页数：40页文件大小：2.32 MB来源： 材料科学基础ppt课件
本课件围绕烧结与聚合展开，依次讲解烧结、聚合等内容，配合图示与完整文字版，便于课前预习、课堂对照与课后复习使用。内容按章节顺序组织，逐页呈现图示与文字版。可与教材章节对照阅读，也可用于备课与考研复习参考。
第9章烧结与聚合Sintering and Polymerization
9.1烧结(Sintering)9.1.1烧结的驱动力(Driving force for sintering)9.1.2烧结过程(Sintering process)9.1.3颗粒的粘附作用(Interparticle adherence)9.1.4物质的传递(Transport phenomenon)9.1.5再结晶和晶粒长大(Recrystallization and graingrowth)9.2聚合( Polymerization)9.2.1逐步聚合(Step polymerization)9.2.2连锁聚合(Chain polymerization)第9章烧结与聚合Sintering and Polymerization
9.1烧结(Sintering)
9.1.1烧结的驱动力(Driving force for sintering)
9.1.2烧结过程(Sintering process)烧结过程中伴随着复杂的物理化学变化，是材料高温动力学中最复杂的动力学过程。粉末颗粒表面的粘附作用、粉体内部物质的传递与迁移、再结晶和晶粒长大是烧结的基本机理，对烧结过程的顺利进行和烧结体组织与性能控制起到了非常重要的作用。
在烧结过程中物质传递的途径是多样的，相应的机理也各不相同。包括流动传质、扩散传质、蒸发-凝聚传质、溶解-沉淀传质.9.1.4物质的传递(Transport phenomenon)
9.1.4物质的传递(Transport phenomenon).1流动传质
②塑性流动传质：在烧结过程中，当液相量很少时，烧结物质内部质点在高温和表面张力作用下，超过屈服值后，使晶体产生位错，质点通过整排原子运动或晶面滑移来实现物质传递。9.1.4物质的传递(Transport phenomenon)
9.1.4物质的传递(Transport phenomenon)
.2扩散传质发生条件：对于多数固体材料，高温下蒸汽压低，传质更容易通过固体内质点的扩散进行，因此，扩散传质是大多数固体材料烧结传质的主要方式。
9.1.4物质的传递(Transport phenomenon)
.3蒸发-凝聚发生条件：此传质过程在高温下蒸汽压较大的系统内进行。传质过程：质点容易从高能的凸处（如表面）蒸发，通过气相传递到低能的凹处(如颈部）凝结，使颗粒接触面增大，颗粒和空隙形状改变，使成型体变成具有一定几何形状和性能的烧结体。
9.1.4物质的传递(Transport phenomenon)
.4溶解-沉淀发生条件：有足够液相的生成；液相能够润湿固相；固相在液相中有适当的溶解度并存在一定关系：式中：c、c0为小颗粒和普通颗粒的溶解度；r为小颗粒半径；γSL为固液相界面张力。推动力：细颗粒间液相毛细管作用力是溶解-沉淀传质过程的推动力。
9.1.5再结晶和晶粒长大(Recrystallization and grain growth)坯体多数是晶态粉状材料压制而成，随烧结进行坯体颗粒间发生再结晶和晶粒长大，使坯体强度提高。烧结进程中同时进行着两个过程，再结晶和晶粒长大。
.1初次再结晶
9.1.5再结晶和晶粒长大(Recrystallization and grain growth)
9.1.5再结晶和晶粒长大(Recrystallization and grain growth)
9.1.5再结晶和晶粒长大(Recrystallization and grain growth)
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization)
9.2.1逐步聚合(Step polymerization).1逐步聚合机理逐步缩合聚合可分为线型缩聚和体型缩聚两种类型。可进行缩聚的官能团，如OH、NH2、COOH、COOR、COCl、(CO)2O、H、Cl、SO3H、SO2Cl等。（1）线型缩聚。1）逐步缩合聚合
9.2.1逐步聚合(Step polymerization)线型缩聚机理2-2官能度体系线性缩聚反应通式如下：2官能度体系（如同一分子带有能相互反应的基团，如羟基羧酸、氨基羧酸等）经自缩聚也能制得线性缩聚物，反应通式如下：二元酸和二元醇的缩聚为例，两者第一步缩聚，形成二聚体羟基酸：
9.2.1逐步聚合(Step polymerization)二聚体的羟端基或羧端基可以与二元酸或二元醇反应，形成三聚体：二聚体也可以自身相互缩聚，形成四聚体：
9.2.1逐步聚合(Step polymerization)含羟基的任何聚体和含羧基的任何聚体都可以相互缩聚，如此逐步进行下去，就得到高分子量聚酯，通式如下：缩聚速率和分子量是两大重要指标。对各种缩聚物的分子量有着不同的要求，同种缩聚物用作纤维和工程塑料对分子量的要求也有差异。因此，分子量的影响因素和控制就成为线性缩聚中的核心问题。
9.2.1逐步聚合(Step polymerization)（2）体型缩聚体型缩聚主要可用于热固性塑料、热固性涂料、热固性粘合剂以及合成橡胶。
9.2.1逐步聚合(Step polymerization)体型缩聚的过程分成两个阶段：树脂或预聚物合成阶段（部分缩聚成低分子量的线性或支链形的预聚物，含有尚可反应的基团，可溶可熔可塑化）；成型阶段（预聚物受热进一步反应，交联固化成不溶不熔、尺寸稳定的聚合物制品）。体型缩聚制品称为热固性聚合物，主要包括酚醛树脂、脲醛树脂、醇酸树脂等。
9.2.1逐步聚合(Step polymerization)。1）逐步加成聚合单体分子的官能团可按逐步反应的机理加成而获得的聚合物，反应过程不生成小分子。典型的逐步加成聚合反应
9.2.1逐步聚合(Step polymerization)逐步聚合方法逐步聚合所采用的主要方法有熔融聚合、溶液聚合、界面聚合和固相聚合四种方法，可根据单体和聚合物不同特点和要求来选用。固相缩聚界面缩聚溶液缩聚熔融缩聚特点反应温度在单体或预聚物熔融温度以下进行缩聚。将两种有高度反应活性的单体分别溶于两种互不相容的溶剂中，在两相界面进行缩聚。单体溶解在适当溶剂中进行缩聚。无溶剂，使物料始终保持熔融状态进行缩聚。定义反应温度低于熔融缩聚温度，反应条件缓和。可提高已生产缩聚物的分子量。反应条件温和，反应不可逆，对单体配比要求不严格。反应温度较低，避免单体和产物分解，反应平稳易控制。聚合物溶液可直接应用。生产工艺过程简单、成本较低，可连续生产。优点原料需充分混合，要求达到一定细度，反应效率低，小分子不易扩散。必须使用高活性单体，如酰氯，需要大量溶剂，产品不易精制。溶剂可能有毒、易燃。如欲得到固态高聚合，增加了分离、精制、溶剂回收等工序，成本提高。反应温度高，单体配比严格，物料粘度高，小分子不易脱除。局部过热可能产生副反应，要求聚合设备密封性高。缺点聚酯、聚酰胺以及难溶的芳族聚合物。芳酰胺等特种性能聚合物。芳香族聚合物，芳杂环聚合物（聚砜等）。大品种缩聚物（合成涤纶、聚酯、聚酰胺等）。应用范围各种缩聚实施方法比较
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization)连锁聚合反应过程连锁聚合反应的基本原理相同，包括链引发、链增长和链终止三个过程。
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).1连锁聚合机理.1)自由基聚合自由基聚合是一类非常重要的化学反应，分为自由基均聚和自由基共聚反应两种类型。自由基聚合的聚合产物约占聚合物总产量的60%。典型的均聚物PP典型的共聚物SBS，ABS等
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).2)离子聚合活性中心是离子的聚合叫做离子聚合。根据中心离子的电荷性质不同又分为阳离子聚合和阴离子聚合，机理如下：
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).2)离子聚合一些离子聚合单体
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).3)配位聚合配位聚合本质上是一种阴离子聚合反应。配位聚合的过程
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).2连锁聚合实施方法自由基聚合实施方法主要有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合等四种方法。离子聚合和配位聚合实施方法主要有本体聚合和溶液聚合两种方法。四种连锁聚合方法的特点
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).1)本体聚合优点聚合过程中无其他反应介质，工艺过程较为简单。可省去单体分离工序，直接造粒得到粒状树脂。所得高聚物产品纯度较高。缺点放热量较大，反应散热困难。由于反应温度难以控制恒定，所以产品的分子量分布较宽。
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).1)本体聚合本体聚合的工艺过程、产品特点与应用
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).2)溶液聚合自由基溶液聚合示例
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).2)溶液聚合优点体系粘度较低，混合和传热较易，温度易控制，较少凝胶效应，可避免局部过热。缺点单体浓度较低，致使聚合物速率较慢，生产能力较低；单体浓度低和向溶剂链转移的双重结果，使聚合物分子量降低；溶剂分离回收费用高，除净聚合物中残留溶剂困难。因此工业上溶液聚合多用于聚合物溶液直接使用的场合，如涂料、胶黏剂、合成纤维纺丝液、继续进行化学反应的溶液等。
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).3)悬浮聚合反应机理与本体聚合相同，也有均相聚和和沉淀聚合之分。将水溶性单体的水溶液作为分散相悬浮于油类连续相中，在引发剂作用下进行聚合的方法叫做反相悬浮聚合法，其应用范围较小。优点：体系粘度低，传热和温度容易控制，产品分子量及其分布比较稳定。产品分子量比溶液聚合的高，杂质含量比乳液聚合的少。后处理工序比乳液聚合和溶液聚合简单，生产成本低，粒状树脂可直接成型。缺点：产物中带有少量的分散剂残留物。由于合成橡胶的玻璃化转变温度低于室温，常温有粘性，所以悬浮聚合法仅用于合成树脂的生产。
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).3)悬浮聚合悬浮聚合法生产的合成树脂主要品种和聚合条件
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).4)乳液聚合乳液聚合生成的固态高聚物分散在水中，转变为固-液乳化体系，这种固体微粒的粒径一般在1µm以下，静置时不会沉降析出。优点：以水作为介质，价廉安全。胶乳粘度低，有利于搅拌传热、管道输送和连续生产。聚合速率快，同时产物分子量高，聚合可以在较低的温度下进行。有利于胶乳的直接使用和环境友好产品的生产，如水乳漆、粘结剂、纸张/皮革/织物的处理剂等。缺点：需要固体产品时，乳液须经凝聚、洗涤、脱水、干燥等工序，成本升高。产品中留有乳化剂等杂质，难以完全除净。
9.2.2连锁聚合(Chain polymerization).4)乳液聚合乳液聚合法生产的高聚物主要品种和聚合条件
谢谢！
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