高分子材料基础理论Chapter

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1.4 高分子材料的分类
2〕 按主链构造分类
碳链高分子,如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯
HHHHHH CCCCCC HHHHHH
HH HH HH CC CC CC H CH 3 H CH 3 H CH 3
特点:具有可塑性好,容易加工成型等优点,但耐 热性差,易燃烧,耐老化性差等缺乏。
高 塑料
分 子
橡胶
材 合成纤维 料

涂料、粘合剂

天然高分子材料
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高分子材料有哪些一般性质?
① 重量轻〔light weight)
② 绝缘性〔insulation〕
③ 耐腐蚀 (corrosion resistance)
④ 易加工成型〔easy molding)
聚丙烯
侧基
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支链
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3〕 聚合度、分子量
聚合度〔Degree of polymerization〕 :一条高分子链所含 有的重复单元的数目称为聚合度〔DP〕
CH2 CH
Cl n
MnM0DP M0
注意:绝大多数聚合物都是由不同链长的大分子链组成
期末考试-70%
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高分子材料中常用的基本概念
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1〕 高分子、单体、低聚物
高分子也叫高分子化合物,是指分子量很高并由 共价键连接的一类化合物
大分子化合物、大分子、高 聚物、聚合物;
这些术语一般可以通用 Macromolecules, High
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纤维
聚合物经一定的机械加工〔牵引、拉伸、定型等〕 后形成细而柔软的细丝,形成纤维。纤维具有弹性模 量大,受力时形变小,强度高等特点。
品种:聚酰胺〔尼龙〕,聚酯〔涤纶〕,聚丙烯腈〔腈纶〕、 聚丙烯〔丙纶〕,聚氯乙烯〔氯纶〕、芳纶等。
涂料、黏合剂
具有一定的成膜性能附着在基体上,对基体起保护或 粘结作用。如丙烯酸酯类、异氰酸酯类等
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法国科学家吉尼(Pierre-Gilles de Gennes)成功地将 研究简单体系中有序现象的方法推广到高分子、液 晶等复杂体系。1991年被授予诺贝尔物理学奖。
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导电聚合物
抗静电材料、电磁屏蔽材料。太阳能电池等方面
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• 杂链高分子
分子主链上除具有C原子外,还含有O、S 、N等杂原子。如尼龙、聚酯、聚砜 特点:主链具有极性,容易吸水,加工 前需枯燥处理,耐热性好,强度高,做 工程塑料用。
轻量化、降低能耗
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电子电器产品
轻质,绝缘,易成型,低本钱
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建筑材料
耐候性,耐腐蚀,隔热,低本钱
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包装材料
阻隔性,易成型,耐腐蚀,低本钱
4?高分子材料成型加工?(第二版〕. 周达飞 唐 颂超,轻工出版社(2000)
5 其它有关高分子物理、高分子材料加工、塑 料或橡胶加工的书籍。
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课程要求
掌握高分子材料的根本特性,特 别是材料的构造-性能-成型工艺
-设备之间的关系
课程考核方式:
平时成绩〔考勤和作业〕-30 %
2000年三位科学家获得诺贝尔化学奖
Alan J, Heeger
Alan G. MacDiarmid
白川英树
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学什么 ?
主要内容
第一局部:高分子材料的构造与性能
绪论〔3课时〕
高分子化学根底〔3课时〕
高分子物理根底〔18课时〕
第二局部:高分子材料成型工艺
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20世纪50年代,高分子工业确立,高分子合成大开展
Ziegler〔德〕
Natta〔意大利〕
1953年,Ziegler〔德〕实现了乙烯的低压聚合〔高密度聚 乙烯〕,1955年Natta〔意大利〕实现了丙烯的定向聚合〔 全同聚丙烯〕,使高分子工业开场蓬勃开展。配位聚合催 化剂统称为“Ziegler-Natta〞催化剂,二人于1963年共同获 得诺贝尔化学奖。
注塑成型过程
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中空容器成型
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高分子材料——应用在国民经济和人们 生活的方方面面
交通〔飞机、汽车、轨道交通〕 电子电器 建筑 农业 包装 航空航天 医疗用品
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20世纪60年代,高分子物理大开展
随着科技进步,测试仪器在高分子构造研究中的应用开发 ,人们对高分子的构造进展了较深入的研究和理解,如进 一步研究了高分子的结晶构造、高分子的粘弹性、流变学 等。
美国科学家Flory ,高分子溶液理论 ,分子量分布研究方面取得重大 成就
高分子材料配方设计〔2课时〕
高分子材料成型工艺〔12课时〕
总复习〔2课时〕
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参考书目:
1?高分子概论?. 代丽君,张玉军,姜华珺主编, 化学工业出版社〔2007〕
2?高分子物理?〔第二版〕金日光,华幼卿,化学工 业出版社
3 ?塑料成型工艺学?〔第二版〕. 黄锐 主编,中 国轻工业出版社
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•橡胶是高分子材料
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•合成纤维是高分子材料
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•涂料、粘合剂是高分子材料
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•天然高分子材料
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⑤ 高弹性〔high elasticity)
⑥ 具有一定的力学性能〔mechanical property)
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高分子材料是由高分子化合物与少量添加剂
组成的,具有一定使用性能的一类物质。
高分子化合物,是指分子量很高并由 共价键连接的一类化合物
常用的高分子的分子量一般高达几万、几十万,甚
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2) 主链、侧基、支链
高分子可看作由许多重复单元组成的一条长链〔高 分子链〕,长链的主干局部称为高分子的主链,与主链 原子连接的原子或基团为侧基〔取代基〕,由重复单元 组成的分支局部称为高分子的支链。
主链
支链
HH HH HH CC CC CC H CH 3 H CH 3 H CH 3
Polymer, Polymer
常用的高分子的分子量一般 高达几万、几十万,甚至上
百万,范围在104~106
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单体
合成聚合物的起始原料称为单体〔Monomer〕
低聚物
分子量介于高分子量〔104以上〕和低分子 量之间的化合物。如异氰酸酯〔502胶〕、 环氧树脂等的预聚体。
的,聚合度和分子量是大小不均一的大分子的统计平 均值。
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高分子材料的分类
1〕根据性能和用途分类
塑料 橡胶
纤维
涂料、黏合剂
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塑料
具有塑性行为的高分子材料,受力时能发生 一定形变 〔包括可逆和永久形变〕。
根据使用特性
20世纪初,高分子材料科学创立准备期
Staudinger
德国化学家
1920年,发表“论聚合〞,首 次提出链构造的模型,指出存 在一类分子量很大的聚合物, 它们是由共价键连接起来的大 分子。
1932年,Staudinger提出了溶 液粘度与分子量的关系式。确 立了大分子的存在。
1953年,因此获得诺贝尔化 学奖
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20世纪70年代,高分子工程科学大开展
PE、PP高效催化剂研制成功,大大提高生产效率, 且生产自动化、大型化程度大幅度提高。
与此同时,为了满足材料多方面性能要求,聚合 物共混理论得到开展。
20世纪80年代,高性能、功能材料、生物材料开展
分子设计概念提出、复合材料深入研பைடு நூலகம்,以及多种合成技术开 展,使得高分子材料领域向高性能、多功能方面开展。
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橡胶
具有可逆形变的高弹性聚合物材料。在很小 外力作用下,能产生较大形变,除去外力后能 恢复原状。
按原料来源
天然橡胶
橡胶
由三叶橡胶树乳胶中提取而来,主要成 分为顺式聚异戊二烯,弹性好,强度高 ,综合性能好
合成橡胶
人工合成的橡胶,如异戊胶、顺丁胶、 丁苯胶等
高分子材料根底理论 Chapter
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什么是高分子材料? 为什么学习? 学什么?
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什么是高分子材料?
广泛应用的四大材料之一
材料
金属材料 无机非金属材料
高分子材料
复合材料
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•塑料是高分子材料
至上百万,范围在104~106 大分子,高分子, Macromolecules 聚合物,Polymer
高聚物 High polymer
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高分子化合物怎么得来的?
是由小分子单体连接而成,通过聚合反响得来的
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聚合反响赋予高分子化合物的构造特点:
通用塑料
产量大、用途广、成型性能好、价格廉价,如 PE、PP、PS、PVC等
塑料 工程塑料
具有良好的机械性能和耐高、低温性能,尺寸稳定性 较好,可以用作工程构造材料,如PA、PC、PET、 POM、PPO等
特种工程塑料
具有突出的特种性能的塑料,用于航空
航天特殊应用领域,如PEI、聚砜、
PEEK等有特殊耐热性
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20世纪30、40年代,高分子材料科学创立期
“高分子有机化合物〞出版,现在高分子概念 获得公认;
随后,缩聚反响理论、橡胶弹性理论、链式聚 合反响和共聚理论等相继得到研究;
1935年,第一个工业化的高分子材料,尼 龙问世〔dupont公司〕;并且一系列高分子 材料被合成出来,如聚氯乙烯、聚苯乙烯、 高压聚乙烯、氯丁橡胶、丁基橡胶等。
世界塑料工业
•高分子材料由于来源丰富、 制造方便,品种繁多,用途 广泛,因此在材料领域的地 位越来越突出,增长最快, 如今,产量相当于金属、木 材和水泥的总和。
其中塑料是消费量最大的高分 子材料,2007年全世界共消费亿 吨塑料,约是钢材体积消费量的倍
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高分子材料科学是个年轻的学科
分子链由许多重复单元相互连接而成;
链状构造的根本形式;
分子链足够长。

HH HH HH CC CC CC H CH 3 H CH 3 H CH 3
聚丙烯
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为什么学习高分子材料?
有用?有趣??
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薄膜吹塑过程
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各种功能材料
发光材料:交通领域通道标识、楼梯标识、标志线;发光
涂料、发光壁纸、工艺品、玩具、体育休闲用品
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各种功能材料
导电高分子材料:导电塑料,导电橡胶,导电纤维
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高分子材料开展迅速,总体积超过另外两大 类材料之和
以单体名称为基础在前面加以单体名称为基础在前面加聚聚字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聚乙烯类塑料取单体简名在后面加取单体简名在后面加树脂树脂或或橡胶橡胶两字苯酚酚醛树脂尿素丁苯橡胶丁二烯丙烯腈丁腈橡胶甲醛尿醛树脂苯乙烯丁二烯对于热固性树脂和橡胶类高分子材料按这种命名法对于热固性树脂和橡胶类高分子材料按这种命名法以高分子链结构特征命名以高分子链结构特征命名高分子主链结构中的特征功能团
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航空航天
第二十四页,编辑于星期三:二十三点 五十一 分。
生物医用材料
第二十五页,编辑于星期三:二十三点 五十一 分。
各种功能材料
高分子别离膜:海水淡化、反渗透、膜萃取、膜蒸馏等 技术领域。
第二十六页,编辑于星期三:二十三点 五十一 分。
第二十七页,编辑于星期三:二十三点 五十一 分。
第三十一页,编辑于星期三:二十三点 五十一 分。
19世纪,天然高分子材料的应用和改性
19世纪前期,木材、棉、麻、丝、毛、漆、橡 胶、皮革等天然高分子材料在人们的生活和生 产中得到广泛的应用。
19世纪后期,已经对一些天然高分子材料进展改 性,如橡胶的硫化、皮革的鞣制、棉麻的处理等等
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