工程材料-塑料和橡胶课件

力学损耗
▪ 轮胎在高速行使相当长时间后，立即检 查内层温度，为什么达到烫手的程度？
▪ 高聚物受到交变力作用时会产生滞后现 象，上一次受到外力后发生形变在外力 去除后还来不及恢复，下一次应力又施 加了，以致总有部分弹性储能没有释放 出来。这样不断循环，那些未释放的弹 性储能都被消耗在体系的自摩擦上，并 转化成热量放出。
▪ 作为硬塑料，PVC可以用于制造在常温下使 用的不耐压的容器、管材或板材，如化工厂 的输液管道、管配件、贮槽和输液泵的泵体 材料。
▪ 聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可作低频 绝缘材料，其化学稳定性也好。
▪ PVC的板材在建筑上有很多的应用。在 PVC中混入大量的碳酸钙做成钙塑料，可 以提高塑料的硬度，降低成本，用于代替 钢铁或木材，制作塑料门窗、楼梯扶手、 地板、天花板和电线套管等。将PVC轻度 发泡，可以制成塑料地毯和塑料墙纸等。
▪ 纯的聚氯乙烯的密度为1.4g/cm3,加入 了 增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的 密度一般为1.15-2.00g/cm3。
▪ 硬聚氯乙烯有较好的抗拉、抗弯、抗压 和抗冲击能力，可单独用做结构材料。 软聚氯乙烯的柔软性、断裂伸长率、耐 寒性会增加，但脆性、硬度、拉伸强度 会降低。
PVC性能及用途
▪ 主要是耐温性差，通常的使用温度为一15℃ ～60℃。在60℃以上就会变形。PVC很容易 老化，使制品颜色变深，质地变脆。
▪ PVC塑料最致命的缺点是在高温或燃烧时会 分解，放出能使人窒息的氯化氢气体，不仅 污染环境，甚至造成对生命的威胁。因此没 有阻燃性的PVC的使用，特别是在建材中的 应用已经受到限制。
▪ 理想的弹性固体材料受力时产生的弹性 变形与时间无关。即变形与外力是同步 的。而塑料受力时产生的弹性变形流变 是随时间而发展的。
▪ 表现为：蠕变和应力松驰
蠕变
▪ 是在恒定应力作用下变形随时间而增加的 现象。例如架空的聚氯乙烯电线套管的缓 慢变弯
应力松驰
▪ 是高聚物产生一定形变后，在保持变形量 不变条件下，应力随时间发展而逐渐衰减 的现象。例如，连接管道的法兰盘的密封 垫片(硬橡胶制品)经一定时间后，由于应 力松驰而产生泄漏。对线型分子链经足够 长时间后，应力可降为零。
▪ 这种由于力学滞后而 使机械功转换成热的 现象，称为力学损耗 或内耗。
▪ 以应力～应变关系作 图时，所得的曲线在 施加几次交变应力后 就封闭成环，称为滞 后环或滞后圈，此圈 越大，力学损耗越大
拉伸曲线 回缩曲线
高聚物的屈服
1.高聚物屈服点的特征 大多数高聚物有屈服现象，最明显的屈服现 象是拉伸中出现的细颈现象。它是独特的力 学行为。并不是所有的高聚物材料都表现出 屈服过程，这是由于温度和时间对高聚物的 性能的影响往往掩盖了屈服行为的普遍性， 有的高聚物出现细颈和冷拉，而有的高聚物 脆性易断。
聚乙烯（PE）用途
▪ PE是制备包装材料的重要原 料，可以做成中空容器、食 品周转箱，也可以做成各种 日用杂品。PE还能纺成纤维 ，制作渔网或绳索，将PE纤 维做成絮片，可以代替棉花 作保暖材料。
▪ 利用PE优良的电绝缘性，经 交联处理的LDPE已大量用于 制作电缆的绝缘层。PE还是 电视、雷达等高频电器的绝 缘材料，并能用于海底电缆
▪ 抗冲击性好，硬度高，
▪ 绝缘性和化学稳定性都好，
▪ ABS树脂在家电和汽车工业中 得到广泛的应用，如电视机、 洗衣机、电话等家用电器及仪 器仪表的外壳，冰箱及其他冷 冻设备的内胆，汽车仪表板及 其他车用零件，齿轮、泵的叶 轮、塑料管道等。目前多数的 塑料外壳笔记本电脑都是采用 ABS工程塑料做原料的。
▪ 聚酰胺熔融纺成丝后有很高的强度，主要做合成纤 维并可作为医用缝线,降落伞、飞机轮胎帘子布、军 服等军工产品和丝袜、衣着,地毯，渔网等民用产品 ，是三大合成纤维之一。
聚碳酸酯（PC）
Polycarbonate
▪ PC是一种韧而刚性的塑料，强度高，尺寸稳定 性高，特别适于制备精密仪器中的齿轮、照相机 零件。医疗器械的零部件。PC的耐冲击性能也 很好，可制造银行的安全玻璃和警察的防暴盾牌 ，也可用作电动工具的外壳。PC还具有良好的 电绝缘性，是制备电容器的优良材料。
▪ PC的耐温性好，可反复消毒，近年来被大量用 于制备婴儿奶瓶、饮水杯（又称“太空杯”）和净 水桶（用于盛装“太空水”）等中空容器。
▪ PC的透光性好，可用于 制备飞机风档，透明仪 表板。同时，也是制备 CD光盘的原料。
▪ 日常常见的应用有光碟 ，眼睛片，水瓶，防弹 玻璃，护目镜、银行防 子弹之玻璃、车头灯等 等
尼龙（聚酰胺）Polyamide
▪ 聚酰胺俗称尼龙（Nylon。 ▪ 是最实用的、产量最大的工程塑料。它的
性能良好，尤其是经过玻璃纤维增强后， 强度更佳，应用更广。尼龙塑料有很好的 耐磨性、韧性和抗冲击强度。主要用作具 有自润滑作用的齿轮和轴承。
▪ 尼龙中的主要品种是尼龙6和尼龙66，占 绝对主导地位，
(1)屈服应变大：高聚物的屈服应变比 金属大得多，金属0.01左右，高聚物 0.2左右（例如PMMA的切变屈服为 0.25，压缩屈服为0.13） (2)屈服过程有应变软化现象：许多高 聚物在过屈服点后均有一个应力不太 大的下降，叫应变软化，这时应变增 大，应力反而下降。
(3)屈服应力依赖应变速率：应变速率增 大，屈服应力增大。
，其最大可能的断裂伸长率又比金属高得多。高 聚物的弹性模量范围为7～35GPa，金属材料的 模量范围为48～410GPa；高聚物的最大强度为 240MPa，而金属材料中某些合金的强度可达 3000MPa；高弹态高聚物的断裂伸长率可达到 1000％，而金属塑性变形中最大的断裂伸长率 不超过100％。
粘弹性
天然橡胶
▪ 从天然产胶植物中制取的橡 胶。 分子式是（C5H8）n ，其成分中91％～94％是 橡胶烃（聚异戊二烯），其 余为蛋白质、脂肪酸、灰分 、糖类等非橡胶物质。天然 橡胶是应用最广的通用橡胶 。
聚乙烯（PE）
▪ 聚乙烯是发展最为迅速，产量最大的一种塑料品种。 ▪ 按照聚合反应的压力，可分为高压法和低压法。 ▪ 高压法制成的聚乙烯。由于产品的密度较小，仅
0.910g/cm3－0.925g/m3，因此被称为低密度聚乙烯 （LDPE）。用低压法生产的聚乙烯密度高，达 0.941g/cm3～0.965g/cm3，故称为高密度聚乙烯（ HDPE）。HDPE是不透明的白色粉末，力学性能是 所有PE产品中最好的。熔点也高于LDPE。
聚四氟乙烯（PTFE）
▪ 聚四氟乙烯的介电常数高，能耐很高的电 压，可以用于制造高频微波设备中的绝缘 材料。
▪ 聚四氟乙烯也有不足之处，除了加工困难 ，原料资源少、价格高外，它的强度和硬 度都较差，而且有较大的冷流性。在加压 下，它一直会慢慢地变形。大家所熟悉的 作为管道密封材料的生料带就是利用了聚 四氟乙烯的冷流性。
4.4塑料和橡胶
▪ 塑料和橡胶是以高分子聚合物为基础添加 各种助剂而成的混合物体系，在常温下有 固定的形状和强度，在高温下具有可塑性 的高分子材料。
▪ 塑料和橡胶的区别是塑料在常温下处于玻 璃态，强度较高；橡胶在常温下处于高弹 态，弹性较大。
塑料
▪ 根据塑料的用途，可以分为通用塑料、工程塑料 和特种塑料三大类。
▪ PVC树脂非常透明，气密性又好，适于制作包装 瓶，用于饮料、药品和化妆品的外包装。
▪ PVC软塑料主要用于制作薄膜或日用品。如雨衣 、桌布、窗帘、浴帘等，而且是制备农用薄膜的 重要原料。
▪ PVC的染色性非常好，制得的产品鲜艳、美观， 深受人们的喜爱，常用来制造玩具、凉鞋和人造 革等。
PVC塑料缺点
▪ 缺点是染色性差，吸水性大，影响尺寸稳 定性和电性能，纤维增强可降低树脂吸水 率，使其能在高温、高湿下工作。尼龙与 玻璃纤维亲合性十分良好。
▪ 由于聚酰胺具有无毒、质轻、优良的机械强度、耐 磨性及较好的耐腐蚀性，因此广泛应用于代替铜等 金属在机械、化工、仪表、汽车等工业中制造轴承 、齿轮、泵叶及其他零件。常用于制作梳子、牙刷 、衣钩、扇骨、网袋绳、水果外包装袋等等。无毒 性，但不可长期与酸碱接触。
防弹玻璃
▪ 防弹玻璃是由两片以上玻璃（无机或有机 玻璃）中间层用PVB胶片在一定温度、一 定压力下胶合而成，在武器射程范围内能 阻止子弹穿透，对于人体和财产提供防护 的多层玻璃组合体，具有防弹、防爆、防 盗的功能，
▪ PVB--聚乙烯醇缩丁醛树脂 ▪ Polyvinyl butyral resin
真应力
4 3 2
1
1——0.2吋分
应
变
2——0.8吋/分
速
率
3——1.13吋/分
增
大
4——1.28吋/分
真应变 应变速率对PMMA真应力应变曲线的影响
(4)屈服应力依赖于温度：温度升高，屈服应力 下降。在温度达到 Tg 时，屈服应力等于0
应力
－25℃ 0℃
25℃ 50℃ 65℃
80℃
温度对醋酸纤维素应力～应变曲线的影响
▪ 大多数塑料都能在加热时反复地塑化，称之为热 塑性塑料。另外有一些塑料，它们只能在第一次 加工时塑化，做成固定的形状。以后再把它加热 ，形状不再发生变化，这类塑料称为热固性塑料 。热固性塑料由于其内部高分子的交联结构使本 身的机械强度和耐热性都较热塑性塑料好。
4.4.1高聚物的力学性能
▪ 高聚物的模量和强度 ▪ 与金属材料相比，高聚物的模量和强度要低得多
▪ 尼龙的改性品种数量繁多，如增强尼龙， 单体浇铸尼龙（MC尼龙），尼龙与其他 聚合物共混物和合金等，满足不同特殊要 求，广泛用作金属，木材等传统材料代用 品，作为各种结构材料。
▪ 尼龙具有很高的机械强度，软化点高，耐 热，磨擦系数低，耐磨损，自润滑性，吸 震性和消音性，耐油，耐弱酸，耐碱和一 般溶剂，电绝缘性好，有自熄性，无毒， 无臭，耐候性好。
橡胶的分类
▪ 按原料来源:天然橡胶,合成橡胶 ▪ 按用途:通用橡胶,特种橡胶