高分子材料分类与特性
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高分子材料分类和特性
第一章 绪论
高分子材料发展史 高分子材料分类与特性
塑料 橡胶 纤维 涂料 黏合剂 聚合物基复合材料 聚合物合金 功能高分子材料
第一章 绪论
高分子材料的成型加工
✓ 挤出成型 ✓ 注射成型 ✓ 吹塑成型 ✓ 压制成型
§1.1 材料与材料科学
材料是一个国家科学技术水平、经济发展水平和人民生 活水平的重要标志，也是一个时代的重要标志。人类社会的 发展史事实上也是一部材料的发展史，材料与人类的发展和 进步息息相关，材料的每一次重大发现及其大量制造和使用， 推动人类社会向更新更高的阶段发展。
的， 并符合社会的规范和具有可持续发展性。
作为材料，必须具备如下特点： ✓ 一定的组成 ✓ 可加工性 ✓ 现状保持性 ✓ 使用性能 ✓ 经济性 ✓ 再生性
从以上的分析可见，材料与物质是两个不同的概 念，材料总是和一定的用场相联系的。
材料按用途可分为结构材料和功能材料。结构材料主要 是利用材料的力学和理化性质，广泛应用于机械制造、 工程建设、交通运输和能源等各个工业部门。功能材料 则利用材料的热、光、电、磁等性能，用于电子、激光、 通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。功能材料 的最新发展是智能材料。
材料按化学组成的不同，可分为金属材料、无机非金属 材料、有机高分子材料和复合材料。
材料的分类
金属材料又分为黑色金属和有色金属。黑色金属通常包括 铁、锰、铬以及它们的合金。除黑色金属以外的其他各种 金属及其合金都称为有色金属。为了发展航空、火箭、宇 航、舰艇、能源等新技术工业，需要研制具有特殊性能的 新型金属材料。 无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，包括陶瓷、玻璃和 水泥。新近发展起来的特种陶瓷，成分扩展到纯的氧化物、 碳化物、氮化物和硅化物。此外半导体材料也属于无机非 金属材料。
高分子材料是一类合成材料，主要有塑料、合成纤维 和合成橡胶，此外还有涂料和胶粘剂等。这类材料具 有优异的性能，如较高的强度、优良的塑性、耐腐蚀、 不导电等，发展速度很快，已部分取代了金属材料。 合成具有特殊性能的高分子材料是其发展方向。
复合材料是由金属材料、陶瓷材料和高分子材料复合 组成的。复合材料的强度、刚性和耐腐蚀性等比单一 材料更为优越，是一类具有广阔应用发展前景的新型 材料。
高分子材料发展史大事记
15世纪 美洲玛雅人用天然橡胶做容器，雨具等生活用品。 1869 美国的海厄特(John Wesley Hyatt,1837-1920) 把硝
化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热，制造 出了第一种人工合成塑料“赛璐珞”(cellulose)。 1887 Count Hilairede Chardonnet用硝化纤维素的溶液进 行纺丝，制得了第一种人造丝。 1909 美国人贝克兰(Leo Baekeland)用苯酚与甲醛反应制 造出第一种完全人工合成的塑料--酚醛树酯。 1920 施陶丁格(Hermann Staudinger)发表了“关于聚合反 应 “(UberPolymerization)的论文提出：高分子物质 是由具有相同化学结构的单体经过化学反应(聚合)， 通过化学 键连接在一起的大分子化合物，高分子或 聚合物一词即源于此。 1926 瑞典化学家斯维德贝格等人设计出一种超离心机， 用它测量出蛋白质的分子量：证明高分子的分子量 的确是从几万到几百万。
1926 美国化学家Waldo Semon合成了聚氯乙烯，并于 1927年 实现了工业化生产。
1930 苯乙烯(PS)发明。Fra Baidu bibliotek1932 施陶丁格(Hermann Staudinger)总结了自己的大分子理
论，出版了划时代的巨著《高分子有机化合物》成为高分 子化学作为一门新兴学科建立的标志。 1935 杜邦公司基础化学研究所有机化学部的卡罗瑟斯(Wallace H. Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼龙。尼 龙在1938年实现工业化生产。 1930 德国人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。 1940 英国人温费尔德(T.R.Whinfield,1901-1966)合成出聚酯纤 维(PET)。1940Peter Debye发明了通过光散射测定高分 子物质分子量的方法。 1948 Paul Flory建立了高分子长链结构的数学理论。 1950 德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta) 分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯 1955 美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯，首次用化
几百万年来，人类已经跨越了石器时代，青铜器时代， 铁器时代，以水泥、玻璃、塑料、橡胶为代表的非金属时代， 21世纪将以复合材料和功能材料为特色。
材料的涵义
具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理 性状的物质称为材料。
材料包含有四个要素：材料的制备（加工）、材 料的结构、材料的性能和材料的使用性能。这四个 要素是相互关联、相互制约的，如下图所示：
创立高分子化学的施陶丁格 Hermann Staudinger 1881-1965
施陶丁格的成长史 1881年3月23日，海尔曼·施陶丁格出生在德国的弗尔姆斯。他父 亲是新康德派的哲学家。中学毕业后，他考入哈勒大学学习植物学。 1903年，他完成了关于不饱和化合物丙二酸酯的毕业论文，从达姆 大学毕业。接着又来到施特拉斯堡，拜著名的有机化学家梯尔为师 继续深造。1907年，以他在实验中发现的高活性烯酮为题完成了博 士论文，获得了博士学位。同年他被聘为卡尔斯鲁厄工业大学的副 教授。5年后他被楚利希联邦工业大学聘任为化学教授。在这里他 执教了14年，这期间的教学和研究使他熟悉了化学，特别是有机化 学的各个领域和一些新的理论，为他顺利开展科学研究奠定了扎实 的基础。也在这期间，他投入了上述关于高分子组成、结构的学术 论战。1926年，他为了有更充裕的时间，进行更多的实验来验证他 的大分子理论，他应聘来到布莱斯高的符来堡专心从事科学研究。 在符来堡他度过了他的后半生，许多重要的科研成果都是在这里完 成的。为了配合高分子科学的发展，1947年起他主持编辑了《高分 子化学》这一专业杂志。他晚年的兴趣主要在分子生物学的研究， 由于年事已高，成果不多，但是培养了许多高分子研究方面的人才，
使用性能（物理）
合成/加工 （工程）
性质（化学）
结构/成分 （物理）
在上图中： ➢ 材料的性质与现象是新材料创造、发展及生产过程中人们
最关注的中心问题。 ➢ 材料的结构与成分决定了它的性质和使用性能，也影响着 它的加工性能。而为了实现某种性质和使用性能，又提出 了材料结构与成分的可设计性。 ➢ 材料的结构与成分受材料合成和加工所制约。 ➢ 为完成某一特定的使用目而制造的材料，必须是最经济
第一章 绪论
高分子材料发展史 高分子材料分类与特性
塑料 橡胶 纤维 涂料 黏合剂 聚合物基复合材料 聚合物合金 功能高分子材料
第一章 绪论
高分子材料的成型加工
✓ 挤出成型 ✓ 注射成型 ✓ 吹塑成型 ✓ 压制成型
§1.1 材料与材料科学
材料是一个国家科学技术水平、经济发展水平和人民生 活水平的重要标志，也是一个时代的重要标志。人类社会的 发展史事实上也是一部材料的发展史，材料与人类的发展和 进步息息相关，材料的每一次重大发现及其大量制造和使用， 推动人类社会向更新更高的阶段发展。
的， 并符合社会的规范和具有可持续发展性。
作为材料，必须具备如下特点： ✓ 一定的组成 ✓ 可加工性 ✓ 现状保持性 ✓ 使用性能 ✓ 经济性 ✓ 再生性
从以上的分析可见，材料与物质是两个不同的概 念，材料总是和一定的用场相联系的。
材料按用途可分为结构材料和功能材料。结构材料主要 是利用材料的力学和理化性质，广泛应用于机械制造、 工程建设、交通运输和能源等各个工业部门。功能材料 则利用材料的热、光、电、磁等性能，用于电子、激光、 通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。功能材料 的最新发展是智能材料。
材料按化学组成的不同，可分为金属材料、无机非金属 材料、有机高分子材料和复合材料。
材料的分类
金属材料又分为黑色金属和有色金属。黑色金属通常包括 铁、锰、铬以及它们的合金。除黑色金属以外的其他各种 金属及其合金都称为有色金属。为了发展航空、火箭、宇 航、舰艇、能源等新技术工业，需要研制具有特殊性能的 新型金属材料。 无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，包括陶瓷、玻璃和 水泥。新近发展起来的特种陶瓷，成分扩展到纯的氧化物、 碳化物、氮化物和硅化物。此外半导体材料也属于无机非 金属材料。
高分子材料是一类合成材料，主要有塑料、合成纤维 和合成橡胶，此外还有涂料和胶粘剂等。这类材料具 有优异的性能，如较高的强度、优良的塑性、耐腐蚀、 不导电等，发展速度很快，已部分取代了金属材料。 合成具有特殊性能的高分子材料是其发展方向。
复合材料是由金属材料、陶瓷材料和高分子材料复合 组成的。复合材料的强度、刚性和耐腐蚀性等比单一 材料更为优越，是一类具有广阔应用发展前景的新型 材料。
高分子材料发展史大事记
15世纪 美洲玛雅人用天然橡胶做容器，雨具等生活用品。 1869 美国的海厄特(John Wesley Hyatt,1837-1920) 把硝
化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热，制造 出了第一种人工合成塑料“赛璐珞”(cellulose)。 1887 Count Hilairede Chardonnet用硝化纤维素的溶液进 行纺丝，制得了第一种人造丝。 1909 美国人贝克兰(Leo Baekeland)用苯酚与甲醛反应制 造出第一种完全人工合成的塑料--酚醛树酯。 1920 施陶丁格(Hermann Staudinger)发表了“关于聚合反 应 “(UberPolymerization)的论文提出：高分子物质 是由具有相同化学结构的单体经过化学反应(聚合)， 通过化学 键连接在一起的大分子化合物，高分子或 聚合物一词即源于此。 1926 瑞典化学家斯维德贝格等人设计出一种超离心机， 用它测量出蛋白质的分子量：证明高分子的分子量 的确是从几万到几百万。
1926 美国化学家Waldo Semon合成了聚氯乙烯，并于 1927年 实现了工业化生产。
1930 苯乙烯(PS)发明。Fra Baidu bibliotek1932 施陶丁格(Hermann Staudinger)总结了自己的大分子理
论，出版了划时代的巨著《高分子有机化合物》成为高分 子化学作为一门新兴学科建立的标志。 1935 杜邦公司基础化学研究所有机化学部的卡罗瑟斯(Wallace H. Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼龙。尼 龙在1938年实现工业化生产。 1930 德国人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。 1940 英国人温费尔德(T.R.Whinfield,1901-1966)合成出聚酯纤 维(PET)。1940Peter Debye发明了通过光散射测定高分 子物质分子量的方法。 1948 Paul Flory建立了高分子长链结构的数学理论。 1950 德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta) 分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯 1955 美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯，首次用化
几百万年来，人类已经跨越了石器时代，青铜器时代， 铁器时代，以水泥、玻璃、塑料、橡胶为代表的非金属时代， 21世纪将以复合材料和功能材料为特色。
材料的涵义
具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理 性状的物质称为材料。
材料包含有四个要素：材料的制备（加工）、材 料的结构、材料的性能和材料的使用性能。这四个 要素是相互关联、相互制约的，如下图所示：
创立高分子化学的施陶丁格 Hermann Staudinger 1881-1965
施陶丁格的成长史 1881年3月23日，海尔曼·施陶丁格出生在德国的弗尔姆斯。他父 亲是新康德派的哲学家。中学毕业后，他考入哈勒大学学习植物学。 1903年，他完成了关于不饱和化合物丙二酸酯的毕业论文，从达姆 大学毕业。接着又来到施特拉斯堡，拜著名的有机化学家梯尔为师 继续深造。1907年，以他在实验中发现的高活性烯酮为题完成了博 士论文，获得了博士学位。同年他被聘为卡尔斯鲁厄工业大学的副 教授。5年后他被楚利希联邦工业大学聘任为化学教授。在这里他 执教了14年，这期间的教学和研究使他熟悉了化学，特别是有机化 学的各个领域和一些新的理论，为他顺利开展科学研究奠定了扎实 的基础。也在这期间，他投入了上述关于高分子组成、结构的学术 论战。1926年，他为了有更充裕的时间，进行更多的实验来验证他 的大分子理论，他应聘来到布莱斯高的符来堡专心从事科学研究。 在符来堡他度过了他的后半生，许多重要的科研成果都是在这里完 成的。为了配合高分子科学的发展，1947年起他主持编辑了《高分 子化学》这一专业杂志。他晚年的兴趣主要在分子生物学的研究， 由于年事已高，成果不多，但是培养了许多高分子研究方面的人才，
使用性能（物理）
合成/加工 （工程）
性质（化学）
结构/成分 （物理）
在上图中： ➢ 材料的性质与现象是新材料创造、发展及生产过程中人们
最关注的中心问题。 ➢ 材料的结构与成分决定了它的性质和使用性能，也影响着 它的加工性能。而为了实现某种性质和使用性能，又提出 了材料结构与成分的可设计性。 ➢ 材料的结构与成分受材料合成和加工所制约。 ➢ 为完成某一特定的使用目而制造的材料，必须是最经济