2、高分子材料(2008).ppt

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1、o施惠生，施惠生，材料学概论材料学概论，上海：同济大学出版社，上海：同济大学出版社，2001.o张张留成、瞿雄伟、丁会利，留成、瞿雄伟、丁会利，高分子材料基础高分子材料基础，北京：化学工业，北京：化学工业出版社，出版社，2002.o韩冬冰、王慧敏，韩冬冰、王慧敏，高分子材料概论高分子材料概论，北京：中国石化出版社，北京：中国石化出版社，2003.o高俊钢、李源勋，高俊钢、李源勋，高分子材料高分子材料，北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社，2002.o顾雪蓉、陆云，顾雪蓉、陆云，高分子科学基础高分子科学基础，北京：化学工业出版社，北京：化学工业出版社，2003.主要参考书目主要参考书目：材

2、料发展的历程示意图材料发展的历程示意图 人类从起源以来就同高分子结下不解之缘：人类从起源以来就同高分子结下不解之缘：u 生命体系其根本 都是由高分子组成 u 衣食住行 离不开高分子材料高分子材料无处不在：高分子材料无处不在：高分子材料高分子材料 6060陶瓷陶瓷1010金属金属3030三分天下有其一地位：地位：高分子材料高分子材料Polymer MaterialsPolymer Materials信息信息Information生物生物Biology能源能源Energy环境EnvironmentEnvironment左右逢源2.1 认识高分子认识高分子 高分子高分子通常指通常指104以上分子量的

3、分子。以上分子量的分子。macromoleculepolymer 聚合物聚合物：由许多：由许多相同相同的、的、简单简单的的重复单元重复单元 通过通过共价键共价键重复连接而成。重复连接而成。大分子大分子 聚合物聚合物PolymerizationMonomer PolymerPolymerPetroleum ProductsMonomerCrude Oil or Natural Gas2.1 认识高分子认识高分子 按聚合单体数：按聚合单体数：2.1 认识高分子认识高分子 均聚物均聚物homopolymer共聚物共聚物copolymer 一种一种单体聚合而成。单体聚合而成。如：如：PE、PP、PVC

4、 二种或二种以上二种或二种以上单体聚单体聚合而成。合而成。如：如：尼龙尼龙-6,6 按重复单元数：按重复单元数：2.1 认识高分子认识高分子 低聚物低聚物Oligomer高聚物高聚物High polymer摩尔平均质量摩尔平均质量10000 高分子材料用基本成分。高分子材料用基本成分。聚乙烯聚乙烯 聚氯乙烯聚氯乙烯 聚丙烯聚丙烯例：几个常用的聚合物的分子结构式：例：几个常用的聚合物的分子结构式：2.1 认识高分子认识高分子 2.1 认识高分子认识高分子 Figure 2.1 Three ways to represent the structure of polyethylene:(a)a s

5、olid three-dimensional model,(b)a three-dimensional“space”model,and(c)a simple two-dimensional model.单一高分子链：单一高分子链：弯曲弯曲(twist)、缠结缠结(kink)、卷曲卷曲(coil)2.1 认识高分子认识高分子 2.1.1 定义定义 分子链的相关术语：分子链的相关术语：主链主链链节（重复单元）链节（重复单元）侧基（取代基）侧基（取代基）2.1.1 定义定义 分子链的相关术语：分子链的相关术语：支链（侧链）支链（侧链）主链主链2.1.2 聚合物的聚合物的分子量分子量 两个基本特点：分

6、子量两个基本特点：分子量大大；分子量；分子量多分散性多分散性。分子量只具有分子量只具有统计意义统计意义。常用的摩尔平均质量（简称分子量）有常用的摩尔平均质量（简称分子量）有四种四种：数均摩尔质量；数均摩尔质量；质均摩尔质量；质均摩尔质量；Z Z 均摩尔质量；均摩尔质量；粘均摩尔质量粘均摩尔质量 分子量的多分散性分子量的多分散性 分子量分布的宽窄分子量分布的宽窄 Q Mw /Mn Xw /Xn 分子量多分散性指数重均聚合度分子量多分散性指数重均聚合度 数均聚合度数均聚合度.*聚合度：高分子链中所含重复单元的平均数目。聚合度：高分子链中所含重复单元的平均数目。2.1.2 聚合物的分子量聚合物的分子

7、量 2.1.2 聚合物的分子量聚合物的分子量 .2.1.2 聚合物的分子量聚合物的分子量 .all synthetic polymers have adistribution of chain lengths(ie when we synthesize a polymer we end up with a bunch of chains of different length,ranging from the very short to the very long).数均摩尔质量按分子数统计平均数均摩尔质量按分子数统计平均Mn=NiMi/Ni=xiMi Ni：分子量为分子量为Mi的聚合物的摩尔

8、数的聚合物的摩尔数 xi：分子量为分子量为Mi的聚合物的分子分数的聚合物的分子分数 质均摩尔质量按质量统计平均质均摩尔质量按质量统计平均 Mw=wiMi/wi=fiMi wi：分子量为分子量为Mi的聚合物的质量的聚合物的质量 fi：分子量为分子量为Mi的聚合物的质量分数的聚合物的质量分数2.1.2 聚合物的分子量聚合物的分子量 4.1.2 聚合物的分子量聚合物的分子量 Table 2.1(a)Data Used for Number-Average Molecular Weight Computation in Example Problem 2.2Molecular Weight Range

9、(g/mol)xi 5,000-10,0000.0510,000-15,0000.1615,000-20,0000.2220,000-25,0000.2725,000-30,0000.2030,000-35,0000.0835,000-40,0000.02Mn=NiMi/Ni=xiMiMolecular Weight Range(g/mol)Mean Mi(g/mol)xi 5,000-10,0007,5000.0510,000-15,00012,5000.1615,000-20,00017,0000.2220,000-25,00022,5000.2725,000-30,00027,5000.

10、2030,000-35,00032,5000.0835,000-40,00037,5000.02xiMi37520003850607555002600 750 Mn=21,1502.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 分子运动分子运动的基础的基础分子内、分子间分子内、分子间相互作用相互作用的表现的表现结构结构性能性能分子设计分子设计 指定性能指定性能 的聚合物的聚合物改造改造现有现有 聚合物聚合物聚合物聚合物性质性质的决定因素的决定因素结构：结构：组成物质不同尺度的结构单元的组成物质不同尺度的结构单元的空间排布空间排布及及运动运动 聚合物的分子运动聚合物的分子运动高分子长链结构高分子长链结构分子

11、量巨大、多分散性分子量巨大、多分散性分子主链形状多样分子主链形状多样高聚物的分子运动与小分子的运动不同！高聚物的分子运动与小分子的运动不同！2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构特点特点运动单元的多重性运动单元的多重性对对时间的依赖性时间的依赖性对对温度的依赖性温度的依赖性多重运动单元多重运动单元：主链、侧链、链节、侧基：主链、侧链、链节、侧基明显的松弛特性明显的松弛特性温度温度，松弛过程，松弛过程加快加快 聚合物的分子运动特点聚合物的分子运动特点2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构聚合物的结构聚合物的结构高分子链结构高分子链结构聚集态结构聚集态结构（超分子结构）（超分子结构）分子内作用分子内作

12、用 分子间作用分子间作用2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 大分子链的化学组成大分子链的化学组成 重复单元的连接方式重复单元的连接方式 重复单元的空间排列方式重复单元的空间排列方式 大分子链的几何形状大分子链的几何形状 共聚物大分子链的序列结构共聚物大分子链的序列结构 非晶态非晶态 结晶态结晶态 液晶态液晶态CHH CHRCHH CHRCHH CHRCHH CHR单体单体 头头-尾连接尾连接 头头-头连接头连接 （尾（尾-尾连接）尾连接）占多数占多数 重复单元的连接方式重复单元的连接方式2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 重复单元的空间排列方式重复单元的空间排列方式 几何异构几何异构 立体

13、异构立体异构大分子链上存在双键，存在大分子链上存在双键，存在顺式顺式、反式反式构型构型。由于由于不对称碳原子不对称碳原子存在于分子中引起的异构现象存在于分子中引起的异构现象。2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构CCH3 CHCHHCHHCCH3 CCHHCHHH 顺式顺式构型构型 反式反式构型构型2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 聚异戊二烯聚异戊二烯：.CHH CH CHH CHCHH CH CHH CHRRRRCHH CH CHH CHCHH CH CHH CHRRRRCHH CH CHH CHCHH CH CHH CHRRRR全同全同立构立构间同间同立构立构无规无规立构立构2.1.3

14、聚合物的结构聚合物的结构*2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 大分子链的几何结构大分子链的几何结构线型线型 支化支化 交联交联 三维网状三维网状Figure 2.3 Schematic representation of Covalent chain structure 2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 Figure 2.4 A comparison of dendritic and hyperbranched structures2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 共聚物类型及序列结构共聚物类型及序列结构Figure 2.5 Schematic

15、representation of (a)random（无规）无规）,(b)alternating（交替）交替）,(c)block（嵌段）嵌段）,(d)graft（接枝）接枝）copolymer.The two different mer types are designated by black and colored circles.2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构聚合物的聚集态结构聚合物的聚集态结构 高分子链之间的几何排列结构。高分子链之间的几何排列结构。在材料加工成型中形成。

16、在材料加工成型中形成。影响材料使用性能的直接因素。影响材料使用性能的直接因素。2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 非晶态（无定形）非晶态（无定形）高分子链各自伸展，无规排列；高分子链各自伸展，无规排列；spaghetti 高分子链之间互相缠绕，如纠缠在一起无规线团高分子链之间互相缠绕，如纠缠在一起无规线团 Amorphous(random entanglement)2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 晶态晶态 高分子链之间有序排列；高分子链之间有序排列；聚合物晶体具有聚合物晶体具有不完善性不完善性，常用，常用结晶度结晶度来衡量。来衡量。2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构Figure 2.

17、6 Fringed-micelle model of a semicrystalline polymer,showing both crysalline and amorphous regions.(缨状胶束模型缨状胶束模型)聚乙烯形成的聚乙烯形成的 正斜方晶结构模型正斜方晶结构模型2003 Brooks/Cole,a division of Thomson Learning,Inc.Thomson Learning is a trademark used herein under license.Figure 2.7 The folded chain,model for crystallin

18、ity in polymers,shown in(a)two dimensions and(b)three dimensions.（折叠链模型）（折叠链模型）2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 聚合物结晶中，分子链以折叠的带状形式堆砌起来。聚合物结晶中，分子链以折叠的带状形式堆砌起来。单晶单晶 球晶球晶树枝状晶体树枝状晶体串晶串晶纤维状晶体纤维状晶体 伸直链晶片伸直链晶片 .主要结晶形态主要结晶形态:2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 Figure 2.8 Electron micrograph of a polyethylene single crystal.20,000 2.1.3 聚

19、合物的结构聚合物的结构 Figure 2.9 A transmission photomicrograph(using cross-polarized light)showing the spherulite structure of polyethylene.2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 结晶对高聚物性能的影响结晶对高聚物性能的影响 结晶结晶提高提高聚合物聚合物 密度密度 硬度硬度 耐热性耐热性 拉伸强度拉伸强度 结晶结晶降低降低聚合物聚合物 溶解性溶解性 透气性透气性 韧性韧性 透明性透明性2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构性能性能LDPEHD

20、PE密度密度 /gcm-30.91 0.920.94 0.96结晶度结晶度 /%（X-射线法）射线法）60 7095透明性透明性半透明半透明不透明不透明熔点熔点 /C105 115131 137拉伸强度拉伸强度 /MPa7 1521 37缺口冲击强度缺口冲击强度/kJ/m280 9040 70硬度硬度D41 46D60 70热变形温度热变形温度 /oC5078用途用途 薄膜等薄膜等硬塑料制品、管材、单丝等硬塑料制品、管材、单丝等表表2-2 两种聚乙烯两种聚乙烯*性能比较性能比较*LDPE 低密度聚乙烯（支链）；低密度聚乙烯（支链）；HDPE高高密度聚乙烯（密度聚乙烯（线型线型）液晶态液晶态 介

21、于液相（非晶态）和晶相之间的中介相。介于液相（非晶态）和晶相之间的中介相。物理状态为物理状态为液体液体。具有与晶体类似的具有与晶体类似的有序性有序性。2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 液晶态类型液晶态类型向列型、近晶型、胆甾型向列型、近晶型、胆甾型。长径比很大，刚性的高分子可能有液晶态。长径比很大，刚性的高分子可能有液晶态。2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 向列型向列型nematic state2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 近晶型近晶型smectic state2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 胆甾型胆甾型cholesteric state2.1.3 聚合物的结构聚合物的结

22、构 液晶高分子的分类液晶高分子的分类制备方法制备方法 分子结构分子结构热致性热致性液晶液晶 （晶体熔化晶体熔化）溶致性溶致性液晶液晶 （晶体在溶剂中溶解）晶体在溶剂中溶解）主链型主链型液晶液晶 侧链型侧链型液晶液晶2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 液晶基元（液晶原）液晶基元（液晶原）:高分子链结构中对形成液晶高分子链结构中对形成液晶 （mesogen）态起决定作用的部分。态起决定作用的部分。2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 高分子液晶的应用高分子液晶的应用高强度、高模量纤维高强度、高模量纤维（如：（如：Kevlar 纤维纤维）液晶高分子原位复合材料液晶高分子原位复合材料功能材料（如：信

23、息显示材料、光学记录材料功能材料（如：信息显示材料、光学记录材料）生物膜生物膜 高分子液晶具有的性能高分子液晶具有的性能 热稳定性高，刚硬，热稳定性高，刚硬，高冲击强度，化学惰性，高冲击强度，化学惰性，耐燃，燃烧产物基本无毒耐燃，燃烧产物基本无毒 2.1.3 聚合物的结构聚合物的结构 1、写出重复单元的连接方式，立体异构、几何异构的类型。写出重复单元的连接方式，立体异构、几何异构的类型。2、描述聚合物的分子运动特点。描述聚合物的分子运动特点。3、高分子链的几何结构主要有哪几种类型？、高分子链的几何结构主要有哪几种类型？4、影响材料使用性能的最直接因素是什么？、影响材料使用性能的最直接因素是什么

24、？课堂练习：课堂练习：2.1.4 聚合反应简介聚合反应简介 Figure2.10 Classification scheme of the methods of preparation of polymers聚合反应聚合反应高分子反应高分子反应缩聚反应缩聚反应加聚反应加聚反应用天然高分子用天然高分子用合成高分子用合成高分子形形成成高高分分子子的的方方法法复合材料复合材料 缩聚反应缩聚反应 官能团之间官能团之间的反应的反应；有有低分子副产物低分子副产物生成生成;线性缩聚反应线性缩聚反应非线性缩聚反应非线性缩聚反应2.1.4 聚合反应简介聚合反应简介 线型线型结构聚合物结构聚合物 支化支化、交联交

25、联结构聚合物结构聚合物Figure 2.11 The condensation reaction for 6,6-Nylon2.1.4 聚合反应简介聚合反应简介 2.1.4 聚合反应简介聚合反应简介 尼龙（尼龙（Nylon）卡罗瑟斯（卡罗瑟斯（1896-1937）美国有机化学家）美国有机化学家 单体具有单体具有不饱和键不饱和键（双键或三键）；（双键或三键）；加聚反应加聚反应 反应分三步构成：反应分三步构成：链引发、链增长、链终止；链引发、链增长、链终止；反应反应没有副产物没有副产物生成。生成。2.1.4 聚合反应简介聚合反应简介 引发剂引发剂Figure 2.12 Initiation of

26、a polyethylene chain by chain-growth may involve(a)producing free radicals from initiators such as benzoyl peroxide,(b)attachment of a polyethylene repeat unit to one of the initiator radicals,and(c)attachment of additional repeat units to propagate the chain.2.1.4 聚合反应简介聚合反应简介 2003 Brooks/Cole,a di

27、vision of Thomson Learning,Inc.Thomson Learning is a trademark used herein under license.2.1.4 聚合反应简介聚合反应简介 2003 Brooks/Cole,a division of Thomson Learning,Inc.Thomson Learning is a trademark used herein under license.偶合终止偶合终止 歧化终止歧化终止Figure 2.13 Termination of polyethylene chain growth:(a)the activ

28、e ends of two chains come into close proximity,(b)the two chains undergo combina-tion and become one large chain,and(c)rearrangement of a hydrogen atom and creation of a double covalent bond by dispropor-tionation cause termination of two chains.You might say that an addition polymer is like a good

29、friend who accepts everything about you,the pleasant and the unpleasant alike.But a condensation polymer is more like a snotty social club that says,Sure you can join,but only if you ditch those friends of yours.2.2 高分子材料概述高分子材料概述 高分子材料高分子材料：以聚合物或以聚合物为主，辅以各种添加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。剂等物质经加工而成

30、的材料。高分子科学领域高分子科学领域 Nobel 奖获得者：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，年，化学奖化学奖 Karl Ziegler Giulio Natta (德国德国)(意大利意大利)for their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers 1

31、953年，年，Ziegler：Ziegler催催化剂，低压聚乙烯合成方法；化剂，低压聚乙烯合成方法；1954年，年，Natta：改进改进Ziegler催化剂，提出有规立构聚丙烯催化剂，提出有规立构聚丙烯的概念。的概念。1963年，年，化学奖化学奖1974年，年，化学奖化学奖for his fundamental achievements,both theoretical and experimental,in the physical chemistry of the macromoleculesl利用等活性假设及直接的统计方法，他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

32、可几分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布，并利用动力学实验证实了等活性假设；设；l引入链转移概念，将聚合物统计理论用引入链转移概念，将聚合物统计理论用于非线性分子，产生了凝胶理论；于非线性分子，产生了凝胶理论；lFlory-Huggins格子理论；格子理论；l1948年年作作出出了了最最重重要要的的贡贡献献，即即提提出出“排除体积排除体积”理论和理论和温度概念；温度概念；l著作著作“Principles of polymer chemistry”（1953）是高分子学科中的）是高分子学科中的Bible。1991 物理奖物理奖 l对液晶和高分子物质有序现象提出

33、了标度对液晶和高分子物质有序现象提出了标度理论理论l从临界现象认识分子，在物理从临界现象认识分子，在物理-化学之间化学之间架设了桥梁架设了桥梁l提出提出“软物质软物质”概念概念“for discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalized to more complex forms of matter,in particular to liquid crystals and polymers”De Gennes2000年年 化学奖化学奖Hideki

34、 Shirakawa,Alan J.Heeger Alan G.MacDiarmid for the discovery and development of conductive polymers2.2.1 优势优势 原料丰富原料丰富；具有各种优异性能；具有各种优异性能；密度密度1/6 钢，钢，易加工成型，易加工成型，耐腐蚀、电绝缘性高、具有渗透性、耐腐蚀、电绝缘性高、具有渗透性、生产能耗低，投资少，周期短，利润高生产能耗低，投资少，周期短，利润高 PS钢钢铝铝=11020（单位体积）（单位体积）2.2.1 优势优势 用于淀粉基树脂制备的直链淀粉分子用于淀粉基树脂制备的直链淀粉分子聚乳酸弹性

35、包装聚乳酸弹性包装 .*Adisa Azapagic等著，等著，高分子材料高分子材料-环境与可持续发展环境与可持续发展，北，北 京：化学工业出版社，京：化学工业出版社，2006.2.2.2 高分子材料的分类高分子材料的分类 (一一)按照聚合物的按照聚合物的来源来源分类分类天然高分子材料天然高分子材料改性的天然高分子材料改性的天然高分子材料合成高分子材料合成高分子材料改性合成高分子材料改性合成高分子材料如：纤维素如：纤维素 硝基纤维素硝基纤维素 棉、毛棉、毛 织物；木材、麻织物；木材、麻 纸纸 小分子原料经化学反应和聚合方法合成。小分子原料经化学反应和聚合方法合成。如：如：PE、PVC、PP 聚

36、合物经化学、物理方法改性。聚合物经化学、物理方法改性。2.2.2 高分子材料的分类高分子材料的分类 (二二)按照聚合物的按照聚合物的主链结构主链结构分类分类碳链聚合物材料碳链聚合物材料杂链聚合物材料杂链聚合物材料元素有机聚合物材料元素有机聚合物材料 聚合物主链完全由聚合物主链完全由碳碳原子组成。原子组成。如：如：PVC、PS、PE、聚合物主链中除聚合物主链中除碳碳外，还有外，还有氧、氮、硫氧、氮、硫等杂原子。等杂原子。如：如：PA 聚合物主链中聚合物主链中没有没有碳原子，主要由碳原子，主要由硅、硼硅、硼等原子等原子组成，侧链为有机基团。如：有机硅、组成，侧链为有机基团。如：有机硅、2.2.2

37、高分子材料的分类高分子材料的分类 .(三三)按照高分子材料按照高分子材料用途用途分类分类塑料塑料弹性体（橡胶）弹性体（橡胶）纤维纤维复合材料复合材料胶粘剂胶粘剂涂料涂料 真正从材料角度的分类方式真正从材料角度的分类方式三大合成材料三大合成材料2.2.2 高分子材料的分类高分子材料的分类 热塑性塑料热塑性塑料 热固性塑料热固性塑料高分子材料科学与工程研究：高分子材料科学与工程研究：合成合成 结构和组成结构和组成 材料性能；材料性能；加工工艺加工工艺 材料性能；材料性能；环境因素环境因素 材料性能材料性能 2.2.3 研究内容研究内容 2.3 高分子材料的力学状态高分子材料的力学状态物质的力学状态

38、：物质的力学状态：固态固态 液态液态 气态气态 聚合物的特殊性聚合物的特殊性 没有气态；没有气态；具有非晶态；具有非晶态；结晶具有不完善性结晶具有不完善性 线型无定形线型无定形聚合物的力学三态：玻璃态聚合物的力学三态：玻璃态 高弹态高弹态 粘流态粘流态 图图2-14 线型无定形高聚物线型无定形高聚物 形变温度曲线形变温度曲线 Tg 玻璃化转变温度；玻璃化转变温度；Tf 粘流温度粘流温度 Td分解温度分解温度 玻璃态玻璃态 （塑料和纤维）（塑料和纤维）T Tg：分子链、键段不能运动，只有：分子链、键段不能运动，只有 键长和键角可作微小变化。键长和键角可作微小变化。高弹态高弹态 （橡胶）（橡胶）T

39、g TTf：键段可以运动，但分子链：键段可以运动，但分子链 不能运动，分子链呈卷曲不能运动，分子链呈卷曲 状态状态。粘流态粘流态 （成型加工的状态成型加工的状态）Tf TTd：键段、分子链均能运动，：键段、分子链均能运动，高聚物成为流动的粘液。高聚物成为流动的粘液。2.3 高分子材料的力学状态高分子材料的力学状态2.3 高分子材料的力学状态高分子材料的力学状态受拉伸力受拉伸力撤去外力撤去外力.课堂练习课堂练习1、聚合反应可简单地分为哪几类？、聚合反应可简单地分为哪几类？2、写出世界上第一个合成纤维、人造塑料、合成塑料的名称。、写出世界上第一个合成纤维、人造塑料、合成塑料的名称。3、三大合成材料

40、是什么？、三大合成材料是什么？4、写出线型无定型聚合物的力学三态；、写出线型无定型聚合物的力学三态；高分子材料的力学性能特点高分子材料的力学性能特点 强度低，强度低，比强度比强度高高;拉伸强度拉伸强度100MPa，但密度小（，但密度小（钢的钢的1/41/8）2.4 高分子材料的性能特点高分子材料的性能特点 高弹性高弹性，弹性模量低弹性模量低；橡胶橡胶 典型的高弹性材料：弹性变形率为典型的高弹性材料：弹性变形率为100%1000%弹性模量仅为弹性模量仅为1MPa 高耐磨性高耐磨性；塑料的摩擦系数小，有些塑料具有自润滑性能塑料的摩擦系数小，有些塑料具有自润滑性能。2.4 高分子材料的性能特点高分子

41、材料的性能特点 Figure 2.15 three typical classes of polymer stress-strain curves.粘弹性粘弹性外力作用时，同时发生外力作用时，同时发生高弹变形高弹变形和和粘性流动粘性流动。静态粘弹性静态粘弹性 动态粘弹性动态粘弹性 蠕变蠕变 应力松弛应力松弛 聚合物粘弹性聚合物粘弹性 内耗内耗：应力一定，随时间的延长：应力一定，随时间的延长形变增加。形变增加。：应变一定，应力随时应变一定，应力随时 间延长而减小间延长而减小。应变落后于应力的变化应变落后于应力的变化。2.4 高分子材料的性能特点高分子材料的性能特点2.4 高分子材料的性能特点高分

42、子材料的性能特点Figure 2.16 Various types of strain response to an imposed stress.2.4 高分子材料的性能特点高分子材料的性能特点Figure 2.17 Schematic showing creep and stress relaxation.高分子材料物化性能特点高分子材料物化性能特点 聚合物高电阻率聚合物高电阻率 可能积累大量静电荷可能积累大量静电荷 高绝缘性；高绝缘性；2.4 高分子材料的性能特点高分子材料的性能特点 低耐热性；低耐热性；通用高分子材料的耐热温度通用高分子材料的耐热温度 200 低导热性：低导热性：金属的

43、金属的1/500-1/600 高化学稳定性；高化学稳定性；高热膨胀性：高热膨胀性：比金属大比金属大3-10倍倍 较易老化。较易老化。高分子材料在贮存、使用过程中，由于自身结构，高分子材料在贮存、使用过程中，由于自身结构，或受或受光，热，氧，机械力、生物侵蚀等光，热，氧，机械力、生物侵蚀等影响，性能影响，性能 逐渐变坏，直至丧失使用价值的现象。逐渐变坏，直至丧失使用价值的现象。2.4 高分子材料的性能特点高分子材料的性能特点 防止老化措施：防止老化措施：改变自身结构；改变自身结构；加入防老化剂；加入防老化剂；表面处理：镀金属或涂抗老化涂料。表面处理：镀金属或涂抗老化涂料。2.5 通用高分子材料通

44、用高分子材料塑料塑料塑料的发明堪称为塑料的发明堪称为20世纪人类的一大杰作世纪人类的一大杰作贝克兰德贝克兰德（1863-1944)美国化学家。美国化学家。1909年发明酚醛塑料年发明酚醛塑料o酚醛塑料酚醛塑料-电木制品电木制品 2.5 通用高分子材料通用高分子材料塑料塑料2.5 通用高分子材料通用高分子材料塑料塑料 世界上的第一个合成塑料世界上的第一个合成塑料 酚醛塑料酚醛塑料 聚合物聚合物决定塑料的类型、主要性能。决定塑料的类型、主要性能。塑料的使用温度塑料的使用温度上限上限：聚合物的：聚合物的Tg。合成或天然合成或天然高聚物高聚物为基本成分，配以一定的为基本成分，配以一定的助剂助剂经经 加

45、工加工 可塑成一定形状，在可塑成一定形状，在常温下保持其形状不变常温下保持其形状不变，高温下具高温下具 有可塑性有可塑性的高分子材料。的高分子材料。2.5 通用高分子材料通用高分子材料塑料塑料塑料的特点：塑料的特点：绝热性和绝缘性好绝热性和绝缘性好 电子、电气，保温隔热电子、电气，保温隔热 耐腐蚀和化学稳定性好耐腐蚀和化学稳定性好 防腐材料，劳保用品，包装农药防腐材料，劳保用品，包装农药 密度小，强度高密度小，强度高 汽车工业、航空、航天、军事汽车工业、航空、航天、军事 光学性质好光学性质好 农膜、照相胶卷、航空玻璃、光盘、光纤农膜、照相胶卷、航空玻璃、光盘、光纤 加工性能优良，能耗低。加工性

46、能优良，能耗低。2.5 通用高分子材料通用高分子材料塑料塑料 分类分类 按材料的受热行为：按材料的受热行为：热塑性热塑性塑料塑料 热固性热固性塑料塑料 受热变软，冷却变硬；受热变软，冷却变硬；软化、变硬可往复循环软化、变硬可往复循环 可反复成型可反复成型 品种：品种：聚乙烯聚乙烯(PE)、聚丙烯聚丙烯(PP)、聚氯乙烯聚氯乙烯(PVC)由单体、预聚物经化学反应由单体、预聚物经化学反应 网状网状聚合物。聚合物。不溶不熔不溶不熔 不可再塑不可再塑 品种：酚醛树脂品种：酚醛树脂(PF)、环氧树脂环氧树脂(EP)、氨基树脂氨基树脂2.5 通用高分子材料通用高分子材料塑料塑料 按材料的使用功能：按材料的

47、使用功能：通用通用塑料塑料 工程工程塑料塑料 产量大，价格较低，力学性能一般。产量大，价格较低，力学性能一般。作非结构材料使用作非结构材料使用 PE、PP、聚苯乙烯（聚苯乙烯（PS）、）、PF、具有优异的力学性能、热性能、尺寸稳定性，或能具有优异的力学性能、热性能、尺寸稳定性，或能 满足特殊要求的塑料满足特殊要求的塑料 聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、（PTFE）（PA）（PC）（POM）2.5 通用高分子材料通用高分子材料塑料塑料 组成组成 单组分塑料单组分塑料 多组分塑料多组分塑料高聚物高聚物高聚物高聚物添加剂添加剂 基础组分助剂基础组分助剂助剂

48、：增塑剂、颜填料、抗氧剂、阻燃剂、抗静电剂助剂：增塑剂、颜填料、抗氧剂、阻燃剂、抗静电剂热塑性塑料热塑性塑料(Thermoplastics)聚乙烯，聚乙烯，PE：产量最大，结构最简单产量最大，结构最简单。聚丙烯，聚丙烯，PP：最轻的塑料。最轻的塑料。聚氯乙烯，聚氯乙烯，PVC：全能的塑料，价格低廉。全能的塑料，价格低廉。聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA：最透明的塑料，不会碎的玻璃最透明的塑料，不会碎的玻璃。2.5 通用高分子材料通用高分子材料塑料塑料热固性塑料热固性塑料(Thermosetts)环氧树脂环氧树脂，Epoxy resins：用作复合材料，粘合剂等。用作复合材料，粘合剂

49、等。酚醛树脂，酚醛树脂，Phenolic resins：电器绝缘材料等。电器绝缘材料等。聚酯树脂聚酯树脂 Polyester resins：玻璃钢等。玻璃钢等。2.5 通用高分子材料通用高分子材料塑料塑料工程塑料工程塑料(engineering plastics)聚酰胺聚酰胺，PA：产量最大、发展最早的工程塑料。产量最大、发展最早的工程塑料。聚碳酸酯聚碳酸酯,PC：无毒、无味、透明，抗冲击性能最好的塑料。无毒、无味、透明，抗冲击性能最好的塑料。聚甲醛，聚甲醛，POM：具有自润滑性、尺寸稳定性高。具有自润滑性、尺寸稳定性高。聚四氟乙烯聚四氟乙烯，PTFE：摩擦系数最小的塑料。塑料王。摩擦系数最小

50、的塑料。塑料王。2.5 通用高分子材料通用高分子材料塑料塑料2.5 通用高分子材料通用高分子材料塑料塑料 成型加工成型加工o挤出挤出 o吹塑吹塑o注塑注塑o压延压延o纺丝纺丝o压缩模塑压缩模塑o传递模塑传递模塑热固性树脂加工热固性树脂加工2.5 通用高分子材料通用高分子材料塑料塑料Figure 2.19 Typical forming processes for thermosetting polymers:transfer molding.2.6 通用高分子材料通用高分子材料橡胶橡胶 Christopher Columbus(1451-1506)Joseph Priestley (1733-