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改性工程塑料行业培训教程-8:材料的基础知识ppt

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  • 更新时间:2017-06-07
  • 素材类别:培训教程PPT
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  • 关键提要:培训教程,改性塑料
  • 素材版本:PowerPoint2003及以上版本(.ppt)
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这是一个关于改性工程塑料行业培训教程-8:材料的基础知识ppt,主要介绍了材料;材料的三大特性;材料的分类;功能材料的重要性;表:新型高分子材料与通用高分子材料的关系;有机高分子材料的发展趋势等内容,欢迎点击下载!

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改性工程塑料行业培训教程-8:材料的基础知识ppt

PPT内容


新材料行业——改性工程塑料
 培  训  教  程—(8)
材料的基础知识
一、材   料 [material]
1、材料的范畴 :
材料是物质,是人类用于制造物品、器件、构件机器或
其他产品的物质,亦称原料。即可供制成成品的东西,加工
后的材料持有特定的功能和形态。
3、材料的三大特性
2、材料在人类文明发展中的重要性
材料的分类
a.结构材料(structural material)
 是以力学性能为基础,以制造受力构件所用材料。
 结构材料对物理或化学性能也有一定要求,如光泽、热
导率、抗辐照、抗腐蚀、抗氧化等。
功能材料的重要性
新型材料与传统材料的关系
a、以高分子化合物为基础的材料。由相对分子质量较高的化
合物构成的材料,
b、高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高
分子的集合,天然高分子是生命起源和进化的基础。
1、高分子化合物特征
(1)分子量大:是由一类相对分子质量很高的分子聚集而成的
   化合物,它们的相对分子质量可以从几万直到
   几百万或更大,也称为高分子、大分子等。
a.相对分子质量高于10000;
b.由     个原子以共价键连接而成;
c.小分子通过聚合反应制得,常被称为聚合物或高聚物。
数均相对分子质量 (Number-average Molecular Weight)
聚合物是由化学组成相同而聚合度不等的同系混合物组成的,即由
分子链长度不同的高聚物混合组成。
通常采用平均数相对分子质量表征分子的大小。按分子数目统计平
均,则称为数均相对分子质量,符号为(MN)。
  数均相对分子质量=求和各组分相对分子质量*组分物质的量/总物质的量。
重均相对分子质量
按分子重量统计平均的相对分子质量为重均相对分子质量。
常用Mw表示,其值等于每种分子的分子量乘以其重量分数的
总和。
表:新型高分子材料与通用高分子材料的关系
高分子材料的结构决定其性能,对结构的控制和改性,
可获得不同特性的高分子材料。高分子材料独特的结构和易
改性、易加工特点,使其具有其他材料不可比拟、不可取代
的优异性能,从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济
各个领域,并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不
可缺少的材料。     
(1)现代高分子三大材料之一——橡 胶(Rubber)
提取橡胶树、橡胶草等植
物的胶乳,加工后制成的具有
弹性、绝缘性、不透水和空气
的材料。是一种高弹性的高分
子化合物。
a、橡胶的种类
b、橡胶组成特点
作为可逆形变的高弹性聚合物材料。在室温下富有弹性,
在很小的外力作用下能产生较大形变,除去外力后能恢复原状。
c、橡 胶的应用
橡胶与其他行业的关系
1、交通运输:橡胶轮胎。载人运输带,气垫船、气垫车等;
2、工业矿山:胶带、胶管、密封垫圈、胶辊、胶板、橡胶衬
   里及劳动保护用品;
3、农林水利:橡胶履带,橡胶防渗层及橡胶水坝,橡胶船
   等;
4、军事国防:船舶、帐篷、防护用具、国防尖端技术需要的
   耐高温、耐低温、耐油、耐高度真空并能抵抗
   各种酸、碱和氧化剂具有特殊性能的橡胶;
5、土木建筑:玻璃窗密封橡胶条,隔音地板、捎青海绵、橡
   胶地毯、建筑物大型橡胶弹簧座垫,混凝土空
   心构件应用的充气橡胶,胶乳水泥,提高水泥
   的弹性和耐磨性。胶乳沥青马路的路面;
橡胶的应用
6、电气通讯:电线电缆绝缘体,胶管、胶棒、胶板、隔板、
  电瓶壳。防护用品绝缘手套、绝缘胶靴鞋等。
7、医疗卫生:各种手术用的手套、冰囊、海绵座垫,医疗设
  备和仪器的配件;
医用橡胶制品有特殊要求,如无毒、杀菌、生理惰性、耐
放射等。硅橡胶制造人造器官及人体组织代用品有了很大进
展。
8、商品储存:
9、文教体育:各种球胆、乒乓球拍海绵胶面、皮球、笔胆、橡
   皮制品、气球以及海绵胶垫等;
10、生活用品:雨衣、热水袋、松紫带、儿童玩具、海绵座垫
     以及乳胶浸渍制品。
d、橡胶的老化
橡胶老化——橡胶及其制品在加工,贮存和使用过程中,受
 内外因素的综合作用而引起橡胶物理化学性质
 和机械性能的逐步变坏,最后丧失使用价值。
橡胶老化的表现——表面上表现为龟裂、发粘、硬化、软化、
    粉化、变色、长霉等。  
e、橡胶的老化机理
橡胶老化的机理——
A)氧:氧使得橡胶分子发生游离基链锁反应,分子链发生断裂或过度交联,引起橡胶性能的改变。氧化作用是橡胶老化的重要原因之一。
B)臭氧:臭氧的化学活性比氧高得多,破坏性更大,它同样是使分子链发生断裂,但臭氧对橡胶的作用情况随橡胶变形与否而不同。出现谓“臭氧龟裂”;
C)热:提高温度可引起橡胶的热裂解或热交联。。提高氧扩散速度和活化氧化反应,从而加速橡胶氧化反应速度--热氧老化。
D)光:紫外线除了能直接引起橡胶分子链的断裂和交联外,橡胶因吸收光能而产生游离基,引发并加速氧化链反应过程。两面会出现网状裂纹,即所谓“光外层裂”。
橡胶的老化机理
E)机械应力:在机械应力反复作用下,会使橡胶分子链断裂生成游离荃,引发氧化链反应,容易引起臭氧龟裂。
F)水分:水分的作用有两个方面:特别是在水浸泡和大气曝露的交替作用下,会加速橡胶的破坏。但在某种情况下水分对橡胶则不起破坏作用,甚至有延缓老化的作用。
G)油:油类能渗透到橡胶内部使其产生溶胀,产生了分子相互扩散,使硫化胶的网状结构发生变化。致使橡胶的强度和其他力学性能降低。
H)其它:化学介质、变价金属离子、高能辐射、电和生物等。
f、合成橡胶的发展史
合成橡胶是由人工合成方法而制得的,采用不同的原料(单体)可以
合成出不同种类的橡胶。
(2)高分子纤维
高分子纤维:分为天然纤维和化学纤维。纤维的次价力大、
 形变能力小、模量高,一般为结晶聚合物。
合成纤维是高分子材料的另外一个重要应用。
a、合  成  纤  维
合成纤维
以天然或者合成的高聚合物为原料,经过化学方法加工制
造出来的纤维,它可以分为人造纤维和合成纤维两大类。
b、涤纶
涤纶结构与性质
涤纶的性能
    重均与数均相对分子质量之比为1.5-1.8。
相对密度1.38-1.40 g/cm3.
熔点225-256℃,流动温度243℃:,玻璃化温度80℃,
马丁耐热80 ℃,热变形温度98℃(1. 82MPa),分解温度353℃。
优良的机械性能.刚性高.硬度大,吸水性很小,尺寸稳定性好。韧性好,耐冲击、耐摩擦、耐蠕变。耐化学性好,
溶于甲酚、浓硫酸、硝基苯、三氯醋酸、氯苯酚,
不溶于甲醇、乙醇、丙酮、烷烃。
使用温度-100~120℃。 弯曲强度 148-310MPa   
吸水性 0. 06%-0.129%   
冲击强度 64.1-128J/m  
洛氏硬度 M 90-95   
伸长率 1.8%-2.7%
涤纶的特点:
1.强度高。耐冲击强度比锦纶高4倍,比粘胶纤维高20倍。   
2.弹性好。弹性接近羊毛,当伸长5%~6%时,几乎可以完全恢复。耐皱性超过其他纤维,即织物不折皱,尺寸稳定性好,比锦纶高2~3倍。   
3.耐热性涤纶是通过熔纺法制成,成形后的纤维可又再经加热熔化,属于热塑性纤维。涤纶的熔点比较高,而比热空和导热率都较小,因而涤纶纤维的耐热性和绝热性要高些。是合成纤维中最好的。
4.涤纶表面光滑,内部分子排列紧密。   
5.耐磨性好。耐磨性仅次于耐磨性最好的锦纶,比其他天然纤维和合成纤维都好。   
6.耐光性好。耐光性仅次于腈纶。   
7.耐腐蚀。可耐漂白剂、氧化剂、烃类、酮类、石油产品及无机酸。耐稀碱,不怕霉,但热碱可使其分解。
8.染色性较差,但色牢度好,不易褪色。涤纶分子链上因无特定的染色基团,而且极性较小,所又染色较为困难,易染性较差,染料分子不易进入纤维。
     涤纶具有极优良的定形性能。涤纶纱线或织物经过定形后生成的平挺、蓬松形态或褶裥等,在使用中经多次洗涤,仍能经久不变。   
涤纶的用途:
在塑料分类中,PET的代号是1号,作用广泛:
1、可纺成聚酯纤维,即涤纶;
2、可制成薄膜用于录音、录像、电影胶片等的基片、绝缘
      膜、产品包装等;
3、作为塑料可吹制成各种瓶,如可乐瓶、矿泉水瓶等;
4、可作为电器、仪表机械零部件;轴承、齿轮等;
5、汽车工业中的流量控制阀、化油器盖、车窗控制器、变速
      器、配电盘罩等。
 涤纶Terylene
中国俗称“的确良”
涤纶的用途:大量用于制造衣着面料
 和工业制品。
c、氨纶(spandex译名"斯潘德克斯")
氨纶(PU)是聚氨基甲酸酯纤维的简称,学名聚氨酯纤维(Polyurethane),是一种*弹性纤维。
基本特性:它具有高度弹性,能够拉长6~7倍,但随张力的
    消失能迅速恢复到初始状态,其分子结构为一个
    像链状的、柔软及可伸长性的聚氨基甲酸酯,通
    过与硬链段连接在一起而增强其特性。
氨纶的研发过程
1937年:首先由德国Bayer公司于研究成功;
1959年:美国杜邦公司于开始工业化生产,现已将其氨纶产
 业卖给美国科氏工业集团,总产能约为10万吨左右。
 目前全球氨纶总产能约60万吨,而韩国晓星公司的
 氨纶产能接近12万吨,成为全球第一。
1989年:中国第一家氨纶企业是烟台氨纶厂,开始生产。中
 国大陆现有生产能力35万吨左右,为全球最大氨纶
 生产国。
氨纶的物理特性
  氨纶:高延伸性(500%~700%)、
      低弹性模量(200%伸长,0.04~0.12克/旦)、
      高弹性回复率( 200%伸长 ,95%~99%)。
除强度较大外,其他物理机械性能与天然乳胶丝十分相似。
它比乳胶丝更耐化学降解,具有中等的热稳定性,软化温度约
在200℃以上 。
氨纶的染色和整理:用于合成纤维和天然纤维的大多数染
料和整理剂,也适用于氨纶的染色和整理。
氨纶耐汗、耐海水并耐各种干洗剂和大多数防晒油。
长期暴露在日光下或在氯漂白剂中也会退色,但退色程度
随氨纶的类型而不同,差异很大。  
氨纶纤维结构特点:它的高分子链是由低熔点、无定型的"软"链段为
母体和嵌在其中的高熔点、结晶的"硬"链段所组成。
柔性链段分子链间以一定的交联形成一定的网状结构,由于分子链间
相互作用力小,可以自由伸缩,伸长性能增大。
刚性链段分子链结合力比较大,分子链不会无限制地伸长,造成高的
回弹性所以具有如此高的弹力
氨纶一般不单独使用,而是少量地掺入织物中。这种纤维既
具有橡胶性能又具有纤维的性能,多数用于以氨纶为芯纱的包
芯纱,称为弹力包芯纱,
弹力包芯纱的主要特点:
1、良好的手感与外观,以天然纤维组成的外纤维吸湿性好;
2、用1-10%的氨纶长丝就可生产出优质的弹力纱;
3、弹性百分率控制范围从10%到20%,能根据产品的用
      途,选择不同的弹性值。
易于纺制25~2500旦不同粗细的丝,因此广泛被用来制作弹
性编织物,如袜口 、家具罩、滑雪衣、运动服、医疗织物、带类、
军需装备、宇航服的弹性部分等。
随着人们对织物提出新的要求,如重量轻、穿着舒适合身、
质地柔软等,低纤度氨纶织物在合成纤维织物中所占的比例也越
来越大。 也有用氨纶裸体丝和氨纶与其它纤维合并加捻而成的加
捻丝,主要用于各种经编、纬编织物,机织物和弹性布等。
(3)现代高分子三大材料之一——塑 料
塑料:是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分,
    再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次
    价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。
塑   料
热塑性塑料:加热后软化,形成高分子熔体的塑料。
塑   料
热固性塑料:加热后固化,形成交联的不熔结构的塑料。
(4)高分子胶粘剂
(5)高分子涂料
常用的合成工业涂料有环氧树脂,聚氨酯等。
(6)高分子基复合材料
⑥高分子基复合材料:是以高分子化合物为基体,添加各种
增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特
点,并可根据需要进行材料设计。
高分子基复合材料
高分子结构复合材料包括两个组分:
①增强剂:为具有高强度、高模量、耐温的纤维及织物。
    如玻璃纤维、氮化硅晶须、硼纤维及以上纤维的
    织物。
②基体材料:主要是起粘合作用的胶粘剂。
 如不饱和聚酯树脂;
环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等热固性树脂;
苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂。
这种复合材料的比强度和比模量比金属还高,是国防、
尖端技术方面不可缺少的材料。
自从合成有机高分子材料出现的那一天起,人们始终在
不断地研究、开发着性能更优异、应用更广泛的新型材料,
来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空
间工业和机械工业等尖端技术发展的需要。
三、有机高分子材料的发展趋势
目前,世界上有机高分子材料的研究正在不断地加强和
深入。
一、对重要的通用有机高分子材料继续进行改性和推
广,使它们的性能不断提高,应用范围不断扩大。
有机高分子材料的发展趋势
1、高分子智能材料
2、高分子分离膜(polymeric membrane for separation)
制备分离膜的材料:
高分子分离膜的应用领域
  对近沸点混合物、共沸混合物、异构体混合物等难以分离
的混合物体系,以及某些热敏性物质,能够实现有效的分离。
      a、用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿酒等食品工业中,
因无需加热,常温下即可操作,由于避免了高温操作,所浓缩
和富集物质的性质不容易发生变化,可保持食品原有的风味。
      b、采用高分子富氧膜能简便地从空气中富集氧获得富氧空
气。
      c、用于医疗。还可用于制备电子工业用超纯水和无菌医药
用超纯水。
      d、用分离膜装配的人工肾、人工肺,能净化血液,治疗肾
功能不全患者以及作手术用人工心肺机中的氧合器等。     
膜分离过程的共同优点
成本低、能耗少、效率高、无污染并可回收有用物质,
特别适合于性质相似组分、同分异构体组分、热敏性组分、
生物物质组分等混合物的分离,因而在某些应用中能代替蒸
馏、萃取、蒸发、吸附等化工单元操作。
膜分离装置简单、操作容易,对无机物、有机物及生物
制品均可适用,并且不产生二次污染。
采用反渗透法进行海水淡化所需能量仅为冷冻法的1/
2,蒸发法的1/17,操作简单,成本低廉。因此,反渗透
法有逐渐取代多级闪蒸法的趋势。
高分子分离膜的分离特性和应用
高分子分离膜的分类:
可按结构分为:
①致密膜:膜中无微孔,物质仅从高分子链段之间的自由空间
    通过。
②多孔质膜:一般膜中含有孔径为0.02~20μm的微孔,可用
于截留胶体粒子、细菌、高分子量物质粒子等。
③不对称膜:由同一种高分子材料制成,膜的表面层与膜的内
部结构不相同,表面层为0.1~0.25μm薄的活性
层,内部为较厚的多孔层。
④含浸型膜:在高分子多孔质膜上含浸有载体而形成的促进输
 送膜和含有官能基团的膜,如离子交换膜。
⑤增强膜:以纤维织物或其他方式增强的膜。  
分离膜的应用
3、高分子磁性材料
高分子磁性材料:是人类在不断开拓磁与高分子聚合物(合成树
脂、橡胶)的新应用领域 的同时,而赋予磁与高分子的传统应
用以新的涵义和内容的材料之一。
早期磁性材料源于天然磁石,以后才利用磁铁矿(铁氧体)
烧结或铸造成磁性体,现在工业常用的磁性材料有三种,即铁
氧体磁铁、稀土类磁铁和铝镍钴合金磁铁等。它们的缺点是既
硬且脆,加工性差。为了克服这些缺陷,将磁粉混炼于塑料或
橡胶中制成的高分子磁性材料便应运而生了。这样制成的复合
型高分子磁性材料,因具有比重轻、容易加工成尺寸精度高和
复杂形状的制品,还能与其它元件一体成型等特点,而越来越
受到人们的关注。
4、光功能高分子材料
光功能高分子材料——是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料。
光功能高分子材料利用高分子材料的光化学反应,可以开发出在电
子工业和印刷工业上得到广泛使用的感光树脂、光固化涂料及粘合剂;利用高分子材料的能量转换特性,可制成光导电材料和光致变色材料;
利用某些高分材料的折光率随机械应力而变化的特性,可开发出光弹材料,用于研究力结构材料内部的应力分布等。
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