材料科学与工程基础 教学课件 作者 顾宜 主编 第四章 第四讲.pptVIP

尚辅网 尚辅网 4－2 材料的热性能Thermal Performance of Materials Thermal-physical properties thermal conductivity heat capacity thermal expension heat resistance Thermal-chemical properties thermal Stability flame retardancy 热传导－基本的传递方式 A 自由电子（金属） B 晶格振动，离子和共价晶体（陶瓷） C 分子传导（高分子、小分子气体、液体） 热流量 q＝－? (d T / d X) 两平面稳态热流量（与时间无关） q = ? A t(T1 - T2)/d 式中 A 为平板面积, ? 为热导率, t 热传导的时间 非稳态： ?=?/CP·? 式中?为热扩散系数，m2.s-1； CP为比热容； ?为密度 2. 热导率?(thermal conductivity) 定义：单位温度梯度下， 单位时间内通过单位垂直 面积上的热量 ?= -q/ (d T / d X) J.s-1 .m-1.K-1 或 W. m-1.K-1 金属 ? 高 自由电子 无机非金属： ? 中 晶格热振动 高分子 ?很小，0.1-0.4之间 3、比热容（CP）或CV Specific heat 材料对热量的吸收能力 热容（heat capacity)，将一摩尔材料的温度升高一度所需的能量（没有相变或化学反应）。单位为 J/mol·K。 体积恒定，所吸收的热量等于内能的增量 等容热容 内能对温度的曲线上的斜率 恒压，所吸收的热量等于焓的增量： 等压热容：焓对温度的曲线上的斜率 固体多用CP ，J·mol-1·K-1。CpCv。 绝对零度时 CP= CV=0 RT 相近 4-2-2 热膨胀性 （Thermal Expension) 1、热膨胀 材料的体积或长度随温度升高而增大的现象 原因：原子或分子的热运动 晶体：原子在晶格内平衡位置附近振动， T ， 振幅 ，原子平均间距 非晶体：原子的振动和转变。 高分子沿主链振动； 链节、链段，转动； 自由体积—运动的空间 4-2-3耐热性 （Heat Resistance) 1、概念： 耐热性——指在受负荷下，材料失去其物理机械性能而发生永久变形的温度。 材料的使用上限温度 高分子材料 常温及中温条件下使用，500?C，一般170?C。 钢——550?C；合金——900?C；石墨——3000?C。 陶瓷——2000?C。 2、耐热性表征（高分子材料） 物理状态 Tg 无定形 Tm 结晶 工业表征方法及指标 σ、ε 马丁耐热温度 热变形温度 维卡软化温度 3、影响因素 Ⅰ结构因素： 刚性链 结 晶 交 联 Ⅱ分子量 Ⅲ增塑剂 Ⅳ填料，纤维增强 4-2-4热稳定性 (thermal Stability) 1、表征方法 起始分解温度（Td）：聚合物化学结合（结构）开始 发生变化的温度 常采用相对标准 （1）半分解温度 （2）热失重曲线（TG） 比较曲线 给定温度下的失重 给定失重的温度