有機高分子材料

有機高分子材料

相對分子質量很大的化合物
有機高分子化合物簡稱高分子化合物或高分子,又稱高聚物,與無機非金屬材料、高分子材料并稱三大材料。高分子材料一般具有以下特點:1、力學性能:比強度高,韌性高,耐疲勞性好,但易應力松弛和蠕變。2、反應性:大多數是惰性的,耐腐蝕,但粘連時要表面處理,加聚合物共混時需要表面處理,另外,有的高分子材料容易吸收紫外線或紅外線及可見光發生降解。3、物理性能:密度小,很高的電阻率,熔點相比金屬較低,限制了使用領域高分子化合物的一般具有特殊的結構,使它表現出了非同凡響的特性.例如,高分子主鍊有一定内旋自由度,可以彎曲,使高分子鍊具有柔性;高分子結構單元間的作用力及分子鍊間的交聯結構,直接影響它的聚集态結構,從而決定高分子材料的主要性能. 此外高分子材料可用纖維增強(複合材料)制成高性能的新型材料,可設極性大,部分性能超過金屬。
    中文名:有機高分子材料 外文名:Organic polymer materials 所屬學科: 類别:化合物 主要元素:碳、氫、氧、氮 相對分子質量:一般在10000以上 分 類:塑料、纖維、橡膠

基本特點

高分子是指相對分子質量很大,可達幾千乃至幾百萬的一類有機化合物。它們在結構上是由許多簡單的、相同的稱為鍊節(單體)的結構單元,通過化學鍵重複連接而成。高分子也稱高聚物或聚合物。

有機高分子材料是以高分子化合物為主要成分,與各種添加劑(或配合劑)配合,經過适當的加工而成。材料的基本性能主要取決于高分子化合物。有機高分子材料有以下基本特點:

1、密度小——比鋼鐵、銅輕得多,與鋁、鎂相當,對機電産品的輕量化有利。

2、有足夠的強度和模量——能夠代替部分金屬材料制造多種機械零部件。

3、優良的電(絕緣)性能——對電機、電器、儀器儀表、電線電纜中的絕緣起着重要的推進作用。而添加适當的導電材料又可成為特殊導體材料。

4、優良的減摩、耐磨和自潤滑性能——許多高分子材料可在液體介質中或少油、無油幹摩擦條件下運行,其性能甚至優于金屬。

5、優良的耐蝕性能——對酸、堿或某些化學藥品一般都具有良好的耐蝕性能。在一些特殊介質中,如含氯離子的酸性介質。其耐蝕能力勝過金屬,甚至勝過一般的不鏽鋼。

6、富于粘結力——高分子膠粘劑能将不同品種、不同形狀的材料零件膠接一起,膠接牢固,并且有密封、堵漏作用。

7、易于合金化——兩種或兩種以上的高聚物可用物理的、化學的方法共混制得共混聚合物合金。如尼龍與聚烯烴共混的塑料合金,其沖擊韌度可提高15倍以上。聚合物的合金化使材料改性的自由度加大,可制備出性能多樣、适應不同工況要求的新材料。

8、富有彈性——不論是線型或體型高分子,都具有一定的彈性。橡膠彈性最好,具有良好的吸振、防振和密封功能。

9、優良的透光性——不少塑料是透明的,如有機玻璃、聚苯乙烯的透光率可達90%以上。不少的高聚物還具有優良的隔熱、隔聲性,是很好的輕型建築材料。

10、耐熱性差——長期使用溫度大多在200℃以下。近年來, 可用于200℃以上的品種有所增加;用在300~4000℃溫度下的,是追求的目标。但有的高分子材料能耐液氮、液氦等超低溫度。

11、可燃——高分子材料是有機物,具有可燃性,或離火自熄;通常加入阻燃劑以消除其可燃性。

12、易老化——在熱、光、氧的長期作用過程中,高分子發生降解過程,使其理化性能、力學性能降低。完全消失以至失去使用價值。為此,常須加入防老化劑及其他防護措施延長使用壽命。

材料分類

有機高分子材料種類繁多,根據不同的分類原則可将其分為不同的類别。

1、按聚合物的性能和用途分類

根據聚合物的性能和用途,可将有機高分子材料分為塑料、纖維、橡膠三大類,此外還有塗料、膠粘劑和離子交換樹脂等。

(1) 塑料 在一定條件下具有流動性、可塑性,并能加工成形,當恢複平常條件時仍可保持加工時形狀的高分子材料稱為塑料。塑料又分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩種。熱塑性塑料可溶、可熔,并且在一定條件下可以反複加工成形,例如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等;熱固性塑料則不溶、不熔,并且在一定溫度及壓力下加工成形時會發生變化,這樣形成的材料在再次受壓、受熱下不能反複加工成形,而具有固定的形狀,例如酚醛樹脂、脲醛樹脂等。

(2) 纖維具備或保持其本身長度大于直徑1000倍以上而又具有一定強度的線條或絲狀高分子材料稱為纖維。纖維的直徑一般很小,受力後形變較小(一般為百分之幾到20%),在較寬的溫度範圍内力學性能變化不大。纖維分為天然纖維和化學纖維。化學纖維又分為改性纖維素纖維(人造纖維,如粘膠纖維)與合成纖維。改性纖維素纖維是将天然纖維經化學處理後再紡絲而得到的纖維。例如将天然纖維用堿和二硫化碳處理後,在酸液中紡絲就得到人造絲(即粘膠纖維)。合成纖維是将單體經聚合反應而得到的樹脂經紡絲而成的纖維。重要的纖維品種有:聚酯纖維(又稱滌綸);聚酰胺纖維,如尼龍66;聚丙烯腈纖維(又稱腈綸);聚丙烯纖維(丙綸)和聚氯乙烯纖維(氯綸)等。

(3) 橡膠在室溫下具有高彈性的高分子材料稱為橡膠。在外力作用下,橡膠能産生很大的形變(可達1000%),外力除去後又能迅速恢複原狀。重要的橡膠品種有:聚丁二烯(順丁橡膠)、聚異戊二烯(異戊橡膠)、氯丁橡膠、丁基橡膠等。

塑料、纖維和橡膠三大類聚合物之間并沒有嚴格的界限。有的高分子可以作纖維,也可以作塑料,如聚氯乙烯既是典型的塑料,又可做成纖維即氯綸;若将氯乙烯配入适量增塑劑,可制成類似橡膠的軟制品。又如尼龍既可以用作纖維又可作工程塑料;橡膠在較低溫度下也可作塑料使用。

2、按聚合物的熱行為分類

(1) 熱塑性高分子材料 熱塑性高分子材料成形後分子呈線性結構,在一定條件(如溫度、壓力)下可塑成一定形狀并在常溫下保持其形狀,而且還可在特定的溫度範圍内反複加熱軟化、冷卻固化,加工成形方便,有利于制品再生。因此,熱塑性高分子材料用途廣、産量大(占所有高分子材料的80%以上)。常見的熱塑性高分子材料有聚乙烯、聚丙烯等。

(2) 熱固性高分子材料熱固性高分子材料成形後變成網狀的體型結構,不熔不溶,受熱後隻能分解,不能軟化,不能回複到可塑狀态。常見的熱固性高分子材料有酚醛樹脂、環氧樹脂等。

加工性能

有機高分子材料具有一些特有的加工性能,如良好的高彈性、耐磨性、化學穩定性等,這些加工性能為有機高分子材料提供了适用多種加工技術的可能性,也是高分子材料能夠得到廣泛應用的重要原因。

1、有機高分子材料的力學性能

(1) 高彈性輕度交聯的高聚物具有典型的高彈性,即變形大、彈性模量小,而且彈性随溫度升高而增大。橡膠是典型的高彈性材料。

(2) 粘彈性高聚物的粘彈性是指高聚物材料既具有彈性材料的一般特性,又具有粘性流體的一些特性,即受力的同時發生高彈性變形和粘性流動,主要表現在蠕變和應力松弛、滞後和内耗等現象上。

1) 蠕變和應力松弛。在恒定溫度和應力作用下,應變随時間延長而增加的現象稱為蠕變。應力松弛是在應變恒定的情況下,應力随時間延長而衰減的現象。在外力的作用下,高聚物大分子鍊由原來的卷曲态變為較伸直的形态,從而産生蠕變;随時間的延長,大分子鍊構象逐步調整,趨向于比較穩定的卷曲狀态,從而産生應力松弛。

2) 滞後和内耗。滞後是指在交變應力的作用下,變形速度跟不上應力變化的現象。在克服内摩擦時,一部分機械能被損耗,轉化為熱能,即内耗。滞後越嚴重,内耗越大。内耗大對減振和吸聲有利,但内耗會引起發熱,導緻高聚物老化。

(3) 強度高聚物的強度很低,如塑料的抗拉強度一般低于100MPa,比金屬材料低很多。但高聚物的密度很小,隻有鋼的1/4~1/8,所以其比強度比一些金屬高。

(4) 斷裂高聚物材料由于内部結構不均一,含有許多微裂紋,造成應力集中,使裂紋容易很快發展。在小應力下即可斷裂,稱為環境應力斷裂。

(5) 韌性高聚物的韌性用沖擊韌度表示。各類高聚物的沖擊韌度相差很大,脆性高聚物的沖擊韌度值一般都小于0.2J/cm2,韌性高聚物的沖擊韌度值一般都大于0.9J/cm2。

(6)耐磨性高聚物的硬度低,但耐磨性高。如塑料的摩擦因數小,有些還具有自潤滑性能,在無潤滑和少潤滑的摩擦條件下,它們的耐磨、減摩性能要比金屬材料高很多。

2、有機高分子材料的電學和物理化學性能

(1) 電學性能高聚物内原子間以共價鍵相連,沒有自由電子和離子,因此介電常數小、介電損耗低,具有高的絕緣性。

(2) 熱性能高聚物在受熱過程中,大分子鍊和鍊段容易産生運動,因此其耐熱性較差。由于高聚物内部無自由電子,因此具有低的導熱性能。高聚物的線脹系數也較大。

(3) 化學穩定性高聚物不發生電化學反應,也不易與其他物質發生化學反應。所以大多數高聚物具有較高的化學穩定性,對酸、堿溶液具有優良的耐蝕性。

發展

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在亞洲,諾力昂在中國的甯波和天津、日本和印度生産有機過氧化物。近期,諾力昂還宣布了位于甯波的新建生産設施投産,為聚合物和複合材料生産兩種關鍵中間體

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