常州工程职院高分子物理课件12复合材料的力学性质

项目12复合材料的力学性质复合材料的制备方法复合材料的制备方法化学共聚制备方法物理混合制备方法增塑法增强法填充法高聚物共混法复合材料的力学性质一、高聚物的增塑作用▲高聚物的增塑作用（plasticization）定义：能使高分子链的柔性或高聚物材料的可塑性增加的作用。类型：内增塑、外增塑和自动增塑作用▲内增塑作用（internalpiastization）定义：通过改变高分子链的化学结构（即共聚）达到增塑目的的作用。▓实例利用丁二烯链节的柔性，制备高抗冲聚苯乙烯。▲外增塑作用（externalplasticization）定义：在刚性高分子链中加入低分子液体或柔性聚合物达到增塑目的的作用。具有该作用的物质称为增塑剂（plasticizer）。原理：低分子物质黏度比高聚物黏度低1015倍，因此每加入20%，体系黏度降低1000倍，并且玻璃化温度与黏流温度都降低。增塑剂的使用对象增塑剂加入量对柔性高聚物形变-温度曲线的影响，1-未加增塑剂，2、3、4-为加入增塑剂，其加入量是4＞3＞2。结果加后黏流温度比玻璃化温度下降快，高弹区变窄，因此，一般不加。形变%T,℃1234复合材料的力学性质增塑剂加入量对刚性高聚物形变-温度的影响如图，适当加入后，玻璃化温度下降比黏温度下降快，使高弹区加宽，材料使用范围加大。▓实例：纯PVC只能作塑料，适当加入增塑剂后，可以作人造革、鞋、薄膜等。关于增塑剂的选择原则增塑剂与高聚物互溶；不易挥发；制品中存在时间长；无毒、色浅、廉价。不同PVC材料的增塑剂含量形变%T,℃12345材料类型增塑剂份数(以100份PVC计)材料性能材料类型增塑剂份数(以100份PVC计)材料性能硬板、硬管硬粒料＜10较硬，基本保持PVC性质薄膜约50具有橡胶性质软板、软管软粒料约50具有橡胶性质塑料鞋60具有橡胶性质电缆绝缘层40具有橡皮性质人造革约65具有软皮性质电缆保护层50泡沫110松软弹性体复合材料的力学性质加入增塑剂对高聚物机械性能的影响▲自动增塑作用高聚物中含有单体、低聚物、杂质、水等而引起的增塑作用。需要严格控制。二、高聚物材料的增强及填充▲增强作用在高聚物中加入一定量的补强剂、增强剂，使其强度得到不同程度的提高的作用。▓实例热塑性塑料的增强一般加入合成纤维、玻璃纤维、石棉纤维、玻璃微珠、碳纤维等进行增强。工业最常用的是玻璃纤维，其加入前后的性能对比如下：增塑剂含量机械性能伸长率冲击强度抗张强度抗压强度增塑剂含量↑，材料伸长率↑、抗压强度↓、抗张强度↓、硬度↓、弹性模量↓、马丁耐热温度↓；冲击随加入量先升后降。＜H＜G＜F10～200℃(2～3)DCA复合材料的力学性质静态强度抗张强度抗弯强度动态强度抗疲劳性能冲击强度脆性材料韧性材料蠕变强度热变形温度线膨胀系数成型收缩率吸水率性能对比前后(2～4)AB(2～3)B脆性材料(2～3)C韧性材料变化不大DEFGH结晶偏大非晶偏小复合材料的力学性质热固性树脂的增强（通称为玻璃钢）常用的增强材料：玻璃布、棉布、麻布、合成纤维织物、玻璃纤维等，经过层压而成型，如机体、船壳等。▓实例由不饱和聚酯制成的玻璃钢与纯树脂、金属等性能的对比▲填充填充的作用：改进高聚物的性能或降低原料成本。▓实例橡胶填充炭黑以提高制品耐磨性和弹性模量；塑料中填充玻璃纤维以增加强度；树脂中填充碳酸钙、黏土、木屑等，起增强和降低成本作用。三、高聚物材料的共混改性（blendingmodification）▲本质同于增强和填充，只是改性剂为其他聚合物。性能玻璃钢纯树脂建筑钢材铝相对密度抗压强度，MPa抗弯强度，MPa抗冲击强度，MPa1.949105015.61.3150900.77.8350～420420～460102.770～11070～18044复合材料的力学性质●共混的方式溶液共混共混的方式乳液共混机械混炼●共混高聚物材料的性质规律：取决于原料高聚物的性质及配方，还取决于它们混合的状态。混溶体系的性能介于两种高聚物性质之间。两相共存，则存在两个玻璃化温度。▓实例T,℃T,℃形变%形变%PP/LDPEPP/LDPE0/1000/10040/6060/40100/0100/050/5080/20PP/LDPE共混材料热-机械曲线PP/LDPE共混材料DTA曲线复合材料的力学性质特例：以橡胶为改性剂，提高高聚物材料抗冲击性能。对橡胶的要求：玻璃化温度必须远低于使用温度；橡胶不溶于刚性高聚物而形成二相；两种高聚物溶解行为上相似，有利于相互黏着。若三条件达不到，加入第三组分。效果：原脆性高聚物的冲击强度提高5～10倍。汽车内六种部位塑料材料的分析、选择、改性项目12的六组任务第一组：请为汽车方向盘的生产选择合适的高分子材料；第二组：请为汽车仪表盖板的生产选择合适的高分子材料；第三组：请为汽车烟灰缸的生产选择合适的高分子材料；第四组：请为汽车暖风机叶轮的生产选择合适的高分子材料；第五组：请为汽车座垫、靠垫的生产选择合适的高分子材料；第六组：请为汽车车门内填料的生产选择合适的高分子材料。项目12的完成过程项目前期准备项目运行情境项目运行一项目运行二项目运行三新项目布置课程改革整体方案单元12教学方案素1、素2、素3、素4课件1总体项目协议书子项目考核评价标准子项目完成报告样本总项目运行情境描述复合材料0611集团机构子项目各成员准备的资料、个人的预报告内容及其他供讨论材料。发言代表汇总材料。提交上一项目完成报告项目委托方代表评价时所做的记录及补充意见项目互查意见；项目引深部分的记录；能力、知识等总结记录对新项目所提出的要求及注意事项等的记录巡视检查时的各种记录子项目汇报结果记录子项目结果评价记录项目12参考性结论项目互相检查意见项目引深部分案例项目总结的能力、知识项目12课件及图片展示项目13内容及要求展示素材5、素材6、素材7项目12运行三的总结部分车用电池玻璃碳纤维轿车前唇PU车外围雨刷轿车后备箱项目12运行三的总结部分PVCEVAPVC、ABS、PP项目12运行三的总结部分暧风刹车片PU尼龙合金项目12运行三的总结部分耐油管车牌标志PS尼龙ABS面板项目12运行三的总结部分PVC仪表盘底垫PMMA玻璃钢PU密封项目12运行三的总结部分防碰条橡胶减振ABS传感器项目12运行三的总结部分PA/PET合金PA/ABSPC/PBT合金项目12引深部分内容汽车大量使用高分子材料给汽车业的发展带来什么好处？项目13布置第一组：请为最低－85℃使用橡胶制品的生产选择合适的高分子材料；第二组：请为最低－73℃使用橡胶制品的生产选择合适的高分子材料；第三组：请为最低－70℃使用橡胶制品的生产选择合适的高分子材料；第四组：请为最低－60℃使用橡胶制品的生产选择合适的高分子材料；第五组：请为最低－50℃使用橡胶制品的生产选择合适的高分子材料；第六组：请为最低－22℃使用橡胶制品的生产选择合适的高分子材料。