高分子材料概述

高分子材料概述主要内容第一节材料和高分子材料1第二节高分子材料分类2第三节高分子材料的相关概念、术语3第四节高分子材料的性能452第五节高分子材料的研究方法第一节材料和高分子材料材料、能源和信息作为科学技术的三大支柱促进了社会的发展。材料是工业发展的基础，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。人类社会发展史回顾石器时代青铜器时代铁器时代非金属材料时代复合材料和功能材料时代人类社会的发展史就是一部材料的发展史。第一节材料和高分子材料金属材料无机非金属材料有机高分子材料材料分为三大类第一节材料和高分子材料金属材料－－长盛不衰从神秘的形状记忆合金到未来能源材料之星－－储氢合金古老的陶瓷－－旧貌换新颜从一个古老的材料王国到现代无机材料的再度辉煌。威力无比的先进结构陶瓷到奇妙无穷的功能陶瓷。年轻的高分子材料－－千姿百态20世纪新兴的材料王国－－现代生活的高分子材料功能高分子各显神通先进的复合材料－－巧夺天工新型功能材料－－人类文明进步的阶梯生物材料、信息材料、环境材料、纳米材料、能源和智能材料第一节材料和高分子材料现代生活中的高分子材料－普通塑料第一节材料和高分子材料现代生活中的高分子材料－工程塑料第一节材料和高分子材料现代生活中的高分子材料－橡胶第一节材料和高分子材料现代生活中的高分子材料－纤维第一节材料和高分子材料高分子材料在高科技领域应用广泛第一节材料和高分子材料高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。1839年，美国人Goodyear发明硫化橡胶。1868年，英国科学家Parks用硝化纤维素与樟脑混合制得赛璐珞。1893年，法国人DeChardonnet发明粘胶纤维。1907年，第一个合成高分子—酚醛树脂诞生。1920年，德国人Staudinger发表了“论聚合”的论文，提出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。1953年获诺贝尔化学奖。高分子材料发展简史橡树之泪第一节材料和高分子材料1935年，Carothers发明尼龙66，1938年工业化。30年代，许多烯烃类加聚物被开发出来，PVC,PMMA,PS,PVAc,LDPE。40年代，二次大战促进了高分子材料的发展，一大批重要的橡胶和塑料被合成出来。丁苯橡胶,丁腈橡胶,丁基橡胶,有机氟材料,涤纶树脂,ABS。ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是AcrylonitrileButadieneStyrene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。高分子材料发展简史第一节材料和高分子材料50年代，Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂，制得高密度PE和有规PP，低级烯烃得到利用。1963年，Ziegler和Natta分享诺贝尔化学奖。1956年，美国人Szwarc发明活性阴离子聚合，开创了高分子结构设计的先河。50年后期至60年代，大量高分子工程材料问世。聚甲醛（1956），聚碳酸酯（1957），聚砜（1965），聚苯醚（1964），聚酰亚胺（1962）。高分子材料发展简史第一节材料和高分子材料60年代以后，特种高分子和功能高分子得到发展。特种高分子：高模量高强度、耐高低温、耐辐射、高频绝缘、半导体等。功能高分子：分离材料（离子交换树脂、分离膜等）、导电高分子、感光高分子、高分子催化剂、高吸水性树脂、医用高分子、药用高分子、高分子液晶等。80年代后，新结构的聚合物有：新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合物、含富勒烯(C60)聚合物等等。高分子材料发展简史为表彰在导电高分子的发展方面所作的贡献，2000年，日本科学家白川英树（H.Shirakawa）、美国科学家黑格（A.J.Heeger）和麦克迪尔米德（A.G.MacDiarmid）分享诺贝尔化学奖。DSMInnovationCenterFromfossilfuelbasedpolymerintroductions……Slidebasedon1881年3月23日生于德国莱因兰—法耳次州的沃尔姆斯；1907年毕业于施特拉斯堡大学，获博士学位。同年聘为卡尔斯鲁厄工业大学副教授。1912年于苏黎世工业大学任为化学教授。1920年，发表“论聚合反应”的论文，提出高分子的概念；1932年，出版划时代的巨著《高分子有机化合物》1953年获诺贝尔化学奖；1965年9月8日在弗赖堡逝世，终年84岁。第一节材料和高分子材料施陶丁格尔小传(HermannStaudinger)(1881—1965)KarlZiegler(1903-1979)GiulioNatta(1898-1973)K.Ziegler（德国）,G.Natta（意大利）（1963年诺贝尔奖得主）第一节材料和高分子材料50年代，Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂，制得高密度PE和有规PP，低级烯烃得到利用。Ziegler和Natta创造了聚烯烃塑料的新纪元第一节材料和高分子材料P.J.PaulJohnFlory(1910～1985)美国高分子科学家。1934年在俄亥俄州州立大学获物理化学博士学位，后任职于杜邦公司，进行高分子基础理论研究。1948年在康奈尔大学任教授。1957年任梅隆科学研究所执行所长。1961年任斯坦福大学化学系教授，1975年退休。1953年当选为美国科学院院士。弗洛里在高分子物理化学方面的贡献，几乎遍及各个领域。他是实验家又是理论家，是高分子科学理论的主要开拓者和奠基人之一。（1974年诺贝尔奖）forhisfundamentalachievements,boththeoreticalandexperimental,inthephysicalchemistryofthemacromolecules第一节材料和高分子材料HidekiShirakawa(1936~)AlanJ.Heeger(1936~)AlanG.MacDiarmid(1927~)（2000年诺贝尔奖得主）H.Shirakawa白川英树(日本),AlanG.MacDiarmid(美国),AlanJ.Heeger(美国)：对导电聚合物的发现和发展。2005NobelChemistryPrize:Grubbs,Schrock,AFranceScientistinIndustryContribution:MAOcatalysts第一节材料和高分子材料我国近代高分子科学的发展我国高分子研究起步于50年代初，唐敖庆于1951年，发表了首篇高分子科学论文。长春应化所1950年开始合成橡胶工作（王佛松，沈之荃）；冯新德50年代在北京大学开设高分子化学专业。何炳林50年代中期在南开大学开展了离子交换树脂的研究。钱人元于1952年在应化所建立了高分子物理研究组，开展了高分子溶液性质研究。钱保功50年代初在应化所开始了高聚物粘弹性和辐射化学的研究。徐僖先生50年初成都工学院（四川大学）开创了塑料工程专业。王葆仁先生1952年上海有机所建立了PMMA、PA6研究组高分子工程高分子物理高分子化学高分子科学高分子科学研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集态的结构、性能，聚合物的成型加工等内容的一门综合性学科。包括高分子化学、高分子物理、高分子工程几个领域。高分子化学有机化学物理化学聚合反应工程聚合物成型加工材料力学流体力学…...无机化学分析化学物理高分子科学高分子工程高分子科学及相关学科高分子物理高分子化学、高分子物理和高分子工艺学构成了一个完整的体系，基本理论已经形成，研究方法已经建立，成为高分子材料的开发、生产和应用的基石。第一节材料和高分子材料高分子材料的应用高分子材料遍及各行各业，各个领域：包装、农林牧渔、建筑、电子电气，交通运输、家庭日用、机械、化工、纺织、医疗卫生、玩具、文教办公、家具等等。农用塑料：①薄膜②灌溉用管。建筑工业：①给排水管PVC、HDPE②塑料门窗③涂料油漆④复合地板、家具人造木材、地板⑤PVC天花板。包装工业：①塑料薄膜：PE、PP、PS、PET、PA等②中空容器：PET、、PE、PP等③泡沫塑料：PE、PU等。汽车工业：塑料件、仪表盘、保险机、油箱内饰件、坐垫等。军工工业：飞机和火箭固体燃料（低聚物）、复合纤维等。高分子材料的应用第一节材料和高分子材料电气工业：①绝缘材料（导热性、电阻率）等、导电高分子；②电子：通讯光纤、电缆、电线、光盘、手机、电话；③家用电器：外壳、内胆（电视、电脑、空调）等。医疗卫生中的应用：人工心脏、人工脏器、人工肾（PU）、人工肌肉、输液管、人工肌肉、输液管、血袋、注射器、可溶缝合线等。防腐工程：耐腐蚀性，防腐结构材料。如水管阀门（PTFE）：230～260℃长期工作，适合温度高腐蚀严重的产品。功能高分子：离子交换树脂、高分子分离膜、高吸水性树脂、光刻胶、感光树脂、医用高分子、液晶高分子、高导电高分子、电致发光高分子等。高分子材料的应用第二节高分子材料的分类天然高分子材料改性的天然高分子材料合成高分子材料一按来源分改性合成高分子材料为了获得具有各种实用性能或改善其成型加工性能，除基本组分聚合物之外，还要添加各种添加剂，因此严格地说，高分子化合物与高分子材料的涵义是不同的。第二节高分子材料的分类1碳链聚合物：指高分子化合物的的主链完全由碳原子组成，绝大部分聚烯烃及其衍生物都属于此类。2杂链聚合物：杂链聚合物是指大分子主链中除了碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子。常见的杂环聚合物有聚醚、聚酯、聚酰胺、聚脲、聚硫橡胶、聚砜等。3元素有机聚合物：指大分子主链中没有碳原子，主要由硅、硼、铝、氧、硫、磷等原子组成。典型的例子是有机硅橡胶。二按主链结构分材料的组成及各成分之间的配比从根本上保证了制品的性能，作为主要成分的高分子化合物对制品的性能起主宰作用。第二节高分子材料的分类*CH2CH2*n*CH2CH*nCOOH聚乙烯聚丙烯酸*CH2CH*nCH3*CH2CH*nCOOCH3*CH2CH*nCl*CH2CH*nOCOCH3*CH2HC*n*CH2CH*nOH聚丙烯聚甲基丙烯酸甲酯聚氯乙烯聚醋酸乙烯酯聚苯乙烯聚乙烯醇重要的碳链化合物第二节高分子材料的分类nOH]CH2CH2OOCHOOC[聚对苯二甲酸乙二酯（涤纶树脂）[HOOCCO(CH2)6]NH2n(CH2)4NH聚己二酰己二胺（尼龙—66）HN(CH2)6n]OCH2N[(CH2)6COOH聚ω—氨基己酸酯（尼龙—6）聚氨酯OH[OCNCO]n(CH2)6NHO(CH2)4[HOCOO]OHnCCH3CH3O聚碳酸酯重要的杂链化合物第二节高分子材料的分类[SiO]nCH3CH3典型的元素有机聚合物有机硅----聚甲基硅氧烷第二节高分子材料的分类三按用途分涂料粘合剂复合材料纤维塑料橡胶123456实际上，按用途分才是真正把高分子材料从材料的角度进行分类的一种方法。第二节高分子材料的分类功能高分子材料高分子信息转换材料高分子透明材料高分子模拟酶医用、药用高分子材料高分子记忆材料生物降解高分子材料功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存、生物性能等等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料。按用途分又分为功能高分子材料普通高分子材料第二节高分子材料的分类四按受热后形态变化分类热塑性高分子在受热后会从固体状态逐步转变为流动状态。这种转变理论上可重复无穷多次。或者说，热塑性高分子是可以再生的。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和涤纶树脂等均为热塑性高分子。热塑性高分子：热固性高分子在受热后先转变为流动状态，进一步加热则转变为固体状态。这种转变是不可逆的。换言之，热固性高分子是不可再生的。能通过加入固化剂使流体状转变为固体状的高分子，也称为热固性高分子。典型的热固性高分子如：酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、硫化橡胶