高分子材料成型原理第一章2010

高分子材料成型原理(PrinciplesofPolymerMaterialsProcessing)关于课程新学期的全新课程合格本科毕业生的知识结构与能力基础理论、专业基础理论、专业知识与技术、工程设计与实践能力、创新能力、计算机和外国语等。——全国高等学校高分子材料与工程本科专业评估标准（草案）专业知识的重要性课程的性质与任务本课程为高分子材料与工程专业的专业主干课程在材料科学研究中，加工-结构-性质-性能关系是研究的终极目标，其中加工占据中心位置，东华大学将“高分子材料成型原理”列为专业的主干课程，是目光独到的一种定位。-----------教育部高等院校高分子材料与工程专业教学指导分委员会副主任国家教学名师北京化工大学教授励杭泉本课程的任务和教学目标：使学生掌握高分子材料的基本概念及其成型和后加工的基本原理，熟悉工艺条件与高分子材料结构与性能之间的关系；为学习“高分子材料成型工艺”、“高分子材料加工设备”等专业课程及今后在高分子材料领域的研究和开发打下良好的理论基础。与本课程密切相关的先修课程及预备知识先修课程：–物理化学–高分子化学–高分子物理–高等数学等预备知识：–高分子结构–高分子溶液热力学–高聚物分子运动的特点–高聚物的粘弹性与应力松弛–微积分本课程的主要内容•高聚物的熔融和溶解•混合•聚合物流体的流变性•化学纤维成型加工原理•塑料成型加工原理•橡胶成型加工原理•胶粘剂与涂料制备及应用原理教材《高分子材料加工原理（第二版）》沈新元主编中国纺织出版社普通高等教育“十一五”国家级规划教材2009年高等教育精品教材主要参考书①《高分子材料成型加工原理》，王贵恒主编，化学工业出版社②《高分子材料成型加工》，周达飞编，中国轻工业出版社③《聚合物加工原理》,Z.塔德莫尔编，化学工业出版社④PolymerProcessingFundamentals,EditbyTimA.Osswald,HanserPublishers①《高分子学报》②《高分子材料科学与工程》③《合成纤维》④《合成纤维工业》⑤《中国塑料》⑥《合成橡胶工业》⑦JournalofAppliedPolymerScience⑧Polymer相关杂志课程特点与教学要求1.实践性强高分子材料成型的实践性很强，而学生感性知识少.教学全过程要注意理论联系实际.2.内容更新快高分子材料成型的技术与工艺发展很快的实际，教学中要关注意学习学科发展动向.教学相长第一章绪论第一节高分子材料的基本概念和主要品种“高分子材料成型原理”之一、概述问题•1.什么是高分子?(复习)•2.什么是高分子材料?•3.什么是高分子材料加工?page132020/2/15Presentation基本概念1.高分子(高分子化合物,大分子,聚合物)(macromoleculecompound,macromolecule，polymer）：由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的分子量在一万以上的化合物。高分子(大分子)与聚合物的区别page142020/2/15Presentation2.高分子材料(PolymerMaterials）：“高分子材料”和“高分子”是有区别的。高分子材料是以高分子为基体组分的材料。高分子材料是组成相当复杂的一种体系。从应用的角度高分子材料分为为塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂、聚合物基复合材料等。不同类型的高分子材料需要不同的添加成分。page152020/2/15Presentation3.高分子材料加工(PolymerMaterialprocessing,Polymerprocessing）把高分子原材料经过通过一定的工艺手段转变成某种高分子材料制品的过程。page162020/2/15Presentation“高分子材料加工”和“高分子合成”是有区别的。高分子合成经过一定的途径,从气态、液态、固态的各种原料中得到化学上不同于原料的高分子材料.高分子材料加工经过加工,使高分子材料在物理上处于和原材料不同的状态(化学上相同).二、高分子材料的主要种类和概念按高分子的来源分类天然高分子材料（naturalpolymermaterials）合成高分子材料（syntheticpolymermaterials）按照材料的性能分类通用高分子材料（generalpurposepolymermaterials）量大、产值高、涉及面广泛、性能一般。属于传统材料、基础材料。新型高分子材料（advancedpolymermaterials）正在发展，且具有通用高分子材料所不具备的优异性能和应用前景。用量少、专一性、附加价值高高新技术发展与进步不可或缺的基石通用高分子材料纤维：一种细长形状（长径比10）、截面积较小(0.05mm2)的物体塑料：以合成（或天然）的高分子化合物为基本成份、在加工中通过塑化流动或原位聚合而成型的柔韧性或刚性固体高分子材料橡胶：以合成（或天然）的高分子化合物为基本成份的高弹性的高分子材料涂料：应用于物体表面并能结成坚韧保护膜的物质的总称胶粘剂：能把各种材料粘合在一起的物质基本概念(自学)课本（第一章第一节）国家精品课程网站（学习园地）三、新型高分子材料的主要种类和概念（一）高性能高分子材料指材料的机械性能、耐热性、耐久性、耐腐蚀性等性能有较大提高。主要的高性能高分子材料（1）特种工程塑料（高性能塑料）（2）特种合成橡胶（3）高强高模合成纤维及其它的特种合成纤维（二）功能高分子材料与常规高分子材料相比具有明显不同的物理化学性质，并具有某些特殊功的高分子材料.主要的高功能高分子材料物理功能材料化学功能材料物理化学功能材料生物功能材料特殊功能材料导电光导蓄热磁性等物理功能高分子材料•利用聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等导电聚合物制备导电纤维.•HOTHANDConductivefibersinthisprototypespacesuitgloveallowcircuitrytobewovenin.Thefibersaremoredurablethanwires物理化学功能高分子材料高分子分离膜“形象地说，膜就是一道具有选择性渗透功能的壁障，将混合液体或者气体分隔为两相，以此达到特定成分分离的效果。”---高从堦院士海水淡化图渗透、渗透平衡和反渗透例：地中海中部的马耳他建有世界上最大的反渗透海水淡化厂。德国、英国用膜技术治理了莱茵河和泰晤士河。我国厦门市也有一批应用膜技术的环保示范工程。美国加州大学洛杉矶分校OmarM.Yaghi开发出一种能隔离并捕获二氧化碳分子材料。图一种ZIF结构。（图片来源：UCLA）Science，Vol.319.no.5865,pp.939-943，RahulBanerjee,AnhPhan,OmarM.Yagh吸附功能材料：高吸水、吸油、选择吸附等生物功能材料人工肾透析器人工器官用生物医学高分子材料人工器官主要指人工内脏器官，如包括人工肾、人工关节、人工血管、心脏起搏器等.肾透析与人工心脏先驱、拉斯克医学奖获得者、美国犹他大学医师威廉·考尔夫（WillemKolff）2009年初在美国费城逝世，最初的志向是动物园管理者，但父亲是医生，从小他就受到病人痛苦的感染,最终放弃了管理动物园的梦想，制造医学仪器阻止人们的死亡。最大的成就是发明了的肾透析仪和人工心脏，因为卓越的医学贡献，于2002年获得了拉斯克医学奖。人工肾透析原理将人体血液引出体外，利用透析膜两侧溶质浓度的差别，排出体内过剩的含氮化合物等溶质，然后将净化的血液引回体内。。全世界人工肾透析器年产量超过7500万个，产值近22.5亿美元.我国我国肾衰竭患者约有130万人，每年需1360万只人工肾透析器.生物医学高分子材料其它主要用途外科手术缝线PLA及其共聚物可吸收手术缝线周围神经再生导管人造皮肤是一种无细胞真皮替代物。•外层(表皮)成分是聚硅氧烷。•内层材料胶原纤维及软骨素6-硫酸）。组织工程材料面临重大突破•关键是构建细胞和生物材料的三维空间复合体。PGA-PLA支架具有一定强力和弹性的软骨耳廓人造心脏瓣膜英国伦敦大学帝国学院心脏学研究中心马格迪·亚库布博士领导研究的人造心脏瓣膜。times杂志评出2007年十大科学发现之一（三）复合高分子材料高分子/金属、高分子/无机非金属、高分子/高分子材料复合成一体，而制得的综合性能更显优异的新型材料.例：Seung-MoLee对柔软蜘蛛丝进行金属涂层,使蜘蛛丝的抗断裂或变形能力变得更强。能制造超级坚韧织物、外科缝线或诸如骨头、韧带及动脉壁等人工组织。——Science,April24,2009例：TsuyoshiSekitani开发出了一种碳纳米管-弹性体复合材料,具有极佳的导电和超级伸展性，可用来制造可安装在任何地方的电子装置，包括在弯曲的表面或是可移动的部位，如机器人手臂的关节处。——science.August7,2009可伸展的由弹性导体连接起来的晶体管矩阵（四）低维高分子材料通常习惯的材料，是在空间x、y和z3个方向均延展到一定宏观尺度的三维固体:三维材料。低维材料l——维数低于三维的材料，包括二维、一维和零维材料等。若使材料在任一维度(z)的尺寸缩小到纳米量级，则此材料成为在x、y方向延展的二维材料。使材料除在z方向缩小之外，还同时在y方向也缩到纳米量级的尺度，便成了一维材料零维材料若使材料从x、y、z3个方向都缩小到纳米量级，便成了零维材料。以原子、分子为起始物，用各种方法制成的原子团簇是典型的零维材料。比原子团簇稍大的纳米微粒，可视为准零维材料。例：GeorgiaInstituteofTechnology王中林小组发现了一种制造高分子纳米线的方法，能控制高分子纳米线的密度和长度.生长出导电聚合物聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸（PEDOT-PSS)等近十种不同的高分子纳米线/纳米管。更进一步利用PEDOT-PSS制备出有机发光二极管，最大承载电流密度是相应有机薄膜发光二极管的40倍.J.Phys.Chem.C,2009,113(38):571–16574•例：JeffreyCapadona等某橡胶状共聚混合物中加入了纤维素纳米纤维。当加入引起氢键结合的溶剂后，打断了纤维之间的键合，因而使材料变软。当溶剂挥发后，在晶须之间的网络结构会重新形成，因此而使材料变硬。这样该材料像海参一样可以在僵硬与松软状态之间转换。用途：生物医学领域，如作为中风等治疗的微电极的保护鞘，在植入时呈刚性的，但以后变成柔软状态，以减轻对周围组织的冲击。例：中科院上海硅酸盐研究所常江课题组在电纺丝制备纳米纤维材料方面取得新进展，成功制备出具有可控宏观结构和微观形貌的三维管状纤维材料,研究工作发表在国际著名杂志NanoLetters,该文还被NatureChina选为最新研究亮点。通过改变三维模板的宏观结构，对管状材料的三维结构（长度、直径、管端封闭性、连通交叉结构等）实现了可控。NanoLetters，8(10),3283–3287，DamingZhang，JiangChang（五）智能高分子材料生物体皆具备的对外界刺激的反应能力:蜥蜴皮肤的颜色随其所处周围环境不同而改变，从而达到隐身的目的.乌贼遇敌时释放墨汁乘机逃脱.猫眼的瞳孔随光线的强弱而放大或缩小，以保持不同光线时的视力含羞草以叶子受到触碰时会产生闭合.蝙蝠能感受到超声波；甲壳虫能够将糖及蛋白质转化为质轻、高强的坚硬小壳.……“能随着外部条件的变化，而进行相应动作的高分子”“必须具备能感应外部刺激的感应器功能、能进行实际操作的动作器功能以及得到感应器的信号后而使动作器动作的过程器功能。”智能材料结构智能高分子材料能够感知机械、热、光、化学、湿度、电和磁等环境的变化或刺激并做出反应，具有传感、执行和调节适应能力。02468101214020406080100伸长率/%pHpH响应(PAN凝胶)温敏（CS-PNIP）25303540453.053.103.153.203.253.303.353.403.453.503.55纤维的长度(cm)温度(℃