1-了解高分子材料课件.ppt

1、1.教材：高分子材料加工工艺学邬国铭主编李光副主编中国纺织工业出版社，2000，7主要参考书：2.高分子材料成型加工周达飞唐颂超主编，中国轻工业出版社,2000.73.高聚物加工工程赵素合主编，中国轻工业出版社，2000.14.高分子材料的制备与加工益小苏著浙江大学出版社1997.042310.合成纤维生产工艺学(第二版)，董纪展、赵耀明、陈雪英等.北京：中国纺织工业出版,1994.6。11.聚丙烯纤维的科学与工艺（下册）,美马克塔阿迈德编吴宏仁罗增志等译.北京：化学工业出版社，1987年04月12.实用橡胶制品生产技术（第二版）.纪奎江主编.北京：化学工业出版社，2001年3月。13.橡胶制

2、品设计与制造霍玉云主编,北京：化学工业出版社1984年05月45（一）高分子材料的分类（补）1.什么是材料？材料是指具有满足制定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质。（补）2.材料分类:（1）习惯上，人们将材料分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料(通常称为高分子材料)和复合材料四大类。（2）按化学组成分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。（3）按状态分为气态、液态和固态。（4）按作用分为结构和功能材料两类。6（补）3.材料有四个要素：即材料的合成与加工、材料的结构、材料的性质、材料的使用性能。这四个要素是相互关联、相互制约的，如图0-1所示。86.高分子材料分类：（1

3、）高分子材料通常按用途分为塑料、橡胶、化学纤维、涂料、粘合剂等，当然还包括功能高分子材料。（2）按来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。（3）按材料学分为结构高分子材料和功能高分子材料。结构材料主要用它的强度、弹性等力学性能，而功能材料主要用它的声、光、电、磁、热、生物等性能。91.纤维的定义从形状上说，纤维是一种比较柔韧的细而长的物质。纺织用的纤维的长径一般大于1000：1，直径为几微米至几十微米，长度超过25mm，线密度的数量级为10-6gmm。101112131.塑料的定义：塑料是以高分子化合物为主要成分在成型设备中，受一定温度和压力的作用熔融塑化然后通过模塑制成一定形状，冷却后在常温

4、下能保持既定形状的材料制品。142.塑料分类（1）按化学结构和是否具有多次重复加工性，可以将塑料分为热塑性塑料和热固性塑料。（2）按用途和性能分，又可将塑料分为通用塑料和工程塑料（3)按制品分类：管、膜、板材、片材、日用品、零部件等。151.橡胶的定义橡胶是室温下具有粘弹性的高分子化合物，在适当配合剂存在下，在一定温度和压力下硫化(适度交联)而制得的弹性体材料(橡胶制品)。16（1）按来源分为天然橡胶和合成橡胶（2）合成橡胶按用途和性能，又可将其分为通用橡胶和特种橡胶，前者是指性能与天然橡胶相近，物理性能和加工性能较好，可广泛用作轮胎和其他一般橡胶制品的橡胶。后者指具有特殊性能，可满足耐热、耐

5、寒、耐油、耐溶剂、耐化学腐蚀、耐辐射等待殊使用要求的橡胶制品的橡胶。（3）按制品分为轮胎、胶带、胶管、胶鞋等。17（一）化学纤维主要品质指标的意义及其表示方法反映纤维品质的主要指标有：(1)物理性能指标如密度、热、电性能。(2)机械性能指标(力学性能指标)。(3)稳定性能指标如耐热、耐光、耐化学性指标。(4)加工性能指标如纺织加工性能、染色性等。18(5)长丝品质的补充指标包括毛丝数、油污丝等。(6)短纤维品质的补充指标包括切断长度和超长纤维含量、卷曲度和卷曲稳定度。(7)实用性能包括保形性、耐洗涤性、洗可穿性、吸水性、透气性、导热性、保温性、抗沾污性、起结球性等。19反映化学纤维品质的几个主

6、要指标。1.线密度表示纤维的粗细程度的指标过去称“纤度”，在我国的法定计量单位中称“线密度”。线密度的单位名称是“特克斯”，单位符号为“tex”。1000m长纤维重量的克数称为特(tex)；1000m长纤维的重量以分克(110g)表示“则称为分特(dtex)。20过去我国生产上还使用过其他表示方法，如9000m长的纤维所具有的重量(以克计)称为旦，以单位重量(以克计)的纤维所具有的长度(以米计)称为公支。特、分特、旦、公支支数的数值换算关系如下：特数支数=10001特=9旦1特=10分特旦支数=9000分特支数=1000021断裂强度是表征纤维品质的主要指标之一。纤维的断裂强度通常有以下几种表

7、示方法：（补）(1)绝对强力(P)：纤维在负荷作用下，断裂时所能承受的最大负荷称为纤维的绝对强力。强力的单位为牛顿(N)（补）(2)强度极限()：纤维受断裂负荷的作用而断裂时单位面积上所承受的力称为强度极限。22(3)相对强度(PT)：纤维的绝对强力与纤度之比称为相对强度，单位为毫牛顿特(mNtex)。几个强度表示方法的换算关系：1g/旦=0.0882N/tex=8.82cN/tex=0.882cN/dtextexNPPt 23（补）(4)断裂长度(LP)：纤维本身的重量与绝对强力相等时的纤维长度，称为纤维的断裂长度，单位为千米(km)。根据需要，如用作针织品，要测定纤维的钩接强度(简称钩强)

8、；如用作渔网、绳索，要测定纤维的结节强度(简称结强)。24纤维的断裂伸长是决定纤维加工条件及其制品使用价值的重要指标之一。断裂伸长一般用相对伸长率()，即纤维在伸长至断裂时的长度比原来长度增加的百分数。式中：L0为纤维的原长(mm)；L为纤维伸长至断裂时的长度(mm)。断裂伸长大的纤维手感比较柔软，普通纤维的断裂仲长在10一30%范围内较合适。2526如图05所示，此切线的斜率可计算如下：27纤维在负荷作用下，所发生的形变包括三部分：普弹形变、高弹形变和塑性形变。这三种形变往往是同时发生的。表征纤维回弹性的方法一般分两种：一种叫一次负荷回弹性，通常以回弹率或弹性功来表示；另一种叫多次循环负荷回

9、弹性，可从多次循环负荷延伸曲线加以研究。28(1)一次负荷回弹性质回弹率和弹性功回弹率可用下式表示：293031纤维的循环负荷伸长曲线，可以较好地反映纤维对负荷多次反复作用而发小形变的回弹性质。另一种反映纤维对多次变形作用的稳定度的指标称为耐疲劳性、或称之为疲劳强度。测定方法是用特制仪器反复折挠纤维，测定纤维断裂时所能经受的反复折挠次数。32纤维在外力作用下，纤维单位面积上所增加的内力称为应力(stress)；在外力作用下形状会发生改变，称为变形，又称为应变(strain)。其负荷伸长曲线(简称ss曲线)如图0-7所示。在这两段曲线之间有一个转折点称为屈服点，屈服点所对应的两个坐标称之为屈服应

10、力(屈服强度)和屈服应变(屈服伸长)。屈服点的求法有以下三种。根据图07(a)、(b)、(c)说明如下：33反映塑料品质的主要指标有：(1)物理性能指标：包括密度,光学性质，电性能（介电常数、介电损耗、击穿电压）等。(2)机械性能指标(力学性能指标)。(3)稳定性能指标包括耐热、耐光性、耐气候性、耐化学试剂、耐生物作用性等。（4）某些制品的特殊指标如卫生指标。34反映橡胶品质的主要指标有：(1)物理性能指标：包括密度,热性能、电性能、挥发组分含量、灰分含量等。(2)生胶的加工性能：可塑度、门尼黏度和门尼焦烧。(3)机械性能指标(力学性能指标)(4)稳定性能指标包括硫化胶的耐化学试剂性，耐油稳定

11、性、耐老化性等。35可塑度是描述胶料流动性好坏的参数。工业生产中多用威氏塑性计测验可塑度的大小。这种仪器采用直径为16.00.5毫米、厚度为10.00.3毫米的圆柱状试样，试样在温度为701环境中预热3分钟，然后将试样置于仪器的上下压板之间，并在5.0000.005公斤负荷下压缩3分钟，测定其厚度，然后去掉负荷取出试样，在室温下放置3分钟，再测量恢复后的厚度。36胶料可塑度按下列公式计算：3738门尼粘度汁还可以用来测量胶料的焦烧性能。试验法规定，门尼焦烧试验采用温度为120，转子直径为30.5003毫米，胶料在模腔内预热1分钟，然后开动电动机，记录从试验开始到门尼粘度值下降到最低位，再转入上

12、升5个门尼粘度值所需要的时间即为该胶料的焦烧时间。39它表示试片被割断时所具有的强度。其测试方法是将硫化胶片裁成哑铃状试片(如图0-12所示），然后在规定温度下，把试片放在拉力试验机上进行拉仰，直至拉断。以试样拉伸前断面积上所受的力表示扯断强度的大小。40是指试片被扯断时的最大伸长比率，用伸长部分与原长度之比的百分率表示，可与扯断强度同时测试出来。%10000LLLe4142它表示硫化胶被拉伸或压缩后试片的恢复情况。试样拉断后，其变形部分(不能恢复部分)与原长之比叫永久变形。测试时是将扯断后的试片停放3分钟，测出试片标距的长度变化，然后按下式计算：43硬度表示橡胶抵抗外力压入的能力。硬度数值大

13、小表示橡胶的软硬程度。硬度计的类型很多，橡胶工业中常用的是邵尔硬度计。邵尔硬度试验是用外力把硬度计的钝针压在试样表面上，钝针压入试样的深度为T2.50.025H。式中H是硬度值。从式中可以看出，钩针压入深度越深，硬度H越小；硬度越大，压入探度越小。也就是说，压入同样的深度所需的外力越大，橡胶的硬度越大。硬度汁的指针直接指出橡胶的硬度。444546它表示橡胶抗多次变形的能力。这种疲劳性能试验是在周期性应力或应变条件下进行的。将试样装在疲劳试验机上，经反复多次屈挠一般几万次至十几万次)，然后观察试样的断裂情况。试验结果多数是用试样断裂时的屈挠次数或者达到一定屈挠次数时试样产生的裂口长度来表示的。也

14、有的国家是以达到一定裂口长度的屈挠次数来表示试验结果的。474849505152聚合物加工通常包括以下四个过程：一是原材料的准备，二是使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，三是设法保持取得的形状(即固化)。四是后加工与处理，改善材料与制品的外观结构与性能。5354（3）类橡胶状聚合物的加工如采用真空成型、压力成型或其它热成型技术等制造各种容器、大型制件和朵些特殊制品。薄膜或纤维的拉伸也属于这一技术范围。（4）低分子聚合物或预聚物的加工如丙烯酸酯类、环氧树脂、不饱和聚酯树脂以及浇铸聚酰胺等都可用这种技术制造各种尺寸的整体浇铸制件或增强材料。5556575859采用溶液纺丝法时，纺丝液的制备

15、与熔体纺丝法相类似，也有两种方法：一是直接利用聚合后得到的高聚物溶液作为统丝原液，这称为一步法；二是先制成颗粒状或粉末状的成纤高聚物，然后再溶解，以制得纺丝液，在纺丝，这称为二步法。6061从原料到塑料，又从塑料到塑料制品的简单流程见下图：62生产塑料制品的工序共五个：原料准备；成型；机械加工修饰装配。在任何制品的生产过程中，通常都应依上列次序进行，见下图。63646566对不同的制品，橡胶加工工艺过程不相同。对于一般橡胶，不论做什么样的制品均必须经过炼焦及硫化两个加工过程。大部分制品，如轮胎、管、带还必须经过压延、压出这两个加工过程。所以塑炼、混炼、压延、挤出及硫化这5个工艺过程就是橡胶加工

16、中最基础最重要的加工过程。6768691.天然高分子及利用按进化论的认识按进化论的认识,距今约距今约40多万年前旧石器时期人类开多万年前旧石器时期人类开始使用兽皮和树叶遮身。（注：进化论的不存在）始使用兽皮和树叶遮身。（注：进化论的不存在）麻纤维的使用：公元前麻纤维的使用：公元前5000年；棉花的使用：公元年；棉花的使用：公元前前3000年。年。蚕丝的使用：公元前蚕丝的使用：公元前2600年；动物毛的使用：公元年；动物毛的使用：公元前前3000多年。多年。实际上,人类的文明历史远远不止于此.7071727374751869年，Hyatt发明了硝酸纤维家用樟脑增塑后的赛路珞，然后实现工业化，标志

17、着热塑性塑料时代的到来。1907年开发成功酚醛树脂，预示着热固性塑料时代的开始。1920年HStaudinger提出了高分子的概念，并于1953年(链状高分子化合物的研究)获得了诺贝尔奖。高分子材料工业中常用的两大加工方法注射成型和挤出成型发端于赛瑚珞的成型加工。76这一时期约从20世纪30年代到70年代。在这一时期，确立了聚合理论、结构与性能关系，各种聚合方法和成型加工技术，绝大多数的通用塑料(如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等)及工程塑料(如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚砜、含氟和含硅聚合物等)在这一时期相继问世并工业化。77这一时期从20世纪70年代一直至今。主要表现为高分子合

18、金的发展。在这一阶段，高分子材料开发已从开发新的高分子化合物，转向通过催化剂(如茂金属)的改进合成新品种；使用添加剂来提高制品的品质和内在质量；高分子合金化及其技术、反应性加工技术、高分子化合物无机物复合技术已成为开发重点；环境友好，可持续发展战略已为大多数人接受和关注。78起步情况：中国的高分子研究起步于50年代初。当时国内一批先驱者，分别在不同领域开展了高分子方面的研究工作。唐敖庆于1951年在中国化学会志上发表我国首篇高分子论文，并在吉林大学开展了高分子统计理论的研究；中国科学院长春应用化学研究所于1950年开始了合成橡胶和纤维素化学的研究工作；79王保仁于1952年在中科学院上海有机化

19、学研究所建立了有机玻璃和尼龙6的研究。冯新德于50年代初在北京大学开设了高分子化学专业并开展了相关研究工作：何炳林于50年代初期在南开大学开展了离子交换树脂的研究工作；钱人元于1952年在长春应用化学研究所、1953年在上海有机化学研究所分别建立了高分子物理化学研究组，开展高分子溶液性质研究。80钱保功于50年代初在中国科学院长春应用化学研究所开始了高聚物粘弹性能及高分子辐射化学的研究；徐僖十50年代初期在成都工学院(现四川大学)开设了塑料工程专业并开展了塑料加工成型研究。在他们的带领下，我国的高分子化学、高分子物理以及高分子工程等三个分支学科领域的研究，在跟踪国外发展。81现状：经过60年的

20、发展，我国高分子科学已形成一支几十万人的高分子科研队伍，其中，约有65的从事高分子化学领域的研究，25的从事高分子物理领域的研究，10的从事高分子工程领域的研究。研究课题几乎涵盖了国际上高分子研究的所有主要领域，但是工作的深度及学术水平总体上与国际水平仍有相当差距。828384v2011 年世界纤维产量为年世界纤维产量为6 510 万万t,2011年全年全球化纤产量达到球化纤产量达到4866万吨。万吨。v其中中国大陆的产量达到其中中国大陆的产量达到3362.36万吨其中，万吨其中，占世界总量的占世界总量的69%。v我国合成纤维产量我国合成纤维产量3096.36万吨，其中我国万吨，其中我国涤纶产

21、量达到涤纶产量达到2800万吨，占合成纤维总量的万吨，占合成纤维总量的90%。锦纶。锦纶159万吨，占万吨，占5.1%，851.什么是材料？什么是高分子材料？分类如何？什么是材料？什么是高分子材料？分类如何？2.纤维、塑料、橡胶的定义与分类方法如何？纤维、塑料、橡胶的定义与分类方法如何？3.高分子材料有哪些品质指标？反映纤维、橡胶品质的主要指高分子材料有哪些品质指标？反映纤维、橡胶品质的主要指标有哪些？标有哪些？4.我国的高分子材料工业发展及现状如何？我国的高分子材料工业发展及现状如何？5.高分子材料的加工过程与方法有哪些？高分子材料的加工过程与方法有哪些？习题与思考题：1.线密度为1.67dtex的纤维，其旦数与公支支数是多少？2.简要比较纤维、塑料、橡胶成型方法有何差异？8687888990