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佳日丰泰耐热高分子材料设计的理论依据

新闻来源: 发布日期:2017-11-28 10:40:04发布人:佳日丰小张

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有机高分子材料在长期高温环境中,会发生两种变化。一是物理变化,如软化、熔融等,破坏尺寸稳定性;另一种是化学变化,如发生分解、氧化、环化、交联、降解等反应,破坏成分稳定性。在低温或超低温环境中,高分子材料则可能出现硬化、脆化等现象。材料发生这些变化将导致性能下降,寿命缩短,乃至失去使用价值。评价高分子材料的耐热性和耐寒性,即要求在使用的温度环境中,材料在相对长时间内不发生上述变化。

对于结晶度高的材料,其使用温度主要由熔点Tm决定;对于无定型高分子材料,使用温度主要由玻璃化温度Tg决定。对于塑料来讲,Tg是其耐热性的标志,对于橡胶而言,Tg则是耐寒性的标志。此外,表征材料热性能的参数还有:分解温度Td(通常Td>Tm或Tf)和脆化温度Tb(Tb<Tg)。工业上常采用维卡软化温度、热变形温度、马丁耐热温度等实用测量方法来表征。除温度外,还应包括材料耐温的时间,环境的影响及材料性能变化的程度等。

提高材料耐热性的关键是提高材料的Tg、Tm和Td,主要方法为:

1)提高分子链的刚性,在主链中减少单键,引入共轭双键或环状结构。大部分耐热高分子主链上有此类结构,如聚砜,Tg=190℃。

2)提高分子链的规整性,提高结晶度;或引入极性基团,使分子间产生氢键,增强分子间作用力,提高Tg。如普通的无规聚苯乙烯(a-PS)的Tg=100℃,而全同立构聚苯乙烯(i-PS)可以结晶,其熔点Tm=240℃。

3)采用交联方法,限制分子链运动,既提高耐热性,又提高物理、力学性能。如辐射交联的聚乙烯,耐热温度达250℃,远高于聚乙烯的熔点;又如具有交联结构的热固性树脂,其耐热性一般都较好。

4)采用复合方法,如尼龙-66的热变形温度约80℃,将其与30%的玻璃纤维复合后,不仅强度提高,热变形温度也升高到250℃。

5)关于橡胶材料的耐热性。为了保证橡胶高弹性不受损,不能采用提高分子链刚性、或结晶、交联等方法,原则上只能从提高分子化学键键能着手(选用耐热橡胶品种),使之不易发生热降解或热交联。

改善橡胶材料的耐寒性。原则上应考虑增大分子链柔顺性,减少分子间作用力,削弱分子链中规整部分的化学结构和组成,降低Tg,降低结晶能力。

主要方法有:

1)增塑法。采用凝固点低、粘度大、沸点高、蒸汽压低的增塑剂,降低Tg。

2)改性法。改变橡胶分子链结构(如顺式、反式结构比例),降低结晶速度。硅橡胶(聚二甲基硅氧烷)是一种既耐热又耐寒的优良橡胶。使用温度从-70℃到250℃,原因在于一则Si—O键的键能大(大于C—C键),不易热分解,二则其内旋转位垒低,分子链柔顺性好。


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