第九章 非金属材料
第九章非金属材料
第九章 非金属材料
一、高分子材料 二、陶瓷材料 三、复合材料
第九章非金属材料
一、高分子材料
高分子材料:是指分子量很大（在104以上）的化合物， 即高分子化合物组成的一类材料的总称。
高分子材料有：有机高分子和无机高分子， 天然高分子和人工合成高分子材料。
目前，人工合成的有机高分子材料如塑料、合成橡胶、 合成纤维等发展十分迅速，已成为一个品种繁多的庞 大的工业部门，而且具有广阔的发展前途。
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(3) 高聚物的聚集态
固态高聚物存在着晶态和非晶态两种聚集状态。 晶态高聚物大分子呈规则排列； 非晶态高聚物的大分子呈乱混排列。 由于高聚物的分子链很大，结构复杂，其结晶组织与 低分子物质有很大的不同，存在着晶区和非晶区。 同一个大分子链可穿过几个晶区和非晶区。 在晶区内呈规则，有序排列，在非晶区内呈无序排列。 在高聚物中结晶是不完全的，而且总是晶态与非晶态 共存或全部非晶态。 常用结晶度来衡量其结晶倾向——晶区部分的体积或 重量的百分数称结晶度。
2.添加剂 为改善塑料的性能而加入的其它组成，主要 有：
(1)填料或增强材料 填料在塑料中主要起增强作用。 (2)固化剂 可使树脂具有体型网状结构，成为较坚硬和 稳定的塑料制品。 (3)增塑剂 用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。
(4)稳定剂 用以防止受热、光等的作用使塑料过早老化。 第九章非金属材料
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(3) 高聚物的聚集态
结晶度高，反映其排列规则紧密， 分子之间的作用力强，因而刚性增 加，其强度、硬度、耐热性、耐蚀 性提高，反之，结晶度降低，说明 其顺柔性增大，而弹性、塑性和韧 性相应提高。
高聚物的化学结构越简单，对称性 愈高，分子之间的作用力越大，其 结晶度愈高，反之，结晶度减少。 如聚乙烯比聚氯乙烯结晶度高。不 论是无定形（非晶态）高聚物还是 结晶高聚物，随温度的变化其物理， 力学状态会发生变化，以非晶态高 聚物为例。
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(2)大分子链的构型与构象
ⅰ.构型：组成大分子链的链节在空间排列的几何形状 称为构型。 高聚物有线型(包括带支链的线型)和网体型两种构型。 ⅱ.构象：和其他物质分子一样，高聚物的分子链在不 停的运动，这种运动是由单链内旋转引起的。大分子 链是由成千上万个原子经共价键连接而成，其中以单 键连接的原子，由于热运动，两个原子可作相对旋转， 即在保持键角、键长不变的情况下，单键作旋转，称 为内旋转。这种由于单键内旋转所产生的大分子链的 空间形象称为高分子链的构象。
酚醛塑料(PE)图例
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4.1工程塑料
塑料是以有机合成树脂为主要组成的高分子材料，它通常 可在加热、加压条件下塑制成型，故称为塑料。
塑料的组成 塑料是以有机合成树脂为基础，再加入添加剂所组成
的。 1.合成树脂 是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合
成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主 要组成，也起粘接剂作用。
随着温度的变化，高聚物可能出现 玻璃态、高弹态和粘流态几种不同 的物理力学状态。
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图9－1（1）机械性能
① 低强度
② 高弹性和低弹性模量
③ 粘弹性
④ 高耐摩性
（2）物理、化学性能
① 高绝缘性
② 低耐热性
③ 低导热性
④ 高热膨胀性
⑤ 高化学稳定性 ⑥ 老化
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人工合成的高分子材料
本节简单地介绍人工合成的高分子材料的基本 概念、结构、性能特征。
1．人工合成的高分子材料的 基本概念
2．高聚物的结构特征 3．高聚物的基本特性
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1． 基本概念
有机高分子化合物是由有机低分子化合物在一定条件 下聚合而成的，具有重复排列链状结构的高聚物。 如聚乙烯塑料就是由乙烯聚合而成的高分子材料。
工程塑料的分类
热塑性塑料
➢ 聚乙烯(PE) ➢ 聚丙烯(PP) ➢ 聚氯乙烯(PVC) ➢ 聚苯乙烯(PS)
热固性塑料
➢ ABS塑料 ➢ 酚醛塑料(PE) ➢ 环氧塑料(EP)
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聚乙烯(PE)图例
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聚丙烯(PP)图例
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酚醛塑料(PE)图例
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(1)结合键 (2)大分子链的构型与构象
(3) 高聚物的聚集态
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(1)结合键
作为高聚物单体的低分子化合物必然具备不饱和的键， 如各种烯烃类化合物、环状化合物和含有特殊官能团 的化合物，在聚合反应中能形成两个以上的新键，把 单体低分子变成链节连接成大分子链。否则不能聚合 成大分子链，也就不能形成高聚物。 在高分子链中原子以共价键结合，这种结合力称为主 价力高分子链内组成元素不同，原子间共价键的结合 力不同，聚合物的性能因而不同。 在高聚物大分子之间一般是分子来链连接的，（靠分 子间力连接的）这一结合力—范德华力，称为次价力。
1． 基本概念
高聚物与具有明确分子量的低分子化合 物不同，同一高聚物因其聚合度不同， 大分子链的长短各异，其分子量也就各 不相同。通常所说高聚物的分子量是指 其分子量的统计平均值。 如：聚氯乙烯 C2H CHnCl 的分子量 为20000～160000。
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2．高聚物的结构特征
前面的学习知道金属材料的性能是 它的组织结构决定的，同样，对非金属 材料也不例外，它的性能特点仍然是由 其组织结构决定的。
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3．高聚物的基本特性
防老化的措施：
①表面防护：使其与外界致老化因素隔开。 ②减少大分子链结构中的某些薄弱环节，
提高其稳定性，推迟老化过程。 ③加入防老化剂，使大分子链中上的活泼
基团钝化，变成比较稳定的基团，以抑 制链式反应的进行。
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4．常用高分子材料
4.1塑料 4.2橡胶 合成纤维 胶粘剂 涂料
n ( C 2 C H 2 ) H 聚 合 C 2 C H 2 n H
低分子化合物（如乙烯CH2=CH2）称为单体，
大分子链重复排列的结构单元（如 C2H C2H ）
称为链节，链节重复排列的个数 n 称为聚合度。 聚合度越大，高聚物的大分子链越长，其分子量也就 愈大。
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