机械工程材料（第3版）教学课件作者王运炎第十章高分子材料、陶瓷材料及复合材料课件.pptVIP

二、复合材料的性能 （一）比强度和比模量高 （二）抗疲劳性能好 （三）减振性好 （四）高温性能好 （五）工作安全性好 三、常用复合材料 （一）纤维增强复合材料 （二）粒子增强复合材料 （三）层叠复合材料 * * 第一节 高分子材料 第二节 陶瓷材料 第三节 复合材料 第一节 高分子材料 一、基本概念 高分子化合物:相对分子质量大于5000的有机化合物的总称，有时也叫聚合物或高聚物。 （一）单体 凡是可以聚合生成大分子链的低分子有机化合物叫做单体。 （二）链节 大分子链中的重复结构单元叫链节。 （三）聚合度 大分子链中链节的重复次数称为聚合度。 （四）相对分子质量 高聚物相对分子质量为链节相对分子质量M0与聚合度n的乘积（即M=M0×n）。测得的相对分子质量和聚合度实际上都是指平均值，称为相对分子质量和平均聚合度。 二、高聚物的合成 （二）缩合聚合 具有两个或两个以上官能团的单体互相缩合聚合而成高聚物的反应叫缩聚反应。 （一）加成聚合 单体经反复多次地相互加成生成高分子化合物的反应叫做加聚反应。由一种单体经加聚而成的高聚物叫均聚物。如 三、高聚物结构的特点 （一）大分子链的组成及作用力 1.大分子链的组成 周期表中只有以下非金属及半金属元素能组成大分子链： 2.大分子链间作用力 大分子链内原子的作用力主要是共价键键合力。 （二）大分子链的形式 1．线型结构（不带支链，如图10-1a所示；带支链，图10-1b所示） 2．网型结构，如图10-1c所示。 图10-1 大分子链形状示意图 a）线型 b）带支链 c）网型 大分子主链是由成千上万原子经共价键连接而成，分子链在保持共价键键长和键角不变的前提下进行自旋转，如图10-2所示。 （三）大分子链的构象——链的柔性 1．大分子链的运动 构象:大分子链总是处于不停的热运动之中，在热运动过程中，大分子链的空间形象。 图10-2 分子链自旋转示意图 2．影响大分子链柔性的因素 （1）不同元素组成的大分子链内旋转特性不同。 （2）大分子链上带有其它原子团或支链时，链的柔性就差。 （四）大分子链的聚集状态——晶态与非晶态 （1）无定型结构，属非晶态结构（图10-3a） （2）折叠链结晶结构，属晶态结构（图10-3b） （3）伸直链结晶结构，属晶态结构（图10-3c） 图10-3 大分子链三种聚集态结构示意图 a）非晶态 b）折叠链晶体 c）伸直链晶体 四、高聚物的物理状态（流变行为） 由图10-4可见，随着温度不同，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。 图10-4 线型无定型高聚物的温度-变形曲线 五、高聚物的分类 （一）塑料的组成 大多数塑料都是以各种合成树脂为基础，再加入一些用来改善使用性能和工艺性能的添加剂而制成。 高聚物的分类方法很多，常用的有以下几种： 1.按合成反应分有加聚聚合物和缩聚聚合物； 2.按高聚物的热性能及成型工艺特点分为热固性和热塑性； 3.按用途分有塑料、橡胶、合成纤维、胶粘剂、涂料等。 六、常用高聚物材料——塑料 1．合成树脂 决定塑料性能和使用范围的主要组成物，起粘结其它组分的作用。 2．添加剂 常用的添加剂有：填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、固化剂、着色剂等。 （二）塑料的分类 1.按使用范围可分为通用塑料和工程塑料 2.按树脂的热性能可分为热塑性塑料和热固性塑料 （三）塑料的性能 1．物理性能 密度小、热导率较小、耐热性较差、良好的电绝缘体。 3．力学性能 （1）强度、刚度和韧性 塑料的强度、刚度和韧性都很低。 2．化学性能 化学稳定性很高、没有电化学腐蚀问题。 图10-5为聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）在不同温度下的应力-应变曲线。 图10-5 有机玻璃应力-应变曲线（拉伸速度5mm/min） （2）蠕变与应力松弛 粘弹性在应力保持恒定条件下，导致应变随时间的发展而增加，这种现象称蠕变。 图10-6为几种塑料的蠕变曲线。 1-聚砜 2-聚苯醚 3-聚碳酸酯 4-改性聚苯醚 5-耐热ABS 6-聚甲醚 7-尼龙 8-ABS 粘弹性在应变保持恒定的条件下导致应力的不断降低，这种现象称为应力松弛。 蠕变和应力松弛的关系： ①表现形式不同； ②本质都是高聚物材料受力后大分子链构象的变化引起的。 （3）减摩性 塑料的硬度虽低于金属，但摩擦因数小，因此有很好的减摩性能。 （四） 常用的工程塑料（见表10