工程材料10(高分子材料陶瓷材料及复合材料)PPT课件
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高分子材料和复合材料ppt课件
2 复合材料的性能： 具有_强__度__高__质__量__轻___耐__高__温__耐__腐__蚀_______等 优异性能;在综合性能上超过了单一材料
复合材料玻璃钢
玻璃钢冷却塔 玻璃钢游艇 玻璃钢产品在化工 石油 建筑 体育 国防 航空航天工业包括神 州五号载人飞船等高端技术领域发挥重要作用
三 橡胶
主要成分是聚异戊二 烯
天然橡胶 通 丁苯橡胶
橡
用 橡
顺丁橡胶
胶
胶 氯丁橡胶
合成橡胶 特 种 橡 胶
聚硫橡胶 硅橡胶
1;3丁二烯的加聚反应 nCH2=CH-CH=CH2催→化剂[ CH2-CH=CH-CH2 ]n
天然橡胶主要成 分的结构：
聚异戊二烯
想一想
根据天然橡胶
的
Байду номын сангаас
的结构特点;说说它的性质可能有哪些不足
聚合反应而成
黏胶纤维
醋酸纤维 涤纶 锦纶 睛纶 丙纶 维纶 氯纶
各种合成纤维制品
科学探究
灼烧情况
纯棉 布
容易燃烧;有烧纸的气味;灰烬用手一触即破碎
羊毛
接近火焰时先卷缩 有烧毛发的焦糊味 灰烬为黑色 膨胀易碎的颗粒
尼龙 布
接近火焰时迅速卷缩;燃烧缓慢;有特殊气味;趁热可以拉成丝; 灰烬为灰褐色玻璃球状;不易破碎
聚氯乙稀PVC
聚乙烯PE
聚丙烯PP
生产生活中的塑料
聚苯乙烯PS 脲醛塑料电玉
聚甲基丙烯酸甲酯PMMA 聚四氟乙烯PTFE
二 纤维
棉花 麻主要成分是纤维素
天然纤维
羊毛 蚕丝主要成分是蛋白质
纤
利用自然界里不能
维
人造纤维 纺织的纤维经过化 学处理和机械加工
复合材料玻璃钢
玻璃钢冷却塔 玻璃钢游艇 玻璃钢产品在化工 石油 建筑 体育 国防 航空航天工业包括神 州五号载人飞船等高端技术领域发挥重要作用
三 橡胶
主要成分是聚异戊二 烯
天然橡胶 通 丁苯橡胶
橡
用 橡
顺丁橡胶
胶
胶 氯丁橡胶
合成橡胶 特 种 橡 胶
聚硫橡胶 硅橡胶
1;3丁二烯的加聚反应 nCH2=CH-CH=CH2催→化剂[ CH2-CH=CH-CH2 ]n
天然橡胶主要成 分的结构：
聚异戊二烯
想一想
根据天然橡胶
的
Байду номын сангаас
的结构特点;说说它的性质可能有哪些不足
聚合反应而成
黏胶纤维
醋酸纤维 涤纶 锦纶 睛纶 丙纶 维纶 氯纶
各种合成纤维制品
科学探究
灼烧情况
纯棉 布
容易燃烧;有烧纸的气味;灰烬用手一触即破碎
羊毛
接近火焰时先卷缩 有烧毛发的焦糊味 灰烬为黑色 膨胀易碎的颗粒
尼龙 布
接近火焰时迅速卷缩;燃烧缓慢;有特殊气味;趁热可以拉成丝; 灰烬为灰褐色玻璃球状;不易破碎
聚氯乙稀PVC
聚乙烯PE
聚丙烯PP
生产生活中的塑料
聚苯乙烯PS 脲醛塑料电玉
聚甲基丙烯酸甲酯PMMA 聚四氟乙烯PTFE
二 纤维
棉花 麻主要成分是纤维素
天然纤维
羊毛 蚕丝主要成分是蛋白质
纤
利用自然界里不能
维
人造纤维 纺织的纤维经过化 学处理和机械加工
第09章_高分子材料、陶瓷材料与复合材料_chuan-文档资料
面盔
韧性
好
精密齿轮 绝缘材料
小
耐高低温 耐蚀性 电绝缘性优异 摩擦系数极 力学性能和加工工艺较差 俗称“塑料王” 抗老化 表面硬度低 易擦伤 耐
化工零件
透明 热性差 绝缘
弦窗
光学镜片
热 固 性 塑 料
酚醛塑料 PF 环氧塑料 EP
耐热性好
刚度高
性脆 耐热 耐蚀
电器开关 塑料模具
复合材料 量具 灌封电子元件等
机械工程材料
2.特种陶瓷 （1）氧化物陶瓷 （2）非氧化物陶瓷 3.现代陶瓷
（1）氮化硅陶瓷 （3）赛隆陶瓷(Sialon Ceramic) （5）陶瓷涂层 （ 2）氧化锆增韧陶瓷 （4）陶瓷基复合材料 （6）陶瓷薄膜
4.金属陶瓷
（1）碳化物基金属陶瓷(硬质合金) 2）氧化物基金属陶瓷
机械工程材料
塑料是以树脂为主要成分，加入各种添加剂。 树脂是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作 用。
机械工程材料
机械工程材料
塑料的组成
润滑剂
稳定剂
着色剂 增塑剂
树脂
塑 料
阻燃剂
填充剂
机械工程材料 • ⑶ 塑料的性能特点
• 塑料的优点：
• 相对密度小(一般为0.9
~2.3)；耐蚀性、电绝缘
性、减摩、耐磨性好；
机械工程材料 9.1 高分子材料
引例
日常生活所用保鲜袋成分有PE、PVC，家庭生活用开关、插座成分有 脲醛，电器外壳多为ABS,部分为PS.管材多为PVC.塑料杯子为PC或者PE, 可口可乐等瓶子是PET。工程用防火材料PTEE，防水材料使用的沥青， PVC卷材。
机械工程材料
基本概念： 高分子材料(聚合物） ——以相对分子量＞5000的高分子化合物为主要组成的材料.
第9章-陶瓷与高分子材料PPT课件
晶粒愈细，陶瓷的强度愈高。如刚玉（Al2O3）晶粒平均尺寸 为 193.7μm时，抗弯强度为75.2MPa，1.8μm时抗弯强度可 高达581MPa。
.
17
二、 玻璃相
玻璃相是一种非晶态固体，是陶瓷烧结时各组成相与杂质产生 一系列物理化学反应形成的液相在冷却凝固时形成的。一般是 SiO2。
玻璃相的作用
功能陶瓷也称为现代陶瓷或新型陶瓷。
.
2
传统陶瓷
.
3
.
4
.
5
传统陶瓷的制备
泥→揉泥→成型→修坯→. 晾坯→施釉→装窑烧制6
新型陶瓷
陶瓷零件
新型陶瓷制成的人造骨等
.
7
普通陶瓷的瓷化过程----烧成：1250-1450℃； 功能陶瓷的瓷化过程----烧结：组份熔点的2/3-4/5。
按成分 分类
热塑性高聚物：加热时可软化，冷却后又硬化成形， 且材料的基本结构和性能不改变。一 般烯类高聚物都属于此类；
热固性高聚物：受热时发生化学变化并固化成形，成 形后再受热不会软化变形。属于此类 的高聚物有酚醛树脂、环氧树脂等。
按高聚物的性能及用途分类
塑料、橡胶、合成纤维、粘结剂和涂料等。
.
44
2. 高分子化合物的命名
依习惯予以命名
对加聚反应物常在其单体的名称前加“聚”字，如
第一节 陶瓷材料的基本知识
陶瓷是以天然或人工合成的无机非金属物质为原料， 经过成型或高温烧结而成的固体材料和制品。
由于具有高硬度、高耐磨性、耐蚀性和绝缘性能及 特殊的电性能而得到广泛的应用。陶瓷材料、金属 材料和高分子材料统称为三大固体材料。
普通陶瓷（天然硅酸盐材料）
按原料分类
功能陶瓷（人工合成材料）
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二、 玻璃相
玻璃相是一种非晶态固体，是陶瓷烧结时各组成相与杂质产生 一系列物理化学反应形成的液相在冷却凝固时形成的。一般是 SiO2。
玻璃相的作用
功能陶瓷也称为现代陶瓷或新型陶瓷。
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2
传统陶瓷
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3
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5
传统陶瓷的制备
泥→揉泥→成型→修坯→. 晾坯→施釉→装窑烧制6
新型陶瓷
陶瓷零件
新型陶瓷制成的人造骨等
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普通陶瓷的瓷化过程----烧成：1250-1450℃； 功能陶瓷的瓷化过程----烧结：组份熔点的2/3-4/5。
按成分 分类
热塑性高聚物：加热时可软化，冷却后又硬化成形， 且材料的基本结构和性能不改变。一 般烯类高聚物都属于此类；
热固性高聚物：受热时发生化学变化并固化成形，成 形后再受热不会软化变形。属于此类 的高聚物有酚醛树脂、环氧树脂等。
按高聚物的性能及用途分类
塑料、橡胶、合成纤维、粘结剂和涂料等。
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2. 高分子化合物的命名
依习惯予以命名
对加聚反应物常在其单体的名称前加“聚”字，如
第一节 陶瓷材料的基本知识
陶瓷是以天然或人工合成的无机非金属物质为原料， 经过成型或高温烧结而成的固体材料和制品。
由于具有高硬度、高耐磨性、耐蚀性和绝缘性能及 特殊的电性能而得到广泛的应用。陶瓷材料、金属 材料和高分子材料统称为三大固体材料。
普通陶瓷（天然硅酸盐材料）
按原料分类
功能陶瓷（人工合成材料）
第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
图10-8四面体既可以孤立地在结构中存在，又可互成单链、双 链或层状连接，如图10-9所示。
图10-9 [SiO4]四面体连接模型 a) 单链 b) 双链 c) 层状
（二）玻璃相
玻璃相一般是指从熔融液态冷却时不进行结晶的非晶态固体。 陶瓷材料中，玻璃相的作用: 1.提高材料的致密度； 2.降低陶瓷的烧成温度，加快烧结过程； 3.阻止晶体相转变，抑制其长大； 4.获得一定程度的玻璃特性。
三、常用复合材料
（一）纤维增强复合材料 （二）粒子增强复合材料 （三）层叠复合材料
图10-1 大分子链形状示意图 a）线型 b）带支链 c）网型
（三）大分子链的构象——链的柔性
1．大分子链的运动 构象:大分子链总是处于不停的热运动之中，在热运动过程中， 大分子链的空间形象。 大分子主链是由成千上万原子经共价键连接而成，分子链在保持 共价键键长和键角不变的前提下进行自旋转，如图10-2所示。
六、常用高聚物材料——塑料
（一）塑料的组成
大多数塑料都是以各种合成树脂为基础，再加入一些用来改善使 用性能和工艺性能的添加剂而制成。
1．合成树脂 决定塑料性能和使用范围的主要组成物，起粘结其它组分的作用。 2．添加剂 常用的添加剂有：填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、固化剂、 着色剂等。
（二）塑料的分类
图10-2 分子链自旋转示意图
2．影响大分子链柔性的因素 （1）不同元素组成的大分子链内旋转特性不同。 （2）大分子链上带有其它原子团或支链时，链的柔性就差。
（四）大分子链的聚集状态——晶态与非晶态
（1）无定型结构，属非晶态结构（图10-3a） （2）折叠链结晶结构，属晶态结构（图10-3b） （3）伸直链结晶结构，属晶态结构（图10-3c）
复合材料概论精_第六章_陶瓷基复合材料ppt课件
• 延性（金属）颗粒：延性颗粒强化CMC的韧性 显著提高，但强度变化不明显，且高温性能下降。
• 高性能连续纤维：加入数量较多的高性能连续纤 维（如CF、SiC纤维）除韧性显著提高外，强 度和模量均有不同程度的提高。
表6-2 C纤维增韧Si3N4复合材料的性能
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7
表6-1 SiCw增韧氧化铝陶瓷性能
➢CMC的制备过程通常分为两个步骤： • 首先将增强材料掺入未固结的（或粉末
状的）基体材料中； • 使基体固结。
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13
6.3.1 连续纤维增强CMC成型工 艺
连续纤维增强CMC制备方法有料浆浸渍及 热压烧结法、化学气相沉积（CVD）法、直 接氧化沉积法、先驱体热解法等
1）料浆浸渍及热压烧结法：
晶须含量 弯曲强度
/vol% /MPa
0
250
10
500
20
550
30
600
维氏硬度HV /GPa 14.5 16.5 17.5 18.2
断裂韧性1K/2 IC /MPa·m 4.5 6 6.5 7
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8
表6-2 C纤维增韧Si3N4复合材料
的性能 材料
性能
Si3N4
C/Si3N4
密度
3.44
第六章 陶瓷基复合材料
• 现代陶瓷：具有耐高温、硬度高、耐磨 损、耐腐蚀及其相对密度低等优异的性 能。但它有致命的缺点即脆性。
• 陶瓷强韧化途径：颗粒弥散、纤维（晶 须）补强增韧、层状复合增韧、与金属 复合增韧及相变增韧。
• 陶瓷中加入适量的纤维（晶须）可明显 改善韧性，与高温合金相比密度低。
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• 优点：比常压烧结的烧结温度低，时间短， 致密度高；
高分子材料课件(专业)经典.ppt
②链节：
氯乙烯 苯乙烯
定义：构成高聚物的重复结构单元称为链节。
例：
氯乙烯链节
尼龙-66链节
③聚合度：高分子链节中的数目n。
演示课件
材料科学与工程学院
2、高聚物的分子量的多分散性和平均分子量：
①高聚物的分子量是M： M m n
m:链节分子量； n:聚合度 分子量不同，高聚物的性能和 物理状态不同。例：聚乙烯
柔顺性：大分子链构象变化而获得不同蜷曲程度的特性。
演示课件
材料科学与工程学院
ⅱ、柔顺性的好坏与链中单链的内旋转的难易程度有 关。运动的单元为链段，链段包含的链节数越少， 则运动越容易，大分子链的柔顺性越好。
ⅲ、大分子链的柔顺性是高聚物与低分子物质在许多 基本性能上差异的原因。例：高弹性。
演示课件
材料科学与工程学院
演示课件
材料科学与工程学院
特点： 官能团之间反应，缩聚物有特征结构官能团； 有低分子副产物； 缩聚物和单体分子量不成整数倍。
演示课件
材料科学与工程学院
四、高分子材料的分类
①按来源： ⅰ、天然聚合物：天然橡胶，纤维素，蛋白质等。 ⅱ、人造聚合物：经人工改性的天然聚合物。
例：硝酸纤维。 ⅲ、合成聚合物：完全由低分子人工合成。
特点：聚合物的结构单元与单体组成相同；
分子量是单体分子量的整数倍； 聚合过程无副产物生成。
演示课件
材料科学与工程学院
共聚物: 由两种或两种以上的单体经过加聚反应生
成的高分子化合物。
例：ABS塑料。A：丙烯脂 B：丁二烯 S：苯乙烯
n[xCH=CH+gCH2 =CH-CH=CH2 +zCH=CH2 ]
的主力军。
演示课件
工程材料课件 (Engineering Materials)
– 应变 (strain)：单位长度的伸长量，用试样的伸长量 除以试样的原始标距表示。
拉伸试验机
拉伸试验的颈缩现象
应力
应变
低碳钢的应力－应变曲线
弹性和刚度
– 弹性 (Elasticity)：金属材料受外力作用时产生变形, 当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。
– 弹性变形：随载荷撤除而消失的变形。
– 抗拉强度 b(Breaking strength)：试样在断裂前所能承受的最
大应力。
– 屈服强度和抗拉强度是零件设计的重要依据，也是评定金属 强度的重要指标之一。
塑性 (Plasticity)
– 在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
– 伸长率δ：是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。 – 断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积
高分子材料
– 又称聚合物，包括天然高分子材料（木材、棉、麻 等）和合成高分子材料（塑料，合成橡胶等）。其 主要组分高分子化合物是有许多结构相同的结构单 元相互连接而成。它具有较高的强度、良好的塑性、 较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。高 分子材料发明虽晚，但异军突起，因其物美价廉， 在工程材料中应用越来越广。
本课程的研究内容
– 主要研究机械工程上所用的结构材料，主要偏重于 金属材料。
– 研究金属材料的组织、结构及其与机械性能和工艺 性能之间的关系。
第一章 材料的性能(properties)
材料的力学性能(mechanical properties)
– 定义：指材料在不同环境（温度、介质）下，承受 各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、 交变应力等）时所表现出的力学特征。
多晶体示意图
多晶体示意图
拉伸试验机
拉伸试验的颈缩现象
应力
应变
低碳钢的应力－应变曲线
弹性和刚度
– 弹性 (Elasticity)：金属材料受外力作用时产生变形, 当外力去掉后能恢复到原来形状及尺寸的性能。
– 弹性变形：随载荷撤除而消失的变形。
– 抗拉强度 b(Breaking strength)：试样在断裂前所能承受的最
大应力。
– 屈服强度和抗拉强度是零件设计的重要依据，也是评定金属 强度的重要指标之一。
塑性 (Plasticity)
– 在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏的能力。
– 伸长率δ：是指试样拉断后的标距伸长量与原始标距之比。 – 断面收缩率ψ：试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积
高分子材料
– 又称聚合物，包括天然高分子材料（木材、棉、麻 等）和合成高分子材料（塑料，合成橡胶等）。其 主要组分高分子化合物是有许多结构相同的结构单 元相互连接而成。它具有较高的强度、良好的塑性、 较强的耐腐蚀性、绝缘性和低密度等优良性能。高 分子材料发明虽晚，但异军突起，因其物美价廉， 在工程材料中应用越来越广。
本课程的研究内容
– 主要研究机械工程上所用的结构材料，主要偏重于 金属材料。
– 研究金属材料的组织、结构及其与机械性能和工艺 性能之间的关系。
第一章 材料的性能(properties)
材料的力学性能(mechanical properties)
– 定义：指材料在不同环境（温度、介质）下，承受 各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、 交变应力等）时所表现出的力学特征。
多晶体示意图
多晶体示意图
工程材料_9 高分子材料、陶瓷材料与复合材料
选用塑料水杯时，最好用5PP水杯。
选用奶瓶，尽量不要选用塑料奶瓶，若坚持 选购，最好是5号PP奶瓶。
3
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），1937，有机玻璃
u 透明，强度高，耐磨性低，容易老化。 u 常用作要求透明的零件，如飞机挡风罩、显示屏、手表镜 面、装饰品等。
31
4
聚四氟乙烯，PTFE
u 耐低温、耐腐蚀、耐高温、电绝缘性，化学稳定性超过玻璃、 陶瓷、不锈钢和金。有“塑料王”之称。 u 但力学性能和加工性能较差。 u 主要用作特殊性能要求的零件和设备，如化工机械中的各种 耐腐蚀部件，冷冻工业中储藏液态气体的低温设备，耐磨零件、 密封环等。
2.1 碳纤维增强塑料
碳纤维硬壳式结构76自行车
2.2 碳纤维增强陶瓷
制造人造卫星、导弹和 火箭的外壳（耐蚀层）。
77
保鲜膜不 进微波炉
23
塑料瓶底的秘密
5：PP 聚丙烯
24
塑料瓶底的秘密
熔点高达167℃，是唯一可以放进微波炉的塑 料盒，可在小心清洁后重复使用。
塑料瓶底的秘密
6：PS 聚苯乙烯
塑料瓶底的秘密
不能放进微波炉，以免因温度过高释放有害 物质，装酸（柳橙汁）、碱性物质后，会释 放出致癌物质。
u 避免用快餐盒打包滚烫食物。 u 不要用微波炉煮方便面。
纤维素
DNA
蛋白质
被高分子包围的生活
8
9
9.1.1 分类：
按材料来源
天然高分子 合成高分子
羊毛、蚕丝、淀粉、天然橡胶等 塑料、合成橡胶、合成纤维等
加聚物 按聚合类型
缩聚物
10
9.1.1 分类：
按聚合热行为
热塑性 热固性
11
选用奶瓶，尽量不要选用塑料奶瓶，若坚持 选购，最好是5号PP奶瓶。
3
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），1937，有机玻璃
u 透明，强度高，耐磨性低，容易老化。 u 常用作要求透明的零件，如飞机挡风罩、显示屏、手表镜 面、装饰品等。
31
4
聚四氟乙烯，PTFE
u 耐低温、耐腐蚀、耐高温、电绝缘性，化学稳定性超过玻璃、 陶瓷、不锈钢和金。有“塑料王”之称。 u 但力学性能和加工性能较差。 u 主要用作特殊性能要求的零件和设备，如化工机械中的各种 耐腐蚀部件，冷冻工业中储藏液态气体的低温设备，耐磨零件、 密封环等。
2.1 碳纤维增强塑料
碳纤维硬壳式结构76自行车
2.2 碳纤维增强陶瓷
制造人造卫星、导弹和 火箭的外壳（耐蚀层）。
77
保鲜膜不 进微波炉
23
塑料瓶底的秘密
5：PP 聚丙烯
24
塑料瓶底的秘密
熔点高达167℃，是唯一可以放进微波炉的塑 料盒，可在小心清洁后重复使用。
塑料瓶底的秘密
6：PS 聚苯乙烯
塑料瓶底的秘密
不能放进微波炉，以免因温度过高释放有害 物质，装酸（柳橙汁）、碱性物质后，会释 放出致癌物质。
u 避免用快餐盒打包滚烫食物。 u 不要用微波炉煮方便面。
纤维素
DNA
蛋白质
被高分子包围的生活
8
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9.1.1 分类：
按材料来源
天然高分子 合成高分子
羊毛、蚕丝、淀粉、天然橡胶等 塑料、合成橡胶、合成纤维等
加聚物 按聚合类型
缩聚物
10
9.1.1 分类：
按聚合热行为
热塑性 热固性
11
高分子材料教学课件PPT
• 氢键是与电负性较强的原子相结合的氢原子(如X—H)同时与另 一个电负性较强的原子(如Y)之间的相互作用，即(X—H…Y)．这 些电负性铰强的原子一般是氮、氧或卤素原子．一般认为在氢键 中，X—H基本上是共价键，而H…Y则是一种强而有方向性的范 德华力．这里把氢键归入范德华力是因为氢键本质上是带有部分 负电荷的Y与电偶极矩很大的极性键X—H间的静电吸引相互作用.
5
聚合物分子内与分子间相互作用力
• 物质的结构是指物质的组成单元(原于或分子)之间在相互吸引和排斥作用
达到平衡时的空间诽布．因此为了认识高聚物的结构，首先应了解存在于高聚 物分子内和分子间的相互作用．
• 化学键
构成分子的原子间的作用力有吸引力和斥力，吸引力是原子形成分于的结合力， 叫作主价力，或称键合力．斥力是各原子的电子之间的相互排斥力．当吸引力 和斥力达到平衡时，便形成稳定的化学键．
• 金属键 是由金属原子的价电子和金属离子晶格之间的相互 作用而形成的，无方向性和饱和性，赋予高导电性．在所谓的 “金属螯合高聚”(metallocene po1ymer)中可以说存在金属 键．
2024/6/20
7
• 范德华力
作用能: 2~8kJ/mol
是存在于分子间或分子内非键合原于间的相互作用力．两分子间的 范德华力F(r)及相互作用能E(r)是分子之间距离r的函数如图所示.
2024/6/20
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重要高分子材料
合成树脂和塑料: 填充增强增韧,降低成本. 教 材P332表7.4
➢ 通用塑料: 应用广, 产量大, 价格廉的塑料. 如聚烯烃: PE, PP, PS等; PVC; 酚醛, 环氧, 聚酯, 尿醛等.
➢ 工程塑料: 综合性能好, 可代替金属作工程材料, 制 造机器零部件的塑料. 最重要的有:
第七章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
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§ 7.1 高分子材料
因此通过改变分子链的组成，可形成多种性能不同的高聚物材料。 因此通过改变分子链的组成，可形成多种性能不同的高聚物材料。 2.大分子链的形状 大分子链的形状 大分子链的几何形状有线型、支化型和网型 体型或交联型 体型或交联型)。 大分子链的几何形状有线型、支化型和网型(体型或交联型 。 线型分子链各链节以共价键连接成线型长链，像一根长线， 线型分子链各链节以共价键连接成线型长链，像一根长线，通常 卷曲成不规则的线圈状态或团状。如图7-1(a)所示。支化型分 所示。 卷曲成不规则的线圈状态或团状。如图 所示 子链在线型大分子主链的两侧有许多长短不一的小支链如图 子链在线型大分子主链的两侧有许多长短不一的小支链如图71(b)所示。网型分子链的大分子链之间通过支链或化学键连接 所示。 所示 成一个三维空间的网状大分子。 所示。 成一个三维空间的网状大分子。如图7-1(c)所示。 所示 具有线型和支化型分子链结构的聚合物称为线型聚合物， 具有线型和支化型分子链结构的聚合物称为线型聚合物，这 类聚合物具有较高的弹性和热塑性，可重复使用。 类聚合物具有较高的弹性和热塑性，可重复使用。
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§ 7.1 高分子材料
2.缩合聚合 缩合聚合 由含有两种或两种以上官能团(可以发生化学反应的原子团， 由含有两种或两种以上官能团 可以发生化学反应的原子团， 可以发生化学反应的原子团 如羚基-OH,竣基 竣基-COOH,氨基 氨基-NH2等)的单体相互综合聚合而 如羚基 竣基 氨基 等 的单体相互综合聚合而 形成高聚物的反应称为缩聚反应，其产物称为缩聚物。 形成高聚物的反应称为缩聚反应，其产物称为缩聚物。缩聚物的 化学组成与所用单体均不相同。在缩聚反应过程中，有水、氨、 化学组成与所用单体均不相同。在缩聚反应过程中，有水、 醇、氯化氢等小分子物质生成。缩聚反应可停留在中间而得到中 氯化氢等小分子物质生成。 间产品 若缩聚反应的单体为一种，反应称为均缩聚反应， 若缩聚反应的单体为一种，反应称为均缩聚反应，产物称均 缩聚物，如氨基己酸进行缩聚反应生成的聚酞胺 尼龙 尼龙6) 。 缩聚物，如氨基己酸进行缩聚反应生成的聚酞胺6(尼龙
§ 7.1 高分子材料
因此通过改变分子链的组成，可形成多种性能不同的高聚物材料。 因此通过改变分子链的组成，可形成多种性能不同的高聚物材料。 2.大分子链的形状 大分子链的形状 大分子链的几何形状有线型、支化型和网型 体型或交联型 体型或交联型)。 大分子链的几何形状有线型、支化型和网型(体型或交联型 。 线型分子链各链节以共价键连接成线型长链，像一根长线， 线型分子链各链节以共价键连接成线型长链，像一根长线，通常 卷曲成不规则的线圈状态或团状。如图7-1(a)所示。支化型分 所示。 卷曲成不规则的线圈状态或团状。如图 所示 子链在线型大分子主链的两侧有许多长短不一的小支链如图 子链在线型大分子主链的两侧有许多长短不一的小支链如图71(b)所示。网型分子链的大分子链之间通过支链或化学键连接 所示。 所示 成一个三维空间的网状大分子。 所示。 成一个三维空间的网状大分子。如图7-1(c)所示。 所示 具有线型和支化型分子链结构的聚合物称为线型聚合物， 具有线型和支化型分子链结构的聚合物称为线型聚合物，这 类聚合物具有较高的弹性和热塑性，可重复使用。 类聚合物具有较高的弹性和热塑性，可重复使用。
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§ 7.1 高分子材料
2.缩合聚合 缩合聚合 由含有两种或两种以上官能团(可以发生化学反应的原子团， 由含有两种或两种以上官能团 可以发生化学反应的原子团， 可以发生化学反应的原子团 如羚基-OH,竣基 竣基-COOH,氨基 氨基-NH2等)的单体相互综合聚合而 如羚基 竣基 氨基 等 的单体相互综合聚合而 形成高聚物的反应称为缩聚反应，其产物称为缩聚物。 形成高聚物的反应称为缩聚反应，其产物称为缩聚物。缩聚物的 化学组成与所用单体均不相同。在缩聚反应过程中，有水、氨、 化学组成与所用单体均不相同。在缩聚反应过程中，有水、 醇、氯化氢等小分子物质生成。缩聚反应可停留在中间而得到中 氯化氢等小分子物质生成。 间产品 若缩聚反应的单体为一种，反应称为均缩聚反应， 若缩聚反应的单体为一种，反应称为均缩聚反应，产物称均 缩聚物，如氨基己酸进行缩聚反应生成的聚酞胺 尼龙 尼龙6) 。 缩聚物，如氨基己酸进行缩聚反应生成的聚酞胺6(尼龙
高一化学高分子材料和复合材料PPT优秀课件
人工膝关节
人工心脏瓣膜
人造关节
医用高分子材料
人造心脏 硅橡胶 聚氨酯橡胶
人造血管 聚对二甲酸乙二酯
人造气管 聚乙烯 有机硅橡胶
人造肾
醋酸纤维素 聚酯纤维
人造鼻
聚乙烯 有机硅橡胶
人造骨.关节 聚甲基丙烯酸甲酯
人造肌肉 硅橡胶和涤 织物
人造皮肤 硅橡胶 聚多肽
人造角膜.肝脏,人工红血球,人工血浆
• 1.复合材料的优点是( ) ①强度高 ②质量轻 ③耐高温 ④耐腐蚀 A.仅①④ B.仅②③ C.除③外 D.全部
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采 用 那 些
官 病 变
坏 死
问 题 二
:
,, ?
方现 人
法代 体
治医 的
疗学 一
主种
要器
（2）医用高分子材料，具有优异的生物相容 性，较少受到排斥，可以满足人工器官对 材料的苛刻要求，如：人工心脏、人工关 节、人造鼻等，下面的图中给出了一些有 关人工器官的图片。
医用高分子 材料
Hale Waihona Puke 人造心脏人工肾脏膜分离的工业应用
金属工艺 纺织.制革 造纸 食品.生化 化学工业 医药及保健 水处理 国防
金属回收,污染控制 余热回收,药剂回收,污染控制 代替蒸馏,纤维回收,污染控制 净化,浓缩,消毒,副产品回收 有机物除去,回收,药剂回收 人造器官,血液分离,消毒,水净化 海水.苦咸水净化,废水处理 淡水供应,医院污水净化
做人工器官要考虑的主要问题:
• 1).相容性,亲和性
2).排异性 3). 机械性
尿不湿
液晶显示器
问题三:飞机在空中飞行时很容易
《工程材料》课件
2 材料工程
将工程材料应用于设计、制造和维护。
工程材料的教育及培训机制
大学教育
为学生提供工程材料相关专业的本科和研究生课程。
行业培训
为从业人员提供继续教育和专业培训机会。
工程材料的国际标准和贸易机制
1
贸易机制
2
国际贸易和合作促进工程材料的交流和共享。
国际标准
制定用于评估和比较材料性能的标准。
工程材料企业的管理模式和实践
管理模式
采用现代管理理念和技术，提高企业效率和竞争力。
实践
推行精益生产、质量管理和创新实践等方法。
工程材料相关学科和研究领域
1 材料科学
研究工程材料的性能、制备和改性等方面。
描述材料抵抗断裂的能力， 具有很高的韧性的材料能承 受冲击。
工程材料的加工与制造过程
1
材料选择根据特定需求选择合来自的工程材料。2加工方法
采用锻造、模压或注塑等技术将材料塑造成所需形状。
3
制造过程
通过组装、焊接或粘接等方式将部件制造成成品。
工程材料的表面处理和涂装
表面处理
如喷涂、镀铬等方法，用于增加表面硬度和耐腐蚀性。
高分子材料
具有轻质、柔韧和耐磨损等特点，广泛应用于塑料 和橡胶制品。
陶瓷材料
具有耐高温、耐腐蚀等特性，常用于航空航天和化 工领域。
复合材料
由两种或更多类型的材料组合而成，具有多种优点， 例如高强度和轻质。
工程材料的性质
1 强度
2 硬度
3 韧性
衡量材料抵抗变形和断裂的 能力。
表征材料耐划伤和穿刺的能 力。
制造业
工程材料用于制造机械零件、工具和设备。
软件在工程材料中的应用
将工程材料应用于设计、制造和维护。
工程材料的教育及培训机制
大学教育
为学生提供工程材料相关专业的本科和研究生课程。
行业培训
为从业人员提供继续教育和专业培训机会。
工程材料的国际标准和贸易机制
1
贸易机制
2
国际贸易和合作促进工程材料的交流和共享。
国际标准
制定用于评估和比较材料性能的标准。
工程材料企业的管理模式和实践
管理模式
采用现代管理理念和技术，提高企业效率和竞争力。
实践
推行精益生产、质量管理和创新实践等方法。
工程材料相关学科和研究领域
1 材料科学
研究工程材料的性能、制备和改性等方面。
描述材料抵抗断裂的能力， 具有很高的韧性的材料能承 受冲击。
工程材料的加工与制造过程
1
材料选择根据特定需求选择合来自的工程材料。2加工方法
采用锻造、模压或注塑等技术将材料塑造成所需形状。
3
制造过程
通过组装、焊接或粘接等方式将部件制造成成品。
工程材料的表面处理和涂装
表面处理
如喷涂、镀铬等方法，用于增加表面硬度和耐腐蚀性。
高分子材料
具有轻质、柔韧和耐磨损等特点，广泛应用于塑料 和橡胶制品。
陶瓷材料
具有耐高温、耐腐蚀等特性，常用于航空航天和化 工领域。
复合材料
由两种或更多类型的材料组合而成，具有多种优点， 例如高强度和轻质。
工程材料的性质
1 强度
2 硬度
3 韧性
衡量材料抵抗变形和断裂的 能力。
表征材料耐划伤和穿刺的能 力。
制造业
工程材料用于制造机械零件、工具和设备。
软件在工程材料中的应用
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（2）高分子链的结构：高分子链中 原子或者原子团在空间的排列形式。
（3）高分子链的运动：单键内旋转
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
4、高分子化合物（高聚物）的聚集状态和物理状态
（1）高聚物的结合力 高分子链上各原子之间是共价键结合，为主价力； 高分子链之间是相互作用力范特瓦儿力和氢键。
应用：在机械行业中应用广泛，如轴承、涡轮、齿轮、凸 轮、导板等（应用温度T<1000C）
2）ABS塑料
基体：丙烯腈A-丁二烯B-苯乙烯S三种单体共聚而 成的聚合体
性能：高强度和高硬度，耐油和耐蚀，“质坚、性 韧、刚性大”。
应用：各种电器的外壳，汽车方向盘、仪表盘，飞 机舱内装饰板、窗框、隔音板。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 3）氟塑料：聚四氟乙烯(F－4），聚三氟乙烯，聚全
4）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）（代号为PMMA） 性能特点：透光率高，高强度、韧性 ，不易破碎， 耐紫外线和大气老化，易成型加工。 应用：飞机座舱盖，仪表外壳，光学镜片等。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
5）热固性塑料
木粉、纸、玻璃
布、石棉等。
酚醛塑料（以非晶态酚醛树脂为基体）＋ 填料
氟乙丙烯。
性能：极优越的化学稳定性，良好的热稳定性；良 好的绝缘性，摩擦系数小，有自润滑性，不 易老化。
缺点：在390C以上分解放出有毒气体，强度较低， 加工成型性较差。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 应用：
主要用于制造减磨密封零件、密封圈、垫圈 等；化工工 业中耐腐蚀零件、管道、内衬材 料、过滤器，盛放氢氟酸 容器；电工中的绝缘材料；医疗中的代用血管、人工心肺等。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 • 高分子链形态与高分子化合物的性能 线型、支化型分子链构成的聚合物称为线性聚合物，一般具有 高弹性和热塑性； 体型分子链构成的聚合物称为体型聚合物，具有较高的强度和 热固性。 体型（交联）使聚合物产生老化， 使聚合物丧失弹性，变硬变脆。
室温下处于玻璃态的高聚物称为塑料。 室温下处于高弹态的高聚物称为橡胶。 室温下处于粘流态的高聚物称为流动树脂。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
二 高分子材料的性能（综合）
1、力学性能： 低强度，比强度较高（和一些金属材料相当） 低弹性模量，高弹性； 高耐磨性；（摩擦系数低自润滑性）
性能特点：有一定的机械强度，耐热性好；具有较
高的耐腐蚀性、耐磨性、良好的绝缘
性。脆性大，易碎，阳光下易变色，多
是黑色、墨绿色。
应用：电器开关、插头等绝缘器件；机械行业中的齿
轮、凸轮、手柄等，化工中的耐酸泵。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 •热塑性和热固性塑料的特点
热塑性塑料 树脂：聚合树脂，线型高分子链。 加热融化、冷却硬化，可反复进行； 可以循环使用。
稳定剂等） （2）分类： 按应用范围分类：通用塑料和工程塑料 按塑料按树脂性质分：热塑性塑料； 热固性塑料； （3）工程塑料 1） 聚酰胺：商品名称为尼龙或锦纶(代号：PA)，
树脂：以线性晶态聚酰胺为基体
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 特点：强度高、韧性好，摩擦系数低，有自润滑性。
• 生产过程：生胶的熔炼、胶料的混炼、压延、压出、
制品的硫化。
•工业中常用的橡胶 (1)天然橡胶（NR） 胶乳 →片状生胶 → 硫化 → 橡胶制品 ；
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
2、物理化学性能 高绝缘性； 高热膨胀性； 高化学稳定性； 低耐热性； 低导热性。
Байду номын сангаас
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 3、高分子材料老化
老化的根本原因：高分子链的交联和裂解。 性能恶化的表现：失去弹性、出现龟裂、变应、变 软、变粘、变色等；
4、降解困难，对环境不友好。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 三、常用的高分子材料 1、塑料：以合成树脂为主要成分的合成材料。 （1）成分： 合成树脂 + 添加剂 （填充剂、增塑剂、
（2）高聚物的聚集态 高分子化合物中大分子的排列和堆砌方式称为 高聚物的聚集态。
高分子链规则排列：晶态 高分子链不规则排列：非晶态 部分高分子链规则排列：部分晶态
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 ⑶高聚物的物理状态(以线型无定形高聚物为例) 在不同的温度下有三种物理状态： 1）玻璃态：T < Tg
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
第一节 高分子材料
了解高分子材料的含义及合成方法 了解高分子链与高分子材料的性能的关系 熟悉高分子材料的性能特点 熟悉高分子材料的分类及其典型应用
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
一、高分子材料的定义、合成与结构
1、高分子材料：以相对分子质量大于5000的高分子化
合物为主要组成的材料。
2、高分子化合物的合成：
加成聚合（加聚） 缩和聚合（缩聚）
低分子化合物 → 大分子链 → 高分子化合物→高 分子材料
3、高分子链对性能的影响
（1）高分子链形态（按几何形态分） ①线型分子链
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 ②支化型分子链
③体型（网型、交联型）
热固性塑料 树脂：缩聚树脂，体型高分子链； 加热发生化学反应，固化为坚硬制品； 不溶解，加热时不再融化，不能循环使用。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
2、橡胶 •主要组分：生胶＋配合剂＋增强材料
分类
按原料来源分类：天然橡胶和合成橡胶
按应用范围分类：通用橡胶和特种橡胶（界限并不严 格）
温度低，分子热运动能力很弱，高分子链处于“冻 结”状态。受力后弹性变形小，力学性能好。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 2）高弹态：Ｔｇ＜Ｔ＜Ｔｆ
温度较高，高分子链段动运动；受力后产生较大的弹性变形。 3）粘流态：T>Tf
高分子链段、整个分子链都运动。稍加外力就产生明显的塑 性变形。
（3）高分子链的运动：单键内旋转
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
4、高分子化合物（高聚物）的聚集状态和物理状态
（1）高聚物的结合力 高分子链上各原子之间是共价键结合，为主价力； 高分子链之间是相互作用力范特瓦儿力和氢键。
应用：在机械行业中应用广泛，如轴承、涡轮、齿轮、凸 轮、导板等（应用温度T<1000C）
2）ABS塑料
基体：丙烯腈A-丁二烯B-苯乙烯S三种单体共聚而 成的聚合体
性能：高强度和高硬度，耐油和耐蚀，“质坚、性 韧、刚性大”。
应用：各种电器的外壳，汽车方向盘、仪表盘，飞 机舱内装饰板、窗框、隔音板。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 3）氟塑料：聚四氟乙烯(F－4），聚三氟乙烯，聚全
4）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）（代号为PMMA） 性能特点：透光率高，高强度、韧性 ，不易破碎， 耐紫外线和大气老化，易成型加工。 应用：飞机座舱盖，仪表外壳，光学镜片等。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
5）热固性塑料
木粉、纸、玻璃
布、石棉等。
酚醛塑料（以非晶态酚醛树脂为基体）＋ 填料
氟乙丙烯。
性能：极优越的化学稳定性，良好的热稳定性；良 好的绝缘性，摩擦系数小，有自润滑性，不 易老化。
缺点：在390C以上分解放出有毒气体，强度较低， 加工成型性较差。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 应用：
主要用于制造减磨密封零件、密封圈、垫圈 等；化工工 业中耐腐蚀零件、管道、内衬材 料、过滤器，盛放氢氟酸 容器；电工中的绝缘材料；医疗中的代用血管、人工心肺等。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 • 高分子链形态与高分子化合物的性能 线型、支化型分子链构成的聚合物称为线性聚合物，一般具有 高弹性和热塑性； 体型分子链构成的聚合物称为体型聚合物，具有较高的强度和 热固性。 体型（交联）使聚合物产生老化， 使聚合物丧失弹性，变硬变脆。
室温下处于玻璃态的高聚物称为塑料。 室温下处于高弹态的高聚物称为橡胶。 室温下处于粘流态的高聚物称为流动树脂。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
二 高分子材料的性能（综合）
1、力学性能： 低强度，比强度较高（和一些金属材料相当） 低弹性模量，高弹性； 高耐磨性；（摩擦系数低自润滑性）
性能特点：有一定的机械强度，耐热性好；具有较
高的耐腐蚀性、耐磨性、良好的绝缘
性。脆性大，易碎，阳光下易变色，多
是黑色、墨绿色。
应用：电器开关、插头等绝缘器件；机械行业中的齿
轮、凸轮、手柄等，化工中的耐酸泵。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 •热塑性和热固性塑料的特点
热塑性塑料 树脂：聚合树脂，线型高分子链。 加热融化、冷却硬化，可反复进行； 可以循环使用。
稳定剂等） （2）分类： 按应用范围分类：通用塑料和工程塑料 按塑料按树脂性质分：热塑性塑料； 热固性塑料； （3）工程塑料 1） 聚酰胺：商品名称为尼龙或锦纶(代号：PA)，
树脂：以线性晶态聚酰胺为基体
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 特点：强度高、韧性好，摩擦系数低，有自润滑性。
• 生产过程：生胶的熔炼、胶料的混炼、压延、压出、
制品的硫化。
•工业中常用的橡胶 (1)天然橡胶（NR） 胶乳 →片状生胶 → 硫化 → 橡胶制品 ；
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
2、物理化学性能 高绝缘性； 高热膨胀性； 高化学稳定性； 低耐热性； 低导热性。
Байду номын сангаас
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 3、高分子材料老化
老化的根本原因：高分子链的交联和裂解。 性能恶化的表现：失去弹性、出现龟裂、变应、变 软、变粘、变色等；
4、降解困难，对环境不友好。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 三、常用的高分子材料 1、塑料：以合成树脂为主要成分的合成材料。 （1）成分： 合成树脂 + 添加剂 （填充剂、增塑剂、
（2）高聚物的聚集态 高分子化合物中大分子的排列和堆砌方式称为 高聚物的聚集态。
高分子链规则排列：晶态 高分子链不规则排列：非晶态 部分高分子链规则排列：部分晶态
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 ⑶高聚物的物理状态(以线型无定形高聚物为例) 在不同的温度下有三种物理状态： 1）玻璃态：T < Tg
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
第一节 高分子材料
了解高分子材料的含义及合成方法 了解高分子链与高分子材料的性能的关系 熟悉高分子材料的性能特点 熟悉高分子材料的分类及其典型应用
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
一、高分子材料的定义、合成与结构
1、高分子材料：以相对分子质量大于5000的高分子化
合物为主要组成的材料。
2、高分子化合物的合成：
加成聚合（加聚） 缩和聚合（缩聚）
低分子化合物 → 大分子链 → 高分子化合物→高 分子材料
3、高分子链对性能的影响
（1）高分子链形态（按几何形态分） ①线型分子链
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 ②支化型分子链
③体型（网型、交联型）
热固性塑料 树脂：缩聚树脂，体型高分子链； 加热发生化学反应，固化为坚硬制品； 不溶解，加热时不再融化，不能循环使用。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料
2、橡胶 •主要组分：生胶＋配合剂＋增强材料
分类
按原料来源分类：天然橡胶和合成橡胶
按应用范围分类：通用橡胶和特种橡胶（界限并不严 格）
温度低，分子热运动能力很弱，高分子链处于“冻 结”状态。受力后弹性变形小，力学性能好。
《工程材料及应用》 第十章 高分子材料、陶瓷材料及复合材料 2）高弹态：Ｔｇ＜Ｔ＜Ｔｆ
温度较高，高分子链段动运动；受力后产生较大的弹性变形。 3）粘流态：T>Tf
高分子链段、整个分子链都运动。稍加外力就产生明显的塑 性变形。