第第10 章章 高分子材料学高分子材料学10.1高分子化合物高分子化合物10.2影响高分子材料性能的化学因素影响高分子材料性能的化学因素10.3影响高分子材料的物理因素影响高分子材料的物理因素10.4聚合物的改性对高分子材料性能的影响聚合物的改性对高分子材料性能的影响10.5高分子材料的环境问题高分子材料的环境问题高分子化合物高分子化合物聚合物种类塑料（树脂）、橡胶（生胶）、纤维聚合物制造方法化学合成方法-PE/PA-6/PC/PF/BR/ABS聚合物反应实施方法PVCPSSBR高分子化合物的化学因素高分子化合物的化学因素高分子化合物的物理因素高分子化合物的物理因素聚合物改性影响聚合物改性影响分子构成共价键、元素、侧基键接构成与构型组成与序列基团与端基支化与交联分子量制品性能、加工性能结晶性成型加工、后处理取向流动取向、拉伸取向熔体黏度与取向化学改性化学反应性、接枝与嵌段、IPN物理共混（合金化）分散颗粒直径1um填充型层间插入法、就地聚合、溶胶凝胶法、直接分散法高分子材料性能高分子材料性能10.1 高分子化合物高分子化合物高分子化合物、高分子材料、高分子材料制品三者概念上的区别高分子化合物、高分子材料、高分子材料制品三者概念上的区别树脂、塑料、塑料制品的区别生胶、混炼胶（胶料）、橡胶制品区别10.1.1 聚合物种类高分子材料塑料、橡胶、化学纤维、涂料、黏合剂等。（1）塑料）塑料l具有可塑性，具有线性或支链型聚合物。l分类方法： 按照来源 按照聚合方法 按照化学结构 按照热效应 按照结晶能力 按照用途 （2） 橡胶（生胶）橡胶（生胶） （3）化学纤维（成纤聚合物）化学纤维（成纤聚合物） 10.1.2聚合物制造方法的影响（1） 聚乙烯（PE） 高压聚乙烯：150-300，150-300MPa，支化分子 中压聚乙烯中压聚乙烯：130-270，1.8-8MPa，少支化分子 低压聚乙烯低压聚乙烯：85-100，常压-1.8MPa，线形分子 线性低密度聚乙烯：80-230，1-4MPa，线形分子 不同方法获得PE性能比较。10.2 影响高分子材料性能的化学因素影响高分子材料性能的化学因素10.2.1 聚合物的分子构成聚合物的分子构成10.2.2 键接结构与构型键接结构与构型10.2.3 共聚物的组成与序列分布共聚物的组成与序列分布10.2.4 基团与端基基团与端基10.2.5 支化与交联支化与交联10.2.1 聚合物分子的构成聚合物分子的构成（1）共价键的形式）共价键的形式 C-CC=CC-HC-OC-FC-SiC-N.（2） 元素元素 碳链高分子碳链高分子 杂链高分子杂链高分子 元素有机高分子元素有机高分子（3） 侧基（取代基）侧基（取代基）10.2.2 键接结构与构型键接结构与构型（1）等规立构）等规立构（2）间规立构）间规立构（3）无规立构）无规立构10.2.3 共聚物的组成与序列分布共聚物的组成与序列分布无规共聚无规共聚 M1M2M1M1M1M2M2M1M1M1M2交替共聚交替共聚 M1M2M1M2M1M2M1M2M1M2M1嵌段共聚嵌段共聚 M1M1M1M1M1M2M2M2M2M2 10.2.4基团与端基基团与端基（1）端基的来源）端基的来源引发剂残基引发剂残基不同的终止方式不同的终止方式链转移的结果链转移的结果未反应的残留官能团未反应的残留官能团（2）端基的影响）端基的影响热性能熔点降低热性能熔点降低光稳定性光稳定性10.2.5支化与交联支化聚合物支链数、支链长度、分布等支化聚合物支链数、支链长度、分布等形成三维空间网络大分子交联高分子形成三维空间网络大分子交联高分子 （1）材料多大分子多大）材料多大分子多大 （2）对耐热性、稳定性影响很大）对耐热性、稳定性影响很大 （3）交联密度）交联密度10.2.6 结构缺陷支链支链头头结构头头结构不稳定的氯原子不稳定的氯原子不饱和键不饱和键含氧结构含氧结构立体规整度立体规整度10.2.7 成型加工过程中聚合物的降解成型加工过程中聚合物的降解聚合物加工在高温和应力作用下进行，聚合物中微量水分、酸、碱等聚合物加工在高温和应力作用下进行，聚合物中微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧气等都是引起降解的因素。杂质及空气中氧气等都是引起降解的因素。降解机理：降解机理：游离式降解游离式降解 逐步式降解逐步式降解加工因素的影响：加工因素的影响：温度的影响温度的影响 氧的影响应力的影响氧的影响应力的影响 水分的影响水分的影响降解的利用：降解的利用：生胶的塑炼降解分子量，改善加工性能；生胶的塑炼降解分子量，改善加工性能； 锟压和挤出等可使塑料接枝、嵌段共聚。锟压和挤出等可使塑料接枝、嵌段共聚。降解的避免：降解的避免：控制原料的性能指标，减少哦杂质含量控制原料的性能指标，减少哦杂质含量 合理的设计温度及应力合理的设计温度及应力 加入抗氧剂、稳定剂等。加入抗氧剂、稳定剂等。10.3 影响高分子材料性能的物理因素影响高分子材料性能的物理因素l相对分子质量及其分布相对分子质量及其分布l结晶性结晶性l成型过程中的成型过程中的取向取向l熔体黏度及其成型性熔体黏度及其成型性Xn20万万10.3.1 相对分子质量及其分布相对分子质量及其分布分子量分子数（1）相对分子质量与制品性能）相对分子质量与制品性能受受M影响较大的性能：影响较大的性能： 拉伸强度、抗弯强度、弹性模量、冲击强度、玻拉伸强度、抗弯强度、弹性模量、冲击强度、玻璃化温度、熔点、热变形温度、熔融黏度、溶液璃化温度、熔点、热变形温度、熔融黏度、溶液黏度、溶解度、溶解速度黏度、溶解度、溶解速度 受受M M影响较小的性能影响较小的性能： 比热容、热传导率、折射率、透光率、吸水性、比热容、热传导率、折射率、透光率、吸水性、透气性、耐化学药品性、热稳定性、耐候性、燃透气性、耐化学药品性、热稳定性、耐候性、燃烧性。烧性。（2） 相对分子质量与成型加工性能相对分子质量与成型加工性能 M增加，熔体粘度增加，加工流动性下降，成型困难。增加，熔体粘度增加，加工流动性下降，成型困难。 PE的分子质量与熔体粘度和流动速率的关系的分子质量与熔体粘度和流动速率的关系Mn熔体流动速率/(g/10min)熔融黏度(Pa.S(90)19000170452400021110320001.84200480000.2530000530000.0051500000（3）相对分子质量与成型加工方法）相对分子质量与成型加工方法 M不同，适应的成型方法不同。不同，适应的成型方法不同。 M大，注射成型、熔融纺丝。大，注射成型、熔融纺丝。 M小，挤出成型管、板、片、棒。小，挤出成型管、板、片、棒。 电缆、绝缘层电缆、绝缘层LDPE（溶体流动速度（溶体流动速度0.1-2） HDPE（溶体流动速度（溶体流动速度0.2-1.0）（4）相对分子质量分布与成型性能和制品性能）相对分子质量分布与成型性能和制品性能塑料制品M分布较窄为好。分布较窄为好。M分布宽M偏低部分多时，利于成型，影响性能。偏低部分多时，利于成型，影响性能。 M偏高部分多时，影响外观及成型。偏高部分多时，影响外观及成型。纤维的M分布尽可能的窄一些结晶性结晶性 结晶的构造与形态、结晶的大小、结晶度、结晶的构造与形态、结晶的大小、结晶度、 结晶速度、结晶速度、结晶温度、结晶度与物性的关系等。结晶温度、结晶度与物性的关系等。线形高分子化学物线形高分子化学物 结晶性结晶性PE、PP、PA、POM、PET 非结晶性非结晶性PS、PVC、PC、PSF 10.3.2 结晶性结晶性（1）聚合物的结晶性 链结构与结晶性l 有利于结晶性的因素有利于结晶性的因素链结构简单，重复结构单元较小，链结构简单，重复结构单元较小，M适中。适中。主链上不带或只带极少的支链。主链上不带或只带极少的支链。主链化学对称性好，取代基不大且对称。主链化学对称性好，取代基不大且对称。规整性好，分子链的刚柔性及分子间作用力适中。规整性好，分子链的刚柔性及分子间作用力适中。l聚合物的晶体形态聚合物的晶体形态斜方晶型斜方晶型单斜晶型单斜晶型三斜晶型三斜晶型 聚合方法与结晶性聚合方法X射线法NMR法微晶大小/nm高压PE646519低压PE878436中压PE939339 结晶性不同，性能亦不一样。 随结晶度增大增加的性能：密度、熔点、拉伸强度、硬度； 随结晶度下降减弱的性能：伸长率、冲击韧性下降。（2）成型加工与聚合物结晶熔融温度与熔融时间均相成核均相成核: 温度高时间长，残存晶核少，结晶速度慢尺寸大。温度高时间长，残存晶核少，结晶速度慢尺寸大。异相成核异相成核: 温度低时间短，有残存晶核，结晶速度快尺寸小而均匀，机温度低时间短，有残存晶核，结晶速度快尺寸小而均匀，机械和热性能好。械和热性能好。成型压力 成型压力增加应力和应变增加，结晶度增加，成型压力增加应力和应变增加，结晶度增加， 晶体的晶体的 结构形态、大小发生变化。结构形态、大小发生变化。初级均相成核初级均相成核初级非均相成核初级非均相成核二次成核二次成核 冷却温度冷却温度从Tm降低到Tg以下。冷却速度越快，结晶度越小。按照制品性能，选择成型工艺，控制结晶度塑料薄膜韧性透明性好，结晶度低；塑料薄膜韧性透明性好，结晶度低；塑料制品拉伸强度及刚性好，结晶度高。塑料制品拉伸强度及刚性好，结晶度高。成型条件不同，晶型不同。成型条件不同，晶型不同。晶型、晶型、晶型晶型晶型晶型（3）成型后的处理方法与结晶性 预结晶有关的几个现象预结晶有关的几个现象二次结晶：二次结晶：一次结晶后，在非晶区及结晶不完整的部分区一次结晶后，在非晶区及结晶不完整的部分区域继续结晶并逐步完善的过程。缓慢，可达几十年。域继续结晶并逐步完善的过程。缓慢，可达几十年。后结晶：后结晶：指一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶指一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程。不形成新的结晶区域，是初结晶的继续。的过程。不形成新的结晶区域，是初结晶的继续。后收缩：后收缩：指制品脱模后，在室温下放置指制品脱模后，在室温下放置1h1h后所发生的、到后所发生的、到不再收缩时为止的收缩率。不再收缩时为止的收缩率。 产生的结果 引起晶粒变粗、产生内应力，制品翘曲、开裂，引起晶粒变粗、产生内应力，制品翘曲、开裂，冲击韧性降低。冲击韧性降低。 预防的措施退火处理：退火处理：加热到熔点以下某一温度，以等温或者缓慢变温的方式使加热到熔点以下某一温度，以等温或者缓慢变温的方式使结晶逐渐完善的过程。结晶逐渐完善的过程。 PA薄膜制品，快速冷却，微小结晶，结晶度薄膜制品，快速冷却，微小结晶，结晶度10%。 模塑制品，缓慢冷却，结晶尺寸大，结晶度模塑制品，缓慢冷却，结晶尺寸大，结晶度50-60%。 PS退火温度退火温度77，时间时间150min,热变形温度热变形温度85； 时间时间1000min，热变形温度，热变形温度90。淬火处理： 熔融或者半熔融状态的结晶高分子在该温度下保持一段时熔融或者半熔融状态的结晶高分子在该温度下保持一段时间后，快速冷却时期来不及结晶，以改善制品的冲击性能。间后，快速冷却时期来不及结晶，以改善制品的冲击性能。 PCITF（聚三氟乙烯）：（聚三氟乙烯）： 结晶度结晶度85-90%，不耐冲击，刚性大；，不耐冲击，刚性大； 淬火后结晶度淬火后结晶度35-40%，冲击性能大为提高。，冲击性能大为提高。（4） 成核剂与结晶性l成核剂：成核剂：是适用于是适用于PE、PP等不完全结晶塑料，透过改等不完全结晶塑料，透过改变树脂的结晶行为，加快结晶速率、增加结晶密度和促使变树脂的结晶行为，加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化，达到缩短成型周期、提高制品透明性、晶粒尺寸微细化，达到缩短成型周期、提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能的新功能助剂。蠕变性等物理机械性能的新功能助剂。 l成核剂特点：成核剂特点：熔点比高分子高，有一定的相容性，不使制品物性降低。玻纤增强玻纤增强PET- 热变形温度弹性模量高，冲击韧性差，结热变形温度弹性模量高，冲击韧性差，结 晶温度晶温度140；成核剂使结晶温度将为；成核剂使结晶温度将为80；玻纤增强玻纤增强PBT-热变形温度弹性模量低，结晶温度热变形温度弹性模量低，结晶温度80；PP中使用的成核剂中使用的成核剂DBS（二亚苄叉山梨醇）。（二亚苄叉山梨醇）。低分子化合物如增塑剂、水、炭黑等也会对高分子化合物低分子化合物如增塑剂、水、炭黑等也会对高分子化合物的结晶性有影响。的结晶性有影响。（5） 结晶性和物性 受结晶度影响的物性：拉伸比轻度，弹性模量、冲击拉伸比轻度，弹性模量、冲击强度、耐热性、耐化学药品性、吸水性、透明性、气体透强度、耐热性、耐化学药品性、吸水性、透明性、气体透过性、成型收缩率。过性、成型收缩率。 如结晶性与阻隔性的关系：如结晶性与阻隔性的关系：PE 结晶度43% 透水性0.65 透氧性 18.71PE 74% 0.12 0.38PET 30% 0.18 0.24PET 45% 0.12 0.1410.3.3 成型过程中的取向成型过程中的取向（1）定义：）定义：在成型加工时，受到剪切和拉伸力的影响，高分子化合物的在成型加工时，受到剪切和拉伸力的影响，高分子化合物的分子链间发生取向。分子链间发生取向。（2）取向作用力分类）取向作用力分类 流动取向流动取向 熔融或浓溶液成型中，高分子化合物的分子链、链段或其它添加剂，沿熔融或浓溶液成型中，高分子化合物的分子链、链段或其它添加剂，沿剪切流动的运动方向排列。剪切流动的运动方向排列。管道或型腔中沿垂直流动方向上各部位流动速度不相同。管道或型腔中沿垂直流动方向上各部位流动速度不相同。熔体温度很高，分子运动剧烈，存在解取向作用。熔体温度很高，分子运动剧烈，存在解取向作用。 拉伸取向拉伸取向 高分子化合物的分子链、链段或微晶等受拉伸力的作用沿高分子化合物的分子链、链段或微晶等受拉伸力的作用沿受力方向排列。受力方向排列。拉伸取向分类拉伸取向分类 单轴拉伸（单向拉伸）单轴拉伸（单向拉伸） 双轴拉伸（双向拉伸）双轴拉伸（双向拉伸）取向过程取向过程 非晶态高分子取向：链段取向、大分子链的取向。非晶态高分子取向：链段取向、大分子链的取向。 结晶性高分子的取向：晶区取向和非晶区的取向。结晶性高分子的取向：晶区取向和非晶区的取向。拉伸温度拉伸温度 在在Tg-Tm之间，结晶聚合物先加热到之间，结晶聚合物先加热到Tm使结晶使结晶消失。拉伸后迅速冷却保存取向状态。消失。拉伸后迅速冷却保存取向状态。（3）影响高分子取向的因素）影响高分子取向的因素结构简单柔性大、相对分子质量较低的有利于取向，也容结构简单柔性大、相对分子质量较低的有利于取向，也容易解取向，结构复杂的难取向难解取向；易解取向，结构复杂的难取向难解取向；增塑剂、溶解等小分子降低增塑剂、溶解等小分子降低Tg、Tm易于取向及解取向；易于取向及解取向；温度：高有利于取向及解取向；温度：高有利于取向及解取向；拉伸比：一定温度下高分子化合物在屈服应力作用下被拉拉伸比：一定温度下高分子化合物在屈服应力作用下被拉伸前后的长度比，称拉伸比。拉伸比大取向度高。伸前后的长度比，称拉伸比。拉伸比大取向度高。（4）取向对材料物性的影响 机械性能 透气性和透湿性10.3.4 溶体粘度与成型性溶体粘度与成型性溶体黏度：溶体黏度是表示熔体流动性的基本物性。溶体黏度：溶体黏度是表示熔体流动性的基本物性。（1）影响溶体黏度的内在因素）影响溶体黏度的内在因素高分子化合物的链结构：高分子化合物的链结构：支链、刚性链黏度大。支链、刚性链黏度大。分子极性：分子极性：极性大黏度大。极性大黏度大。分子量及其分布：分子量及其分布：分布宽黏度小，流动性好，制品性能差分布宽黏度小，流动性好，制品性能差。材料的组成：材料的组成：增塑剂、润滑剂、着色剂等黏度变小。增塑剂、润滑剂、着色剂等黏度变小。（2）影响溶体粘度的外界因素）影响溶体粘度的外界因素温度温度温度升高黏度下降。温度升高黏度下降。 过高的温度会使高分子化合物分解过高的温度会使高分子化合物分解 温度的波动会引起黏度变化，影响制品质量温度的波动会引起黏度变化，影响制品质量压力压力- 成型压力范围：成型压力范围：10-300MPa 压力增加，黏度增加，能耗增加，增加设备损耗。压力增加，黏度增加，能耗增加，增加设备损耗。 压力温度等效性，压力温度等效性，100MPa相当于降温相当于降温30-50剪切速率剪切速率高分子熔体属于假塑性熔体，随剪切应力的增加，溶体黏高分子熔体属于假塑性熔体，随剪切应力的增加，溶体黏度下降，即剪切变稀。度下降，即剪切变稀。成型时严格控制螺杆的转速，否则会影响制品的质量。成型时严格控制螺杆的转速，否则会影响制品的质量。（3）聚合物成型性）聚合物成型性10.4 聚合物改性对高分子材料性能的影响10.4.1 聚合物的化学改性（1）聚烯烃的化学改性（2）聚苯乙烯的化学改性（3）二烯类橡胶的氢化10.4.2聚合物的接枝、嵌段改性10.4.3互穿聚合物网络（IPN）10.4.2 聚合物的共混改性（合金化聚合物的共混改性（合金化） 高分子合金高分子合金-是指塑料与塑料或橡胶经物理共混合或化学改性后，形是指塑料与塑料或橡胶经物理共混合或化学改性后，形成的宏观上均相、微观上分相的一类材料。成的宏观上均相、微观上分相的一类材料。（1）两种材料进行共混类型）两种材料进行共混类型 宏观上分相型高分子共混物宏观上分相型高分子共混物(分散相粒径分散相粒径1微米微米) 微观分相型高分子共混物微观分相型高分子共混物(分散相粒径分散相粒径0.11微米微米) 完全相容型高分子共混物完全相容型高分子共混物。高分子合金高分子合金（2）混合后的性能变化）混合后的性能变化合金化合金化性能上相互弥补，某些性能如物理机械性能上相互弥补，某些性能如物理机械 性能、冲击韧性、性能、冲击韧性、加工件能等得到较大的改善，也可赋予材料某些特殊的功能性。加工件能等得到较大的改善，也可赋予材料某些特殊的功能性。宏观分相型宏观分相型没有任何改善，甚至比两者都差。没有任何改善，甚至比两者都差。微观分相型微观分相型在某一组成时可能会出现极大值，得到相当可观的改善。在某一组成时可能会出现极大值，得到相当可观的改善。 关键措施：关键措施：两种组分的相容性和控制分散相的粒径大小是获得性能优两种组分的相容性和控制分散相的粒径大小是获得性能优良的微观分相型高分子合金的关键所在。良的微观分相型高分子合金的关键所在。（3）欲使分散相粒径小，可以采取如下措施：）欲使分散相粒径小，可以采取如下措施：两相界面张力应小。两相界面张力应小。基体相粘度应尽可能大，在高剪切流动下使分散相实现分散使其粒径基体相粘度应尽可能大，在高剪切流动下使分散相实现分散使其粒径变小，体系稳定。变小，体系稳定。基体相与分散相粘度比接近于基体相与分散相粘度比接近于1时，分散相粒径最小。时，分散相粒径最小。在高剪切速率下进行混炼，剪切速率愈高，分散相粒径愈小。分散粒在高剪切速率下进行混炼，剪切速率愈高，分散相粒径愈小。分散粒径在径在1-10m之间，通常为之间，通常为0.23m，最好应，最好应1m。（4）相容剂相容剂 与两种高分子化合物组分都有较好的相容性，降低界面张力，强化与两种高分子化合物组分都有较好的相容性，降低界面张力，强化2种或种或2种以上高分子化合物界面黏结性的物质。种以上高分子化合物界面黏结性的物质。相容剂高分子型高分子型低分子型（偶联剂）低分子型（偶联剂）非反应型非反应型反应型（羧酸型、酸酐型、环氧型、离子聚合物型等反应型（羧酸型、酸酐型、环氧型、离子聚合物型等均聚物均聚物无规共聚物无规共聚物接枝共聚物接枝共聚物嵌段共聚物嵌段共聚物（5）相溶性的判断方法）相溶性的判断方法Tg判断法（判断法（DSC和和DMA测定测定Tg）宏观分相测得宏观分相测得2个纯组分的个纯组分的Tg；完全相容的合金完全相容的合金1个个Tg；微观分相的高分子合金出现微观分相的高分子合金出现2个互相靠近的个互相靠近的Tg。 在热力学上，可用溶解度参数判断相容性在热力学上，可用溶解度参数判断相容性 当溶解度参数之差当溶解度参数之差0.5时，则发生相分离。时，则发生相分离。相分离的临界值与高分子化合物的相对分子质量有关，相相分离的临界值与高分子化合物的相对分子质量有关，相对分子质量越大，此临界值越小。对分子质量越大，此临界值越小。 相对分子质量高的组相对分子质量高的组分的共混将变得十分困难。分的共混将变得十分困难。（6）常用的合金化技术）常用的合金化技术简单共混技术简单共混技术 对完全相容体系有效。对完全相容体系有效。接枝共聚技术接枝共聚技术HIPS、ABS属于此类，超韧性尼龙中顺酐化属于此类，超韧性尼龙中顺酐化EPDM与与尼龙的端氨基反应生成的起相容剂的作用的接枝物。尼龙的端氨基反应生成的起相容剂的作用的接枝物。嵌段共聚物也是一种高分子合金，常见的有二嵌段、三嵌段共聚物也是一种高分子合金，常见的有二嵌段、三嵌段、多嵌段和星形共聚物，如嵌段、多嵌段和星形共聚物，如SBS、SEBS、SBR和和SBS嵌段共聚物。嵌段共聚物。 多层乳液技术多层乳液技术 形成核壳结构不同的多层乳胶微粒。形成核壳结构不同的多层乳胶微粒。相容剂技术相容剂技术 用此可制得稳定具有微观分相结构的、性能优良的高分用此可制得稳定具有微观分相结构的、性能优良的高分子合金。子合金。互穿聚合物网络技术（互穿聚合物网络技术（IPN）反应挤出技术反应挤出技术 在挤出机中实现单体聚合反应或在高分子化合物熔融共在挤出机中实现单体聚合反应或在高分子化合物熔融共混时实现功能化、接枝、交联等化学反应。混时实现功能化、接枝、交联等化学反应。分子复合技术分子复合技术 将少量刚性高分子化合物均匀的分散在柔性链或半刚性将少量刚性高分子化合物均匀的分散在柔性链或半刚性链的高分子化合物基体中，形成分子水平的复合，改善链的高分子化合物基体中，形成分子水平的复合，改善材料强度、模量和耐热性等的技术。材料强度、模量和耐热性等的技术。力化学技术力化学技术 用高剪切力作用下使高分子链断裂、交联形成高分子化用高剪切力作用下使高分子链断裂、交联形成高分子化合物制造高分子合金的方法。合物制造高分子合金的方法。高分子化合物高分子化合物改性剂改性剂添加剂添加剂混合化学的合金化方法化学的合金化方法机械的合金化方法机械的合金化方法混炼、反应挤出混炼、反应挤出高分子合金高分子合金挤出挤出双辊混炼双辊混炼制品制品成型成型高分子合金高分子合金造粒造粒10.4.3 聚合物填充改性聚合物填充改性基本概念基本概念 充填了填充剂的高分子化合物亦属高分子复合化。充填了填充剂的高分子化合物亦属高分子复合化。（1） 填充剂分类填充剂分类： 无机填充剂玻璃纤维、碳酸钙等无机填充剂玻璃纤维、碳酸钙等 金属填充剂金属纤维、金属粉等金属填充剂金属纤维、金属粉等 有机填充剂木粉、橡胶粉等有机填充剂木粉、橡胶粉等 按属性分类按属性分类（1） 填充剂分类填充剂分类按功能分类按功能分类增强剂增强剂增量剂增量剂功能化剂功能化剂高性能化玻璃纤维高性能化玻璃纤维提高强度、弹性碳纤维提高强度、弹性碳纤维提高模量、软化点、冲击韧性等铝纤维提高模量、软化点、冲击韧性等铝纤维降低成本碳酸钙、降低成本碳酸钙、SiO2高功能化陶土高功能化陶土导电性碳黑、金属纤维导电性碳黑、金属纤维磁性纯铁粉磁性纯铁粉遮盖性二氧化铁遮盖性二氧化铁难燃烧三氧化二锑难燃烧三氧化二锑保鲜性等保鲜性等（2）偶联剂）偶联剂填充剂的化学组成、形状、粒径及粒度分布、纤度、表面填充剂的化学组成、形状、粒径及粒度分布、纤度、表面组成及构造、水分含量都对复合材料性能产生影响。组成及构造、水分含量都对复合材料性能产生影响。决定因素是填充剂和高分子化合物之间的亲和性。决定因素是填充剂和高分子化合物之间的亲和性。偶联剂用于改善填充剂和高分子之间的界面张力，处理填偶联剂用于改善填充剂和高分子之间的界面张力，处理填充剂表面，在表面形成单分子覆盖层。充剂表面，在表面形成单分子覆盖层。常用偶联剂：脂肪酸、有机硅偶联剂、有机铝偶联剂、氨常用偶联剂：脂肪酸、有机硅偶联剂、有机铝偶联剂、氨基酸、磷酸酯等。基酸、磷酸酯等。（3）纳米颗粒填充剂）纳米颗粒填充剂纳米颗粒：纳米颗粒：直径在直径在1-100nm的超细材料，粒径小，表面的超细材料，粒径小，表面能很高。能很高。实例：实例：PA-6种添加种添加5%的蒙脱土纳米颗粒后弹性模量约增的蒙脱土纳米颗粒后弹性模量约增加加2倍，拉伸强度、热变形温度也有显著提高倍，拉伸强度、热变形温度也有显著提高（4）填充剂分散问题填充剂分散问题在高分子化合物中的分散问题是获得性能优良的高分子化合物在高分子化合物中的分散问题是获得性能优良的高分子化合物/填充填充剂复合材料的关键。剂复合材料的关键。纳米颗粒的分散方法：纳米颗粒的分散方法：p层间插入法层间插入法p就地聚合法就地聚合法p溶胶凝胶法溶胶凝胶法p超微粒子直接分散法超微粒子直接分散法（5）高分子化合物）高分子化合物/填充剂复合化通用流程填充剂复合化通用流程高分子化合物高分子化合物添加剂添加剂填充剂填充剂干燥干燥表面处理表面处理混合混合、混炼混炼干燥干燥造粒造粒粒料粒料成型成型制品制品表面处理了的填充剂表面处理了的填充剂10.5 高分子材料的环境问题高分子材料的环境问题10.5.1 高分子材料生产过程中的环境问题高分子材料生产过程中的环境问题（1）聚合物制备时的环境问题）聚合物制备时的环境问题 原材料原材料 废液废液 废弃物废弃物（2）高分子材料加工过程中的环境问题）高分子材料加工过程中的环境问题 添加剂添加剂 残留单体残留单体 增塑剂增塑剂2.5.2 高分子材料使用过程中的环境问题（1）高分子材料燃烧时引起的环境问题高分子材料的燃烧性高分子材料的燃烧性燃烧时的法烟性燃烧时的法烟性（2）废气高分子材料引起的环境问题成型过程中产生的成型过程中产生的使用过程中产生的使用过程中产生的2.5.3 对高分子材料环境问题的对策（1）制定环境法规（2） 对废弃高分子材料的对策节约使用量节约使用量化学再生化学再生原材料再生原材料再生废弃塑料焚烧回收热能废弃塑料焚烧回收热能掩埋处理掩埋处理废弃热固性塑料的回收处理废弃热固性塑料的回收处理废弃橡胶制品的回收利用废弃橡胶制品的回收利用（3）开发光降解和生物降解高分子材料）开发光降解和生物降解高分子材料1.低分子化合物低分子化合物作为添加剂的低分子化合物：作为添加剂的低分子化合物：增塑剂、稳定剂、阻燃剂等，工艺需要增塑剂、稳定剂、阻燃剂等，工艺需要加入的。加入的。微量残余单体及水分子：微量残余单体及水分子：干燥残留、贮存时吸收水分等干燥残留、贮存时吸收水分等。2.对高分子材料的影响对高分子材料的影响热变形温度和拉伸强度下降。热变形温度和拉伸强度下降。制品的尺寸发生变化，影响稳定性。制品的尺寸发生变化，影响稳定性。会使光学玻璃表面雾化。会使光学玻璃表面雾化。影响绝缘性。影响绝缘性。引起内部出现气泡、表面银纹、条纹等弊端。引起内部出现气泡、表面银纹、条纹等弊端。微量水分使得微量水分使得PA-6的冲击性能有所改善。的冲击性能有所改善。低分子化合物的影响低分子化合物的影响3.物料的干燥物料的干燥成型加工前多数高分子材料需要进行干燥处理。成型加工前多数高分子材料需要进行干燥处理。干燥的时间、温度、设备等应根据高分子化合物性能进行选择。干燥的时间、温度、设备等应根据高分子化合物性能进行选择。实例：实例：PA-6的干燥方法的干燥方法p常压干燥法常压干燥法p真空干燥法真空干燥法p沸腾干燥法沸腾干燥法作业及思考题1.常见的天然高分子材料的化学结构及其单体？常见的天然高分子材料的化学结构及其单体？2.高分子化合物、高分子材料、高分子制品的区别？高分子化合物、高分子材料、高分子制品的区别？3.高分子化合物三级结构的内容？高分子化合物三级结构的内容？4.高分子的凝聚态结构包括那些？高分子的凝聚态结构包括那些？5.影响高分子材料性能的主要物理因素？影响高分子材料性能的主要物理因素？6.常用于高分子材料的添加剂有哪些？常用于高分子材料的添加剂有哪些？7.高分子材料主要成型方法有哪些？高分子材料主要成型方法有哪些？