第5章 高分子材料

增韧剂等。 (2)橡胶 含硫化剂、促进剂、补强剂、防老剂、填料、软化剂 等。 (3)涂料 含颜料、催干剂、润湿剂、增塑剂、悬浮剂、稳定剂 等。
5.3
高分子材料的结构与性能
5.3.1 高分子材料的结构
5.3.2 高分子材料的性能
5.3.1
高分子材料的结构
1.聚合物分子链的近程结构
2.高分子链的远程结构 3.高分子材料的凝聚态结构
5.4
5.4.1 塑料
5.4.2 橡胶 5.4.3 纤维 5.4.4 粘合剂及涂料
高分子材料的种类
5.4.1
1.通用热塑性塑料
2.工程热塑性塑料 3.通用热固性塑料 4.工程热固性塑料 5.塑料的组分及其作用
ห้องสมุดไป่ตู้塑料
图5-17 热塑性及热固性塑料的相对使用量
1.通用热塑性塑料
(1)聚乙烯
(2)聚丙烯 (3)聚苯乙烯 聚苯乙烯简称PS，是由单体苯乙烯通过加聚反应 制得的。 (4)聚氯乙烯
子化合物的最大特点是相对分子质量巨大，其相对分子质量(物 质的分子质量与一个碳原子的1/12的比值)通常在10000以上。 高分子的分子结构是由许多重复单元通过共价键的有规律连接 而成的，其形状主要为链状高分子或网状高分子。
5.1.2
1.结构系统命名法
2.商品名称命名法 3.英文缩写名称
高分子材料的命名
(4)溶剂 溶剂是用来溶解成膜物质的易挥发性有机液体，常用
的有甲苯、二甲苯、丁醇、丁酮、醋酸乙酯等。 (5)增塑剂 增塑剂是为了提高漆膜柔性而加入的有机添加剂。
(6)催干剂(催化剂) 催干剂就是促使聚合或交联的催化剂。
(7)增稠剂及稀释剂 增稠剂及稀释剂是为了改善涂料的粘度而 加入的添加剂。 (8)其他添加剂 涂料中的其他添加成分还有杀菌剂、颜料分散 剂，以及为了延长储存期而加入的阻聚剂、防结皮剂等。
(1)环氧树脂塑料 分子中含有环氧基团的聚合物称为环氧树脂
(EP)。 (2)不饱和聚酯树脂 简称UPR，是由不饱和二元羧酸(或酸酐)、 饱和二元羧酸(或酸酐)与多元醇缩聚而成的线型高分子化合物。 (3)有机硅塑料 简称SI，有机硅即聚有机硅氧烷，其主链由硅 氧键构成，侧基为有机基团，与硅原子相连的侧基主要有—CH
表5-4 几种橡胶的主要特性和应用
2.主要橡胶添加剂及其特性
(1)硫化体系 硫化是橡胶制品生产过程中最重要的环节，生胶
大分子只有经过硫化、交联，形成具有三维网状结构的体型大 分子，才会获得优异的高弹性和高强度，成为有实际使用价值 的材料。 (2)补强与填充体系 补强是橡胶工业的专有名词，是指提高橡 胶的拉伸强度、撕裂强度及耐磨耗性能。 (3)防老化体系 橡胶在贮存、加工和长期的使用过程中，受氧、
1.聚合物分子链的近程结构
(1)结构单元的化学组成 聚合物分子链结构单元的化学组成是
由参与聚合的单体化学组成和聚合方式来决定的。 (2)结构单元的键接方式 键接方式可分为均聚物(由一种单体 构成)的键接方式和共聚物(由两种或两种以上的单体构成)的键 接方式。 (3)结构单元的立体构型 结构单元的立体构型是指分子链中由 化学键所固定的原子在空间的几何排列。
1.高分子材料的力学性能
(1)高分子材料的拉伸应力-应变曲线 高分子材料的种类庞大，
即使是同种高分子材料，其相对分子质量也不同，因此表现出 不同的力学性能，其拉伸应力-应变曲线也各不相同。 (2)高分子材料的变形机理 不同类型的高分子材料具有不同的 结构，因而表现出不同的力学性能规律。 (3)温度对高分子材料力学性能的影响 环境温度对高分子材料 拉伸行为的影响十分显著，温度升高，分子链段热运动加剧，
松弛过程加快，表现出材料模量和强度下降，伸长率变大，应
力-应变曲线形状发生很大变化。
1.高分子材料的力学性能
图5-11 高分子材料的应力-应变曲线类型 1—脆性高分子材料(热固性塑料) 2—塑性高分子材料 (热塑性塑料) 3—高弹性高分子材料(橡胶)
2.高分子材料的物理性能
(1)高分子材料的电学性能 电学性能是指高分子材料在外电场
臭氧、光、热、高能辐射及应力作用，会逐渐发粘、变硬、弹
性降低、龟裂、发霉、粉化，这种现象称为老化。 (4)增塑体系 橡胶材料最宝贵、最重要的性质是高弹性。
5.4.3
1.天然纤维
2.化学纤维
纤维
2.化学纤维
(1)人造纤维 人造纤维是以天然高分子材料为原料，经化学处
理与机械加工而制得的纤维。 (2)合成纤维 以合成高分子材料为原料制得的纤维称为合成纤 维。
塑性塑料，其名称来源于这三个单体的英文名称的第一个字母。
(5)聚甲基丙烯酸甲酯
表5-2 几种通用热塑性塑料和工程热塑性塑料的性能
3.通用热固性塑料
(1)酚醛塑料
(2)氨基塑料 以氨基树脂为基本组分的塑料称为氨基塑料。 (3)聚氨酯PUR 是指分子主链上含重复单元氨基甲酸酯基团的 聚合物。
4.工程热固性塑料
5.2.2 高分子的合成方法 5.2.3 高分子材料的组成
高分子的合成
5.2.1
1.加聚反应
2.缩聚反应 3.共混态高分子
高分子的合成原理
1.加聚反应
(1)链引发反应 含有未成对电子的原子、分子或离子叫做自由
基。 (2)链增长反应 链引发反应形成的单体自由基可与第二个单体 发生加聚反应，形成新的自由基(也称为链自由基)。 (3)链终止反应 自由基活性中心消失，生成稳定大分子的过程 称为链终止反应。
(主要是共价键)结合形成长链结构，这种化学键为分子内作用 力，也称为主价键力。 (2)高分子材料的共混态结构 两种或两种以上高分子材料的物 理混合物状态称为高分子材料的共混态。
图5-7
典型的高分子尺寸分布
5.3.2
高分子材料的性能
1.高分子材料的力学性能
2.高分子材料的物理性能 3.高分子材料的老化
表5-1 常见高分子材料的名称及所对应的英文缩写名称
5.1.3
高分子材料的分类
按来源可分为天然高分子材料及合成高分子材料；按大分子链
结构可分为碳链高分子、杂链高分子及元素有机高分子材料。 最常用的分类方法是按性能和用途来分类，可分为塑料、橡胶、 纤维、粘合剂、涂料。
5.2
5.2.1 高分子的合成原理
5.5
高分子材料的成型加工
5.5.1 塑料的成型加工
5.5.2 橡胶的成型加工 5.5.3 合成纤维的纺丝工艺
5.5.1
1.挤出成型
2.注射模塑法成型 3.压延成型 4.吹塑成型 5.模压成型 6.传递模塑成型
塑料的成型加工
1.挤出成型
图5-21
螺杆挤出机结构示意图
2.注射模塑法成型
(1)送料 如图5-22a所示，粒状物料经加料漏斗加入机筒，在螺
2.工程热塑性塑料
(1)聚酰胺 聚酰胺俗称尼龙(Nylon)，简记为PA，是指大分子
主链上含有酰胺基团(CO—NH)的聚合物，可由二元酸和二元 胺缩聚而得，也可由内酰胺自聚制得。 (2)聚碳酸酯 聚碳酸酯简称PC，是指分子主链中含有基团的线 型聚合物。 (3)聚甲醛 聚甲醛简称POM，学名为聚氧化次甲基。 (4)ABS ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体组成的热
中由单键内旋转所形成的原子(或基团)在空间的几何排列图像。 (2)高分子的相对分子质量 高分子材料的力学、热学、电学等 物理性能和加工性能都与其相对分子质量的大小及分布密切相 关。
图5-6 单个高分子的几种构象示意图 a)伸展链 b)无视线团 c)折叠链 d)螺旋链
3.高分子材料的凝聚态结构
(1)聚合物分子间的相互作用力 大分子内的原子依靠化学键
(4)分子链支化与交联 大分子除了线型链状结构外，还存在分
子链支化、交联及网络等结构。
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图5-2 共聚物的键 a)无规共聚物 b)交替共聚物 c)嵌段共聚物 d)接枝共聚物
图5-4
高分子链形态的几种模型
图5-5
单键的内旋转示意图
2.高分子链的远程结构
(1)高分子链的内旋转构象 高分子链的内旋转构象是指分子链
第 5章
5.1 高分子材料概述
5.2 高分子的合成
高分子材料
5.3 高分子材料的结构与性能 5.4 高分子材料的种类 5.5 高分子材料的成型加工
5.1
高分子材料概述
5.1.1 高分子材料的基本概念
5.1.2 高分子材料的命名 5.1.3 高分子材料的分类
5.1.1
高分子材料的基本概念
高分子是高分子化合物的简称，又称为聚合物(Polymer)。高分
表5-5 塑料材料常用粘合剂
表5-5 塑料材料常用粘合剂
表5-6 混凝土与其他材料胶接时常用的粘合剂
2.涂料
(1)成膜物质 成膜物质必须与物体表面具有良好的结合力(附
着力)。 (2)颜料 涂料中加入颜料可起装饰作用，并对物体表面起到耐 腐蚀保护作用。 (3)填充剂 填充剂又称为填料，在涂料工业中亦称为体质颜料， 它们不具有遮盖力和着色力，而是可以改进涂料的流动性能， 提高膜层的耐久性、力学性能和光泽，并可降低涂料的成本。
粘模。
(5)发泡剂 发泡剂是一类受热会分解并放出气体的有机化合物， 它是制备泡沫塑料的重要助剂之一。
(6)阻燃剂 阻燃剂是一类能改进塑料的耐燃性能，用以减缓塑
料燃烧性能的助剂。 (7)着色剂 着色剂赋予塑料制品各种色泽，它可分为染料和颜 料。 (8)抗老化添加剂 为了防止塑料在热、光、氧等条件下过早老 化，延长制品的使用寿命，常加入稳定剂，它包括热稳定剂、 光稳定剂及抗氧化剂。
5.4.4
1.粘合剂
2.涂料
粘合剂及涂料
1.粘合剂
1)增塑剂及增韧剂。
2)固化剂(硬化剂)。 3)填料。 4)溶剂。 5)其他辅料。