文档介绍：非金属材料按化学组成可分为有机高分子材料和无机非金属材料。本章着重介绍机械工程中常用的高分子材料、陶瓷材料和复合材料。
第九章非金属材料
第一节高分子材料的基本知识
高分子材料是以高分子化合物为主要组分的一类有机材料。有两大类,天然高分子材料和人工合成高分子材料。
天然高分子材料:如淀粉、油脂和天然橡胶,其使用受资源限制。
人工合成高分子材料:如塑料、合成橡胶、合成纤维。
一、高分子材料的概念
二、高分子材料的组成及结构
1、组成元素主要由C、H、O、N等轻元素组成,这就决定了高分子材料的比重较小约为 - 相当于钢铁比重的1/4-1/7。
2、高分子材料的获得高分子材料是由高分子化合物组成。高分子化合物是由某些低分子化合物经聚合反应而获得的。
高分子材料:是以高分子化合物为主要组分的材料。
化合物分子量小于500时称为低分子化合物,分子量大于500的化合物称为高分子化合物(高聚物)。
一般高分子化合物的分子量通常在103- 106。
加聚反应
简单低分子-聚合反应高分子聚合物
缩聚反应
例如 nCH2=CH2
加热、压力、催化剂
[ CH2 CH2 ]n
单体:凡是可以聚合成大分子链的低分子化合物都称为单体。
高分子聚合物是由无数个单体组成。
加聚反应:不饱和键的单体,在一定条件下(加热、加压或催化剂)双键被打开,各单体聚合起来连成一条大分子连,这种反应叫加聚反应。
乙烯聚乙烯
聚合度(n):链节的重复次数称为聚合度。随聚合
度增加,其分子量增加,粘度、强度和硬度增加。
高聚物形成大分子连,由重复的链节构成。
链节:大分子链中重复的结构单元称为链节。聚合前是单体,聚合后单体的双键打开成为链节。
缩聚反应:单体相互反应结合成高分子化合物,同时生成其他低分子物质(水、氨等)的反应叫缩聚反应。
3、高聚物结构
nC6H5OH+nHCHO [ C6H3OHCH2 ]n+nH2O
苯酚甲醛酚醛水
高分子链的形状:高分子化合物的结构形状有,线型、支链型、交联型。
链节及链节内原子间都以共价键结合,则长链之间由分子间力结合。
分子链的排列状态:一部分规则排列,另一部分不规则排列。
分子链成规则排列的部分称为晶区。聚合物中晶区所占的百分数称为结晶度,一般结晶型高聚物的结晶度为30%-80% 。
高聚物的结晶度越高强度、刚度、熔点越高,耐热性、化学稳定性越好;但弹性、冲击韧性将下降。
橡胶室温下处于高弹态,所以橡胶的玻璃化温度低于室温。橡胶的玻璃化温度越低越好,这样在温度很低时仍不失去弹性;
2、高弹态(也称橡胶态)
当温度>Tg时,高聚物在外力作用下可产生较大的可逆形变称为高弹形变,故呈高弹态,也呈橡胶态。
形变量可达100%-1000% 。变形的产生和恢复要比普弹形变慢得多,高弹形变是由于大分子链段热运动的结果,此时分子链可以在卷曲状态和伸展状态之间。
当温度低于Tx (脆化温度)时高分子链的柔性消失,高聚物变脆,失去使用价值。
3、粘流态
大分子链开始粘性流动的状态。开始转变粘流态的温度称粘流温度,用Tf表示。
当温度> Tf时,高聚物成为粘态熔体,熔体流动产生不可逆的永久变形,这时,大分子链的热运动以整链为运动单元,它是高聚物成型加工的工艺状态(注射、拉挤、模压、吹塑成型等)。