耐油性和耐老化性等均比天然橡胶好。

高温耐磨性好，适用于乘用胎。

ÿ加工中分子量降到一定程度后不再降低，因而不易过炼，可塑度均匀，硫化胶硬度变化小。

ÿ提高分子量可达到高填充，充油丁苯橡胶的加工性能好。

v侧基上带有苯环，因而弹性低，耐寒性也稍差。

v收缩大，生胶强度低，粘着性差。

v双键少，硫化速度慢。

v耐屈挠龟裂性比天然橡胶好，但裂纹扩展速度快，热撕裂性能差。

ÿ丁苯橡胶很容易与其它高不饱和通用橡胶并用，尤其是与天然橡胶或顺丁橡胶并用，经配合调整可以克服丁苯橡胶的缺点。

丁腈橡胶（NBR）

v丁腈橡胶是以丁二烯和丙烯腈为单体经乳液共聚而制得的高分子弹性体。

丁腈橡胶是以耐油性而著称的特种合成橡胶。

其结构式为：

性能：

v丁腈橡胶具有优良的耐油性和耐非极性溶剂性能。

丁腈橡胶的耐热性、耐老化性、耐磨性、耐腐蚀及气密性均优于天然橡胶。

v缺点：

丁腈橡胶的耐臭氧性能，电绝缘性能和耐寒性比较差。

应用：

v丁腈橡胶主要用于各种耐油橡胶制品。

其中丙烯胎含量高的丁腈橡胶适用于直接与油类接触的橡胶制品，如密封垫圈、输油管、化工容器衬里等。

纤维：

是指长度比其直径大很多倍（>1000:

1），并具有一定柔韧性的纤细物质。

典型的纺织纤维的直径为几微米至几十微米，而长度超过25mm。

①支数：

单位重量（以克计）的纤维所具有的长度称支数。

如1g重的纤维长100m，称100支。

②纤度：

一定长度的纤维所具有的重量称为纤度。

纤维愈细，纤度愈小。

纤度的单位特，是1000m长纤维的重量克数。

集束：

是将纺制出的若干丝束合并成一定粗细的大股丝束，然后导入拉伸机进行拉伸。

加捻：

是长丝后加工的特有工序，目的是增加单根纤维间的抱合力，避免在纺织加工时发生断头或紊乱现象，同时提高纤维的断裂强度。

①熔融纺丝法：

将高聚物加热熔融制成融体，并经喷丝头喷成细流，在空气或水中冷却而凝固成纤维的方法称熔融纺丝法，如图4-16。

②溶液纺丝法：

将高聚物溶解于溶剂中制得粘稠的纺丝液，由喷丝头喷成细流，通过凝固介质使之凝固而形成纤维，这种方法称为溶液纺丝法。

1、纤维分类：

v①天然纤维：

如棉花、羊毛、蚕丝和麻等。

v②化学纤维：

用天然或合成高分子化合物经化学加工而制得的纤维。

又分为：

⏹人造纤维：

是用天然纤维经化学加工制成，如：

“人造丝”、“人造棉”。

⏹合成纤维：

是以石油、煤、天然气为原料制成的，发展很快。