高分子材料：緒論

1、高分子材料應(yīng)用與加工付鵬目 錄 一、緒論二、通用塑料 1、聚乙烯 2、聚丙烯 3、低溫?zé)崴馨宀?4、丙烯酸樹脂 5、聚氨酯 6、乙烯-醋酸乙烯聚合物三、合成纖維及符合材料 1、合成纖維 2、復(fù)合材料四、橡膠 1、橡膠概述 2、通用橡膠和合成橡膠五、黏合劑緒論 1、人類對(duì)高分子材料的利用 2、高分子材料發(fā)展史 3、高分子材料概述 4、高分子材料的成型加工人類對(duì)材料的利用 人類使用材料已有幾千年的歷史動(dòng)物皮毛蠶絲棉花木材橡膠陶瓷水泥玻璃金屬 高分子材料的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期： 天然高分子的利用與加工、 天然高分子的改性和合成、 高分子的工業(yè)生產(chǎn)(高分子科學(xué)的建立) 天然高分子材料的加工改性 1812

2、年用酸水解樹皮等，得到淀粉。 1839年古德意發(fā)現(xiàn)天然橡膠與松節(jié)油、硫磺共熱可改變性能，化學(xué)上叫高分子化學(xué)改性，工業(yè)上叫硫化處理。 1864年，舍恩拜因用棉纖維經(jīng)硝酸、硫酸混合液處理，發(fā)明了火藥棉。 1865年帕克爾對(duì)膠棉處理，得到第一種人造塑料-賽璐珞。它的應(yīng)用非常普遍，臺(tái)球、乒乓球、梳子、假牙、電影膠片、照相底片等。1892年克羅斯以木纖維生產(chǎn)粘膠纖維 1910年，貝克蘭德制得第一種合成塑料。賽璐珞簡介 賽璐珞是塑料塑料的老祖宗，賽璐珞是英文“celluloid sljld ”的譯音，它有兩個(gè)意思，一是假象牙；二是叫電影膠片。過去的臺(tái)球大多是有錢階層的娛樂活動(dòng)。到19世紀(jì)，在美國已非常盛行

3、。那時(shí)的臺(tái)球是用象牙做的，顯得很高雅。 但當(dāng)時(shí)非洲的大象不斷減少，美國差不多完全得不到象牙來制作臺(tái)球，這可愁壞了臺(tái)球制造廠的老板。 誰能發(fā)明一種代替象牙做臺(tái)球的材料，誰就能得到1萬美元的獎(jiǎng)金。 1868年，在美國的阿爾邦尼地方有一位叫約翰海厄特的人，在硝化纖維中加進(jìn)樟腦時(shí)，硝化纖維竟變成了一種柔韌性相當(dāng)好的又硬又不脆的材料。1872年，他在美國紐瓦克建立了一個(gè)生產(chǎn)賽璐珞的工廠，除用來生產(chǎn)臺(tái)球外，還用來做馬車和汽車的風(fēng)擋及電影膠片，從此開創(chuàng)了塑料工業(yè)的先河。高分子工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展 1907年，貝克蘭德深入研究了苯酚與甲醛的反應(yīng)，首次工業(yè)化合成酚醛樹脂，開創(chuàng)了塑料的時(shí)代，也揭開了高分子真正走進(jìn)人類生

4、活和發(fā)展史的序幕。 1931年德國法該公司采用乳液聚合法實(shí)現(xiàn)聚氯乙烯的工業(yè)化生產(chǎn)。進(jìn)入合成高分子時(shí)期。 四十年代，合成橡膠工業(yè)與合成纖維工業(yè)也發(fā)展起來了。 五十年代到六十年代高分子工業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，幾乎所有被稱為大品種的高分子(包括有機(jī)硅等)都陸續(xù)投入了生產(chǎn)。貝克蘭德簡介 利奧 貝克蘭德 （Leo Baekeland，1863-1944） 1863年11月14日，利奧.貝克蘭德出生在比利時(shí)根特。 第一個(gè)能成功地耐高溫的塑料是“貝克萊特”（即酚醛塑料）。 “塑料之父塑料之父”現(xiàn)代高分子材料的發(fā)展 第一代：通用高分子材料 第二代：工程塑料 第三代：特種工程塑料 第四代：導(dǎo)電高分子塑料 第五代：生

5、物高分子材料舉例：如何使海水淡化 高分子分離膜 只允許溶劑透過、不允許溶質(zhì)透過的半透膜，將海水與淡水分隔開的。多種多樣的高分子材料 認(rèn)識(shí)一下塑料塑料污染 塑料污染是指環(huán)境中塑料制品的累積，造成對(duì)野生動(dòng)物及棲息地破壞，甚至對(duì)人類的負(fù)面影響。塑料污染有很多不同的種類和形式，影響陸地、水域及海洋。一些地區(qū)已經(jīng)開始進(jìn)行塑料減量，其作法是試圖減少塑料的消費(fèi)量及提倡塑料回收。塑料時(shí)代高分子材料概述分子量很大（104-107，甚至更大）。分子似“一條鏈”，由許多相同的結(jié)構(gòu)單元組成。以共價(jià)鍵的形式重復(fù)連接而成。與小分子比較分子量不確定，只有一定的范圍，是分子量不等的同系物的混合物；沒有固定熔點(diǎn)，只有一段寬的溫

6、度范圍；分子間力很大，沒有沸點(diǎn)，加熱到2000C-3000C以上，材料破壞（降解或交聯(lián)）。高分子的含義：高分子材料的結(jié)構(gòu)高分子材料形成過程高分子聚合物高分子材料單體石油、天然氣、煤炭等裂解反應(yīng)聚合反應(yīng)加工舉例：聚乙烯高分子材料的類型與特征 塑料 橡膠 纖維 黏合劑 涂料 聚合物基復(fù)合材料 聚合物合金 功能高分子材料 生物高分子材料按照物理形態(tài)和用途三大合成材料三大合成材料 塑料、橡膠、纖維，稱為三大合成材料，全世界產(chǎn)量有1億多噸。塑料主要品種有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等 合成橡膠主要用途為制造輪胎，約占60% 合成纖維主要品種有：滌綸（PET）、尼龍、聚丙烯腈、聚丙烯等合成纖維、天

7、然纖維、人造纖維比例為2 ?3 ? 1。 按結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成分類 1、碳鏈高分子主鏈以C原子間共價(jià)鍵相聯(lián)結(jié) 加聚反應(yīng)制得如：聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯，聚丙烯聚乙烯 2、雜鏈高分子主鏈除C原子外還有其它原子如O、N 、S等，并以共價(jià)鍵聯(lián)接，縮聚反應(yīng)而得，如聚對(duì)苯二甲酸乙二脂（滌綸）聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等滌綸 3、有機(jī)高分子材料主鏈中不含C原子，而由Si、 B 、P 、Al、 Ti 、As等元素與O組成，其側(cè)鏈為有機(jī)基團(tuán)；兼有無機(jī)高分子和有機(jī)高分子的特性，既有很高耐熱和耐寒性，又具有較高彈性和可塑性，如硅橡膠。硅橡膠 4、無極高分子材料主鏈既不含C原子，也不含有機(jī)基團(tuán)

8、，而完全由其它元素所組成，這類元素的成鏈能力較弱，故聚合物分子量不高，并易水解。二硫化硅聚二氯一氮化磷聚乙烯（PE）聚乙烯從1939年開始工業(yè)化生產(chǎn)，是目前產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛的品種。低密度聚乙烯（LDPE）在各種聚乙烯中產(chǎn)量最大，主要用于生產(chǎn)薄膜（制造食品袋、垃圾袋、地膜、大棚膜等）；約10%用于生產(chǎn)注塑用品。線型低密度聚乙烯（LLDPE）主要用于生產(chǎn)薄膜，厚度比低密度聚乙烯更薄，制品性能更好。還用于生產(chǎn)扁絲，制造編織袋。 高密度聚乙烯注塑制品：工業(yè)容器、家用器皿、玩具等。中空吹塑制品：食品、藥品、化妝品的包裝瓶等。薄膜制品（約占20%）：大量用于食品包裝。 聚乙烯管材應(yīng)用領(lǐng)域主要有：生活用

9、水和煤氣管道、農(nóng)業(yè)排灌用管道以及圓珠筆內(nèi)的油墨管子等。質(zhì)輕、堅(jiān)韌耐磨，力學(xué)性能良好，使用壽命長，施工安裝簡便，輸送阻力小、安全可靠，鋪設(shè)費(fèi)用低。 超高分子量聚乙烯（UHMWPE） 可作為工程塑料在汽車、機(jī)械、原子能以及宇宙飛行等領(lǐng)域得到重要應(yīng)用。具有優(yōu)異的耐沖擊和自潤滑性，耐腐蝕、抗磨損、不粘著等特性，可作齒輪、軸套、滑板、儲(chǔ)罐襯里等。聚丙烯（PP） 性能：密度0.900.91g/cm3，耐熱性好、優(yōu)良的耐化學(xué)藥品和耐水性，有較好的物理機(jī)械性能，突出的耐應(yīng)力開裂性，耐磨性和成形性好。 應(yīng)用汽車用樹脂：保險(xiǎn)杠（乙丙橡膠增韌PP）、儀表盤、電器元件、發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)葉等；薄膜：有“包裝皇后”之稱。大量用于

10、快餐食品、煙草的包裝，還用于醫(yī)用包裝、各類封面及廣告宣傳畫等。纖維級(jí)PP：地毯、無紡布、旅游制品、土工布，建筑材料等， 發(fā)展前景廣闊。聚氯乙烯（PVC） PVC，是耗石油最少的熱塑性樹脂。具有阻燃 及較高的機(jī)械強(qiáng)度。PVC可以兼有兩種絕然不 同的性能，從軟質(zhì)到硬質(zhì)，具有不同的用途。 應(yīng)用：農(nóng)用塑料制品：農(nóng)地膜、漁用單絲、繩纜等；包裝材料，保鮮、防銹、防霉等，塑料編織袋、包裝容器等；日用品，塑料鞋、塑料袋、人造革、塑料玩具等；化學(xué)建材，塑鋼門窗、水管、電線穿線管等。聚苯乙烯（PS） PS，無色透明，相對(duì)密度1.05，電絕緣性能 優(yōu)異，耐熱性好，吸濕性低、質(zhì)硬、剛性強(qiáng)， 耐化學(xué)性好，易被染色，有良

11、好的加工性。 應(yīng)用：世界市場上，PS主要用于包裝，其次是電子、電器。發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）質(zhì)輕、隔熱、防震、價(jià)廉，用于建筑和包裝。國內(nèi)最大的市場是家電行業(yè)。國內(nèi)彩色電視機(jī)外殼有60% 使用高抗沖聚苯乙烯（HIPS）。PS保溫板PS光纖氟塑料 氟塑料各種含氟塑料的總稱。 聚四氟乙烯（PTFE）。1950年首先由杜邦公司投產(chǎn)。有“塑料王”之稱。 高結(jié)晶度聚合物，無熔融態(tài)，分解溫度400 ，可在260 以下長期下使用，耐低溫-200 ，力學(xué)性能優(yōu)異。光滑不粘，摩擦系數(shù)極小，具有自潤滑性。耐化學(xué)腐蝕性極強(qiáng)，耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、有機(jī)溶劑，能耐王水及沸騰的氫氟酸。具有塑料中最好的電絕緣性能。 廣泛用于化工機(jī)械和

12、容器的防腐、耐磨密封、電絕緣等。纖維 滌綸 尼龍（錦綸） 聚丙烯腈（腈綸、人造羊毛） 聚酰胺（PA）俗稱尼龍（Nylon），是 主鏈上含有酰胺基團(tuán) 的聚合物。是開發(fā)最早的工程塑料，約占工程塑料總產(chǎn)量的1/3。優(yōu)異的力學(xué)性能、耐磨性及無潤滑摩擦性能，較好的耐腐蝕性、耐油、耐溶劑性能，使用溫度- 40100 ，良好的阻燃性。缺點(diǎn)是吸水性較大，影響其尺寸穩(wěn)定性。功能高分子材料 在外部環(huán)境作用下，敏銳地表現(xiàn)出高選擇性和特異性能的高分子化合物及高分子材料。分類：導(dǎo)電高聚物液晶高分子智能聚合物高吸水性樹脂 導(dǎo)電高聚物 特性：其電導(dǎo)率可在絕緣體、半導(dǎo)體和金屬態(tài)范圍內(nèi)變化。 應(yīng)用前景二次電池、太陽能電池傳感器

13、電磁屏蔽材料隱身材料金屬防腐液晶高分子 既具有液體的流動(dòng)性，又有晶體的各向異性。 液晶高分子的特點(diǎn)： 強(qiáng)度和模量極高 液晶高分子的應(yīng)用防彈背心火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、導(dǎo)彈殼體阿波羅登月飛船軟著陸降落傘繩、直升飛機(jī)吊繩、人造衛(wèi)星電子部件等等。生物醫(yī)學(xué)材料顧名思義，是和醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)發(fā)展相關(guān)的材料的總稱。1987年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）定義 “以醫(yī)用目的，用于和活體組織接觸，具有功能的無生命材料” 。生物金屬 生物醫(yī)用金屬材料用是人類最早利用的生物材料之一。 由于其具有高強(qiáng)度、耐疲勞和易加工等優(yōu)良性能，至 今在臨床上仍占有重要地位。.金屬絲固定牙缺失純金屬片修復(fù)顱骨金屬銀縫合膝蓋骨鍍鎳鋼釘治療骨折公元

14、前300-400年1546年1880年1896年 醫(yī)用不銹鋼最早開發(fā)、應(yīng)用廣 醫(yī)用鈷基合金耐蝕性、硬度較前者更高 醫(yī)用鈦及其合金生物相容性、耐蝕性、硬度均優(yōu)于前兩者，極具開發(fā)價(jià)值 醫(yī)用鉑及其合金優(yōu)異的抗氧化性、耐蝕性 其他醫(yī)用合金：鉭、鈮和鋯等金屬及其合金醫(yī)用形狀記憶合金醫(yī)用磁性合金生物陶瓷 用于人體器官替換、修補(bǔ)以及外科矯形的陶瓷材料。 要求：具有良好的力學(xué)性能，在體內(nèi)難于溶解，不易氧化，不易腐蝕變質(zhì)，熱穩(wěn)定性好，耐磨且有一定的潤滑性，和人體組織的親和性好，組成范圍寬，易于成形等。生物惰性陶瓷具有優(yōu)異的生物相容性，能與骨形成結(jié)合面，結(jié)合強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，參與代謝。生物活性陶瓷該陶瓷的物理、化

15、學(xué)性能穩(wěn)定，在生物體內(nèi)完全呈惰性狀態(tài)。磷酸鈣陶瓷植入狗體6個(gè)月 醫(yī)用高分子人工生體軟組織人工生體硬組織 藥用高分子高分子藥物高分子載藥體系醫(yī)療器械與診斷材料 醫(yī)用修復(fù)材料 齲齒密封材料、外科縫合線、高分子繃托 眼球人工玻璃體 隱形眼鏡 人工臟器 人造皮膚、人工骨、肌肉腱、角膜、喉、食 道、人工肺、腎、肝、心臟等等。 在美國，每年有幾百萬件人工器件或修復(fù)材 料植入病人體內(nèi)。 生物材料的應(yīng)用 生物材料發(fā)展的前沿組織工程與組織工程材料藥物、基因與DNA控釋材料與系統(tǒng)生物材料與人體器官克隆高分子的成型加工成型加工：注射、擠出、壓制、壓延、纏繞、注塑、燒結(jié)、吹塑等處理工藝：噴涂、浸漬、黏結(jié)等二次加工：車

16、、磨、刨、銑、刮、銼、鉆、拋光等 擠出成型在塑料加工中又稱為擠塑，它是在擠出成型機(jī)中通過加熱、加壓而使物料以流動(dòng)狀態(tài)連續(xù)通過口模成型的方法，塑料擠出模具塑料擠出模具擠出成型成品傳動(dòng)裝置加料裝置料筒（機(jī)筒）螺桿機(jī)頭塑化塑化階段階段成型成型階段階段 傳動(dòng)裝置：帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置，通常由電動(dòng)機(jī)、減速箱和軸承組成。 加料裝置：通常使用錐形加料斗，料斗底有截?cái)嘌b置，側(cè)面有可視孔和計(jì)量裝置料筒：又稱機(jī)筒，一般選用耐溫、耐壓、強(qiáng)度高、堅(jiān)固耐磨、耐腐蝕的合金或內(nèi)襯合金鋼的復(fù)合鋼管制成。料筒的長度一般是直徑的15-30倍，以便使物料充分加熱和均勻塑化螺桿：擠出機(jī)的心臟一般采用耐熱耐腐蝕高強(qiáng)度合金鋼制成主要參數(shù)：

17、直徑、壓縮比、長徑比、螺旋角、螺距、螺槽深度等。雙螺桿擠出裝置平行同向平行同向雙螺桿擠出機(jī)雙螺桿擠出機(jī)機(jī)頭：擠出成型機(jī)的成型部件，由機(jī)頭體和機(jī)頸部分組成，是料筒和口模之間的過度部分注塑成型 注塑：將塑料顆粒經(jīng)注塑機(jī)的料斗送至加熱的料筒，使其熔融至流態(tài)，然后經(jīng)柱塞或螺桿加壓注射至模具中，降溫硬化后，開模取出成品。 大多數(shù)熱塑性塑料和某些熱固性塑料（如酚醛塑料）均可用此法進(jìn)行加工。用于注塑的物料須有良好流動(dòng)性，才能充滿模腔以得到制品。注塑注塑模具模具設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)動(dòng)畫動(dòng)畫注塑視頻注塑視頻注塑成品壓制成型 壓制成型可分為模壓成型和層壓成型 模壓成型：將一定量的模壓粉放入金屬對(duì)摸中，在一定的溫度和壓力作用下成型制品的一種方法。 層壓成型：以片或纖維狀材料作為填料，在加熱、加壓條件下，把相同或都不同的材料的兩層或多層結(jié)合成為一個(gè)整體的方法模壓成型模具預(yù)熱脫模劑涂刷裝模壓制脫模模壓料預(yù)熱模壓料預(yù)成型輔助加工后處理包裝驗(yàn)收 模壓成型成品吹塑成型 吹塑成型主要包括中空吹塑成型、吹塑薄膜和吹塑薄片等 吹塑成型為塑