高分子材料與工程專業(yè)導(dǎo)論課程論文正稿

1、 課程論文學(xué)院： 材料與能源學(xué)院 專業(yè)： 高分子材料與工程 課程： 專業(yè)導(dǎo)論 學(xué)號： xxxxxxxxxxxxxx： 丁逸 任課老師： xxxxxxxxxxx2017年 12 月 1 號1. 高分子的定義高分子又稱作聚合物，由小分子相互反應(yīng)而形成，高分子與低分子的區(qū)別在于前者分子量很高。通俗地說，高分子是一種許許多多原子由共價鍵連接而組成的相對分子質(zhì)量很大的化合物。更精確的描述是，高分子是指其分子主鏈上的原子都直接以共價鍵連接，且鏈上的成鍵原子都共享成鍵電子的化合物，這樣組成的高分子鏈的鍵的類型，除了共價鍵外，還可以包括某些配位鍵和缺電子鍵，而金屬鍵和離子鍵是被排除在外的。我對高分子的分類總結(jié)

2、如下：其中合成高分子，又可分為橡膠、纖維和塑料三大類，常稱為三大合成材料，合成橡膠的主要品種有丁苯橡膠、順丁橡膠和異戊橡膠等。合成纖維的主要品種有滌綸、腈綸、錦綸、維綸和丙綸。塑料還可分為熱塑性塑料和熱固性塑料，前者為線性聚合物，受熱可熔融流動，可多次重復(fù)加工成型，主要品種有聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯；后者是網(wǎng)狀聚合物，通常由線性聚合物或低聚物經(jīng)交聯(lián)得到，以后不能加熱融化重復(fù)成型，主要品種有酚醛樹脂、不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等。此外，聚合物還可作為涂料和粘合劑來使用，而且使用越來越廣泛，也有人將他們單獨列為兩類，所以聚合物按應(yīng)用分類，也應(yīng)包括上述五大合成材料。最近，著眼于聚合物所具有的特定的物理、化

3、學(xué)、生物功能的功能高分子，也已成為新的重要一類。天然高分子，也有有機(jī)高分子和無機(jī)高分子之分。天然高分子，如人們所熟悉的石棉、石墨、金剛石、云母等，天然有機(jī)高分子，都是在生物體制造出來的，儲存能量的肝糖、淀粉，生物體外分泌物如蠶絲、蛛絲、植物的橡膠，還有儲存遺傳信息的核酸。2. 高分子材料科學(xué)的發(fā)展簡史（以塑料的發(fā)展為例）從第一個塑料產(chǎn)品賽璐珞誕生算起，塑料工業(yè)迄今已有120年的歷史。其發(fā)展歷史可分為三個階段。 1.天然高分子加工階段 這個時期以天然高分子，主要是纖維素的改性和加工為特征。1869年美國人J.W.海厄特發(fā)現(xiàn)在硝酸纖維素中加入樟腦和少量酒精可制成一種可塑性物質(zhì)，熱壓下可成型為塑料制

4、品，命名為賽璐珞。1872年在美國紐瓦克建廠生產(chǎn)。當(dāng)時除用作象牙代用品外，還加工成馬車和汽車的風(fēng)擋和電影膠片等，從此開創(chuàng)了塑料工業(yè)，相應(yīng)地也發(fā)展了模壓成型技術(shù)。 1903年德國人A.艾興格林發(fā)明了不易燃燒的醋酸纖維素和注射成型方法。1905年德國拜耳股份公司進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。在此期間，一些化學(xué)家在實驗室里合成了多種聚合物，如線型酚醛樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯等，為后來塑料工業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1904年世界塑料產(chǎn)量僅有10kt，還沒有形成獨立的工業(yè)部門。 2.合成樹脂階段 這個時期是以合成樹脂為基礎(chǔ)原料生產(chǎn)塑料為特征。1909年美國人L.H.貝克蘭在用苯酚和甲醛來合成樹脂方面，獲得了突破性的

5、進(jìn)展，取得l第一個熱固性樹脂酚醛樹脂的專利權(quán)。在酚醛樹脂中加入填料后，熱壓制成模壓制品、層壓板、涂料和膠粘劑等，這是第一個完全合成的塑料。1910年在柏林呂格斯工廠建立通用酚醛樹脂公司進(jìn)行生產(chǎn)。在40年代以前，酚醛塑料是最主要的塑料品種，約占塑料產(chǎn)量的2/3。主要用于電器、儀表、機(jī)械和汽車工業(yè)。 1920年以后塑料工業(yè)獲得了迅速發(fā)展，其主要原因首先是德國化學(xué)家.施丁格提出高分子鏈?zhǔn)怯山Y(jié)構(gòu)一樣的重復(fù)單元以共價鍵連接而成的理論和不熔不溶性熱固性樹脂的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)理論，1929年美國化學(xué)家W.H.卡羅瑟斯提出了縮聚理論，均為高分子化學(xué)和塑料工業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。同時，由于當(dāng)時化學(xué)工業(yè)總體發(fā)展十分迅速

6、，為塑料工業(yè)提供了多種聚合單體和其他原料。 塑料的世界總產(chǎn)量從1904年的10kt，猛增至1944年的600kt，1956年達(dá)到3.4Mt。隨著聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等通用塑料的發(fā)展，原料也從煤轉(zhuǎn)向了以石油為主，這不僅保證了高分子化工原料的充分供應(yīng)，也促進(jìn)了石油化工的發(fā)展，使原料得以多層次利用，創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)價值。 3.大發(fā)展階段 在這一時期通用塑料的產(chǎn)量迅速增大，聚烯烴塑料在70年代又有聚1丁烯和聚 4-甲基-1-戊烯投入生產(chǎn)，形成了世界上產(chǎn)量最大的聚烯烴塑料系列，同時出現(xiàn)了多品種高性能的工程塑料。19581973年的16年中，塑料工業(yè)處于飛速發(fā)展時期，1970年產(chǎn)量為30Mt。3.高

7、分子材料科學(xué)實驗1.對高分子材料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的總結(jié)2.高聚物四大聚合方法聚合機(jī)理不同所采用的聚合方法也不同。根據(jù)機(jī)理不同，聚合分為連鎖聚合和逐步聚合，連鎖聚合（又稱為連鎖聚合反應(yīng)或鏈?zhǔn)骄酆希?，采用的聚合方法有本體聚合、懸浮聚合、溶液聚合和乳液聚合；逐步聚合采用的聚合方法有熔融縮聚、溶液縮聚、界面縮聚和固相縮聚。本體聚合單體本身在引發(fā)劑或光、熱、輻照等作用下的聚合，它的特點是組分簡單，通常只含單體和少量引發(fā)劑，所以操作簡便，產(chǎn)物純凈，缺點是聚合熱不易排除。工業(yè)上應(yīng)用自由基本體聚合生產(chǎn)的聚合物品種主要有聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃、見聚甲基丙烯酸酯）、高壓聚乙烯和聚苯乙烯。溶液聚合單體、引發(fā)劑（或催化

8、劑）溶于適當(dāng)溶劑中進(jìn)行的聚合，其優(yōu)點是體系粘度低，傳熱快，聚合溫度容易控制。缺點是聚合物的聚合度比較低，混入的少量溶劑不易除去，產(chǎn)物純度較差，此外由于使用溶劑和增添回收溶劑的設(shè)備,使生產(chǎn)成本提高。工業(yè)上,溶液聚合主要用于直接使用聚合物溶液的場合，如乙酸乙烯酯甲醇溶液聚合直接用于制聚乙烯醇，丙烯腈溶液聚合直接用于紡絲，丙烯酸酯溶液聚合直接用于制備涂料或膠粘劑等。懸浮聚合溶解有引發(fā)劑的單體被攪拌成小液滴，在水介質(zhì)中進(jìn)行的聚合。由于是在大量水介質(zhì)中進(jìn)行聚合，容易散熱，產(chǎn)熱為0.1毫米左右的小顆粒,容易分離、洗滌，因此純度較高。缺點是聚合過程中聚合物容易粘結(jié)在釜壁上,需要定時開蓋清釜,所以不能連續(xù)生產(chǎn)

9、。如果采用水溶性引發(fā)劑（如過氧化氫），并在大量有機(jī)分散劑存在下聚合，就得到粒烴為 0.510微米的聚合物，其顆粒大小介于典型的懸浮聚合和乳液聚合之間，稱為分散聚合。懸浮聚合主要用于生產(chǎn)聚氯乙烯、聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯。分散聚合主要用于生產(chǎn)膠粘劑、水性漆和涂料。3乳液聚合單體借助乳化劑的作用分散在溶解有引發(fā)劑的水介質(zhì)中，形成乳液后再進(jìn)行的聚合。由于存在乳化劑，單體主要在乳膠粒聚合，速率快，分子量大。此外，大量水作介質(zhì)也容易散熱。缺點是包藏在聚合物顆粒中的乳化劑不易除去，影響性能，特別是電性能較差。采用乳液聚合生產(chǎn)的品種主要有丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠和聚氯乙烯膠乳。一種聚合物可以通過幾種不

10、同的聚合方法進(jìn)行合成，聚合方法的選擇主要取決于所要合成聚合物的性質(zhì)和形態(tài)、相對分子質(zhì)量和相對分子質(zhì)量分布等。實驗與生產(chǎn)技術(shù)已發(fā)展到可以用幾種不同的聚合方法合成出同樣的產(chǎn)品，這時產(chǎn)品質(zhì)量好、設(shè)備投資少、生產(chǎn)成本低、三廢污染小的聚合方法將優(yōu)先發(fā)展。為滿足不同的制品性能，工業(yè)上一種單體采用多種聚合方法十分常見。如同樣是苯乙烯自由基聚合（相對分子量質(zhì)量10萬40萬，相對分子量分布24），用于擠塑或注塑成型的通用型聚苯乙烯（GPS)多采用本體聚合，可發(fā)型聚苯乙烯（EPS）主要采用懸浮聚合，而高抗沖聚苯乙烯（HIPS）則是采用溶液聚合-本體聚合聯(lián)用。3實驗結(jié)構(gòu)性能測試2.生活中的高分子材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)舉例

11、（1）塑料繩生活中使用的塑料繩是由線性的聚乙烯或聚丙烯制成，是典型的非交聯(lián)線性高分子，在綁緊的過程中，線性的高分子鏈被拉長，隨著時間的延長，線性高分子鏈發(fā)生了不可恢復(fù)的滑移，于是塑料繩被拉伸的變長了，開始變得不能綁緊，所以用塑料繩綁東西，綁的越緊最后就會變得越松，松弛發(fā)生的厲害。應(yīng)力松弛，是指高分子材料在總應(yīng)變不變的條件下，由于試樣部的粘性應(yīng)變隨時間不斷增長，使回彈應(yīng)變分量隨時間逐漸降低，從而導(dǎo)致回彈應(yīng)力隨時間逐漸降低的現(xiàn)象。用交聯(lián)的高分子材料可以避免這種現(xiàn)象，交聯(lián)的高分子材料通過交聯(lián)劑使線性高分子鏈變成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，高分子網(wǎng)絡(luò)鏈被拉伸變形后，仍能有力的恢復(fù)。（2）泡泡糖泡泡糖的主要成分是聚醋酸

12、乙烯酯，它的玻璃化溫度在28度左右，一般情況下低于其玻璃化溫度，其幾乎沒有流動性保持很好的形態(tài)，而在嘴里咀嚼后，高于其玻璃化溫度，泡泡糖發(fā)生逆玻璃化轉(zhuǎn)變，有玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉(zhuǎn)變，呈現(xiàn)出高彈態(tài)，所以嚼泡泡糖的時候剛開始嚼兩下是吹不出泡泡的，等溫度升高后，嚼軟了以后才行。（3）礦泉水瓶礦泉水瓶是由聚對苯二甲酸乙二酯組成，聚對苯二甲酸乙二酯本身屬于易結(jié)晶高分子材料，制作礦泉水瓶時，是在高溫下吹作法制備的，然后經(jīng)過退火處理，消除結(jié)晶區(qū)域才具有光學(xué)透明性的。當(dāng)在礦泉水瓶中加入熱水后，聚對苯二甲酸乙二酯在高溫下分子鏈發(fā)生重新取向運動，重新產(chǎn)生結(jié)晶區(qū)域從而喪失透明性。4.高分子材料的結(jié)構(gòu)特點與性能的關(guān)系（以熱

13、熔膠為例）（1）熱熔膠（Hot Glue）簡介熱熔膠是熱塑性接著劑，在室溫下為固體，但在較高溫時即液化。以乙烯醋酸乙烯無規(guī)共聚物(EVA)為基礎(chǔ)樹脂的熱熔膠,是熱熔膠最重要的品種之一。熔融后的EVA熱熔膠，呈淺棕色或白色。EVA熱熔膠由基本樹脂、增粘劑、粘度調(diào)節(jié)劑和抗氧劑組成，有時在熱熔膠中加入一些填料, 可降低收縮率, 增加填隙性, 降低成本，可用的填料有碳酸鈣、滑石粉、二氧化硅等。EVA 的類型決定了熱熔膠的聚強(qiáng)度、柔韌性、對基材的粘接性以與可加工性。對熱熔膠而言, 應(yīng)注意EVA 的下列性能:分子質(zhì)量與其分布、醋酸乙烯酯(VA)含量、結(jié)晶度、軟化點、熔點、熔體指數(shù)(MI)以與熔體粘度等,

14、因為這些性能直接影響熱熔膠的各項性能。EVA 的上述性能是相互聯(lián)系的。同一系列的EVA , 分子質(zhì)量越大, 通常軟化點越高而熔體指數(shù)MI 越小;不同系列的EVA , 結(jié)晶度和熔點隨VA 含量的增加呈直線下降。熔體粘度與MI有直線反比關(guān)系。一般用VA 含量在9 % 40 %的EVA , 當(dāng)VA 含量超過40 %以上,EVA 不再結(jié)晶。此外, 當(dāng)VA 含量超過30 %時, 雖然對極性與多種無孔非極性基材的粘接性有所提高, 但此種EVA 聚合物常常與蠟不相容, 這是熱熔膠配方設(shè)計時要注意的一點。有時, 在一個配方中往往要用MI 高低不同的EVA 或VA 含量不同的EVA 搭配使用, 才能獲得滿意的綜

15、合性能。（2）熱熔膠的主要性能粘接性粘接性是熱熔膠最重要的性能之一, 影響因素也最多。VA是熱熔膠粘接性能的主要決定者。當(dāng)EVA 中VA 含量增加時,熱熔膠的粘接性大大提高, 高VA含量的EVA 可用來粘接無極性的非多孔材料, 例如聚乙烯和聚丙烯膜。增粘樹脂和蠟對粘接性的影響主要取決于它們的熔體粘度和化學(xué)結(jié)構(gòu)。粘度越低, 熱熔膠越容易滲入多孔基材, 從而形成機(jī)械結(jié)合。蠟的表面能低, 當(dāng)蠟量增加時, 熱熔膠的潤濕性提高, 可增加粘接性。用微晶蠟代替石蠟可改進(jìn)價鍵力引起的粘附, 這是因為微晶蠟熱熔膠的模量低, 凝定時間長的緣故。粘度和流動性熱熔膠的粘度和流動性與施膠性能密切相關(guān)。選擇MI 大的EV

16、A , 熔體粘度小的增粘樹脂都可以使熱熔膠粘度下降, 還可選擇MI 高低不同的EVA 配合使用來調(diào)節(jié)熱熔膠的施工粘度。蠟的影響最大,增加蠟的用量, 可以顯著降低熱熔膠的粘度, 增加其流動性,?？傊? 熱熔膠的粘度主要由蠟的種類、用量和EVA 的MI 來調(diào)節(jié)。蠟的熔點和熱熔膠的軟化點高低與熱熔膠的粘度并無對應(yīng)關(guān)系。拉伸強(qiáng)度和模量EVA 的強(qiáng)度隨其VA 含量和MI(或分子質(zhì)量)不同有很大的變化。通常MI較小的EVA 強(qiáng)度高, 制成的熱熔膠強(qiáng)度也大。此外, 在相容性允許的情況下蠟?zāi)苁篃崛勰z強(qiáng)度和模量增加, 若不相容則會使膠的剛性增大對提高強(qiáng)度無益。正烷烴含量高的高結(jié)晶蠟或高熔點蠟, 會使熱熔膠的拉伸

17、強(qiáng)度和模量提高。延伸率和柔韌性EVA 的分子質(zhì)量直接影響膠的柔韌性, MI越小, 柔韌性越小。蠟對熱熔膠的柔韌性也有很大影響。用微晶蠟代替石蠟, 或用窄分布的合成蠟代替普通合成蠟, 可以增加熱熔膠的柔韌性, 這是因為微晶蠟比石蠟有更好的柔韌性, 而窄分布合成蠟更易與EVA 中的乙烯鏈段相容之故。另外, 松香酯和萜烯樹脂增粘劑極性越大, 與高VA 含量的EVA 相容性也越好, 這樣也可提高熱熔膠的室溫柔韌性。蠟分子中的異構(gòu)與環(huán)化烷烴量高, 制成的熱熔膠延伸率大。書籍裝訂用熱熔膠要求延伸率高達(dá)500 %600 %, 冰箱包裝用膠也要求有較好的柔韌性, 因而配方中多采用微晶蠟。玻璃化溫度Tg熱熔膠的

18、Tg 直接關(guān)系到膠的低溫性能, 在Tg 以下, 膠脆, 受沖擊或彎曲時容易斷裂。熱熔膠中EVA 的Tg 較低, 但增粘樹脂和蠟的Tg 一般較高。由高聚物物理學(xué)可知:若組份相容, 混合體系的Tg 處于組份高低Tg 之間, 由混合比決定;若體系不相容, 則會出現(xiàn)幾個Tg 。熱熔膠也是如此, 高分子質(zhì)量的聚乙烯蠟與EVA 的相容性往往不好, 而窄分布的合成蠟、石蠟和微晶蠟與EVA 相容。軟微晶蠟的加入會使熱熔膠的Tg 稍稍上升, 而高熔點的合成蠟使熱熔膠Tg 上升較大。要想使熱熔膠的Tg 較低, 還應(yīng)盡量采用Tg低的增粘樹脂。開放時間開放時間指的是施膠后不會因凝定或結(jié)晶矢去潤濕能力仍能使用的時間間隔

19、。熱熔膠的開放時間常以秒計。對聚合物增粘樹脂體系而言, 蠟的加入總是縮短開放時間, 影響程度隨蠟的性質(zhì)而變。一般來說, 蠟用量越大, 熔點越高, 結(jié)晶度越大, 則使熱熔膠開放時間越短。不同用途的熱熔膠要求有不同的開放時間。凝定時間凝定時間即膠的定位時間, 與熱熔膠的熔點、環(huán)境溫度有關(guān)。冬季氣溫低, 散熱快, 凝定時間短。配方設(shè)計中可用蠟來調(diào)節(jié)凝定時間, 高結(jié)晶度、高熔點蠟可縮短凝定時間, 而微晶蠟則延長凝定時間。未固化強(qiáng)度和初粘性膠未固化前的粘接強(qiáng)度直接影響到施膠后的加壓時間, 從而也影響到粘接工藝。未固化強(qiáng)度與膠的極性、潤濕性有關(guān), 選取聚強(qiáng)度和抗強(qiáng)度高的組份有利于提高膠的未固化強(qiáng)度。蠟的類

20、型和用量對未固化強(qiáng)度也有很大影響。耐熱性耐熱性與組份的熔點和分子質(zhì)量分布有關(guān)。用高熔點組份制成的熱熔膠耐熱性高, 而蠟的加入常常降低耐熱性。抗粘連性熱熔膠膠粒的抗粘連性對膠的貯存有直接關(guān)系?？拐尺B性差的膠高溫高濕下貯存易結(jié)塊。用較硬的蠟可防止膠粒粘連, 如聚乙烯蠟。除了選擇合適的蠟外, 蠟的用量也可控制粘連。此外, 在某些場合下還可在膠粒中拌入滑石粉一類的粉狀物防粘連。5.我對于本專業(yè)感興趣的領(lǐng)域-醫(yī)用高分子材料現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的一個重要標(biāo)志是新型醫(yī)用材料和醫(yī)療器械在疾病診斷和治療中的廣泛應(yīng)用。 醫(yī)用高分子材料指用于生理系統(tǒng)疾病的診斷、治療、修復(fù)或替換生物體組織或器官，增進(jìn)或恢復(fù)其功能的高分子材料

21、。其研究領(lǐng)域涉與材料學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)。雖已有40多年的研究歷史，但蓬勃發(fā)展始于20世紀(jì)70年代。隨著高分子化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了大量的醫(yī)用新材料和人工裝置，如人工心臟瓣膜、人工血管、人工腎用透析膜、心臟起搏器，以與骨生長誘導(dǎo)劑等。近十年來，由于生物醫(yī)學(xué)工程、材料科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)用高分子材料與其制品獲得越來越多的醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用。1949年，美國首先發(fā)表了醫(yī)用高分子的展望性論文，第一次介紹了利用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術(shù)縫合線的臨床應(yīng)用情況。20世紀(jì)50年代，有機(jī)硅聚合物被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，使人工器官的應(yīng)用圍大大擴(kuò)大，包括器官替代和整容等