高分子材料最牛课件.ppt
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1、高分子材料人造高分子材料合成高分子材料天然高分子材料1.2.高分子合成方法简介高分子合成方法简介高分子的合成主要是由单体聚合及高分子的化学反应来实现,有Carothers和Flory两种分类法。2.1 Carothers法按单体和聚合物在组成和结构上发生的变化分类。分为加聚反应和缩聚反应。CH2CH2n CH2CH2n Polym.按聚合反应机理(Mechanism)和动力学(Dynamics)分类。分为链式聚合和逐步聚合。2.2Flory法链式聚合(链式聚合(Chain polymerization):链增长聚合中心可以是自由基、阴离子、阳离子 和配位离子1)自由基聚合 (Free radi
2、cal polymerization)2)阴离子聚合 (Anion polymerization)3)阳离子聚合 (Cation polymerization)4)配位离子聚合(Coordination polymerization)烯类单体的加成聚合反应特点:有引发剂的作用聚乙烯主要有高密度聚乙烯(HDPE,High Density Polyethylene),中密度聚乙烯(MDPE,Medium Density Polyethylene),低密度聚乙烯(LDPE,Low Density Polyethylene),线性低密度聚乙烯(LLDPE,Linear Low Density Poly
3、ethylene)等多种产品。3.聚乙烯生产技术聚乙烯生产技术 目前世界上拥有LDPE技术的有7家,LLDPE技术的企业有10家,HDPE技术的企业有12家。从技术发展情况看,高压法生产LDPE是PE树脂生产中技术最成熟的方法,釜式法和管式法工艺技术均已成熟,目前这两种生产工艺技术并存。发达国家普遍采用管式法生产工艺。此外,国外各公司普遍采用低温高活性催化剂引发聚合体系,可降低反应温度和压力。高压法生产LDPE将向大型化、管式化方向发展。低压法生产HDPE和LLDPE,主要采用钛系和铬系催化剂,欧洲和日本多采用齐格勒型钛系催化剂,而美国多采用络系催化剂。比较项目高压法中压法低压法操作条件聚合压
4、力,MPa聚合温度,引发剂98.1-245.2150-330微量氧或有机过氧化物2-7125-150金属氧化物260齐格勒-纳塔引发剂转化率,%16-27接近100接近100反应机理自由基型配位离子型配位离子型实施方法气相本体聚合液相悬浮聚合液相悬浮聚合工艺流程简单复杂复杂结构性能大分子支化程度相对密度纯度热变形温度,高低(0.910-0.925)高50,较软介于两者之间居中(0.926-0.940)基本与低压法相同基本与低压法相同大分子排列整齐高(0.941-0.970)产品含有引发剂残基78,较硬 建设投资高低低操作费用低高高聚乙烯生产方法(高压法、中压法、低压法)比较聚乙烯生产方法(高压
5、法、中压法、低压法)比较光学性能光学性能:透明性好是PS最大的特点,透光率可达88%92%,同PC和PMMA一样属最优秀的透明塑料品种,人称4.三大透明塑料三大透明塑料。PS的折射率为.591.60,但因苯环的存在,其双折射较大,不能用于高档光学仪器。5.合成纤维的制造过程 包括成纤化合物的制备(原料制备)、纺前准备(纺丝熔体或纺丝液的制备)、纺丝(纤维的成型)和后加工(纤维的后处理)。纺丝(纤维成型):将成纤化合物的熔体或浓溶液,用纺丝泵(或称计量泵)连续、定量而均匀地从喷丝头(或喷丝板)地毛细孔挤出,而成为液态细流,再在空气、水或特定的凝固浴固化成为初生纤维的过程。包括:熔体纺丝和溶液纺丝
6、等。6.聚酯(如涤纶)纤维:polyester fibre 聚酯是由饱和的二元酸与二元醇通过缩聚反应制得的一类线性高分子缩聚物。这类缩聚物的品种因随使用原料或中间体而异,故品种繁多数不胜数。但所有品种均有一个共同特点,就是其大分子的各个链节间都是以酯基“COO”相联,所以把这类缩聚物通称为聚酯。涤纶以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)经熔融纺丝制成的合成纤维,是三大合成纤维(涤纶、锦纶、腈纶)之一,是合成纤维的第一大品种。聚酯的结构COCOO(CH2)2On聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET,涤纶,”的确良“)典型的纤维直径约0.5mm,由数百个直径约为25m 的单丝组成,而单丝由直径约为10nm的原纤
7、组成,原纤由直径为10nm的片晶堆砌而成,片间的堆砌长度为50nm。7.天然橡胶,其化学组成是聚异戊二烯有顺式与反式两种构型,它们的结构简式分别为:CH2CCCH2HCH3n顺式 CH2CCCH3HCH2n反式(1)分子链的柔顺性较好.(2)分子链间仅有较弱的作用力.(3)分子链中一般含有容易进行交联的基团(如含不饱和双键).顺式-1,4-聚异戊二烯适合做橡胶,其分子结构具有三个特点:8.丁苯橡胶丁苯橡胶(styrene-butadiene rubber,简称SBR)是由1,3-丁二烯(1,3butadiene)与苯乙烯(styrene)共聚而得的高聚物,是最早工业化的合成橡胶,是一种综合性能
8、较好的、产量和消耗量最大的通用橡胶,约占合成橡胶总产量的55,橡胶总产量的34。CH2CHCHCH2CH2CH+(x+y)zCH2CHCHCH2CH2CHCHCH2CHCH2xyzn按高分子主链结构分类碳链高聚物杂链高聚物元素有机高聚物无机高聚物按高聚物用作分类塑料(plastics)橡胶(rubber)纤维(fiber)涂料黏合剂按高分子链几何形状分类线型高聚物体型高聚物支链型高聚物按高分子链排列情况分类结晶高聚物非晶高聚物9.高分子分类高分子高分子材料材料塑塑 料料纤纤 维维橡橡 胶胶涂涂 料料胶粘剂胶粘剂功能高分子功能高分子以聚合物为基础,加入(或不加)各种助剂以聚合物为基础,加入(或不
9、加)各种助剂和填料,经加工形成的塑性材料或刚性材料。和填料,经加工形成的塑性材料或刚性材料。具有可逆形变的高弹性材料。具有可逆形变的高弹性材料。纤细而柔软的丝状物,长度至少为直径的纤细而柔软的丝状物,长度至少为直径的100倍。倍。涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和保护作用的聚合物材料保护作用的聚合物材料能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料一起的聚合物材料具有特殊功能与用途但用量不大的精细具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料高分子材料聚合物基复聚合物基复合材料合材料10.塑料的分类塑料的分类
10、:塑料的分类体系比较复杂,各种分类方法也有所交叉,按常规分类主要有以下三种:一是按使用特性分类;二是按理化特性分类;三是按塑料的组分分类。按使用特性分类按使用特性分类:根据名种塑料不同的使用特性,通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。通用塑料:一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料,如聚乙烯、聚丙烯、酚醛塑料等。11.ABS树脂树脂ABS树脂是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物,即Acrylonitrile-butadiene-styrene,简称ABS。ABS树脂兼有三种组分的共同性能,成为具有“坚韧、质硬、刚性”的材料。丙烯腈能使聚合物耐化学腐蚀,且有一定的表面强度
11、;丁二烯使聚合物呈橡胶韧性;苯乙烯使聚合物显现热塑性塑料的加工特性,即较好的流动性。控制A:B:S(一般为20:30:50)的比例可以调节其性能生产出不同型号、规格的ABS树脂,以适应各种不同需要。CH2CHCNCH2CHCHCH2xyzCH2CH12.聚酯(如涤纶)纤维:polyester fibre 聚酯是由饱和的二元酸与二元醇通过缩聚反应制得的一类线性高分子缩聚物。这类缩聚物的品种因随使用原料或中间体而异,故品种繁多数不胜数。但所有品种均有一个共同特点,就是其大分子的各个链节间都是以酯基“COO”相联,所以把这类缩聚物通称为聚酯。涤纶以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)经熔融纺丝制成的合成纤
12、维,是三大合成纤维(涤纶、锦纶、腈纶)之一,是合成纤维的第一大品种。1.聚合物基复合材料复合材料:由两种或两种以上物理和化学性质不同的材料组成的,并具有复合效应的多相固体材料。包括基体材料和分散材料(增强材料)。聚合物基复合材料:以高分子聚合物为基体,添加各种增强材料制得的一种复合材料。二、名词解释二、名词解释聚合物基复合材料具有很高的比强度及模量、耐疲劳性能好、减震性能好、耐高温和稳定性较好。复合材料具有很强的可设计性:通过改变纤维、基体的种类及体积含量、纤维的排列方向、铺层次序等就可以满足对复合材料结构与性能的各种设计要求。聚合物基复合材料正向高性能复合材料方向发展。主要为提高基体树脂的耐
13、热性,开发耐热性树脂基体有聚酰亚胺、聚芳醚酮和聚芳砜。2.塑料塑料(根据受热行为和可否反复成型加工)热塑性塑料热固性塑料2.1 热塑性塑料:具有多次重复加工性。受热时熔融,可进行各种成型加工,冷却时硬化。再受热,又可熔融加工。2.2 热固性塑料:不具有多次重复加工性。受热熔融成型的同时发生固化反应,形成立体网状结构,再受热不熔融,在溶剂中也不溶解,当温度超过分解温度时将分解破坏。拉伸强度:试样在拉伸破坏时,原横截面上单位面积上所受的力,单位MPa。虽然橡胶很少在纯拉伸条件下使用,但是橡胶的很多其他性能与该性能密切相关,如耐磨性、弹性、应力松弛、蠕变、耐疲劳性等。3.橡胶的性能指标扯断伸长率:试
14、样在拉伸破坏时,伸长部分的长度与原长度之比,通常以比例()表示。硬度:硬度是橡胶抵抗变形的能力的指标之一。用硬度计来测试,最常用的是邵氏硬度计,其值的范围为0100。其值越大,橡胶越硬。4.聚乙烯分子量的大小可用熔体流动速率表示,包括熔体质量流动速率(MFR:melt mass-flow rate)和熔体体积流动速率(MVR:melt volume-flow rate)。聚乙烯的MFR越大,则其分子量越小,流动性越好。熔体流动速率:在一定的温度和负荷下,熔体每10min通过标准口模的质量或体积。单位:g/10 min。它与分子量的大小成反比。阻燃纤维:指与火焰接触后纤维不能燃烧,或燃烧不充分,
15、火源撤走后火焰能较快地自行熄灭的纤维。5.极限氧指数(limiting oxygen index,LOI):是指纤维点燃后在氧-氮混合气体中维持燃烧所需的最低含氧量的体积分数。可燃纤维:LOI21;阻燃纤维:LOI21。6.通用塑料通用塑料:产量大、用途广、价格低,但是性能一般,主要用于非结构材料。包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料和氨基塑料等六大品种。这一类塑料的特点是产量大、用途广、价格低,它们占塑料总产量的3/4以上,大多数用于日常生活用品。其中,以聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯这四大品种用途最广泛。w7.8 高分子化合物w9.纤度(细度、线密度):指一定长度的纤维所具
16、有的重量,它的数值越大,表示纤维或纱线越粗。目前常用的有特(tex)、分特(dtex)、毫特(mtex)、旦(D)等。1.高分子的特点三、简答树脂树脂(resin):是指受热后有软化或熔融范围,软化时在外力作用下有流动倾向,常温下是固态、半固态,有时也可以是液态的有机聚合物。广义地讲,可以作为塑料制品加工原料的任何聚合物都称为树脂。2、什么是树脂和塑料?二者的关系什么是树脂和塑料?二者的关系树脂的用途:树脂的用途:树脂是制造合成塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料、离子交换树脂等产品的主要原料。树脂有天然树脂和合成树脂之分树脂有天然树脂和合成树脂之分:天然树脂是指由自然界中动植物分泌物所得的
17、无定形有机物质,如松香、琥珀、虫胶等。合成树脂是指由简单有机物经化学合成或某些天然产物经化学反应而得到的树脂产物。塑料塑料:指以树脂(或在加工过程中用单体直接聚合)为主要成分,以增塑剂、填充剂、润滑剂,着色剂等添加剂为辅助成分,在加工过程中能流动成型的材料。塑料与树脂的区别塑料与树脂的区别:树脂是纯的高聚物,而塑料是以树脂为主的高聚物制品。3.ABS树脂三组分的作用树脂三组分的作用ABS树脂是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物,即Acrylonitrile-butadiene-styrene,简称ABS。ABS树脂兼有三种组分的共同性能,成为具有“坚韧、质硬、刚性”的材料。丙烯腈能使聚合物耐化
18、学腐蚀,且有一定的表面强度;丁二烯使聚合物呈橡胶韧性;苯乙烯使聚合物显现热塑性塑料的加工特性,即较好的流动性。控制A:B:S(一般为20:30:50)的比例可以调节其性能生产出不同型号、规格的ABS树脂,以适应各种不同需要。CH2CHCNCH2CHCHCH2xyzCH2CH湿法纺丝:将溶液法制得的纺丝溶液从喷丝头的细孔中压出呈细流状,然后在凝固液中固化成丝。4.溶液纺丝湿法纺丝的制备过程:溶液纺丝过程:纺丝液的制备;纺丝液经喷丝板孔眼压出形成原液细流;原液细流固化成初生纤维;纤维拉伸和热定型,上油和缠绕。硫化:胶料在一定的压力和温度下,橡胶大分子由线形结构变为网状结构的交联过程。在这个过程中,
19、橡胶经过一系列复杂的化学变化,由塑性的混炼胶变为高弹性的或硬质的交联橡胶,从而获得更完善的物理力学性能和化学性能,提高和拓宽了橡胶材料的使用价值和应用范围。硫化是橡胶制品生产中的最后一个加工工序。硫化方法很多,按其使用的硫化条件不同,可分为冷硫化、室温硫化和热硫化三种。硫化采用的设备有平板硫化机、硫化罐、鼓式硫化机和自动定型硫化机等。橡胶必须加入硫黄或其它能使橡胶硫化(或称交联)的物质,使橡胶大分子交联成空间网状结构,才能得到具有使用价值的橡胶制品,但是,热塑性橡胶可不必硫化。5.橡胶的硫化及意义橡胶的硫化及意义硫化橡胶中,长链与长链之间又形成键,产生硫化橡胶中,长链与长链之间又形成键,产生网
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