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1、42材料的热性能材料的热性能ThermalPerformanceofMaterialsThermal-physicalpropertiesthermalconductivityheatcapacitythermalexpensionheatresistanceThermal-chemicalpropertiesthermalStabilityflameretardancy42材料的热性能材料的热性能(thermalperformance)热导率热导率热物理性能：热物理性能：比热容比热容热膨胀热膨胀耐热性耐热性热化学性能：热化学性能：热稳定性热稳定性燃烧特性燃烧特性421材料的热学性质材料的热学
2、性质(thermalproperty)1.热传递热传递三种方式：热传导、热辐射、热对流热传导、热辐射、热对流热传导热传导基本的传递方式A自由电子自由电子（金属）B晶格振动晶格振动，离子和共价晶体（陶瓷）C分子传导分子传导（高分子、小分子气体、液体）热流量q (d T/d X)两平面稳态稳态热流量（与时间无关）q= At(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.热导率热导率 (thermalconductivity)定义：单位温度梯度单位温度梯度下，单位时间单位时间内通过单位垂直单位垂直面积面积
3、上的热量热量 =-q/(d T/d X)J.s-1.m-1.K-1或或W.m-1.K-1金属金属高自由电子无机非金属无机非金属：中晶格热振动高分子高分子很小，0.1-0.4之间银最高银最高427合金合金40金刚石金刚石30玻璃玻璃1合金、孔隙合金、孔隙结晶、温度结晶、温度表表4-2-1某些材料的热导率和比热容某些材料的热导率和比热容材料材料热导热导率率W/（mk）比热容比热容J(kgk)材料材料热导热导率率W/（mk）比热容比热容J(kgk)铝铝247900硅硅150铜铜398389氧化铝氧化铝30.1775金金315130氧化镁氧化镁37.7940铁铁80.4448尖晶石尖晶石15.0790
4、镍镍90443钠钙玻璃钠钙玻璃1.7840银银428235聚乙烯聚乙烯0.382100钨钨178142聚丙烯聚丙烯0.1218801025钢钢51.9486聚苯乙烯聚苯乙烯0.131360316不锈钢不锈钢16.3502聚四氟乙烯聚四氟乙烯0.251050黄铜黄铜120375酚醛树脂（电木）酚醛树脂（电木）0.151650尼龙尼龙-660.2416704-28有一块面积为有一块面积为0.25m2、厚度为厚度为10mm的钢板热导率为的钢板热导率为51.9W/(m*K)，两表面的温度分别为两表面的温度分别为300和和100，试计算该钢板每小时损失的热量？试计算该钢板每小时损失的热量？Q=A（T1-
5、T2）/d=51.9*0.25*（300-100）/0.01=259.5KWQ=259.5*3600=934.2MJ3、比热容（、比热容（CP）或）或CVSpecificheat材料对热量的吸收能力材料对热量的吸收能力热热容容（heatcapacity)，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/molK。体积恒定体积恒定，所吸收的热量等于内能内能的增量等容热容等容热容内能对温度的曲线上的斜率恒压恒压，所吸收的热量等于焓焓的增量：等压热容：等压热容：焓对温度的曲线上的斜率固体多用CP，Jmol-1K-1。CpCv。绝对零度时CP=CV=0RT相近固体热容理论固体热容
6、理论原子的振动原子的振动-晶格的振动晶格的振动经典经典理论谐振子量子量子理论随机振动德拜模型德拜模型晶体中原子的相互作用，弹性波的振动（声波）Cv3RfD(D/T)D:德拜温度德拜温度，材料参数（简单晶体）德拜比热函数德拜比热函数比热（容）比热（容）=热容/原子量，JKg-1K-1定义：1Kg质量的固体（或液体）升高（或降低）1C时，所增加（或减少）的（振动能量）热量比热容与材料的组成和结构比热容与材料的组成和结构金属金属CP1KJKg-1K-1，热容小，容易加热、容易冷却自由电子的贡献很小。无机非金属，无机非金属，同上，同上，更符合德拜模型高分子高分子CP1.03.0KJKg-1K-1，热容
7、大不同的运动单元运动单元原子、基团、链段原子、基团、链段分子链柔顺性柔顺性温度的升高是由于分子间内摩擦引起的，柔性链，运动单元小内摩擦小,T上升慢，热容量大，高弹态玻璃态高弹态玻璃态比热容比热容与温度与温度TD,Cv3RTD,Cv12R4(T/D)3/5比热容比热容与相变与相变DSC示差扫描量热仪DTA差热分析TgCp发生突变一级相变一级相变二级相变二级相变4-2-2热膨胀性热膨胀性（ThermalExpension)1、热膨胀热膨胀材料的体积或长度随温度升高而增大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晶体：原子在晶格内平衡位置平衡位置附近振动，T，振幅振幅，原子平均间距
8、，原子平均间距非晶体非晶体：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2、热膨胀类型热膨胀类型(coefficientofthermalexpansion)CTE线膨胀l =(1/l )d l /dT体膨胀V =(1/V )d V /dT影响因素影响因素温度温度T升高，增大结构结构键能大，减小无机材料无机材料小，10-510-6金属金属中，1310-5高分子高分子大，2.52510-5取向交联度减小晶格类型、结晶度柔顺性刚性，柔性，表表4-2-2各种材料的线膨胀系数各种材料的线膨胀系数材料名称线膨胀系数105,K-1材料名称线膨胀系数105,K-1玻璃0.11.0
9、聚苯乙烯7陶瓷0.45聚甲基丙烯酸甲酯89石英玻璃0.1尼龙10硬质玻璃0.3聚乙烯17光学玻璃0.8聚氯乙烯19钢1.2纤维素的酯及醚类617黄铜1.9石墨0.79铝2.4金刚石0.12环氧树脂67氯化橡胶1213酚醛树脂（填充木粉）3氯丁橡胶20.0脲醛树脂2.53丁腈橡胶19.6聚酯树脂810丁基橡胶19.4木材（顺纤维方向）0.20.6丁苯橡胶21.6木材（横纤维方向）3.256.2聚乙烯醇712碳化天然橡胶8聚乙烯醇缩醛8224-2-3耐热性耐热性（HeatResistance)1、概念：、概念：耐热性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永久变形的温度。材料的使用
10、上限温度高高分分子子材材料料 常温及中温条件下使用，0.27的聚合物是有自熄性self-extinguish(1)仅由C、H、O元素组成，临界氧指数为0.160.18(2)含卤卤族族元素（F、Cl、Br、I），临界氧指数大于0.40(3)含磷、氮磷、氮等元素，临界氧指数高表表4-16聚合物的燃烧速度，聚合物的燃烧速度，mm/min聚合物聚合物燃烧速度燃烧速度聚合物聚合物燃烧速度燃烧速度聚乙烯聚乙烯7.530.5硝酸纤维素硝酸纤维素迅速燃烧迅速燃烧聚丙烯聚丙烯17.340.6醋酸纤维素醋酸纤维素12.730.3聚丁烯聚丁烯27.9氯化聚乙烯氯化聚乙烯自熄自熄聚苯乙烯聚苯乙烯12.763.5PVC
11、自熄自熄苯苯乙乙烯烯-丙丙烯烯腈腈共共聚物聚物10.240.6聚偏二氯乙烯聚偏二氯乙烯自熄自熄ABS25.450.2尼龙尼龙自熄自熄PMMA15.040.6脲醛树脂脲醛树脂自熄自熄PC自熄自熄聚四氟乙烯聚四氟乙烯不燃不燃聚砜聚砜自熄自熄表表4-17高分子材料的燃烧发热值，高分子材料的燃烧发热值，KJ/g名称名称燃烧发热值燃烧发热值名称名称燃烧发热值燃烧发热值软质软质PVC46.6PVC1323硬质硬质PVC45.8赛璐咯赛璐咯17.3聚丙烯聚丙烯43.9酚醛树脂酚醛树脂13.4聚苯乙烯聚苯乙烯40.1聚四氟乙烯聚四氟乙烯4.2ABS35.2玻玻璃璃纤纤维维增增强强塑塑料料18.8聚酰胺聚酰胺3
12、0.8氯丁橡胶氯丁橡胶23.432.6聚碳酸酯聚碳酸酯30.5煤煤23.0PMMA26.2木材木材14.6表表4-18几种聚合物的氧指数几种聚合物的氧指数聚合物聚合物氧指数氧指数聚合物聚合物氧指数氧指数聚乙烯聚乙烯17.417.5聚乙烯醇聚乙烯醇22.5聚丙烯聚丙烯17.4聚苯乙烯聚苯乙烯18.1氯化聚乙烯氯化聚乙烯21.1PMMA17.3PVC1549聚碳酸酯聚碳酸酯2622聚四氟乙烯聚四氟乙烯79.5环氧树脂环氧树脂19.3聚酰胺聚酰胺26.7氯丁橡胶氯丁橡胶26.3软质软质PVC2340硅橡胶硅橡胶26394、高分子材料的阻燃、高分子材料的阻燃flameretardancy结构和组成结构和组成提高热稳定性提高热稳定性引入卤族、磷、氮引入卤族、磷、氮等元素阻燃剂和无机填料阻燃剂和无机填料吸收热量吸收热量降低温度降低温度隔离氧隔离氧
