第三章 高分子材料第一节 概述一、基本概念1、定义高分子材料：由高分子化合物或以高分子化合物为主、辅以各种添加剂和填料等物质加工而成的一种材料。高分子科学：包括高分子化学、高分子物理、高分子工程学。高分子材料科学的任务：研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性能之间的关系；探索加工工艺和环境因素随材料性能的影响。 美国劳工部的统计资料无机化工 14.3 万颜料 20.5 万肥皂和清洁剂 14.8 万有机化工 16.4 万农用化学品 6.0 万合成高分子材料 102.6 万 (60%)合计 174.6 万高分子材料 天然橡胶高分子合成木材 PVC高分子材料的分类：塑料、合成纤维、合成橡胶。合成橡胶合成纤维：生物高分子材料-储氢材料: 某些过渡金属、合金或金 属互化物在一定的温度和 压力条件下能大量吸收或 释放氢气，可作为储氢材 料。用于房屋建筑、装修、装饰以及桥梁、道路工程的 聚合物材料。在这类材料中，塑料用量最大，发展也较 快。橡胶除用作密封材料、防水材料外，还制成各种胶 管和胶板等。胶粘剂主要用于木材加工和混凝土施工。 涂料的使用范围则遍及所有装修、装饰场合。2.合成聚合物的发展历史1838-利用光化学第一次使氯乙烯聚合。 1839-合成了聚苯乙烯，同年英国的 Macintosh 和 Hancock 和美国的 Goodyear 发现了天然橡胶用硫磺进行硫化，这能制备出橡皮产品，用作轮胎和防雨布。1868-Hyatt 发明了硝基纤维素1870-商业化生产赛璐珞的商品。189398-英国开始生产人造丝，20世纪初-合成了苯乙烯和双烯类共聚物，1907-德国开发了酚醛树脂。 1930-高分子概念已被承认。 1929-Dupont 公司的 Carothers 系统研究缩聚, 并发展了大分子理论。开发了聚酰胺和聚酯的合成1931-出现了聚甲基丙烯酸甲酯，1936-聚醋酸乙烯酯和聚丁酸乙烯酯做安全玻璃，1937-德国开始了工业生产聚苯乙烯，1938-出现了商业生产尼龙66。1939-开发聚氯乙烯和脲醛树脂，美国开始了聚硫橡胶和氯丁橡胶的生产 。1930-40-近代高分子化学蓬勃发展。1939-聚丁二烯橡胶，丁腈橡胶，聚氨酯。1941-丁苯橡胶，丁基橡胶，丁钠橡胶，含氟聚合物。1945-60，高分子化学和工程快速发展。194748-环氧树脂和ABS塑料。1950-聚酯和聚丙烯腈纤维, 聚硅氧烷。50年代-Ziegler和Natta的定向聚合，高密度线型聚乙烯、等规立构聚丙烯等。Szwar负离子活性聚合。丁苯嵌段共聚物聚甲醛、聚碳酸酯、聚氨酯泡沫塑料，顺式聚异 戊二烯，顺式聚丁二烯，乙丙橡胶，聚酰亚胺， 聚苯醚，聚砜等。近年来，合成高分子化学向结构更精细、性能更 高级的方向发展。如超高模量、超高强度、难燃 性、耐高温性，耐油性等材料，生物医学材料， 半导体或超导体材料，低温柔性材料等及具有多 功能性的材料。 二、高分子化合物的合成高分子化合物的合成反应：有低分子的化合物生成高分子量化合物的各种化学反应 。合成反应的类型：加聚反应、缩聚反应、离子聚合 、配位聚合。本装置可分为 单釜流程和多 釜流程，多釜 流程更适合多 品种的试验， 且更接近于工 业化生产，本 装置也可适用 于饱和聚脂及 不饱和聚脂的 试验。配套各类检测传感器，适合高分子、新材料、纳 米抗菌材料开发研究。自带电加热装置，标配先进仪 表控制系统，选配：专有技术轴功率测试仪，计算机 数据采集或控制系统。 三、高分子化合物的结构与性能1、高分子化合物的结构(1)一次结构：描述高分子的基本化学单元和这些单元在分子中的的排列情况。表明高分子的化学组成和构型。例如：链状分子；支链形：星形、梳形、无规支化；梯形高分子。(2)二次结构：描述单个高分子链，在所处条件下的相应状态/高分子构像。高分子的构像：高分子又细又长的长链结构具有能够多少旋转的键,可以卷曲、成团，形成各种不同的构象。拉伸伸展构像；溶解无规卷卷曲构象；结晶折叠状构象；固体蛋白质螺旋状构象 。(3)三次结构：描述许多高分子链之间的排列情况 。高分子的晶态与非晶态之分。2、高分子的分子量和分子量分布 数均分子量：某一体系的总质量m被分子数所平均 。 重均分子量：相对分子量按重量平均。 粘均分子量：粘度法测定3、高分子化合物的性能(1)聚集态高分子的聚集态仅为液态和固态。细分：液态、高弹态、玻璃态、结晶态、取向态和液晶态。液态：高分子的溶解高分子被加热熔融状态应用：涂料、粘合剂。高弹态：非晶态高聚物在其玻璃化转变温度到粘流温度之间，所处的物理状态。玻璃态：非晶态高聚物在低于玻璃化转变温度时所处的状态。结晶态：高分子在特定的条件下，也有低分子的结晶结构。取向态：在外力作用下，分子链会沿外力方向排列。液晶态：高分子既具有液体可流动的性质，又显示出晶体特有的双折射性质。名称形状和结构形成条件球晶球形或截顶的球晶。由晶片 从中心往外辐射生长组成从熔体冷却或从0.1溶液 结晶 单晶 （又 称折叠链 片晶）厚1050nm的薄板状晶体， 有菱形、平行四边形、长方 形、六角形等形状。分子呈 折叠链构象，分子垂直于片 晶表面长时间结 晶，从0.01溶液 得单层片晶，从0.1溶液 得多层片晶伸直链片 晶厚度与分子链长度相当的片 状晶体，分子呈伸直链构象高温和高压（通常需几千大 气压以上） 纤维状晶“纤维”中分子完全伸展， 总长度大大超过分子链平 均长度受剪切应力（如搅拌）， 应力还不足以形成伸直链 片晶时 串晶以纤维状晶作为脊纤维， 上面附加生长许多折叠链 片晶而成受剪切应力（如搅拌），后 又停止剪切应力时高分子主要结晶形态的形状结构和形成条件 (2)高聚物的性能力学性能：高弹性和粘弹性。电学性能：绝缘性。光学性能：PMMA、PS。流变性能：加工、成型；挤出胀大、爬杆效应 。耐热、老化性能：200。