高分子材料緒論

高分子材料緒論第1頁(yè)/共108頁(yè)第一章緒論什么是高分子材料高分子材料的發(fā)展高分子材料的現(xiàn)狀高分子材料的未來(lái)高分子材料的課程簡(jiǎn)介高分子材料的課程基礎(chǔ)學(xué)習(xí)要求及主要參考資料第2頁(yè)/共108頁(yè)現(xiàn)代科技與現(xiàn)代文明三大支柱能源材料信息全球新技術(shù)革命的四大標(biāo)志(新材料技術(shù)、新能源技術(shù)、信息技術(shù)、生物技術(shù))第3頁(yè)/共108頁(yè)1.根據(jù)材料的來(lái)源分類：天然材料和人工材料2.根據(jù)用途和性能分類：結(jié)構(gòu)材料和功能材料3.根據(jù)材料成熟程度分類：傳統(tǒng)材料和新興材料4.根據(jù)材料的化學(xué)性質(zhì)分類：金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料材料的分類

第4頁(yè)/共108頁(yè)什么是高分子材料第5頁(yè)/共108頁(yè)高分子材料(macromolecularmaterial)是以高分子化合物為基礎(chǔ)的一大類材料的總稱。是由相對(duì)分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料。高分子化合物（macromolecularcompound）常簡(jiǎn)稱高分子或大分子（macromolecule)聚合物（polymer）、高聚物（highpolymer）通常情況下，人們并不嚴(yán)格區(qū)分這些概念的微細(xì)差別，而認(rèn)為是同一類材料的不同稱謂。第6頁(yè)/共108頁(yè)GeneralPlastics第7頁(yè)/共108頁(yè)Engineeringplastics第8頁(yè)/共108頁(yè)Syntheticrubber,elastomer第9頁(yè)/共108頁(yè)Syntheticfibers

Kevlar

Vest第10頁(yè)/共108頁(yè)Functionalpolymers第11頁(yè)/共108頁(yè)DevelopmentofPolymerScience

高分子科學(xué)的形成與發(fā)展第12頁(yè)/共108頁(yè)化學(xué)改性到人工合成高分子的概念始于20世紀(jì)20年代，但應(yīng)用更早

1812年用酸水解樹皮等，得到淀粉。“橡膠”最早認(rèn)識(shí)是印第安人，“卡烏巧烏”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。1892年克羅斯以木纖維生產(chǎn)粘膠纖維。第13頁(yè)/共108頁(yè)1910年，美籍比利時(shí)化學(xué)家貝克蘭德將苯酚與甲醛進(jìn)行反應(yīng)，得到酚醛樹脂，加熱模壓，制得第一種合成塑料將酚醛樹脂添加木屑加熱、加壓模塑成各種制品，以他的姓氏命名，俗稱稱為電木貝克蘭德(1863-1944)美國(guó)化學(xué)家1909發(fā)明酚醛塑料1926年3月，美國(guó)《塑料》雜志將塑料定義為“一種物質(zhì)的性質(zhì)，使它可以形成任何想要的形狀，而不像非塑性物質(zhì)那樣需要切鑿”第一種合成塑料一戰(zhàn)后，無(wú)線電、收音機(jī)等電氣工業(yè)迅猛發(fā)展，增加了對(duì)電木的需求，一直使用到今天第14頁(yè)/共108頁(yè)H.

Staudinger于二十世紀(jì)二十年代后期建立了高分子學(xué)科在Staudinger的理論出現(xiàn)之前，科學(xué)界對(duì)塑料、橡膠和其他分子量很高的材料的本質(zhì)認(rèn)識(shí)一直是不清楚的。對(duì)19世紀(jì)的大多數(shù)研究學(xué)者來(lái)說(shuō)，分子量超過(guò)10,000g/mol的物質(zhì)似乎是難以置信的，他們把這類物質(zhì)同由小分子穩(wěn)定懸浮液構(gòu)成的膠體系統(tǒng)混為一談。它們的分子量究竟是多少，它為什么難于透過(guò)半透膜而有點(diǎn)象膠體，它為什么沒(méi)有固定的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)，不易形成結(jié)晶？第15頁(yè)/共108頁(yè)Staudinger否定了這些物質(zhì)是有機(jī)膠體的觀點(diǎn)。他假定那些高分子量的物質(zhì)，即聚合物，是由共價(jià)鍵形成的真實(shí)大分子，并在其大分子理論中闡明了聚合物由長(zhǎng)鏈構(gòu)成，鏈中單體（或結(jié)構(gòu)單元）通過(guò)共價(jià)鍵彼此連接。較高的分子量和大分子長(zhǎng)鏈特征決定了聚合物獨(dú)特的性能。盡管一開始他的假設(shè)并不為大多數(shù)科學(xué)家所認(rèn)可，但最終這種解釋得到了合理的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，為工業(yè)化學(xué)家們的工作提供了有力的指導(dǎo)，從而使得聚合物的種類迅猛地增長(zhǎng)。第16頁(yè)/共108頁(yè)

這據(jù)說(shuō)是當(dāng)H.Staudinger第一次論證高分子概念時(shí)得到的忠告“親愛的同事,放棄你那個(gè)大分子的概念吧!......因?yàn)槭澜缟蠜Q不存在大分子那樣的東西?！?953年，Staudinger被授予諾貝爾獎(jiǎng)。現(xiàn)在人們都已非常清楚：塑料以及橡膠、纖維素、DNA等很多物質(zhì)都是大分子。第17頁(yè)/共108頁(yè)

1918，奧地利化學(xué)家約翰制得脲醛樹脂，用它制成的塑料無(wú)色而有耐光性，并有很高的硬度和強(qiáng)度，更不易燃，能透過(guò)光線，又稱電玉。20世紀(jì)20年代，電玉在歐洲曾被用作玻璃代用品20世紀(jì)30年代，出現(xiàn)以尿素為原料的三聚氰胺－甲醛樹脂，可制造耐電弧的材料，且耐火、耐水、耐油30年代，合成一系列烯烴類加聚物，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化

PVC(1927~1937)PVAc

(1936)PMMA

(1927~1931)PS(1934~1937)LDPE

(1939)PA66

(1935-1938)PET(1940-1945)第18頁(yè)/共108頁(yè)1930-1950年：合成高分子工業(yè)初創(chuàng)期，高分子理論走向成熟1935年W.H.Carothers合成出尼龍-66，38年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。1940年滌綸合成成功，于45年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；1927-1950年期間，PVC，PS，PMMA，Teflon，LDPE等自由基聚合產(chǎn)品相繼實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；1935年H.Mark提出加聚動(dòng)力學(xué)方程；1939年P(guān).J.Flory提出縮聚中官能團(tuán)等活性、分子量與反應(yīng)程度關(guān)系等理論；1940-1948年建立了一系列測(cè)定聚合物分子量的方法（最著名的為Mark-Houwink方程：[]=KM）；1942年發(fā)展高分子溶液的統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論（Flory,Huggins等）；1945-1947年對(duì)自由基加聚機(jī)理的研究已趨于成熟；第19頁(yè)/共108頁(yè)1953-1960年：配位聚合與離子聚合的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展1953年K.Ziegler發(fā)現(xiàn)TiCl4/有機(jī)鋁催化乙烯聚合，開創(chuàng)配位聚合領(lǐng)域1954年G.Natta發(fā)現(xiàn)全同立構(gòu)聚丙烯及其合成方法；1955年Szwarc發(fā)現(xiàn)活性陰離子聚合，為嵌段聚合物（SBS等）奠定基礎(chǔ)；1956年合成出與天然橡膠十分接近的高順式聚異戊二烯；19世紀(jì)60、70年代：大品種通用高分子發(fā)展、成熟，工程塑料發(fā)展期1960-1980年逐步發(fā)展烯烴聚合的高效催化劑、工藝和一系列新品種，產(chǎn)量迅速增加；1956-1965年聚甲醛、聚碳酸酯等工程塑料實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；1970-1980新型工程塑料及高強(qiáng)度、耐高溫塑料和纖維迅速發(fā)展；精細(xì)高分子、功能高分子進(jìn)入發(fā)展期和初創(chuàng)期。第20頁(yè)/共108頁(yè)1980-2000年：功能高分子進(jìn)入發(fā)展期，可控聚合反應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展，通用高分子高性能化發(fā)展一大批功能高分子品種--離子交換樹脂，螯合樹脂，高分子試劑，高分子催化劑，導(dǎo)電高分子，光敏樹脂，膜分離材料，高分子光電導(dǎo)材料，電致發(fā)光材料，高分子非線性光學(xué)材料，高分子磁性材料，生物相容性材料，高分子藥物載體，等；茂金屬催化劑及烯烴的可控聚合--實(shí)現(xiàn)聚烯烴的分子量分布與組成分布的可控，大幅度提高材料性能；實(shí)現(xiàn)丙烯和苯乙烯的間規(guī)聚合--立體定向聚合的重要進(jìn)展；實(shí)現(xiàn)陽(yáng)離子、開環(huán)及自由基等機(jī)理下的活性聚合--開辟了合成大批結(jié)構(gòu)高度可控的新型高分子材料的途徑；發(fā)展了合成樹枝狀高分子和超支化聚合物的新方法；合成通用高分子的生產(chǎn)工藝更加先進(jìn)，裝置大型化，能耗和污染排放顯著減少，產(chǎn)品性能不斷提高；第21頁(yè)/共108頁(yè)L.H.貝克蘭（L.H.Baekeland）貝克蘭深入研究了苯酚與甲醛的反應(yīng)，于1907年首次工業(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)人類生活和發(fā)展史的序幕。

貝克蘭的研究完成了以催化劑類型和用量控制縮聚反應(yīng)，樹脂的三階段固化機(jī)理，樹脂中加入木粉以克服其脆性，以高溫?zé)釅悍s短固化時(shí)間和消除釋放揮發(fā)物在模塑制品中產(chǎn)生空隙等研究，使酚醛樹脂成為工業(yè)生產(chǎn)的第一個(gè)合成高聚物。

可以說(shuō)，貝克蘭在高分子發(fā)展史上的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于他對(duì)高分子科學(xué)本身的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)，正是因?yàn)樗歉叻肿诱嬲龔目罩袠情w走向了人類文明的重要地位，使高分子學(xué)科逐漸成為新興的、充滿前途的學(xué)科，也間接促使了日后大量?jī)?yōu)秀的人才投身高分子事業(yè)，推動(dòng)其高速發(fā)展。塑料之父第22頁(yè)/共108頁(yè)開創(chuàng)了高分子科學(xué)，并為其打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。提出了高分子材料分子單體的組成、結(jié)構(gòu)的基本理論。創(chuàng)立高分子化學(xué)的施陶丁格(HermannStaudinger1881-1965)1953年,他以72歲高齡，走上了諾貝爾獎(jiǎng)的領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)。高分子科學(xué)的開山祖師第23頁(yè)/共108頁(yè)1920

OnPolymer

《論聚合》首次提出聚合就是小分子依靠化學(xué)鍵結(jié)合起來(lái)，形成大分子的過(guò)程的理論，并提出了聚苯乙烯、聚甲醛、天然橡膠的線形長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)式1932

Thehigh-molecularcompounds

《高分子有機(jī)化合物》首次提出了合成大分子具有多分散性，且物理性質(zhì)具有分子量依賴性，標(biāo)志著高分子化學(xué)的誕生。第24頁(yè)/共108頁(yè)

Forhisdiscoveriesinthefieldofmacromolecularchemistry.“鏈狀大分子物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)”1953NobelPrizeinChemistry第25頁(yè)/共108頁(yè)30年代初，美國(guó)哈佛大學(xué)任有機(jī)化學(xué)教師，33歲時(shí)應(yīng)聘到杜邦化學(xué)工業(yè)公司的研究所任基礎(chǔ)部負(fù)責(zé)人。此后他用不到一年的時(shí)間就合成出了人工橡膠，商品名叫氯丁橡膠。華萊士·H·卡羅瑟斯（WallaceH.Carothers,1896～1937)支持施陶丁格的高分子學(xué)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)聚酯，發(fā)明尼龍，發(fā)明氯丁橡膠第26頁(yè)/共108頁(yè)高物與高化的集大成者弗洛里把概率論運(yùn)用到高分子研究中，得到縮聚產(chǎn)物的分子量分布——Flory分布。

1942年，弗洛里針對(duì)柔性鏈高分子溶液的熱力學(xué)性質(zhì)提出了混合熵公式（即弗洛里-哈金斯晶格理論），該公式可以說(shuō)明高分子溶液的滲透壓、相分離和交聯(lián)高分子溶脹現(xiàn)象等。

1965年，弗洛里提出溶液熱力學(xué)的對(duì)應(yīng)態(tài)理論，該理論可適用于從小分子溶液到高分子溶液的熱力學(xué)性質(zhì)。

弗洛里還建立了高聚物和共聚物結(jié)晶的熱力學(xué)理論、提出著名的特性粘數(shù)方程式……PaulJ.Flory(1910-1985)

1974年榮獲瑞典皇家科學(xué)院授予的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。第27頁(yè)/共108頁(yè)KarlZiegler(1898-1973)GiulioNatta(1903-1979)1963年12月10日，他們共享諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的崇高榮譽(yù)。最大的貢獻(xiàn)在于研制成功了四氯化鈦-三乙基鋁[TiCl4-Al(C2H5)3]（后被譽(yù)為齊格勒-納塔催化劑）及其常壓催化乙烯聚合的工藝。生產(chǎn)出了立體規(guī)整性好、密度高、結(jié)晶度高的聚乙烯大大推動(dòng)了催化劑理論和實(shí)踐的發(fā)展，開拓了金屬配位催化劑的新領(lǐng)域。齊格勒和納塔還實(shí)現(xiàn)乙烯、丙烯工業(yè)化生產(chǎn)。第28頁(yè)/共108頁(yè)立體規(guī)整聚合Plastic、Rubber、FiberNobelPrizeinChemistry聚丙烯聚合環(huán)烯烴環(huán)烯烴聚合非烯單體1963，Ziegler、Natta在高分子合成化學(xué)和工藝領(lǐng)域中的發(fā)現(xiàn)fortheirdiscoveriesinthefieldofthechemistryandtechnologyofhighpolymers第29頁(yè)/共108頁(yè)導(dǎo)電高分子的發(fā)現(xiàn)無(wú)疑極大地沖擊了人們對(duì)高分子材料的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，可以說(shuō)是一種革命性的進(jìn)步。在高分子理論，甚至整個(gè)材料學(xué)理論的研究上，都具有極大的意義。同時(shí)，導(dǎo)電高分子的極大地拓展了高分子材料的應(yīng)用范圍，有機(jī)半導(dǎo)體材料、有機(jī)電子材料…導(dǎo)電高分子材料構(gòu)建了高分子和電子、生物等新興學(xué)科的橋梁，為高分子學(xué)科的發(fā)展開辟了新的方向。

白川英樹(HidekiShirakawa)AlanG.MacDiarmidAlanJ.Heeger因?qū)?dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展而獲得2000年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。第30頁(yè)/共108頁(yè)我國(guó)高分子的科學(xué)發(fā)展我國(guó)高分子研究起步于50年代初，唐敖慶于1951年，發(fā)表了首篇高分子科學(xué)論文。長(zhǎng)春應(yīng)化所1950年開始合成橡膠工作（王佛松，沈之荃）；馮新德50年代在北京大學(xué)開設(shè)高分子化學(xué)專業(yè)。何炳林50年代中期在南開大學(xué)開展了離子交換樹脂的研究。錢人元于1952年在應(yīng)化所建立了高分子物理研究組，開展了高分子溶液性質(zhì)研究。錢保功50年代初在應(yīng)化所開始了高聚物粘彈性和輻射化學(xué)研究。徐僖先生50年初成都工學(xué)院（四川大學(xué)）開創(chuàng)了塑料工程專業(yè)。王葆仁先生1952年上海有機(jī)所建立了PMMA、PA6研究組。

我國(guó)高分子領(lǐng)域的中科院院士：王葆仁馮新德何炳林錢保功錢人元于同隱徐僖王佛松程镕時(shí)黃葆同卓仁禧沈家驄林尚安沈之荃白春禮周其鳳曹鏞楊玉良等。第31頁(yè)/共108頁(yè)我國(guó)的高分子工業(yè)則基本上是采取了引進(jìn)一消化一再引進(jìn)的發(fā)展道路。雖然中國(guó)高分子科學(xué)在人才培養(yǎng)、特殊高分子材料的研究開發(fā)及少數(shù)幾項(xiàng)工業(yè)技術(shù)(例如中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所研究的三元鎳系順丁橡膠合成技術(shù),中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所的降溫母粒生產(chǎn)衣用聚丙烯纖維的技術(shù)等)的創(chuàng)造方面,為中國(guó)高分子工業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，但就整體而言，中國(guó)高分子科學(xué)的發(fā)展對(duì)中國(guó)高分子工業(yè)推動(dòng)作用的潛力尚遠(yuǎn)未發(fā)揮出來(lái)。第32頁(yè)/共108頁(yè)國(guó)家自然科學(xué)基金(化學(xué)部)在過(guò)去的資助項(xiàng)目中，對(duì)高分子學(xué)科的以上三個(gè)分支學(xué)科和兩個(gè)綜合研究領(lǐng)域項(xiàng)目的立項(xiàng)比例大致為：高分子合成(含改性)25％，高分子物理25％，高分子工程6％，功能高分子25％，高分子新材料19％。第33頁(yè)/共108頁(yè)“高分子新材料”不是一個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科，是一個(gè)綜合研究領(lǐng)域。該領(lǐng)域的研究思路是，結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)各種新材料的需求，運(yùn)用高分子學(xué)科知識(shí)，融合其他相關(guān)學(xué)科的知識(shí)，對(duì)各種新材料開展分子設(shè)計(jì)、化合物合成以及聚合物結(jié)構(gòu)和成型研究。著重研究通用型材料，使用量大、應(yīng)用面廣。在高分子新材料方面的主要研究領(lǐng)域有高分子工程材料(含高性能樹脂材料和高性能聚烯烴材料)、高分子復(fù)合材料、可環(huán)境降解塑料、高分子納米材料、天然高分子改性材料等塑料領(lǐng)域的工作，另有橡膠、纖維、涂料、黏合劑、建材等方面的高分子材料研究。第34頁(yè)/共108頁(yè)高分子材料發(fā)展現(xiàn)狀第35頁(yè)/共108頁(yè)高分子化學(xué)高分子物理高分子材料高分子材料PolymerMaterials通用高分子材料commoditypolymermaterials功能高分子材料functionalpolymermaterials第36頁(yè)/共108頁(yè)通用高分子材料commoditypolymermaterials功能高分子材料functionalpolymermaterials大品種，用量大特殊用途、精細(xì)第37頁(yè)/共108頁(yè)第38頁(yè)/共108頁(yè)第39頁(yè)/共108頁(yè)第40頁(yè)/共108頁(yè)第41頁(yè)/共108頁(yè)第42頁(yè)/共108頁(yè)第43頁(yè)/共108頁(yè)第44頁(yè)/共108頁(yè)第45頁(yè)/共108頁(yè)第46頁(yè)/共108頁(yè)第47頁(yè)/共108頁(yè)第48頁(yè)/共108頁(yè)第49頁(yè)/共108頁(yè)第50頁(yè)/共108頁(yè)第51頁(yè)/共108頁(yè)第52頁(yè)/共108頁(yè)高分子膜是指那些由具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄膜，能有選擇地分離物質(zhì)。目前應(yīng)用于海水淡化、反滲透、膜萃取、膜蒸餾等技術(shù)領(lǐng)域。高分子分離膜建于沙特阿拉伯的基塔自來(lái)水廠，是世界上最大的海水淡化廠，日供應(yīng)淡水12000噸，主要使用醋酸纖維素分離膜裝置。第53頁(yè)/共108頁(yè)光敏高分子材料以光敏樹脂為代表，主要用于照相、印刷制版、印刷集成電路等。印刷工業(yè)應(yīng)用聚乙烯醇酸酯，光照時(shí)交聯(lián)而不溶而保留下來(lái)，得到凸版。光解性的光刻膠，重氮醌接到酚醛樹脂上，光作用下重氮醌分解，圖像被保留，分辨率達(dá)10納米。光敏高分子材料第54頁(yè)/共108頁(yè)

1950年人們逐漸開始配戴材質(zhì)是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的隱形眼鏡，具有優(yōu)越的光學(xué)特性，又能矯正角膜性散光。1960年捷克學(xué)者利用十年的時(shí)間發(fā)明了軟性隱形眼鏡的材料，就是一直延用至今的聚甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）。功能高分子材料－隱形眼鏡第55頁(yè)/共108頁(yè)在塑料中加入蓄光型發(fā)光材料經(jīng)加工就可制成發(fā)光塑料。發(fā)光塑料是近年來(lái)興起的一種高附加值新型功能材料。其產(chǎn)品如：交通領(lǐng)域通道標(biāo)識(shí)、樓梯標(biāo)識(shí)、標(biāo)志線；發(fā)光涂料、發(fā)光開光、發(fā)光壁紙、工藝品、玩具、體育休閑用品。功能高分子材料－－發(fā)光材料第56頁(yè)/共108頁(yè)導(dǎo)電高分子自發(fā)現(xiàn)之日起就成為材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。目前，它已成為一門新型的多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，并在世界范圍內(nèi)吸引了一大批材料設(shè)計(jì)專家。功能高分子材料－導(dǎo)電高分子材料第57頁(yè)/共108頁(yè)液晶高分子作為一類新型的高性能材料，極大地引起了科學(xué)界和工業(yè)界的關(guān)注，得到了廣泛的應(yīng)用，并發(fā)展為高分子科學(xué)中最活躍的領(lǐng)域之一。液晶高分子第58頁(yè)/共108頁(yè)竹子地板地毯則可以選擇耐久的羊毛制品或者PET地毯水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等用于戶外美化環(huán)境的產(chǎn)品：可以回收的塑料做成長(zhǎng)椅、桌子和交通標(biāo)志牌。綠色建材第59頁(yè)/共108頁(yè)生物降解高分子材料目前自然界的污染存在“白色”（塑料）和“黑色”（橡膠）垃圾。發(fā)展可生物降解的產(chǎn)品是必要而且急需的，但許多具體問(wèn)題不能解決。1、可降解塑料袋承重能力低；2、可降解塑料袋色澤暗淡發(fā)黃，透明度低；3、是價(jià)格偏高，成本難以接受。第60頁(yè)/共108頁(yè)一次性醫(yī)療用品如輸液管、藥品瓶、醫(yī)用膠粘劑等。診斷儀器如聽疹器、內(nèi)窺鏡及各種其他診斷儀器。體外裝置如人工假肢、血液透析或灌注裝置等。人體器官如心臟導(dǎo)管、心臟補(bǔ)片、人工心臟泵材料、氣管導(dǎo)管、人工膀胱、人工腦膜、動(dòng)脈補(bǔ)片、人工血管及人工關(guān)節(jié)等。整形外科手術(shù)材料如面部整形植入物等。生物降解材料是指那些可由體液、酶或微生物的作用而引起分解的材料，用于縫線、人體植入、控釋藥物等。醫(yī)用高分子材料第61頁(yè)/共108頁(yè)人造心臟生物材料人造關(guān)節(jié)人工腎第62頁(yè)/共108頁(yè)別具特色的復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料玻璃鋼復(fù)合材料第63頁(yè)/共108頁(yè)在化學(xué)工業(yè)創(chuàng)造的產(chǎn)值中有70%來(lái)源于高分子相關(guān)的產(chǎn)業(yè)高分子正逐漸成為一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科門類并正迎接其第三個(gè)發(fā)展高峰在化學(xué)工業(yè)的從業(yè)人員中有65%左右從事高分子相關(guān)工作第64頁(yè)/共108頁(yè)高分子材料作為一種新型材料正越來(lái)越多地應(yīng)用在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，在世界各國(guó)的高技術(shù)發(fā)展規(guī)劃中都毫不例外地把高分子材料作為重點(diǎn)發(fā)展的項(xiàng)目。第65頁(yè)/共108頁(yè)高分子材料的未來(lái)第66頁(yè)/共108頁(yè)

新世紀(jì)對(duì)材料不僅功能上提出更高的要求，而且必須考慮資源、能源、環(huán)境和安全等與可持續(xù)發(fā)展有關(guān)的問(wèn)題。對(duì)未來(lái)材料的發(fā)展趨勢(shì)大致可以概括為“六化”：即智能化、仿生化，復(fù)合化、納米化、輕量化和高功能化。第67頁(yè)/共108頁(yè)智能化是指其功能可隨外界環(huán)境變化因素產(chǎn)生感知，而自動(dòng)作出適時(shí)、靈敏和適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，并能自動(dòng)地調(diào)節(jié)、修飾和修復(fù)。例如，形狀記憶合金便是一種智能材料。高分子屬于軟物質(zhì)，其特點(diǎn)是對(duì)弱的外界影響作出相對(duì)顯著的響應(yīng)和變化。因此研究高分子的軟物質(zhì)特征，利用外場(chǎng)的變化來(lái)調(diào)節(jié)高分子功能的變化，發(fā)掘高分子的自適應(yīng)性，尋找實(shí)現(xiàn)高分子功能材料智能化的途徑，將是人們今后的努力目標(biāo)。1．智能化第68頁(yè)/共108頁(yè)

通過(guò)研究自然界中生物體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其特有的功能，學(xué)習(xí)制造新材料的思路和方法，并在材料的設(shè)計(jì)和制造中加以模仿，稱為仿生材料學(xué)?？茖W(xué)家找到了貝殼硬而摔不破的原因，于是模仿貝殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出一種摔不破的陶瓷。將涂有石墨層的SiC陶瓷片用熱壓法層層疊起來(lái)，抗沖擊能力可提高100倍。英國(guó)科學(xué)家用其制造汽車陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)，它耐高溫，不需要水冷系統(tǒng)。2．仿生化汽車陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)第69頁(yè)/共108頁(yè)仿生成型第70頁(yè)/共108頁(yè)第71頁(yè)/共108頁(yè)第72頁(yè)/共108頁(yè)第73頁(yè)/共108頁(yè)第74頁(yè)/共108頁(yè)第75頁(yè)/共108頁(yè)第76頁(yè)/共108頁(yè)第77頁(yè)/共108頁(yè)第78頁(yè)/共108頁(yè)第79頁(yè)/共108頁(yè)一種納米仿生術(shù)機(jī)器人。這種稱為游蕩者的納米仿生物可以為人體傳送藥物，進(jìn)行細(xì)胞修復(fù)等工作。一個(gè)納米機(jī)器人在清理血管中的有害堆積物。由于納米機(jī)器人可以小到在人的血管中自由的游動(dòng)，對(duì)于腦血栓、動(dòng)脈硬化等病灶，它們可以非常容易的予以清理，而不用再進(jìn)行危險(xiǎn)的開顱、開胸手術(shù)。微型成型技術(shù)第80頁(yè)/共108頁(yè)高分子材料課程簡(jiǎn)介第81頁(yè)/共108頁(yè)（按用途來(lái)分）塑料橡膠纖維涂料粘合劑功能高分子材料生物高分子材料其他(如合金、復(fù)合材料等)

高分子材料的分類第82頁(yè)/共108頁(yè)產(chǎn)量大，價(jià)格低，日常生活中應(yīng)用范圍廣的塑料，一般用作非結(jié)構(gòu)材料。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料、氨基塑料等。1.根據(jù)塑料制品的用途可分為:機(jī)械性能好，能用于制造各種機(jī)械零件的塑料。主要有聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、熱塑性聚酯、聚苯醚等。具有特殊功能和特殊用途的塑料。長(zhǎng)期使用溫度150℃以上。主要有氟塑料、聚酰亞胺類、聚芳醚酮、聚苯硫醚、聚砜類等。通用塑料工程塑料特種塑料塑料第83頁(yè)/共108頁(yè)在加工過(guò)程中，一般只發(fā)生物理變化，受熱變?yōu)樗苄泽w，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。在成型過(guò)程中發(fā)生化學(xué)變化，利用塑料在受熱時(shí)可流動(dòng)的特征而成型，并延長(zhǎng)時(shí)間，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而成為不熔不溶的網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)，并固化定型而形成的塑料。熱塑性塑料（線型）熱固性塑料（體型）2.根據(jù)塑料受熱特性可分類第84頁(yè)/共108頁(yè)橡膠通用橡膠天然橡膠丁苯橡膠聚丁二烯橡膠乙丙橡膠特種橡膠丁腈橡膠丙烯酸酯橡膠硅橡膠氟橡膠熱塑性彈性體-聚氨酯類熱塑性彈性體-苯乙烯類熱塑性彈性體-其它熱塑性彈性體第85頁(yè)/共108頁(yè)纖維纖維

天然纖維化學(xué)纖維

合成纖維

棉花、羊毛、蠶絲、麻等再生人造纖維再生纖維素纖維和纖維素酯纖維等錦綸、滌綸、腈綸、維綸、丙綸和氯綸等用低分子化合物為原料，通過(guò)化學(xué)合成和機(jī)械加工而制得的均勻線條或絲狀高聚物。以天然高分子化合物為原料，經(jīng)化學(xué)處理和機(jī)械加工制得的纖維。第86頁(yè)/共108頁(yè)聚酯纖維（PET，滌綸）聚酰胺纖維（錦綸）聚丙烯腈纖維（PAN，腈綸）聚丙烯纖維（PP，丙綸）聚氯乙烯纖維（氯綸）聚乙烯醇縮醛纖維（維綸）高性能纖維其它品種纖維第87頁(yè)/共108頁(yè)涂料醇酸樹脂涂料聚氨酯涂料環(huán)氧樹脂涂料丙烯酸樹脂涂料其他涂料第88頁(yè)/共108頁(yè)粘合劑環(huán)氧樹脂粘合劑聚氨酯粘合劑酚醛樹脂粘合劑其他粘合劑第89頁(yè)/共108頁(yè)功能高分子材料導(dǎo)電高分子材料磁性高分子材料光功能高分子材料液晶高分子材料高分子分離膜材料高吸水性樹脂化學(xué)（反應(yīng)型）功能高分子材料離子交換樹脂高分子催化劑高分子化學(xué)反應(yīng)試劑第90頁(yè)/共108頁(yè)生物高分子材料生物醫(yī)用高分子材料藥用高分子材料2.8其他高分子材料第91頁(yè)/共108頁(yè)（1）模壓成型（壓縮模塑）主要用于熱固性塑料的成型這種成型方法是將粉狀、碎屑狀或纖維狀的塑料加入成型溫度下的模具型腔中，然后閉模加壓而使其成型并固化，脫模后即得制品。模壓成型的塑料有酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂、不飽和聚酯等高分子材料的成型加工方法（塑料）第92頁(yè)/共108頁(yè)模壓成型特點(diǎn)生產(chǎn)過(guò)程控制較成熟，使用的設(shè)備及模具較注射成型簡(jiǎn)單，可模壓較大平面的制品和利用多槽模進(jìn)行大量生產(chǎn)。熱固性塑料模壓制品具有耐熱性好、使用溫度范圍寬、變形小及高溫下物理力學(xué)性能降低較小等特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長(zhǎng)、效率低、較難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，不能成型形狀復(fù)雜的制品，且制品的尺寸準(zhǔn)確性較差。第93頁(yè)/共108頁(yè)（2）擠出成型擠出成型又稱擠出模塑，絕大多數(shù)熱塑性塑料均可用此法成型特點(diǎn)是具有很高的生產(chǎn)率且能生產(chǎn)連續(xù)的型材，如管、棒、板、薄膜、絲、電線、電纜以及各種型材，還可用來(lái)混合、塑化、造粒和著色等。第94頁(yè)/共108頁(yè)擠出成型過(guò)程分兩個(gè)階段進(jìn)行第一階段:將物料加熱塑化，使呈粘流狀態(tài)并在加壓下通過(guò)一定形狀的口模而成為截面與口模形狀相仿的連續(xù)體第二階段將這種連續(xù)體用適當(dāng)?shù)姆椒ɡ鋮s、定型為所需產(chǎn)品。物料的塑化和加壓過(guò)程一般都是在擠出機(jī)內(nèi)進(jìn)行。擠出機(jī)按其加壓方式可分為螺桿式和柱塞式兩種第95頁(yè)/共108頁(yè)（3）注射成型注射成型，是熱塑性塑料成型制品應(yīng)用廣泛的一種重要方法。除極少數(shù)幾種熱塑性塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料及其共混改性塑料都可用此法成型。用注射成型可成型各種形狀、精度、尺寸，滿足各種要求的模制品。成型周期短，對(duì)成型各種塑料的適應(yīng)性強(qiáng)；生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)。是一種比較經(jīng)濟(jì)而先進(jìn)的成型技術(shù)發(fā)展迅速。第96頁(yè)/共108頁(yè)注射機(jī)的類型按機(jī)器的外形特征分為：立式注射機(jī)、臥式主使機(jī)、角式注射機(jī)和多模注射機(jī)按機(jī)器的傳動(dòng)方式分為：液壓式和機(jī)械式注射機(jī)按塑化和注射方式分為：柱塞式注射機(jī)、螺桿定位預(yù)塑注射機(jī)、移動(dòng)螺桿式注射機(jī)等第97頁(yè)/共108頁(yè)基本作用均為兩個(gè)：1.加熱塑料，使其達(dá)到熔化狀態(tài)；2.對(duì)熔融塑料施加高壓，使其射出而充滿模具型腔。第98頁(yè)/共108頁(yè)（4）反應(yīng)注射成型反應(yīng)注射成型（簡(jiǎn)稱