《机械制造基础》课程PPT教学课件（机械工程材料）第九章 高分子材料

第九章高分子材料

第九章 高分子材料

概述第一节高分子材料的基本概念一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

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: CH,=CH,+CH,=CH,+...→-CH,-CH,-CH,-CH,- ...可简写成 n CH,=CH,→←CH,-CHn组成聚合物的低分子化合物称为单体。聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链日十CH-9称为大分子链中重复结构单元（如聚乙烯中链节。聚乙烯分子链

⚫ 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 - , [ CH2 –CH2 ] ⚫ 可简写成 n CH2=CH2→ n。 ⚫ 组成聚合物的低分子化合物称为单体。 ⚫ 聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链。 [ CH2 –CH2 ] ⚫ 大分子链中重复结构单元(如聚乙烯中 )称为n 链节。 聚乙烯分子链

塑料2、高分子材料的分类(1)按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。(②)按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物。橡胶③按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物(4）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纤维

⚫ 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

高分子材料的结构二、1、大分子链的结构(1）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。，对外力有很内旋转使大分子链卷曲成各种不同形状，大的适应性，这种特性称为大分子链的柔顺性。柔顺性与单键内旋转的难易程度有关

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。 ⚫ 内旋转使大分子链卷曲成各种不同形状，对外力有很 大的适应性，这种特性称为大分子链的柔顺性。 ⚫ 柔顺性与单键内旋转的难易程度有关

(②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。(6）支链型(c)体型(a)线型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

⚫ 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一个大分子链可以穿过几个晶区和非晶区。晶区熔点、密度、强度、硬度、刚性、耐热性、化学稳定性高而弹性、塑性、冲击强度下降

⚫ 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。 ⚫ 一个大分子链可以穿 过几个晶区和非晶区。 晶区熔点、密度、强 度、硬度、刚性、耐 热性、化学稳定性高， 而弹性、塑性、冲击 强度下降

高分子材料的力学状态三、1线型非晶态高分子材料的力学状态(1)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，产生少量弹性变形高聚物呈玻璃态的线型非晶态高聚物的温度-变形曲线变最高温度称玻璃化形高弹态玻璃态粘流态温度，用T,表示。用于这种状态的材温度（（）78料有塑料和纤维

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。 ⚫ 高聚物呈玻璃态的 最高温度称玻璃化 温度，用Tg表示。 用于这种状态的材 料有塑料和纤维。 线型非晶态高聚物的温度-变形曲线

(2)高弹态：温度高于T。，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由于温度高，分子活动能力很大，在外③粘流态：日力作用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分子材料的加工态线型非晶态高聚物的温度-变形曲线大分子链开始发高弹态玻璃态粘流态生粘性流动的温度称粘流温度，温度（（）用T表示

⚫ 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 子材料的加工态， 大分子链开始发 生粘性流动的温 度称粘流温度， 用Tf表示。 线型非晶态高聚物的温度-变形曲线

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T㎡以下与非晶态的玻璃相似，高于T，则进入粘流态。分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。部分结晶高聚物在非线型晶态高聚物的温度-变形曲线晶区T与晶区Tm间，非晶区柔性好，晶区刚性好，处于韧性状Tt温度态，即皮革态

⚫ 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。 ⚫ 部分结晶高聚物在非 晶区Tg与晶区T m 间, 非晶区柔性好,晶区 刚性好,处于韧性状 态,即皮革态。 线型晶态高聚物 的温度-变形曲线