高分子材料导论
2009.5.14 张福 著
高分子聚合物在人类的生活中占有非常重要的地位,举凡衣用的纤维,食品包装,建筑和车,船,飞机等都必须用到高分子聚合物材料.所谓的石油化学工业,90%以上的产品都是与聚合物有关.本章将说明和高分子聚合物相关的名词,以及由小分子化合物形成高分子聚合物的过程.
1.1沿革
产自自然界而为人类所知的聚合物包括有：
1.天然纤维：如棉，毛，丝，麻，纸等。
2.天然橡胶。
3.漆等。
人类对天然聚合物的深度加工，始自1850年左右对天然橡胶的加硫交联和利用碳黑加强其物性。最早商业上市的人工合成聚合物是1909年由L.Baekelend所研发（德国Bayer公司）的由酚与甲醛所缩合（poly condensation）而成的酚醛树脂。由1910年到二次世界大战之间，若干至今仍在使用的聚合物已商业化生产，如PVC（polyvinylchloride，聚氯乙烯），PS（polystyrene，聚苯乙烯），NBR（nitrilerubber，丁腈橡胶），Teflon（聚四氟乙烯）和Nylon6/6（尼龙6/6）等。德国在乳化聚合上做了很多的研究，杜邦公司的Crother兄弟对聚合物的型态做了一些基本的研究和整理工作，也研发出Nylon6/6。
二次世界大战之后，石油化学工业，也就是聚合物工业，正式开始成为化学工业最大的主流。获得诺贝尔化学奖的Zeigler 和Natta，发明了使聚合物单体在聚合反应时，分子能定向或配位（coordinated）排列的配位催化剂（coordination catalyst），而导致可以聚合出分子排列规则而容易形成结晶（crystalline）的聚合物，是聚合物产业上的重要里程碑；后续的Metallocene 催化剂，其配位功能更高于Zeigler Natta催化剂。Paul J。Flory于1953年出版的“Principle of Polymer Chemis-try”，是讨论聚合物物理和化学理论的经典之作，影响迄今。
本书的内容集中于人工合成聚合物。
1.2 聚合物与大分子
聚合物（polymer）是分子量很大的大分子（macromolecule），但是并不是所有的大分子量的化合物都是聚合物。在本节中将依次说明聚合物的定义以及其分子结构和形态。
1.2.1聚合物，结构单元和单体
聚合物是由分子量较小的重复（repeating）单元[亦称之为结构（structure）单元]所组成，也只有重复单元所组成的大分子才能称之为聚合物。
聚合反应（polymerization）的原料称之为单体（monomer），是低分子量化合物；单体在经过聚合反应之后形成结构单元，结构单元以化学键（chemical bond）连接为聚合物。表1-1列出了若干单体，聚合物及结构单元。
从表1-1之中,可以归纳出三种不同的单体与结构单元之间的关系.或者是一种化合物如果要能作为聚合物的单体,必须要能遵循下列三模式之一而形成聚合物.这三种形式分别是:
1.单体上最少具有一个(序号1-3和6-11)或以上(序号4和5)的双键,
在聚合时双键打开而连接成大分子.同时
(1)单体和结构单元所含有的原子种类以及数量均相同.
(2)单体和结构单元的差异,是单体有双键,而结构单元没有双键;除此之外,原子之间的排列没有改变.
具有可打开的双键是这一类单体的必要条件.
2.单体的分子重组为结构单元,例如序号12,13和14三种聚合物.序号
为12的己内酰是将环打开(ring opan)为直链,原子的种类和数量不变.
序号为13的甲醛,其单体中所含有的原子种类和数量不变,但是分子结构由H—C=O改
H O
变为—O—CH2—。过程是HCHO先形成H2C CH2，在开环为
O
CH2—O—CH2—。而序号为14的PPO，其结构单元比单体少了一个氢原子，其他不变。
以上1和2均是由一个单体转变为一个结构单元。
4.结构单元是由两种单体所组成，这两种单体各自具有二个或二个
以上可以和另一单体上所有带有的官能基反应的官能基（functionalgroup），这些官能基包括：—COOH和—OH，—COOH 和NH2，及—NCO和—OH等。
同时当两种单体结合为结构单元时，官能基上的一些原子会组合成结构单元以外的小分子，例如：
O O
—O—H+—OH —O—+H2O
结构单元不包含在
的一部分结构单元中的小分子这一类的结构单元所需要的是一组（至少两种）单体，而每一种单体必须有两个（或以上的）官能基，这些官能基必须能和另一种单体上的官能基反应。
在商业上，第一类的单体用量最大，第三类次之。
请注意：
（1） 第一类，即是单体中含有双键的单体，所形成的聚合物是由碳链—C—C—链连结在一起的。
（2） 第三类和第二类单体所构成的聚合物，则除了碳链之外尚含有其他的原子，例如：
—O——N—S —SI—
或是苯环链等，称之为杂链（heterochain）聚合物
链结构对聚合物的性质有很大的影响，将在第二章中加以说
明。
1.3聚合反应
将单体转换为聚合物的主要聚合反应（polymerization）可以分为：
1.单体逐个加到分子链上去的加成（additional）聚合。
2.单体逐步形成由两个单体组成的二聚物（dimer），再连接为三
或四聚物（trimer，tetramer），逐步变成大分子的逐步（stepwise）聚合。分述如下：
1.3.1 加成聚合
在加成聚合的过程中，起始剂（initiator）先活化（activated），然后再使单体活化（initiation），其他的单体再逐个加在已活化的分子链上，使链继续成长（propagation），最后两个活性键可相互反应而失去活性，使得分子链终止生长（termination）。令起始剂为I，单体为M，I和M代表活化后的起始剂和单体：
I→I
起始I+M→IM
链成长IM+M→IMM
。
。
。
IM N+M→IM N+1
终止IM N+IM M→IM N M M
按链终止的机理（mechanism）很多，不一一例举。
单体在活化时形成下列三形态之一，分别代表三种不同的聚合
化学过程：
（1） 自由基（free redical）。
（2） 离子（ion）
（3） 与催化合剂形成络合物（complex）
分述如下：
1.3.1.1 自由基聚合
单体以自由基的形态活化后，再形成聚合物的过程，即称之为自由基聚合。而单体形成自由基有两种不同的过程：
1.一是利用如前述的起始剂，常用的起始剂有：
（1） 有机过氧化物（organic peroxide），其通式为：
ROOR
当温度升高时，ROOR分解成自由基，以BPO为例：O O O
—C—O—OC—→—C—O→+2CO2
有机过氧化物的种类很多，各具不同的分解温度，用途很广。第六章中的交联剂，亦属于此类。
（2） 偶氮类（azo）化合物，例如AIBN：
(CH3)2CN=NC(CH3)2→N2+2(CH3)2C
(3) 无机过氧盐,例如过硫酸钾;
O O O
KO—S—O—O—S—OK→2KO—S—O
O O O
无机盐溶于水，当聚合反应在水中进行时，例如乳化聚合（emulsion polymerization），是用无机过氧盐作为引发剂。
2.利用热，光和辐射线或电子束来活化：
（1）在高温，单体可以形成自由基。工业上，PS即是用热聚合（thermal polymerization）。热聚合可应用的范围，视能否控制支链的成长和能否有效的控制聚合速率而定。
（2）利用光来引发起始剂，进而引发聚合反应，是光敏类（photosensitive）聚合物的基础；或者是光剂（蚀）（photo etching）的基础，在电子工业中应用极广，例如印刷电路板和IC制程中就必须用到。
（3）辐射线和电子束，这种引发聚合反应的方法成本比较高，电缆外层的PE，在工业上是用电子束来引发交联反应，以达到高强度和耐磨擦的目的。
1.3.1.2离子聚合
令A+B－为可解离为A+和B—的起始剂，则单体与起始剂可以形成正离子（ca-tion）或是负离子（anion）：
A+B—+CH2CH→A—CH2C+H B—
—(CH2—CH)—n
R
A+B—+CH2=CH→B—CH2C—H A+
—(CH2—CH)—n
R
A+如果是亲电性，既是产生碳正离子的阳离子聚合（cationic poly-merization）。如果是亲核性，则是产生碳负离子的阴离子聚合（anionicpolymerization）。
1.阴离子聚合的起始剂主要是lewis酸，例如：BF3，
BF3O(C2H5)2，BCL3，TiCL3，TiBr4，ALCL3，SnCL4等；
和酸，例如：H2SO4，HCLO4，H3PO4CL3CCOOH等。
2.阴离子聚合的起始剂主要是卤金属及其有机化合物，例如
悬浮于溶剂中的金属钠，芳香族和烷基的有机锂（C4H9Li），
RMgX（R为烷基或芳香基），ALR3等。
开环聚合，在广义上可以看作是离子聚合中的一种。
1.3.1.3 配位聚合
单体与催化剂上活性点（active site）以一定的形态（分子排列）形成洛合物而活化，聚合，其简化的化学反应式是：
催化剂—R+CH2=CH→R—CH2—CH—催化剂
R R
—(CH2—CH)—n
由于单体是以一定的分子排列活化，故而所得到的聚合物的主链上侧基（side group）的排列方向可以受到控制，这是其他聚合方法所做不到的。
HDPE，PP（—CH2—CH—），PIB（—CH2—CH—）和高顺聚丁
CH3 C2H5 烯（high cis poly-butadiene）
等均是采用此法聚合。
配位聚合的催化剂有以下三个主要系列：
1.Ziegler系列，这是以：
（1）过度金属（transition metal）的卤化物，例如TiCL3为主催化剂。
（2）金属的有机化合物，例如AL(C2H5)3为共催化剂（Co—cata-lyst）。
（3）一种电子供给（electron donner）物。
（4）将前列三种成分分散固定（supported）在一无机化合物，例如MgCl2上
2.氧化铬（chromium oxide）CrO3分散固定在氧化矽和氧化铝上，此一系列是由Phillips石油公司所开发使用。
3.Metallocene系列是在1988年开始生产的商业产品，亦称之为Kaminsky类催化剂或单活性点（single site）催化剂。单活性点是相对于Ziegler催化剂而言，其主要特点在于可以更精密的控制聚合物的分子结构。其通式为：
L2MX2
其中M为第四族的过渡金属，例如：Zr，Ti和Hf。
X为卤素或烷基（alkyl），苯（基）（phenyl）或苯甲（基）（benzyl）。
L为用∏键与金属相联结的ligand，例如cyclopentadienyl（CP）。
例如CP2ZRCL2
结晶的PS，比重为0.86的PP均用此法聚合。
1.3.1.4 单体的分子结构与聚合方法
表1-1中第1至11项所列的单体，均可以用自由基聚合。单体上
=CH在利用自由基聚合时，甲基的排列不规带有侧基，例如丙烯CH
2
则，所得到的是无规聚丙烯（atacticPP），
CH
3
不能形成结晶，强度低而不具实际上的用途（参看第2.3节）。采用Ziegler法聚合得到全同PP（isotacticPP）和用metallocene法可以聚合出间同PP（syndi-otacticPP），二者均能形成结晶而具有很
好的强度，具有实用价值。结构与性质之间的关系在第二章中有比较详细的说明。
既是所有乙烯基（vinyl）和含有双键的单体均可用自由基聚合，但是在有侧基时，不能规范侧基的排列。在某些情况，例如PVC和PS，其单体的化学结构有利于形成线型聚合物而能形成有强度的聚合物；在另外的情况，例如PVAC，在用作粘着剂时，强度不是主要的考虑，侧基的排列虽然不规则但仍是有用的产品。要规划乙烯基类聚合物的侧基排列，要用配位聚合。能否使用离子聚合，其重点在于单体上电子的分布是否均匀，分布均匀的（极性低的）不易用离子法聚合。具有推电子基的乙烯基单体，其双键上电子云密度增加，利于阳离子聚合；具有吸电子基团的，则容易进行阴离子聚合。
1.3.2 逐步聚合
令R1M1R1和R2M2R2为参与逐步聚合的两种不同的单体，R1和R2为可以互相反应的官能基，R1R2和M为R1与R2反应之后所形成的基和所产生的小分子，既是：
R1+R2→R1R2+M
逐步聚合的过程如下；
R1M1R1+R2M2R2→R1M1R1R2M2R2+M
R1M1R1R2M2R2+R1M1R1R2M2R2→
R1M1R1R2M2R1R1R2M1R1R2M2R2+M
是以逐步聚合是由两个单体来形成仍具有可以相互反应基团的二聚物，再由二聚物与单体形成三聚物，由两个二聚物形成四聚物等，同时在每一次反应时均能释放出另一分子。
当参与聚合反应的反应物由单体转成二聚物，四聚物。。。。。。时，反应物（reactant）的浓度是以倍数下降，是以其聚合速率也急速下降；同时反应物的分子链愈长，反应基团相互遭遇的几率也减少。是以用逐步聚合方法来生产长分子链（或是大分子量）的聚合物是远比加成法困难。同时聚合所需要的时间也长，并且要除去反应时所产生的小分子（M）。
如果R1和R2在M1和M2上是位于对称位置，则所得到的聚合物是线型（linear）的，容易形成结晶。
如果单体上具有二个以上的官能基（R1或R2），则能形成交联（cross linked）聚合物。
如1.2节所述，要得到主链上含有丙环的杂链聚合物，必须用逐步聚合。常用于逐步聚合的单体如表1-1中的第15至25项。
1.4 聚合物链的形态
一个长链的分子在自然的状况下是否既是一条直线？
热力学对熵（entropy），S的定义是：
S=klnw
式中w是分子链各种可能不同形态的数目，w愈大则S愈大，也愈趋向低自由能状态，或是利于自然发生。
如果分子链是直线，w=1，S=0，是不利于自然发生，而仅发生
在0℃时的完美结晶上。是以聚合物的长分子链基本上是卷曲的，而且可能的形态变化很多。这一点，在稀溶液中研究聚合物为时，已得以一致的结论。
线形聚合物（linear polymer）基本上是指卷曲但是分子链为线状的聚合物，例如图1-1（a）。线型聚合物在聚合物的主流。或者是说在人工合成聚合物时，一般均希望能获得线型聚合物。
支链（branched）聚合物是在长的主链上接有相对比较短的链，如图1-1（b）所示。在主链上会有支链的原因有二：
1.一是由具有支链结构的单体所形成的，例如：
单体为1—丁烯 CH=CH2
2H 5
其聚合物含有支链 —CH
2—CH—CH
2
—CH—
C
2H
5
C
2
H
5
2.在聚合反应的时候,由于在某一特定点温度高,而形成热点(hotspot),而使得链上产生具有活性的自由基,因而产生支链,例如: —CH2—CH2—CH—CH2—CH2—
—CH—是具有活性的，其他的单体或分子链可以接上去形成支链。这种情况严重的时候，会形成交联而且不溶解的凝胶（gel）同一种单体聚合反应的温度愈高，形成支链和凝胶的几率愈高。
交联（cross linked）聚合物，是指分子链之间有化学肩相连而形成三维（three dimension）结构，如图1-1（c）。形成三维结构的原因有：
1.在加成聚合时单体中含有两种双键，其中的一种在聚合的时候
打开，而在聚合物中仍保留有未反应的双键可以再进行反应，
例如1，3丁二烯：
CH2=CHCH=CH2
其聚合物所得的聚丁二烯是：
—CH2—CH=CHCH2—
所留下的双键可以再与其他的反应物反应。
2.在逐步聚合时单体中含有两个以上的官能基及双键，在聚合时用去官能基两个，仍保留有未用到的双键，例如：
O
顺丁酐C—COOH
C—C —COOH
O
其中两个—COOH在逐步聚合时与—OH反应，所形成的聚合物中仍保留有双键，可以进一步再反应。
3.在聚合物饱和的分子链中，利用起始剂，光和电子束，辐射线，制造出自由基来反应。例如PE交联。
（a）直链（b）支链（c）交链（2D）
图1-1 聚合物链的形态
聚合物的分子链上，可以只含有一种结构单元，称之为均聚合物（homopoly-mer）。也可以含有二种或以上的结构单元，具有两种或以上结构单元的聚合物称之为共聚合物（copolymer）。依照不同的结构单元排列的方式，可分为三类。
令M1和M2为两种不同的结构单元，则
1.无规共聚合物（radom copolymer），既是M1和M2的排列没有规则。
M1M1M2M1M2M2M1M2
2.崁段（block）共聚物，M1和M2分别单独组成具有一定分子量的段，然后再连接在一起：
M1M1。。。。M1M2。。。。M2M2
3.接枝（graft）共聚合物，M1和M2分别成段，但是M2以支链的型态连接。
M1。。。。M1M1。。。。M1
M2
M2
共聚合的聚合方法比均聚合物复杂。
1.5 聚合的制程
对产品的要求一般是：
1.品质稳定。
2.不同批次生产出来产品性质之间的差异少。
相对于其他的单分子化合物，聚合物除了组分之外，影响其性质的尚有：
（1）分子量。
（2）分子量分布
（3）是否含有支链和支链的多寡。
是以控制聚合反应的困难度，要高于其他化学品的合成。
仅限于反应的速率（rate）来讨论，化学反应的速率是和：
1.反应物的浓度成正比。
2.和反应温度成正比。
是以要控制化学反应的均一性，必须要使反应器内的温度和反应物的浓度尽可能的均匀。要达到均匀的情况，单只依赖热传导（con-duction）和分子扩散（diffusion）是远远不足的，而是要用搅拌（mix-ing）造成反映器内的湍流（turbentflow）以达到反映器内的温度和浓度均一的目的。
聚合物的分子量大而且链长，粘度非常高，非常不容易在反映器内造成湍流。故而在聚合的过程中，重点是采用什么手段来使得反应器内的温度和浓度均一。目前在工业上使用上午联合制程（process）有：
1.乳化（emulsion）聚合
2.悬浮（suspension）聚合
3.溶液（solution）聚合
4.slurry聚合
5.本体（bulk）聚合
分述如下：
1.5.1 乳化聚合
这是最早的工业聚合制程，仍然沿用至今。在过程中，单体在水中乳化为粒子约为1μ左右的微粒，类似于牛奶，表现出来的粘度低；起始剂是加入到水中，聚合反应是在乳化粒中进行，粒子小故而在同一粒子中浓度和温度的差异不大，聚合物的形成不会影响到整个系统的粘度。聚合的机理（mechanism）相当复杂。在聚合到达一定程度时，再经过单体回收（monomer recovery），凝析，脱水，干燥后造粒或压块，略如下图：
压块
在连续制造固态产品时，必须经过所有的流程，离开反应器时聚合反应的转化率（conversion）一般在70%以下。
如果是用批式（batch）生产乳胶（latex），则转化率会提高到90%以上，在聚合反应之后即可取出（或者经过脱水浓缩）应用。乳胶用于涂料（coating）和粘着剂。
一、填空题： 1.材料性质的表述包括力学性能、物理性质和化学性质。 2.化学分析、物理分析和谱学分析是材料成分分析的三种基本方法。 3.材料的结构包括键合结构、晶体结构和组织结构。 4.材料科学与工程有四个基本要素，它们分别是：使用性能、材料的性质、制备/加工和结构/成分。 5.按组成和结构分，材料分为金属材料，无机非金属材料，高分子材料和复合材料。 6.高分子材料分子量很大，是由许多相同的结构单元组成，并以共价键的形式重复连接而成。 7.复合材料可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。 8.聚合物分子运动具有多重性和明显的松弛特性。 9.功能复合材料是指除力学性能以外，具有良好的其他物理性能并包括部分化学和生物性能的复合材料。如有 光，电，热，磁，阻尼，声，摩擦等功能。 10.材料的物理性质表述为光学性质、磁学性质、电学性质和热学性质。 11.由于高分子是链状结构，所以把简单重复（结构）单元称为链节，简单重复（结构）单元的个数称为聚 合度。 12.对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，两相间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，其性能显示 为增强体与基体的互补。（ppt-复合材料，15页） 13.影响储氢材料吸氢能力的因素有：（1）活化处理；（2）耐久性（抗中毒性能）； （3）抗粉末化性能；（4）导热性能；（5）滞后现象。 14.典型热处理工艺有淬火、退火、回火和正火。 15.功能复合效应是组元材料之间的协同作用与交互作用表现出的复合效应。复合效应表现线性效应和非线性效 应，其中线性效应包括加和效应、平均效应、相补效应和相抵效应。 16.新材料发展的重点已经从结构材料转向功能材料。 17.功能高分子材料的制备一般是指通过物理的或化学的方法将功能基团与聚合物骨架相结合的过程。功能高 分子材料的制备主要有以下三种基本类型： ①功能小分子固定在骨架材料上； ②大分子材料的功能化； ③已有功能高分子材料的功能扩展； 18.材料的化学性质主要表现为催化性能和抗腐蚀性。 19.1977年，美国化学家MacDiarmid，物理学家Heeger和日本化学家Shirakawa首次发现掺杂碘的聚乙炔具有金 属的导电特性，并因此获得2000年诺贝尔化学奖。 20.陶瓷材料的韧性和塑性较低，这是陶瓷材料的最大弱点。 第二部分名词解释
《高分子材料与工程概论》课程教学大纲 课程代码：050331028 课程英文名称：High Polymer Materials Engineering Introduction 课程总学时：24 讲课：24 实验：0 上机：0 适用专业：高分子材料与工程 大纲编写（修订）时间：2017. 06 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 高分子材料与工程概论是高等工科院校高分子材料与工程专业必修的一门获得高分子材料与工程概框和专业基础知识的专业基础课。它主要简要介绍高分子材料的基本概念、应用、加工成型方法及工艺，是该专业学生学习高分子材料工程知识的入门课程，使其明了高分子材料工程的内容和学习本专业的意义。 通过本课程的学习，学生将达到以下要求： 1.了解高分子材料工程所涉及的范围和领域； 2.了解高分子材料的种类及其特性； 3.熟悉各类高分子材料的选用、成型加工等基础知识； 4.了解高分子材料学科的新知识、新技术、新进展。 （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：了解高分子材料的基本性能、选用，及加工基本方法和工艺。 2.基本能力：具有能根据应用要求选择高分子材料类型和根据结构要求选择高分子材料制加工方法和工艺的基本能力。 3.基本技能：高分子材料鉴别的基本技能。 （三）实施说明 1.教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本知识的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。有条件可采用高分子材料加工仿真模拟课件，增强学生的感性认知，也可现场参观高分子材料的生产加工过程或聘请企业工程技术人员讲授。 2.教学手段：本课程以理论为主，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 （四）对先修课的要求 无先修课要求。 （五）对习题课、实验环节的要求 1.本课程对习题课和实践环节无要求。 2.作业题内容以基本概念、基本知识为主，作业要能起到巩固知识，提高分析问题、解决问题能力。学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。 （六）课程考核方式
材料是物 质， 但不是所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物， 一般都不算是材料。材料是人类赖以生存和发展的物质基础。 二. 材料的分类 然后我们看材料的分类。材料可按其成分及物理化学性质可分为： a 金属材料（铸铁、碳钢、铝合金 卜 b 无机非金属材料（水泥、玻璃、陶瓷卜 c 有机高分子材料（塑料、合成橡胶、合成纤维 ） d 复合材料（由两种或两种以上物理、化学、力学性能不同的物质，经人工组合而成的 多相固体材料，如石墨/铝复合材料、碳/陶瓷基复合材料、碳/碳复合材料）。按使用用途材 料可分为结构材料（主要利用材料的强度、韧性、 弹性等力学性能，用于制造在不同环境下 工作时承受载荷的各种结构件和零部件的一类材料， 即机械结构材料和建筑结构材料） 和功 能材料（由两种或两种以上物理、化学、 力学性能不同的物质，经人工组合而成的多相固体 材料）。 按照应用领域来分材料可以分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材 料、生物材料等。按来源可分为人工材料和天然材料。 三、 材料的地位和作用 1. 材料是人类文明的里程碑 我们中学阶段学过经济发展史，纵观人类利用材料的历史，材料起着举足轻重的作用， 是一切生产和生活的物质基础，是生产力的标志，是人类进步的里程碑。 石器时代：早在一百万年以前， 人类开始进入旧石器时代，可以使用石头作为工具。一 万年以前，人类开始进入新石器时代， 将石头加工成器具和工具如左下角图， 在8000年前, 开始人工烧制成陶器，用于器皿和装饰品如彩陶双耳罐。 青铜器时代：五千年以前，人类开始进入青铜器时代，青铜烧注成型， 用金 属，越王勾践曾使用的青铜剑，中国商代司母戊鼎。 铁器时代：3000年以前人类开始进入铁器时代，生铁冶炼及处理技术推动了农业、水 利、和军事的发展和人类社会进步，直至 18世纪进入了近代工业快速发展时代。 材料是人类进化和文明的标志。石器、青铜器、铁器这些具体的材料被历史学家作为划 分时代的重要标志。材料的发展创新是各个高新技术领域发展的突破口， 新型材料是当代社 会发展进步的促进剂，是现代社会经济的先导，是现代工业和现代农业发展的基础， 也是国 防现代化的保证。材料的发展深刻地影响着世界经济、 军事和社会的发展，同时也改变着人 们在社会活动中的实践方式和思维方式，由此极大地推动了社会进步。 2. 材料是经济和社会发展的先导 第一次工业革命，钢铁工业的发展为蒸汽机的发明和利用奠定了基础。 的发明促进了机械制造和铁路运输等行业发展 . 第二次工业革命，合金钢、铝合金及其他非金属材料的发展是此次工业革命的支撑， 电动机的发明奠定基础.使制造业大力迈入电气化时代 同学们大家好，祝贺同学们考入辽宁工程技术大学材料学院。 相信在座同学除了对大学 生活怎么进行规划感到迷茫， 也会对自己所学专业仍然存在疑虑： 材料学是研究什么的？我 们可以在材料学里学到什么呢？学了这个学科有什么用处呢？因此我们开设这门材料科学 与工程专业概论以解答同学们的这些问题，让咱们对材料学从一个感性认识上升到理性认 识。 一、材料的定义 首先第一节我们介绍一下材料的定义。 材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。 人类开始大量使 转炉和平炉炼钢
材料化学导论习题库 第一篇高分子材料导论 第一章 1.叙述高分子科学在科学技术发展中的地位。 2.说出获得诺贝尔奖的高分子科学家的名字和他们的主要贡献。 3.说出十种你日常生活中遇到的高分子的名称。 4.查阅最新的全世界合成材料的年产量，并与图1-2相比较，看又增长了多少？(提示： 从当年的“塑料工业”、“橡胶工业”和“合成纤维工业”的有关文章中可查到前一年的数据) 5.调查学习高分子的学生毕业后就业的百分比是多少？ 6.下列产品中哪些属于聚合物？(1) 水；（2）羊毛；(3) 肉；(4) 棉花；(5) 橡胶轮胎；(6) 涂料 7.写出下列高分子的重复单元的结构式：(1) PE；(2) PS；(3) PVC；(4) POM；(5) 尼龙； (6) 涤纶 8．用简洁的语言说明下列术语：（1）高分子；(2) 链节；（3）聚合度；(4) 多分散性； (5) 网状结构；(6) 共聚物 9．说出具有下列重复单元的一种聚合物的名称。 A．亚乙基—CH2—CH2— B．苯酚和甲酚缩合后的单元 C．氨基酸缩和后的单元 10．H（CH2CH2）3000H的分子量是多少？ 11．平均分子量为100万的超高分子量PE的平均聚合度是多少？ 12．已知一个PS试样的组成如下表所列，计算它的数均分子量、重均分子量和d。 组分重量分数平均分子量组分重量分数平均分子量 1 0.10 20.19 30.24 4 0.18 1.2万 2.1万 3.5万 4.9万 5 6 7 8 0.11 0.08 0.06 0.04 7.5万 10.2万 12.2万 14.6万 13．按值递增的次序排列数均分子量、重均分子量、Z均分子量和粘均分子量。 14．下列哪一种聚合物是单分散的？（1）天然橡胶；(2) 玉米淀粉；(3) 棉纤维素；(4) 牛奶酪蛋白；(5) 高密度聚乙烯；(6) 聚氯乙烯；(7) β—角蛋白；(8) 尼龙-66；(9) 脱氧核糖核酸；(10) 石腊 15．高分子结构有哪些层次？各层次研究的内容是什么？ 16．什么是高分子的构型？什么是高分子的构象？请举例说明。 17．有一种等规度不高的聚丙烯，能否通过改变构象的办法提高它的等规度？为什么？18．由以下单体聚合得到的高分子是否存在有规立构体？有几种？ (1) CH2=CH－CH2－CH=CH2；(2) CH2=C(CH3)2 19．画出PE的平面锯齿形构象示意图。 20．当n=2000时，高密度聚乙烯分子链的近似长度为多少？重复单元数目相同的聚氯乙烯分子链的近似长度是多少？ 21．线形聚合物和支化聚合物中碳原子的近似键角各是多少度？
高 分 子 材 料 论 文 课题名称：高分子材料导论学院： 班级： 姓名： 学号：
高分子材料回收利用与发展可降解材料现代文明以经济腾飞和生活水平的提高为主要标志。随着经济发展，大规模的物质循环不可避免地引起各种问题，如资源短缺、环境恶化已为全球所关注。科学家预言地球能源（煤、石油、天然气等）不久将消耗完，会发生严重的能源危机；现代工业以及消费业的发展已给大自然带来严重的影响，大气、海洋等受污染，温室效应发生和臭氧层的破坏等等。所有这些已严重影响着自然界的生态平衡，最终必然会阻碍世界经济的高速发展。 材料的制造、加工、应用等均与环境和资源有直接的关系。高分子材料自从上世纪初问世以来，因重量轻、加工方便、产品美观实用等特点，颇受人们欢迎，其应用越来越广，从而使用过的高分子材料日益增加。据统计，2011年，我国塑料制品的产量达5474万吨，同比增长22%。其中，塑料薄膜的产量为844万吨，占总产量的15%；日用塑料制品的产量为458万吨，占总产量的8%；塑料人造革、合成革的产量为240万吨，占总产量的4%。如何处理这些废料已成为非常重要的课题。 处理废旧高分子材料比较科学的方法是再循环利用。循环是废旧高分子材抖利用的有利途径，不仅使环境污染得到妥善的解决，而且资源得到最有效的节省和利用。从资源利用的角度，对废旧高分子材料的利用首先应考虑材料的循环，然后考虑化学循环及能量回收。 回收：我国塑料回收面临的困难是数量大、分布广、品种多、体积大，许多废塑料与其它城市垃圾混在一起。处理废塑料的主要方法是：填埋和简单焚烧，但可供填埋场地不断减少，填埋费用急剧上升以及简单焚烧带来的二次污染等问题也给我们敲响了警钟。国外在废塑料回收方面已积累了不少经验，他们把废塑料的回收作为一项系统工程，政府、企业、居民共同参与。德国于1993年开始实施包装容器回收再利用，1997年回收再利用废塑料达到60万t，是当年消费量（80万t）的75%。目前，德国在全国设立300多个包装容器回收、分类网点，各网点统一将塑料制品分为瓶、薄膜、杯、PS发泡制品及其他制品，并有统一颜色标志[2]。利用：主要有再生利用、热能利用以及分解产物的利用（包括热分解和化学分解）。 1、再生利用：再生利用分简单再生和改性再生两类。 简单再生，指废塑料经过分类、清洗、破碎、造粒后直接进行成型加工，一般只能制成档次较低的产品。 改性再生，指通过化学或机械方法对废塑料进行改性。改性后的再生制品力学性能得到改善，可以做档次较高的制品。在化学添加剂方面，汽巴-嘉基公司生产出一种含抗氧剂、共稳定剂和其他活性、非活性添加剂的混合助剂，可使回收材料性能基本恢复到原有水平；荷兰有人开发了一种新型化学增容剂，能将包含不同聚合物的回收塑料键合在一起。美国报道采用固体剪切粉碎工艺（Solid State Shear Pulverization, S3P）进行机械加工，无须加热和熔融便可将树脂进行分子水平剪切，形成互容的共混物。共混物大部分由HDPE和LLDPE组成，极限拉伸强度和挠曲模量可与HDPE和LLDPE纯料相媲美[5]。 2、焚烧回收热能： 对于难以进行清洗分选回收的混杂废塑料，可以在专门的焚烧炉中焚烧以回收热能。木材的燃烧热为14.65 GJ/kg，聚乙烯为46.63 GJ/kg，聚丙烯为43.95 GJ/kg，聚氯乙烯为18.08 GJ/kg，ABS为35.26 GJ/kg，均高于木材，若能将这部分热能加以回收是很有意义的。废塑料热能回收可最大限度减少对自然环境的污染，不需要繁杂的预处理，也不需与生活垃圾分离，焚烧后废塑料的质量和体积可分别减少80%和90%以上，燃烧后的渣滓密度较大，
※<习题一> (1) 在酯化反应中丙三醇、乳酸、均苯四甲酸二酐中分别有几个功能团？ (2) 交联聚合物具有什么样的特性？ (3) 分子量为10000的线形聚乙烯（CH2-CH2）、聚丙烯（CH2-CHCH3）、聚氯乙烯 （CH2-CHCl）、聚苯乙烯（CH2-CHC6H5）的聚合度Dp分别为多少？ (4) 下列那些聚合物是热塑性的：硫化橡胶，尼龙、酚醛树脂，聚氯乙烯，聚苯乙烯？ (5) PBS是丁二醇与丁二酸的缩聚产物，其可能的端基结构是什么？ (6) PV A（聚乙烯醇）的结构式如下所示，请按标准命名法加以命名。 (7) 谈谈自己对高分子的认识 ※<习题二> (1) 端基分别为酰氯（-COCl）和羟基（-OH）的单体可以发生缩聚反应生成聚酯，这个反应放出的小分子副产物是什么？ (2) 连锁聚合中包含哪些基元反应？ (3) 偶合终止与歧化终止的聚合产物在分子量上有什么区别？ (4) 从纤维素制备醋酸纤维素，产物的分子量和聚合度与原料相比有什么样的变化趋势？ (5) A和B是两种内酯单体，如果采用羟基化合物为引发剂开环聚合可以制备端基为羟基的聚合产物。现需要制备两端为A链段，中间为B链段的嵌段共聚物，也称为ABA型三嵌段共聚物，请设计一条合成路线来制备这种共聚物。 (6) 简要分析老化与降解之间的关系。 (7) 研究高分子的降解与回收具有什么样的意义？ (8) 简要叙述高分子合成与分子设计的原则。 ※<习题三> (1) 聚乙烯的齐聚物（聚合度低于10）是什么状态的物质？ ）分别conformation、构象（）configuration、构型（）constitution高分子的构造（(2)
《高分子材料导论》思考题 1、三大材料：（1）金属材料富于展性和延性，有良好的导电及导热性、较高的强度及耐冲击性。 （2）无机材料一般硬度大、性脆、强度高、抗化学腐蚀、对电和热的绝缘性好。 （3）高分子材料的一般特点是质轻、耐腐蚀、绝缘性好、易于成型加工，但强度、耐磨性及使用寿命较差 2、原子之间或分子之间的结合键一般有哪些形式？试论述各种结合键的特点。 离子键：无方向性，键能较大。由离子键构成的材料具有结构稳定、熔点高、硬度大、膨胀系数小的特点。共价键：具有方向性和饱和性两个基本特点。键能较大，由共价结合而形成的材料一般都是绝缘体。金属键：无饱和性和方向性。具有良好的延展性，并且由于自由电子的存在，金属一般都具有良好的导电、导热性能。氢键具有饱和性。氢键在高分子材料中特别重要，它是使尼龙这样的聚合物具有较大的分子间力的主要因素。 3、原子排列可分为三个等级：无序排列、短程有序，长程无序、长程有序 材料一般是以固体状态使用的。按固体中原子排列的有序程度，固体有非晶态结构、结晶态结构两种基本类型。 4、非晶态结构：原子排列近程有序而远程无序的结构称为非晶态结构或无定形结构，非晶态结构又称玻璃态结构。共同特点是：结构长程无序，物理性质一般是各向同性的；没有固定的熔点，而是一个依冷却速度而改变的转变温度范围；塑性形变一般较大，导热率和热膨胀性都比较小。 5、—(CH2-CH)n— Cl结构单元：又叫链节，是高分子中重复出现的那部分。聚合度：聚合物分子中，结构单元的数目叫聚合度，用n表示。由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物，由两种或两种以上单体共聚而成的聚合物称为共聚物 6、聚合物(按大分子主链)的分类：(1) 碳链聚合物,是指大分子主链完全由碳原子构成。(2) 杂链聚合物,是指大分子主链中除碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子。(3) 元素有机聚合物,是指大分子主链中没有碳原子，主要由硅、硼、铝、氧、氮、硫、磷等原子组成，但侧基却由有机基团如甲基、乙基、乙烯基、芳基等组成。 按性能和用途分类：根据以聚合物为基础组分的高分子材料的性能和用途分类，可将聚合物分成橡胶、纤维、塑料、粘合剂、涂料、功能高分子等不同类别。 7、塑料的成型加工：挤出、压延、注射、压制、吹塑。 8、聚合物的结构常指哪些方面？大分子链的组成和构造包括哪些方面？试加以论述。 聚合物结构：大分子本身的结构、大分子之间的排列大分子链的组成和构造：大分子链的化学组成：碳链大分子、杂链大分子、元素有机大分子等。大分子链的化学组成不同，聚合物的性能也不相同。结构单元的连接方式：大分子链是由许多结构单元通过共价键连接起来的链状分子。在缩聚过程中，结构单元的连接方式比较固定。但在加聚过程中，单体构成大分子的连接方式比较复杂，存在许多可能的连接方式，如头－尾、头－头或尾－尾
高分子基复合材料 Polymer Matrix Composite Materials 课程编号：07370380 学分：2 学时：30 (其中：讲课学时：30 实验学时：0 上机学时：0) 先修课程：材料科学导论、高分子化学、大学物理 适用专业：高分子材料与工程、复合材料与工程 教材：《聚合物复合材料》黄丽主编，中国轻工业出版社，2012.01 第二版开课学院：材料科学与工程学院 一、课程的性质与任务 高分子基复合材料是建立在数学、物理学、化学等课程知识的基础上，为材料科学与工程专业学生开设的一门专业方向课，其性质为选修。 通过本课程的学习，旨在让学生获得复合材料的有关基本理论和基本知识，为拓宽学科方向和今后从事相关研究和工作奠定必要的基础。其主要任务是使学生具备下列知识和能力： 1.熟悉复合材料的常用基体材料和常用增强材料结构与性能； 2.初步掌握聚合物基、碳基、纤维增强复合材料的种类和基本性能； 3.能够根据实际要求合理设计材料，从微观或亚微观水平上选定合适的基体和 增强体或功能体； 4.依靠复合材料设计知识，确定合适的表面处理技术和成型工艺； 5.了解先进复合材料的发展概况。 二、课程的基本内容及要求 第1章绪论 1. 教学内容 （1）.复合材料的发展史 （2）.复合材料的定义、命名及分类 （3）.复合材料的特性 （4）.对高性能复合材料的期望及开发现状 2. 学习要求 （1）.了解复合材料的发展简史 （2）.掌握复合材料的概念、分类及命名规则 （3）.理解复合材料的特性及发展趋势 3. 重难点 掌握复合材料的定义及特性既是本章的重点，也是难点
第2章基体材料 1. 教学内容 （1）.概述 （2）.聚合物基体 （3）.金属基体 （4）.陶瓷基体 （5）.碳基体 2. 学习要求 （1）.理解基体的概念 （2）.掌握基体在复合材料材料中的作用及对复合材料性能的影响（3）.了解复合材料中常用的基体类型 （4）.掌握聚合物基体的特性 3. 重难点 （1）.重点是熟悉复合材料中基体的类型及各类基体的特性（2）.难点是掌握几种常用聚合物基体的制备原理和工艺 第3章复合材料的增强材料 1. 教学内容 （1）.玻璃纤维 （2）.碳纤维 （3）.有机高分子纤维 （4）.陶瓷纤维 （5）.金属纤维 （6）.晶须 （7）.粉体增强材料 2. 学习要求 （1）.理解增强材料在复合材料中的作用 （2）.理解各类增强材料增强原理 （3）.掌握常用增强材料的制备工艺 3. 重难点 （1）.重点是理解各类型增强材料的增强机制和特点 （2）.难点是掌握几种常用增强材料的制备工艺 第4章纤维复合材料及其制造方法 1. 教学内容 （1）.聚合物基复合材料
有机高分子材料概述和发展趋势 陈彪 2011327120112 材料科学与工程11（1）班 摘要：有机高分子材料包括木材、棉花、皮革等天然高分子材料和朔料、合成纤维及合成橡胶等有机聚合物合成材料。它们质地轻、原料丰富、性能良好、用途广泛，因而发展速度很快。塑料、橡胶和合成纤维是有机高分子材料的典型的代表，此外，还有涂料和粘合剂等。 关键词：有机高分子材料；发展趋势 高分子材料是由可称为单体的原料小分子通过聚合反应而合成的。绝大部分原料单体为有机化合物。在有机高分子化合物中，除碳原子外，其他主要元素为氢、氧、氮等。在碳原子与碳原子之间、碳原子与其他元素的原子之间能够形成稳定的共价键组成高分子化合物。 人们使用高分子材料的历史很早，由于它们质地轻、原料丰富、性能良好、用途广泛，因而发展速度很快，自20世纪20年代以来，就已经发展了人工合成的各种高分子材料。 高分子材料有各种不同的分类方法。例如，按来源可以分为天然高分子材料和合成高分子材料。按大分子主连接结构可分为碳链高分子材料、杂链高分子材料及元素有机高分子材料等。最常用的是根据高分子材料的性能和用途进行分类。 根据性能和用途，高分子材料可分为橡胶、塑料、纤维、粘合剂、涂料、功能高分子材料以及复合材料等不同的类别。 下面以介绍这几大类高分子材料为主。 1橡胶 橡胶是有机高分子弹性化合物。在很宽的温度范围内具有优异的弹性，所以又称为高弹体。按其来源可分为天然橡胶和合成橡胶两大类。天然橡胶是从自然界含胶植物制取的一种高弹物质。合成橡胶是用人工合成的方法制得的高分子弹性材料。 橡胶具有独特的高弹性，还具有良好的疲劳强度、点绝缘性、耐化学腐蚀以及耐磨性等使它成为国民经济中不可缺少和难以代替的重要材料。 2塑料 塑料是以聚合物为主要成分，在一定条件下可塑成一定形状并且在常温下保持其形状不变的材料，习惯上包括塑料的半成品，如压塑粉等。 作为塑料基础组分的聚合物，不仅决定塑料的类型而且决定塑料的主要性能。一般而言，塑料用聚合物的内聚能介于纤维与橡胶之间，使用温度范围在其脆化温度和玻璃化温度之间。应当注意，同一种聚合物，由于制备方法、条件及加工方法的不同，常常既可作塑料用，也可做纤维用。 塑料是一类重要的高分子材料，具有质地轻、电绝缘、耐化学腐蚀、容易加工成型等特点，其性能可调范围宽，具有广泛的应用领域。 3纤维 纤维是指长度比直径大很多倍，并具有一定韧性的纤细物质。纤维的特点是分子间次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。 纤维可分为两大类：一类是天然纤维，如棉花、羊毛、蚕丝和麻等，另一类是化学纤维，即用天然或合成高分子化合物经化学加工而制得的纤维。
《材料学导论》无机非金属材料、金属材料思考题 一、填空（共10题，每题4分） 1、材料按化学组成可分为：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料。 2、材料科学与工程的四要素是：成份/结构、制造工艺（或合成/加工）、性能、使用性能。 3、陶瓷材料是一种多晶多相材料，其相组成通常包括：晶相、玻璃相、气孔（或气相）。 4、根据有机、无机、金属材料拉伸应力-应变曲线知，三种材料的弹性模量E 大小顺序为：陶瓷材料（或无机材料）＞金属材料＞有机高分子材料。 5、硅酸盐水泥熟料的化学组成是Al2O3、Fe2O3、SiO2、CaO。 6、玻璃的结构有很多假说，如微晶学说、凝胶学说、五角形对称学说、高分子学说等等，其中较为公认的晶子学说和无规则网络学说两种。 7、金属有80多种，但其常见的晶体结构有三种，分别是面心立方、密排六方、体心立方。 8、金属的强化机制有：形变强化、固溶强化、细晶强化、弥散强化、相变强化。 9、陶瓷材料具有很多优点，例如：低膨胀系数、低导热系数、化学稳定型高等，但是陶瓷材料的一个重要缺点是：脆性高（或韧性低或热稳定性差）。 10、将SiC制成砂轮和各种磨介是利用其具有高硬度的性质。 11、构成硅酸盐矿物最基本的结构单元是硅氧四面体或[SiO4]。 12、普通陶瓷生产必不可少的三种原料是：石英、长石、粘土。 13、耐火材料是指耐火度不低于1580℃（或≮1580℃）的无机非金属材料。
14、硅酸盐水泥的生产技术可概括为：两磨一烧。 15、不定形耐火材料因不经成型、不经烧结而得名。 16、普通硅酸盐水泥主要的四种矿物组成是：硅酸三钙（或C3S）、硅酸二钙（或C2S）、铝酸三钙（或C3A）、铁铝酸四钙（或C4AF）。 17、平板玻璃的成型方法有：浮法、平板法、垂直引上法。 18、硅酸盐（矿物）材料的基本类型有：岛状、组群状、链状、层状、架状。它们是根据硅氧四面体在空间的不同连接方式进行分类的。 19、陶瓷材料的烧结技术有：普通烧结（或传统烧结）、热压烧结、反应烧结、热等静压烧结、液相烧结等。 20、生产玻璃的原料有主要原料和辅助原料。其中辅助原料有澄清剂、着色剂、助熔剂、脱色剂、氧化与还原剂。 21、陶瓷材料中气孔有开口气孔和闭口气孔两种。 22、陶瓷材料的成型方法有：半干法成型、注浆成型、可塑法成型、等静压成型等。 23、陶瓷材料中玻璃相的作用：填充气孔或填充晶粒间隙、粘结晶粒、降低烧成温度、抑制晶粒异常生长。 24、耐火材料总的发展方向是：采用优质原料、采用高压成型、采用高温烧成。 25、由于金属中离子振动的振幅会随温度升高而增大，阻碍自由电子的流动，所以，金属均具有正的电阻温度系数。 26、门捷列夫“晶子学说”与扎哈里森“无规则网络学说”是玻璃结构的两种不同学说，两者统一的观点是都认为玻璃是近程有序、远程无序的无定形介质。 二、简答题（共20题，每题5分） 1、陶器演变为瓷器的三个条件是什么？
Polymer additives 高分子添加剂 四川大学化学学院 Filler 石灰石粉填料
根据碳酸钙生产方法的不同，可以将碳酸钙分为重质碳酸钙、轻质碳酸钙、胶体碳酸 石英是一种由二氧化硅组成的矿物，呈半透明或不透明的晶 体，质地坚硬，物理性质和化学性质均十分稳定。除用作玻 白炭黑是白色粉末状X- 称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅、超细二氧化硅 用作填料的炭黑按其性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑” 等，也可作黑色染料。此外，炭黑填充还可起到提高耐热性、阻燃性等 二氧化钛作为白色颜料和耐候性填料在许多高聚物中都已得到了应用。 Rutile Anatase Brookite Coupling agent 艺，生产出的板材或型材。主要用于建材、家具、物流包装等行业。 偶联剂
Titanate coupler Antioxidant, Thermal stabilizer, Light stabilizer 抗氧剂、热稳定剂 与光稳定剂
化降解的助剂；而抗氧剂则涵盖了延缓聚合物材料在受热和非受热过程中 thermal stabilizer Antioxidant 双键。 热稳定剂必须能够捕捉PVC热分解时放出的具有自催化作用的是能够与PVC树脂产生的不稳定双键结构起加成反应，以阻止或减缓Light stabilizer 当聚合物吸收电磁波的能量刚好与其结构内某些化学键能量匹配时，就可能 Solar radiation spectrum
Flame retardant 阻燃剂 Mechanism Flame retardant Heat Gas phase Thermal feedback O 2 Heat Combustion product Smoke Combustible gases Decomposition area Condensed phase Carbonization Char foam ：阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的综合作用，从而达到阻燃目的。 ：阻燃剂可作用于气相燃烧区，捕捉燃烧反应中的自由基，从而阻止火焰的 传播，使燃烧区的火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终止。 ：阻燃剂发生强烈的吸热反应，吸收燃烧放出的部分热量，降低可燃物表面的温度有效地抑制可燃性气体的生成，阻止燃烧的蔓延。 ：阻燃剂受热时分解出不燃气体，将可燃气体和氧气的浓度稀释到燃烧下限以下。
《高分子材料结构与性能》课程教学大纲 课程代码：070417 课程性质：专业任选总学时：32 学时总学分： 2 开课学期：7 适用专业：化工 先修课程：有机化学、物理化学后续课程：毕业论文 大纲执笔人：HJH 参加人：HGJGHJH 审核人：JHHJH 修订时间：2012年8月 编写依据：09化学工程与工艺专业人才培养方案（2009）年版 一、课程介绍 高分子材料结构与性能课程是以高分子结构-性能-应用为主线，联系其他材料科学，阐述了高分子材料的合成方法、结构性能和主要应用领域，并简要介绍了各类高分子材料的基础知识和有关的加工成型方法。通过本课程的学习，使学生能够了解高分子材料的基础知识，拓宽知识面，使学生进一步了解本专业。它是学生学习《材料物理》、《材料物理实验》、《树脂基复合材料》《复合材料科学与工程实验》、《高分子材料成型加工》、《高分子材料工程实验》等其它专业基础课的先修课程和基础，同时也是不同专业十几门选修课的先修课程，在专业培养中处于重要地位。同时，该课程也可作为化学化工类非高分子专业的本专科生，为拓宽知识面，认识基础高分子科学相关的选修课，有望发展成化学化工类大学生专业基础课程，为将来从事材料领域的研究和开发工作打好基础。 二、本课程教学在专业人才培养中的地位和作用 材料在生产与生活中占有非常重要的地位，并与人们生活紧密相联。而作为材料学中的一大类别——高分子材料正发挥着越来越重要的作用。本门课程作为应用化学以及化学工程与工艺专业本科生的一门专业选修课，目的在于让学生了解高分子材料学的基础知识，扩大知识面，培养学生掌握高分子材料基本知识与概念，并能初步分析和解决材料研究中的实际问题。高分子材料结构与性能是以高分子材料为基本研究对象的一门课程，是高分子科学的基础课程。与化学的其它二级学科相比，它与现代物理学有着更加深刻的亲缘关系，其发展更加依赖于化学与物理学的进步，同时也对这两大轴心科学的进步产生深刻的影响。由于近年高分子科学对各个工业部门和科技领域的渗透作用显著，所以在化学本科等非高分子专业作为选修课教学具有重要的意义。 三、本课程教学所要达到的基本目标 高分子材料结构与性能课程的内容主要包括高分子材料的结构-性能-应用的内在联系和塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂与功能高分子等主要高分子材料品种的介绍，要求学生在掌握高分子材料的结构-性能-应用的内在联系的基础上，熟悉塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂的一些主要品种，并能对一些材料性能及相关影响因素做出简单解释。通过教学提高学生运用高分子化学与物理的知识分析问题、解决问题的能力。 本课程的基本要求如下：1、掌握高分子的基本知识、基本概念；2、了解高分子各类材料的特点；3、了解和掌握高分子材料的各种合成方法；4、了解和掌握高分子材料的结构与性能的关系。 四、学生学习本课程应掌握的方法与技能 本课程较系统地阐述了高分子材料的合成方法，并以高分子结构-性能-应用为主线，介绍了各类高分子材料的基础知识，是关于高分子材料基础应用的实用课程，它的任务是使学生较熟练地掌握各类高分子材料的基本概念、制备及其应用，并能运用结构-性能-应用的内在联系，初步分析和解决材料研究中的实际问题。 五、本课程与其他课程的联系与分工
高分子材料导论 2009.5.14 张福 著 高分子聚合物在人类的生活中占有非常重要的地位,举凡衣用的纤维,食品包装,建筑和车,船,飞机等都必须用到高分子聚合物材料.所谓的石油化学工业,90%以上的产品都是与聚合物有关.本章将说明和高分子聚合物相关的名词,以及由小分子化合物形成高分子聚合物的过程. 1.1沿革 产自自然界而为人类所知的聚合物包括有： 1.天然纤维：如棉，毛，丝，麻，纸等。 2.天然橡胶。 3.漆等。 人类对天然聚合物的深度加工，始自1850年左右对天然橡胶的加硫交联和利用碳黑加强其物性。最早商业上市的人工合成聚合物是1909年由L.Baekelend所研发（德国Bayer公司）的由酚与甲醛所缩合（poly condensation）而成的酚醛树脂。由1910年到二次世界大战之间，若干至今仍在使用的聚合物已商业化生产，如PVC（polyvinylchloride，聚氯乙烯），PS（polystyrene，聚苯乙烯），NBR（nitrilerubber，丁腈橡胶），Teflon（聚四氟乙烯）和Nylon6/6（尼龙6/6）等。德国在乳化聚合上做了很多的研究，杜邦公司的Crother兄弟对聚合物的型态做了一些基本的研究和整理工作，也研发出Nylon6/6。
二次世界大战之后，石油化学工业，也就是聚合物工业，正式开始成为化学工业最大的主流。获得诺贝尔化学奖的Zeigler 和Natta，发明了使聚合物单体在聚合反应时，分子能定向或配位（coordinated）排列的配位催化剂（coordination catalyst），而导致可以聚合出分子排列规则而容易形成结晶（crystalline）的聚合物，是聚合物产业上的重要里程碑；后续的Metallocene 催化剂，其配位功能更高于Zeigler Natta催化剂。Paul J。Flory于1953年出版的“Principle of Polymer Chemis-try”，是讨论聚合物物理和化学理论的经典之作，影响迄今。 本书的内容集中于人工合成聚合物。 1.2 聚合物与大分子 聚合物（polymer）是分子量很大的大分子（macromolecule），但是并不是所有的大分子量的化合物都是聚合物。在本节中将依次说明聚合物的定义以及其分子结构和形态。 1.2.1聚合物，结构单元和单体 聚合物是由分子量较小的重复（repeating）单元[亦称之为结构（structure）单元]所组成，也只有重复单元所组成的大分子才能称之为聚合物。 聚合反应（polymerization）的原料称之为单体（monomer），是低分子量化合物；单体在经过聚合反应之后形成结构单元，结构单元以化学键（chemical bond）连接为聚合物。表1-1列出了若干单体，聚合物及结构单元。
高分子材料课程教学大纲 一、课程说明 （一）课程名称、所属专业、课程性质、学分； 课程名称：高分子材料 所属专业：材料化学 课程性质：必修 学分：2 （二）课程简介、目标与任务； 课程简介：高分子材料是材料科学与工程科学科的一个重要组成部分，课程以聚合物材料为研究对象，从材料学基本知识为基础，结合高分子材料自身的特点，结合高分子材料的各类助剂，主要讲述了各类高分子材料的特征、物理性质（如力，电，摩擦学等性质）及应用领域；此外，也介绍了各类功能高分子材料的制备及主要品种，应用范围及其加工工艺。 目标与任务：本课程是针对材料化学专业开设的一门必修课。通过对本课程的学习，使学生掌握高分子材料结构，合成和性能三者之间的关系，了解主要高分子材料及其应用，并进一步掌握当今高分子材料的研究及发展现状，开阔视野，拓宽知识面。本课程以课堂讲述为主，辅以资料查阅文献调研及习题解答。 （三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接； 高分子材料这门课以高分子导论为基础，某些章节与高分子导论有紧密的联系，应课程要求，需要具备化学合成及高分子物理方面的基础知识。 （四）教材与主要参考书。 教材： 《高分子材料导论》主编：张留成化学工业出版社2007 主要参考书目： 1.《高分子材料》第二版，贾红兵，宋晔，杭祖圣，南京大学出版社，2013 2.《高分子科学教程》主编：韩哲文华东理工大学出版社2001 3.《高分子化学与物理教程》主编：赫立新、潘炯玺化学工业出版社1997 4.《高聚物结构、性能与测试》主编：焦剑、雷渭媛化学工业出版社2003 5.《高分子化学》主编：潘祖仁化学工业出版社第四版 6.Hall C. Polymer Materials. The Macmillan press LTD. 1981. 二、课程内容与安排 第一章高分子材料概述 第一节材料科学及其发展现状 第二节高分子材料的基本概念的命名和分类
_| II 章：高分子材料概论 2.8有机硅材料 |[ 2.8.2主要有机硅的合成单体 2.8.3 _主要有机硅聚合物性能和应用简 IT 2.8.4思考题 2.8.1有机硅材料概述’ II 一、医用高分子的定义 “有机硅就是指一种元素有机化合物，凡是硅原子上- I I I r —接有传统的有机基团的（烃及其衍生物1）都叫有机硅，这实际上是一个最广义的定义。19世纪人们对以碳为骨架的有机化合物认 识比较多了，因此对碳的同族元素硅有了 I L I I 主要内容: 2.8.1有机硅材料概述 |[
极大的兴趣，想发现像碳族物质一样的奇迹，从研究甲 硅烷（SiH4或叫硅甲烷）到研究硅烯（Si = Si化合物），投入 I I I r _|
了不少力量，收效甚微，但人们却发现了许多甲硅烷的 衍生物并不难获得，先后合成了卤代硅烷、烃代硅烷、 烃氧基硅烷等等，并制定了相应的命名原则。 II 20世纪20年代之后，高分子学科形成并迅速发展， 许多科学家致力于研究硅 烷的水解缩合反应，希望制得 像玻璃一样的耐热性有机（半有机）聚合物。到三十年代， 研究取得长足进展，先后合成厂有机硅树脂和线性聚合 二物，其主要骨架是一 Si — 0 — Si —O — Si ，通称为聚硅氧= 烷，后来简称为“有机硅”， 起来的聚硅氧烷类化合物，尤其是高分子聚合物，称为 “有机硅”，后来又把合成 地称为“有机硅”。“ 再后来又把一些可作单体，也可作其它用途的一些 I 低分子（如现在常说的硅烷偶联剂）也归入“有机硅”。现 在合成了一些不是一 Si — 0— Si —O 骨架，而是一Si —Si —Si 骨架的聚合物，还叫有机硅。不过我们 通常讲的“有 II 机硅”，仍然是SilicOne 的含义，即指聚硅氧烷高分子物 质，并略微扩大到合成它们的单体，因为现在许多单体 己商品化了，统称它们为“有机硅单体”，也可简称“有 II 机硅”。 按照中国习惯，根据聚硅氧烷的结构特征，把那些 含有体型结构或者具有可交 联基团，以利于形成网状立 体结构的预聚物称为有机硅树脂，简称硅树脂 。把线性 聚合物中分子量较小的，叫有机硅抽，常称为硅油 其中分子量较大的、可以适当硫化的则叫有机硅橡胶， 常简称硅橡胶二。根据单体或主链上侧基的种类，又在硅 II 'I Il 中国的习惯是把那些聚合 “有机硅”--的单体，也笼统 - II 。而
高分子材料工程技术专业（中德技术学院）人才培养方案 一、专业代码、名称 530602，高分子材料工程技术（专科） 二、培养目标 培养具有良好的思想道德品质和强烈的社会责任感，具备国际视野、科学素养和人文素养，掌握高分子材料工程技术专业的基础知识和专业知识、橡塑材料加工与测试的基本技能，能在橡胶工业、塑料工业及高分子复合材料、功能智能高分子材料等各部门从事橡塑制品及复合材料等结构设计、配方设计、加工成型、模具设计及产品制造、工艺管理的工程技术人才。 三、培养要求 本专业要求学生掌握自然科学、工程基础知识和专业知识，掌握高分子材料领域的基本理论与基本技能，提高学生分析和解决工程实践问题的能力。 本专业的毕业生应达到以下知识与能力的培养要求： 1.具有科学素养、社会责任感和工程职业道德； 2.掌握高分子化学、高分子物理和橡塑加工的基本原理和基本理论； 3.掌握橡塑原材料、加工工艺、成型模具及设备等方面的基本知识； 4.掌握橡塑制品结构以及模具的设计方法及计算机辅助设计技能； 5.具有对新产品、新工艺和新技术进行实验研究和应用开发的初步能力； 6.掌握高分子功能材料和智能材料等领域前沿发展趋势，具有终身学习能力。 四、主干学科 材料科学与工程、化学 五、核心知识领域 高分子化学、高分子材料合成原理、橡塑材料的结构与性能、橡塑材料的加工工艺、橡塑制品的结构设计、橡塑制品的加工设备与成型模具等。 六、核心课程 材料科学基础、高分子化学、高分子物理、高分子材料分析测试方法、橡胶工艺学、塑料成型工艺学、橡塑制品设计等。 七、主要实践性环节 认识实习、橡塑制品课程设计、毕业实习与毕业设计（论文）。 八、修业年限及最低学分要求 基本修业年限3年。毕业最低学分要求105学分。其中，必修课76学分，专业选修课6学分，通识选修课4学分，实践教学环节19学分。实践教学(含实验、上机及独立实践教学环节)学分占总学分数比例为30.2%。 九、教学计划进程及课程学分（学时）分配表
高分子材料与工程专业 高分子材料科学与工程是研究高分子材料的设计、合成、制备以及结构、性能和加工应用的材料类学科。本专业面向传统和新兴的诸如塑料、橡胶、纤维、涂料、石油化工、纺织、新能源、海洋、国防等各类行业，培养具有高分子材料与工程专业的基础知识和专业知识，了解材料科学与工程领域的相关专业知识，能在高分子材料的设计、合成、表征、改性、加工成型及应用等领域从事科学研究、技术开发、工艺设计、生产及经营管理等方面工作的高级科学和工程技术人才。高分子材料正在向高性能化、高功能化、智能化、低污染、低成本方向发展，逐渐渗透到航天航空、现代通讯、电子工程、生物工程、医疗卫生和环境保护等各个新兴高技术领域，在未来发展中具有广阔的应用前景。 高分子材料科学与工程专业基础课程有高等数学、外语、普通物理、计算机文化基础、化工机械基础、基础化学、有机化学、物理化学、基础课实验、化工原理，专业核心课程包括高分子化学、高分子物理、高分子科学实验、聚合物加工工程、聚合物制备工程、聚合物表征，专业方向分为塑料加工工程、弹性体加工工程、高分子材料制备工程、复合材料四个模块课程群，学生可在四年级选择其中一个方向学习。专业开设有二十余门研究性前沿课程和多门国际化课程，学生在校内就能接受到国内外学术大师的培养和熏陶。本专业非常注重实践能力和工程能力的培养，开设的实践课程有金工实习、社会实践、电工电子实习、认识实习、高分子专业实验、毕业环节、素质拓展与创新、应用软件实践、生产实习、军事训练，开设的工程设计类课程有工程制图、机械设计基础、材料力学、自动化仪表、化工原理以及四个专业方向的工艺课、设计课以及实践课。此外，专业课程学习还涵盖了英语、计算机、通识教育、素质拓展、技术经济与企业管理等，使学生在语言能力、计算机能力、个人素养、管理能力等方面均衡发展，培养具有良好专业素质和创新精神的综合型高级科学和工程技术人才。 材料科学与工程专业 材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。按物理化学属性，材料可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。本专业旨在培养能够在金属材料、无机非金属材料和复合材料等领域从事科学研究、技术开发、工程设计、技术和经济管理等方面的工作的高级专业人才。 信息、材料和能源被誉为当代文明的三大支柱。以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。这主要是因为材料与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。材料又是信息、能源的重要物质基础，例如磁记录、芯片等信息技术的硬件要有材料作为物质保证；太阳能、燃料电池等能源技术要依靠材料提供的催化等功能。 未来人们对材料的结构可以进行更为精细的分析，从原子层次深入到电子层次，从而对材料性能有更深入的理解，进而根据性能需求制备出特殊结构的材料，如纳米复合结构，满足不同场合对材料性能的特殊需要，如智能材料、催化材料、能源材料、信息记录材料、生态环境材料等。 这个专业的专业基础课程和专业方向课程包括： 基础化学、大学化学实验、有机化学、物理化学、工程制图、计算机绘图、机械设计基础、应用电工学、化工原理、材料导论、C语言程序设计、VB语言程序设计、微机原理、文献查阅与科技写作、技术经济与企业管理、计算机在材料科学中的应用、科技报告与演讲、材料概论、材料物理、材料化学、材料合成制备