金属材料与热处理 教学课件 ppt 作者 王晓丽 第11章 非金属材料.ppt

第十一章 非金属材料 第一节 高分子材料 高分子材料:是指分子量很大（在104以上）的化合物， 即高分子化合物组成的一类材料的总称。 高分子材料有：有机高分子和无机高分子， 天然高分子和人工合成高分子材料。 目前，人工合成的有机高分子材料如塑料、合成橡胶、合成纤维等发展十分迅速，已成为一个品种繁多的庞大的工业部门，而且具有广阔的发展前途。 人工合成的高分子材料 本节简单地介绍人工合成的高分子材料的基本概念、结构、性能特征。 一、人工合成的高分子材料的 基本概念 二、高分子材料的合成方法 三、高聚物的结构特征 四、高聚物的基本特性 五、常用高分子材料 一． 基本概念 有机高分子化合物是由有机低分子化合物在一定条件下聚合而成的，具有重复排列链状结构的高聚物。 如聚乙烯塑料就是由乙烯聚合而成的高分子材料。 低分子化合物（如乙烯CH2=CH2）称为单体。 大分子链重复排列的结构单元（如 ）称为链节，链节重复排列的个数 n 称为聚合度。 聚合度越大，高聚物的大分子链越长，其分子量也就愈大。 一． 基本概念 高聚物与具有明确分子量的低分子化合物不同，同一高聚物因其聚合度不同，大分子链的长短各异，其分子量也就各不相同。通常所说高聚物的分子量是指其分子量的统计平均值。 如：聚氯乙烯 的分子量为20000～160000。 二、高分子材料的合成方法 1、加聚（加成聚合）反应 （1）均聚反应→均聚物 （2）共聚反应→共聚物（非金属的“合金”） 2、缩聚反应→缩聚物 三．高聚物的结构特征 前面的学习知道金属材料的性能是它的组织结构决定的，同样，对非金属材料也不例外，它的性能特点仍然是由其组织结构决定的。 1、结合键 2、大分子链的构型与构象 3、 高聚物的聚集态 1、结合键 作为高聚物单体的低分子化合物必然具备不饱和的键，如各种烯烃类化合物、环状化合物和含有特殊官能团的化合物，在聚合反应中能形成两个以上的新键，把单体低分子变成链节连接成大分子链。否则不能聚合成大分子链，也就不能形成高聚物。 在高分子链中原子以共价键结合，这种结合力称为主价力，高分子链内组成元素不同，原子间共价键的结合力不同，聚合物的性能因而不同。 在高聚物大分子之间一般是分子来链连接的，（靠分子间力连接的）这一结合力—范德华力，称为次价力。 2、大分子链的构型与构象 1.构型（几何形状）：组成大分子链的链节在空间排列的几何形状称为构型。 高聚物有线型(包括带支链的线型，即支链型)和网体型两种构型。 2.构象：和其他物质分子一样，高聚物的分子链在不停的运动，这种运动是由单链内旋转引起的。大分子链是由成千上万个原子经共价键连接而成，其中以单键连接的原子，由于热运动，两个原子可作相对旋转，即在保持键角、键长不变的情况下，单键作旋转，称为内旋转。这种由于单键内旋转所产生的大分子链的空间形象称为高分子链的构象。 3、 高聚物的聚集态 固态高聚物存在着晶态和非晶态两种聚集状态。 晶态高聚物大分子呈规则排列； 非晶态高聚物的大分子呈乱混排列。 由于高聚物的分子链很大，结构复杂，其结晶组织与低分子物质有很大的不同，存在着晶区和非晶区。 同一个大分子链可穿过几个晶区和非晶区。 在晶区内呈规则，有序排列，在非晶区内呈无序排列。 在高聚物中结晶是不完全的，而且总是晶态与非晶态共存或全部非晶态。 常用结晶度来衡量其结晶倾向——晶区部分的体积或重量的百分数称结晶度。 3、 高聚物的聚集态 结晶度高，反映其排列规则紧密，分子之间的作用力强，因而刚性增加，其强度、硬度、耐热性、耐蚀性提高，反之，结晶度降低，说明其顺柔性增大，而弹性、塑性和韧性相应提高。 高聚物的化学结构越简单，对称性愈高，分子之间的作用力越大，其结晶度愈高，反之，结晶度减少。如聚乙烯比聚氯乙烯结晶度高。不论是无定形（非晶态）高聚物还是结晶高聚物，随温度的变化其物理，力学状态会发生变化，以非晶态高聚物为例。 随着温度的变化，高聚物可能出现玻璃态、高弹态和粘流态几种不同的物理力学状态。 四、高聚物的基本特性 1、机械性能 ① 低强度（质量轻，比强度高） ② 高弹性和低弹性模量及良好的可塑性 ③ 高耐摩性和自润滑性好 2、物理、化学性能 ① 高绝缘性 ② 低耐热性 ③ 低导热性 ④ 高热膨胀性 ⑤ 高化学稳定性 ⑥ 老化 四、高聚物的基本特性 3、防老化的措施： ①物理防老或表面防护：使其与外界致老化因素隔开。 ②改变高聚物的结构：减少大分子链结构