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高分子材料. 主讲教师：杨晓莉. 第一章 绪 论. 博 士. 博 士. 主讲教师：杨晓莉. 副教授. 副教授. 教材及参考文献. polymer materials. 黄丽 . 高分子材料 ( 第二版） , 北京 : 化工出版社 ,2010 韩冬冰 . 高分子材料概论 , 北京 : 中国石化出版社 ,2006 何曼君 , 陈维孝 , 董西侠 . 高分子物理，上海 : 复旦大学出版社 ,1990 潘祖仁 . 高分子化学 , 北京 : 化工出版社 ,1997. 教学内容. polymer materials.
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高分子材料 主讲教师：杨晓莉 第一章 绪 论 博 士 博 士 主讲教师：杨晓莉 副教授 副教授
教材及参考文献 polymer materials • 黄丽.高分子材料(第二版）,北京:化工出版社,2010 • 韩冬冰.高分子材料概论,北京:中国石化出版社,2006 • 何曼君,陈维孝,董西侠.高分子物理，上海:复旦大学出版社,1990 • 潘祖仁.高分子化学,北京:化工出版社,1997
教学内容 polymer materials • 了解高分子材料发展历史及现状，了解高分子基本概念及高分子物理化学的相关知识； • 了解塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂的类型和特性，掌握其主要品种结构及其特性； • 了解聚合物通过共混与复合改性的常用方法和主要品种。
课程考核 polymer materials • 考核成绩构成 • 结业考试成绩 70％ • 平时成绩 30％ • 作业成绩 15％ • 考勤成绩 15％ • 结业考试方式 • 闭卷考试
内容提要 polymer materials 第一章 绪论 第二章 通用塑料（重点） 第三章 工程塑料（重点） 第四章 合成纤维 第五章 橡胶 （重点） 第六章 功能高分子材料
高分子科学主要研究内容 polymer materials 研究聚合反应和高分子化学反应原理，选择原料、确定路线、寻找催化剂、制订合成工艺等。 高分子化学 研究聚合物的结构与性能的关系，建立微观结构→宏观性能之间的联系，为设计合成预定性能的聚合物提供理论指导，是沟通合成与应用的桥梁。 高分子科学 高分子物理 高分子加工 研究聚合物加工成型的原理与工艺。
高分子科学各主干学科之间的关系 polymer materials 高分子化学 合成 结构 高 分 子 物 理 分子设计 高分子科学 性能 应用 成型加工
第一章 绪论 polymer materials 第三节 第二节 第一节 高分子材料的成型加工 （重点） 高分子材料的类型及特征 高分子材料的发展历程
第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （1）高分子材料发展历史 天然高分子的直接利用 皮毛、甲壳素、棉麻丝、竹、木等 天然高分子的化学改性 天然橡胶的硫化，硝化纤维的合成等 酚醛树脂、聚甲醛、聚氨酯、聚酰胺等 高分子合成 功能高分子、高分子复合材料（合金）、高分子的分子设计 高分子时代
1839 Charles Goodyear discovers vulcanization , by combining natural rubber with sulfur and heating it to 270 degrees Fahrenheit . Vulcanized rubber is a polymeric substances that is much more durable than its natural counter part .Its most common use today is in automobile tires. 1500's British explorers discover the ancient Mayan civilization in Central America. The Mayans are assumed to be among the first to find an applicantion for polymers; as their chilren were fond of playing with balls made from local rubber trees . 第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （1）高分子材料发展历史 汽车轮胎 割胶刀 橡胶树种 1900年 硬橡胶电话机 1880年 硬橡胶手镯
1907 The oldest recorded synthetic plastic is fabricated by Leo Bakeland. Bakelite's hardness and high heat resistivity mmade it an excellent choice as an electrical insulato 第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （1）高分子材料发展历史 1920年 轮胎压力表 酚醛树脂、橡胶制备 1920年 添加矿物油的电木时钟 1920年 电木扬声器 1924年 化装盒 1924年 玩具火车头
1920 Standinger published his classic paper entitled "Uber Polymerization." publication of this paper heralded a decade of intense research and presented to the world the development of modern polymer theory. 第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （1）高分子材料发展历史 1920年代 提出“大分子线 链型结构”概念 1932年 在法拉第学会 上得到公认 1953年 获Nobel Prize Hermann Staudinger (1881-1965)
1927 Large scale production of vinyl-chloride resins bengins. This polymeric compound continues to be widely used today to make piumbing (PVC) pipe ,Eutterytile ,and bottles . 第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （1）高分子材料发展历史 1950年 PVC衣服刷 1950年ABS & PVC 变焦眼镜 1950年 PVC电扇
1930 Polystyrene is invented. This polymeric material is used in videocasettes and other packaging. Expanded polystyrene (commonly called Styrofoam) is used in cups, packaging, and thermally insulated containers. 第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （1）高分子材料发展历史 1950年PS & PVC收音机 1950年PS衣服架 1950年 手动搅拌器 1960年PS安全眼镜 1940年PS 及赛璐珞音乐时钟
1938 Wallace Carothers of the Dupont company produces another well known polymeric product ,nylon. Nylon is a common material used today for such applications as ropes and clothes. 第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （1）高分子材料发展历史 尼龙的发明人 Wallace H. Carothers （1896～1937） 30年代缩聚反应的系统研究 二元胺与二元羧酸的缩聚反应 1935年合成出聚酰胺66(尼龙66) 1938年世界上第一种合成纤维正式诞生
1976 The polymer/plastics industry outstripped steel as the nation's most widely used material per unit volume. We now use more plastic than steel, aluminum and copper combined. 第一节 高分子材料发展历程 polymer materials • 1970年，发明了耐温聚合物—Ekonol，为后续的液晶聚合物的研究奠定了基础。Ekonol主要用在电子行业及航天器等领域。 • 1971年，耐高温、高强度的Kevlar研制成功，耐温高达300℃，可织成防弹衣、消防服、赛车服等。 • 1976年，聚合物/塑料体积产量超过钢。从而使得高分子材料与历史悠久的金属材料、陶瓷材料构成现代材料领域的三大类。 （1）高分子材料发展历史 20年代，“大分子链结构”概念的提出，开创了高分子材料发展序幕。
第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （2）高分子材料发展现状 聚苯乙烯 聚氯乙烯 我被高分子包围了呀！ 有机玻璃 涤纶 酚醛塑料 聚四氟乙烯 塑料
第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （2）高分子材料发展现状 通常运动鞋，鞋面是由皮革和尼龙拼接而成的，鞋底是用一种叫SBS的橡胶制成的。鞋垫使用的则是一种叫做聚氨酯的高分子材料。
第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （2）高分子材料发展现状 前柱（填充聚丙烯） 方向盘（聚丙烯聚合物或均聚物） 柱外壳（填充聚丙烯） 车门内装饰（聚丙烯共聚物或填充聚丙烯） 仪表盘（填充聚丙烯） 中柱（聚丙烯共聚物或填充聚丙烯） 后柱（填充聚丙烯） 导管（聚丙烯共聚物） 后托盘（填充聚丙烯） 动力油箱（聚丙烯共聚物） 散热器护栅（填充聚丙烯） 后灯护罩（聚丙烯共聚物） 冷却风扇（玻纤增强聚丙烯） 后保险杠（乙丙橡胶改性聚丙烯） 大灯护罩（聚丙烯共聚物） 汽车中聚丙烯材料零部件 倾斜式座位外壳（聚丙烯共聚物） 前保险杠（乙丙橡胶改性聚丙烯） 侧制动手柄（无规共聚物） 电线覆盖层（聚丙烯聚合物） 脚垫板（聚丙烯共聚物） 控制台（填充聚丙烯） 空气滤清器（填充聚丙烯） 加速踏板（聚丙烯共聚物） 加热器外壳（填充聚丙烯） 杂物箱（填充聚丙烯）
第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （2）高分子材料发展现状 聚四氟乙烯(PTFE)
第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （2）高分子材料发展现状 ABS树脂
第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （2）高分子材料发展现状 生物医用高分子材料 可吸收医用胶水-可吸收缝合线
第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （2）高分子材料发展现状 F-22隐形战斗机 防弹衣
第一节 高分子材料发展历程 polymer materials （2）高分子材料发展现状 液晶高分子材料 2001年日本索尼公司研制的液晶显示器 偏光显微镜下的高分子液晶
第一节 高分子材料发展历程 polymer materials • 生物医学中的人工组织支架、缓释药物胶囊 • 光电信息高分子材料 • 自组装、芯片封装材料等 • 燃料电池与锂离子电池、导电高分子材料 • 环境协调与友好性高分子材料：生物可降解高分子材料、绿色建筑涂料、健康环保装饰材料 • 现代高分子膜分离技术等 （3）高分子材料的发展趋势
塑料 橡胶 纤维 胶粘剂 涂料 聚合物基复合材料 聚合物合金 功能高分子材料 第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （1)高分子材料的类型 按照高分子材料的物理形态和用途划分： 三大合成材料
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （2） 塑料（Plastic） • 定义:以树脂为主要成分，加入各种添加剂，在一定温度和压力下塑造成一定形状，并在玻璃态下使用的高分子材料。 塑料＝树脂＋添加剂
第二节 高分子材料的类型与特征 • 树脂是未经加工处理的、没有与各种添加剂混合的聚合物，是塑料的主要成分，对塑料性能起决定性作用。 • 添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。 • 填料主要起增强作用； • 增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性； • 固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构； • 稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命； • 润滑剂用于防止塑料加工时粘模具上, 使制品光亮; • 着色剂用于塑料制品着色； • 发泡剂、阻燃剂、抗静电剂、催化剂等。
PS管 通用塑料(Universal Plastics) 第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials 电讯器材和电木制品，耐热绝缘部件及各种结构件。 最好的透明材料，透光率达到92%以上。 PE手套 环氧树脂电器配件
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （2）塑料（Plastic） • 塑料的分类(按用途分)： • 通用塑料(Universal Plastics)：一般指产量大、用途广、成型性好、价廉，但性能一般，主要用于非结构材料。 • 工程塑料(Engineering Plastics)：一般指能承受一定的外力作用，并有良好的机械性能和尺寸稳定性，长期使用温度在100℃以上，可以作为工程结构件的塑料。 • 特种塑料：一般指具有特种功能（如耐热、自润滑等），应用于特殊要求的塑料。如氟塑料、有机硅等。
PC挡风板 工程塑料(Engineering Plastics) 第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials 强度较高，耐磨、自润滑性好。 热稳定性高。使用温度150-174℃。 优良的机械性能，透明无毒。
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （2)塑料（Plastic） • 塑料的分类（按受热性能分） • 热塑性塑料： 指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化,具有多次重复加工性的塑料。如聚乙烯、聚氯乙烯塑料等。 • 热固性塑料： 因受热发生固化反应，形成不熔不溶性物料，不具有多次重复加工性的塑料。如酚醛塑料、环氧塑料等。
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （2）塑料（Plastic） • 塑料的特点(优点)： • 塑料比较轻，这是相对于金属而言的，是因为它们是有机化合物，即由碳、氢、氧、氮等较轻的元素组成的。 • 塑料易于加工。塑料具有可塑性，即在加热或加压后变形，在降温或压力消失后维持原形不变。可以通过挤出，注射等方式加工成各自形状的产品。 • 塑料绝缘性好，耐腐蚀。可作为电器、电线的绝缘包覆物。
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （2）塑料（Plastic） • 塑料的特点(缺点)： • 刚性差(为钢铁材料的1/100-1/10)，强度低；耐热性差、热膨胀系数大（是钢铁的10倍）、导热系数小(只有金属的1/200-1/600)；蠕变温度低、易老化。 • 塑料不易腐烂。大量的塑料废弃无法被自然界吸收、分解，从而造成一定程度的环境污染。
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （3）橡胶(Rubber) • 定义：是一种在使用温度范围内处于高弹态的高分子化合物。其分子链柔性好，在外力作用下可产生较大变形，除去外力后能迅速恢复原状。 橡胶泳帽 橡胶轮胎
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （3）橡胶(Rubber) • 橡胶的组成 • 生胶：天然橡胶、合成橡胶以及橡胶的替代材料。 • 配合剂:主要有硫化剂、硫化促进剂、防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、着色剂等。 硫化剂 橡胶 网状体型 天然橡胶（生胶） 线型
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （3）橡胶(Rubber) 橡胶的分类 丁苯橡胶SBR 天然橡胶NR 顺丁橡胶BR 通用合成橡胶 橡胶 异戊橡胶IR 氯丁橡胶CR 合成橡胶 乙丙橡胶EPDM 丁腈橡胶NBR 特种合成橡胶 硅橡胶
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （3） 橡胶(Rubber) • 天然橡胶(NR)： 为异戊二烯聚合物。具有优良的回弹性，拉伸强度、伸长率、耐磨性、抗撕裂和耐压缩永久变形件能都优于大多数合成橡胶。 适用范围：制作轮胎、减震零件、缓冲绳和密封零件。不耐油，耐天候、臭氧、氧的性能较差。 使用温度范围：-60~120℃ • 丁苯橡胶(SBR): 为丁二烯与苯乙烯的共聚物。含10％苯乙烯的丁苯-10具有优良的耐寒性，含30％苯乙烯的丁苯-30耐磨性优良。 适用范围：制作轮胎和密封零件。制品不耐油，老化性能较差。 使用温度范围：-60~120℃ 常用橡胶 天然橡胶 丁苯橡胶
顺丁橡胶 CIS-1，4-POLYBUTADIENE RUBBER 第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （3）橡胶(Rubber) • 顺丁橡胶BR 为顺丁二烯聚合物。耐寒、耐磨及回弹性能较好。 适用范围： 制作轮胎、密封零件、减震零件、胶带和胶管等制品。制品不耐油，不耐老化。 使用温度范围：-70～100℃。 常用橡胶
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （3） 橡胶(Rubber) • 氯丁橡胶(CR) 为氯丁二烯聚合物。耐天候，耐臭氧老化，有自熄性，耐油性能仅次于丁腈橡胶，拉伸强度、伸长率、回弹性优良，与金属和织物粘结性能好。 适用范围：制作密封圈及其他密封型材、胶管、涂层、电线绝缘层、胶布及配制胶粘剂。 使用温度范围：-35~130℃。 常用橡胶 氯丁橡胶
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （3） 橡胶(Rubber) • 硅橡胶 为聚硅氧烷。具有极佳的耐热、耐寒、耐老化性能，绝缘电阻、介电特性优异，导热性好，但强度和抗撕裂性较差，不耐油，价格较贵。 适用范围：密封圈、密封型材、氧气波纹管、膜片、绝缘材料。 使用温度范围：-70~280℃。 常用橡胶 硅橡胶
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials • 温度依赖性 高分子材料一般都受温度影响。橡胶在低温时处于玻璃态变硬变脆，在高温时则发生软化、熔融、热氧化、热分解以至燃烧。 • 具有老化现象 如同金属腐蚀、木材腐朽、岩石风化一样，橡胶也会因环境条件的变化而发生老化，使性能变坏，使寿命缩短。 • 必须硫化 橡胶必须加入硫黄或其它能使橡胶硫化（或称交联）的物质，使橡胶大分子交联成空间网状结构，才能得到具有使用价值的橡胶制品，但是，热塑性橡胶可不必硫化。
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （3） 橡胶(Rubber) • 高弹性橡胶的弹性模量小，一般在1～9.8MPa。伸长变形大，伸长率可高达1000%，仍表现有可恢复的特性，并能在很宽的温度（-50～150℃）范围内保持有弹性。 • 缓冲减震作用 橡胶对声音及振动和传播有缓和作用，可利用这一特点来防除噪音和振动。 • 电绝缘性 橡胶和塑料一样是电绝缘材料，天然橡胶和丁基橡胶的体积电阻率可达到1015Ω/cm以上。 橡胶的特点
天然纤维 棉花 羊毛 蚕丝 麻 涤纶 的确良 锦纶尼龙 六大纶 腈纶人造羊毛 合成纤维 丙纶轻、耐磨 化学纤维 维纶成本低 氯纶保暖、弹性好 醋酸纤维 人造纤维 粘胶纤维 第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （4） 纤维(Fiber) 纤维的分类 纤维
硅酸铝纤维 碳纤维线 矫正纤维丝 第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （4）纤维(Fiber) • 定义：是指长度比直径大很多倍，并且有一定柔韧性的纤细物质。
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （4） 纤维(Fiber) 主要的合成纤维品种
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （5） 胶黏剂(Adhesive) • 定义：是靠界面间作用使各种材料牢固地粘接在一起的物质。 • 组成：除了基料外(一种或几种高聚物)，还有固化剂、填料、增塑剂、增韧剂、稀释剂、促进剂及着色剂等。
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （5）胶黏剂(Adhesive) 胶黏剂的分类 产量最大的热塑性胶粘剂，主要品种有 PVAc 溶液粘合剂、PVAc乳液粘合剂等。 天然胶粘剂 淀粉系、蛋白质系、天然树脂系、天然橡胶系 聚醋酸乙烯 聚乙烯醇 聚丙烯酸酯 饱和聚酯 聚氨酯 线型聚合物为粘料，可溶。用于非结构件的胶粘，粘接力不高。 价格低、无毒、主要用于纸品的粘接和办公用品中的浆液。 热塑性 胶粘剂 树脂型 合成胶粘剂 脲醛树脂、酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯等 加热下，聚合物发生交联，形成不溶不熔胶层。粘接力强。 热固性 氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、有机硅橡胶、热塑性橡胶 橡胶型
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials （5）胶黏剂(Adhesive) • 结构胶粘剂（Structural adhensive)，主要用于航空和宇航及其他工业中受力构件的粘接，目前结构胶主要品种是改性的热固性胶粘剂。如用尼龙、羧酸丁腈、聚砜改性的环氧胶或聚乙烯醇缩醛、丁腈改性的酚醛胶，都具有很高的强度和韧性及优良的耐湿、热老化（除环氧—尼龙外）氧等性能。 特殊类型的胶黏剂
第二节 高分子材料的类型与特征 polymer materials • 特种胶粘剂：除一般性能外还有某些特殊功能,如耐超高温低温、导电、医用......,品种配方多达数万种，附加值高。与此相似，一些特殊工艺胶粘剂如热熔胶(Hot melt adhesive)、厌氧胶(Anaerobic adhesive)、压敏胶(Pressure adhesive)等发展迅速，年增长率在15%以上。
