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非金属材料按化学组成可分为有机高分子材料和无机非金属材料.

本章着重介绍机械工程中常用的高分子材料、陶瓷材料和复合材料.

第九章 非金属材料

第一节高分子材料的基本知识 高分子材料是以高分子化合物为主要组分的一类有机材料. 有两大类,天然高分子材料和人工合成高分子材料. 天然高分子材料:如淀粉、油脂和天然橡胶,其使用受资源限制. 人工合成高分子材料:如塑料、合成橡胶、合成纤维.

一、高分子材料的概念

二、高分子材料的组成及结构

1、组成元素 主要由C、H、O、N等轻元素组成,这就决定了高分子材料的比重较小约为 0.9-2.0 相当于钢铁比重的1/4-1/7.

2、高分子材料的获得 高分子材料是由高分子化合物组成.高分子化合物是由某些低分子化合物经聚合反应而获得的. 高分子材料:是以高分子化合物为主要组分的材料.化合物分子量小于500时称为低分子化合物,分子量大于500的化合物称为高分子化合物(高聚物). 一般高分子化合物的分子量通常在103- 106. 加聚反应 简单低分子 -聚合反应 高分子聚合物 缩聚反应 例如 nCH2=CH2 加热、压力、催化剂 [ CH2 CH2 ]n 单体:凡是可以聚合成大分子链的低分子化合物都称为单体. 高分子聚合物是由无数个单体组成. 加聚反应:不饱和键的单体,在一定条件下(加热、加压或催化剂)双键被打开,各单体聚合起来连成一条大分子连,这种反应叫加聚反应. 乙烯 聚乙烯 聚合度(n):链节的重复次数称为聚合度.随聚合度增加,其分子量增加,粘度、强度和硬度增加. 高聚物形成大分子连,由重复的链节构成. 链节:大分子链中重复的结构单元称为链节.聚合前是单体,聚合后单体的双键打开成为链节. 缩聚反应:单体相互反应结合成高分子化合物,同时生成其他低分子物质(水、氨等)的反应叫缩聚反应.

3、高聚物结构 nC6H5OH+nHCHO [ C6H3OHCH2 ]n+nH2O 苯酚 甲醛 酚醛 水 高分子链的形状:高分子化合物的结构形状有,线型、支链型、交联型. 链节及链节内原子间都以共价键结合,则长链之间由分子间力结合. 分子链的排列状态:一部分规则排列,另一部分不规则排列.分子链成规则排列的部分称为晶区.聚合物中晶区所占的百分数称为结晶度,一般结晶型高聚物的结晶度为30%-80% . 高聚物的结晶度越高强度、刚度、熔点越高,耐热性、化学稳定性越好;

但弹性、冲击韧性将下降. Tx 为脆化温度;

Tg为玻璃化温度;

Tf为粘流温度;

Td为分解温度. 根据高聚物大分子链结构和热运动特点,线型无定形高聚物在不同温度下表现出三种物理状态:玻璃态、高弹态、粘流态.

三、高聚物的物理状态和性能

1、玻璃态 当温度 Tf时,高聚物成为粘态熔体,熔体流动产生不可逆的永久变形,这时,大分子链的热运动以整链为运动单元,它是高聚物成型加工的工艺状态(注射、拉挤、模压、吹塑成型等).

四、高分子材料的性能特点

1、高分子材料通常有一定的强度和弹性.其比强度一般高于碳钢,可以作为工程结构材料用于工农业生产.

2、高分子材料以共价键结合,没有自由电子,所以耐蚀性和绝缘性较好.

3、由于卷曲的大分子在声、热的作用下不易振动,具有隔热、隔音和减振的特性.

4、高分子材料具有良好的可加工性,加温加压下可塑性极为优良,可以通过挤压、注射、冲压、焊接、粘接、和切削加工等方法制成各种制品.