航空航天材料工程-2-非金属材料

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1、航空航天材料工程AEROSPACEMATERIALSENGINEERING第6章非金属材料及其改性2012-4-13内容提纲非金属材料分类、结构和特点6.1非金属材料的改性及其强化6.2非金属材料在航空航天中的应用6.36.1非金属材料分类、结构和特点复合材料金属材料非金属材料有机聚合物纤维橡胶塑料无机材料水泥玻璃陶瓷工程材料按组织成分分类在航天航空工程中，非金属材料一般不单独使用，主要作为复合材料的基体或增强体材料。6.1.1高分子材料：1.概念高分子化合物（Polymer）：是由千百个原子彼此以共

2、价键结合形成相对分子质量特别大、具有重复结构单元的有机化合物。相对分子质量大（103-107）。由于高分子多是由小分子通过聚合反应而制得的，因此也常被称为聚合物或高聚物，用于聚合的小分子则被称为“单体”。n(CH2=CH2)→[CH2-CH2]n单体[CH2-CH2]：链节n：聚合度M=nm，M为高分子聚合物的相对分子量，m为链节的相对分子量按高分子链分：碳链高分子杂链高分子元素有机高分子按成品的性能与用途分塑料橡胶纤维其它（涂料、粘合剂）三大合成材料6.1.1高分子材料：2.分类6.1.1高分子材料

3、：2.分类碳链高分子分子主链全部由碳原子以共价键相连接。一般由加成聚合反应制得，如PE、PP、PVC、PMMA等涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酯）分子主链除含有碳原子外，还含有O、N、S等两种或两种以上原子并以共价键相连接。一般由缩聚反应和开环聚合制得。杂链高分子6.1.1高分子材料：2.分类聚己二酰己二胺（聚酰胺66、尼龙66）数字表示单元链节中酸和胺的碳原子数mp型聚酰胺是由二元酸HOOC—（C-H2）m-COOH与二元胺H2N(CH2)pNH2制成的聚己内酰胺（聚酰胺6、锦纶、尼龙6）由单

4、体己内酰胺经开环聚合反应生成线型聚酰胺聚苯硫醚杂链高分子6.1.1高分子材料：2.分类6.1.1高分子材料：2.分类单体聚合物聚合反应聚合反应分类：按元素组成和结构变化：加聚，缩聚按反应单体：均聚、共聚按反应活性中心：自由基聚合和离子（阴、阳离子）聚合按反应类型：线形，开环，环化，转移，异构化6.1.1高分子材料：3.聚合方式高分子链的柔顺性：一个典型的线形高分子链长度与直径之比是很大的。例如聚异丁烯大分子所以这就是说，这个大分子长度是直径的5万倍。这样一根细而长的“网丝”，在无外力作用下，不可能是一

5、条直线，而是自然的曲线。这就使得聚异丁烯大分子有着“柔顺性”，也使聚异丁烯材料有着它独特的“高弹性”。6.1.1高分子材料：4.高分子结构高分子的柔顺性的实质：高分子的柔顺性的实质就是大量C-C单键的内旋转造成的。极端情况：当高分子链上每个键都能完全自由旋转（自由联接链），“链段”长度就是键长——理想的柔性链（不存在）。当高分子链上所有键都不能内旋转——理想的刚性分子（不存在），“链段”长度为链长。6.1.1高分子材料：4.高分子结构6.1.1高分子材料：4.高分子结构高分子结构高分子链结构高分子聚集

6、态结构近程结构远程结构化学组成单体单元键合单体高分子链的键接（交联与支化）单体单元主体构型（空间排列）高分子的大小（聚合度、分子量）高分子链的形态（构象）晶态非晶态取向态液晶态织态6.1.1高分子材料：4.1高分子的大小大分子链内原子间以共价键相连接，而大分子链之间的力为范德华力。相对分子量越大，则大分子间结合力越强，高分子化合物的强度越高。相对分子量超过100万的聚乙烯的抗拉强度比50万的高一倍。大分子链的形态有:-线型-支化-网状6.1.1高分子材料：4.2大分子链的形态（1）线型大分子链一般高分

7、子是线型的。分子长链可以卷曲成团，也可以伸展成直线，这取决于分子本身的柔顺性及外部条件。线型高分子间无化学键结合，所以：-在受力情况下分子间可以互相移动（流动）塑性、弹性-可在适当溶剂中溶解或溶胀可溶性-可反复软化、熔化又固化，易于加工成型可熔性例如聚氯乙烯和聚酯等热塑性树脂（2）支链形高分子由于加聚过程中有自由基的链转移发生，形成支链，常易产生支化高分子。支链的存在使线性高分子的性能钝化，如熔点升高、黏度增加。（3）网状（交联）大分子大分子链之间通过支链或化学键形成了三维网络或体型结构。热固性：一经

8、固化成型不得再次成型耐热、机械强度高但脆性大、硬度高，弹性和塑性很低，不能塑性加工交联与支化有本质区别支化（可溶，可熔，有软化点）交联（不溶，不熔，可膨胀）线型、支化、网状分子的性能差别：线型分子：可溶，可熔，易于加工，可重复应用，一些合成纤维，“热塑性”塑料（PVC，PS等属此类）支化分子：一般也可溶，但结晶度、密度、强度均比线型差网状分子：不溶，不熔，耐热，耐溶剂等性能好，但加工只能在形成网状结构之前，一旦交联为网状，便无法再加工，“热固性”塑料（酚