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。

9、根据受热后形态性能表现的不同：热塑性塑料：受热软化，冷却变硬，软化和变硬可重复、循环所包含的高分子聚合物属于线型或支链型分子结构热塑性塑料约占全部塑料产量的60%，产量最大、应用最广泛的是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯（占热塑性塑料总产量的80%以上）热固性塑料：一旦形成交联聚合物，受热后不能再回复到可塑状态。

最后的固化阶段和成型过程是同时进行的，所得的制品是不熔不溶的。

基本组分是体型网状结构的聚合物，所以一般都是刚性的，而且大都含有填料。

工业上重要的品种有酚醛塑料、氨基塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料及有机硅塑料等。

10、按塑料的使用范围：通用塑料产量大、价格较低、力学性能一般、主要作非结构材料使用的塑料，如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。

工程塑料一般指可作为结构材料使用，能经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件，具有优异的力学性能、耐热、耐磨性能和良好的尺寸稳定性。

主要品种有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等。

塑料的优点：质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、容易成型加工。

塑料的缺点是：力学性能比金属材料差，表面硬度低，大多数品种易燃，耐热性也较差。

11、单组分塑料：基本上是由聚合物组成或仅含少量辅助物料。

如：聚四氟乙烯，聚乙烯、聚丙烯等。

多组分塑料：大多数的塑料均为多组分体系。

除基本组分聚合物之外，尚包含各种添加剂。

12、添加剂：改进材料力学性能填料、增强剂、抗冲改性剂、增塑剂提高使用过程耐老化性的各种稳定剂改进耐燃性阻燃剂有助于加工润滑剂、热稳定剂13、以不饱和聚酯树脂为基础的塑料，经玻璃纤维增强后的塑料俗称玻璃钢。

14、树脂：指制造塑料制品所用的高分子原料。

凡未经加工的任何高聚物都可称为树脂。

聚酯包括饱和聚酯和不饱和聚酯。

饱和聚酯：没有非芳族的不饱和键不饱和聚酯：含有非芳族的不饱和键,由不饱和二元羧酸或酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的相对分子质量不高的聚合物。

不饱和聚酯树脂：指不饱和聚酯在乙烯基类交联单体中的溶液。

15、组成：酸不饱和二元酸（顺丁烯二酸酐）混以一定量的饱和二元酸（邻苯二甲酸和邻苯二甲酸酐）醇饱和二元醇交联单体苯乙烯等引发剂引发树脂与交联单体的交联反应加速剂促进引发剂的引发反应，不同的引发剂要与不同的加速剂配套使用阻聚剂延长不饱和聚酯的初聚物的存放时间触变剂PVC粉、二氧化硅等，使树脂在外力作用下变成流动性液体，外力消失时恢复到高粘度的不流动状态原料先缩聚获得线型初聚物，再在引发剂作用下固化交联形成体型结构。

16、不饱和聚酯树脂的合成原理：17、纤维是指长度比其直径大很多倍，并具有一定柔韧性的纤细物质。

供纺织用的纤维，长度与直径之比一般大于1000 :1。

18、纤维包括天然纤维和化学纤维（无机化学纤维：玻璃纤维、陶瓷纤维、碳素纤维有机化学纤维：人造纤维和合成纤维）19、橡胶是有机高分子弹性化合物，它在外力的作用下可以变形，而当除去外力后又能够恢复原来的形状。

在很宽的温度（－50～150℃）范围内具有优异的弹性。

具有独特的高弹性，良好的疲劳强度、电绝缘性、耐化学腐蚀性以及耐磨性等。

合成橡胶按其性能和用途分：通用合成橡胶（性能与天然橡胶相同或相近、广泛用于制造轮胎及其他大量橡胶制品的橡胶品种如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶）和特种合成橡胶（具有耐寒、耐热、耐油、耐臭氧等特殊性能，用于制造特定条件下使用的橡胶制品如丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶）20、涂料涂布在物体表面而形成具有保护和装饰作用膜层的材料。

组成：成膜物质（聚合物或能形成聚合物的物质，涂料的基本成分，决定了涂料的基本性能，作为成膜物质必须与物体表面和颜料具有良好的结合力）、溶剂、颜料（涂料中加入颜料起装饰作用，并对物体表面起抗腐蚀作用）、增塑剂（有机添加剂：提高漆膜柔性）、填充剂（改进涂料的流动性能、提高膜层的力学性能和耐久性、光泽，并可降低涂料的成本）、催干剂（催化剂：促使聚合或交联）、增稠剂及稀释剂等。

21、成膜物质：反应性（植物油或具有反应活性的低聚物、单体等所构成的成膜物质涂布于物体表面后，在一定条件下进行聚合或缩聚反应从而形成坚韧的膜层）和非反应性（溶解或分散于液体介质中的线型聚合物涂布后，由于液体介质的挥发而形成聚合物膜层）22、胶粘剂能把各种材料紧密地结合在一起的物质。

按胶接强度特性分类：结构型胶粘剂（具有足够高的胶接强度，胶接接头可经受较苛刻的条件，可用以胶接结构件）、非结构型胶粘剂（胶接强度低，主要用以非结构部件胶接）、次结构型胶粘剂（胶接强度介于结构型胶粘剂和非结构型胶粘剂之间）按主要组成成分分类：有机胶粘剂（天然胶粘剂—动物胶和植物胶和合成胶粘剂—热塑性树脂胶粘剂聚醋酸乙烯酯聚酰胺。

热固性树脂胶粘剂环氧树脂酚醛树脂。

橡胶型胶粘剂氯丁胶丁腈胶。

混合型胶粘剂环氧-酚醛酚醛-丁腈环氧-尼龙）和无机胶粘剂。

组成：胶粘剂一般是以聚合物为基本组分的多组分体系。

(1)增塑剂及增韧剂提高韧性(2)固化剂(硬化剂) 用以使胶粘剂交联、固化(3)填料用以降低固化时的收缩率、降低成本、提高抗冲强度、胶接强度、提高耐热性(4)溶剂用以溶解粘料及调节粘度，以便于施工。

(5)其他辅料如稀释剂、稳定剂、偶联剂、色料等。

23、线型、体型高分子化合物的性质线型高分子化合物：柔顺性；强度、塑性和弹性都很好；分子容易互相滑动；在适当的溶剂中可以溶解；可以熔融而不分解，成为粘度较大、能流动的液体。

体型高分子化合物：巨型分子，分子的体积和分子量都没有一个限度；各个结构单元均以共价键结合，不能被溶剂分散，固不溶于任何溶剂，最多只能溶胀；加热后不软化，也不能流动；无定型，只有玻璃态，具有较高的硬度和脆性，没有塑性。

24、高分子化合物的结晶与取向：聚合物的聚集态结构：在分子间力作用下，大分子相互敛集在一起所形成的组织结构。

高分子化合物结构分晶态结构与非晶态（无定形）。

不同于低分子物凝聚态的两个特点：1、聚合物结晶态总包含一定量的非晶相，100%结晶的情况是非常罕见的。

2、凝聚结构不仅与分子链本身的结构有关，而且强烈依赖于外界条件。

25、聚合物非晶态结构：非晶态结构是一个比晶态更为普遍存在的聚集形态，不仅有大量完全非晶态的聚合物，而且即使在晶态聚合物中也存在非晶区。

非晶态结构包括玻璃态、橡胶态、粘流态（或熔融态）及结晶聚合物中的非晶区。

非晶态聚合物的分子排列无长程有序，对X-射线衍射无清晰点阵图案。

晶态结构：与低分子晶体相比，聚合物晶体具有不完善性、无完全确定的熔点、结晶速度较慢等特点。

26、高分子化合物结晶能力高分子化合物的结构：若具有极性大的基团、庞大的取代基、复杂的不对称结构或高分子量，易得到非晶态高分子化合物。

需要极长时间的分子重排或由于分子之间的局部引力阻碍了它们的分子重排，使结晶速度比硬化速度小。

高分子链的柔顺性：具有僵硬链的高分子化合物，结晶困难；柔顺的或中等柔顺的，并且具有规则结构的高分子化合物能生成晶态高分子化合物。

27、结晶过程聚合物结晶是高分子链从无序转变为有序的过程，有三个特点：(1)结晶必须在玻璃化温度Tg与熔点Tm之间的温度范围内进行。

这是因为聚合物结晶过程与小分子化合物相似，要经历晶核形成和晶粒生长两过程。

温度高于熔点Tm，高分子处于熔融状态，晶核不易形成，低于Tg，高分子链运动困难，难以规整排列，晶核也不能生成，晶粒难以生长。

结晶温度不同，结晶速度也不同，在某一温度时出现最大值.(2)同一聚合物在同一结晶温度下，结晶速度随结晶过程而变化。

一般最初结晶速度较慢，中间有加速过程，最后结晶速度又减慢。

（3）结晶聚合物没有精确的熔点，只存在一个熔融范围，也称熔限。

熔限大小与结晶温度有关。

结晶温度低，熔限宽，反之则窄。

这是由于结晶温度较低时，高分子链的流动性较差，形成的晶体不完善，且各晶体的完善程度差别大，因而熔限宽。

结晶使高分子链规整排列，堆砌紧密，因而增强了分子链间的作用力，使聚合物的密度、强度、硬度、耐热性、耐溶剂性、耐化学腐蚀性等性能得以提高，从而改善塑料的使用性能，但结晶使高弹性、断裂伸长率、抗冲击强度等性能下降，对以弹性、韧性为主要使用性能的材料是不利的。

如结晶会使橡胶失去弹性，发生爆裂。

28、取向：在外力作用下，分子链沿外力方向平行排列。

聚合物的取向现象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿外力方向的择优排列。

未取向的聚合物材料是各向同性的，即各个方向上的性能相同。

取向聚合物材料是各向异性的，即方向不同，性能不同。

非晶态聚合物取向：大尺寸取向和小尺寸取向。

大尺寸取向：大分子链作为整体是取向的，但就链段而言，可能并未取向。

小尺寸取向：链段取向，而整个大分子链并未取向。

聚合物的取向一般有两种方式：单轴取向和双轴取向29、结晶性高分子化合物：链结构规整、能结晶的高分子化合物；非结晶性高分子化合物：链结构不规整、一般不能形成晶粒的高分子化合物30、非晶态高分子：聚合物力学三态：玻璃态、高弹态、粘流态温度-模量曲线和温度--形变曲线形变IIIIII温度在区域I ，温度低，链段运动被冻结，只有侧基、链节、链长、键角等的局部运动，因此聚合物在外力作用下的形变小，具有虎克弹性行为：形变在瞬间完成，当外力除去后，形变又立即恢复，表现为质硬而脆，这种力学状态与无机玻璃相似，称为玻璃态。