高分子概论高分子合成材料.ppt
第三章 高分子材料概述,聚合物的热机械曲线,结晶聚合物的热机械曲线,1分子量较低，TmTf；2分子量较高，TmTf；,常见聚合物的玻璃化温度,各类材料定义,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。橡胶 rubber，elastomer：在很宽的温度范围内（-50150）具有优异弹性的高分子材料。纤维 fiber：长度比其直径大很多倍，并具有一定柔韧性的纤细物质。胶粘剂、粘合剂 adhesives：具有良好粘接能力的物质，可把各种材料紧密结合在一起。涂料 coatings（漆 paint）：涂布在物体表面而形成具有保护和装饰作用膜层的材料。,各类材料的性能比较,*分子内聚能-cohesive energy：1 mol 分子聚集在一起的总能量（相当于使同样数量分离的总能量）。,内聚能密度：单位体积的内聚能。（J/cm3）聚乙烯/259；聚异丁烯/272；聚异戊二烯/280；聚苯乙烯/390；PMMA/347；PVAc/368；聚氯乙烯/380；PET/477；尼龙-66/773；聚丙烯腈/991,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。工程塑料：产量小、价格高、力学性能优异、耐热、耐磨、尺 寸稳定，主要作为结构材料使用，如：PA、PC、POM 等。塑料的主要优点：质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、易成型加工。塑料的主要缺点：力学性能较金属差、表面硬度低、多数易 燃、耐热性差。,塑料的组分,填料及增强剂提高塑料制品的强度与刚性玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、石墨纤维、硼纤维；碳酸钙、硅石、云母、滑石、陶土、石棉、碳黑等。增塑剂提高塑料制品的柔软性、改善熔体流动性通常为与聚合物有良好混溶性的低分子油状物，降低大分子链间作用力。如PVC用的DOP、DBP。稳定剂防止塑料老化抗氧剂、热稳定剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂等。润滑剂防止塑料加工时粘模硬脂酸及其盐类等。抗静电剂通过降低电阻来减少摩擦电荷一般为与水有良好亲和性的化合物。阻燃剂、着色剂、发泡剂、偶联剂、固化剂等。,塑料的成型加工方法挤出成型extrusion,单螺杆挤出机基本结构,等距渐变式单螺杆,塑料的成型加工方法注射成型injection,移动螺杆式注射机1料斗；2加热圈；3螺杆；4喷嘴,塑料的成型加工方法压延成型calendering,四辊压延机示意图,塑料的成型加工方法,模压成型吹塑成型滚塑成型：固相成型二次加工，切削、钻、割、刨、钉,通用热塑性塑料,聚烯烃塑料（Polyolefin）：聚乙烯（PE）、交联聚乙烯、氯化聚乙烯、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物（EEA）、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA）聚丙烯（PP/等规、间规）聚苯乙烯（PS）ABS、AAS、ACS、MBS、AS、BS etc聚氯乙烯（PVC）聚偏氯乙烯（PVDC）聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）丙烯酸塑料（Acrylics)：聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）纤维素塑料（Cellulose）：硝酸纤维素（CN）醋酸纤维素（CA）,工程塑料,聚酰胺（polyamide）/尼龙（nylon）：nylon-6、nylon-11、nylon-12、nylon-66、nylon-610、nylon-612、nylon-1010、nylon-1212Nomex：Kevlar：聚碳酸酯（PC）：聚甲醛（POM）：聚苯醚（PPO）：,工程塑料,热塑性聚酯（polyester）：PET,x=2PBT,x=4聚酰亚胺（PI）：,聚酰胺酸聚酰亚胺,工程塑料,可熔性聚酰亚胺,氟塑料：PTFE、PVDF、PCTFE、PVF etc聚砜（PSF，polysulfone）,工程塑料,聚苯硫醚聚芳酯,热固性塑料,酚醛树脂氨基树脂呋喃树脂环氧树脂不饱和聚酯树脂有机硅树脂,橡胶 rubber，elastomer：在很宽的温度范围内（-50150）具有优异弹性的高分子材料。,高分子材料概述橡胶,橡胶的分类：天然橡胶合成橡胶：丁苯橡胶丁二烯、苯乙烯顺丁橡胶丁二烯氯丁橡胶氯丁二烯丁基橡胶异丁烯、异戊二烯乙丙橡胶乙烯、丙烯、异戊二烯丁腈橡胶丁二烯、丙烯腈硅橡胶有机硅氧烷聚氨酯橡胶二异氰酸酯氟橡胶含氟单体,通用橡胶,特种橡胶,轮胎胶带胶管胶鞋橡胶工业制品：胶辊、胶布、胶板、密封圈、衬套等,橡胶制品的分类：,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,橡胶制品的配方,纯胶配方,性能配方,生产配方,橡胶加工工艺流程,原材料,生胶,配合剂,纤维材料,金属材料,烘胶、切胶,塑炼,粉碎、筛选,溶化、过滤,配料,混炼,干燥、浸胶、浸胶后烘干,表面处理,压延,裁剪,成型,硫化,修整,成品检查,压出,塑炼使生胶由弹性状态变为可塑状态目的：使胶料具有一定可塑性、流动性，以利于后续工序。如：混炼时配合剂易于均匀分散、压延时胶料易于渗入纤维织物等。机理：橡胶大分子链的断裂、平均分子量降低。方法：机械塑炼开炼机、密炼机、螺杆塑炼机化学塑炼添加增塑剂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、螺杆塑炼机压延使物料受到延展压片、压型、贴胶、擦胶、贴合。,橡胶加工工艺,橡胶加工工艺,v1,v2,v3,v1,v2,v3,胶布,胶布,纺织物,纺织物,V2=V3 V1,V2 V1=V3,胶料,胶料,贴 胶,擦 胶,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。方法：硫化罐、平板硫化机、个体硫化机、注压等条件：温度、压力,硫化时间,机械性能,拉伸强度,定伸强度,弹性,伸长率,硬度,永久变形,诱导,预硫化,正硫化,过硫化,定伸强度,硫化时间,热塑弹性体 thermoelastomer,热塑弹性体在高温下能塑化、常温下能显示橡胶弹性结构特征：以物理形式交联软、硬段的结合微相分离结构聚烯烃类：乙丙橡胶与聚丙烯或聚乙烯共混物（TPR）苯乙烯类：苯乙烯与二烯烃的嵌段共聚物（SBS、SIS）聚酯型：聚氨酯型：,高分子材料概述纤维,化学纤维,人造纤维,合成纤维,再生蛋白质纤维再生纤维素纤维：粘胶纤维、铜氨纤维纤维素酯纤维：二醋酯纤维、三醋酯纤维,聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚氨酯弹性纤维其它：聚脲、聚甲醛、聚酰亚胺聚酰胺-酰肼、聚苯并咪唑等。,聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、聚氯乙烯纤维、聚烯烃纤维、含氟纤维等,杂链纤维,碳链纤维,天然纤维,棉花、羊毛、蚕丝、麻,纤维加工方法,纤维后加工,纺丝液的制备,纺丝,熔融纺丝,直接纺丝,切片纺丝,聚合物熔体,聚合物切片,熔融,熔融纺丝1-料斗；2螺杆挤出机；3纺丝甬道；4导丝器；5卷丝筒；6空气入口,纤维加工方法,溶液纺丝,湿法纺丝,干法纺丝,液体凝固,气相凝固,干湿法纺丝、液晶纺丝、冻胶纺丝、相分离法纺丝、乳液纺丝、悬浮液纺丝、反应纺丝,湿法纺丝1-纺丝泵；2烛形过滤器；3鹅颈管；4喷丝头；5凝固浴；6导杆；7导丝辊,纤维加工方法,纤维后加工短丝后加工：集束、牵伸、水洗、上油、干燥、热定型、卷曲、切断、打包等。长丝后加工：拉伸、加捻、复捻、热定 型、络丝、分级、包装等。,胶粘剂、粘合剂 adhesives：具有良好粘接能力的物质，可把各种材料紧密结合在一起。,高分子材料概述胶粘剂,结构型胶粘剂胶接强度高，用于胶接结构件,非结构型胶粘剂胶接强度较低，用于胶接非结构件,次结构型胶粘剂介于结构型与非结构型胶粘剂之间,按胶接强度划分,胶粘剂 胶粘剂类型,按组成划分,有机胶粘剂,无机胶粘剂,天然,动物胶：鱼胶、骨胶、虫胶植物胶：淀粉、松香、阿拉伯树胶,合成,热塑性树脂胶：PVAc、PA、聚丙烯酸酯热固性树脂胶：环氧树脂、酚醛树脂橡胶型胶粘剂：氯丁胶、丁腈胶混合型胶粘剂：环氧-酚醛、酚醛-丁腈,磷酸盐型硅酸盐型硼酸盐型玻璃、陶瓷,按固化类型划分,化学反应型,热塑性树脂溶液型,热熔型,胶粘剂 胶粘剂组成,粘料聚合物、增塑剂、增韧剂、固化剂填料、溶剂、稀释剂、稳定剂、偶联剂、色料,厌氧胶：隔绝空气时保持液态；遇空气固化，起粘接或密封作用压敏胶：常温下具有良好粘附性热熔胶：聚合物加热熔融（适宜温度）冷却固化而粘接,高分子材料概述涂料,涂料 coatings（漆 paint）：涂布在物体表面而形成具有保护和装饰作用膜层的材料。,涂料组成：成膜物质平均分子量较低的聚合物颜料装饰与保护填充剂增量、改进流动、提高性能、降低成本溶剂易挥发液体（甲苯、二甲苯、乙酸乙酯）增塑剂提高柔性（氯化石蜡、DBP、DOP）催干剂促进聚合或交联的催化剂增稠剂提高涂料粘度（纤维素醚、粘土、SiO2）稀释剂降低涂料粘度（乙醇、丙酮）其它杀菌剂、颜料分散剂、阻聚剂、防结皮剂,清漆加有树脂的清油（原于干性植物油）厚漆清油加颜料、填充剂调和漆厚漆加清油色漆清漆加颜料（又称瓷漆）腻子、底漆、面漆、罩光漆施工层次溶剂型、水溶型、水乳型稀释介质防锈、绝缘、耐高温、地板漆用途喷漆、烘漆、电泳漆施工方法油基树脂漆、合成树脂类漆成膜物质,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。沥青漆以沥青为基料，加有植物油、树脂、催干 剂、颜料、填料等。,涂 料 涂料类型,合成树脂漆：醇酸树脂漆氨基树脂漆环氧树脂漆聚氨酯漆纤维素漆丙烯酸酯漆水性树脂涂料：水溶性树脂涂料乳胶涂料粉末涂料：固体粉末状涂料，采用喷涂、静电喷涂施工，再经 加热熔化成膜（PE、PVC、PPS、PA等）。,涂 料 涂料类型,高分子材料概述功能高分子材料,功能高分子 Functional Polymer：具有除力学性能外的其它特殊功能的高分子材料。,离子交换树脂、离子交换纤维、螯合树脂、高吸水树脂；高分子分离膜材料；高分子催化剂；感光性高分子；生物医用高分子；导电高分子；磁性高分子；等。,智能高分子,智能材料（Intelligent Materials）：同时具有感知功能即信号感受功能（传感器功能），自己判断并自己作出结论的功能（情报信息处理功能）的材料。三要素：感知、信息处理和执行功能1、药物控制释放2、智能凝胶（pH响应凝胶、温敏性凝胶和电场响应凝胶）3、其它（形状记忆聚合物、聚合物电流变体、聚合物电致变色材料和光活性聚合物材料）,形状记忆聚合物,形状记忆聚合物（SMP）：聚乙烯在高能辐射线作用下能产生辐射交联反应，辐射交联聚乙烯当温度超过熔点达到高弹性态区域，施加外力随意改变其外形，降温冷却固定形状后，一旦再加热升温至熔点以上时，它又恢复到原来的形状，这就是形状记忆聚合物。主要品种：聚降冰片烯，反式聚异戊二烯（TPI）、苯乙烯丁二烯共聚物以及聚氨酯（PU）,高分子膜材料,纤维素衍生物类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚砜类、聚烯烃类、硅橡胶类、含氟聚合物类、聚酯类、甲壳素类、其它,合成高分子医用生物材料,硅橡胶聚乳酸及其共聚物聚酸酐聚对二氧六环酮高分子药物,超强吸水高分子材料,超强吸水高分子材料又称高吸水聚合物、高吸水树脂、超强吸水剂，简称SAP。按原料来源分3大系列：（1）淀粉系；（2）纤维素系；（3）合成聚合物系。超强吸水高分子主链骨架可以是淀粉、纤维素或合成树脂，在其主链或接枝侧链上含有亲水性基团如羟基、酰胺基、羧基等，进而形成一个具有主链、支链和低交联度的三维网状结构。,一、解释名词、概念1、环氧值2、热熔胶3、502胶4、清漆5、醇酸树脂漆6、粉末涂料7、感光高分子8、功能高分子9、高分子催化剂10、活性聚合11、立构规整性聚合12、大分子引发剂13、开环易位聚合14、等离子体聚合15、模板聚合16、乳液聚合 17、大分子单体18、逐步聚合19、连锁聚合 20、定向聚合二、简答题1、简述LDPE、HDPE、LLDPE的合成方法。2、简述ABS树脂的制备方法。3、简述碱催化的酚醛树脂与酸催化的酚醛树脂在原料配 比、合成工艺、预聚体结构及固化方式方面的不同。4、简述PVC、POM、PET以及丁基橡胶的最主要合成方 法（包括单体、催化剂、引发剂、分子量或结构控制等）。,练习题,5、可生物降解的高分子材料通常在化学结构上具备哪些特征？6、合成接枝共聚物通常需采用哪些类型的反应？试举例说明。7、合成超枝化聚合物通常采用哪些类型的反应？试举例说明。8、合成嵌段共聚物通常采用哪些类型的反应？试举例说明。9、活性自由基聚合需满足哪些基本条件？10、什么是自动加速效应？自动加速效应是否在各种机理的聚 合反应中都存在？11、为什么异丁烯的阳离子聚合要在很低的温度下进行？12、为什么丁二烯的阴离子聚合要严格隔绝空气与水？13、为什么线型缩聚反应要严格控制参与聚合反应两官能团的 摩尔配比？14、乳液合成丁苯冷胶，反应体系中需加入哪些组分？15、塑料的成型加工方法有哪些？,
