2、高分子材料 （Polymer materials）.ppt

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1、王 霞 (材料楼319)： Mobile: 13801638483 E-mail： 聚合物基复合材料团队,教师联系方式,朱熹 训学斋规 读书,余尝谓，读书有三到，谓心到，眼到，口到。心不在此，则眼不看仔细，心眼既不专一，却只漫浪诵读，决不能记，记亦不能久也。三到之中，心到最急。心既到矣，眼口岂不到乎？,手 到,高分子材料学Polymers Science,材料科学与工程专业 王霞,简练而不失深度全面又不失重点,高分子材料学,第一章 绪论第二章 高分子材料性能特点第三章 塑料材料第四章 弹性体材料第五章 聚合物基复合材料第六章 功能高分子材料概论第七章 高分子材料的可持续性发展,张留成等,高分子

2、材料基础（第三版）,北京：化学工业出版社，2013. Flory P.J. ，Principle of polymer chemistry, Ithaca: Cornell University Press，1953.Adisa Azapagic等， 高分子材料-环境与可持续发展，北京：化学工业出版社， 2006.何曼君等，高分子物理（第三版），上海：复旦大学出版社，2007.何平笙，新编高聚物的结构与性能，北京：科学出版社，2009.顾宜等，高分子材料设计与选择，北京：化学工业出版社，2011.韩哲文，高分子科学教程（第二版），上海：华东理工大学出版社，2011.范克尼维伦 D.W. ，.

3、聚合物的性质（原著第四版），北京：科学出版社,，2010西久保忠臣, 高分子化学，北京：北京大学出版社，2013.张春红等，高分子材料，北京：北京航空航天大学出版社，2016.,主要参考书目：,高分子学报 高分子材料科学与工程合成纤维塑料工业中国塑料合成橡胶工业Journal of Applied Polymer SciencePolymerPolymer Engineering and Science Macromolecules,相关杂志：,材料发展的历程示意图,什么是高分子材料？,区分： 高分子、聚合物、高分子材料,定义：以聚合物或以聚合物为主，辅以各种添 加剂等物质经加工而成的材料。,

4、1、绪论,高分子定义：高分子量的化合物 (10000)。,别称：聚合物 Polymer 大分子Macromolecule,由许多相同的、简单的重复单元通过共价键重复连接而成。,不一定有规律，并非由简单的重复单元连接而成，仅是分子量大。,1、绪论,聚合物：由许多相同的、简单的重复单元通过共价键重复连接而成。,1、绪论,单体：通过反应能制备聚合物分子的物质。,聚合物按重复单元数划分：,低聚物Oligomer,高聚物High polymer,相对分子质量10000,高分子材料用基本成分。,1、绪论,聚合物按聚合单体种类数划分：,均聚物homopolymer,共聚物copolymer,一种单体聚合而成

5、。,二种或二种以上单体聚合而成。,1、绪论,聚乙烯 聚氯乙烯 聚丙烯,例：几个常用的聚合物的分子结构式：,1、绪论, 基本特点：大 多分散性,数均分子量 (按分子数统计平均) Mn,质均分子量 (按质量统计平均) Mw,聚合物相对分子质量（简称分子量）,1、绪论,统计意义, d Mw / Mn,分布指数：聚合物分子质量的均匀程度,1、绪论, 聚合物摩尔平均质量与其物理状态有关, 聚合物摩尔平均质量与其力学性能、加工性能有关,1、绪论,材料发展的历程示意图,温故知新,利用天然高分子合成高分子问世奠定高分子化学学科基础高分子材料大发展功能、复合高分子材料快速发展,材料发展的历程示意图,温故知新,利

6、用天然高分子 1839年，天然橡胶硫化（Charlers Goodyear） 1869年，第一种人造塑料-赛璐珞（ Celluloid，硝化纤维 素）（Jhon Wesley Hyatt）,材料发展的历程示意图,温故知新,合成高分子问世 1909年，第一种合成塑料-酚醛塑料（电木） （Leo Hendrik Baekeland） 1935年，第一个合成纤维-尼龙-6,6 （Wallace H. Carothers),材料发展的历程示意图,温故知新,奠定高分子化学学科基础 （德国精英科学家 Hermann Staudinger） 20世纪20年代，提出：高分子物质是由具有相 同化学结构的单体，经

7、聚合反应通过 共价键连接在一起的长链分子。 193040年代，划时代巨著：高分子有机化合物。,材料发展的历程示意图,温故知新,高分子材料大发展 1950年代，配位聚合（Coordination Polymerization) 齐格勒（Karl Ziegler）， 德国人。 纳塔（Giulio Natta），意大利人。 196070年代，高性能化，特种高分子合成 高强度、高模量、耐高温等。,材料发展的历程示意图,温故知新,功能、复合高分子材料快速发展 1980 功能高分子： 导体和半导体高分子、 磁性高分子、 光敏高分子、生物医用高分子 高分子合金： 不同的高分子混合。 复合高分子材料： 与玻璃

8、纤维、碳纤维等复合。,高分子科学领域 Nobel 奖获得者：,H. Staudinger,for his discoveries in the field of macromolecular chemistry,突破有机化学的传统观念，首先提出了高分子的概念，以大量先驱性工作为高分子化学奠基开创了高分子学科。,1953年，化学奖,Karl Ziegler Giulio Natta (德国) (意大利),for their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers,1953年， Ziegle

9、r： Ziegler催化剂，低压聚乙烯合成方法；,1954年， Natta：改进Ziegler催化剂，提出有规立构聚丙烯的概念。,1963年，化学奖,1974年，化学奖,for his fundamental achievements, both theoretical and experimental, in the physical chemistry of the macromolecules,利用等活性假设及直接的统计方法，他计算了高分子分子量分布，即最可几分布，并利用动力学实验证实了等活性假设；引入链转移概念，将聚合物统计理论用于非线性分子，产生了凝胶理论；Flory-Huggins

10、格子理论；1948年作出了最重要的贡献，即提出“排除体积”理论和温度概念； 著作“Principles of polymer chemistry” （1953）是高分子学科中的Bible。,1991 物理奖 对液晶和高分子物质有序现象提出了标度理论从临界现象认识分子，在物理-化学之间架设了桥梁提出“软物质”概念,“for discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalized to more complex forms of matter, in p

11、articular to liquid crystals and polymers ”,Pierre-Gilles de Gennes,2000年 化学奖,Hideki Shirakawa , Alan J. Heeger Alan G. MacDiarmid,for the discovery and development of conductive polymers, 唐敖庆院士1951年发表了首篇高分子科学论文。,高分子领域的中科院院士： 王葆仁 冯新德 何炳林 钱保功 钱人元 于同隐 徐 僖 王佛松 程镕时 黄葆同 卓仁禧 沈家骢 林尚安 沈之荃 周其凤 曹镛 杨玉良 阎德岳 吴奇

12、江明 张希 唐本忠 张俐娜 李永舫 ,l 冯新德院士1949年开设高分子化学课程“聚合反应”。,l王佛松，沈之荃院士1950年于长春应化所开始合成橡胶工作。,l 钱人元院士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。,l 王葆仁院士1952年上海有机所建立了PMMA、PA6研究组,l 徐僖院士50年初成都工学院（四川大学）开创了塑料工程专业。,我国高分子科学与工程的发展-起步于1950, 唐敖庆院士1951年发表了首篇高分子科学论文。,高分子领域的中科院院士： 王葆仁 冯新德 何炳林 钱保功 钱人元 于同隐 徐 僖 王佛松 程镕时 黄葆同 卓仁禧 沈家骢 林尚安 沈之荃

13、 周其凤 曹镛 杨玉良 阎德岳 吴奇 江明 张希 唐本忠 张俐娜 李永舫,l 冯新德院士1949年开设高分子化学课程“聚合反应”。,l王佛松，沈之荃院士1950年于长春应化所开始合成橡胶工作。,l 钱人元院士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。,l 王葆仁院士1952年上海有机所建立了PMMA、PA6研究组,l 徐僖院士50年初成都工学院（四川大学）开创了塑料工程专业。,我国高分子科学与工程的发展-起步于1950,(一) 按照聚合物的来源分类,天然高分子材料改性的天然高分子材料合成高分子材料改性合成高分子材料,如：纤维素 硝基纤维素,棉、毛 织物；木材、麻 纸,

14、小分子原料经化学反应和聚合方法合成。 如：PE、PVC、PP,聚合物经化学、物理方法改性。,1、绪论 - 高分子材料分类,(二) 按照聚合物的主链结构分类,碳链聚合物材料杂链聚合物材料元素有机聚合物材料,聚合物主链完全由碳原子组成。 如： PS 、PVC、PTFE,聚合物主链中除碳外，还有氧、氮、硫等杂原子。 如：PA,聚合物主链中没有碳原子，主要由硅、硼等原子组成，侧链为有机基团。如：有机硅、,1、绪论 - 高分子材料分类,塑料 (Plastics) 弹性体 (Elastomer) 纤维 (Fiber) 涂料 (Coating) 胶粘剂 (Adhesive)复合材料 (Composite),

15、三大合成材料,(三) 按照高分子材料用途分类,1、绪论 高分子材料分类, 原料丰富；, 具有各种优异性能；, 生产能耗低，投资少，周期短，利润高,1、绪论 高分子材料优势,聚乳酸弹性包装,聚乳酸(PLA),1、绪论 高分子材料优势, 原料丰富;,石油、天然气、煤、可再生资源, 原料丰富；, 具有各种优异性能； 密度小， 易加工成型， 耐腐蚀、电绝缘性高、具有渗透性 , 生产能耗低，投资少，周期短，利润高,PS钢铝 = 11020（单位体积）,1、绪论 高分子材料优势,石油、天然气、煤、可再生资源,常用塑料的密度1g / cm3，钢铁的1/61/10,高分子材料无处不在,材料科学与工程四要素图,合成/制备,成分/结构,使 用 性 能,性 质,1、绪论高分子科学与工程研究的要素,材料对外界环境作用（物理、化学、力学等）的反应。材料确定，性质不变。,材料性质在使用条件下的表现。可以通过加工或处理而改变。,材料科学与工程五要素图,最佳状态：达到需求的使用效能， 节约能源、节省资源、减少污染， 降低成本。,1、绪论高分子科学与工程研究的要素,高分子材料工程,研究高分子材料的组织结构与性能的关系,高分子材料科学,高分子材料工业,研究高分子材料成型理论、成型方法,1、绪论高分子科学与工程研究的要素,