高分子材料 概論

1、徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程1 1第十四章第十四章 高分子材料高分子材料結構與性能簡介結構與性能簡介徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程2 高分子分類高分子分類1 1，按來源分類：，按來源分類： 天然高分子天然高分子 合成高分子合成高分子2 2，性能用途分類：，性能用途分類： 塑料塑料 纖維纖維 橡膠橡膠 涂料涂料 粘合劑粘合劑 功能高分子功能高分子三大合成材料三大合成材料 用途越來越廣泛用途越來越廣泛 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程33 3，按功能分類：，按功能分類： 通用高分子通用高分子 工程材料高分子工程材料

2、高分子 功能高分子功能高分子 仿生高分子等仿生高分子等 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程42 2，商品名，商品名（合成纖維最普遍）（合成纖維最普遍）1 1，以高分子鏈的結構特征命名，以高分子鏈的結構特征命名 O -C-O-NH-C-O-OO -C-NH- -O-高分子材料的常用名稱高分子材料的常用名稱前期已講過高分子的一些命名前期已講過高分子的一些命名 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程5高分子材料的常用名稱高分子材料的常用名稱3，樹脂，樹脂 (resin) 是指遇熱變軟，具有可塑性的天然高分子化合物的是指遇熱變軟，具有可塑性的天然高分子化合物

3、的統(tǒng)稱。一般是無定型的透明或半透明的固體或半固統(tǒng)稱。一般是無定型的透明或半透明的固體或半固體體。 樹脂按來源分樹脂按來源分: 天然樹脂天然樹脂: 天然橡膠、樹膠、蟲膠、琥珀等天然橡膠、樹膠、蟲膠、琥珀等 合成樹脂合成樹脂: 由單體合成由單體合成, 或天然高聚物改性獲得或天然高聚物改性獲得徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程6徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程714.1 塑塑 料料 是以樹脂為主要成分，是以樹脂為主要成分， 適當加入（或不加）添加劑（填料、增塑適當加入（或不加）添加劑（填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、顏料等），劑、穩(wěn)定劑、顏料等）， 可在一定溫

4、度、壓力下塑化成型，可在一定溫度、壓力下塑化成型， 產(chǎn)品最后能在常溫下保持形狀不變的一類產(chǎn)品最后能在常溫下保持形狀不變的一類高分子材料。高分子材料。在玻璃態(tài)下使用的、具有可塑性的高分子材料在玻璃態(tài)下使用的、具有可塑性的高分子材料徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程8聚集態(tài)結構不同性能不同聚集態(tài)結構不同性能不同 非晶態(tài)結構非晶態(tài)結構 玻璃化轉變溫度玻璃化轉變溫度(Tg)(Tg) 晶態(tài)結構晶態(tài)結構 結晶熔融溫度結晶熔融溫度(Tm)(Tm) 液晶態(tài)結構液晶態(tài)結構 取向態(tài)結構取向態(tài)結構 混合態(tài)結構混合態(tài)結構 織態(tài)結構織態(tài)結構徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課

5、程9除樹脂外除樹脂外, 塑料制品還含有其他多種組分塑料制品還含有其他多種組分 阻燃劑阻燃劑 抗靜電劑抗靜電劑 固化劑固化劑 發(fā)泡劑發(fā)泡劑 穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑 增塑劑增塑劑 增強劑增強劑 填料填料 潤滑劑潤滑劑因此塑料的性能并不只是樹脂的性能因此塑料的性能并不只是樹脂的性能 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程10在加工過程中，在加工過程中，一般只發(fā)生物理變化一般只發(fā)生物理變化，受熱變，受熱變?yōu)樗苄泽w，成型后冷卻又變硬定型，若再受熱為塑性體，成型后冷卻又變硬定型，若再受熱還可改變形狀重新成型的塑料。還可改變形狀重新成型的塑料。在成型過程中在成型過程中發(fā)生化學變化發(fā)生化學變化，利用

6、塑料在受熱，利用塑料在受熱時可流動的特征而成型，并延長時間，使其發(fā)時可流動的特征而成型，并延長時間，使其發(fā)生化學反應而成為不熔不溶的網(wǎng)狀分子結構，生化學反應而成為不熔不溶的網(wǎng)狀分子結構，并固化定型而形成的塑料。并固化定型而形成的塑料。熱塑性塑料：熱塑性塑料： （線型）（線型）熱固性塑料：熱固性塑料： （體型）（體型）（一）根據(jù)塑料受熱特性可分類徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程11產(chǎn)量大，價格低，應用范圍廣的塑料產(chǎn)量大，價格低，應用范圍廣的塑料。如：聚如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛樹乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚胺脂等。脂、環(huán)氧樹

7、脂、聚胺脂等。 ABSABS塑料塑料 （二）根據(jù)塑料制品的用途分（二）根據(jù)塑料制品的用途分 機械性能好，能用于制造各種機械零件的塑料機械性能好，能用于制造各種機械零件的塑料。主要有聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚砜、聚主要有聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、聚砜、聚酰亞胺、酰亞胺、ABS塑料塑料等。等。具有特殊功能和特殊用途的塑料具有特殊功能和特殊用途的塑料。主要有氟塑。主要有氟塑料、硅塑料等。料、硅塑料等。通用塑料：通用塑料： 工程塑料：工程塑料： 特殊塑料：特殊塑料： 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程12一、一、 通用塑料通用塑料 產(chǎn)量最大，約占產(chǎn)量最大，約占80% 分為兩類

8、：分為兩類： 通用熱塑性塑料：通用熱塑性塑料： 通用熱固性塑料：通用熱固性塑料： 后者在加工過程中發(fā)生化學變化，后者在加工過程中發(fā)生化學變化， 可從線型轉變?yōu)轶w型結構?？蓮木€型轉變?yōu)轶w型結構。徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程13幾類通用塑料幾類通用塑料1 聚乙烯（聚乙烯（PE）2 聚丙烯（聚丙烯（PP）3 聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC）4 聚苯乙烯類（聚苯乙烯類（PS）5 丙烯酸類樹脂丙烯酸類樹脂 （PMMA）6 酚醛樹脂（酚醛樹脂（PF）7 環(huán)氧樹脂（環(huán)氧樹脂（EP）8 不飽和聚酯（不飽和聚酯（UP）徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程141，聚

9、乙烯塑料，聚乙烯塑料乙烯單體自由基聚合而成的聚合物乙烯單體自由基聚合而成的聚合物依據(jù)生產(chǎn)方法的不同，其產(chǎn)物結構不同依據(jù)生產(chǎn)方法的不同，其產(chǎn)物結構不同高壓法合成的聚乙烯高壓法合成的聚乙烯: : 密度為密度為0.910.910.930.93，分子質(zhì)量為，分子質(zhì)量為2 25 5萬萬， 熔融溫度低熔融溫度低( (比如比如: :115115).).( (低密度聚乙烯低密度聚乙烯) )低壓法合成的聚乙烯低壓法合成的聚乙烯: : 密度為密度為0.930.930.970.97，熔融溫度高，熔融溫度高( (如如: : 130130), ), 可得到高分子量可得到高分子量, ,甚至超高分子量甚至超高分子量(10(

10、106 6) ) ( (高密度聚乙烯高密度聚乙烯) )nCH2CH2徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程15(a) (a) 高密度高密度PE PE （HDPEHDPE）(b) (b) 低密度低密度PEPE（LDPELDPE）(c) (c) 線性低密度線性低密度PEPE分子鏈分子鏈 (LLPDE)(LLPDE)徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程16 易燃；易燃； 軟而韌，強度比較低；表面硬度不高軟而韌，強度比較低；表面硬度不高 耐熱性不高，耐低溫性能好。耐熱性不高，耐低溫性能好。 介電損耗低、介電強度大、電性能優(yōu)異。介電損耗低、介電強度大、電性能優(yōu)異

11、。 日光照射，氧化，變脆，力學性能變差；日光照射，氧化，變脆，力學性能變差； 聚乙烯的性能聚乙烯的性能為什么軟為什么軟? 強度低強度低 ? 耐熱性不高耐熱性不高 ？ 從結構上解釋從結構上解釋 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程17徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程182，聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯 甲基丙烯酸甲酯通過甲基丙烯酸甲酯通過自由基聚合而成自由基聚合而成 俗稱俗稱“有機玻璃有機玻璃”，簡稱，簡稱PMMA。 具有較高軟化點，較好沖擊強度和耐氣候性的具有較高軟化點，較好沖擊強度和耐氣候性的，清澈、無色透明的熱塑性塑料。，清澈、無色透明

12、的熱塑性塑料。nCH2CCH3COOCH3CH2CCOOCH3CH3徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程19PMMA的性能的性能 高度透明高度透明, 透光率透光率90%92% 質(zhì)輕而堅韌質(zhì)輕而堅韌, 耐熱性不高耐熱性不高(80) 良好的電絕緣性能良好的電絕緣性能; 介電常數(shù)大，介電常數(shù)大， 耐候性好，長期在戶外使用，性能下降很小耐候性好，長期在戶外使用，性能下降很小為什么不耐熱為什么不耐熱? 介電常數(shù)大？介電常數(shù)大？ 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程203，聚氯乙烯，聚氯乙烯 可由氯乙烯單體經(jīng)自由基聚合而成的聚合物可由氯乙烯單體經(jīng)自由基聚合而成的

13、聚合物 （簡稱：（簡稱：PVC） PVC在化學建材等應用領域中的用量很大在化學建材等應用領域中的用量很大 按分子量的大小，按分子量的大小，可可分為：分為： 通用型通用型 （聚合度（聚合度5001500） 高聚合度型（平均聚合度大于高聚合度型（平均聚合度大于1700以上）以上） 按樹脂結構不同可以分為：按樹脂結構不同可以分為： 緊密型（用于硬制品的生產(chǎn)）緊密型（用于硬制品的生產(chǎn)） 疏松型（常用于軟制品的生產(chǎn)）疏松型（常用于軟制品的生產(chǎn)） nClCHCH2徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程21PVC的性能的性能 制品的軟硬程度可調(diào)制品的軟硬程度可調(diào) 較高的硬度和力學性能，較

14、高的硬度和力學性能， 熱穩(wěn)定性差，在熱穩(wěn)定性差，在140開始分解開始分解 介電常數(shù)較大介電常數(shù)較大為什么易分解為什么易分解? 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程224，聚苯乙烯，聚苯乙烯 可通過自由基聚合或者離子聚合而成可通過自由基聚合或者離子聚合而成 具有高度透明、具有高度透明、電絕緣性好電絕緣性好、導熱率低、導熱率低、剛性剛性好等優(yōu)點，也具有好等優(yōu)點，也具有性脆性脆、沖擊強度低沖擊強度低、易出現(xiàn)、易出現(xiàn)應力開裂、耐熱性差等明顯的缺點。應力開裂、耐熱性差等明顯的缺點。 因此，對聚苯乙烯的改性研究也較多：因此，對聚苯乙烯的改性研究也較多： 比如：比如：HIPS、ABS、

15、SBSCH2 CHnTg: 100 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程23高抗沖聚苯乙烯（高抗沖聚苯乙烯（HIPS） 組成：組成：聚苯乙烯和橡膠聚苯乙烯和橡膠 制備方法：制備方法： 機械共混法機械共混法 接枝聚合法接枝聚合法 加工性能：加工性能：易加工易加工剛剛性性與與柔柔性性相相結結合合徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程24 HIPS 沖擊性能優(yōu)異、尺寸穩(wěn)定性好、剛性好、沖擊性能優(yōu)異、尺寸穩(wěn)定性好、剛性好、易于加工、制品光澤度高、易著色；但拉伸強度易于加工、制品光澤度高、易著色；但拉伸強度、光穩(wěn)定性、氧滲透率較差；、光穩(wěn)定性、氧滲透率較差； 用

16、途：用途：制造各種電器零件、設備罩殼、儀表零件制造各種電器零件、設備罩殼、儀表零件、冰箱內(nèi)襯、容器、食品包裝及一次性用具等、冰箱內(nèi)襯、容器、食品包裝及一次性用具等HIPS的性能的性能徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程25ABS 樹脂樹脂 丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物 (Acrylonitrile Butadiene Styrene) 結構式：結構式：CH2CH2CH2CHCHCH2CH2CHCNxyz結構特殊性決定了性能的特殊性結構特殊性決定了性能的特殊性 ! ! 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程26共聚

17、的優(yōu)勢共聚的優(yōu)勢聚丙烯腈：聚丙烯腈： 高的強度、硬度、耐熱性和耐腐蝕性；高的強度、硬度、耐熱性和耐腐蝕性； 聚丁二烯：聚丁二烯： 高的韌性和抗沖擊性能；高的韌性和抗沖擊性能；聚苯乙烯：聚苯乙烯： 高的電性能、成型加工性能、剛性。高的電性能、成型加工性能、剛性。取長補短取長補短, , 強強聯(lián)合強強聯(lián)合 ! 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程27ABS的性能的性能 無定形高分子材料，不透明無定形高分子材料，不透明; 具有優(yōu)良的抗沖擊性能、尺寸穩(wěn)定性和耐磨性，具有優(yōu)良的抗沖擊性能、尺寸穩(wěn)定性和耐磨性，成型性好，不易燃，耐腐蝕性好成型性好，不易燃，耐腐蝕性好. ABS樹脂具有優(yōu)

18、異的綜合性能，樹脂具有優(yōu)異的綜合性能， 成為成為“堅韌、質(zhì)堅韌、質(zhì)硬、剛性硬、剛性”的的 材料。材料。 （有人把它看作工程塑料?。ㄓ腥税阉醋鞴こ趟芰希。?缺點缺點: 耐熱性和耐候性差耐熱性和耐候性差徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程28ABS的應用的應用 用于輕載齒輪、軸承，電器外殼，汽車部件，各用于輕載齒輪、軸承，電器外殼，汽車部件，各類容器、管道等。類容器、管道等。作為作為“堅韌、質(zhì)硬且剛性堅韌、質(zhì)硬且剛性”的材料的材料，是人類最早認識和使用的是人類最早認識和使用的“高分子合金高分子合金” ！ 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程295，酚

19、醛樹脂及塑料，酚醛樹脂及塑料 酚類化合物與醛類化合物在酸性或堿性條件下酚類化合物與醛類化合物在酸性或堿性條件下，經(jīng)縮聚反應制得，經(jīng)縮聚反應制得 其中，以苯酚和甲醛為單體縮聚的酚醛樹脂最其中，以苯酚和甲醛為單體縮聚的酚醛樹脂最為常用，簡稱為為常用，簡稱為PF，是第一個工業(yè)化生產(chǎn)的樹，是第一個工業(yè)化生產(chǎn)的樹脂品種。脂品種。 熱塑性酚醛樹脂熱塑性酚醛樹脂 熱固性酚醛樹脂熱固性酚醛樹脂徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程30熱塑性酚醛樹脂熱塑性酚醛樹脂 反應條件反應條件： 酸性介質(zhì)；酸性介質(zhì)； 甲醛甲醛 : : 苯酚苯酚 1化學反應：化學反應：徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復

20、旦大學材料科學基礎課程34OHCH2OOHCH2OHOHCH2OHCH2OCH2OCH2OHOHCH2OHHOH2COHCH2OHCH2OHOH2CCH2OHOHCH2OH甲醛用量大甲醛用量大 “量變到質(zhì)變量變到質(zhì)變” 為什么反應在鄰對位為什么反應在鄰對位 ！ 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程35酚醛樹脂的固化酚醛樹脂的固化 熱固性樹脂的熱固化：熱固性樹脂的熱固化： 性能主要取決于制備樹脂時酚與醛的比例和性能主要取決于制備樹脂時酚與醛的比例和體系合適的官能度。體系合適的官能度。 固化方式：固化方式： 加熱或加酸加熱或加酸 機制機制 ？ 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課

21、程復旦大學材料科學基礎課程36CH2CH2 HOCH2CH2OHCH2OHCH2OHOHCH2OHCH2CH2 CH2OHOHCH2CH2CH2CH2CH2CH2OHOHOHCH2 CH2OHCH2OHOHCH2CH2CH2CH2HOCH2CH2OHCH2 OHOHOH徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程37熱塑性酚醛樹脂的固化熱塑性酚醛樹脂的固化 需要加入聚甲醛、六次甲基四胺等固化劑才需要加入聚甲醛、六次甲基四胺等固化劑才能使樹脂固化能使樹脂固化 六次甲基四胺是常用的固化劑六次甲基四胺是常用的固化劑(CH2)6N4，結構式：結構式：CH2NNNNCH2CH2CH2CH2

22、CH2六亞甲基四胺六亞甲基四胺 (烏洛托品烏洛托品)徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程38可能的固化機制：可能的固化機制：2，熱塑性酚醛樹脂（，熱塑性酚醛樹脂（）+ (CH2)6N4 NCH2CH2NNCH2CH2CH2CH21，提供多余甲醛，熱固性，提供多余甲醛，熱固性 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程39酚醛樹脂的性能酚醛樹脂的性能（1）無定形聚合物；）無定形聚合物；（2）強度及彈性模量都比較高，使用溫度高，但）強度及彈性模量都比較高，使用溫度高，但抗沖擊性能差，需加入填充增強劑；抗沖擊性能差，需加入填充增強劑；（3）耐化學藥品性能優(yōu)良，可

23、耐有機溶劑和弱酸）耐化學藥品性能優(yōu)良，可耐有機溶劑和弱酸弱堿，但不耐濃硫酸、硝酸、強堿及強氧化劑的弱堿，但不耐濃硫酸、硝酸、強堿及強氧化劑的腐蝕；腐蝕；徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程40（3）電絕緣性能較好，較高的絕緣電阻和介電）電絕緣性能較好，較高的絕緣電阻和介電強度，是一種優(yōu)良的工頻絕緣材料；強度，是一種優(yōu)良的工頻絕緣材料；（4）蠕變小，尺寸穩(wěn)定性好，且阻燃性好，發(fā)）蠕變小，尺寸穩(wěn)定性好，且阻燃性好，發(fā)煙量低煙量低（5）吸水性較大）吸水性較大徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程41酚醛塑料酚醛塑料PF模塑料制品模塑料制品PF層壓制品層壓制品

24、PF泡沫塑料制品泡沫塑料制品PF纖維制品纖維制品PF鑄造制品鑄造制品PF封裝材料封裝材料酚醛塑料：酚醛塑料：以酚醛樹脂為主要成分以酚醛樹脂為主要成分并添加大量其他助劑而制得的制品并添加大量其他助劑而制得的制品。 酚醛塑料酚醛塑料徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程42酚醛樹脂泡沫塑料酚醛樹脂泡沫塑料 熱塑性或降解熱固性酚醛樹脂，加入發(fā)泡劑、熱塑性或降解熱固性酚醛樹脂，加入發(fā)泡劑、固化劑等發(fā)泡固化后得到的。固化劑等發(fā)泡固化后得到的。 優(yōu)點：優(yōu)點：質(zhì)輕、剛性大、穩(wěn)定性和耐熱性好、質(zhì)輕、剛性大、穩(wěn)定性和耐熱性好、阻燃性好；價低阻燃性好；價低 缺點：缺點：脆性較大脆性較大 用途：

25、用途：耐熱和隔熱的建筑材料、救生材料等耐熱和隔熱的建筑材料、救生材料等徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程436，環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂 環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂(EP)是指分子中含有兩個或兩個是指分子中含有兩個或兩個以上環(huán)氧基團的線性有機高分子化合物。以上環(huán)氧基團的線性有機高分子化合物。環(huán)氧氯丙烷與含有活潑氫原子的化合物環(huán)氧氯丙烷與含有活潑氫原子的化合物（酚、醇、羧酸、胺）縮聚而成（酚、醇、羧酸、胺）縮聚而成徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程44環(huán)氧樹脂的種類環(huán)氧樹脂的種類按分子結構分五大類：按分子結構分五大類：縮水甘油醚類：縮水甘油醚類：ROCH2CHCH

26、2O縮水甘油酯類：縮水甘油酯類： 縮水甘油胺類：縮水甘油胺類：RCOCH2CHCH2ORN CH2CHCH2OR甘甘油油的的衍衍生生物物！ 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程45線性脂肪族類：線性脂肪族類：RCHCHORCHCHRO脂環(huán)族類：脂環(huán)族類：CHCHCHCHORO帶雙鍵的烯烴帶雙鍵的烯烴用過乙酸或低溫下用過氧化氫環(huán)氧化而成用過乙酸或低溫下用過氧化氫環(huán)氧化而成徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程46 堿催化，環(huán)氧氯丙烷與雙酚堿催化，環(huán)氧氯丙烷與雙酚A反應反應CH2CHOCH2OCOCH2CHCH2OCH3CH3nCOCH2CHCH2CH3C

27、H3OOH（1）雙酚）雙酚A型環(huán)氧樹脂型環(huán)氧樹脂 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程47COHHOCH3CH3CH2ClCHOCH2NaOHCOHOCH3CH3CH2ClCHOHCH2NaOHCOHOCH3CH3CH2CHOCH2COHOCH3CH3CH2CHOCH2CH2ClCHOCH2NaOHCOCH3CH3CH2CHOCH2CH2CHCH2OCOHOCH3CH3CH2CHOCH2COHHOCH3CH3NaOHCOHOCH3CH3CH2CHOHCH2COHOCH3CH3分子間分子間SN2開環(huán)開環(huán) 分子內(nèi)分子內(nèi)SN2關環(huán)關環(huán) 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學

28、材料科學基礎課程48（2）酚醛多環(huán)氧樹脂）酚醛多環(huán)氧樹脂CHCH2OCH2OCH2CHCH2OCH2OCH2CHCH2OCH2O徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程49（3）雙酚）雙酚S型環(huán)氧樹脂型環(huán)氧樹脂CH2CHOCH2OOCH2CHCH2OnOCH2CHCH2OSOOOHSOO徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程50（4）四縮水甘油甲基二苯胺環(huán)氧樹脂）四縮水甘油甲基二苯胺環(huán)氧樹脂CHCH2OCHCH2OCH2CHOCH2CH2CHCH2ONCH2NCH2CH2徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程51（5）三聚氰酸環(huán)氧樹脂）

29、三聚氰酸環(huán)氧樹脂 CH2CHCH2OOCNCNCNCHCH2OCH2OCHCH2OCH2O徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程52環(huán)氧樹脂的特性環(huán)氧樹脂的特性（1）形式多樣化）形式多樣化（2）黏附力強）黏附力強（3）收縮率低）收縮率低（4）優(yōu)良的力學性能）優(yōu)良的力學性能（5）優(yōu)良的化學穩(wěn)定性；）優(yōu)良的化學穩(wěn)定性；（6）良好的電絕緣性能；）良好的電絕緣性能；徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程53（7）突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性；）突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性；（8）耐霉菌，可在苛刻的熱帶條件下使用）耐霉菌，可在苛刻的熱帶條件下使用 缺點：成本高，毒性較大缺

30、點：成本高，毒性較大徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程54環(huán)氧樹脂的固化劑環(huán)氧樹脂的固化劑（1） 反應性固化劑：反應性固化劑： 可與環(huán)氧樹脂反應，使它交聯(lián)成體型網(wǎng)狀結構；可與環(huán)氧樹脂反應，使它交聯(lián)成體型網(wǎng)狀結構； 多元胺多元胺 多元硫醇多元硫醇 多元羧酸多元羧酸 多元酚等多元酚等徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程55（2）催化性固化劑：）催化性固化劑： 可引發(fā)樹脂分子中的環(huán)氧基按陽離子或陰離子可引發(fā)樹脂分子中的環(huán)氧基按陽離子或陰離子歷程進行固化反應歷程進行固化反應 叔胺叔胺 三氟化硼絡合物等三氟化硼絡合物等徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大

31、學材料科學基礎課程56二、工程塑料二、工程塑料 物理和力學性能以及熱性能比較好，物理和力學性能以及熱性能比較好， 可以當作結構材料使用的，可以當作結構材料使用的， 在較寬的溫度范圍內(nèi)可承受一定的機械應力，在較寬的溫度范圍內(nèi)可承受一定的機械應力， 在較苛刻的化學、物理環(huán)境中使用在較苛刻的化學、物理環(huán)境中使用徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程57 優(yōu)異的力學性能、化學性能、電性能、尺寸穩(wěn)定優(yōu)異的力學性能、化學性能、電性能、尺寸穩(wěn)定性、耐熱性、耐磨性、耐老化性能等。性、耐熱性、耐磨性、耐老化性能等。工程塑料具有的性能工程塑料具有的性能工程塑料應用領域：工程塑料應用領域： 電子

32、、電器、機械、交通、航空航天等領域電子、電器、機械、交通、航空航天等領域 工程塑料分兩類：工程塑料分兩類： 通用工程塑料通用工程塑料 特種工程塑料特種工程塑料徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程58 通用工程塑料：通用工程塑料： 使用量大，長期使用溫度在使用量大，長期使用溫度在100150； 可作為結構材料使用的塑料材料?？勺鳛榻Y構材料使用的塑料材料。 聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、 熱塑性聚酯及其改性制品熱塑性聚酯及其改性制品徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程59 特種工程塑料：特種工程塑料： 使用量較小、價

33、格高、使用量較小、價格高、 長期使用溫度在長期使用溫度在150以上以上 聚酰亞胺、聚砜、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚酰亞胺、聚砜、聚苯硫醚、聚芳醚酮、 聚芳酯等聚芳酯等徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程601， 聚酰胺聚酰胺 聚酰胺俗稱聚酰胺俗稱“尼龍尼龍”， 分子主鏈上含有酰胺鍵結構單元（分子主鏈上含有酰胺鍵結構單元（NHCO）的高分子化合物。）的高分子化合物。尼龍尼龍66C (CH2)4 C NH (CH2)6 NHOOn徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程61OCnOCNHNH聚對苯二甲酰對苯二胺（聚對苯二甲酰對苯二胺（PPTA） (CH2)5NH

34、2COHO 氨基己酸heatCNHO(CH2)5n尼龍6+ n H2Onn H2N(CH2)6NH2+ n HOOC(CH2)4COOHheatNH(CH2)6NHC(CH2)4COOn+ n H2O己二胺己二酸尼龍66徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程62聚酰胺的結構與性能聚酰胺的結構與性能 酰胺鍵帶極性酰胺鍵帶極性 酰胺平面有一定剛性酰胺平面有一定剛性 胺基氫與羰基氧之間形成牢固氫鍵胺基氫與羰基氧之間形成牢固氫鍵 堆疊作用堆疊作用 結構發(fā)生結晶化結構發(fā)生結晶化 導致良好的力學性能導致良好的力學性能徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程63聚酰胺的

35、應用聚酰胺的應用 在汽車工業(yè)、交通運輸業(yè)、機械工業(yè)、電子電器在汽車工業(yè)、交通運輸業(yè)、機械工業(yè)、電子電器工業(yè)、包裝業(yè)、體育器材以及家具制造業(yè)上有廣工業(yè)、包裝業(yè)、體育器材以及家具制造業(yè)上有廣泛應用。泛應用。 機械化學電器零件機械化學電器零件，如：軸承、齒輪、渦輪、螺帽、墊，如：軸承、齒輪、渦輪、螺帽、墊圈、高壓密封圈、閥座、輸油管、儲油容器等；圈、高壓密封圈、閥座、輸油管、儲油容器等； 噴涂于零件表面，提高性能。噴涂于零件表面，提高性能。徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程642， 聚碳酸酯聚碳酸酯 聚碳酸酯是指分子主鏈中含有碳酸酯結構單聚碳酸酯是指分子主鏈中含有碳酸酯結構單

36、元的線性高聚物元的線性高聚物徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程65聚碳酸酯的結構與性能聚碳酸酯的結構與性能 雙酚雙酚A型聚碳酸酯型聚碳酸酯OCOCH3CH3COn 分子主鏈中含有碳酸酯鏈和剛性的苯環(huán)，分子主鏈中含有碳酸酯鏈和剛性的苯環(huán)， p- 共軛單鍵不同于一般單鍵共軛單鍵不同于一般單鍵, 還有超共軛還有超共軛偶極相互作用、弱氫鍵相互作用。偶極相互作用、弱氫鍵相互作用。聚碳酸酯（聚碳酸酯（PC）Tg = 150Tg = 150徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程66聚碳酸酯的應用領域聚碳酸酯的應用領域 廣泛應用于交通運輸、機械工業(yè)、電子電器、包廣泛

37、應用于交通運輸、機械工業(yè)、電子電器、包裝材料、光學材料、醫(yī)療器械、生活用品等方面裝材料、光學材料、醫(yī)療器械、生活用品等方面 大型燈罩、防護玻璃、照相器材、飛機座艙玻璃、電力工大型燈罩、防護玻璃、照相器材、飛機座艙玻璃、電力工具、防護安全帽、熱水杯、奶瓶、餐具；錄音帶、錄像帶具、防護安全帽、熱水杯、奶瓶、餐具；錄音帶、錄像帶、光盤、儲存器等、光盤、儲存器等徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程673，聚苯醚，聚苯醚OCH3CH3n屬于硬而堅韌的材料屬于硬而堅韌的材料結構特點：結構特點： 結構單元成一剛性平面結構單元成一剛性平面 剛性平面之間可扭轉，但是受制約剛性平面之間可扭轉

38、，但是受制約 p- 共軛單鍵不同于一般單鍵共軛單鍵不同于一般單鍵,熱變形溫度熱變形溫度190，玻璃化轉變溫度玻璃化轉變溫度210，熔融溫度熔融溫度260，熱分解溫度熱分解溫度350，脆化溫度脆化溫度-70，長期使用溫度長期使用溫度-125120徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程68徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程694，聚酰亞胺，聚酰亞胺 聚酰亞胺（聚酰亞胺（PI）是分子主鏈中含有酰亞胺鍵接）是分子主鏈中含有酰亞胺鍵接結構的一類芳雜環(huán)聚合物結構的一類芳雜環(huán)聚合物NCOCOArCOCONAr/n徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基

39、礎課程70例：例： 大大 共軛剛性單元，包括共軛剛性單元，包括含氮五元雜環(huán)及芳環(huán)；含氮五元雜環(huán)及芳環(huán)； 分子鏈的上分子鏈的上p- 共軛，共軛， - 共軛共軛； 分子間作用力強：分子間作用力強： 芳香堆疊作用，弱氫鍵芳香堆疊作用，弱氫鍵COCOCOCOCOCONNOn性能：性能：具有優(yōu)良的力學性能、具有優(yōu)良的力學性能、耐蠕變性、電絕緣性、耐蠕變性、電絕緣性、耐輻射性、耐磨性等；耐輻射性、耐磨性等；但對缺口敏感，不耐堿和強酸但對缺口敏感，不耐堿和強酸 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程71熱固性聚酰亞胺熱固性聚酰亞胺 熱固性聚酰亞胺熱固性聚酰亞胺是指分子兩端帶有可反應活性基

40、團是指分子兩端帶有可反應活性基團的低分子量聚酰亞胺，在加熱或固化劑存在時依靠的低分子量聚酰亞胺，在加熱或固化劑存在時依靠活性端基交聯(lián)反應形成大分子結構的聚酰亞胺活性端基交聯(lián)反應形成大分子結構的聚酰亞胺。 結構通式：結構通式：NCOCArCOCN1OOAr2nCCONONCOCOCOCArO徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程72乙炔基封端的聚酰亞胺乙炔基封端的聚酰亞胺CCONOCONCOCOCOCOOHCArCCCONOCONCOCOCOCArOnCCH徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程73順丁烯二酸酐封端的聚酰亞胺順丁烯二酸酐封端的聚酰亞胺CCN

41、OOCH2NCCOO徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程74全梯形吡隆全梯形吡隆聚酰亞胺的衍生物聚酰亞胺的衍生物: 全梯形吡隆全梯形吡隆 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程755，聚砜類塑料，聚砜類塑料 分子主鏈上含有芳香基和砜基的非結晶性分子主鏈上含有芳香基和砜基的非結晶性熱塑性工程塑料熱塑性工程塑料徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程76聚砜塑料的結構性能聚砜塑料的結構性能OCCH3CH3SOOOn雙酚雙酚A型聚砜（型聚砜（PSU） 拉伸強度和彎曲強度高拉伸強度和彎曲強度高優(yōu)異的耐熱性優(yōu)異的耐熱性化學穩(wěn)定性較好化學穩(wěn)定性較

42、好尺寸穩(wěn)定性好尺寸穩(wěn)定性好耐候性和耐紫外線性較差耐候性和耐紫外線性較差砜結構單元：砜結構單元： 有一定剛性有一定剛性分子內(nèi)弱氫鍵分子內(nèi)弱氫鍵徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程77聚砜的應用領域聚砜的應用領域 電子、電氣、精密儀器、交通運輸、醫(yī)療器械電子、電氣、精密儀器、交通運輸、醫(yī)療器械等方面等方面 需蒸煮的醫(yī)療設備、食品加工設備；電池盒、襯板、需蒸煮的醫(yī)療設備、食品加工設備；電池盒、襯板、接觸器、印刷線路板；儀表盤、汽車防護罩、電動齒接觸器、印刷線路板；儀表盤、汽車防護罩、電動齒輪等輪等徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程786，氟塑料，氟塑料（

43、特殊塑料）（特殊塑料） 含氟塑料的總稱含氟塑料的總稱 優(yōu)越的耐高溫、低溫、耐腐蝕、耐候性、電絕緣優(yōu)越的耐高溫、低溫、耐腐蝕、耐候性、電絕緣性，不吸水、摩擦系數(shù)低等特性性，不吸水、摩擦系數(shù)低等特性 現(xiàn)代尖端科學技術、國防、航空、軍工生產(chǎn)和各現(xiàn)代尖端科學技術、國防、航空、軍工生產(chǎn)和各工業(yè)部門所不能缺少的新型材料工業(yè)部門所不能缺少的新型材料徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程79聚四氟乙烯聚四氟乙烯 CCFFFFnCCFFFnH聚偏氟乙烯聚偏氟乙烯 聚氟乙烯聚氟乙烯 CCFnHHH徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程80聚四氟乙烯的應用聚四氟乙烯的應用密封

44、材料密封材料滑動材料滑動材料絕緣材料絕緣材料防腐材料防腐材料醫(yī)用材料醫(yī)用材料等等nCF2CF2徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程81三、塑料加工方法三、塑料加工方法（一）擠出成型（一）擠出成型塑料擠出機塑料擠出機 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程82（二）注射成型（二）注射成型塑料注塑機塑料注塑機 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程83（三）壓制成型（三）壓制成型（模壓成型）（模壓成型）壓制成型示意圖壓制成型示意圖 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程84（四）壓延成型（四）壓延成型四輥壓延機示意圖

45、四輥壓延機示意圖 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程85（五）吹塑成型（五）吹塑成型塑料吹膜機塑料吹膜機 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程86泡沫塑料泡沫塑料 通用通用 耐高溫隔熱材料耐高溫隔熱材料 特殊場合特殊場合取決于生產(chǎn)方法和工藝取決于生產(chǎn)方法和工藝 生產(chǎn)方法和工藝決定材料結構生產(chǎn)方法和工藝決定材料結構 材料結構決定材料性能材料結構決定材料性能徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程8714.2 纖維纖維 指柔韌、纖細，長徑比大指柔韌、纖細，長徑比大(比如比如:1000倍倍)的的線條或絲狀高分子材料稱為纖維線條或絲狀高分

46、子材料稱為纖維. 有相當長度、強度、彈性和吸濕性等有相當長度、強度、彈性和吸濕性等. 典型的紡織纖維的直徑為幾微米至幾十微典型的紡織纖維的直徑為幾微米至幾十微米，而長度超過米，而長度超過25mm。徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程88一、纖維的分類一、纖維的分類 天然纖維天然纖維 化學纖維化學纖維人造纖維（再生纖維）人造纖維（再生纖維） 合成纖維合成纖維徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程89二、分子取向態(tài)與纖維二、分子取向態(tài)與纖維 為什么要做成纖維為什么要做成纖維 ？前面已提過：前面已提過： 聚合物分子和鏈段段都可以取向聚合物分子和鏈段段都可以取

47、向取向態(tài)與非取向態(tài)：取向態(tài)與非取向態(tài)： 結構不同，性能也不同結構不同，性能也不同徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程90徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程91取向態(tài)聚合物的性能：取向態(tài)聚合物的性能：1）力學性能：）力學性能：在取向方向和垂直于取向方向上力在取向方向和垂直于取向方向上力學性能差別特別明顯。學性能差別特別明顯。 拉伸強度、彎曲強度在取向方向上顯著增強拉伸強度、彎曲強度在取向方向上顯著增強，在與取向垂直的方向上則明顯下降。，在與取向垂直的方向上則明顯下降。2）光學性能：）光學性能：折光指數(shù)在取向方向和垂直方向上折光指數(shù)在取向方向和垂直方向

48、上有差別，導致取向材料出現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。有差別，導致取向材料出現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。3）取向會導致聚合物材料的玻璃化溫度）取向會導致聚合物材料的玻璃化溫度Tg升高。升高。4）取向使結晶聚合物的密度和結晶度增大。）取向使結晶聚合物的密度和結晶度增大。徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程92外場誘導取向外場誘導取向 單軸取向：單軸取向：材料只在一維方向上受到拉伸材料只在一維方向上受到拉伸，取向單元在一維拉伸方向上擇優(yōu)排列。，取向單元在一維拉伸方向上擇優(yōu)排列。 雙軸取向：雙軸取向：材料受到兩個相互垂直方向的材料受到兩個相互垂直方向的拉伸，取向單元傾向在二維方向上作擇優(yōu)拉伸，取向單元傾向在

49、二維方向上作擇優(yōu)排列，使得高分子鏈和鏈段與拉伸平面平排列，使得高分子鏈和鏈段與拉伸平面平行取向，但在拉伸平面內(nèi)分子鏈呈無序排行取向，但在拉伸平面內(nèi)分子鏈呈無序排列。列。徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程93單軸取向的材料：單軸取向的材料： 平行于取向方向，力學強度大大提高，平行于取向方向，力學強度大大提高， 而垂直于平行方向則降低。而垂直于平行方向則降低。 取向方向上強度主要是：取向方向上強度主要是：共價鍵的加和共價鍵的加和 垂直于取向方向主要是：垂直于取向方向主要是：非共價鍵的加和非共價鍵的加和 單軸取向與纖維紡絲單軸取向與纖維紡絲纖維紡絲：纖維紡絲：徐偉徐偉 復旦大

50、學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程94三、纖維對聚合物原料的基本要求三、纖維對聚合物原料的基本要求1, 有很好的紡絲性有很好的紡絲性能夠溶解或熔融的高分子能夠溶解或熔融的高分子線型結構線型結構（沒有較長的支鏈和交聯(lián)結構，也沒有大的取代基）（沒有較長的支鏈和交聯(lián)結構，也沒有大的取代基）2, 較高的強度較高的強度結晶度較高結晶度較高分子有較強的極性、分子間有較強相互作用分子有較強的極性、分子間有較強相互作用加工過程中通過拉伸和熱處理，使纖維分子充分取向加工過程中通過拉伸和熱處理，使纖維分子充分取向徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程953，較好的耐熱性，較好的耐熱性

51、玻璃化溫度高玻璃化溫度高4，較好的使用性能，較好的使用性能手感、手感、吸濕性、吸濕性、染色性、染色性、抗腐蝕性、抗腐蝕性、抗霉變性、抗霉變性、耐光和抗老化性耐光和抗老化性防水性能防水性能 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程96四、纖維介紹四、纖維介紹（一）人造纖維（一）人造纖維 用自然界中不能直接紡織的纖維素經(jīng)化用自然界中不能直接紡織的纖維素經(jīng)化學處理后，再紡絲制成的纖維學處理后，再紡絲制成的纖維OCH2OHOHOOHn天然纖維素天然纖維素 化學處理化學處理 紡絲紡絲 粘膠纖維粘膠纖維 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程97OOCH2OHOHOH

52、OHHHHOOCH2OHOHOHHHHHHAcOOCH2OAcOAcOAcOHHHHOOCH2OAcOHOAcHHHH醋酸纖維醋酸纖維 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程98（二）合成纖維（二）合成纖維 合成聚合物經(jīng)紡絲后制成的纖維合成聚合物經(jīng)紡絲后制成的纖維 1， 聚酯纖維（聚酯纖維（PET） COCOOCH2CH2On徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程992，聚酰胺纖維聚酰胺纖維（尼龍）（尼龍）尼龍尼龍66C (CH2)4 C NH (CH2)6 NHOOn3，聚丙烯腈纖維聚丙烯腈纖維（腈綸）（腈綸）CHCH2CNn徐偉徐偉 復旦大學材料科學

53、基礎課程復旦大學材料科學基礎課程1004，聚氯乙稀纖維聚氯乙稀纖維（氯綸）（氯綸）CH2CHCln5，聚丙烯纖維聚丙烯纖維（丙綸）（丙綸）CH2CHCH3n徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程101（三）特種纖維（三）特種纖維 高強度纖維高強度纖維 功能纖維功能纖維碳纖維碳纖維芳綸纖維芳綸纖維硼纖維硼纖維碳化硅纖維碳化硅纖維中空纖維分離膜中空纖維分離膜徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程1021，碳纖維，碳纖維高分子纖維高分子纖維 高溫碳化高溫碳化隔絕氧氣隔絕氧氣碳纖維碳纖維 結構與石墨相似，結構與石墨相似，沿著纖維軸向結晶，強度高沿著纖維軸向結晶，

54、強度高 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程103碳纖維碳纖維CHCCH2CHCHCH2CH2CHCCCNNNNCHCCH2CHCHCH2CH2CHCCCNNNN3005001400碳纖維聚丙稀腈聚丙稀腈 環(huán)化聚丙烯腈環(huán)化聚丙烯腈 環(huán)化環(huán)化 交聯(lián)、交聯(lián)、環(huán)化環(huán)化縮聚縮聚C: 60%2000石墨纖維石墨纖維C：90徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程1042，高強度合成纖維芳綸，高強度合成纖維芳綸 NHNHCOCOnNomex纖維（芳綸纖維（芳綸1313） 耐熱性好耐熱性好耐腐蝕耐腐蝕制備消防服，阻燃地毯制備消防服，阻燃地毯 徐偉徐偉 復旦大學材料科學

55、基礎課程復旦大學材料科學基礎課程105NHNHCOCOnKevlar 纖維（芳綸纖維（芳綸1414） 耐熱性好（熔點耐熱性好（熔點570） 強度高強度高（比抗張強度比鋼絲高（比抗張強度比鋼絲高4倍，比模量比鋼絲高倍，比模量比鋼絲高2倍）倍） 高強度的結構原因？高強度的結構原因？ 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程106纖維紡絲法纖維紡絲法1，熔融紡絲法，熔融紡絲法 高聚物熱熔融，熔體從小孔中壓出，空氣凝固高聚物熱熔融，熔體從小孔中壓出，空氣凝固2，溶液紡絲法，溶液紡絲法（1）干法紡絲）干法紡絲 與熔融紡絲類似（所用溶劑易揮發(fā)），與熔融紡絲類似（所用溶劑易揮發(fā)）， 空氣凝

56、固空氣凝固（2）濕法紡絲）濕法紡絲 用液體作為凝固介質(zhì)用液體作為凝固介質(zhì)徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程107熔融紡絲示意圖熔融紡絲示意圖 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程108濕法紡絲示意圖濕法紡絲示意圖徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程109徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程110纖維的后加工纖維的后加工 短纖維的后加工短纖維的后加工 集束、牽伸、水洗、上油、干燥、熱定型、卷集束、牽伸、水洗、上油、干燥、熱定型、卷曲、切斷曲、切斷 長絲的后加工長絲的后加工 牽伸、加捻、水洗、干燥、熱定型、絡

57、絲、分牽伸、加捻、水洗、干燥、熱定型、絡絲、分級包裝級包裝徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程111后加工時纖維結構的變化后加工時纖維結構的變化 材料的性能與后續(xù)工藝密切相關材料的性能與后續(xù)工藝密切相關 ！ 因為工藝影響聚集態(tài)結構！因為工藝影響聚集態(tài)結構！ 拉伸前已有拉伸前已有一定取向性一定取向性 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程11214.3 橡膠橡膠 上一次課已提過上一次課已提過 橡膠要經(jīng)過交聯(lián)才能使用橡膠要經(jīng)過交聯(lián)才能使用徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程113一、橡膠的填充與增強體系一、橡膠的填充與增強體系 填充物

58、填充物： 炭黑炭黑 白炭黑白炭黑 提高橡膠力學性能，提高橡膠力學性能， 改善加工性能，改善加工性能， 降低成本；降低成本；徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程114混煉：混煉：使橡膠和填充使橡膠和填充料充分分散料充分分散徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程115橡膠分子與炭黑橡膠分子與炭黑粒子的物理結合粒子的物理結合 弱弱 鍵鍵徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程116橡膠分子與炭黑橡膠分子與炭黑粒子的化學結合粒子的化學結合 強強 鍵鍵徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程117有限伸長原理有限伸長原理 徐偉

59、徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程118徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程119對外力的緩沖作用：對外力的緩沖作用： 分子鏈的滑移和大量的物理吸附作用吸收外力的沖擊。分子鏈的滑移和大量的物理吸附作用吸收外力的沖擊。使應力分布均勻：使應力分布均勻： 外力作用時，短鏈、次短鏈滑動伸長，共同承擔應力。外力作用時，短鏈、次短鏈滑動伸長，共同承擔應力。徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程120按按來來源源和和用用途途分分按形態(tài)分：按形態(tài)分：固體、液體、粉末橡膠固體、液體、粉末橡膠 一、橡膠的分類一、橡膠的分類天然橡膠天然橡膠 合成合成 橡

60、膠橡膠 通用合成橡膠通用合成橡膠 特種合成橡膠特種合成橡膠 丁苯橡膠丁苯橡膠順丁橡膠順丁橡膠異戊橡膠異戊橡膠氯丁橡膠氯丁橡膠乙丙橡膠乙丙橡膠 丁腈橡膠丁腈橡膠硅橡膠硅橡膠氟橡膠氟橡膠聚氨酯橡膠聚氨酯橡膠 徐偉徐偉 復旦大學材料科學基礎課程復旦大學材料科學基礎課程121 合成橡膠合成橡膠 通用橡膠通用橡膠 代替天然橡膠制造輪胎及其它橡膠制品代替天然橡膠制造輪胎及其它橡膠制品 特種橡膠特種橡膠 具有耐寒、耐熱、耐油等特殊用途的合成橡膠具有耐寒、耐熱、耐油等特殊用途的合成橡膠 熱塑性彈性體熱塑性彈性體 多由兩種單體共聚而成：多由兩種單體共聚而成： 一種組分彈性好一種組分彈性好 另一種組分強度好另一種