多组分聚合物结构与性能 - 同济大学材料科学与工程学院
高分子材料的结构及其性能PPT(36张)
B、高弹性 随着温度的升高，当T＞Tg 时，分子的动能增加，使链段的自由旋转成为可能，此时，试
样的形变明显增加，在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，称为高弹态。 高弹态时，弹性模量显著降低，外力去除后，变形量可以回复，有明显的时间依赖性。由
如图16-7，在间同立构高聚物中， 原子或原子团会交替分布在主链两侧； 在全同立构高聚物中，原子或原子团 则全部排列在主链同一侧；而在无规立构高聚物中，主链两侧原子分布是随机的。
这种化学成分相同，但由于不对称取代基沿分子主链分布不同的现象，就叫做 高分子的立体异构现象。
2、大分子链的构象及柔性 高聚物结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子，共价键的特点是键能
2、单体 高分子化合物是由低分子化合物通过聚合反应获得。
组成高分子化合物的低分子 化合物称作单体。所以我们经 常说，高分子化合物是由单体 合成的，单体是高分子化合物 的合成原料。如图16-2，聚乙 烯是由乙烯（CH2＝CH2）单 体聚合而成的。 高分子化合物的相对分子质 量很大，主要呈长链形，因此 常称作大分子链或者分子链。 大分子链极长，可达几百纳米以上，而截面一般小于1nm。
物，简称高聚物材料，是以高分子化合物为主要组分的有机 材料，可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料包括如蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡 胶、淀粉和蛋白质等。 人工合成高分子材料包括如塑料、合成橡胶、胶粘剂和涂料 等。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
一、高聚物的基本概念 1、高聚物和低聚物 高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量在5000
同济大学材料科学与工程学院考研专业课821材料科学基础大纲详解
821材料科学基础大纲详解本课程主要考察考生对材料科学的基础理论和专业知识的掌握程度，以及运用这些理论和知识解决实际问题的能力。
同时还将考察考生对常规材料表征技术的掌握程度和应用能力。
考查的知识要点包括以下内容:(1)材料及材料科学的含义:材料及材料的基本要素和相互之间的关系、材料的结构层次及材料结构与性能的关系、材料选择的基本原理;(2)材料的原子结构与分子结构:原子结构、原子间的键合、材料的化学组成和结构对性能的影响、高分子链的近程结构与远程结构:(3)固体材料结构基础:晶体的基本特性、晶体的结构特征(空间点阵和晶胞、晶向指数和晶面指数)、配位数和配位多面体、金属的晶体结构、离子晶体结构、共价晶体结构、高分子凝聚态结构(晶态结构、非晶态结构、取向结构)、非晶态的形成及结构特征、固体材料能带结构的基础知识(导体、半导体、绝缘体)及与性能之间的关系;(4)晶体的结构缺陷:缺陷分类、点缺陷的形成、位错的基本类型和特征、晶体结构缺陷对材料性能的影响;(5)材料的相结构与相变:相的定义、相结构、固溶体的概念及特点、相变的定义、相变的分类(按结构分类、按热力学分类、按相变方式分类、按原子迁移特征分类)、结晶的基本规律与条件:热力学条件、动力学条件(成核-长大机理);(6)高分子材料中的分子链运动:高分子链的内旋转及柔顺性的本质和影响因素，高分子材料的三种力学状态(玻璃态、高弹态及粘流态)、玻璃化转变温度;(7)金属材料、无机非金属材料、高分子材料及复合材料的结构特征、性能特点及其应用分析;(8)常规材料表征技术及应用:XRD、TEM、SEM、IR、DSC的工作原理、影响这些表征技术的主要因素及在材料研究中的应用。
考试题型: 专业术语或基本概念的解释、简答题、论述或辨析题、综合分析题等。
北京工业大学材料科学与工程学院硕士研究生招生研究方向简介
材料科学与工程学院硕士研究生招生研究方向简介专业：080500材料科学与工程01光电薄膜及器件本方向主要研究薄膜材料结构与光电性能关系以及其表面/界面的物理与化学性质，优化与发展先进光电薄膜材料及其器件的制备方法、测量原理与应用技术。
主要研究方向有：（1）先进太阳能薄膜制备及器件技术；（2）新型氧化物半导体光电薄膜的掺杂改性及原型器件探索；（3）场发射纳米多层半导体薄膜制备及器件技术；（4）钙钛矿锰氧化物及半金属磁隧道结制备及器件开发；本研究方向曾主持完成国家973、863及国家自然科学基金等多项国家重点科技项目，获北京市科技进步奖3项，发表SCI收录论文100余篇，国家发明授权10余项。
目前在研国家自然科学基金、北京市科技新星科技等多个项目。
从事该研究方向的导师：严辉、张铭、王如志、王波02纳电子与磁电子学本方向主要研究纳米体系及低维材料的在热、电、磁等外场调制下的结构、电子与电荷的相互关联效应及新型纳电子器件制备技术探索。
主要研究方向有：（1）磁电调控作用下低维体系（量子点、量子线及二维电子气）量子输运问题研究；（2）基于纳米体系的第一原理、分子动力学及蒙特卡罗法的结构设计及性能模拟；（3）纳米场发射显示器件的冷阴极结构设计、制备及相关基础研究；（4）碳系（CNT及graphene）纳电子器件化技术基础研究；基于本研究方向，在国际重要学术刊物Phys. Rev. B, Appl. Phys. Lett.等发表论文多篇，申请国家发明多项，目前在研国家自然科学基金、北京市科技新星科技等多个项目。
从事该研究方向的导师：王如志、张铭、严辉03纳微仿生表面仿照动植物表面的特殊微观结构，利用低温等离子体相关技术制备纳米和微米多尺度的仿生复合结构，研究材料表面微观结构与表面功能特性间的本质联系，开发具有特殊润湿性能以及其它功能特性的表面材料，探索相关表面材料在自清洁、微流芯片以及舰船减阻等领域的实用途径。
九-聚合物合金
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9.3 聚合物共混物的形态结构
聚合物合金形态结构的基本类型
均相体系，如果共混的聚合物之间形成了分子水平的相 容，在热力学上是完全相容的，则就会形成均一的，不分 相的体系。
单相连续结构，是指聚合物共混物中两相或多相结构中 只有一相是连续的，称为基体，其他的相分散在连续相中， 称为分散相。由于相之间的交错，分散的相会被分为许多 微小的区域，这种区域称作相畴或微区。单相连续的形态 结构又因分散相含量和相畴的形状、大小以及与连续相的 结合情况不同而表现为多种形式。
完全相容、部分相容、不相容 热力学相容指的是相混合的两种化合物形成均相体系的
能力，判断依据是混合过程中自由能的变化是否小于零。 小于零，则完全相容，形成稳定的、无规的、分子混合的 均相体系；
完全不相容，则形成两个完全分离的区域结构 ；
部分相容则会形成分相但不分离的结构。
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聚合物共混物的相容性
当聚合物共混物形成了链段水平或分子水平均匀混合， 则认为是完全相容的体系。
选用含卤素的难燃性树脂与其他树脂共混则可提高其耐燃性
选用光学性能相差较大的树脂进行共混则可以赋予聚合物 合金材料表面以光泽
选用硅树脂和其他树脂共混则可以使其成为具有自润滑性 的材料
选用耐磨性能好的聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯等树脂 与其他树脂进行共混，则可以提高其耐磨性能等
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9.2 聚合物共混物的相容性
缺点：可靠性差，溶剂选择困难。 二、透明性法
将聚合物共混物通过溶液浇铸或模压的方法制成薄膜，然后 根据薄膜的透明度判断体系的相容性。
优点：操作简单
缺点：不适用于含有结晶组分和组分间折光指数差 小的体系。
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第六章 嵌段共聚物 - 同济大学材料科学与工程学院
一．嵌段共聚物的基本概念
嵌段共聚物是由化学结构和性能不同的两种或两种以上 大分子通过头尾连接所形成的共聚物，每一种大分子链的重 复单元至少早几十个以上。通常用A、B、C等来分别表示不 同单元组成的链段。因此嵌段共聚物可表示为： A-B A-B-C A-B-A (A-B)n (A-B)nX 其中，A-B表示两嵌段共聚物；A-B-C表示三嵌段共聚物， 且每一链段由不同的单体单元聚合而成；A-B-A也表示三嵌 段共聚物，但中间段为B嵌段，两端为A嵌段；(A-B)n表示 交替嵌段共聚物；(A-B)nX表示星状接枝共聚物，其臂数为 n，核心为X。 1
一大热点。
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第八章 嵌段共聚物
二．嵌段共聚物的合成方法
从目前的情况看，嵌段共聚物基本上可分为两大类，一
类是通过活性可控聚合制备的烯烃类嵌段共聚物；另一类是 聚氨酯类嵌段共聚物。这两种嵌段共聚物的制备方法完全不 同，下面分别介绍。
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第八章 嵌段共聚物
2.1 通过阴离子聚合制备嵌段共聚物
在各种嵌段共聚物材料中，苯乙烯嵌段共聚物型热塑性
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第八章 嵌段共聚物
目前，聚苯乙烯—聚二烯烃—聚苯乙烯嵌段共聚物的相
畴理论已经扩展到所有 ABA型嵌段共聚物，这里A代表在使
用温度下是玻璃态或结晶态、而在高温下又可以流动的聚合 物嵌段，B代表在使用温度下是弹性态的聚合物嵌段。聚苯 乙烯 / 聚二烯烃三嵌段共聚物的研究为高分子科学开辟了一 个 新的领域。
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第八章 嵌段共聚物
在上面的例子中，二烯烃单体的聚合反应是以 1,4 加成 形 式进行的，在惰性、非极性烃溶剂中进行聚合时，至少有 90%的单体单元是 1, 4 结构，其余是 l, 2 结构（对丁二烯而
D01超材料与多功能材料
08:50-09:10 D01-42 (Invited) 碳纳米管结构调控及微波吸收性能研究 张雪峰 1, 2 1. 东北大学 2. 杭州电子科技大学
09:10-09:20 D01-43 柔性导电高分子纳米复合材料基应变传感器 刘虎，刘春太 郑州大学
D01. 超材料与多功能材料
分会主席：白洋、毕磊、杜艾、秦发祥、张雪峰
单元 D01-1：7 月 11 日下午 主持人：彭华新，范润华 地点：5 馆-1F-01
13:30-14:05 D01-01 (Invited) 绿色印刷制备聚合物光子晶体与应用 宋延林 中国科学院化学研究所
14:05-14:30 D01-02 (Invited) 仿生超浸润材料的定向输运 刘克松 北京航空航天大学
11:10-11:30 D01-22 (Invited) 高效率超表面相位调控和聚焦效应研究 魏泽勇 1，程凯扬 1，樊元成 2，武超 1，李宏强 1 1. 同济大学 2. 西北工业大学
D01-1
11:30-11:40 D01-23 硅基全介质超表面极化复用光波调控 朱维 1, 2，耿广州 2，付全红 1，李俊杰 2，樊元成 1， 张富利 1 1. 西北工业大学 2. 中国科学院物理研究所
单元 D01-3：7 月 12 日下午 主持人：秦发祥， 白洋 地点：5 馆-1F-01
13:30-13:50 D01-26 (Invited) 冰模板法制备多功能仿生材料 柏浩 浙江大学
13:50-14:10 D01-27 (Invited) 非互易超构表面 毕磊 电子科技大学
14:10-14:30 D01-28 (Invited) 一种结构简单的自准直超表面涡旋波天线 毕科 北京邮电大学
同济大学-材料学专业-《材料研究方法》考研真题(1)
06部分二、解析1.试阐述红外光谱分析的基础以及应用。
参考答案：红外光谱是由于分子振动能级的跃迁（同时伴随转动能级跃迁）而产生的物质能吸收红外光谱应满足两个条件：1.辐射应具有刚好恩那个满足物质跃迁时所需的能量；2.辐射与物质之间有相互作用（2）辐射与物质之间有相互作用，分子的偶极距必须发生变化的振动，分子振动的形式：1．伸缩振动ａ．对称伸缩振动ｂ．反对称伸缩振动2．变形和弯曲伸缩振动ａ．面内变形剪式振动面内摇摆振动ｂ．面外变形面外摇摆振动扭曲变形掘动红外光谱振动吸收带的类型：（１）Ｘ－Ｈ伸缩振动区（２）叁键和累积双键区（３）双键伸缩振动区（４）Ｘ－Ｙ伸缩振动区和Ｘ－Ｈ变形振动区红外光谱的应用：定性分析 1 试样的分离与精制 2. 了解与试样性质有关的其他方面的因素 3. 图谱的解析定量分析试题解析：1）知识点：红外光谱的基础与应用2）答题思路：综合两方面信息进行解答3）历年考频：此考点在近五年中共出现3次，分别为：04.06，07年.2.什么是斯托克斯线、反斯托克斯线，试说明拉曼光谱与红外光谱是互补的。
参考答案：在拉曼散射中，若光子把一部分能量传递给样品分子，得到的散射光能量减少，在垂直方向测量到的散射光中，可检测一定频率的线，称为斯托克斯线。
反之，如果分子处于激发态，与光子发生非弹性碰撞就会释放能量而回到基态，得到反斯托克斯线。
1.拉曼光谱是一个散射过程，因此任何尺寸、形状、透明度的样品，只要能被激光照到，就可以直接进行测量，极微量的样品都可以照射到。
2. 水是极性很强的分子，因而其红外吸收非常强烈。
但水的拉曼反射却极微弱。
3.对于聚合物及其他分子，拉曼散射的选择定则限制较小，因而可以得到更丰富的谱带。
试题解析：1）知识点：拉曼光谱的基本知识2）答题思路：简述概念知识3）历年考频：此考点在近五年中共出现1次，分别为：06年。
3. 请说明下列图谱所代表聚合物的性质特征。
参考答案：谱带分析在新大纲中取消4. 请阐述电子与固体物质相互作用时产生的各种电子信号那些信号可以用于晶体研究？参考答案：1.背散射电子2. 二次电子3. 吸收电子4. 透射电子5. 特征X射线6.俄歇电子1.背散射电子2. 二次电子5. 特征X射线 6.俄歇电子均可进行晶体结构的研究试题解析：1）知识点：电子与固体物质相互作用2）答题思路：简述基本概念3）历年考频：此考点在近五年中共出现3次，分别为：04，06，07年.5. DTA曲线用什么作为反应起始温度，为什么？参考答案：使用外延始点作为反应起始温度。
聚合物纳米粒子制备方法的研究
聚合物纳米粒子制备方法的研究蒋小余 王 鹏（同济大学 材料科学与工程学院 上海 201804）摘 要： 综述聚合物纳米粒子的制备方法。
其制备方法主要有乳液聚合法、有机合成法－合成树枝状聚合物、自组装法、聚合物单分子链交联法。
最后，展望其可能的应用前景。
关键词： 聚合物纳米粒子；乳液聚合；自组装；应用中图分类号：0484.41 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0420014－010 引言1.4 聚合物单分子链交联法在以上的几种制备方法中，虽然乳液聚合虽然适用性广，但制备的纳纳米聚合物材料的制备及研究是当前国际前沿研究课题之一。
纳米聚米粒子粒径较大，达五十至数百纳米，并且粒径分布不均匀；而微乳液聚合物是指至少一维尺寸在100 nm 以内的聚合物，包括球状、线状、管状、合方法虽然能制备较小的纳米粒子，但该方法要加入大量的乳化剂与助乳棒状、层状等各种形态的结构。
而聚合物纳米粒子作为纳米聚合物材料的化剂，制备的粒子后处理比较困难；有机合成法主要是合成树枝状大分重要组成部分，具有许多既异于原子和分子又异于宏观样品的性质，其高子。
虽然该方法能制备大小在5-10nm 左右的纳米粒子，但有机合成树枝大的比表面积，稳定的形态结构，良好的加工性能，并易于通过化学或物理分子步骤复杂，通常在反应到4-5代就很难继续控制。
自主装法目前研究的方法进行改性，使其在具有小尺寸效应、表面效应和量子隧道效应的同的比较热门，体系较多，可制备20-200nm 的纳米粒子。
但如果想要制备大时，还具有其它特定功能，如光、电、磁、催化及生物活性功能。
在医学小在20nm 以下的纳米粒子还是很困难的。
因此，利用带某些可交联基团的免疫、生物工程、高效催化、航天能源以及微电子领域有着极其广阔的应聚合物单分子链在稀溶液中自交联的特性，可以制备尺寸大小在20nm 以下用前景。
的聚合物纳米粒子。
例如，Hawker[4]等以乙烯基苯并环丁烯（BCB ）为交1 聚合物纳米粒子的制备方法联单体，将其与苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯共聚，再通过苯并环丁烯在加热1.1 乳液聚合法[1]条件下开环交联制得粒径大小在5-10nm 的单分子纳米粒子。
材料科学与工程导论 第6章 高分子材料
聚酰胺（PA） 聚碳酸酯（PC） 聚甲醛（POM） 聚对苯二甲酸丁二醇酯 （PBT） 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 （ABS） PC
挡 风 板
6.1.3 高分子材料简介
ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是 Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一 种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。
有机玻璃顶棚
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6.1.3 高分子材料简介
▲工程塑料
热稳定性高是其最突出 的特点。使用温度 150~174℃。 用于机械设备等工业。
聚砜（PSU） 聚醚砜（PES） 聚醚醚酮（PEEK） 聚苯硫醚（PPS） 聚四氟乙烯 （PTFE）
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又称尼龙。强 度较高，耐磨、 自润滑性好， 广泛用作机械、 化工及电气零 件。 优良的机械性能， 透明无毒，应用 广泛。
初～40年代末）。
●现代高分子科学阶段（20世纪50年代初～20世纪末）。 ●21世纪的高分子科学—分子设计。
——高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。1920年， 德国人Staudinger (施陶丁格)发表了“论聚合”的论文，提 出了高分子的概念。
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6.1.1 高分子材料科学发展简史
高分子科学既是一门应用学科，也是一门基础学科，它
▲单体 用来制备高分子的小分子物质称单体。 高分子的单体： 通过聚合反应能制备高分
子化合物的物质称做单体。
例如乙烯是单体，能聚合 生成聚乙烯。
[ CH2–CH2 ]n
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6.1.2 高分子材料基本概念
▲结构单元 构成大分子的最小重复结构单元，简称结构 单元，或称链节。
[ CH2–CH2 ]n
▲聚合度
高分子材料课件(专业)经典.ppt
②链节：
氯乙烯 苯乙烯
定义：构成高聚物的重复结构单元称为链节。
例：
氯乙烯链节
尼龙-66链节
③聚合度：高分子链节中的数目n。
演示课件
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2、高聚物的分子量的多分散性和平均分子量：
①高聚物的分子量是M： M m n
m:链节分子量； n:聚合度 分子量不同，高聚物的性能和 物理状态不同。例：聚乙烯
柔顺性：大分子链构象变化而获得不同蜷曲程度的特性。
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ⅱ、柔顺性的好坏与链中单链的内旋转的难易程度有 关。运动的单元为链段，链段包含的链节数越少， 则运动越容易，大分子链的柔顺性越好。
ⅲ、大分子链的柔顺性是高聚物与低分子物质在许多 基本性能上差异的原因。例：高弹性。
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特点： 官能团之间反应，缩聚物有特征结构官能团； 有低分子副产物； 缩聚物和单体分子量不成整数倍。
演示课件
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四、高分子材料的分类
①按来源： ⅰ、天然聚合物：天然橡胶，纤维素，蛋白质等。 ⅱ、人造聚合物：经人工改性的天然聚合物。
例：硝酸纤维。 ⅲ、合成聚合物：完全由低分子人工合成。
特点：聚合物的结构单元与单体组成相同；
分子量是单体分子量的整数倍； 聚合过程无副产物生成。
演示课件
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共聚物: 由两种或两种以上的单体经过加聚反应生
成的高分子化合物。
例：ABS塑料。A：丙烯脂 B：丁二烯 S：苯乙烯
n[xCH=CH+gCH2 =CH-CH=CH2 +zCH=CH2 ]
的主力军。
演示课件
同济大学材料科学与工程学院高分子系杜建忠教授简介
同济大学材料科学与工程学院高分子系杜建忠教授简介杜建忠，理学博士，国家杰出青年科学基金获得者,英国皇家化学会会士(FRSC)，美国化学会Biomacromolecules顾问编委，中国化学会高分子学科委员会委员，同济大学材料科学与工程学院和同济大学附属第十人民医院教授、博导，东方学者，中国生物材料学会生物医用高分子材料分会委员，上海市侨联委员，同济大学侨联主席，杨浦区侨联副主席，同济大学材料科学与工程学院教授委员会副主任,高分子材料系主任.2004年在中国科学院化学研究所获博士学位,2004〜2010年任英国谢菲尔德大学化学系、剑桥大学化学系博士后,2006年任德国洪堡学者,2010年起任同济大学东方学者特聘教授.已在J.Am.Chem.Soc.,Chem.Soc.Rev.,Prog.Polym.Sci.,Angew.Chem.Int.Ed.,Adv. Mater.,Chem.Sci.,Nano Lett.,ACS Nano,Mater.Horiz.,Macromolecules,ACS Macro Lett., Biomaterials,J.Controlled Release等著名期刊发表100多篇学术论文.其“以糖控糖”成果引起学术界关注:美国化学会为其发布新闻，美国著名科技新闻周刊《化学与工程消息》报导该成果，美国《学生科学新闻》将其改编成青少年科普读物《小小囊泡可吸糖》.主要荣誉：中科院优秀博士论文奖(2005)、全国百篇优秀博士论文提名奖(2006)、德国洪堡学者(2006)、东方学者(2009)、上海市浦江人才(2010)、教育部新世纪优秀人才(2010)、教育部霍英东青年教师基金(2012)、同济大学“我心目中的好导师”(2013)、第五届中国侨界贡献奖(2014)、同济大学首届“卓越杯"大学生科技创新竞赛特等奖优秀指导教师(2015)、同济大学优秀学生思想政治工作者(2016)、上海市优秀硕士学位论文导师(2016)、国家科技进步二等奖(2016)、第十五届“挑战杯”上海市特等奖优秀指导教师(2017)、中国复合材料学会优秀博士学位论文导师(2017)、中国化学会高分子科学创新论文奖(2017)、同济大学育才教育奖励金一等奖(2018)、同济大学优秀博士和硕士论文导师(2019)、上海市育才奖(2019)、国家杰出青年科学基金(2019)等.。
同济大学材料科学与工程学院轻量化材料课题组简介
同济大学材料科学与工程学院轻量化材料课题组简介同济大学材料科学与工程学院轻量化材料课题组在莫凡教授和胡正飞教授带领下，主要从事新型轻量化材料开发应用、轻量化结构的服役行为及其失效分析与评价等方面的研究工作，具有显著的工程应用背景.课题组现有教师5人，在读博士和硕士研究生9人.近年来，在“十二五”国家科技支撑重大项目、国家重点研发专项、国家自然基金和上海科委重点项目等课题支持下，课题组开展了广泛的轻量化材料及其工程应用研究，内容涉及金属基复合材料、碳纤维树脂复 合材料制备，超高强度合金钢的工程化应用与评价和异种材料连接和工程应用等多个方面.课题组的研究 工作注重实验物理手段的运用，通过组织结构观察分析和数值模拟相结合的方法，深入理解材料组织结构 与性能关系，并结合到新材料开发和材料工程应用评价中去.在国内，课题组与中国中车、北京新能源汽车 和宝钢等大型企业实现了良好的产学研实质性合作，相关轻量化材料制备和工程应用项目的研究成果已经 应用到合作方的产品当中，包括新型轨道车辆和北京新能源汽车股份有限公司的新型轻量化汽车产品，这 些技术或产品工程应用为实现整车的轻量化，达到节能减排的目的提供了技术基础.在国际上，课题组与德 国德累斯顿工业大学、佐治亚理工大学等国外髙校进行了广泛的合作，实现了项目合作与师生交流.课题组已经发表学术论文将近200篇，出版专著3本，申请专利30余项.数年前，莫凡教授受科技部委派，在中国中车集团和同济大学支持下赴德国组建了中德轨道交通技术联合研发中心.通过与德国德累斯顿工业大学轻量化中心的全面合作，联合研发中心进行了轻量化列车车辆产业化制造方面的研究工作，取得了大量的研究成果，其中标志性的成果是中国中车正式发布了新一代碳纤维地铁车辆“CETROVO”.这一代车型是国际上首次在列车车辆上大规模应用碳纤维复合材料，实现了碳纤维复合材料在车体、转向架和司机室等车辆主承载结构上的全面应用.新型碳纤维轨道列车定型产品于2018年9月在德国举行的柏林国际轨道交通技术展 (InnoTrans 2018)上正式亮相并得国内外各方面的赞赏和高度评价.。
聚合物结构与性能题目
《聚合物结构与性能》习题集考试为开卷考试，但只能带课本，不能带任何资料，就是希望大家完全掌握下列知识，做合格高分子专业研究生！一、提高聚合物样品电镜下稳定性的方法对样品进行支撑：1.大目数电镜铜网，如400目铜网；2.无定型材料作支持膜：硝化纤维素（火棉胶），聚乙烯醇缩甲醛（PVF），或无定型碳；碳支持膜：通过真空蒸涂的办法，将碳沉积在光洁的载玻片或新剥离云母片表面，然后漂在蒸馏水表面，转移至铜网上。
二、提高聚合物样品成像衬度的方法有几个？（1）染色：将电子密度高的重金属原子渗入聚合物的某些区域通过提高其电子密度来增大衬度的。
从最终效果上染色分正染色和负染色。
从作用机制上染色分化学反应和物理渗透。
从手段上分直接染色和间接染色。
最常用的染色剂有：四氧化锇（OsO4）、四氧化钌（RuO4）四氧化锇（OsO4）染色：四氧化锇染色是利用其与-C=C-双键以及-OH和-NH2基团间的化学反应，使被染色的聚合物含有重金属锇，从而使图像的衬度提高。
四氧化钌（RuO4）染色：四氧化钌染色是利用其对不同聚合物或同一聚合物的不同部位（如晶区和非晶区）的不同渗透速率，使不同聚合物或同一聚合物的不同部位含有不同量的重金属钌，从而使图像的衬度提高。
（2）晶粒方向: 为得到清晰的衬度，可调整晶体样品的取向，使得除透射电子束外，只出现一个很强的衍射束，一般称为双光束情况（3）调整样品厚度；(4) 结构缺陷；(5)一次电子与二次电子相位三、何为橡胶的高弹性？高弹性的本质是什么？什么化学结构和聚集态结构的高分子能够作为橡胶材料？请用应力应变曲线表达出橡胶、塑料、有机纤维三者的区别。
橡胶的高弹性：小应力下的大形变、外力除去后可以恢复；高弹性的本质是熵弹性。
橡胶弹性是由熵变引起的，在外力作用下，橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减小，当外力移去后，由于热运动，分子链自发地趋向熵增大的状态，分子链由伸展再回复卷曲状态，因而形变可逆。
多组分聚合物结构与性能 - 同济大学材料科学与工程学院
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第一章 绪论
1.3 多组分聚合物的制备方法
1.3.1 物理共混法
又称机械共混法。 将不同种类聚合物在混合（或混炼）设备中实现 共混。包括混合作用和分散作用。 通过混合机械供给的能量（机械能、热能等）的 作用，使被混物料粒子不断减小并相互分散，最终形 成均匀分散的混合物。 对流和剪切两种作用为主，扩散作用为辅。
酸酯是基体，丁腈橡胶是流动改性剂，MBS是抗冲
改性剂。
13
第一章 绪论
4. 聚合物共混可满足某些特殊性能的需要，制备
一系列具有崭新性能的高分子材料。 为制备耐燃高分子材料，可使基体聚合物与含卤
素的耐燃聚合物共混；
为获得装饰用具有珍珠光泽的塑料，可将光学性 能差异较大的不同聚合物共混； 将抗张强度较悬殊且混溶性欠佳的两种的树脂共 混后发泡，制成多层多孔材料，具有美丽的自然木
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第一章 绪论
共混组分中有共聚物时的表示方法：
A/B＝m:n（X/Y），其中B为共聚物，其分子链 中两种结构单元质量比为m:n。
举例：
聚氯乙烯/苯乙烯—丙烯腈＝75:25（95/5），表示 在95份重的聚氯乙烯中掺入5份重的苯乙烯—丙烯腈 共
聚物，此共聚物链节中含有75份苯乙烯和25份丙烯腈。
10
但在强3溶液共混法烈的机械剪切作用下也能使少量聚合物降解产生大184乳液共混法亦称熔融共混法是将各聚合物组分在加热至粘流温度以上进行剪切分散混合以制备聚合物共混物的方法
多组分聚合物结构与性能
材料科学与工程学院
王建 教授
1
第一章 绪论
1.1 基本概念
多组分聚合物（Multicomponent Polymer）：
相容性（miscibility ）：表示两种热力学相互溶 即使热力学不相容的共混体系，依 解（共混时，混合自由能ΔGm＜0）； 靠外界条件实现了强制的、良好的分散 混溶性（compatibility ）：以是否能获得均匀和 混合，得到了力学性能优良且稳定的聚 稳定的形态结构的共混体系为判据，而不论共混体系 合物共混物，就可谓之为混溶性好。 是否热力学相互溶解 。 具有工程上的含义，因此也被称为“工程 相容性”或“工艺相容性”。
4聚合物的结构 《材料科学与工程基础》
第4章聚合物的结构为什么学习聚合物的结构相对大量的化学和结构特性影响聚合物材料的性质和行为。
其中一些影响如下：1.半结晶聚合物的结晶度对密度、力学强度和延展性的影响（4.11和8.18节）。
2.交联度对橡胶类材料的刚度的影响。
学习重点：仔细学过这一章后，你应当掌握以下内容：1.根据聚合物的链结构描述典型的聚合物分子，并且知道如何从基元的重复构成聚合物分子。
2.画出聚乙烯、聚氯乙稀、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚酯分子的单体结构。
3.计算数均分子量和质均分子量，已知某聚合物的数均和质均聚合度。
4.命名和简要描述：（a）四种基本类型的聚合物分子结构；（b）三种类型的立体异构；（c）两种类型的几何异构；（d）四种类型的共聚物。
5.说明热塑性和热固性聚合物的分子结构和性能上的差异。
6.简要描述聚合物中的结晶态。
7.简要描述/画出半结晶聚合物的球状结晶。
4.1引言天然产的聚合物——那些从植物和动物身上提取的物质，已经被人类使用了许多个世纪；这些材料包括木材、橡胶、棉花、羊毛、皮革和丝绸。
其它天然聚合物如蛋白质、酶、淀粉和纤维素在植物和动物的生物学和生理学上是很重要的。
现代科学研究手段已经能够测定这类材料的分子结构、以及从小的有机分子合成和开发出许多新的聚合物材料。
我们现在使用的许多塑料、橡胶和纤维是人工合成的聚合物材料。
事实上，从二战结束以来，由于人工合成聚合物的出现，材料世界发生了革命性的变化。
这些合成材料生产成本低，性能优于它们的天然同类产品。
在一些过去使用金属和木材的场合，现在已经被性能更好更便宜的塑料所取代。
正如金属和陶瓷材料，聚合物的性质与材料的结构和组成有关。
本章将探讨聚合物材料的分子和晶体结构；第8章将讨论聚合物结构和力学性质间的关系。
4.2碳氢分子因为大多数聚合物是有机物，这里我们简要叙述有关它们的分子结构的一些基本概念。
首先，许多有机材料是碳氢化合物，即它们是由碳和氢元素构成的。
其次高分子材料分子内的键是共价键。
同济大学材料学院821专业课辅导讲义1
绪论1. 材料和材料科学的定义：材料：具有在特定条件下使用要求的形态和物理状态的物质（不包含燃料、化工原料或产品、食品和药品）。
材料科学：研究材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系及变化规律的一门学科。
材料科学的内涵：核心问题是材料的组织结构与性能以及两者之间的关系。
2. 材料科学与工程的四要素模型及四要素之间的关系：材料的成分与结构是影响其各种性质的直接因素，加工过程通过改变材料的成分与结构从而影响其性质。
例如铁碳合金，不含碳时，即纯铁，延展性好但强度低；含碳量较低时，称之为钢，钢中含碳量增加，强度硬度上升，但塑性韧性下降。
由同一元素碳构成的不同材料如石墨和金刚石,也有着不同的性能。
结构与成分是材料研究的核心，性质是落脚点，根据材料的性质可以确定其使用效能，例如金属具有刚性和硬度，可做结构材料。
材料的制备/合成和加工不仅赋予材料一定的尺寸和形状,而且是控制材料成分和结构的必要手段。
如钢材可以通过退火、淬火、回火等热处理来改变它们内部的结构而达到预期的性能,冷轧硅钢片经过复杂的加工工序能使晶粒按一定取向排列而大大减少铁损。
3. 材料结构层次与材料结构和性能的关系：①原子结构②结合键内部结构③原子排列方式（晶体、非晶体）④显微组织⑤宏观组织（肉眼可见）讨论结构对性能的影响关系：①原子结构②结合键③原子排列方式④显微组织和缺陷 Eg.1 结合键受到原子结构影响，易失去电子的元素形成金属键，结合键为金属键，导致原子趋于紧密堆积，电子共有化使得受力形变时金属键不至于破坏，故而有很好的延展性。
Eg.2 组织是指金相观察方法观察材料内部时看到的涉及晶粒大小、方向、形状、排列方式等组成关系的组成物。
如铁素体和珠光体。
材料热处理加工导致组织结构变化，其力学性能也有所差异。
4. 材料选择的基本原理①性能使用性原则：根据工作环境条件，按照材料的性能指标来选择相应的适用材料。
②失效性选择原则：对服役后失效的材料进行失效原因、解决对策分析，选择新的适用材料。
材料科学与工程导论
材料科学与工程导论1. 引言材料科学与工程是研究材料的组成、结构、性能和制备工艺的学科。
它涉及到许多领域，如化学、物理、生物学和工程学等。
材料科学与工程的开展对现代社会的各个方面都具有重要的意义，包括能源、环境、医疗、电子等。
2. 材料的分类根据材料的性质和组成，可以将材料分为金属、陶瓷、聚合物和复合材料四大类。
金属材料具有良好的导电性和导热性，常见的金属材料有铁、铜、铝等。
陶瓷材料具有高的硬度和抗腐蚀能力，常见的陶瓷材料有瓷器、玻璃等。
聚合物材料具有良好的可塑性和绝缘性能，常见的聚合物材料有塑料、橡胶等。
复合材料是由两种或更多种材料组合而成，具有综合性能优于单一材料。
3. 材料的性能材料的性能是指材料在特定条件下所表现出的特性。
常见的材料性能包括力学性能、热性能、电性能、磁性能等。
力学性能包括强度、韧性、硬度等。
热性能包括热导率、热膨胀系数等。
电性能包括导电性、介电常数等。
磁性能包括磁导率、磁饱和磁感应强度等。
4. 材料的制备工艺材料的制备工艺是指将原始材料经过一系列加工和处理步骤转变为所需的最终产品的过程。
常见的材料制备工艺包括熔炼、成型、烧结、合成等。
熔炼是将固态材料加热至熔点并冷却固化的过程。
成型是将熔融或可塑性材料加工成所需形状的过程。
烧结是将粉末材料在高温条件下进行烧结以获得致密结构的过程。
合成是在化学反响条件下将原始物质转化为目标材料的过程。
5. 材料科学的应用材料科学的应用非常广泛，几乎涉及到所有的工业和技术领域。
在能源领域，材料科学的应用可以提高电池的储能密度和光伏电池的效率。
在汽车领域，材料科学的应用可以降低汽车的重量和提高汽车的平安性能。
在医疗领域，材料科学的应用可以改善医疗器械的生物相容性和可植入性。
在电子领域，材料科学的应用可以制备出更小、更快、更节能的电子设备。
6. 材料科学的开展趋势随着科学技术的不断开展，材料科学也在不断进步。
未来的材料科学开展将更加注重材料的可持续开展和综合性能的提升。
高分子的多组分体系
嵌段共聚物中的微相分离
将两种聚合物用化学键连接起来，从而提高其 相容性由于化学键的存在，两种聚合物不可能在很 大尺寸上分相，若分相，相界面也有足够的黏结力
4.3.2 嵌段共聚物的溶液性质 临界胶束浓度 CMC
表面活性剂浓度变大 临界胶束浓度 CMC
嵌段聚合物胶束内部示意图
本章总结
高聚物共混物的定义、目的和意义 相容性的概念 IPN 微相分离
衡量聚合物相容性的三种定义
（1）热力学角度：指不同聚合物在分子尺度上的混容； （2）相结构大小：两种聚合物混合时没有明显相分离； （3）共混物性能：聚合物的共混物具有所希望的性质。
聚合物共混物相容性概念
所谓聚合物之间的相容性（Miscibility），从 热力学角度而言，是指在任何比例混合时，都能 形成分子分散的、热力学稳定的均相体系，即在 平衡态下聚合物大分子达到分子水平或链段水平 的均匀分散。
4.0 3.9 3.8 3.7 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 3.0 2.9 2.8 2.7 2.6 2.5
Chemical shift /ppm
Synthesis of EDA-CD
p-TsCl, pyridine
OTs OTs
EDA
α-CD β-CD
r.t. 1.5h
p-TsCl: p-toluenesul fonyl chloride;
Ｏ
Ｏ
+
EDA-α-CD EDA-β-CD
(OCH2CH2)nO
PEO-epoxy
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酸酯是基体，丁腈橡胶是流动改性剂，MBS是抗冲
改性剂。
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第一章 绪论
4. 聚合物共混可满足某些特殊性能的需要，制备
一系列具有崭新性能的高分子材料。 为制备耐燃高分子材料，可使基体聚合物与含卤
素的耐燃聚合物共混；
为获得装饰用具有珍珠光泽的塑料，可将光学性 能差异较大的不同聚合物共混； 将抗张强度较悬殊且混溶性欠佳的两种的树脂共 混后发泡，制成多层多孔材料，具有美丽的自然木
为同系聚合物共混物。
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第一章 绪论 聚合物共混物的表示方法： 举例：
二元聚合物共混物： A/B （ X/Y ），其中 A 为基 聚丙烯 / 聚乙烯（ 85/15 ），表示在聚丙烯中加 体树脂的名称， B为掺混入基体树脂中的另一聚合物 入聚乙烯，它们的重量比例为85:15； 的名称； X和 Y相应为 A及 B二种聚合物组分的重量分 聚丙烯 / 聚乙烯 / 乙丙橡胶（ 85/10/5 ），表示以 数。 聚丙烯为基体，另外两组分为聚乙烯和乙丙橡胶的 多元聚合物共混物的表示方法类推。 聚丙烯三元共混物，三者的重量比依次为85:10:5。
大量的出现，是单组分聚合物所难以做到的。
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第一章 绪论
6、工艺方便，研制速度快、投资低。
与研制一种新型均聚物或共聚物相比，研制一种 新型聚合物共混物的速度快得多，投资也低得多。因 此聚合物共混物的发展十分迅速。近年来塑料工业的 年增长速率为2～4%、而聚合物共混物的年增长速率
为 9 ～ 11% ，工程聚合物共混物的年增长速率则高达
第一章 绪论
1.3.3 互穿网络聚合物
互穿网络聚合物，简称为 IPN ，是用化学方法将 两种或两种以上的聚合物互贯穿成交织网络状的一类 复相聚合物共混材料， IPN 技术是制备聚合物共混物 的重要方法。
互穿网络聚合物从制备方法上接近于接技共聚 —
共混法，从相间化学结构看则接近于机械共混法。因
此，可，聚苯乙烯、聚氯乙烯等硬脆性聚合物中 掺入10％～20％的橡胶类聚合物可使其抗冲击强度 提高2～10倍。
乙烯—醋酸乙烯共聚物可用作聚氯乙烯的长效
增塑剂等。
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第一章 绪论
3. 通过共混可改善某些聚合物的加工性能。
难熔难溶的聚酰亚胺与熔融流动性良好的聚苯 硫醚共混后可以进行注射成型。 为改进聚碳酸酯的流动性能可采用三元共混的 方法。如聚碳酸酯/丁腈橡胶/MBS体系。其中聚碳
出性能更为优良的或更有特色的聚合物共混物；例如
分散相层片化赋予聚合物共混物以某种新功能（阻隔
性、抗静电性等）；少量起增韧作用的弹性体在形态 中的网络化显著提高了其对脆性基体的增韧效果；结 晶聚合物与非结晶聚合物或其他结晶聚合物共混，使 其球晶细化，从而增加了韧性。通过这些研究，使人
们对聚合物共混物形态结构的认识有了新的发展。
可能由于剪切作用使大分子断裂，产生大分子自由
基，从而形成嵌段或接枝共聚物。
4
第一章 绪论
—— 聚合物1，……… 聚合物2 (a) 机械共混物；(b) 接枝共聚物；(c) 嵌段共聚物；(d) 半IPN；(e) IPN；(f) 交联聚合物
图1—1 两种聚合物组分之间组合方式示意图
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第一章 绪论
两个基本概念：
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第一章 绪论
2. 聚合物共混物增韧机理研究的进展
70年代以前，橡胶增韧聚合物及其增韧机理主 要偏重于对脆性聚合物基体的研究。80年代以来， 对韧性聚合物基体的增韧机理加强了研究。认为塑 性形变（剪切带）和银纹化是塑料增韧的主要原因。
近年来，对刚性聚合物粒子增韧塑料及其机理
的研究颇为活跃，形成了一个新的研究领域。
达13～17%。
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第一章 绪论
1.3 多组分聚合物的制备方法
1.3.1 物理共混法
又称机械共混法。 将不同种类聚合物在混合（或混炼）设备中实现 共混。包括混合作用和分散作用。 通过混合机械供给的能量（机械能、热能等）的 作用，使被混物料粒子不断减小并相互分散，最终形 成均匀分散的混合物。 对流和剪切两种作用为主，扩散作用为辅。
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第一章 绪论
聚合物共混物的类型：
按热力学相容性分类：均相和非均相共混物；
按组成分类：橡胶增韧塑料、塑料增强橡胶、橡
非均相聚合物共混物是指共聚物各组分间是分相的， 胶与橡胶或塑料与塑料共混 等； 共混的结果是使一些重要性质趋于平均化，共混物 存在两相或多相结构。大多数聚合物共混物都是这种类 的性能介于各均聚物性能之间。 按组分间有无化学键分类：物理共混物、化学共 型。 PS/PPO （聚苯醚）、 PVC/PCL （聚己内酯）以及 典型代表：聚苯乙烯和聚丁二烯的HIPS。 混物（接枝共聚物、嵌段共聚物、互穿网络聚合物、 PVC和一系列聚丙烯酸酯形成的共混体系
相容性（miscibility ）：表示两种热力学相互溶 即使热力学不相容的共混体系，依 解（共混时，混合自由能ΔGm＜0）； 靠外界条件实现了强制的、良好的分散 混溶性（compatibility ）：以是否能获得均匀和 混合，得到了力学性能优良且稳定的聚 稳定的形态结构的共混体系为判据，而不论共混体系 合物共混物，就可谓之为混溶性好。 是否热力学相互溶解 。 具有工程上的含义，因此也被称为“工程 相容性”或“工艺相容性”。
一些重要的聚合物共混材料，如抗冲聚苯乙烯（ 包括接枝共聚 —共混法和嵌段共聚—共混法。 HIPS）、 ABS制得的共混物中通常包含 树脂、MBS树脂等，都是采用这种方法制备的。 3种组分：聚合物1、聚合物2以 及聚合物 2 在聚合物 1 上的接枝共聚物或聚合物 1与聚合物 2 的 嵌段共聚物。
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3、共聚—共混
17
第一章 绪论
主要的物理共混方法：
1、干粉共混法 2、熔体共混法 4、乳液共混法
烈的机械剪切作用下，也能使少量聚合物降解，产生大 亦称熔融共混法，是将各聚合物组分在加热至粘流温度 分子自由基，继而形成接枝或嵌段共聚物。因此机械共 以上进行剪切、分散、混合以制备聚合物共混物的方法。 混过程中往往伴随一定的力化学过程。 共混效果好、适用面广，目前实验室和工业生产中最常采 用。 主要设备：两辊炼胶机、密炼机和双螺杆挤出机等。
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第一章 绪论
1.4 多组分聚合物的研究热点
近年来，有关聚合物共混改性的理论研究和工业 实践十分活跃，仅全世界每年公布的相关国际专利平
均达4500项，研究论文更多。
纵观国内外关于聚合物共混改性领域的文献报
道，可归纳出下述一些最新动态。
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第一章 绪论
1. 形态结构研究方面的进展 通过对聚合物共混物形态结构的控制，设计制造
纹，可代替木材使用。
14
第一章 绪论
5. 有利于聚合物产品的多品种与系列化。
例如ABS塑料可以通过本体悬浮法、乳液法、共 聚—共混法以及机械共混法等不同方法制备，组分比
例、形态结构和橡胶粒子尺寸都有差别，产品性能也
不一样。因此，ABS的牌号、品种特别多。 ABS还可与多种聚合物共混组成多元共混物，例 如：ABS/PVC、ABS/PC、 ABS/PA、 ABS/聚砜、 ABS/聚氨酯、ABS/PMMA等。这种多系列、多品种
3
第一章 绪论
聚合物共混物与共聚物（无规和交替）的区别：
前者的聚集态中一般存在明显的相分离结构，而
后者则不存在。 为强化共混聚合物组分之间的界面 共混物和共聚物之间又密切相关。即使在以物理 粘接而采用的反应增容措施，也会在组 方法制备的聚合物共混物中，不同聚合物大分子之间 分之间引入化学键。 也难免有少量化学键存在，例如在熔融混炼过程中，
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第一章 绪论
3. 增容技术的进展 70年代以后，除了非反应型增容剂不断扩展品种
和应用外，反应型增容剂如雨后春笋般涌现。由此促
进了许多不相容共混体系的相容，并为开发一系列新 型高分子合金奠定了基础。 4. 其他 新型高分子合金及其技术研究的热点还有各类
IPN 技术，动态硫化技术，反应性挤出技术、分子复
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3、溶液共混法
在机械共混过程中，一般仅发生物理变化。但在强
第一章 绪论
1.3.2 化学共混法
以化学方法制备多组分聚合物包括以下几种类型： 1、嵌段共聚
性，增强了相之间的作用力，因此，共聚—共混法制得的聚
2、接枝共聚
接枝或嵌段共聚物的存在改善了聚合物1和2之间的混溶
合物共混物，其性能优于机械共混物。
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第一章 绪论
共混组分中有共聚物时的表示方法：
A/B＝m:n（X/Y），其中B为共聚物，其分子链 中两种结构单元质量比为m:n。
举例：
聚氯乙烯/苯乙烯—丙烯腈＝75:25（95/5），表示 在95份重的聚氯乙烯中掺入5份重的苯乙烯—丙烯腈 共
聚物，此共聚物链节中含有75份苯乙烯和25份丙烯腈。
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多组分聚合物结构与性能
材料科学与工程学院
王国建 教授
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第一章 绪论
1.1 基本概念
多组分聚合物（Multicomponent Polymer）：
两种或两种以上聚合物通过物理或化学的方法混
合而成的宏观上均匀、连续的固体高分子材料。 其他名称：“高分子合金（Polymer Alloy）”、
“聚合物共混物（polymer Blend）等。
交联型共混物）。
7
第一章 绪论
★ 以工程塑料为基体或具有工程塑料特性的聚合物
共混物，称为工程聚合物共混物；
★ 具有某种特殊功能（如抗静电性、高阻隔性、离子
交换性等）的聚合物共混物，称为功能聚合物共混物。
★ 同一系列聚合物的共混物（如HDPE与LDPE共混
物或同一种聚合物不同分子量品级之间的共混物常称
2
第一章 绪论
多组分聚合物的范围：
聚合物混合物、接枝共聚物、嵌段共聚物、互穿
按此概念，那些相容性很不好，形态结构 网络聚合物（ IPN），甚至含有晶相与非晶相的均聚 物、含有不同晶型结构的结晶聚合物。 呈亚微观非均相或宏观相分离的聚合物共混物 并没有得到完全统一 在科学研究领域中，通常将具有良好相容性的多 不属于高分子合金之列。 组分聚合物体系称为聚合物合金，其形态结构应为均 相或微观非均相。