高分子材料基礎(chǔ)理論Chapter

授課老師：信春玲E-mail:辦公室:東區(qū)機械樓306高分子材料基礎(chǔ)理論第一頁，共69頁。

什么是高分子材料？

為什么學(xué)習(xí)？

學(xué)什么？第二頁，共69頁。材料金屬材料無機非金屬材料高分子材料復(fù)合材料什么是高分子材料？廣泛應(yīng)用的四大材料之一第三頁，共69頁。塑料是高分子材料第四頁，共69頁。橡膠是高分子材料第五頁，共69頁。合成纖維是高分子材料第六頁，共69頁。涂料、粘合劑是高分子材料第七頁，共69頁。天然高分子材料第八頁，共69頁。高分子材料家族塑料橡膠合成纖維涂料、粘合劑天然高分子材料第九頁，共69頁。高分子材料有哪些一般性質(zhì)？重量輕〔lightweight)絕緣性〔insulation〕耐腐蝕(corrosionresistance)易加工成型〔easymolding)高彈性〔highelasticity)具有一定的力學(xué)性能〔mechanicalproperty)第十頁，共69頁。高分子材料是由高分子化合物與少量添加劑組成的，具有一定使用性能的一類物質(zhì)。高分子化合物，是指分子量很高并由共價鍵連接的一類化合物大分子，高分子，Macromolecules聚合物，Polymer高聚物Highpolymer常用的高分子的分子量一般高達幾萬、幾十萬，甚至上百萬，范圍在104～106第十一頁，共69頁。高分子化合物怎么得來的？是由小分子單體連接而成，通過聚合反響得來的第十二頁，共69頁。聚丙烯聚合反響賦予高分子化合物的構(gòu)造特點：分子鏈由許多重復(fù)單元互相連接而成；鏈狀構(gòu)造的根本形式；分子鏈足夠長。：第十三頁，共69頁。為什么學(xué)習(xí)高分子材料？有用？有趣？？第十四頁，共69頁。薄膜吹塑過程第十五頁，共69頁。注塑成型過程第十六頁，共69頁。中空容器成型第十七頁，共69頁。高分子材料——應(yīng)用在國民經(jīng)濟和人們生活的方方面面交通〔飛機、汽車、軌道交通〕電子電器建筑農(nóng)業(yè)包裝航空航天醫(yī)療用品第十八頁，共69頁。輕量化、降低能耗第十九頁，共69頁。第二十頁，共69頁。電子電器產(chǎn)品輕質(zhì)，絕緣，易成型，低本錢第二十一頁，共69頁。建筑材料耐候性，耐腐蝕，隔熱，低本錢第二十二頁，共69頁。包裝材料阻隔性，易成型，耐腐蝕，低本錢第二十三頁，共69頁。航空航天第二十四頁，共69頁。生物醫(yī)用材料第二十五頁，共69頁。各種功能材料高分子別離膜：海水淡化、反浸透、膜萃取、膜蒸餾等技術(shù)領(lǐng)域。第二十六頁，共69頁。第二十七頁，共69頁。各種功能材料發(fā)光材料：交通領(lǐng)域通道標識、樓梯標識、標志線；發(fā)光涂料、發(fā)光壁紙、工藝品、玩具、體育休閑用品第二十八頁，共69頁。各種功能材料導(dǎo)電高分子材料：導(dǎo)電塑料，導(dǎo)電橡膠，導(dǎo)電纖維第二十九頁，共69頁。高分子材料開展迅速，總體積超過另外兩大類材料之和高分子材料由于來源豐富、制造方便，品種繁多，用處廣泛，因此在材料領(lǐng)域的地位越來越突出，增長最快，如今，產(chǎn)量相當于金屬、木材和水泥的總和。世界塑料工業(yè)其中塑料是消費量最大的高分子材料，2007年全世界共消費億噸塑料,約是鋼材體積消費量的倍第三十頁，共69頁。高分子材料科學(xué)是個年輕的學(xué)科第三十一頁，共69頁。19世紀，天然高分子材料的應(yīng)用和改性19世紀前期，木材、棉、麻、絲、毛、漆、橡膠、皮革等天然高分子材料在人們的生活和消費中得到廣泛的應(yīng)用。19世紀后期，已經(jīng)對一些天然高分子材料進展改性，如橡膠的硫化、皮革的鞣制、棉麻的處理等等第三十二頁，共69頁。20世紀初，高分子材料科學(xué)創(chuàng)立準備期Staudinger德國化學(xué)家1920年，發(fā)表“論聚合〞，首次提出鏈構(gòu)造的模型，指出存在一類分子量很大的聚合物，它們是由共價鍵連接起來的大分子。1932年，Staudinger提出了溶液粘度與分子量的關(guān)系式。確立了大分子的存在。1953年，因此獲得諾貝爾化學(xué)獎第三十三頁，共69頁。20世紀30、40年代，高分子材料科學(xué)創(chuàng)立期“高分子有機化合物〞出版，如今高分子概念獲得公認；隨后，縮聚反響理論、橡膠彈性理論、鏈式聚合反響和共聚理論等相繼得到研究；1935年，第一個工業(yè)化的高分子材料，尼龍問世〔dupont公司〕；并且一系列高分子材料被合成出來，如聚氯乙烯、聚苯乙烯、高壓聚乙烯、氯丁橡膠、丁基橡膠等。第三十四頁，共69頁。20世紀50年代，高分子工業(yè)確立，高分子合成大開展Ziegler〔德〕Natta〔意大利〕1953年，Ziegler〔德〕實現(xiàn)了乙烯的低壓聚合〔高密度聚乙烯〕，1955年Natta〔意大利〕實現(xiàn)了丙烯的定向聚合〔全同聚丙烯〕，使高分子工業(yè)開場蓬勃開展。配位聚合催化劑統(tǒng)稱為“Ziegler-Natta〞催化劑，二人于1963年共同獲得諾貝爾化學(xué)獎。第三十五頁，共69頁。20世紀60年代，高分子物理大開展隨著科技進步，測試儀器在高分子構(gòu)造研究中的應(yīng)用開發(fā)，人們對高分子的構(gòu)造進展了較深化的研究和理解，如進一步研究了高分子的結(jié)晶構(gòu)造、高分子的粘彈性、流變學(xué)等。美國科學(xué)家Flory，高分子溶液理論，分子量分布研究方面獲得重大成就第三十六頁，共69頁。20世紀70年代，高分子工程科學(xué)大開展20世紀80年代，高性能、功能材料、生物材料開展PE、PP高效催化劑研制成功，大大進步消費效率，且消費自動化、大型化程度大幅度進步。與此同時，為了滿足材料多方面性能要求，聚合物共混理論得到開展。分子設(shè)計概念提出、復(fù)合材料深化研究，以及多種合成技術(shù)開展，使得高分子材料領(lǐng)域向高性能、多功能方面開展。第三十七頁，共69頁。

法國科學(xué)家吉尼(Pierre-GillesdeGennes)成功地將研究簡單體系中有序現(xiàn)象的方法推廣到高分子、液晶等復(fù)雜體系。1991年被授予諾貝爾物理學(xué)獎。

第三十八頁，共69頁。AlanJ,HeegerAlanG.MacDiarmid白川英樹導(dǎo)電聚合物抗靜電材料、電磁屏蔽材料。太陽能電池等方面2000年三位科學(xué)家獲得諾貝爾化學(xué)獎第三十九頁，共69頁。主要內(nèi)容第一部分：高分子材料的構(gòu)造與性能緒論〔3課時〕高分子化學(xué)根底〔3課時〕高分子物理根底〔18課時〕第二部分：高分子材料成型工藝高分子材料配方設(shè)計〔2課時〕高分子材料成型工藝〔12課時〕總復(fù)習(xí)〔2課時〕學(xué)什么？第四十頁，共69頁。1?高分子概論?.代麗君，張玉軍，姜華珺主編，化學(xué)工業(yè)出版社〔2007〕2?高分子物理?〔第二版〕金日光，華幼卿，化學(xué)工業(yè)出版社3?塑料成型工藝學(xué)?〔第二版〕.黃銳主編，中國輕工業(yè)出版社4?高分子材料成型加工?(第二版〕.周達飛唐頌超,輕工出版社(2000)5其它有關(guān)高分子物理、高分子材料加工、塑料或橡膠加工的書籍。參考書目：第四十一頁，共69頁。課程要求掌握高分子材料的根本特性，特別是材料的構(gòu)造－性能－成型工藝－設(shè)備之間的關(guān)系課程考核方式：平時成績〔考勤和作業(yè)〕－30％期末考試－70％第四十二頁，共69頁。高分子材料中常用的基本概念第四十三頁，共69頁。1〕高分子、單體、低聚物高分子也叫高分子化合物，是指分子量很高并由共價鍵連接的一類化合物大分子化合物、大分子、高聚物、聚合物；

這些術(shù)語一般可以通用Macromolecules,HighPolymer,Polymer常用的高分子的分子量一般高達幾萬、幾十萬，甚至上百萬，范圍在104～106第四十四頁，共69頁。單體合成聚合物的起始原料稱為單體〔Monomer〕低聚物分子量介于高分子量〔104以上〕和低分子量之間的化合物。如異氰酸酯〔502膠〕、環(huán)氧樹脂等的預(yù)聚體。第四十五頁，共69頁。2)主鏈、側(cè)基、支鏈高分子可看作由許多重復(fù)單元組成的一條長鏈〔高分子鏈〕，長鏈的主干部分稱為高分子的主鏈，與主鏈原子連接的原子或基團為側(cè)基〔取代基〕，由重復(fù)單元組成的分支部分稱為高分子的支鏈。聚丙烯主鏈支鏈側(cè)基第四十六頁，共69頁。支鏈第四十七頁，共69頁。3〕聚合度、分子量聚合度〔Degreeofpolymerization〕：一條高分子鏈所含有的重復(fù)單元的數(shù)目稱為聚合度〔DP〕注意：絕大多數(shù)聚合物都是由不同鏈長的大分子鏈組成的，聚合度和分子量是大小不均一的大分子的統(tǒng)計平均值。第四十八頁，共69頁。1〕根據(jù)性能和用處分類高分子材料的分類塑料橡膠纖維涂料、黏合劑第四十九頁，共69頁。具有塑性行為的高分子材料，受力時能發(fā)生一定形變〔包括可逆和永久形變〕。塑料根據(jù)使用特性塑料通用塑料工程塑料特種工程塑料產(chǎn)量大、用處廣、成型性能好、價格廉價，如PE、PP、PS、PVC等具有良好的機械性能和耐高、低溫性能，尺寸穩(wěn)定性較好，可以用作工程構(gòu)造材料，如PA、PC、PET、POM、PPO等具有突出的特種性能的塑料，用于航空航天特殊應(yīng)用領(lǐng)域，如PEI、聚砜、PEEK等有特殊耐熱性第五十頁，共69頁。橡膠

具有可逆形變的高彈性聚合物材料。在很小外力作用下，能產(chǎn)生較大形變，除去外力后能恢復(fù)原狀。按原料來源橡膠天然橡膠合成橡膠由三葉橡膠樹乳膠中提取而來，主要成分為順式聚異戊二烯，彈性好，強度高，綜合性能好人工合成的橡膠，如異戊膠、順丁膠、丁苯膠等第五十一頁，共69頁。纖維聚合物經(jīng)一定的機械加工〔牽引、拉伸、定型等〕后形成細而柔軟的細絲，形成纖維。纖維具有彈性模量大，受力時形變小，強度高等特點。品種：聚酰胺〔尼龍〕，聚酯〔滌綸〕，聚丙烯腈〔腈綸〕、聚丙烯〔丙綸〕，聚氯乙烯〔氯綸〕、芳綸等。涂料、黏合劑

具有一定的成膜性能附著在基體上，對基體起保護或粘結(jié)作用。如丙烯酸酯類、異氰酸酯類等第五十二頁，共69頁。2〕按主鏈構(gòu)造分類

碳鏈高分子，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯1.4高分子材料的分類特點：具有可塑性好，容易加工成型等優(yōu)點，但耐熱性差，易燃燒，耐老化性差等缺乏。第五十三頁，共69頁。

雜鏈高分子分子主鏈上除具有C原子外，還含有O、S、N等雜原子。如尼龍、聚酯、聚砜特點：主鏈具有極性，容易吸水，加工前需枯燥處理，耐熱性好，強度高，做工程塑料用。第五十四頁，共69頁。

元素有機高分子分子主鏈不含碳原子，由硅、氧、氮、硼等組成，但側(cè)基是有機基團。如硅橡膠特點：既具有無機物的熱穩(wěn)定性，又有有機物的彈塑性；缺點是強度較低。第五十五頁，共69頁。

無機高分子分子主鏈不含碳原子，側(cè)基也不含碳原子，完全由其它原子組成。特點：這些元素的成鍵才能較弱，所以該類高分子的分子量較低，且易水解；但具有優(yōu)異的耐高溫性能。聚二硫化硅聚偏磷酸及其鹽類第五十六頁，共69頁。

重要的碳鏈聚合物：第五十七頁，共69頁。重要的雜鏈聚合物：第五十八頁，共69頁。3〕根據(jù)高分子受熱后的形態(tài)變化：分為熱塑性高分子和熱固性高分子熱塑性高分子受熱后會從固體狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)。這種轉(zhuǎn)變理論上可重復(fù)無窮屢次。熱塑性高分子是可以再生的。如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和滌綸樹脂等。絕大多數(shù)高分子化合物為熱塑性高分子。第五十九頁，共69頁。熱固性高分子受熱后先轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)，進一步加熱那么轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)。這種轉(zhuǎn)變是不可逆的。即熱固性高分子是不可再生的。如：酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、不飽和聚酯、聚氨酯、硫化橡膠等。第六十頁，共69頁。高分子材料的命名習(xí)慣命名法商品命名法IUPAC命名法第六十一頁，共69頁。1以單體名稱為根底，在前面加“聚〞字乙烯聚乙烯氯乙烯聚氯乙烯苯乙烯聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯1習(xí)慣命名法大多數(shù)的通用塑料按這種命名法第六十二頁，共69頁。聚乙烯類塑料低密度聚乙烯LDPE(高壓聚乙烯〕高密度聚乙烯HDPE〔低壓聚乙烯〕線型低密度聚乙烯LLDPE超高分子量聚乙烯UHMWPE茂金屬聚乙烯〔mPE)第六十三頁，共69頁。2取單體簡名，在后面加“樹脂〞或“橡膠〞兩字苯酚酚醛樹脂尿素丁苯橡膠丁二烯丙烯腈丁腈橡膠＋甲醛＋甲醛尿醛樹脂＋苯乙烯丁二烯＋對于熱固性樹脂和橡膠類高分子材料按這種命名法第六十四頁，共69頁。3以高分子鏈構(gòu)造特征命名“聚〞+高分子主鏈構(gòu)造中的特征功能團：指的是一類高分子，而非單種高分子聚酰胺〔尼龍〕：聚酯：通常，對工程塑料類采用該種命名法第六十五頁，共69頁。第一個數(shù)字表示二元胺的碳原子數(shù)第二個數(shù)字表示二元酸的碳原子數(shù)只附一個數(shù)字表示內(nèi)酰胺或氨基酸的碳原子數(shù)尼龍后墜數(shù)字尼龍66己二胺己二酸尼龍610己二胺癸二酸尼龍6己內(nèi)酰胺，或ω－氨基己酸第六十六頁，共69頁。Ⅱ.商品命名法聚酰胺〔尼龍〕聚酯〔滌綸〕聚丙烯腈〔腈綸〕聚丙烯〔丙綸〕聚氯乙烯〔氯綸〕聚甲基丙烯酸甲酯〔有機玻璃〕第六十七頁，共69頁。