高分子材料剖析概论
高分子材料概论
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
1400
发动12机00工作温度（现℃代）涡轮喷气发动机
1000
800
600
蒸汽机
400
200
30年代气冷式航空发动机
0 1900
1920
1940
1960
1980
2000
年份
在本世纪内由于采用了现代材料使发动机工作温度急剧上升， 因而发动机的理论效率大大提高。
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
2
陶瓷
1.8
1.6
1.4
1.2
1
1750
1800
1850
1900
1950
2000
年份 高速钢
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
6
悬浮
5
磁分离 列车
装置
4
小型
中容量永磁飞轮
3 产生磁场/T
2 液氢 制品
1 搬运 装置
研究用 马达
电流 磁体 料品制 引线 液体燃
小容量永磁飞轮
磁屏蔽 悬浮
发动机
轴承
发动 机
新材料是经济和社会发展的基础和先导
新材料技术是工业革命和产业发展的先导 新材料技术是社会现代化的先导 新材料技术是一切工业发展的关键共性基础
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
两次工业革命都是以新材料的发明和广泛应用为先导
第一次工业革命（18世纪）：制钢工业的发展为蒸 汽机的发明和应用奠定了物质基础。
材料在人类社会发展进程中的地位和作用
材料是人类社会进步的里程碑
材料是经济和社会发展的基础和先导 新材料技术是工业革命和产业发展的先导 新材料技术是社会现代化的先导 新材料技术是一切工业发展的关键共性基础
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。
05
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。
高分子材料定义
高分子材料定义
高分子材料是由大量重复单元构成的一类材料，其分子量通常较大，具有高分子量的特点。
高分子材料是由许多单体分子通过共价键或者物理吸附力等方式连接在一起形成的聚合物，因此也被称为聚合物材料。
高分子材料在我们的日常生活中无处不在，例如塑料制品、橡胶制品、纤维材料等都属于高分子材料的范畴。
高分子材料通常具有以下特点：
首先，高分子材料具有较高的分子量。
其分子量通常在10^3到10^7之间，甚至更高。
这种高分子量使得高分子材料在物理性能上具有独特的优势，如强度高、韧性好等。
其次，高分子材料具有较高的柔韧性和变形能力。
这是由于高分子材料分子链的柔性和可延展性所决定的。
这种特性使得高分子材料可以被加工成各种形状，广泛应用于工业制品、日用品等领域。
此外，高分子材料还具有良好的耐磨损性和耐腐蚀性。
这使得高分子材料在各种恶劣环境下仍能保持较好的性能，延长使用寿命。
另外，高分子材料还具有较好的绝缘性能和吸音性能。
这些特性使得高分子材料在电子、建筑等领域有着广泛的应用。
总的来说，高分子材料是一类具有重要意义的材料，在现代工业和日常生活中有着广泛的应用。
随着材料科学的不断发展，高分子材料的种类和性能也在不断提升，为人类社会的发展做出了重要贡献。
电子教案与课件：《高分子材料概论》 第七章 聚合物共混物
第七章 7.2 聚合物共混物的相容性
7.2.1基本概念 相容性是聚合物共混体系的最重要特性。共混过程实施的难易、共混物的形态与性能，都与共混组分之间的相容性 密切相关。聚合物的共混物的相容性（compatibility）起源于乳液体系各组分相容的概念，是指共混物各组分彼此相互 容纳、形成宏观均匀材料的能力。不同聚合物对之间相互容纳的能力，有着很大差别。聚合物之间的互溶性 （miscibility）亦称混溶性，与低分子物中溶解度（solubility）相对应，是指聚合物之间热力学上的相互溶解性。热力 学混溶性是指在任意比例时都能形成均相体系的能力。早期的共混理论研究发现，可以满足热力学相容的聚合物配对， 实际上相当少。此后，研究者不再局限于热力学相容体系，研究内容包括相分离行为和部分相容两相体系的相界面特性
第七章 7.2 聚合物共混物的相容性
7.2.5 相容性研究方法 研究聚合物之间相容性的方法很多。前面已述及以热力学为基础的溶解度参数（δ）及Huggins—Flory相互作用参数 χ12来判断互溶性。除热力学方法外，还可用玻璃化转变温度（Tg）法、平衡熔点法、聚合物相图、红外光谱法、电镜 法、界面层厚度法、界面张力测定法、共混物薄膜透明度测定法、共同溶剂法、粘度法等来研究聚合物共混物的相容性。 7.2.5.1 玻璃化转变温度法测定聚合物－聚合物的互溶性 7.2.5.2 平衡熔点法 7.2.5.3 浊点法
第七章 7.4 聚合物共混物的性能
7.4.4 流变性能 聚合物共混物的熔体粘度一般都与混合法则有很大的偏离，常有以下几种情况。 （1）小比例共混就产生较大的粘度下降，例如聚丙烯与聚（苯乙烯-甲基丙烯酸四甲基哌啶醇酯）（PDS）共混物和 EPDM与聚氟弹性体Viton共混物的情况。 （2）由于两相的相互影响及相的转变，当共混比例改变时，共混物熔体粘度可能出现极大值或极小值。 （3）共混物熔体粘度与组成的关系受剪切应力大小的影响。 （4）单相连续的共混物熔体，例如橡胶增韧塑料熔体，在流动过程中会产生明显的径向迁移作用，即橡胶颗粒由器 壁向中心轴方向迁移，结果产生了橡胶颗粒从器壁向中心轴的浓度梯度。一般而言，颗粒越大、剪切速率越高，这种迁 移现象就越明显，这会造成制品内部的分层作用，从而影响制品的强度。
功能材料概论(功能高分子材料)
4. 应用 可用于加氢、硅氢加成、氧化、环氧化、不对称加成等等。
9.3 固定化酶
9.3.1 固定化酶的优点
酶是一种分子量适中的蛋白质，由各种氨基酸连接而成，存在于 所有活细胞中，是生命过程中化学反应中的天然催化剂，在生物 体内进行的化学反应，几乎全部是由酶催化的。
将生物活性酶用人工方法固定于载体上，使之不溶于水，同时仍 具有催化功能。
9.3.3 固定化酶的应用
在酶的固化研究中人们最关心的有两方面：一是酶经过固化后能否 保持高活性和高选择性。二是通过酶的固化能否使其扩大使用范围、 简化操作、降低成本 固定化后酶的活性取决于酶本身原有的活性和固化时采用的方式方 法，以及所用载体的化学结构和物理形态。 活性：一般情况下，酶经固定后，其其活性或多或少都有所降低。 原因：酶在固化过程中，活性酶中一部分氨基酸的氨基或羧基参与 固化而是使酶的结构在一定程度上受到破坏，因此在固化过程中酶 蛋白的高次结构也会有所变化 选择性：酶固化后形成的高分子效应对酶的选择性也会有一定程度 的影响 这也是虽然固化酶有许多优点，但是在工业上的广泛应用仍受到许 多限制的原因之一。
特点：（1）能吸收大量的水和其它极性溶剂（磺酸基） （2）热稳定性和化学稳定性好（氟碳骨架）
2. 阴离子交换树脂
阴离子交换树脂与阳离子交换树脂具有同样的有机骨架，只是所 联的活性基团为碱性基团。
高分子材料的基本概念
纤 维
性 质 和 用 途 橡 胶 涂 料
纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100 倍。
具有可逆形变的高弹性材料。
涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和 保护作用的聚合物材料。
能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在 一起的聚合物材料。 具有特殊功能与用途但用量不大的精细 高分子材料。
胶粘剂
功能高分子
(三) IUPAC系统命名法 (1) 确定重复结构单元；
(2) 按规定排出重复结构单元中的二级单元循序：规定主 链上带取代基的C原子写在前，含原子最少的基团先写；
(3) 给重复结构单元命名：按小分子有机化合物的IUPAC 命名规则给重复结构单元命名； (4) 给重复结构单元的命名加括弧，并冠以前缀“聚”。 括弧必不可少
CH3CH2-(CH2CH2)n-CH2CH3
(四)单体单元 聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的结构单元。 (五)聚合度 单个聚合物分子所含单体单元的数目。
聚合物
聚对苯二甲酸乙二酯， 涤纶，PET
HO O (C O C OCH2CH2O ) n HO O C
单
O C
体
+ OH HOCH2CH2OH
单体单元
O C O C
聚合度
2n n
OCH2CH2O O C O C OCH2CH2O
O C
O C OCH2CH2OH
（六）均聚物
由一种（真实的、隐含的或假设的）单体聚合而成的聚合物。 如： CH2CH 氯乙烯单体 Cl
O C O C OCH2CH2O
由对苯二甲酸和乙二醇反应 生成的“隐含单体”： HOቤተ መጻሕፍቲ ባይዱC-Ph-COOCH2CH2OH “假设单体”：乙烯醇
高分子材料的剖析(沐风教学)
教育专类
1
参考资料
1、实用傅里叶变换红外光谱学 林水水 吴平平 周文敏等编著 中国环境科学出版社（1991）
2、近代傅里叶变换红外光谱技术及应用 吴谨光主编 科学技术出版社（1994）
3、红外光谱法在高分子研究中的应用 沈德言编著 科学技术出版社（1982）
4. 热分析及其应用 陈镜泓等编著 科学技术出版社(1985)
L 样品厚度
这是红外光谱用作定量分析的依据。
教育专类
21
红外吸收光谱的特点-3
4.红外吸收峰Leabharlann 加和性，几种组成组成的高分子材料，在IR谱图 中均同时出现，如在某一波数有共同吸 收，则该峰为 n 个组分吸收的加和。
这影响了红外光谱的定性和定量分析。 材料各组分，需要分离。
教育专类
22
四、红外光谱法的优点-1
3)寻找国产和国外同类产品的差距原因， 为提高我国产品的质量。
2. 刑事侦察工作、考古工作；
教育专类
5
高分子材料的剖析的意义-3
3.科研与生产中产品的分析鉴定；
1) 对反应原料及产物的分析，协助生产 部门控制原料质量，了解反应程度，反 应速度，产品是否需要纯化，纯化效果 如何，从而指导反应条件和生产工艺的 正确制定。
如某化学链振动与偏振光的振动方向相同，
吸光度就增加，峰就增强，如反之则下降。
4.红外光的二向色比：
3）柱层析法：
a.使样品溶于少量溶剂，移到装有Al2O3 的柱子上分离；
b. 以高分子的沉淀剂淋洗，小分子增塑
剂流出柱子；
c. 小分子除去后，改用高分子溶剂淋洗，
高分子成分也流出粒子；
d. 如有几种小分子或几种高聚物可以逐
第一章 高分子材料概论 (修改版)
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。
高分子化学：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。
高分子物理：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。
高分子加工：研究聚合物加工成型的原理与工艺。
高分子科学简史：Hermann Staudinger : 把“高分子”这个概念引进科学领域，并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系（1953年诺贝尔奖）。
Carothers : 建立缩聚反应理论。
Karl Ziegler, Giulio Natta : 乙烯、丙烯配位聚合（1963年诺贝尔奖）Paul J. Flory : 聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系（1974年诺贝尔奖）。
Hideki Shirakawa, Alan G. MacDiarmid, Alan J. Heeger ：对导电聚合物的发现和发展（2000年诺贝尔奖）。
第一章：第一节高分子的概念：由若干原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万相对分子质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子，称为高分子、大分子或聚合物。
聚合物有其独特的分子链结构和聚集态结构，因此具有与小分子化合物、金属材料和无机非金属材料截然不同的物理和化学行为。
高分子基本概念：也叫聚合物分子或大分子，具有高的相对分子量，其结构必须是由多个重复单元所组成，并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来。
重复结构单元，也称链节—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。
分为四类：如丙烯结构单元：组成高分子链的那些最简单的反复出现的结构式，通常与合成它们的单体相似或相关。
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
2020/10/17
2020/10/17
2020/10/17
2020/10/17
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