材料工程基礎(chǔ)課件

第一節(jié)結(jié)構(gòu)陶瓷第二節(jié)功能陶瓷第三節(jié)陶瓷耐火材料第四節(jié)玻璃

典型的陶瓷材料第一節(jié)結(jié)構(gòu)陶瓷

陶瓷的分類氧化物陶瓷（Al2O3、ZrO2、MgO等）碳化物陶瓷（SiC、B4C、WC等）氮化物陶瓷（Si3N4、TiN、BN等）新型碳化物陶瓷（C3N4等）硼化物陶瓷（TiB2、ZrB2等）複合陶瓷（3Al2O3·2SiO2(莫來石)

等）按成分分類普通陶瓷（矽酸鹽材料）特種陶瓷（人工合成材料）按原料分類結(jié)構(gòu)陶瓷功能陶瓷陶瓷耐火材料玻璃按用途分類

晶體結(jié)構(gòu)

氧化鋁有十多種同素異構(gòu)體，但常見的主要有三種：α-Al2O3、β-Al2O3

、γ-Al2O3。

γ-Al2O3屬於尖晶石型（立方）結(jié)構(gòu)，高溫時不穩(wěn)定，在1600℃轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3。α-Al2O3屬於六方系，穩(wěn)定性好，在熔點2050℃之前不發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。

氧化鋁陶瓷Al2O3＋少量SiO2。根據(jù)Al2O3含量可分為剛玉-莫來瓷（75瓷，wAl2O3=75%）和剛玉瓷（95瓷，99瓷）。

製備方法：原料煆燒配料球磨成形燒結(jié)

性能與應(yīng)用：1）高強度、高溫穩(wěn)定性：裝飾瓷，噴嘴、火箭、導(dǎo)彈的導(dǎo)流罩；2）高硬度、高耐磨性：切削工具，模具，磨料，軸承，人造寶石；3）低的介電損耗、高電阻率、高絕緣性：火花塞，電路基板，管座；

4）熔點高、抗腐蝕：耐火材料，坩堝，爐管，熱電偶保護套等；

5）離子導(dǎo)電性：太陽能電池材料和蓄電池材料等。

6）生物相容性：還可用於製作人工骨骼和人造關(guān)節(jié)等。

晶體結(jié)構(gòu)

氧化鋯陶瓷m-ZrO2：單斜晶系（＜1170℃）t-ZrO2：四方晶系（1170～2370℃）c-ZrO2：立方晶系（2370～2715℃）

備註：氧化鋯熔點為2715℃。

性能與應(yīng)用1）熱導(dǎo)率小，化學穩(wěn)定性好、耐腐蝕性高：可用於高溫絕緣材料、耐火材料，如熔煉鉑和銠等金屬的坩堝、噴嘴、閥心、密封器件等：2）硬度高，耐磨性好：可用於製造切削刀具、模具、剪刀、高爾夫球棍頭等。3）具有敏感特性：可做氣敏元件，還可作為高溫燃料電池固體電解隔膜、鋼液測氧探頭等。

碳化矽陶瓷

以SiC為主要成分的陶瓷。具有很高的高溫強度，在1400℃時抗彎強度仍保持在500～600MPa，工作溫度可達1700℃；有很好的熱穩(wěn)定性、抗蠕變性、耐磨性、耐蝕性，良好的導(dǎo)熱性、耐輻射性。製作火箭尾噴管噴嘴、澆注金屬的澆道口、軸承、軸套、密封閥片、軋鋼用導(dǎo)輪、內(nèi)燃機器件、熱電偶保護套管、爐管、核燃料包封材料等。

氮化矽陶瓷

以Si3N4為主要成分的陶瓷。氮化矽陶瓷具有很高的硬度，摩擦係數(shù)小，耐磨性好，抗熱振性大大高於其他陶瓷。它具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，能耐除氫氟酸、氫氧化鈉外的其他酸和鹼性溶液的腐蝕，以及抗熔融金屬的侵蝕。它還具有優(yōu)良的絕緣性能。用於製造切削刀具、高溫軸承、泵密封環(huán)、熱電偶保護套、缸套、活塞頂、電磁泵管道和閥門等。第二節(jié)功能陶瓷

鐵電陶瓷

有些陶瓷的晶粒排列是不規(guī)則的，但在外電場作用下，不同取向的電疇開始轉(zhuǎn)向電場方向，材料出現(xiàn)自發(fā)極化，在電場方向呈顯一定電場強度，這類陶瓷稱為鐵電陶瓷，廣泛應(yīng)用的鐵電材料有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯酸鋁等。鐵電陶瓷應(yīng)用最多的是鐵電陶瓷電容器，還可用於製造壓電元件、熱釋電元件、電光元件、電熱器件等。

壓電陶瓷

鐵電陶瓷在外加電場作用下出現(xiàn)宏觀的壓電效應(yīng)，稱為壓電陶瓷。目前所用的壓電陶瓷主要有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯酸鋁、鋯鈦酸鉛等。壓電陶瓷在工業(yè)、國防及日常生活中應(yīng)用十分廣泛。如壓電換能器、壓電馬達、壓電變壓器、電聲轉(zhuǎn)換器件等。利用壓電效應(yīng)將機械能轉(zhuǎn)換為電能或把電能轉(zhuǎn)換為機械能的元件稱為換能器。

氧化鋯固體電解質(zhì)陶瓷ZrO2中加入CaO、Y2O3等後，提供了氧離子擴散的通道，所以為氧離子導(dǎo)體。氧化鋯固體電解質(zhì)陶瓷主要用於氧敏感測器和高溫燃料電池的固體電解質(zhì)。

生物陶瓷

氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷與生物肌體有較好的相容性，耐腐蝕性和耐磨性能都較好，因此常用於生物體中承受載荷部位的矯形整修，如人造骨骼等。

導(dǎo)電性介於導(dǎo)電和絕緣介質(zhì)之間的陶瓷材料。主要有鈦酸鋇陶瓷，具有正電阻溫度係數(shù)，應(yīng)用非常廣泛。如用於電動機、收錄機、電腦、影印機、變壓器、烘乾機、暖風機、電烙鐵、彩電消磁、燃料的發(fā)熱體、阻風門、化油器、功率計、線路溫度補償?shù)取?/p>

半導(dǎo)體陶瓷第三節(jié)陶瓷耐火材料

陶瓷耐火材料的重要性能指標是：低溫強度、高溫強度、體密度、孔隙率等。酸性耐火材料（以SiO2、Al2O3為主）鹼性耐火材料（如MgO、CaO等）

分類第四節(jié)玻璃主要原料反應(yīng)條件玻璃窯中發(fā)生的主要反應(yīng)成分純鹼石灰石石英高溫Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2Na2SiO3CaSiO3SiO2

玻璃是介於結(jié)晶態(tài)和無定型態(tài)之間的一種物質(zhì)狀態(tài)，稱為玻璃態(tài)物質(zhì)。種類特性用途普通玻璃再高溫下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等石英玻璃膨脹係數(shù)小，耐酸堿，強度大，濾光化學儀器，高壓水銀燈，紫外燈，光導(dǎo)纖維，壓電晶體等光學玻璃透光性能好，有折光和色散性眼鏡片，照相機，顯微鏡，望遠鏡用凸凹透鏡等光學儀器玻璃纖維耐腐蝕，不怕燒，不導(dǎo)電，不吸水，隔熱，吸聲，防蛀蟲太空飛行員的衣服，玻璃鋼等鋼化玻璃耐高溫，耐腐蝕，強度大，質(zhì)輕，抗震裂運動器材，微波通訊器材，汽車，火車窗玻璃等幾種玻璃的特性和用途石英玻璃玻璃纖維

複合材料基礎(chǔ)本章主要內(nèi)容：11.1概述11.2複合材料的介面11.3複合材料的增強機制11.1概述一、複合材料的定義國際標準化組織：複合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。複合材料的組分材料雖然保持其相對獨立性，但複合材料的性能卻不是組分材料的簡單加和，而是有著重要改進。《材料科學技術(shù)百科全書》：複合材料是由有機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通過複合工藝組合而成的新型材料。它既保留原組成材料的重要特色，又通過複合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能?？梢酝ㄟ^材料設(shè)計使各組分的性能互相補充並彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得更優(yōu)越的性能，與一般材料的簡便混合有本質(zhì)區(qū)別。《材料大辭典》：複合材料是根據(jù)應(yīng)用的需要進行設(shè)計，把兩種以上的有機聚合物材料，或無機非金屬材料，或金屬材料組合在一起，使之互補性能優(yōu)勢，從而製成的一類新型材料。一般由基體組元與增強材料或功能體組元所組成，因此亦屬於多相材料範疇。複合材料的特點之一是不僅能保持原組分的部分優(yōu)點，而且產(chǎn)生原組分所不具備的新性能。特點之二是它的可設(shè)計性。材料的優(yōu)缺點組合示意圖綜上所述，複合材料應(yīng)具有以下三個特點：(1)複合材料是由兩種或兩種以上不同性能的材料組元通過宏觀或微觀複合形成的一種新型材料，組元之間存在著明顯的介面。(2)複合材料中各組元不但保持各自的固有特性而且可最大限度發(fā)揮各種材料組元的特性，並賦予單一材料組元所不具備的優(yōu)良特殊性能。(3)複合材料具有可設(shè)計性。二、複合材料的分類1、按材料的主要作用（1）結(jié)構(gòu)複合材料：品質(zhì)輕、強度剛度高，耐一定溫度，熱膨脹係數(shù)小，絕熱性能好，耐介質(zhì)腐蝕等。（2）功能複合材料：除力以外提供其他物理性能的複合材料。即電學性能、磁學性能、光學性能、熱學性能、聲學性能等。（3）智能複合材料：自診斷、自適應(yīng)、自癒合、自決策。2、按基體材料（1）金屬基複合材料(MMC)基體：金屬及其合金增強材料：多為無機非金屬，如：陶瓷顆粒、碳、石墨、硼纖維等。（2）陶瓷基複合材料(CMC)

強化材料主要有：各種陶瓷顆粒、晶須、纖維及某些金屬纖維。（3）高分子基複合材料(PMC)

基體：熱固性樹脂和熱塑性樹脂

增強材料：顆粒材料、有機纖維、無機纖維等（4）碳/碳復(fù)合材料：以碳(或石墨)纖維及其織物為增強材料，以碳(或石墨)為基體，通過加工處理和碳化處理製成的全碳質(zhì)複合材料。3、組成複合材料的集散情況（1）分散強化型複合材料按基體不同按強化材料形態(tài)：顆粒彌散強化

晶須強化

纖維強化按強化材料加入方式：摻入型

原生複合型（2）層狀複合材料

與強化分散型不同，不是一種材料分散於另一種材料之中，而是各組元自成一個或數(shù)個整體，組元間通過介面結(jié)合而複合成一體。傳統(tǒng)的包覆材料是典型的層狀複合材料。

金屬/金屬，金屬/陶瓷，金屬/高分子，陶瓷/高分子等。（3）梯度功能材料在這種複合材料中，組元的含量沿著某一方向產(chǎn)生連續(xù)或非連續(xù)的變化。組元梯度化的目的是為了實現(xiàn)材料性能的梯度化，賦予材料多種功能，以滿足一些特殊的使用需要。

三、複合材料的性能特點1、比強度、比模量高

強度和彈性模量與密度的比值分別稱為比強度和比模量。它們是衡量材料承載能力的一個重要指標，比強度愈高，在同樣強度下，同一零件的自重愈?。槐饶Ａ吭酱?，在重量相同的條件下零件的剛度越大。

2、抗疲勞性能好實驗表明，碳纖維增強複合材料的疲勞極限可達抗拉強度的70％一80％，而金屬材料的只有其抗拉強度的40％一50％。

3、抗斷裂性能好纖維複合材料中有大量獨立的纖維，平均每平方釐米面積上有幾千到幾萬根。當纖維複合材料構(gòu)件由於超載或其他原因使少數(shù)纖維斷裂時，載荷就會重新分配到其他未破斷的纖維上，因而構(gòu)件不致在短期內(nèi)突然斷裂，故破斷安全性好。4、高溫強度好大多數(shù)增強纖維在高溫下仍能保持高的強度，用其增強金屬和樹脂基體時能顯著提高它們的耐高溫性能。

5、阻尼減震性好

因為結(jié)構(gòu)的自振頻率與材料的比模量平方根成正比，而複合材料的比模模高，其自振頻率也高。這樣可以避免構(gòu)件在工作狀態(tài)下產(chǎn)生共振。而且纖維與基體介面能吸收振動能量，即使產(chǎn)生了振動也會很快地衰減下來，所以纖維增強複合材料具有很好的減震性能。

四、複合材料的用途1、機械工業(yè)的應(yīng)用主要用於閥、泵、齒輪、風機、葉片、軸承及密封件等。2、汽車工業(yè)及交通運輸?shù)膽?yīng)用汽車工業(yè)是複合材料應(yīng)用最活躍的領(lǐng)域。車身、驅(qū)動軸、操縱桿、方向盤、發(fā)動機罩、散熱器罩、底盤等。3、化學工業(yè)的應(yīng)用化學工業(yè)存在的主要問題是腐蝕。槽、罐、釜、塔、管道等。4、航空宇航領(lǐng)域的應(yīng)用5、建築領(lǐng)域的應(yīng)用桌椅門窗、安全帽、浴盆浴缸、通風設(shè)備等。纖維增強混凝土複合材料。11.2複合材料的介面一、介面的含義基體與增強體之間化學成分有顯著變化、構(gòu)成彼此結(jié)合的、能傳遞載荷的微小區(qū)域。二、介面的作用阻斷效應(yīng)：阻止裂紋擴展，提高材料韌性；傳遞效應(yīng)：傳遞應(yīng)力，提高材料的承載能力；散射和吸收效應(yīng)：分散和吸收各種機械衝擊和熱衝擊的能量，提高材料抗外衝擊的能力；誘導(dǎo)效應(yīng)：使強化相與基體既相互獨立又相互協(xié)調(diào)，彌補各自缺點，獲得新的使用性能。三、影響介面結(jié)合強度的因素1、強化相的幾何形狀、表面形貌2、強化相與基體的性能匹配物理性能匹配：要求複合材料在承受應(yīng)力作用和環(huán)境溫度變化時，各相組分材料的力學性能和其他的物理性能能夠相互協(xié)調(diào)、匹配。化學性能匹配：基體對增強材料表面的潤濕性；基體與增強材料之間的化學反應(yīng)。3、製備與成型工藝的選擇

四、介面結(jié)合形式複合材料介面結(jié)合形式一般分為三種類型：粘結(jié)結(jié)合：基體與增強相之間既不發(fā)生化學反應(yīng)，也不產(chǎn)生相互溶解；擴散、溶解結(jié)合：基體與增強相之間不發(fā)生化學反應(yīng)，但產(chǎn)生相互擴散或溶解；反應(yīng)結(jié)合：基體與增強相之間發(fā)生化學反應(yīng)，在介面上生成化合物。1、粘結(jié)結(jié)合：指基體與增強相之間通過粘結(jié)作用而形成的一種介面結(jié)合形式。

（1）表面潤濕理論：介面的結(jié)合主要依靠基體對增強相的潤濕作用。機械粘結(jié)物理吸附（2）化學鍵理論：認為介面結(jié)合力是由化學鍵所引起的。通過對增強相的表面處理形成能與基體和增強相表面之間產(chǎn)生化學作用的塗層。（3）可形變層理論：如果纖維與基體的熱膨脹係數(shù)相差較大，成型後在介面會產(chǎn)生殘餘應(yīng)力；載荷作用下介面上也會出現(xiàn)應(yīng)力集中，形成微裂紋，降低複合材料性能。纖維經(jīng)表面處理後在介面上形成一層塑性層，可以鬆弛並減小介面應(yīng)力，這種理論稱為可形變層理論。（4）擴散層理論：基體與增強體之間可以發(fā)生原子或分子的互擴散，從而形成互擴散結(jié)合。對於聚合物，這種粘結(jié)機理可以看作為分子鏈的纏結(jié)；對於金屬基和陶瓷基複合材料，是由於生產(chǎn)過程不可避免涉及到高溫，高溫下擴散係數(shù)隨溫度成指數(shù)關(guān)係增加。

D=D0exp(-Q/RT)2、溶解結(jié)合：基體與增強體之間在充分潤濕的情形下產(chǎn)生一定的相互溶解的介面結(jié)合形式。這種結(jié)合形式具有較好的介面結(jié)合強度，但同時由於溶解作用而可能對強化相產(chǎn)生損傷作用。3、反應(yīng)結(jié)合：基體與增強相之間發(fā)生化學反應(yīng)，在介面形成反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)合形式。一、纖維增強複合材料的增強機制纖維增強複合材料是由高強度、高彈性模量的連續(xù)(長)纖維或不連續(xù)(短)纖維與基體(樹脂或金屬、陶瓷等)複合而成。複合材料受力時，高強度、高模量的增強纖維承受大部分載荷，而基體主要作為媒介，傳遞和分散載荷。11.3複合材料的增強機制①增強纖維脆性較大，內(nèi)部往往存在一些微裂紋，容易斷裂，材料的強度不能被充分利用。但是如果能將脆性材料製成細纖維，因直徑細小，而使產(chǎn)生裂紋的幾率降低，有利於纖維脆性的改善和強度的提高。②纖維處於基體之中，彼此隔離，纖維表面受到基體的保護作用，不易遭受損傷，不易在承裁過程中產(chǎn)生裂紋，使承載能力增強。③複合材料受到較大應(yīng)力時，一些有裂紋的纖維可能斷裂，但塑性好和韌性好的基體能阻止裂紋擴展。④纖維受載斷裂時，斷口不可能都在一個平面上，若要使整體斷裂，必然有許多根纖維從基體中被拔出，因而必須克服基體對纖維的黏結(jié)力以及基體與纖維之間的摩擦力，從而使材料的抗拉強度大大提高，與此同時斷裂韌度也增加。碳纖維環(huán)氧樹脂複合材料斷裂時，纖維斷口不在一個平面上為達到強化目的，必須滿足下列條件：①增強纖維的強度和彈性模量應(yīng)比基體材料的高。②基體和纖維之間要有一定黏結(jié)作用，而且應(yīng)具有適當?shù)慕Y(jié)合強度，以保證基體所受的應(yīng)力通過介面?zhèn)鬟f給纖維。③纖維應(yīng)有合理的含量、尺寸和分佈。纖維越細，則缺陷越小，材料強度越高；同時細纖維的比表面積大，有利於增強與基體的結(jié)合力。連續(xù)纖維比短纖維的增強效果好。纖維的排列方向應(yīng)符合構(gòu)件的受力要求。④纖維應(yīng)與基體的線膨脹係數(shù)相匹配。通常要求兩者的線膨脹係數(shù)相近。對於韌性較低的基體(例如陶瓷和熱固性樹脂)，纖維的線膨脹係數(shù)應(yīng)略高於基體的線膨脹係數(shù)；對於韌性較好的基體，纖維的線膨脹係數(shù)應(yīng)略低於基體的線膨脹係數(shù)。⑤纖維與基體之間要有良好的相容性。以便在高溫作用下纖維與基體之間不發(fā)生化學反應(yīng)，基體對纖維不產(chǎn)生腐蝕和損傷作用。二、粒子增強型複合材料的增強機制粒子增強型複合材料按照顆粒尺寸大小和數(shù)量多少可分為：彌散強化的複合材料，其粒子直徑d一般為0.0l~0.1μm，粒子體積百分數(shù)VP為1％~15％；顆粒增強的複合材料，粒子直徑d為1~50μm，體積百分數(shù)為VP＞20％。（1）彌散強化的複合材料的增強機制

在外力的作用下，複合材料的基體主要承受載荷，而彌散均勻分佈的增強粒子將阻礙導(dǎo)致基體塑性變形的位錯運動(金屬基體)或分於鏈運動(高聚物基體)。而且增強粒子熔點、硬度較高，化學穩(wěn)定性好，所以粒子加入後，不但使常溫下材料的強度、硬度有較大提高，而且使高溫下材料的強度下降額度減少，即彌散強化複合材料的高溫強度高於單一材料。（2）顆粒增強的複合材料的增強機制

顆粒增強複合材料是用金屬或高分子聚合物為粘結(jié)劑，把具有耐熱性好、硬度高但不耐衝擊的金屬氧化物、碳化物，氮化物粘結(jié)在一起而形成的材料。這類材料的性能既具有陶瓷的高硬度及耐熱的優(yōu)點，又具有脆性小、耐衝擊等方面的優(yōu)點，顯示了突出的複合效果。由於強化相的顆粒較大，它對位錯的滑移(金屬基)和分子鏈運動(聚合物基)已沒有多大的阻礙作用，因此強化效果並不顯著。主要不是為了提高材料的強度，而是為了改善材料的耐磨性和綜合力學性能。

第一節(jié)塑料第二節(jié)橡膠第三節(jié)合成纖維第四節(jié)膠粘劑

高分子材料第一節(jié)塑料

概述

塑膠是在玻璃態(tài)下使用的、具有可塑性的高分子材料。它以樹脂為主要組分，加入各種添加劑，能在一定溫度和壓力下加工成形的各種材料的總稱。

塑膠的組成：1）樹脂:

塑膠的主要組分。它膠粘著塑膠中的其他一切組成部分，並使其具有成型性能。絕大多數(shù)塑膠就是以所用樹脂命名的。

2）填充劑（填料）:

提高塑膠的力學、電學性能或降低成本等。它在塑膠佔有相當大的比例。如加入鋁粉可提高光反射能力和防老化；加入二硫化鉬可提高潤滑性。

常用填充劑有雲(yún)母粉、石墨粉、炭粉、氧化鋁粉、木屑、玻璃纖維、碳纖維等。

3）增塑劑:

提高塑膠的可塑性和柔軟性。常用熔點低的低分子化合物來增加大分子鏈間距離，從而達到增加大分子鏈的柔順性的目的。常用增塑劑有甲酸酯類、磷酸酯類、氯化石蠟等。

4）穩(wěn)定劑:

提高塑膠對熱、光、氧等的穩(wěn)定性，延長使用壽命。常用熱穩(wěn)定劑有硬酯酸鹽、環(huán)氧化合物和鉛的化合物等。光穩(wěn)定劑有炭黑、氧化鋅等遮光劑。5）增色劑:

賦予塑膠製品各種色彩。常用的著色劑是一些有機染料和無機顏料。有時也採用能產(chǎn)生螢光或磷光的顏料。6）潤滑劑:

提高塑膠在加工成形過程中的流動性和脫模能力，同時可使製品光亮美觀。常用潤滑劑有硬酯酸、鹽類等。7）固化劑:

與樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使受熱可塑的線型結(jié)構(gòu)變成熱穩(wěn)定好的體型結(jié)構(gòu)。常用的固化劑如六次甲基四胺、過氧化二苯甲醯等。8）其他:

還有發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等。

塑膠的分類：1）按塑膠熱性質(zhì)分類：

熱塑性塑膠：受熱時軟化或熔融、冷卻後硬化，韌性好，可反復(fù)成形。它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等。

熱固性塑膠：在加熱、加壓並經(jīng)過一定時間後即固化為不溶、不熔的堅硬製品，不可再生。具有更好耐熱性和抗蠕變能力。常用熱固性塑膠有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、有機矽樹脂等。2）按塑膠的功能和用途分類：

通用塑膠：產(chǎn)量大用途廣價格低的塑膠。主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑膠等，產(chǎn)量占塑膠總產(chǎn)量的75%以上。

工程塑膠：具有較高性能，能替代金屬製造機械零件和工程構(gòu)件的塑膠。聚醯胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、環(huán)氧樹脂等。

功能塑膠：導(dǎo)電塑膠、導(dǎo)磁塑膠、感光塑膠等。1）

結(jié)構(gòu)單元：

熱塑性塑膠

聚乙烯（PE－polyethylene）：——CH2—CH2——［］2）

支化結(jié)構(gòu)：

右圖：（a）高密度PE分子鏈（b）低密度PE分子鏈（c）線性低密度PE分子鏈

3）性質(zhì)：

①

耐化學腐蝕；

②良好的電絕緣性和高頻介電性能；

③韌性、耐寒性好；

④較低的摩擦係數(shù)；

⑤

不易吸水；

⑥

不耐熱，不耐大氣老化。

4）應(yīng)用：聚乙烯是塑膠中產(chǎn)量最大的一類品種，屬於結(jié)晶性塑膠，外觀乳白，半透明。低密度聚乙烯(LDPE)

：日用製品、薄膜、軟質(zhì)包裝材料、層壓板、電線電纜包覆等。高密度聚乙烯(HDPE)：小負荷齒輪和軸承、化工管道、閥門、高頻電纜絕緣層、硬質(zhì)包裝材料等。1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚氯乙烯（PVC－polyvinylchloride

）：2）

性質(zhì)：具有較高的強度、剛性；良好的電絕緣性、耐化學腐蝕性；能溶於四氫呋喃和環(huán)已酮等有機溶劑；具有阻燃性；但熱穩(wěn)定性較差，使用溫度較低，介電常數(shù)、介電損耗較高?！狢H2—CH2——［］Cl│

3）應(yīng)用：

純聚氯乙烯屬無規(guī)立構(gòu)，無色透明，硬而脆，很少應(yīng)用。常利用橡膠和增塑劑對其改性處理。

硬聚氯乙?。河渺豆I(yè)管道、給排水系統(tǒng)、板件、管件、建築及家用防火材料，化工防腐設(shè)備及各種機械零件。

增塑（軟）聚氯乙?。河渺洞昂?、桌布、雨衣、手提箱、人造革、牆紙；農(nóng)用薄膜、耐酸堿軟管及電線電纜包覆層等。1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚丙烯（PP-polypropylene)）：2）

性質(zhì)：無毒、無味、無臭、半透明蠟狀固體。密度小，力學性能高於聚乙烯；耐熱性、耐水性良好，化學穩(wěn)定性好；但不耐芳香族和氯化烴溶劑，耐寒性差，易老化?！狢H2—CH2——［］CH3│

3）應(yīng)用：

聚丙烯屬等規(guī)立構(gòu)，結(jié)晶性塑膠，外觀乳白半透明。主要用於家庭廚房用具、包裝薄膜、醫(yī)療器械、高頻絕緣材料；化工管道、家用電器部件等，以及汽車及機械零部件，如車門、方向盤、齒輪、接頭等。1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚苯乙烯（PS-polystyrene

）：2）

性質(zhì)：

無毒、無味、無色透明狀固體。電絕緣性優(yōu)良，介電損耗極??；耐化學腐蝕性優(yōu)良，但不耐苯、汽油等有機溶劑；強度較低，硬度高，脆性大，不耐衝擊，耐熱性差，易燃?！狢H2—CH2——［］│

3）應(yīng)用：

聚丙烯屬無規(guī)立構(gòu)，非晶性塑膠，高度透明（透光率為88～92％）。

主要用於日用、裝潢、包裝及工業(yè)製品；儀器儀錶外殼、燈罩、光學零件、裝飾件、透明模型、玩具、化工儲酸槽，包裝及管道的保溫層，冷凍絕緣層等。1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA-polymethylmethacrylate

）：2）

性質(zhì)：

較高的強度和韌性、優(yōu)良的光學性能，透光率比普通矽玻璃好（透光率約為91～93％）；優(yōu)良的電絕緣性；耐化學腐蝕性好，熱導(dǎo)率低；但硬度低，表面易擦傷，耐磨性差，耐熱性不高?！狢H2—C—C——［］│CH3COOCH3│

3）應(yīng)用：聚甲基丙烯酸甲酯又稱有機玻璃，屬無規(guī)立構(gòu)，非晶性塑膠。

主要用於飛機、汽車的窗玻璃和罩蓋，光學鏡片，儀錶外殼，裝飾品，看板，燈罩，光學纖維，透明模型，標本，醫(yī)療器械等。

1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚四氟乙烯（PTFE）：2）

性質(zhì)：

出色的耐熱、耐寒能力（-180～+260℃長期使用）；摩擦係數(shù)極低，有自潤滑效果；化學穩(wěn)定性極佳，俗稱“塑膠王”；極好的電絕緣性和介電性；但強度低，抗蠕變性較差，不易加工成形。——CF2—CF2——［］

3）應(yīng)用：聚四氟乙烯屬結(jié)晶性塑膠，外觀呈瓷白色，一般在360～380℃燒結(jié)成形。

主要用於軸承、墊圈等自潤滑材料；高溫電纜絕緣材料、電器元件；化工管道及零件；不粘鍋塗層等。1）

結(jié)構(gòu)：

尼龍的品種很多，如尼龍6、尼龍66、尼龍610等。數(shù)字表示基本單元中的碳原子數(shù)目。所有尼龍分子結(jié)構(gòu)單元中都有一個相同的特徵基團－醯胺基：

聚醯胺（尼龍或錦綸）（PA－polyamides

）：——C—N——［］‖OH│

3）應(yīng)用：纖維增強尼龍主要用於軸承、齒輪、高壓密封圈、閥門、包裝材料、輸油管、汽車保險杠及絲織品等。2）

性質(zhì)：聚醯胺屬結(jié)晶性塑膠，半透明，乳白，略帶黃色。由於醯胺基的存在，分子之間有很強的氫鍵作用，因此聚醯胺的強度高，韌性好；另外耐磨性和自潤滑性好，摩擦係數(shù)低；具有良好的耐油、耐溶劑性、阻燃性；但吸水性大，熱膨脹係數(shù)大，耐熱性不高。1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚甲醛（POM-polyformaldehyde

）：——CH2—O——［］2）

性質(zhì)：具有較高的強度、硬度、剛性、韌性、耐磨性和自潤滑性，耐疲勞性能高，吸水性小，摩擦係數(shù)小，耐化學品腐蝕性好，電絕緣性能良好，但熱穩(wěn)定性差，易燃。具有較高的綜合性能，可以替代一些金屬和尼龍。

3）均聚甲醛的改性：

工業(yè)上利用共聚反應(yīng)來生成共聚甲醛，來改善熱穩(wěn)定性。共聚甲醛的結(jié)構(gòu)單元為：

4）應(yīng)用：聚甲醛屬結(jié)晶性塑膠，乳白色。部分取代有色金屬和合金，用於製造低載荷齒輪、軸承，塑膠彈簧等?！狢H2—O—［］x—CH2-CH2-CH2-CH2-O—［］y，1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚碳酸酯（PC-polycarbonate

）：2）

性質(zhì)：

①低溫衝擊韌性極佳；

②

高模量、高強度、抗蠕變，尺寸穩(wěn)定性好；—O—C—O——［］│O———C—││CH3CH3

3）應(yīng)用：由於聚碳酸酯具有優(yōu)異的綜合力學性能，又高度透明，故俗稱“透明金屬”。

纖維增強聚碳酸酯可部分取代鋼、有色金屬等製造儀器儀錶的機械傳動部件。未增強聚碳酸酯用於製作車燈罩、護目鏡、安全帽、門窗玻璃甚至防彈玻璃等。

③透光率高，約為86～92％；

④電絕緣性好。1）

結(jié)構(gòu)單元：丙烯晴(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三種單體（共聚生成）

ABS塑膠：2）

性質(zhì)：

丙烯晴能提高強度、硬度、耐熱性和耐腐蝕性，丁二烯能提高韌性，苯乙烯能提高電性能和成型加工性能。ABS塑膠具有較好的抗衝擊性能、尺寸穩(wěn)定性和耐磨性，成型性好，不易燃，耐腐蝕性好，但不耐酮、醛、酯、氯代烴類溶劑。

3）應(yīng)用：

ABS作為“堅韌、質(zhì)硬且剛性”的材料，是最早被人類認識和使用的“高分子合金”。用於輕載齒輪、軸承，電器外殼，汽車部件，各類容器、管道等。1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）：2）

性質(zhì)：結(jié)晶性塑膠，呈乳白色，工程上常用玻璃纖維增強PBT作為結(jié)構(gòu)材料?！狢H2－CH2－CH2－CH2－O－C——C—［］O‖‖O1）

聚碸（PSF）：

其他熱塑性塑膠：

聚碸是含硫的透明樹脂，其耐熱性抗蠕變性突出，長期使用溫度可達150~174℃，脆化溫度-100℃。廣泛用於電器、機械、交通和醫(yī)療領(lǐng)域。2）

聚苯醚（PPO）：聚苯醚是線性非晶態(tài)工程塑膠，綜合性能好，使用溫度寬-190～190℃，耐磨性、電絕緣性和耐水蒸氣性能好。主要用作在較高溫度下工作的齒輪、軸承、凸輪、化工管道、閥門和外科醫(yī)療器械等。3）聚醯亞胺：

聚醯亞胺是含氮的環(huán)形結(jié)構(gòu)的耐熱性樹脂，其強度硬度較高，使用溫度可達260℃；但加工性較差，脆性大，成本高。主要用於特殊條件下工作的精密零件，如噴氣發(fā)動機供燃料系統(tǒng)的零件，耐高溫高真空用自潤滑軸承及電氣設(shè)備，是航空航太工業(yè)中常用的高分子材料。

熱固性塑膠

熱固性塑膠是樹脂經(jīng)固化處理後獲得的。所謂固化處理就是樹脂中加入固化劑並壓制成型，使其由線型聚合物變?yōu)轶w型聚合物的過程。熱固性塑膠具有耐熱性高，剛度大，抗蠕變性能好，尺寸穩(wěn)定性高；但脆性大，不易成形。

酚醛塑料（PF-bakelite

）：

酚醛塑料中的酚醛樹脂是酚類和醛類的縮聚產(chǎn)物。根據(jù)酚類和醛類的反應(yīng)摩爾比及反應(yīng)介質(zhì)PH值的差異，可以分別得到熱固性和熱塑性兩類材料。苯酚上與羥基鄰位或?qū)ξ坏?個氫原子都很活潑，均能與甲醛發(fā)生兩種情形下的縮聚反應(yīng)：PH值甲醛與苯酚摩爾比鏈結(jié)構(gòu)產(chǎn)物＜70.8～0.9線性熱塑性＞71.1～1.5交聯(lián)熱固性1）

酚醛樹脂：

苯酚鄰位氫原子與甲醛的縮聚反應(yīng)如下：熱塑性酚醛樹脂：只有加入能與之反應(yīng)的固化劑，才能固化。熱固性酚醛樹脂：製備時反應(yīng)不徹底，在熱的作用下可繼續(xù)進行縮聚反應(yīng)形成高度交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2）

酚醛塑料：

熱塑性酚醛樹脂固化劑添加劑壓塑粉

壓坯

成品混合模壓加熱①以熱塑性酚醛樹脂為原料：

通常作粘膠劑或浸漬增強劑壓制成層狀塑膠。②以熱固性酚醛樹脂為原料：

有一定的強度和硬度、良好的耐熱性、耐磨性、耐腐蝕性及電絕緣性、熱導(dǎo)率低，成本低廉。酚醛塑料所用的填料分為粉狀、纖維狀、層狀。③應(yīng)用

以木粉為原料的酚醛塑料粉又稱膠木粉或電木粉，它價格低廉，但性脆、耐光性差，用於製造手柄、瓶蓋、電話及收音機外殼、燈頭、開關(guān)、插座等。

以雲(yún)母粉、石英粉、玻璃纖維為填料的塑膠粉可用來製造電閘刀、電子管插座、汽車點火器等。

以石棉為填料的塑膠粉可用於製造電爐、電熨斗等設(shè)備上的耐熱絕緣部件。

以玻璃布、石棉布等為填料的層狀塑膠的可用於製造軸承、齒輪、帶輪、各種殼體等。

環(huán)氧塑膠（EP-epoxyplastics

）：

環(huán)氧塑膠是以環(huán)氧樹脂為基，加入填料及其它添加劑而製成。樹脂中每個分子含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團：1）

環(huán)氧樹脂：

（CH2—CH—）O

環(huán)氧樹脂中最常用的是雙酚A型環(huán)氧樹脂：n＝0～7

其中，R為2）

環(huán)氧塑膠：

環(huán)氧樹脂有“萬能膠”之稱。其粘性好，強度高，具有良好的耐熱性、耐腐蝕性、尺寸穩(wěn)定性，優(yōu)良的電絕緣性能。

主要用於：儀錶構(gòu)件、塑膠模具、精密量具、電子元件的密封和固定、粘合劑、複合材料等。

塑膠製品的成形工藝

將塑膠原料放入成型模加熱熔化，加壓，使塑料充滿整個型腔，同時發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化。模壓成型主要用於熱固性塑膠，適用於形狀複雜或帶有複雜嵌件的製品，但生產(chǎn)率低、模具成本較高。

模壓成形：

將塑膠原料在注射機料筒內(nèi)加熱熔化，通過推桿或螺桿向前推壓至噴嘴，迅速注入封閉模具內(nèi)，冷卻後即得塑膠製品。

注射成型：

主要用於熱塑性塑膠。能生產(chǎn)形狀複雜、薄壁、嵌有金屬或非金屬的塑膠製品。

擠出成型：

將原料在料筒中加熱至流動狀態(tài)，同時通過螺桿向前推壓至機頭，通過不同形狀和結(jié)構(gòu)的口模連續(xù)擠出，獲得不同形狀的型材，如管、棒、帶、絲、板等。

擠出成形的生產(chǎn)效率高，可自動化連續(xù)生產(chǎn)，一般使用熱塑性塑膠作原料。

吹塑成形：

熔融態(tài)的塑膠坯通過擠出機或注射機擠出後，置於模具內(nèi)，用壓縮空氣將此坯料吹脹，使其緊貼模內(nèi)壁成型而獲得中空製品。

吹塑成型還可以用壓縮空氣將型坯連續(xù)吹脹成薄膜。

真空成形（吸塑成形）：

將熱塑性塑膠板（片）材置於模具上，四周加緊並加熱；待塑膠進入高彈態(tài)後，對模腔抽真空，使板材在大氣壓作用下緊貼模腔內(nèi)壁，冷卻後硬化成形。抽真空前抽真空後

澆注成形：

又稱澆塑法，根據(jù)澆注方式的差異可分為靜態(tài)鑄型、嵌鑄型和離心鑄型等。

在液態(tài)樹脂中加入適量固化劑，然後澆入模具型腔中，在常壓或低壓及常溫或適當加熱條件下固化成型。此法主要用於生產(chǎn)大型製品，設(shè)備簡單，但生產(chǎn)率低。第二節(jié)橡膠

橡膠是以高分子化合物為基礎(chǔ)的、具有良好高彈性的材料。以生膠為原料加入適量配合劑而形成的高分子彈性體。

橡膠的組分

橡膠是以生膠為主要成分，添加各種配合劑和增強材料製成的。

生膠

生膠是指無配合劑、未經(jīng)硫化的橡膠。按原料來源有天然橡膠和合成橡膠。

用來改善橡膠的某些性能。常用配合劑有硫化劑、硫化促進劑、活化劑、填充劑、增塑劑、防老化劑、著色劑等。

①硫化劑:

用來使生膠的結(jié)構(gòu)由線型轉(zhuǎn)變?yōu)榻宦?lián)體型結(jié)構(gòu)，從而具有一定強度、韌性、高彈性。常用硫化劑有硫磺和含硫化合物，有機過氧化物，胺類化合物、樹脂類化合物、金屬氧化物等。

配合劑③活化劑：用來提高促進劑的作用。常用活化劑有氧化鋅、氧化鎂、硬酯酸等。②硫化促進劑:

縮短硫化時間，降低硫化溫度，改善橡膠性能。常用促進劑有二硫化氨基甲酸鹽、黃原酸鹽類、噻唑類、硫脲類和部分醛類及醛胺類等有機物。

④填充劑：用來提高橡膠的強度、改善工藝性能和降低成本。用於提高性能的填充劑稱為補強劑，如炭黑、二氧化矽、氧化鋅、氧化鎂等；另外還有用於降低成本的填充劑，如滑石粉、硫酸鋇等。

⑤增塑劑：

用來增加橡膠的塑性和柔韌性。常用增塑劑有石油系列、煤油系列和松焦油系列增塑劑。

⑥防老劑：用來防止或延緩橡膠老化。主要有石蠟、胺類和酚類防老劑。

橡膠的製備及成形

硫化

聚異戊二烯的硫化反應(yīng)

生膠流動溫度高、粘度大，它與各種配合劑的混合，需要通過塑煉和混煉來實現(xiàn)。

混合1）

塑煉：

強迫生膠反復(fù)通過兩個轉(zhuǎn)速不同的滾筒之間的間隙，使之在強剪切力作用下長分子鏈被切斷，相對分子量減小，從而流動性增加（即塑性增加）的工藝過程。塑煉一般在螺桿式塑煉機或兩輥式塑煉機上進行。2）

混煉：

將塑煉後的生膠和配合劑混合均勻的過程?；鞜挼募恿享樞蚴牵核軣捘z、防老劑、填充劑、增塑劑、硫化劑及硫化促進劑等?；鞜挄r要注意嚴格控制溫度和時間。常用的混煉機有密煉機和開煉機，通常聯(lián)合使用。開煉後的狀態(tài)

2）注射法：與熱固性塑膠注射成形類似。

成形

大多數(shù)橡膠製品都是被加熱到硫化溫度以上，在模具中成形。

1）模壓法：將預(yù)壓好或經(jīng)稱重的型坯直接放入模腔，合模加熱加壓，使產(chǎn)品硫化直至定型。

常見橡膠

天然橡膠

具有較高的彈性、較好的力學性能、良好的電絕緣性及耐鹼性。主要用於製造輪胎、膠帶、膠管等。

由丁二烯和苯乙烯共聚而成的。其耐磨性、耐熱性、耐油、抗老化性均比天然橡膠好。缺點是生膠強度低、粘接性差、成型困難、硫化速度慢。

丁苯橡膠

由丁二烯聚合而成。其彈性、耐磨性、耐熱性、耐寒性均優(yōu)於天然橡膠，是製造輪胎的優(yōu)良材料。缺點是強度較低，加工性能差、抗撕性差。

順丁橡膠

由乙烯和丙稀的共聚物。由於主鏈不含雙鏈，分子鏈十分柔軟。它具有優(yōu)異的耐老化和耐高、低溫特性。用於製作一般橡膠製品及內(nèi)外輪胎等。

乙丙橡膠

由丁二烯與丙烯睛聚合而成。其耐油性好，耐熱、耐燃燒、耐磨、耐堿、耐有機溶劑。缺點是耐寒性差，其脆化溫度為-10℃～-20℃。

丁腈橡膠

由氯丁二烯聚合而成。具有天然橡膠和一般通用橡膠所沒有的優(yōu)良性能。故有“萬能橡膠”之稱。缺點是耐寒性差，密度大，生膠穩(wěn)定性差。用於製造礦井的運輸管、膠管、電纜、高速帶、墊圈等。

氯丁橡膠

以碳原子為主鏈，含有氟原子的聚合物。其化學穩(wěn)定性高、耐蝕性能居各類橡膠之首，耐蝕性好，最高使用溫度為300℃。主要用於國防和高技術(shù)中的密封件。

氟橡膠

由二甲基矽氧烷與其它有機矽單體共聚而成。具有高耐熱性和耐寒性，抗老化能力強、絕緣性好。缺點是強度低、耐磨性、耐酸性差，價格較貴。

矽橡膠

苯乙烯和丁二烯的三嵌段共聚物。分子鏈的兩端是柔性較小的聚苯乙烯段，中間是柔性很好的聚丁二烯。兼有硫化橡膠和熱塑性橡膠的優(yōu)點。強度高，彈性好，可反復(fù)回收利用。

SBS熱塑彈體第三節(jié)合成纖維

凡能保持長度比本身直徑大100倍的均勻條狀或絲狀的高分子材料均稱纖維。它可分為天然纖維和化學纖維?；瘜W纖維又可分為人造纖維和合成纖維。人造纖維是用自然界的纖維加工製成，如：“人造絲”、“人造棉”。合成纖維是以石油、煤、天然氣為原料製成的，它發(fā)展很快。1）滌綸

即聚酯纖維，又叫的確良，具有高強度、耐磨、耐腐蝕，易洗快幹等優(yōu)點，是很好的衣料纖維。

2）尼龍

即聚醯胺，又稱棉綸，其強度大、耐磨性好、彈性較好，主要缺點是耐光性差。

3）腈綸

即聚丙烯腈，有人造羊毛之稱。4）維綸

性能與棉花相似，且強度高，缺點是彈性差，織物易皺。5）丙綸

即聚丙烯，以輕、牢、耐磨著稱，缺點是可染性較差，且曬易老化。6）氯綸

難燃、保暖、耐曬、耐磨、彈性好，但染色性差，熱收縮大，限制了它的應(yīng)用。

第四節(jié)膠粘劑

膠粘劑是把兩個固體表面粘合在一起，並且在膠接面處具有足夠強度的物質(zhì)；以各種樹脂、橡膠、澱粉等為基體材料，添加各種輔料而製成的。

環(huán)氧樹脂膠粘劑

具有很高的粘接力，操作簡便，不需外力即可粘接；有良好的耐酸、堿、油及有機溶劑的性能。但環(huán)氧膠膠層較脆。

用途：環(huán)氧樹脂膠粘劑對金屬、玻璃、陶瓷、塑膠、橡膠、混凝土等均具有較好的粘合能力，常用於以上物品之間的粘接和修補，也可用於竹木和皮革、織物、纖維之間的粘接。

具有較強的粘接力，耐高溫，但韌性低，剝離強度差。主要用於木材、膠合板、泡沫塑料等，也可用於膠接金屬、陶瓷。

改性的酚醛-丁晴膠可在-60～150℃使用，廣泛用於機器、汽車、飛機結(jié)構(gòu)部件的膠接，也可用於膠接金屬、玻璃、陶瓷、塑膠等材料。

改性的酚醛-縮醛膠具有較好的膠接強度和耐熱性，主要用於金屬、玻璃、陶瓷、塑膠的膠接，也可用於玻璃纖維層壓板的膠結(jié)。

酚醛樹脂膠粘劑

：

初粘結(jié)力大，常溫觸壓即可固化，有利於粘接大面積柔軟材料及難以加壓的工件。在-250℃以下仍能保持較高的剝離強度，而且其抗剪強度隨著溫度下降而顯著提高。聚氨酯樹脂膠毒性大，固化時間長，耐熱性不高，易與水反應(yīng)。

可對金屬、玻璃、陶瓷、橡膠、木材、皮革和極性塑膠有很強的粘結(jié)力，特別是超低溫工件的粘接。

聚氨酯樹脂膠粘劑

：

具有透明性好、粘度低、粘結(jié)速度極快等特點，使用很方便。但它不耐水，性脆，耐溫性和耐久性較差，有一定氣味。

廣泛用於：金屬、陶瓷、玻璃及大多數(shù)塑膠和橡膠製品的粘接及日常修理。市場上銷售的“501”膠和“

502”膠就屬於這類膠粘劑。α-氰基丙烯酸酯膠粘劑

：

具有良好的彈性和柔韌性，初粘力強，但強度較低，耐熱性不高，貯存穩(wěn)定性較差，耐寒性不佳，溶劑有毒。氯丁橡膠膠粘劑使用方便，價格低廉，廣泛用於橡膠與橡膠、金屬、纖維、木材、塑膠之間的粘接。

氯丁橡膠膠粘劑

：

即乳白膠。無毒、粘度小、價格低、不燃。但耐水性和耐熱性較差。主要用於膠接木材、纖維、紙張、皮革、混凝土、瓷磚等。

聚醋酸乙烯乳液膠粘劑

：

高分子材料的加工本章主要內(nèi)容：10.1塑料10.2橡膠10.3合成纖維10.4膠粘劑重點：塑膠、橡膠的類型和成形工藝10.1塑膠一、概述定義：塑膠是在玻璃態(tài)下使用的、具有可塑性的高分子材料。它以聚合物為主要組分，加入各種添加劑，能在一定溫度和壓力下加工成形的各種材料的總稱。塑膠的組成：1）聚合物:

塑膠的主要組分。它膠粘著塑膠中的其他一切組成部分，並使其具有成型性能。絕大多數(shù)塑膠就是以所用聚合物命名的。2）填料及增強劑：為提高塑膠製品的強度和剛性可加入各種纖維狀材料作增強劑，最常用的是玻璃纖維、石棉纖維、碳纖維、石墨纖維和硼纖維。填料的主要功能是降低成本，主要的填料種類有：矽石(石英砂)、矽酸鹽(雲(yún)母、滑石、陶土、石棉)、碳酸鈣、金屬氧化物、炭黑、玻璃珠、木粉等。3）增塑劑：

提高塑膠的可塑性和柔軟性。常用熔點低的低分子化合物來增加大分子鏈間距離，從而達到增加大分子鏈的柔順性的目的。常用增塑劑有甲酸酯類、磷酸酯類、氯化石蠟等。4）穩(wěn)定劑:

提高塑膠在加工和使用中對熱、光、氧等的穩(wěn)定性，延長使用壽命。包括：抗氧劑：能抑制或延緩聚合物氧化過程的助劑稱為抗氧劑。熱穩(wěn)定劑：主要用於聚氯乙烯及其共聚物。紫外線吸收劑：波長為290~350nm的紫外線能量達365~407kJ／mol，它足以使大分子主鏈斷裂，發(fā)生光降解。

變價金屬離子抑制劑：變價金屬離子如銅、錳、鐵離子能加速聚合物(特別是聚丙烯)的氧化老化過程。光遮罩劑：是一類能將有害於聚合物的光波吸收，然後將光能轉(zhuǎn)換成熱能散射出去或?qū)⒐夥瓷涞?，從而對聚合物起到保護作用。5）增色劑:

賦予塑膠製品各種色彩。常用的著色劑是一些有機染料和無機顏料。有時也採用能產(chǎn)生螢光或磷光的顏料。6）潤滑劑:

提高塑膠在加工成形過程中的流動性和脫模能力，同時可使製品光亮美觀。常用潤滑劑有硬酯酸及其金屬的鹽類。7）固化劑:

與樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使受熱可塑的線型結(jié)構(gòu)變成熱穩(wěn)定好的體型結(jié)構(gòu)。常用的固化劑如六次甲基四胺、過氧化二苯甲醯等。8）其他:

還有發(fā)泡劑、偶聯(lián)劑、阻燃劑等。塑膠的分類：1）按塑膠熱性質(zhì)分類：熱塑性塑膠：受熱時軟化或熔融、冷卻後硬化，韌性好，可反復(fù)成形。它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚醯胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等。熱固性塑膠：在加熱、加壓並經(jīng)過一定時間後即固化為不溶、不熔的堅硬製品，不可再生。具有更好耐熱性和抗蠕變能力。常用熱固性塑膠有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、有機矽樹脂等。2）按塑膠的功能和用途分類：

通用塑膠：產(chǎn)量大用途廣價格低的塑膠。主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑膠等，產(chǎn)量占塑膠總產(chǎn)量的75%以上。

工程塑膠：具有較高力學性能，能替代金屬製造機械零件和工程構(gòu)件的塑膠。聚醯胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚碸、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、環(huán)氧樹脂等。

特種塑膠：具有某些特殊物理化學性能，如耐高溫、耐腐蝕、光學等性能。二、塑膠製品的成型工藝擠出成型注射成型吹塑成型模壓成型擠出成型概述將原料在料筒中加熱至流動狀態(tài)，同時通過螺桿向前推壓至機頭，通過不同形狀和結(jié)構(gòu)的口模連續(xù)擠出，獲得不同形狀的型材。擠出成型是熱塑性塑膠最主要的成型方法。製品主要有等截面的管材、板材、薄膜、電線電線包覆以及各種異型製品。擠出機（單螺桿）擠出過程

熔融階段：將固態(tài)塑膠通過螺桿轉(zhuǎn)動向前輸送，在外部機筒加熱器和內(nèi)部螺桿對物料剪切作用產(chǎn)生的摩擦熱的作用下逐漸融化，最後完全轉(zhuǎn)變成熔體，並在壓力下壓實；

成形階段：熔體通過口模，在壓力作用下成為形狀與口模截面形狀相似的一個連續(xù)體；

定形階段：將從機頭中擠出的塑膠的既定形狀穩(wěn)定下來，對其進行精整，從而獲得更為精確的截面形狀、尺寸和光滑的表面。視頻：擠出成型注射成型概述注射成形是將粒狀或粉狀塑膠從注射成形機的料斗送入機筒內(nèi)，加熱熔融塑化後，在柱塞或螺稈加壓下，物料被壓縮並向前移動，通過機筒前端的噴嘴，以很快的速度注入閉合模具內(nèi)，經(jīng)過一定時間的冷卻定形後，開啟模具即得製品。注射成形是熱塑性塑膠製品的主要成形方法之一。注射成形製品約占塑膠製品總品質(zhì)的30％以上。注射機由注射系統(tǒng)、合模系統(tǒng)和液壓與電器控制系統(tǒng)三部分組成。注射成型過程加料塑化注射入模保壓冷卻脫模塑化是指塑膠在機筒內(nèi)經(jīng)加熱達到流動狀態(tài)，經(jīng)螺桿旋轉(zhuǎn)和柱塞的推擠達到組分均勻並具有良好可塑性的過程注射是指塑化良好的熔體在螺桿或柱塞推擠下注入模具的過程。視頻：注射成型吹塑成型概述吹塑成型是將擠出或注射成形所得的半熔融態(tài)管壞(型坯)置於各種形狀的模具中，在管坯中通入壓縮空氣將其吹脹，使之緊貼於模腔壁上，再經(jīng)冷卻脫模得到中空製品的成形方法。只限於熱塑性塑膠中空製品的成型?？梢陨a(chǎn)口徑不同、容量不同的瓶、壺、桶等各種包裝容器。成型方法（1）擠出吹塑

工藝過程：首先通過擠出機將塑膠熔融並成形管坯，再閉合模具夾住管坯；插入吹塑頭通入壓縮空氣，在壓縮空氣的作用下型坯膨脹並附著在型腔壁上成形；成形後進行保壓、冷卻、定形並放出製品內(nèi)的壓縮空氣，開模取出製品切除尾料。（2）注射吹塑

工藝過程：第一階段，由注射機將熔體注入帶吹氣芯管的管坯模具中成形管坯，啟模，管坯帶著芯管轉(zhuǎn)到吹塑模具中；第二階段，閉合吹塑模具、壓縮空氣通入芯管吹脹管坯成形製品。當管坯轉(zhuǎn)到吹塑模具中時，下一管坯成形即開始。

吹塑成型還可以用壓縮空氣將型坯連續(xù)吹脹成薄膜。視頻吹塑成型模壓成型概述模壓成型是將一定量的粉狀、粒狀、碎屑狀或纖維狀的塑膠放入具有一定溫度的閉合模內(nèi)，經(jīng)加熱、加壓並保溫一定時間而固化成型。模壓成型主要用於熱固性塑膠製品的成型。液壓機成型過程成形過程主要包括流動、膠凝和硬化成形。加熱初期塑膠呈低分子粘流態(tài)，流動性好；隨著官能團的相互反應(yīng)，部分分子發(fā)生交聯(lián)，此時物料流動性變小，並開始產(chǎn)生一定的彈性，此時物料處於膠凝狀態(tài)；再繼續(xù)加熱，分子交聯(lián)反應(yīng)更趨於完善，交聯(lián)度增大，樹脂由膠凝狀態(tài)變?yōu)椴ＡB(tài)，此時樹脂呈體形結(jié)構(gòu)，即達到硬化狀態(tài)，成形過程完成。視頻壓制成型三、熱塑性塑膠

1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚乙烯（PE－olyethylene）：——CH2—CH2——［］

2）

支化結(jié)構(gòu)：右圖：（a）高密度PE分子鏈（b）低密度PE分子鏈（c）線性低密度PE分子鏈

3）性質(zhì)：

①

耐化學腐蝕；

②良好的電絕緣性和高頻介電性能；

③韌性、耐寒性好；

④較低的摩擦係數(shù)；

⑤

不易吸水；

⑥

不耐熱，不耐大氣老化。

4）應(yīng)用：聚乙烯是塑膠中產(chǎn)量最大的一類品種，屬於結(jié)晶性塑膠，外觀乳白，半透明。低密度聚乙烯(LDPE)

：日用製品、薄膜、軟質(zhì)包裝材料、層壓板、電線電纜包覆等。高密度聚乙烯(HDPE)：小負荷齒輪和軸承、化工管道、閥門、高頻電纜絕緣層、硬質(zhì)包裝材料等。

1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚氯乙烯（PVC－polyvinylchloride

）：

2）

性質(zhì)：具有較高的強度、剛性；良好的電絕緣性、耐化學腐蝕性；能溶於四氫呋喃和環(huán)已酮等有機溶劑；具有阻燃性；但熱穩(wěn)定性較差，使用溫度較低，介電常數(shù)、介電損耗較高?！狢H2—CH2——［］Cl│

3）應(yīng)用：

純聚氯乙烯屬無規(guī)立構(gòu)，無色透明，硬而脆，很少應(yīng)用。常利用橡膠和增塑劑對其改性處理。

硬聚氯乙?。河渺豆I(yè)管道、給排水系統(tǒng)、板件、管件、建築及家用防火材料，化工防腐設(shè)備及各種機械零件。

增塑（軟）聚氯乙?。河渺洞昂煛⒆啦?、雨衣、手提箱、人造革、牆紙；農(nóng)用薄膜、耐酸堿軟管及電線電纜包覆層等。

1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚丙烯（PP-polypropylene)）：

2）

性質(zhì)：無毒、無味、無臭、半透明蠟狀固體。密度小，力學性能高於聚乙烯；耐熱性、耐水性良好，化學穩(wěn)定性好；但不耐芳香族和氯化烴溶劑，耐寒性差，易老化。——CH2—CH2——［］CH3│

3）應(yīng)用：

聚丙烯屬等規(guī)立構(gòu)，結(jié)晶性塑膠，外觀乳白半透明。主要用於家庭廚房用具、包裝薄膜、醫(yī)療器械、高頻絕緣材料；化工管道、家用電器部件等，以及汽車及機械零部件，如車門、方向盤、齒輪、接頭等。

1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚苯乙烯（PS-polystyrene

）：

2）

性質(zhì)：

無毒、無味、無色透明狀固體。電絕緣性優(yōu)良，介電損耗極??；耐化學腐蝕性優(yōu)良，但不耐苯、汽油等有機溶劑；強度較低，硬度高，脆性大，不耐衝擊，耐熱性差，易燃?！狢H2—CH2——［］│

3）應(yīng)用：

聚丙烯屬無規(guī)立構(gòu)，非晶性塑膠，高度透明（透光率為88～92％）。

主要用於日用、裝潢、包裝及工業(yè)製品；儀器儀錶外殼、燈罩、光學零件、裝飾件、透明模型、玩具、化工儲酸槽，包裝及管道的保溫層，冷凍絕緣層等。

1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA-polymethylmethacrylate

）：

2）

性質(zhì)：

較高的強度和韌性、優(yōu)良的光學性能，透光率比普通矽玻璃好（透光率約為91～93％）；優(yōu)良的電絕緣性；耐化學腐蝕性好，熱導(dǎo)率低；但硬度低，表面易擦傷，耐磨性差，耐熱性不高?！狢H2—C—C——［］│CH3COOCH3│

3）應(yīng)用：聚甲基丙烯酸甲酯又稱有機玻璃，屬無規(guī)立構(gòu)，非晶性塑膠。

主要用於飛機、汽車的窗玻璃和罩蓋，光學鏡片，儀錶外殼，裝飾品，看板，燈罩，光學纖維，透明模型，標本，醫(yī)療器械等。

1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚四氟乙烯（PTFE）：

2）

性質(zhì)：

出色的耐熱、耐寒能力（-180～+260℃長期使用）；摩擦係數(shù)極低，有自潤滑效果；化學穩(wěn)定性極佳，俗稱“塑膠王”；極好的電絕緣性和介電性；但強度低，抗蠕變性較差，不易加工成形?！狢F2—CF2——［］

3）應(yīng)用：聚四氟乙烯屬結(jié)晶性塑膠，外觀呈瓷白色，一般在360～380℃燒結(jié)成形。

主要用於軸承、墊圈等自潤滑材料；高溫電纜絕緣材料、電器元件；化工管道及零件；不粘鍋塗層等。

1）

結(jié)構(gòu)：

尼龍的品種很多，如尼龍6、尼龍66、尼龍610等。數(shù)字表示基本單元中的碳原子數(shù)目。所有尼龍分子結(jié)構(gòu)單元中都有一個相同的特徵基團－醯胺基：

聚醯胺（尼龍或錦綸）（PA－polyamides

）：——C—N——［］‖OH│

3）應(yīng)用：纖維增強尼龍主要用於軸承、齒輪、高壓密封圈、閥門、包裝材料、輸油管、汽車保險杠及絲織品等。

2）

性質(zhì)：聚醯胺屬結(jié)晶性塑膠，半透明，乳白，略帶黃色。由於醯胺基的存在，分子之間有很強的氫鍵作用，因此聚醯胺的強度高，韌性好；另外耐磨性和自潤滑性好，摩擦係數(shù)低；具有良好的耐油、耐溶劑性、阻燃性；但吸水性大，熱膨脹係數(shù)大，耐熱性不高。

1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚甲醛（POM-polyformaldehyde

）：——CH2—O——［］

2）

性質(zhì)：具有較高的強度、硬度、剛性、韌性、耐磨性和自潤滑性，耐疲勞性能高，吸水性小，摩擦係數(shù)小，耐化學品腐蝕性好，電絕緣性能良好，但熱穩(wěn)定性差，易燃。具有較高的綜合性能，可以替代一些金屬和尼龍。

3）均聚甲醛的改性：

工業(yè)上利用共聚反應(yīng)來生成共聚甲醛，來改善熱穩(wěn)定性。共聚甲醛的結(jié)構(gòu)單元為：

4）應(yīng)用：聚甲醛屬結(jié)晶性塑膠，乳白色。部分取代有色金屬和合金，用於製造低載荷齒輪、軸承，塑膠彈簧等?！狢H2—O—［］x—CH2-CH2-CH2-CH2-O—［］y，

1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚碳酸酯（PC-polycarbonate

）：

2）

性質(zhì)：

①低溫衝擊韌性極佳；

②

高模量、高強度、抗蠕變，尺寸穩(wěn)定性好；—O—C—O——［］│O———C—││CH3CH3

3）應(yīng)用：由於聚碳酸酯具有優(yōu)異的綜合力學性能，又高度透明，故俗稱“透明金屬”。

纖維增強聚碳酸酯可部分取代鋼、有色金屬等製造儀器儀錶的機械傳動部件。未增強聚碳酸酯用於製作車燈罩、護目鏡、安全帽、門窗玻璃甚至防彈玻璃等。

③透光率高，約為86～92％；

④電絕緣性好。

1）

結(jié)構(gòu)單元：丙烯晴(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三種單體（共聚生成）

ABS塑膠：

2）

性質(zhì)：

丙烯晴能提高強度、硬度、耐熱性和耐腐蝕性，丁二烯能提高韌性，苯乙烯能提高電性能和成型加工性能。ABS塑膠具有較好的抗衝擊性能、尺寸穩(wěn)定性和耐磨性，成型性好，不易燃，耐腐蝕性好，但不耐酮、醛、酯、氯代烴類溶劑。

3）應(yīng)用：

ABS作為“堅韌、質(zhì)硬且剛性”的材料，是最早被人類認識和使用的“高分子合金”。用於輕載齒輪、軸承，電器外殼，汽車部件，各類容器、管道等。

1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）：

2）

性質(zhì)：結(jié)晶性塑膠，呈乳白色，工程上常用玻璃纖維增強PBT作為結(jié)構(gòu)材料?！狢H2－CH2－CH2－CH2－O－C——C—［］O‖‖O

1）

聚碸（PSF）：

其他熱塑性塑膠：聚碸是含硫的透明樹脂，其耐熱性抗蠕變性突出，長期使用溫度可達150~174℃，脆化溫度-100℃。廣泛用於電器、機械、交通和醫(yī)療領(lǐng)域。

2）

聚苯醚（PPO）：聚苯醚是線性非晶態(tài)工程塑膠，綜合性能好，使用溫度寬-190～190℃，耐磨性、電絕緣性和耐水蒸氣性能好。主要用作在較高溫度下工作的齒輪、軸承、凸輪、化工管道、閥門和外科醫(yī)療器械等。

3）聚醯亞胺：

聚醯亞胺是含氮的環(huán)形結(jié)構(gòu)的耐熱性樹脂，其強度硬度較高，使用溫度可達260℃；但加工性較差，脆性大，成本高。主要用於特殊條件下工作的精密零件，如噴氣發(fā)動機供燃料系統(tǒng)的零件，耐高溫高真空用自潤滑軸承及電氣設(shè)備，是航空航太工業(yè)中常用的高分子材料。

1）

結(jié)構(gòu)單元：

聚碳酸酯（PC-polycarbonate

）：

2）

性質(zhì)：

①低溫衝擊韌性極佳；

②

高模量、高強度、抗蠕變，尺寸穩(wěn)定性好；—O—C—O——［］│O———C—││CH3CH3四、熱固性塑膠熱固性塑膠是樹脂經(jīng)固化處理後獲得的。所謂固化處理就是樹脂中加入固化劑並壓制成型，使其由線型聚合物變?yōu)轶w型聚合物的過程。熱固性塑膠具有耐熱性高，剛度大，抗蠕變性能好，尺寸穩(wěn)定性高；但脆性大，不易成形。

酚醛塑料（PF-bakelite

）：

酚醛塑料中的酚醛樹脂是酚類和醛類的縮聚產(chǎn)物。根據(jù)酚類和醛類的反應(yīng)摩爾比及反應(yīng)介質(zhì)PH值的差異，可以分別得到熱固性和熱塑性兩類材料。苯酚上與羥基鄰位或?qū)ξ坏?個氫原子都很活潑，均能與甲醛發(fā)生兩種情形下的縮聚反應(yīng)：PH值甲醛與苯酚摩爾比鏈結(jié)構(gòu)產(chǎn)物＜70.8～0.9線性熱塑性＞71.1～1.5交聯(lián)熱固性

1）

酚醛樹脂：

苯酚鄰位氫原子與甲醛的縮聚反應(yīng)如下：熱塑性酚醛樹脂：只有加入能與之反應(yīng)的固化劑，才能固化。熱固性酚醛樹脂：製備時反應(yīng)不徹底，在熱的作用下可繼續(xù)進行縮聚反應(yīng)形成高度交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

2）

酚醛塑料：

熱塑性酚醛樹脂固化劑添加劑壓塑粉壓坯成品混合模壓加熱①

以熱塑性酚醛樹脂為原料：通常作粘膠劑或浸漬增強劑壓制成層狀塑膠。②

以熱固性酚醛樹脂為原料：有一定的強度和硬度、良好的耐熱性、耐磨性、耐腐蝕性及電絕緣性、熱導(dǎo)率低，成本低廉。酚醛塑料所用的填料分為粉狀、纖維狀、層狀。③

應(yīng)用

以木粉為原料的酚醛塑料粉又稱膠木粉或電木粉，它價格低廉，但性脆、耐光性差，用於製造手柄、瓶蓋、電話及收音機外殼、燈頭、開關(guān)、插座等。

以雲(yún)母粉、石英粉、玻璃纖維為填料的塑膠粉可用來製造電閘刀、電子管插座、汽車點火器等。

以石棉為填料的塑膠粉可用於製造電爐、電熨斗等設(shè)備上的耐熱絕緣部件。

以玻璃布、石棉布等為填料的層狀塑膠的可用於製造軸承、齒輪、帶輪、各種殼體等。（CH2—CH—）O

環(huán)氧塑膠（EP-epoxyplastics

）：

環(huán)氧塑膠是以環(huán)氧樹脂為基，加入填料及其它添加劑而製成。樹脂中每個分子含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團：

1）

環(huán)氧樹脂：

環(huán)氧樹脂中最常用的是雙酚A型環(huán)氧樹脂：n＝0～7其中，R為

2）

環(huán)氧塑膠：

環(huán)氧樹脂有“萬能膠”之稱。其粘性好，強度高，具有良好的耐熱性、耐腐蝕性、尺寸穩(wěn)定性，優(yōu)良的電絕緣性能。主要用於：儀錶構(gòu)件、塑膠模具、精密量具、電子元件的密封和固定、粘合劑、複合材料等。一、概述定義：橡膠是一類在較寬溫度範圍內(nèi)表現(xiàn)良好高彈性行為的高分子材料的總稱。分類：天然橡膠合成橡膠熱塑性橡膠熱固性橡膠按其來源按其熱行為通用橡膠特種橡膠10.2橡膠組分1、生膠天然橡膠：天然膠乳經(jīng)一定的化學處理和加工制得。來源於自然界中含膠植物，如橡膠樹、橡膠草、橡膠菊等。原料主要是石油、天然氣、煤、農(nóng)林產(chǎn)品等。合成橡膠：用人工合成的方法制得的高分子彈性材料。2、再生膠（1）定義：再生膠是廢硫化橡膠經(jīng)化學、熱及機械加工處理後制得的具有一定可塑性、可重新硫化的橡膠製品。（2）主要反應(yīng)：脫硫，即利用熱能、機械能及化學能使廢硫化橡膠中的交聯(lián)點及交聯(lián)點間的分子鏈發(fā)生斷裂，從而破壞其網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)，恢復(fù)一定的可塑性。（3）作用：代替生膠，節(jié)省成本；改善膠料工藝性能，提高產(chǎn)品耐油、耐老化性能。3、配合劑（1）硫化劑：在一定條件下能使橡膠發(fā)生交聯(lián)的物質(zhì)統(tǒng)稱為硫化劑。由於天然橡膠最早採用硫磺交聯(lián)，所以稱為硫化。（2）硫化促進劑：凡能加快硫化速度，縮短硫化時間的物質(zhì)統(tǒng)稱為硫化促進劑。（3）硫化活性劑：提高促進劑的活性。（4）防焦劑：又稱硫化延遲劑，作用是使膠料在加工過程不發(fā)生早期硫化的現(xiàn)象。（5）防老劑：凡能防止和延緩橡膠老化的化學物質(zhì)稱為防老劑。橡膠在長期貯存或使用過程中，受氧、光、熱、高能輻射及應(yīng)力作用，逐漸發(fā)粘、變硬、彈性降低的現(xiàn)象物理防老劑：在橡膠表面形成一層薄膜起到屏障作用?；瘜W防老劑：可破壞橡膠氧化初期生成的過氧化物，從而延緩氧化過程。（6）補強劑和填充劑

凡能提高橡膠機械性能的物質(zhì)稱為補強劑，又稱活性填充劑，有炭黑、白炭黑等。凡在膠料中主要起增加容積作用的物質(zhì)稱為填充劑，有碳酸鈣、陶土，碳酸鎂等。（7）其他配合劑：軟化劑、著色劑、發(fā)泡劑等。4、纖維和金屬材料橡膠的彈性大、強度低，因此很多橡膠製品必須用纖維材料或金屬材料作骨架材料，以增大製品的機械性能，減小變形。二、橡膠製品的成型工藝主要包括塑煉、混煉、壓延、壓出、成型、硫化六個工序。塑煉定義：塑煉是使生膠由彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的工藝過程。塑煉目的：使膠料獲得適宜的可塑性和流動性，利於後序工藝的進行。塑煉機理：生膠