高分子材料概论共21页文档
高分子材料的发展概论
1839年 美国人查尔斯 固特意尔（Charles Goodyear）发现天然橡胶与硫磺共热后明显地
改变了性能，使它从硬度较低、遇热发粘软化、 遇冷发脆断裂的不实用的性质，变为富有弹性、 可塑性的材料。
第一次申请专利并商业化
用硝酸处理生胶
与人（鲁克斯奥公司）合作 制作邮袋，利润7:3.
1907年美籍比利时化学家列奥· 亨德里克· 贝克兰 （Baekeland ，Leo Hendrik ）发明了真正的塑 料-酚醛树脂，俗称胶木或电木。
虫胶一种天然树脂，是从一种叫紫胶虫的小甲壳虫 的分泌物。主要用来制作电器开关、纽扣、唱片等 物品。但价格昂贵。
15万个紫胶虫化6个月时间才能分泌出1磅虫胶。
通过查阅文献，贝克兰发现德国化学家拜尔，曾经 在l 870年做过一个实验，他把通常作消毒剂用的 石炭酸(即苯酚)和防腐用的福尔马林(甲醛)混合起来，
结果生成了一种树脂状的物质。这种物质在加热时 发出恶臭，拜尔认为，它没有什么用处，就放弃了 对它的进一步研究。
贝克兰认为，这可能是一种很有用的物质。
6、ＰＳ 聚苯乙烯 常见碗装泡面盒、快餐盒 。不能放进微波炉中，以
免因温度过高而释出化学物。装酸（如柳橙汁）、 碱性物质后，会分解出致癌物质。避免用快餐盒打 包滚烫的食物。别用微波炉煮碗装方便面。
7、 PC其它类 常见水壶、太空杯、 奶瓶。
很容易释放出有毒的物质双酚A，对人体有害。使 用时不要加热，不要在阳光下直晒。
由于橡胶使用与日俱增，天然橡胶已满足不了社会 的需求。
1930年 德国化学家施陶丁格 （ Hermann Staudinger ）用金属钠
作为催化剂，用丁二烯合成出丁钠橡 胶和丁苯橡胶。
高分子材料概论-第二章-1
• 高分子
由许多结构相同的或 不同的、简单的结构单 元通过共价键 重复连接 而成的相对分子质量很 大的化合物
2020/氯乙烯
相对分子质量 1.2~1.8×104 相对分子质量 5~15×104
顺丁橡胶
2020/4/25
相对分子质量 25~30×104
│
│
│
Cl
Cl
Cl
～～ CH2━ CH2 ━ CH2━ CH2 ━ CH2━ CH2 ～～
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共聚物
由两种或两种以上单 体共聚而成的聚合物
CH2
CH2 CH CN
CH CH2 CH n CH 2 CH
CN
CO
CO OCH 3
OCH3
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缩聚物
合成尼龙-66：
+ n N H 2 ( C H 2 ) 6 N H 2 n H O O C 这元( C 种不H 2 结 宜) 4 C 构 称O 单 作O H
以大分子链中的重复单元数目表示，记作 DP
H * CH2 C n*
Cl
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N H (C H 2 )6 N HC O (C H 2 )4 C O n
低分子化合物—— 有固定的分子量 聚合物—— 分子量不等的同系列物的混合物， 聚合物分子量或聚合度是一平均值。
聚合物材料的强度与分子量密切相关
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2.1.4 高分子材料的组成和成型加工
高分子材料是通过各种适当的成型加工工艺 而制成制品的。
塑料：挤出、压延、注射、压制、吹塑。 橡胶：硫化、开炼、密炼、挤出、注射等。
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物料的形态、结构都会发生显著 变化，从而改变材料的性能。
高分子材料概论
何为光致变色高分子？
光致变色高分子是一类在光或其他电磁波作用下能产生变色现象的 高分子化合物。光致变色高分子可以直接通过缩合聚合来合成，例如聚 紫罗〔兰〕精可以直接由联吡啶和二卤化物缩合而成。
光致变色的根本原理：
由于有机物质在构造上千差万异， 因而光致变色机理也多有不同宏 观上可分为光化学过程变色和光物理过程变色两种。
光致变色高分子
甲亚胺类光致变色高分子
含甲亚胺构造类型的光致变色高分子在高分子主链上含有邻 羟基苯甲亚胺基团的聚合物具有光致变色功能， 其光致变 色机理如以下图所示。甲亚胺基邻位羟基氢的分子内迁移形 成反式酮， 然后热异构化为顺式酮，再通过氢的热迁移返 回顺式烯醇。需要指出的是， 相对分子质量较小的聚甲亚 胺光致变色不明显， 这是由于反式酮和顺式烯醇的共扼体 系均不大， 两者的吸收光谱没有较大的差异。因此先合成 邻经基苯甲亚胺的不饱和衍生物， 再与苯乙烯或甲基丙烯 酸甲醋等单体共聚合才能得到光致变色高分子。[2]
光致变色材料早在19世纪就有所报道，但是直到其应用于光记录存 储的可能性得到证实之后，该技术才在世界范围内引起了广泛的关注。 世界上研究光致变色技术最早的国家是美国、日本以及法国，其中日本 是最早在民用行业上开发这种技术的国家。国内光致变色技术虽然起步 较晚，但是开展非常迅速，已诞生了众多优秀的企业，并逐步到达了国 际先进水平。作为国内“光致变色技术〞的领军企业，天津孚信科技在 成立数年时间内已经开发出300多种光致变色材料，拥有40多项创造专利， 并将该技术成功运用于服装、防伪、军工等多种行业，为众多消费者提 供了“阳光视觉最正确解决方案〞。
5 军事隐蔽伪装材料
光致变色材料既可在固定的建筑物、国防和军事目标隐蔽伪装材料方面应用，把这些目 标利用光致变色材料颜色变化，使它们融入大自然中隐蔽伪装起来。[6]
高分子材料资料课件
高分子材料的特性
高分子材料的特性与其组成和结构密 切相关。由于高分子链的柔性和可塑 性，高分子材料通常具有优良的加工 性能和力学性能。
高分子材料还具有良好的绝缘性、化 学稳定性和耐腐蚀性，使其在许多领 域中成为金属和其他传统材料的替代 品。
高分子材料的发展趋势
绿色环保
发展环境友好、可循环利用的高 分子材料，减少对环境的污染和
碳排放。
智能高分子材料
研究具有自适应、自修复、刺激响 应等智能功能的高分子材料，拓展 其在传感器、驱动器、执行器等领 域的应用。
纳米高分子材料
利用纳米技术制备具有优异性能的 纳米高分子材料，提高材料的力学、 电学、光学等性能。
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高分子材料的发展趋势与挑战
高分子材料的研究热点
高性能化
通过改进聚合方法、引入新型单体和活性聚合技术，提高高分子 材料的性能，以满足各种应用需求。
功能化与智能化
在高分子材料中引入特殊功能基团或添加功能填料，实现高分子材 料的特殊功能和智能化。
生物相容性与生物降解性
研究具有良好生物相容性和生物降解性的高分子材料，用于生物医 学领域和环境友好型材料。
通过压延机将高分子材 料加工成薄膜和片材。
利用气压将高分子材料 加工成中空容器和瓶类。
高分子材料的新型加工技 术
3D打印
利用3D打印技术将高分子 材料加工成各种复杂形状 的零部件。
激光切割
利用激光技术将高分子材 料加工成各种形状和尺寸 的薄片和细条。
超声波焊接
利用超声波技术将高分子 材料焊接在一起，实现快 速、高效、高质量的连接。
高分子材料概论
1、材料科学：一门应用性的基础学科。
用化学组成和结构的原理来阐明材料性能的规律性，进而研究和发展具有指定性能的新材料。
2、复合材料的定义:复合材料是由两种或两种以上单一材料构成的，具有一些新性能的材料由两个或两个以上独立的物理相，包含粘结材料（基体）和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产物。
3、复合材料的命名复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。
增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上“复合材料”。
碳纤维环氧树脂复合材料碳/环氧复合材料碳/金属复合材料碳/碳复合材料复合材料的分类：按材料的化学性质：金属材料非金属材料按材料的物理性质绝缘材料导电材料透光材料半导体材料磁性材料耐高温材料按材料的用途航空材料包装材料电工材料建筑材料耐烧蚀材料4、聚合物基复合材料的特性：比强度、比模量高5、作用：在强度和刚度相同的情况下，结构质量可以减轻，或尺寸减小。
这在节省能源，提高构件的使用性能方面，是现有其他材料所不能比拟的。
另外：其他基体的复合材料，凡是用作结构材料的，其比强度，比模量大都比原来单一的基体材料高得多。
6、耐疲劳性能好减震性好各向异性和可设计性：可以根据工程结构的载荷分布及使用条件的不同，选取相应的材料及铺层设计满足既定的要求。
FRC的这一特点可以实现制件的优化设计，做到安全可靠、经济合理。
材料与结构的统一性制造材料的同时，获得了制件。
复杂制件一次成型。
零件数目减少----减轻了部件质量。
降低了应力集中聚合物基复合材料存在的缺点：材料工艺的稳定性差材料性能的分散性大长期耐高温与环境老化性能不好抗冲击性能低横向强度和层间剪切强度不够好。
7、聚合物的种类：按性能和用途分类：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料、功能高分子等8、塑料：塑料是以聚合物为主要成分，在一定条件(温度、压力等)下可塑成一定形状并且在常温下保持其形状不变的材料。
特点：密度小，强度比较高，具有良好的机械性能、电性能、光性能和化学稳定性。
高分子材料-概论讲义
CH2 y CH2
CH z
结构特殊性决定了性能的特殊性 !
徐伟 复旦大学材料科学基础课程
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共聚的优势
聚丙烯腈：
高的强度、硬度、耐热性和耐腐蚀性；
聚丁二烯： 高的韧性和抗冲击性能；
聚苯乙烯：
高的电性能、成型加工性能、刚性。
取长补短, 强强联合 !!!
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ABS的性能
• 无定形高分子材料，不透明; • 具有优良的抗冲击性能、尺寸稳定性和耐磨性，
成型性好，不易燃，耐腐蚀性好. • ABS树脂具有优异的综合性能， 成为“坚韧、质
硬、刚性”的 材料。 （有人把它看作工程塑料！） • 缺点: 耐热性和耐候性差
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ABS的应用
作为“坚韧、质硬且刚性”的材料，
OH
OH
～CH2－
－CH2－ －CH2－ OH
－CH2－ －CH2－ OH
－CH2OH
CH2
CH2
CH2
OH
OH
HOCH2 －
－CH2－ －CH2－ －CH2－
OH
OH
CH2～
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－CH2－
－
OHCH2～
CH2O H
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热塑性酚醛树脂的固化
• 需要加入聚甲醛、六次甲基四胺等固化剂才 能使树脂固化
• 六次甲基四胺是常用的固化剂
(CH2)6N4，结构式：
六亚甲基四胺 (乌洛托品)
CH2
N CH2
N CH2
N
CH2
CH2 CH2 N
ห้องสมุดไป่ตู้
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高分子材料导论
高分子材料导论高分子材料是一类具有高分子结构的材料，其分子量较大，通常由重复单元组成。
高分子材料广泛应用于塑料、橡胶、纤维等领域，对于现代工业和生活起着重要作用。
本文将对高分子材料的基本概念、特点、分类以及应用进行简要介绍。
首先，高分子材料的基本概念是指分子量较大的化合物，由许多重复单元通过共价键相连而成。
这些重复单元可以是相同的，也可以是不同的，形成不同结构和性质的高分子材料。
高分子材料通常具有较高的分子量和较长的链状结构，因此具有良好的延展性、韧性和耐磨损性。
其次，高分子材料的特点主要包括高分子结构、多样性和可塑性。
高分子材料的分子量通常在千到百万之间，具有较高的分子量和链状结构。
由于其分子结构的多样性，高分子材料的性能也具有多样性，可以通过改变单体的种类和比例来调控材料的性能。
同时，高分子材料具有良好的可塑性，可以通过加工成型来制备各种形状的制品。
高分子材料根据其来源和性质可以分为天然高分子和合成高分子两大类。
天然高分子主要包括橡胶、纤维素、蛋白质等，具有天然存在和生物可降解的特点。
合成高分子则是通过化学合成或聚合反应制备而成，包括塑料、合成纤维、合成橡胶等，具有多样性和可定制性的特点。
在应用方面，高分子材料被广泛应用于塑料制品、橡胶制品、纤维制品、涂料、胶粘剂、包装材料等领域。
其中，塑料制品是高分子材料的主要应用领域之一，包括塑料薄膜、塑料容器、塑料管材等，广泛应用于日常生活和工业生产中。
另外，橡胶制品也是高分子材料的重要应用领域，包括轮胎、密封件、橡胶管等，对于汽车工业、建筑工程和航空航天等领域起着重要作用。
总的来说，高分子材料作为一类具有重要应用价值的材料，在现代工业和生活中发挥着重要作用。
随着科学技术的不断发展，高分子材料的研究和应用将会更加广泛和深入，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
高分子概论高分子合成材料资料讲解
2020/10/17
涂 料 —— 涂料类型
油基树脂漆： 油脂类漆——基于植物油、或植物油加天然树脂、或
植物油加改性酚醛树脂的涂料。 大漆——天然漆（土漆、笨漆、生漆），水乳胶漆；
含有50-80%漆酚（成膜物质）、〈1%漆酶（催干剂）、 20-40%水分、3-9%树脂质、1-5%油分。
v3
V2 > V1 = V3
擦胶
2020/10/17
橡胶加工工艺
压出——在压出机机筒和螺杆间的挤压下，使胶料连续通
过一定形状的口型，制成各种复杂断面半成品。
成型——把构成制品的各部件，通过粘贴、压合等方法组
合成一定形状的最终制品。
硫化——使橡胶大分子由线型结构转变为网状结构
目的：消除永久变形、提高力学性能。
2020/10/17
橡胶制品的原材料
生胶、再生胶 配合剂： 硫化剂
硫化促进剂 硫化活性剂 防焦剂 防老剂 补强剂、填充剂 软化剂、着色剂、溶剂、
发泡剂、隔离剂等。 骨架材料（纤维、金属材料）
纺织纤维、钢丝、玻璃纤维 帘子布、帆布、线绳、针织品 钢丝、钢丝帘子布
2020/10/17
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塑料 塑料 – plastics：以聚合物为主要成分，在一定条件下 （温度、压力）可塑成一定形状，并且在常温下保持 其形状不变的材料。 热塑性塑料：可重复受热塑化、冷却硬化。 热固性塑料：交联聚合物，受热后不再回到可塑状态。
通用塑料：产量大、价格低、力学性能一般，主要作为非结构 材料使用，如：PP、PE、PVC、PSt等。
混炼——将配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶 目的：得到符合性能要求的混炼胶。 方法：机械混炼——开炼机、密炼机、螺杆塑炼机
高分子材料概论教学课件(全套课件150p)
是指遇热变软，具有可塑性的天然高分子化合物的 统称。一般是无定型的透明或半透明的固体或半固 体。
树脂按来源分:
天然树脂: 天然橡胶、树胶、虫胶、琥珀等
合成树脂: 由单体合成, 或天然高聚物改性获得
徐伟 复旦大学材料科学基础课程 5
树脂用途
合成塑料 离子交换树脂
合成纤维
树脂 用途
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PVC的性能
• 制品的软硬程度可调 • 较高的硬度和力学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能， • 热稳定性差，在140℃开始分解 • 介电常数较大
为什么易分解?
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4，聚苯乙烯
CH2 CH
n
可通过自由基聚合或者离子聚合而成
具有高度透明、电绝缘性好、导热率低、刚性 好等优点，也具有性脆、冲击强度低、易出现 应力开裂、耐热性差等明显的缺点。 Tg: 100 ℃
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CH2
C COOCH3 n
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PMMA的性能
• • • • • 高度透明, 透光率90%~92% 质轻而坚韧, 耐热性不高(80℃) 良好的电绝缘性能; 介电常数大， 耐候性好，长期在户外使用，性能下降很小
为什么不耐热? 介电常数大？
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1，聚乙烯塑料
CH2
CH2
n
乙烯单体自由基聚合而成的聚合物 依据生产方法的不同，其产物结构不同 高压法合成的聚乙烯:
密度为0.91～0.93，分子质量为2～5万， 熔融温度低(比如:115℃).(低密度聚乙烯)
低压法合成的聚乙烯:
高分子材料概论第1章
按反应单体的种类数分类： 均聚和共聚
一、加聚反应
特点：
加聚物的组成与原料单体相同。
绝大多数烯类单体通过连锁加成作用生成 POLYMER 按起始引发剂不同分为
自由基加聚和离子型（配位）加聚反应
一、加聚反应
(一) 自由基加聚反应机理
1、 链引发
引发剂（Initiator）在热、光或辐射能作 用下分解产生初级自由基,初级自由基与单体 加成形成单体自由基： I R. 吸热，速度慢 R . + CH2 == CH R—CH2 — CH . X X 放热，速度快
高 分 子 科 学 简 介
高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，它 是建立在有机化学、物理化学、生物化学、物理学和力 学等学科的基础上逐渐发展而成的一门新兴学科。
研究聚合反应和高分子化学反应原理， 选择原料、确定路线、寻找催化剂、 制订合成工艺等。
研究聚合物的结构与性能的关系，为设 计合成预定性能的聚合物提供理论指导， 是沟通合成与应用的桥梁。
考核方式
1. 笔试重点考核理论知识和部分实验内 容，占总成绩的 50% 2. 每个人单独通过的实验操作考核（包 括各项实验动手能力、实验结果和实验 报告等），占总成绩的 30%。 3. 作业、课堂答问占总成绩的 20% 。 4.出勤和学习态度作为参考，旷课，迟到 等行为依情节轻重进行扣分。
参考书
H H C C H CH 3
高 分 子 基 本 概 念
重复结构单元 也称链节
Constitutional Repeating Unit
（ CRU）
—CH2—CH——
CH3
重复组成高分子分子结构的最小的 结构单元。
单体（ Monomer ）：能够形成聚合物中结构 单元的 小分子化合物。如丙烯 聚丙烯 ——（CH2—CH ）n——
高分子材料概论-工程塑料精品文档18页
第二章：高分子材料概论2.3工程塑料主要内容：2.3.1 工程塑料概述2.3.2 工程塑料的分类2.3.3 工程塑料的主要特征2.3.4 重要的工程塑料及其应用2.3.5 思考题2.3.1 工程塑料概述工程塑料，顾名思义就是工程上应用的塑料或可作工程材料的塑料。
较为科学的定义是：工程塑料一般是指可作为结构材料使用，具有优异的力学性能、热性能、尺寸稳定性或能满足特殊要求的某些塑料。
一般上，工程塑料的拉伸强度大于49MPa，抗拉和弯曲模量超过2GPa，在一定载荷作用下能于100ºC以上长期使用。
工程塑料是随着汽车工业、电子电气工业、信息技术、航空航天以及主要是国防军工的特殊要求在20世纪50年代以后新兴的高分子塑料材料。
现代工程塑料不仅仅是代替金属，而且更加看重它具有金属所没有的特殊性能，是一种独立的而且是金属无法取代的高分子材料。
比如它的密度小，质轻，比强度高，耐化学腐蚀，耐磨，尺寸稳定性好等等特殊性能，是金属材料所不能同时具备的。
所以工程塑料与金属材料或其它非金属材料不是谁替代谁的问题，而是人类使用的一类特种材料，是材料的一个进步。
2.3.2 工程塑料的分类工程塑料的分类方法主要有如下两种：一、按照聚合物的结构单元和重复单元特征分类，以便于命名：二、按长期连续使用温度划分。
这种分类为大多数人采用，一般长期使用温度在100-150℃范围内的，称为“通用工程塑料”，人们将聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET和PBT)、聚苯醚(PPO)五大类为通用工程塑料；把长期使用温度在150℃以上的叫特种工程塑料或超级工程塑料。
2.3.3 工程塑料的主要特征工程塑料同其它高分子材料一样，其物理机械性能和其它性能，主要与高分子的结构有关，与加工过程有关。
无论通用工程塑料还是特种工程塑料，它们具有一些共同的特性，如下：(1)质量轻、相对密度小。
相对于金属而言，工程塑料的相对密度一般在1.0-2.0之间，相当于钢铁的1／4—1／8，相当于铝的1／2左右。