高分子材料概论教学课件(全套课件150p) 推荐共144页

《高分子材料》优秀ppt推荐人教版（ 精品系 列PPT ）
《高分子材料》优秀ppt推荐人教版（ 精品系 列PPT ）
功能高分子材料
第 12 页
三、新型高分子材料
概念：既有传统高分子的机械性能，又有一些特殊性能的高分子材料。
《高分子材料》优秀ppt推荐人教版（ 精品系 列PPT ）
人工关节
人造心脏
《高分子材料》优秀ppt推荐人教版（ 精品系 列PPT ）
(1)合成方法 ①对 淀粉、纤维素 等天然吸水材料进行改性，在它们的高分子 链上再接上含 强亲水性原子团 的支链，以提高它们的吸水能力。
②以带有 强亲水性原子团 的化合物为单体，均聚或共聚得到亲水 性高聚物。
《高分子材料》优秀ppt推荐人教版（ 精品系 列PPT ）
《高分子材料》优秀ppt推荐人教版（ 精品系 列PPT ）
《高分子材料》优秀ppt推荐人教版（ 精品系 列PPT ）
功能高分子材料
第 15 页
材料名称
功能高分子材料
符合材料
概念
既具有传统高分子材料的 机械性能，又具有某些特 殊功能的高分子材料
两种或两种以上材料组合成 的新型材料，氛围基体和增 强体
性能
不同的功能高分子材料， 具有不同的性能
一般具有强度高、质量轻、 耐高温、耐腐蚀等优异性能
功能高分子材料
第5 页
2．分类 (1)新型 骨架结构 的高分子材料。 (2)特殊功能材料，即在合成高分子的 主链或支链 上引入某种 功能原子团 ，使其显示出在光、电、磁、声、热、化学、生物、
医学等方面的特殊功能。
《高分子材料》优秀ppt推荐人教版（ 精品系 列PPT ）
功能高分子材料
第6 页

1
前言
高分子材料制品的性能 高分子材料成型加工性能
高分子材料本身性能
聚合物的结构与性能
会在加工过程中改变
2
影响高分子材料性能的主要因素
项目
高 分 子 化 合 物
材料制品
复合体系
主要因素
相对分子质量及其分布（相对分子质量及其分布） 立体规整性 共聚物组成（组成比、序列分布等） 结晶性（结晶构造、结晶度、结晶大小等） 结构缺陷 端基（结构、浓度） 反应性 降解性与老化性 交联（交联密度、交联点之间的相对分子质量）
4
聚合物的种类
合成树脂
分类依据
类
别
聚烯烃类（PE、PP、PS、EVA）
聚酰胺类（PA）
化学结构 乙烯基类（PVC、CPVC、PVDC）
丙烯酸酯类（PMMA）
聚苯醚酯类（PET、PBT、PC、PPO）
热效应
热塑性、热固性
结晶能力 结晶性、无定形
用途性能
通用型（PE、PP、PS、PVC、PF、UF） 工程型（＞50MPa、＞6KJ/m2 耐高温型（氟、硅橡胶）
4～13 13～29
构成主链的共价键键能大小，决定 主链断裂的难易、成型时的稳定性 和使用时的耐候性等，也与氧化、 臭氧化、水解等降解性有关。
主链断裂的可能性较小而有氧化、 臭氧化、水解等反应并存引起的降 解断裂较容易。
范德华力和氢键是高分子化合物间 的作用力，虽然并不大，但对高分 子化合物及其制品的影响是很大的， 如拉伸强度、弹性模量等机械性能 和Tg、Tm等的热性能。
广角X射线衍射法/%
64 87 93 70 82
核磁共振法/%
65 84 93 74 80
微晶大小/nm
19 36 39 26 33

按体积计已超过钢铁材料。美国的高分子材 料的年消费总量为800亿美元，重量接近钢铁 材料,消费量的递增速度超过了GDP的递增。 面广 合成高分子材料的种类和品种繁多， 即使是同种化学组成的合成高分子材料，也 因其结构的细微差别而成为不同的专用品种， 以满足特定的使用需要。
15
用途
结构材料：电视机、冰箱壳体、轴承、机械零件 绝缘材料：漆包线、电缆、绝缘版、电器零件 建筑材料：贴面板、地贴 包装材料：塑料袋、薄膜、泡沫塑料 涂 装：涂料 粘 合 剂：粘合剂 日 用：织物（衣服）胶鞋 运 输：轮胎，传送带
3
陶艺.jpg
Car.gif
4
5
6
7
无机材料
材料概述
金属材料 无机非金属材料
陶瓷玻璃 水泥 半导体
有机材料——高分子材料
塑料 橡胶 纤维 胶粘剂 涂料
8
9
10
高分子科学简史
“在人类历史上,几乎没有什么科学技 术象高分子科学这样对人类社会做出 如此巨大的贡献.”
11
高分子科学简史
13
高分子材料 基本性质
a. 共价键，部分范氏键 b. 分子量大，无气态；无明显熔点，有玻璃化
转变温度Tg和粘流温度Tf； c. 力学状态有三态 玻璃态、高弹态、粘流态 d. 比重小 e. 绝缘性好 f. 优越的化学稳定性 g. 成型方法多
14
合成高分子材料
特点： 量大 Biblioteka 世界合成高分子材料的年产量，天然高分子 的直接利用
天然高分子 的化学改性
高分子 合成
高分子 时代
淀粉、蛋白质、棉麻丝、竹、木等 天然橡胶的硫化, 硝化纤维的合成等 缩聚反应，自由基、配位、离子聚合等
12
高分子科学简史

•
1909年 美国人Leo Baekeland用苯酚与甲醛反应制造出第一种完全人工合成的塑料——酚醛树酯。
•
1920年 德国人Hermann Staudinger发表了“关于聚合反应”的论文提出：高分子物质是由具有相同化学结构
的单体经过化学反应（聚合），通过化学键连接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一词即源于此。
• 按高分子排列情况分类：结晶高聚物，非 晶高聚物。
完整编辑ppt
7
4. 性能介绍
• 高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制 和改性，可获得不同特性的高分子材料。高分子 材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具 有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能，从 而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个 领域，并已成为现代社会生活中衣食住行用各个 方面不可缺少的材料。 很多天然材料通常是高 分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官 等。人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如 此。一般称在生活中大量采用的，已经形成工业 化生产规模的高分子为通用高分子材料，称具有 特殊用途与功能的为功能高分子
子化学作为一门新兴学科建立的标志。
•
1935年 杜邦公司基础化学研究所有机化学部的Wallace H. Carothers合成出聚酰胺66，即尼龙。尼龙在1938年
实现工业化生产。
•
1930年 德国人用金属钠作为催化剂，用丁二烯合成出丁钠橡胶和丁苯橡胶。
•
1940年 英国人T. R. Whinfield合成出聚酯纤维（PET）。
天然橡胶。
•
1956年Szwarc提出活性聚合概念。高分子进入分子设计时代。
•
1971年S. L Wolek 发明可耐300℃高温的Kevlar。

• 氢键是与电负性较强的原子相结合的氢原子(如X—H)同时与另 一个电负性较强的原子(如Y)之间的相互作用，即(X—H…Y)．这 些电负性铰强的原子一般是氮、氧或卤素原子．一般认为在氢键 中，X—H基本上是共价键，而H…Y则是一种强而有方向性的范 德华力．这里把氢键归入范德华力是因为氢键本质上是带有部分 负电荷的Y与电偶极矩很大的极性键X—H间的静电吸引相互作用.
5
聚合物分子内与分子间相互作用力
• 物质的结构是指物质的组成单元(原于或分子)之间在相互吸引和排斥作用
达到平衡时的空间诽布．因此为了认识高聚物的结构，首先应了解存在于高聚 物分子内和分子间的相互作用．
• 化学键
构成分子的原子间的作用力有吸引力和斥力，吸引力是原子形成分于的结合力， 叫作主价力，或称键合力．斥力是各原子的电子之间的相互排斥力．当吸引力 和斥力达到平衡时，便形成稳定的化学键．
• 金属键 是由金属原子的价电子和金属离子晶格之间的相互 作用而形成的，无方向性和饱和性，赋予高导电性．在所谓的 “金属螯合高聚”(metallocene po1ymer)中可以说存在金属 键．
2024/6/20
7
• 范德华力
作用能: 2~8kJ/mol
是存在于分子间或分子内非键合原于间的相互作用力．两分子间的 范德华力F(r)及相互作用能E(r)是分子之间距离r的函数如图所示.
2024/6/20
19
重要高分子材料
合成树脂和塑料: 填充增强增韧,降低成本. 教 材P332表7.4
➢ 通用塑料: 应用广, 产量大, 价格廉的塑料. 如聚烯烃: PE, PP, PS等; PVC; 酚醛, 环氧, 聚酯, 尿醛等.
➢ 工程塑料: 综合性能好, 可代替金属作工程材料, 制 造机器零部件的塑料. 最重要的有:

典型的元素有机聚合物
CH3 [ Si O ]n
CH3
有机硅----聚甲基硅氧烷
33
第二节 高分子材料的分类
粘合剂
复合材料
6
5
塑料 1
三 按用途分
4 涂料
2
橡胶
3
纤维
进正 行把 分高实 类分际 的子上 一材， 种料按 方从用 法材途 。料分
包装工业： ①塑料薄膜：PE、PP、PS、PET、PA等 ②中空容器： PET、、PE、PP等 ③泡沫塑料：PE、PU等。
汽车工业：塑料件、仪表盘、保险机、油箱内饰件、坐垫 等。
军工工业：飞机和火箭固体燃料（低聚物）、复合纤维等。 27
第一节 材料和高分子材料
高分子材料的应用
电气工业 ：①绝缘材料（导热性、电阻率）等、导电高分子； ②电子：通讯光纤、电缆、电线、光盘、手机、电话； ③家用电器：外壳、内胆（电视、电脑、空调）等。
40年代，二次大战促进了高分子材料的发 展，一大批重要的橡胶和塑料被合成出来。 丁苯橡胶, 丁腈橡胶, 丁基橡胶, 有机氟材 料, 涤纶树脂, ABS。
ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是
Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一种强
度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。
OH H2N [ (CH2)6 C N ]n (CH2)6 COOH
HO OCN [ (CH2)6 N C O (CH2)4 ]n OH
HO [
CH3
O
C
O C O ]n OH
CH3
聚对苯二甲酸乙二酯（涤纶树脂）
聚己二酰己二胺（尼龙—66）
聚ω —氨基己酸酯（尼龙—6） 聚氨酯 聚碳酸酯

1：2 加成
+(n-1) H2O
nH2NCONH2 + 2nHCHO
三.通用高分子材料——合成纤维
1. 纤维的分类
天然纤维
化学纤维
棉花 羊毛蚕丝 麻
合成纤维
涤纶
锦纶
腈纶
丙纶
维纶
氯纶
六大纶
以各种单体为原料经聚合反应制成
强度高、弹性好、耐腐蚀、不缩水、质轻保暖；但透气性、吸湿性较差。
再生纤维
(2)热固性塑料：不能加热熔融，只能一次成型 (在制造过程中受热时能变软塑成一定的形状，但加工成型后就不会受热熔化 )。如用具有不同结构的酚醛树脂等制成的塑料。
线型结构，链状结构
网状结构，体型结构
物质的结构决定其性质的原则同样适用于高分子。
思考：同样的聚乙烯原料，为什么合成的塑料性能不同？
应用
性能
结构
结构特点
性质特点
线型
没有支链的长链分子，且大多数呈卷曲状
受热后熔化，冷却后固化，具有热塑性
可反复加工，多次使用,能溶解在适当的有机溶剂里
支链型
主链上有长支链和短支链，分子排列松散，分子间作用力弱
柔软度和溶解度较线型高分子的大，密度、强度和软化温度低于线型高分子
网状
线型或支链型高分子以化学键交联，形成网状结构
二.通用高分子材料——塑料
1.塑料的成分
主要成分是合成树脂例如：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂、脲醛树脂辅助成分是各种加工助剂
增塑剂：提高柔韧性热稳定剂：提高耐热性着色剂：赋予塑料各种颜色
2.塑料的分类
(1)热塑性塑料：可以反复加热熔融加工 (受热时软化并可熔化成流动的液体，冷却后变成固体，加热后又熔化，可反复加工，多次使用)。如聚乙烯、聚氯乙烯等制成的塑料。

橡胶：… 橡胶 代表物：聚二烯（如：聚1，3—丁二烯
）
高分子的结构与性质关系
线型
可反复加工，多次使用
合
热塑型
成 高
支链型
能溶解在适当的有机溶剂里
分 子 网（
加工成型后受热不再熔化
状 体 热固型
结型 构）
不易溶解，只有一定程度的 胀大
线型结构
支链型结构
网状结构(体型)
热塑性塑料具有长链状的 线型结构。受热时，分子 间作用力减弱，易滑动； 冷却时，相互引力增强， 会重新硬化
热固性塑料再次受热时， 链与链间会形成共价键， 产生一些交联，形成体型 网状结构，硬化定型
一、塑料
主要成分: 合成树脂及加工助剂
热塑性塑料 (聚乙烯, 聚氯乙烯, 聚丙烯等)
塑料
ห้องสมุดไป่ตู้
特性：加热熔化，可反复加工。线性结构， 有弹性
热固性塑料（酚醛塑料）
特性：不会受热熔化，网状结构，硬化定型。
塑料制品
1.聚乙烯(PE)
聚苯乙烯
单体：CH2=CH C6H5
聚甲基丙烯酸甲 （有机玻璃）
单体：
CH2＝C CH3
COOCH3
聚四氟乙烯
单体：
CF2＝CF2
人们给聚四氟乙烯冠以 “塑料王”的美称。
一种特别的菜锅——不粘锅。 易清洁的脱排油烟机，人们仅仅是在锅的内表面和脱排油烟 机的外表面多涂了一层氟树脂。利用氟树脂优异的热性能、 化学性能、易清洁性能和无毒性能，它还有最好的耐化学腐 蚀和耐老化的性能。
第二节 应用广泛的高分子材料
第一课时
你知道生活中哪些物品是由合成材料制成？
不同合成材料，性能和用途为何明显不同？
三 能源

机
雷达发射能量
雷达
吸波材料
隐形飞机的原理
h
10
h
11
材料的分类
分类三：按性能分
功能材料
集成电路 芯片
单晶硅
h
LED
形状记忆材料
12
材料的分类
分类四：按应用与发展分
材料
传统材料 新材料
超 导 电 缆
h
普 通 钢 管 纳 米 铜
13
材料的地位和作用
当代文明
信材能 息料源
新材料 信息技术 生物技术
2.6
2.4
2.2
2
陶瓷
1.8
1.6
1.4
1.2
1
1750
1800
1850
1900
1950
2000
年份 高速钢
h
36
新材料技术是工业革命和产业发展的先导
6
悬浮
5
磁分离 列车
装置
4
小型
中容量永磁飞轮
3 产生磁场/T
2 液氢 制品
1 搬运 装置
研究用 马达
电流 磁体 料品制 引线 液体燃
小容量永磁飞轮
磁屏蔽 悬浮
发动机
轴承
发动 机
0 1996
2000
2005
高温超导块材的应用领域的扩大与其产生磁场的关系
h
37
新材料技术是社会现代化的先导
21世纪重点发展的高技术领域的进展 与趋势 21世纪重点发展的高技术领域的材料 选择
新材料技术是高技术发展的基础
h
38
21世纪重点发展的高技术领域的进展与趋势
高分子材料概论
Engineering Science

度
划
分
次结构型胶粘剂
——介于结构型与非结构型胶粘剂之间
高分子概论高分子合成材料课件
胶粘剂 —— 胶粘剂类型
有 机
动物胶：鱼胶、骨胶、虫胶 天然 植物胶：淀粉、松香、阿拉伯树胶
胶 粘 按剂 组
热塑性树脂胶：PVAc、PA、聚丙烯酸酯 合成 热固性树脂胶：环氧树脂、酚醛树脂
橡胶型胶粘剂：氯丁胶、丁腈胶
CH2OH
n
工程塑料
聚酰胺（polyamide）/ 尼龙（nylon）：
nylon-6、 nylon-11、 nylon-12、nylon-66、
nylon-610、 nylon-612、 nylon-1010、 nylon-1212
Nomex： O
OH
H
C
Kevlar： 聚碳酸酯（PC）：
O
CN
通用塑料：产量大、价格低、力学性能一般，主要作为非结构 材料使用，如：PP、PE、PVC、PSt等。
工程塑料：产量小、价格高、力学性能优异、耐热、耐磨、尺 寸稳定，主要作为结构材料使用，如：PA、PC、POM 等。
塑料的主要优点：质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、易成型加工。 塑料的主要缺点：力学性能较金属差、表面硬度低、多数易
Ox n
天然纤维
高分子材料概述——纤维
棉花、羊毛、蚕丝、麻
人
造
纤
化维
学 纤 维
杂 链 合纤
成维
纤 维
碳 链
纤
维
再生蛋白质纤维 再生纤维素纤维：粘胶纤维、铜氨纤维 纤维素酯纤维：二醋酯纤维、三醋酯纤维
聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚氨酯弹性纤维 其它：聚脲、聚甲醛、聚酰亚胺
聚酰胺-酰肼、聚苯并咪唑等。