高分子材料基礎及加工流變學第-章材料科學概述材料(Materials)具有滿足指定工作條件下使用要求的形態和物理性狀的物質稱為材料。材料化過程(MaterialProcess)由化學物質或原料轉變成適于一定用場的材料，這一轉變過程稱為材料化過程(材料工藝過程).材料是物質，但不是所有物質都可以稱為材料。大多數的物質需通過一定的工藝過程才能轉化為材料.材料可由一種物質或若干種物質構成.同一種物質,由于制備或加工方法不同，可成為用途不同一不同類型的材料.材料、能源、信息是當代社會文明和國民經濟的三大支柱，是人類社會進步和科學技術發展的物質基礎和技術先導。材料是全球新技術革命的四大標志之一:新材料技術、新能源技術、信息技術、生物技術未來新一代材料主要表現在：既是結構材料又具有多種功能的材料；具有感知、自我調節和反饋等能力的智能型材料制作和廢棄過程中盡可能減少污染的綠色材料；充分利用自然資源，能循環作用的可再生材料；少維修或不維修的長壽命材料。第二章高分子材料的制備反應結構單元有時也稱為單體單元(Monomerunit)、重復單元(Repeatingunit)、鏈節(Chainelement)n表示重復單元數，也稱為鏈節數，在此等于聚合度，聚合度(Degreeofpolymerization)是衡量高分子大小的一個指標均聚物(Homopolymer):只含有一種重復單元的聚合物。共聚物(Copolymer)：含有兩種以上重復單元的聚合物。高分子化合物的基本特征：高分子的溶液性質一-難溶，甚至不溶，溶解過程往往要經過溶脹階段溶液粘度比同濃度的小分子高得多分子之間的作用力大，只有液態和固態,不能汽化高分子固態具有多種力學性質高分子材料的組成和成型加工：在成型加工過程中，物料的形態、結構都會發生顯著變化，從而改變材料的性能。當選擇某種高分子材料時，不僅要考慮其潛在的優越性能，還必須考慮其成型加工工藝的可能性和難易。高分子材料的發展是與聚合技術的發展和成型加工技術的發展分不開的。第三章高分子材料的結構與性能大分子鏈的組成和構造：優點：大多數都具有好的可塑性；通常來講加工成型比較容易；原料來源比較豐富，成本低缺點：大多數都容易燃燒；耐熱性比較差；容易老化結構單元的空間排列方式：分子中鄰近原子在空間的相對位置和排列，或者說分子中由竺鍵所固定的原子在空間的幾何排列。包括旋光異構和幾何異構。聚合物的立構規整性影響聚合物的結晶能力:聚合物的立構規整性好，分子排列有序，有利于結晶，高結晶度導致高熔點、高強度、高耐溶劑性.大分子鏈骨架的幾何形狀：線型高分子：這類高聚物的主要特點是，由于大分子鏈之間沒有任何化學鍵連結，因此它們柔軟，有彈性，在加熱和夕卜力作用下，分子鏈之間可產生相互位移，并在適當的溶劑中溶解，可以抽絲，也可成膜，并可熱塑成各種形狀的制品，故常稱為熱塑性高分子。支鏈高分子：支鏈高分子堆砌松散，密度低，結晶度低，因而硬度、強度、耐熱性、耐腐蝕性等也隨之降低，但透氣性增加。交聯高分子:交聯高分子與前述兩種高分子在性能上有較大的差別，因為它成為既不溶解也不能熔融的網狀結構。因此它的耐熱性好，強度高，抗溶劑力強，并且形態穩定。梯形、雙螺旋形：形狀類似''梯子”和“雙股螺旋〃的大分子，是由雙鏈構成，一般具有優異的耐高溫性能。聚合物凝聚態結構:在分子間力作用下，大分子鏈相互聚集在一起所形成的組織結構。非晶態結構:是指玻璃態、橡膠態、粘流態（或熔融態）及結晶高聚物中非晶區的結構。分子排列無長程有序，對X-射線衍射無清晰點陣圖案。聚合物晶體結構一一三種結構的組合①分子鏈是無規線團的非晶態結構；②分子鏈折疊排列、橫向有序的片晶；③伸直平行取向的伸直鏈晶體。第4章通用高分子材料塑料一是以聚合物為主要成分，在一定溫度和壓力下能塑制成一定形狀，并且在常溫下能保持其形狀的材料。塑料的特點：質輕，機械性能好；適宜的阻隔性和滲透性；化學穩定性好；衛生性良好；光學性能優良；良好的加工性能和裝飾性能.熱塑性塑*—_加工過程，一般只起物理變化，即加熱時變軟，令卻時變硬，再加熱又變軟，可反復加工。樹脂的化學結構不起變化，分子結構呈線型或支鏈型。熱固性塑*__加工過程起化學變化，受熱時被軟化并具有一定的可塑性，隨著進—步的加熱，樹脂就硬化定型，若再加熱也不會變軟，溫度過高則發生焦化分解。常見成型方法：注射成型：將固態塑料原料經塑化裝置塑化為熔融狀態，在壓力作用下注射入密閉的模腔內，經保壓冷卻定型后，開模頂出而獲得塑料制品的一種成型方法。壓延成型：將已塑化的物料通過一組熱輥筒之間使其厚度減薄，從而制得均勻片材制品的方法。壓延成型主要用于制備聚氯乙烯片材和薄膜。模壓成型：將松散狀（粉狀、粒狀、碎屑狀、纖維狀）的固態成型物料直接放入成型溫度下的模具型腔中，然后合模加壓，使其逐漸軟化熔融，并根據模具型腔形狀進行流動成型，最終經過固化而成為塑料制品。吹塑成型：借助于壓縮空氣，使處于高彈態或塑性狀態的空心塑料型坯發生吹脹變形，然后再經令卻定型，獲取制品的成型加工方法。根據型坯制造方法不同，吹塑加工可分注射吹塑和擠出吹塑。熱塑性塑料：1.聚乙烯（PE）polyethylene:無臭、無味、無毒；乳白色蠟狀固體，半透明或不透明；透水率低但透氣性大；易燃，是最易燃的塑料之一。聚乙烯是世界塑料品種中產量最大的品種，應用廣泛，約占世界塑料總產量的四分之一。LDPE:易分子內鏈轉移，支鏈較多,結晶度低，密度低，令卻后收縮率高。柔韌可延展材料，具較好的透明性和加工性能?？箯垙姸容^低，耐熱變形溫度不高。耐化學藥品性、耐溶劑性以及耐油性均不及HDPE，易吸收油脂而溶脹，使制品發粘。易成型加工，且成本較低。高內聚性（粘連）。MDPE:支鏈數較LDPE少，結晶度居LDPE與HDPE之間，是一種堅硬的材料。制品剛硬，強度較高，具有較好的抗應力開裂性。適于制成瓶、桶等包裝容器。HDPE:不易鏈轉移，直鏈型，結晶度高，密度大，性脆。堅韌的剛性材料，具較高的硬度、機械強度和耐熱性。耐80°C以下的大多數溶劑，且具有耐油性。透明性、彈性以及成型加工性能較差。LLDPE:伸長率和耐穿刺性是PE中最好的，良好的熱封合性。聚乙烯的加工性能：聚乙烯不易吸水，加工前不用干燥，聚乙烯結晶能力高，制品收縮大（1.8-2.2%）（注塑制品應注意），聚乙烯加工時應避免熔體與空氣直接接觸；應加入抗氧劑,應避免與有機或化學藥品接觸,加工溫度范圍：150~2201總體來說:聚乙烯力學性能一般，拉伸強度比較低,硬度不高，抗蠕變性差，抗沖擊性能較好,良好的化學穩定性，較好的耐溶劑性，低表面能，黏附性低，耐熱性低，耐寒性好，導熱性在塑料里比較高，膨脹系數大.聚丙烯（PP）:聚丙烯是無色、無味、無毒帶白色蠟狀的粒狀材料，外觀似聚乙烯，但比聚乙烯更透明、更輕，比重為0.89-0.91,是最輕的塑料品種之一，它基本上是線性的高結晶聚合物，浮于水上。聚丙烯易燃，離火后可繼續燃燒，火焰上端呈黃色，下端藍色有少量黑煙，熔融拉伸性極好，燃燒后熔融滴落，發出石油氣味。聚丙烯性能：聚丙烯的強度和剛性都比低壓聚乙烯好，由于聚丙烯的規整度很高，它在室溫和低溫下的抗沖擊性能較差。具有突出抗彎曲疲勞強度（能承受七千萬次開閉折疊彎曲而無損壞跡象，俗稱百折膠）。聚丙稀有良好的熱性能,是優良的電絕緣體.聚苯乙烯（PS）:聚苯乙烯為無色透明、無延展性，仿玻璃狀的材料，制品掉下地面或敲打時，有清脆的響聲，故俗稱為''響膠〃。聚苯乙烯具有燃燒特性：易燃，離火后繼續燃燒，火焰橙黃色并有濃煙碳束，燃燒時塑料軟化，起泡并發出特殊的聚苯乙烯單體味。聚苯乙烯性能：很好的透明性，僅次于有機玻璃，良好的光澤。著色性和印刷性好。熔融流動性好，易加工，成型收縮率低。吸水率很低，尺寸穩定性好。耐化學性較好。性脆，耐沖擊強度低。表面硬度小，易劃痕磨毛。成型中易產生內應力，易開裂（熱處理）。耐熱性較差，連續使用溫度60-80度。氣密性和防潮性不良。耐油性差，不耐烴類、酮類、高級脂肪酯，能溶于芳烴和氯代烴等。ABS:全稱是丙烯睛一丁二烯一苯乙烯塑料A一丙烯睛，B一丁二烯，S一苯乙烯。ABS塑料不透明，除薄膜外都呈淺象牙色、瓷白色、天然色，均能配色成有光澤的其它色澤制品。比重在1.05左右，略重于水，具有堅韌、質硬、剛性的特點，低溫抗沖擊性能好是其另一特點。燃燒特性：燃燒緩慢，離火后仍繼續，火焰呈黃色黑煙，燃燒后塑料軟化、燒焦，發出特殊氣味，但無熔融滴落。聚氯乙烯（PVC）:無色、透明、堅韌。聚氯乙烯的燃燒特性為：難燃、離火即滅、火焰呈黃色，下端綠色，白煙，燃燒時塑料變軟發出氯的刺激氣味。聚氯乙烯性能：聚氯乙烯樹脂是無定型結構的熱塑性材料。沒有明顯的熔點，加熱到120-150°C時具有可塑性.較好的硬度和剛性，介電常數介電損耗〉PO。透明度高，表面光澤度高，優良機械性能、耐壓性。硬質PVC具有較好的氣密性、保香性、防潮性?？蔁岱夂希己糜∷⑿院碗y燃性。耐強酸、強堿、氧化劑和非極性溶劑。耐熱性差。易受極性溶劑的侵蝕，可溶于氯化烴、某些酮類和酯類，溶脹于芳烴。硬質耐寒性較差，低溫時易脆裂；軟質增塑劑易外遷，有異味，有毒。聚乙烯醇（PVA）外觀為白色粉末，是一種用途相當廣泛的水溶性高分子聚合物.PVA優點：水溶性，生物相容性，成膜性能，生物可降解性.PVA缺點：耐水性差，耐熱性差，耐溶劑性差，蠕變大，強度低,熱塑加工性能差.丙烯酸塑料:聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），俗稱有機玻璃，也有人稱亞克力，是甲基丙烯酸甲酯（MMA）的均聚物。特點：高透明性，是目前最優秀的有機透明材料，透光率達92%，比無機玻璃還高；機械強度高，耐紫外線和大氣老化，戶外放置5年后透光率下降1%，加工性能好，能切削加工、粘結、吹塑、注射、擠出、澆注成型等.工程塑料：聚酰胺（PA）俗稱：尼龍:PA為白色至淡黃色的顆粒；PA的密度為1~1.16g.cm-3制品堅硬有光澤；PA的吸水率很大。聚酰胺性能：具有較高的結晶度和較高的熔點（180-280°C）,且熔點范圍較窄。（尼龍6，其熔點溫度為210-215°C。尼龍66，其熔點溫度為255-264°C。尼龍610，其熔點溫度為215-223°C。），尼龍是一種自潤滑材料，其摩擦系數小而穩定，與其它塑料比較，其軟化溫度范圍窄，具有比較明顯的熔點，在高溫條件下具有良好的電絕緣性能，耐很多化學藥品,PA吸水率大，加工前必須干燥；PA的熔體黏度低、流動性好、易成型加H；PA熱穩定性差、加工時應避免高溫、長時間；PA的成型收縮率大。#尼龍66是聚酰胺中強度最高的一種，具有優良的耐磨性和自潤滑性，耐熱溫度較高,能自熄。聚碳酸酯（PC）:聚碳酸酯是一種新型的熱塑性塑料，透明度達90%，被譽為透明金屬。無色透明（或淡黃色透明）、剛硬而堅韌的材料，無毒、無味，外觀類似于有機玻璃。聚碳酸酯性能：透明度高，適用于作光學材料。優良的保香性，良好的氣密性和防潮性。機械性能優良，突出的沖擊韌性是熱塑性塑料中最高的。蠕變小，尺寸穩定性好.抗拉強度、耐磨性以及電絕緣性等很好。優良的耐熱性和耐寒性。無明顯熔點，熱分解溫度高。能耐稀酸、氧化劑還原劑、鹽、油脂類、脂肪烴類。耐疲勞強度較差聚甲醛（POM）:學名聚氧亞甲基，是分子鏈中含（-CH2O-）基團的聚合物，是一種沒有側鏈、高密度、高結晶性的線型聚合物，具有優異的綜合性能。聚甲醛的產量在工程塑料中，僅次于尼龍和PC.聚甲醛性能：聚甲醛是一種表面光滑、有光澤的硬而致密的材料，它的耐磨性和自潤滑性比絕大多數工程塑料優越，有良好的耐油、耐過氧化物性能。不耐日光紫外線的輻射。熔融加工困難。聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）:無色透明，極為堅韌的材料，無毒，無味。聚對苯二甲酸乙二醇酯性能：優良機械性能，強韌性位所有熱塑性塑料之首；良好的剛性、硬度、耐磨性、尺寸穩定性和耐蠕變性。優良的阻隔性，良好的氣密性、防潮性。耐熱、耐寒性好，在較寬溫度