緒論【高分子材料】課件

高分子材料高分子材料課程簡介時間安排：緒論2學時；熱固性塑料6學時；熱塑性塑料12學時；橡膠與彈性體材料10學時；復習2學時；總計32學時?？己朔椒ǎ?1)平時30％（出勤＋作業(yè)＋期中考試）;（2）期末考試70％。參考書目：黃麗主編《高分子材料》，化工出版社；張留成主編《高分子材料基礎》，化工出版社；《橡膠工業(yè)手冊（第一分冊)》，化工出版社；楊清芝主編《現(xiàn)代橡膠工藝學》，化工出版社；李祖德主編《塑料加工技術應有手冊》，中國物質(zhì)出版社。課程簡介時間安排：緒論2學時；熱固性塑料6學時；熱塑性塑料1第1章緒論前言塑料概論（重點）橡膠概論（重點）高分子材料的發(fā)展趨勢第1章緒論前言

前言

材料是人類賴以生存和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎。

材料、能源和信息并列成為現(xiàn)代科學技術的三大支柱。材料是工業(yè)發(fā)展的基礎。其發(fā)展水平直接反映了一個國家科學技術進步和經(jīng)濟發(fā)展的程度。

材料：金屬材料

無機非金屬材料（陶瓷、水泥、玻璃……)

高分子材料(塑料、橡膠、纖維、涂料、粘合劑、油墨、高分子復合材料、功能高分子材料、天然高分子材料等）

復合材料前言高分子材料是當代新材料的后起之秀，但其發(fā)展速度與應用范圍超過了傳統(tǒng)的金屬材料和無機材料，已成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科技和日常生活等領域不可缺少的重要材料。世界合成高分子材料的總產(chǎn)量已達3億噸，其體積產(chǎn)量超過金屬材料。我國是高分子材料生產(chǎn)和消費的大國，合成高分子材料產(chǎn)量達3000萬噸左右，在全球排名第二，年消費量5000萬噸左右。高分子材料是當代新材料的后起之秀，但其發(fā)展速度與應用范圍超過1.高分子材料與人類生活

高分子材料越來越普及和深入到人類生活的各個方面，給人類生活帶來了翻天覆地的變化。衣：天然纖維、合成纖維、皮革；食：天然高分子食品：淀粉、蛋白質(zhì)等；食品包裝：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)：農(nóng)用薄膜與溫室技術使北方人民冬天可以吃到新鮮蔬菜；

滴灌技術：顯著提高缺水地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量,

改造沙漠。

1.高分子材料與人類生活高分子材料越來越普及和深?。焊叻肿咏ú模核芰瞎懿?、塑料門窗、塑料板材、建筑粘合劑、建筑防水材料、家具、涂料、裝修材料（人造板、電線、開關等）、高性能混凝土外加劑等。

用高分子建材代替金屬和無機非金屬材料符合節(jié)能減排和低碳原則。?。焊叻肿咏ú模核芰瞎懿摹⑺芰祥T窗、塑料板材、建筑粘合劑、建行：汽車：含有輪胎和數(shù)以千計的高分子材料零部件，一輛小轎車要使用一百多公斤各種高分子材料，是汽車輕量化的關鍵。

高速列車：減震降噪依賴于橡膠減震制品。

大型客機：需要上萬個高分子材料零件。機身使用碳纖維增強樹脂復合材料（如A380占50%以上）。行：用：各種家用電器、辦公用品都離不開塑料、橡膠等高分子材料：空調(diào)、冰箱、洗衣機、電視機、電腦、復印機、各種小家電……）用：各種家用電器、辦公用品都離不開塑料、橡膠等高分子材料：空

2.高分子材料與當代高新技術電子信息：

印刷電路板（PCB，覆銅板）；光敏樹脂；按鍵（導電硅橡膠）復印機、打印機（導電膠輥及墨水）.光盤；生物技術：

人工臟器（人工腎，人工心臟瓣膜、人工關節(jié)、人造眼角膜，等等）;

醫(yī)用導管與介入療法;

高分子藥物：長效、緩釋、靶向；

目前高分子材料在醫(yī)學上的應用有90

多個品種、1800余種制品。2.高分子材料與當代高新技術航空航天：衛(wèi)星與飛船外殼

（碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料）挑戰(zhàn)者號航天飛機失事

（火箭密封圈失效）新能源：新型電池

（鋰離子電池隔膜、燃料電池隔膜）

LED燈（封裝材料）

風力發(fā)電（風翼）航空航天：橡膠*涂料塑料*黏合劑纖維高分子材料的分類高分子材料

不同種類的高分子材料（塑料和橡膠）其微觀的結(jié)構特征有什么不同？橡膠*涂料塑料*黏合劑纖維高分子材料的分類高分子材料學習高分子材料的主線結(jié)構性能改性應用學習高分子材料的主線結(jié)構性能改性應用一、塑料概論<一>定義

塑料是以合成（或天然）樹脂為基礎，再加入塑料助劑（如填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、交聯(lián)劑及其它添加劑），在一定的溫度和壓力下，經(jīng)過模塑而成型的產(chǎn)物。一、塑料概論<一>定義<二>分類1.

按照來源分類天然樹脂，如：纖維素、松香、瀝青等合成樹脂：人工合成的高分子聚合物，如：聚乙烯、聚丙稀、聚苯乙烯等。2.

受熱行為和是否具備反復成型加工性熱塑性塑料：受熱熔融、可進行各種成型加工，冷卻時硬化。再受熱又可熔融、加工。具有多次重復加工性。熱固性塑料：受熱熔化，成型的同時發(fā)生固化反應，形成高分子立體網(wǎng)狀結(jié)構，再受熱不熔融，也不在溶劑中溶解。<二>分類1.按照來源分類天然樹脂，如：纖維素、松香、瀝通用工程塑料：長期使用溫度在100～150oC范圍內(nèi)。如：聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）等。特種工程塑料：長期使用溫度在150oC以上。如：聚酰亞胺（PI）、聚芳酯、聚苯硫醚（PPS）、氟塑料等。通用工程塑料：長期使用溫度在100～150oC范圍內(nèi)。如：<三>合成樹脂與塑料工業(yè)的發(fā)展歷程天然樹脂改性階段（1900年以前）纖維素用硝酸硝化后制成硝化纖維素，替代象牙制造臺球，但很脆，擊打時有爆裂聲。加入樟腦作為增塑劑，做成了俗稱成為“賽璐珞”的塑料（1868）—世界上第一個塑料。可制作兵乓球、眼鏡框、膠片等。2.人工第一次合成樹脂階段（1900～1930）1907年，人工第一次合成樹脂。應用苯酚和甲醛的縮合反應制備成功了酚醛樹脂（PF），由于電絕緣性好，被稱為“電木”。PF也是第一個工業(yè)化生產(chǎn)的合成樹脂（1909），1944年的產(chǎn)量為18萬噸/年（當時塑料總產(chǎn)量才30萬噸/年）。<三>合成樹脂與塑料工業(yè)的發(fā)展歷程天然樹脂改性階段（1903.20世紀30～40年代，高分子科學促進高分子工業(yè)發(fā)展

1920年，Staudinger首先提出了高分子的概念。20年代末Carothers系統(tǒng)研究了縮聚反應。30年代～40年代，出現(xiàn)了一系列工業(yè)化的塑料品種：聚氯乙烯（1927～1931）、聚醋酸乙烯酯（1936）、聚甲基丙烯酸甲酯（1927～1931）、聚苯乙烯（1934～1937）、尼龍-66（1938）、高壓聚乙烯（1939）、ABS樹脂（1948）、氟塑料（1943）、不飽和聚酯樹脂（1942）等。1950～1960，Zieglar-Natta催化劑的發(fā)現(xiàn)利用Zieglar-Natta催化劑合成出了低壓高密度聚乙烯（HDPE,1953~1955）和聚丙烯（PP,1955~1957）。

1960年之后，很多品種的工程塑料實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)：如聚砜、聚苯醚、聚酰亞胺等?，F(xiàn)代合成樹脂產(chǎn)業(yè)基本形成。3.20世紀30～40年代，高分子科學促進高分子工業(yè)發(fā)展

在新中國建立前，我國只有賽璐珞和酚醛塑料的代料加工。而目前已經(jīng)形成了包括原料、加工、檢驗、模具、機械的完整工業(yè)體系。

2000年我國塑料消耗量突破了2000萬噸。在新中國建立前，我國只有賽璐珞和酚醛塑料的代<四>塑料的特性缺點1.耐熱性不高。最高使用溫度一般不超過300oC。2.易變形：機械強度不是特別高，常溫下長期承受載荷也會變形（蠕變）。4.易燃。5.原料來源受到石油資源短缺的威脅。3.不耐老化。<四>塑料的特性缺點1.耐熱性不高。最高使用溫度一般不超<五>塑料的成型加工合成樹脂與其它助劑混合1.塑料加工成型的基本流程<五>塑料的成型加工合成樹脂與其它助劑混合1.塑料加工成2.幾種常用的塑料成型加工方法（a）擠出成型又稱擠壓模塑和擠塑。其過程為熱塑性聚合物與各種助劑混合均勻后，在擠出機料筒內(nèi)受到機械剪切、摩擦熱和外加熱的作用塑化熔融，在螺桿的推送下，通過濾板進入成型的模具（通常被成為“口?！保┍粩D塑成制品。擠出成型是最常用的塑料加工方法，生產(chǎn)約50％塑料制品。制品為連續(xù)的、等截面的管材、板材、薄膜、電線電纜包覆等。利用擠出機還可以進行塑料的共混、塑化造粒等。2.幾種常用的塑料成型加工方法（a）擠出成型又稱擠壓模塑和（b）注射成型又稱注射模塑或注塑。其過程是將塑料在注射成型機料筒內(nèi)加熱熔化，當呈流動狀態(tài)時，在柱塞或螺桿加壓下熔融塑料被壓縮并向前移動，通過料筒前端的噴嘴以很快的速度注入溫度較低的閉合模具內(nèi)，經(jīng)一定時間的冷卻定型，開模獲得制品。（b）注射成型又稱注射模塑或注塑。其過程是將塑料在注射成型機注射成型可以一次成型外形復雜、尺寸精確的制件。目前20％以上的塑料制品用該方法成型。注射成型可以一次成型外形復雜、尺寸精確的制件。目前20％以上（c）壓延成型－將已塑化的塑料通過一組熱輥之間使其厚度減薄，從而制得均勻片狀制品的方法。壓延成型目前主要用于生產(chǎn)聚氯乙稀片、薄膜和人造革。（c）壓延成型－將已塑化的塑料通過一組熱輥之間使其厚度減薄，二、橡膠概論<一>定義

橡膠（rubber）是一類線形柔性高分子聚合物。其分子鏈柔順性好，在外力作用下可產(chǎn)生較大的變形，除去外力后能迅速恢復原狀。由于橡膠在寬溫度范圍內(nèi)（－50～150oC)具有高彈性，所以也被稱為彈性體（elastomer）。ASTMD1566關于高彈性的定義：18-29oC，長L0拉伸至2L0保持1min去除外力1min內(nèi)恢復到小于1.5L0二、橡膠概論<一>定義ASTMD1566關于高彈性的定橡膠的高彈性金屬可變形約15％塑料可變形約100～150％橡膠最大變形可達1000％變形可以迅速回復橡膠的高彈性金屬可變形約15％塑料可變形約100～150％橡

彈性體材料的高彈性，使其成為現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺、無法替代的，具有戰(zhàn)略意義的一類材料。彈性體材料的高彈性，使其成為現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺、<二>橡膠的分類按來源天然膠－按化學結(jié)構合成膠－按用途順-1,4-聚異戊二烯：巴西橡膠樹（天然橡膠，NR）、銀膠菊（銀菊膠，guayulerubber）。反-1,4-聚異戊二烯：杜仲膠、古塔波膠、巴拉塔膠。通用橡膠：順丁膠（BR）、丁苯膠（SBR）小品種：硅橡膠、氫化丁腈橡膠、氟橡膠、丙烯酸酯橡膠等。特種橡膠：大品種：乙丙橡膠、丁基膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠。<二>橡膠的分類按來源天然膠－按化學結(jié)構合成膠－按用途順-受熱行為和是否具備反復成型加工性受熱行為和是否具備反復成型加工性<三>橡膠工業(yè)的發(fā)展歷程1.天然橡膠的發(fā)現(xiàn)、利用與研究（1900年之前）11世紀西印度群島的海地土著用巴西橡膠樹上流出的乳汁，通過干燥固化，獲得有彈性的材料，做成各種球類和祭品。1493～1496

西班牙探險家Columbus赴南美洲探險發(fā)現(xiàn)這種可伸張的材料。之后取名為Rubber.1736～1743法國科學家Condamin帶領科學考察團，赴南美洲實地考察，詳細向歐洲介紹了印第安人種植、采集、制備和應用Rubber的情況，并將橡膠樹的種子帶回歐洲。<三>橡膠工業(yè)的發(fā)展歷程1.天然橡膠的發(fā)現(xiàn)、利用與研究（

南美洲印第安人早在1000年前就知道使用天然膠乳制造器具——橡膠球。巴西三葉橡膠樹

南美洲有一種樹割破樹皮就會流出漿液，用此漿液可以制造器具,因而當?shù)厝私羞@種樹為“流淚之樹”，即“卡烏-丘克(Cahuchu)”。<三>橡膠工業(yè)的發(fā)展歷程南美洲印第安人早在1000年前就知道使用天然膠乳制造1493-1496年，哥倫布第二次到達美洲，看到海地人玩的用橡膠樹漿液制成的球能從地上彈跳起來，將其當作“奇珍異寶”帶回了歐洲，使歐洲人第一次認識了橡膠這種物質(zhì)。人們后來發(fā)現(xiàn)這種彈性球能夠擦掉鉛筆的痕跡，因此給它起了一個很普通的名字“擦子(Rubber)”。1493-1496年，哥倫布第二次到達美洲，看到海地人玩的用1735～19世紀中葉—早期的橡膠工業(yè)1735～1743年，法國科學家康達敏從秘魯帶回有關橡膠樹的詳細資料，出版了《南美洲內(nèi)地旅行記略》，書中詳述了橡膠樹的產(chǎn)地、采集乳膠的方法和橡膠的利用情況，使歐洲人進一步思考橡膠的利用問題。1823年，英國人馬金托什，像印第安人一樣把白色濃稠的橡膠液體涂抹在布上，制成防雨布，并縫制了“馬金托什”防水斗蓬，這是世界上最早的雨衣，也是橡膠工業(yè)的起點。1735～19世紀中葉—早期的橡膠工業(yè)1735～1743年，T.漢考克

1826年，英國人漢考克發(fā)明了雙輥開煉機，用此設備可以將各種助劑混入橡膠中。雙輥開放式煉煉膠機T.漢考克1826年，英國人漢考克發(fā)明了雙輥開煉機，用此設C.固特異爾

1839年，美國化學家固特異爾偶然中發(fā)明了橡膠的硫化，解決了橡膠遇熱變軟發(fā)粘的缺點，制造出了世界第一雙橡膠防水鞋。硫化前硫化后橡膠在硫化中微觀結(jié)構發(fā)生的變化

這兩項發(fā)明使橡膠的應用得到了突破性的進展，奠定了現(xiàn)代橡膠加工業(yè)的基礎。C.固特異爾1839年，美國化學家固特異爾偶然中發(fā)明了橡膠世界第一條充氣輪胎J.B.鄧祿普

1888年，蘇格蘭獸醫(yī)鄧祿普發(fā)明了世界第一條充氣輪胎，他的兒子使用裝備這種輪胎的自行車贏得了自行車賽的冠軍。

充氣輪胎的發(fā)明不僅促進了汽車工業(yè)的發(fā)展，推動了工業(yè)革命的進程，也使橡膠的應用得到了起飛。19世紀末，橡膠工業(yè)的起飛世界第一條充氣輪胎J.B.鄧祿普1888年，蘇格蘭獸醫(yī)鄧

隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展，野生橡膠產(chǎn)量不能滿足需求。1876年，英國人魏克漢從巴西引種橡膠樹，開始了橡膠人工種植的時代。隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展，野生橡膠產(chǎn)量不能滿足需求。1876年，天然橡膠在全球的種植分布橡膠是現(xiàn)代工業(yè)國家的戰(zhàn)略性原材料，但天然橡膠的種植區(qū)域十分有限。兩次世界大戰(zhàn)大大促進了人工合成橡膠工業(yè)的發(fā)展。天然橡膠在全球的種植分布橡膠是現(xiàn)代工業(yè)國家的戰(zhàn)略性原材料，但2.合成橡膠的發(fā)展與應用時期1900年左右在了解NR分子結(jié)構后，開始了人工合成橡膠的研究。1914～1917第一次世界大戰(zhàn)，德國開始小規(guī)模生產(chǎn)甲基橡膠，開啟了合成橡膠工業(yè)化的序幕。1916年發(fā)明了橡膠的補強改性技術，炭黑開始大量應用于橡膠工業(yè)。1932年前蘇聯(lián)實現(xiàn)了丁鈉橡膠的工業(yè)化。二戰(zhàn)中美國開始工業(yè)化生產(chǎn)丁苯（SBR）和氯丁(CR)橡膠。1950～1969Zieglar-Natta催化劑的發(fā)現(xiàn)和陰離子活性聚合的研究大大促進了合成橡膠的發(fā)展。BR、EPR、IIR等橡膠品種出現(xiàn)。2.合成橡膠的發(fā)展與應用時期1900年左右在了解1965～1973多種熱塑性彈性體開始工業(yè)化生產(chǎn)，TPE也被稱為第三代橡膠。1970年后出現(xiàn)了多種具有特殊結(jié)構和性能的彈性體材料（特種橡膠），如：硅橡膠、氯醚橡膠和氟橡膠等。1984年德國的Nordsiek提出了集成橡膠的概念。以苯乙烯，異戊二烯和丁二烯單體合成SIBR。1990年Goodyear公司將SIBR應用于輪胎。

到2004年，全世界年橡膠用量達到1900萬噸，其中天然橡膠有約670萬噸。1965～1973多種熱塑性彈性體開始工業(yè)化生產(chǎn)，

我國1904年就引種了巴西橡膠樹，但直到1949年年產(chǎn)量才199噸。1915年在廣州建立第一家橡膠廠。1927年和1928年，上海正泰和大中華橡膠廠成立。新中國建立后，我國橡膠工業(yè)快速發(fā)展。年橡膠消耗量在2002年超過了300萬噸，居世界首位。到2010年全國橡膠消耗量將達到480萬噸。我國1904年就引種了巴西橡膠樹，但直到19<四>橡膠的加工工藝1.橡膠配方的五大體系（1）生膠體系－各種天然或合成橡膠（2）填充補強體系－能增加容積作用的稱為填充劑；能提高橡膠力學性能的稱為補強劑或增強劑，也稱為活性填充劑。（3）硫化促進體系－在一定條件下使橡膠發(fā)生硫化反應的物質(zhì)統(tǒng)稱為硫化劑；加快硫化速度、縮短硫化時間的物質(zhì)統(tǒng)稱為促進劑。（4）防老體系