材料概论高分子材料教学PPT.ppt
第三章 高分子材料,第一节 概述,一、基本概念1、定义高分子材料：由高分子化合物或以高分子化合物为 主、辅以各种添加剂和填料等物质加 工而成的一种材料。高分子科学：包括高分子化学、高分子物理、高分 子工程学。高分子材料科学的任务：研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性能之间的关系；探索 加工工艺和环境因素随材料性能的影响。,美国劳工部的统计资料,无机化工 14.3 万 颜料 20.5 万 肥皂和清洁剂 14.8 万 有机化工 16.4 万 农用化学品 6.0 万 合成高分子材料 102.6 万(60%)合计 174.6 万,高分子材料 天然橡胶,高分子合成木材 PVC,高分子材料的分类：塑料、合成纤维、合成橡胶。,合成橡胶,合成纤维：,生物高分子材料-储氢材料:某些过渡金属、合金或金属互化物在一定的温度和压力条件下能大量吸收或释放氢气，可作为储氢材料。,用于房屋建筑、装修、装饰以及桥梁、道路工程的聚合物材料。在这类材料中，塑料用量最大，发展也较快。橡胶除用作密封材料、防水材料外，还制成各种胶管和胶板等。胶粘剂主要用于木材加工和混凝土施工。涂料的使用范围则遍及所有装修、装饰场合。,2.合成聚合物的发展历史,1838-利用光化学第一次使氯乙烯聚合。1839-合成了聚苯乙烯，同年英国的 Macintosh 和 Hancock 和美国的 Goodyear 发现了天然橡胶用硫磺进行硫化，这能制备出橡皮产品，用作轮胎和防雨布。1868-Hyatt 发明了硝基纤维素1870-商业化生产赛璐珞的商品。189398-英国开始生产人造丝，20世纪初-合成了苯乙烯和双烯类共聚物，,1907-德国开发了酚醛树脂。1930-高分子概念已被承认。1929-Dupont 公司的 Carothers 系统研究 缩聚,并发展了大分子理论。开发了聚酰胺 和聚酯的合成1931-出现了聚甲基丙烯酸甲酯，1936-聚醋酸乙烯酯和聚丁酸乙烯酯做安全 玻璃，1937-德国开始了工业生产聚苯乙烯，1938-出现了商业生产尼龙66。,1939-开发聚氯乙烯和脲醛树脂，美国开始了聚硫橡胶和氯丁橡胶的生产。1930-40-近代高分子化学蓬勃发展。1939-聚丁二烯橡胶，丁腈橡胶，聚氨酯。1941-丁苯橡胶，丁基橡胶，丁钠橡胶，含氟聚合物。1945-60，高分子化学和工程快速发展。194748-环氧树脂和ABS塑料。1950-聚酯和聚丙烯腈纤维,聚硅氧烷。,50年代-Ziegler和Natta的定向聚合，高密度线型聚乙烯、等规立构聚丙烯等。Szwar负离子活性聚合。丁苯嵌段共聚物聚甲醛、聚碳酸酯、聚氨酯泡沫塑料，顺式聚异戊二烯，顺式聚丁二烯，乙丙橡胶，聚酰亚胺，聚苯醚，聚砜等。近年来，合成高分子化学向结构更精细、性能更高级的方向发展。如超高模量、超高强度、难燃性、耐高温性，耐油性等材料，生物医学材料，半导体或超导体材料，低温柔性材料等及具有多功能性的材料。,二、高分子化合物的合成高分子化合物的合成反应：有低分子的化合物生成 高分子量化合物的各种化学反应。,合成反应的类型：加聚反应、缩聚反应、离子聚合、配位聚合。,本装置可分为单釜流程和多釜流程，多釜流程更适合多品种的试验，且更接近于工业化生产，本装置也可适用于饱和聚脂及不饱和聚脂的试验。,配套各类检测传感器，适合高分子、新材料、纳米抗菌材料开发研究。自带电加热装置，标配先进仪表控制系统，选配：专有技术轴功率测试仪，计算机数据采集或控制系统。,三、高分子化合物的结构与性能1、高分子化合物的结构(1)一次结构：描述高分子的基本化学单元和这些 单元在分子中的的排列情况。表明高分子的化学组成和构型。例如：链状分子；支链形：星形、梳形、无规支化；梯形高分子。,(2)二次结构：描述单个高分子链，在所处条件下 的相应状态/高分子构像。,高分子的构像：高分子又细又长的长链结构具有 能够多少旋转的键,可以卷曲、成团，形 成各种不同的构象。,拉伸伸展构像；溶解无规卷卷曲构象；结晶折叠状构象；固体蛋白质螺旋状构象。,(3)三次结构：描述许多高分子链之间的排列情况。高分子的晶态与非晶态之分。,2、高分子的分子量和分子量分布,数均分子量：某一体系的总质量m被分子数所平均。,重均分子量：相对分子量按重量平均。,粘均分子量：粘度法测定,3、高分子化合物的性能(1)聚集态 高分子的聚集态仅为液态和固态。细分：液态、高弹态、玻璃态、结晶态、取向态 和液晶态。,液态：高分子的溶解 高分子被加热熔融状态 应用：涂料、粘合剂。,高弹态：非晶态高聚物在其玻璃化转变温度到 粘流温度之间，所处的物理状态。,玻璃态：非晶态高聚物在低于玻璃化转变温度时 所处的状态。,结晶态：高分子在特定的条件下，也有低分子的 结晶结构。,取向态：在外力作用下，分子链会沿外力方向 排列。,液晶态：高分子既具有液体可流动的性质，又显 示出晶体特有的双折射性质。,高分子主要结晶形态的形状结构和形成条件,(2)高聚物的性能力学性能：高弹性和粘弹性。电学性能：绝缘性。光学性能：PMMA、PS。流变性能：加工、成型；挤出胀大、爬杆效应。耐热、老化性能：200。,
