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第九章 高分子材料 第一节 概述 一、高分子材料的基本概念 高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。常称聚合物或高聚物。 高分子化合物的分子量一般104 。 高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。 1、高分子化合物的组成 由简单的结构单元重复连接而成。如由乙烯合成聚乙烯: CH2=CH2+CH2=CH2+???→-CH2-CH2-CH2-CH2- ???, 2 、高分子材料的分类 ⑴ 按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。 ⑵ 按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物。 ⑶ 按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物 ⑷ 按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物 二、高分子材料的结构 1、大分子链的结构 ⑴ 大分子链的柔顺性 大分子链主链共价键有一定键长和键角，保持键长和键角不变时单键可任意旋转，称单键的内旋转。 ⑵ 大分子链的形状 按照大分子链的几何形状，可将高分子化合物分为线型结构、支链型结构和体型结构。 线型结构高聚物的弹性、塑性好，硬度低，是热塑性材料。支链型结构近于线型结构 。体型结构高聚物硬度高，脆性大，无弹性和塑性，是热固性材料。 2、高分子的聚集态结构 固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子链排列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。 三、高分子材料的力学状态 1、线型非晶态高分子材料的力学状态 ⑴ 玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下，只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。 ⑵ 高弹态：温度高于Tg，分子活动能力增加，受力时产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。 ⑶ 粘流态：由于温度高，分子活动能力很大，在外力作用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分 2、线型晶态高分子材料的力学状态 分为一般分子量和很大分子量两种情况。一般分子量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在 Tm 以下与非晶态的玻璃相似，高于Tm 则进入粘流态。分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。 第二节 高分子工程材料 高分子工程材料包括塑料、合成纤维、橡胶和胶粘剂等。本节主要介绍工程上常用的高分子工程材料。 一 、 塑 料 1.3 塑料的成型加工方法 塑料制品通常由聚合物或聚合物与其他组分的混合物，于受热后在一定条件下塑制成一定形状，并经冷却定型、修整而成。 主要：挤出、注射、压延、吹塑、模压 挤出、注射、压延、吹塑是热塑性塑料的主要加工方法 模压、铸塑及传递模塑是热固性塑料的主要加工方法 挤出过程：分为两个阶段： 　　第一个阶段是使固态塑料塑化(即变成粘性流体)并在加压情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体； 　　第二阶段则是用适当的处理方法使挤出的连续体失去塑性状态而变为固体，即得所需制品 加压方式：分为连续和间歇两种。 　　连续式所用设备为螺杆挤出机， 　　间歇式为柱塞式挤出机。柱塞式挤出机的主要部件是一个料筒和一个由液压操纵的柱塞 螺杆数量 单螺杆挤出机，使用较多挤出机。 双螺杆，比较多 多螺杆挤出机，用于塑炼 注射过程： ? 加料 将粒状或粉状塑料加入注射机的料斗。 ? 塑化 通过注射机加热装置的加热，使得螺杆中的塑料原料熔融，成为具有良好的可塑性的塑料熔体 。 ? 充模 塑化好的塑料熔体在注射机柱塞或螺杆的推动作用下，以一定的压力和速度经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模具型腔。 ? 保压补缩 从熔体充满型腔后，在注射机柱塞或螺杆推动下，熔体仍然保持压力进行补料，使料筒中的熔料继续进入型腔，以补充型腔中塑料的收缩需要，并且可以防止熔体倒流。 ? 浇口冻结后的冷却 经过一段时间使型腔内的熔融塑料凝固成固体，确保当脱模时塑件有足够的刚度，不致产生翘曲或变形。 ? 脱模 塑件冷却到一定的温度,推出机构将塑件推出模外。 注射成型的特点： ?优点 ? 成型周期短、生产效率高、易实现自动化 ? 能成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件 ? 产品质量稳定 ? 适应范围广 到目前为止，除氟塑料以外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型。另外，一些流动性好的热固性塑料也可用注射成型。 ?缺点 ? 注射设备价格较高 ? 注射模具结构复杂 ? 生产成本高、生产周期长、不适合于单件小批量的塑件生产 3）压延成型 将已塑化的物料通过一组热辊之间使其厚度减薄，从而制得均匀片状制品的方法称为压延成型。 压延成型主要用于制备聚氯乙烯片材或薄膜。 4）改性和新型聚酰胺 1、增强尼龙 2、单体浇铸尼龙 采用了碱聚合法，加快了聚合速度，力学性能得到提高。 3、反应注射成型尼龙 与尼