[工学]高分子材料成型工艺.ppt

学习重点及要求 第一章 高分子材料种类与特性 1 强度与塑性 2 硬度 3 韧性 4 老化性能 5 耐磨性 6 疲劳特性 强度与塑性 硬度 韧性 老化性能 耐磨性 疲劳特性 材料的电学性能 材料的磁学性能 材料的热学性能（热变形性能，热稳定性） （三）材料工艺与材料结构及性能的关系 （四）高聚物的强化原理 补充阅读材料 1. 聚合物的结构和聚集态 聚合物通常可以分为线形聚合物和体型聚合物。 线形聚合物的分子具有长链结构。 体型聚合物是由线型聚合物彼此贯穿、重迭和缠结在一起而形成。 聚合物在加工过程所表现许多性质和行为都与聚合物的长链结构和缠结以及聚集态所处的力学状态有关。 根据聚合物所表现的力学性质和分子热运动特征，可以将聚合物划分为玻璃态(结晶聚合物为结晶态)、高弹态和粘流态，通常称这些状态为聚集态。 1. 高分子材料的结构和聚集态 聚集态的转变主要与温度有关。 Tz(脆韧转变温度）Tg（玻璃化转变温度）Tf （粘流温度） 处于玻璃化温度Tg以下的聚合物为坚硬固体，称为玻璃态。此时,聚合物具有相当大的力学强度。 聚合物在Tg ～ Tf之间为高弹态，形变能力显著增大。 聚合物在Tf以上开始转变为粘流态，通常又将这种液体状态的聚合物称为熔体。 2. 聚合物的结晶 聚合物分为结晶聚合物和非晶聚合物。 结晶聚合物的结晶具有不完善性。 聚合物分子链的结构对称性越高，越容易结晶，如聚乙烯、聚四氟乙烯。 聚合物在不同的结晶条件下，可形成多种结晶形式，如片晶、球晶、伸直链片晶和串晶等。 晶区中的分子排列规整，其密度大于非晶区，随着结晶度的增加，聚合物的密度增大。 两相并存的结晶聚合物通常呈白色，不透明。结晶度减小，透明度增加，那些完全非晶的聚合物，通常是透明的。 一般随结晶度增加，聚合物的屈服强度、模量和硬度等随之提高。但是，冲击强度随结晶度增加而降低。 3. 聚合物在成形过程中的分子取向 聚合物的分子链或链段按一定方向排列称为取向。 1.流动取向 聚合物在成形加工过程中，蜷曲状长链分子逐渐沿流动方向舒展伸长和取向。 非晶聚合物取向后，沿拉伸方向的拉伸强度、拉伸模量、冲击强度等均随取向程度提高而增大，而垂直于取向方向的力学强度会显著降低。 结晶聚合物随取向度提高，材料的密度和强度都相应提高，而伸长率降低。 4. 聚合物的降解和交联 一、聚合物的降解 聚合物的分子量降低，大分子结构改变等化学变化。通常称分子量降低的作用为降解。 聚合物在贮存、使用过程中，进行比较缓慢的降解过程，又称为老化。老化过程中，使材料丧失弹性、变脆、不熔和不溶。 轻度的降解形成一些比原始聚合物分子量低但聚合度不同的同类大分子，使聚合物带色。 进一步降解会使聚合物分解出低分子物质、分子量或粘度降低，制品出现气泡和流纹等弊病，并因此削弱制品的各项性能。 严重降解时，使聚合物破坏而得到单体或其它低分子物，使聚合物焦化变黑，产生大量的分解物质。 §2-4 聚合物的降解和交联 二、聚合物的交联 聚合物的线形大分子链之间以新的化学键连接，形成三维网状或体形结构的反应称为交联。 通过交联反应能制得交联(即体型)聚合物。与线型聚合物比较，交联聚合物的机械强度、耐热性、耐溶剂性、化学稳定性和制品的形状稳定性等均有所提高。 在塑料成型工业中，常用硬化或熟化来代替交联一词。所谓“硬化得好”或“熟化得好”，是指交联度发展到一种最为适宜的程度(此时的交联度小于100％)，以致制品的物理力学性能达到最佳。 固体加热时有三个重要的效应，即吸热、传热、膨胀。 ①热容：1mol固体温度升高1K时所吸收的热量。 ②热导率：单位时间内在1K温差的1㎝3正方体的一个面向其所对的另一个面流过的热量。 ③热膨胀系数：单位长度物体的长度随温度的变化率。 度量的指标 1. 材料工艺，包括材料合成及加工工艺，直接影响材料的组织结构，因而对材料的性能有显著影响。 2. 材料的原始组织结构及性能又常常决定着采用何种方法将材料加工成所需要的形状。 实例1：热固性树脂与热塑性树脂因组织结构及性能不同，选用的成型加工方法有很大差别。 实例2：含有大缩孔的铸件不宜采用合金钢的成型加工方法等。 材料工艺、材料结构及材料性能、功能之间具有相互依赖、相互制约的密切关系，了解并能动的利用这种关系是材料科学的关键问题之一。 实例1：用高压法合成的聚乙烯和用低压法合成的聚乙烯，在结构上有很大的差别，因而性能也显著不同。 实例2：用铸造法制造的铜棒与用轧制成型的铜棒，其组织结构不大相同，晶粒的形状、尺寸和取向都不相同：铸造法制得的铜棒含有由于收缩或因气泡生成而形成空洞，组织内部可能夹带金属质点，轧制法制备的铜棒可能含有被拉长的非金属夹杂物和内部排列的缺陷，正是由于组织结构