第一章高分子材料的基础知识
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《通用高分子材料》讲义一、什么是高分子材料在我们的日常生活中,高分子材料无处不在。
从塑料制品到橡胶制品,从纤维材料到涂料,这些都属于高分子材料的范畴。
那到底什么是高分子材料呢?简单来说,高分子材料就是由大量重复的结构单元通过共价键连接而成的大分子所组成的材料。
这些大分子的相对分子质量通常在几万甚至几十万以上。
高分子材料具有独特的性能,这使得它们在众多领域得到了广泛的应用。
与传统的金属材料和无机非金属材料相比,高分子材料通常具有质轻、耐腐蚀、易加工成型等优点。
二、通用高分子材料的分类通用高分子材料主要包括塑料、橡胶、纤维和胶粘剂这几大类。
(一)塑料塑料是我们最常见的高分子材料之一。
它可以分为热塑性塑料和热固性塑料。
热塑性塑料在加热时会软化甚至熔化,冷却后又会重新硬化,具有可重复加工的特性,比如聚乙烯、聚丙烯等。
而热固性塑料在加热时会发生化学反应,固化成型后就不能再通过加热软化,如酚醛树脂、环氧树脂等。
塑料具有良好的绝缘性、耐磨性和化学稳定性,因此被广泛应用于电子电器、汽车制造、建筑等领域。
(二)橡胶橡胶具有高弹性,能够在很大的形变范围内迅速恢复原状。
常见的橡胶有天然橡胶和合成橡胶。
天然橡胶是从橡胶树上采集的胶乳经过加工而成。
合成橡胶则是通过化学方法合成的,如丁苯橡胶、顺丁橡胶等。
橡胶被大量用于制造轮胎、密封件、减震制品等,在交通运输和机械工业中发挥着重要作用。
(三)纤维纤维是指长度比直径大很多倍,并且具有一定柔韧性的细长材料。
按照来源,纤维可以分为天然纤维和化学纤维。
天然纤维如棉花、羊毛等,化学纤维又分为合成纤维和人造纤维。
合成纤维如聚酯纤维(涤纶)、锦纶(尼龙)等,具有强度高、耐磨等优点;人造纤维则是以天然高分子为原料经过化学处理和纺丝制成,如粘胶纤维。
纤维在纺织服装领域是不可或缺的,同时在工业领域也有广泛的应用,如用于增强复合材料。
(四)胶粘剂胶粘剂是能将两种或两种以上的材料连接在一起的物质。
第一章高分子材料基础知识第一节.高分子材料的基本概念一、高分子材料的结构1.高分子的含义:高分子材料是以高分子化合物为主要成分(适当加入添加剂)的材料。
高分子化合物:1.天然:松香、石蜡、淀粉2.合成:塑料、合成橡胶、合成纤维高分子化合物都是一种或几种简单低分子化合物集合而成为分子量很大的化合物,又称为高聚物或聚合物。
通常分子量>5000 高分子材料没有严格界限<500 低分子材料如:同为1000的多糖(低),石蜡(高)一般高分子化合物具有较好的弹性、塑性及强度二、高分子化合物的组成:高分子化合物虽然分子量很大,但化学组成比较简单。
都是由一种或几种简单的低分子化合物聚合而成。
即是由简单的结构单元以重方式相连接。
例:聚乙烯由乙烯聚合而成{ }概念:单体——组成高分子化合物的低分子化合物链节——大分子链由许许多多结构相同的基本单元重复连接构成,组成大分子链的这种结构单元称为链节。
聚合度——链节的重复次数。
n↑导致机械强度↑熔融粘度↑流动性差,不利于成型加工。
n要严格控制。
三、高分子的合成:加聚反应、缩聚反应①加聚反应:指一种或几种单体,打开双键以共价键相互结合成大分子的一种反应例如:乙烯→聚乙烯(均聚)②分类:均聚:同种单体聚合共聚:两种或两种以上单体聚合(非金属合金丁二烯+苯乙烯→丁苯橡胶二元共聚三元共聚ABS:丙烯脂:耐腐蚀表面致密丁二烯:呈橡胶韧性苯乙烯:热塑加工)特点:反应进行很快链节的化学结构和单体的相同反应中没有小分子副产物生成②缩聚反应:指一种或几种单体相互混合儿连接成聚合物,同时析出(缩去)某种低分子物质的反应。
例:尼龙(聚酰胺)氨基酸,缩去一个水分子聚合而成。
特点:由若干步聚合反应构成,逐步进行。
链节化学结构与单体不完全相同,反应中有小分子副产物生成。
总结:目前80%的高分子材料由加聚反应得到。
四、聚合物的分类与命名①按聚合物分子的结构分类a.碳链聚合物:这一类聚合物分子主链是由碳原子一种元素所组成{ }侧基有多种,主要是聚烯烃、聚二烯烃(橡胶)b. 条链聚合物,器结构特点是除碳原子外,还有氧、氮、硫原子。
高分子材料的基本知识
高分子材料是由高分子化合物组成的一类材料,其基本知识包括以下几个方面:
1. 高分子化合物的定义:高分子化合物是由许多重复单元通过共价键连接而成的聚合物,其相对分子质量通常很高,一般在10000以上。
2. 高分子材料的分类:高分子材料可以根据来源、特性和应用功能进行分类。
按来源分类可分为天然高分子材料和合成高分子材料,按特性分类可分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等,按应用功能分类可分为通用高分子材料、特种高分子材料和功能高分子材料。
3. 高分子材料的性能:高分子材料具有许多优良的性能,如较高的力学性能、良好的化学稳定性、优良的电绝缘性能和耐热性等。
这些性能使得高分子材料在许多领域都有着广泛的应用。
4. 高分子材料的合成与加工:高分子材料的合成通常是通过化学反应将小分子聚合在一起形成的。
在合成过程中,需要选择合适的单体、催化剂、反应条件等,以确保获得的高分子材料具有所需的性能。
高分子材料的加工通常是在高温下进行的,通过热塑或热固的方式将高分子材料制成各种制品。
5. 高分子材料的应用:高分子材料在日常生活和工业生产中都有着广泛的应用。
例如,塑料、橡胶、纤维等高分子材料在汽车、建筑、航空航天、电子
电器、包装等领域都有着广泛的应用。
此外,高分子材料还在医疗、生物工程、环保等领域有着重要的应用。
总的来说,高分子材料的基本知识包括高分子化合物的定义、分类、性能、合成与加工以及应用等方面。
了解这些基本知识可以帮助我们更好地认识高分子材料的性质和用途,并在日常生活和工业生产中更好地应用这些材料。
高分子物理共90张PPT第一部分:高分子物理基础知识1. 高分子物理概述高分子物理是研究高分子材料的构造、力学性质及其在热、电、光等方面的行为规律的一门学科。
高分子物理的主要研究对象是具有大分子结构的聚合物和高聚物。
2. 高分子材料的结构高分子材料的分子结构可以分为线性、支化和交联三种。
其中,线性结构的高分子链是单纯的直线结构,支化结构则是在链上引入支链结构,交联结构则是在高分子链上形成水晶点,使高分子链之间发生交联作用。
3. 高分子材料的物理性质高分子材料的物理性质包括力学性质、热性质、电性质、光学性质和磁性质等。
其中,力学性质是高分子材料最基本的性质之一,包括拉伸、压缩、弯曲、挤压、剪切等方面的力学性能;热性质则包括高分子材料的热干扰系数、热导率、热膨胀系数等;电性质则包括高分子材料的电导率、介电常数、介质损耗等;光学性质包括吸收、散射、透射、反射等方面的反映;磁性质则包括磁导率、磁化率等。
4. 高分子材料的分子运动高分子材料的分子运动是高分子物理学研究的一个重要方面。
高分子分子的运动可分为平动、转动、振动三种类型,其中振动运动通常与分子中的化学键振动相关联。
第二部分:高分子材料的物理加工工艺1. 高分子材料的成型加工高分子材料的成型加工包括挤出、注塑、吹塑、压缩成型、旋压成型等多种技术,其中挤出、注塑和吹塑等工艺技术是广泛应用的成型技术,具有高效、经济绿色等优点。
2. 高分子材料的复合加工高分子材料的复合加工是目前最为关注的技术之一,它将高分子材料与其他材料进行有效的综合利用,并在性能上得到了显著的提高。
高分子复合材料广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。
3. 高分子材料的改性加工高分子材料的改性加工是指通过添加改性剂来改变高分子材料的属性,以得到更好的性能。
常见的改性剂包括增强剂、塑化剂、光稳定剂、抗氧化剂等。
4. 高分子材料的表面处理高分子材料的表面处理是一种重要的加工技术,它可以提高高分子材料的表面性能和增强其附着力,同时也可以达到美化、防腐蚀等目的。
医用高分子材料基础知识一、医用高分子材料的分类合成高分子材料:合成高分子材料是指通过化学反应合成的材料,常见的有聚合物类和聚合物复合材料。
聚合物类包括聚丙烯、聚乙烯、聚酯等,聚合物复合材料则是指在聚合物基础上加入其他物质,如纤维素纤维增强聚合物复合材料。
天然高分子材料:天然高分子材料是指存在于自然界中的高分子材料,常见的有蛋白质、多糖、天然橡胶等。
例如胶原蛋白是人体内最主要的组织结构蛋白,常用于制备生物材料。
二、医用高分子材料的特性1.生物相容性:医用高分子材料必须具有良好的生物相容性,不会引起机体的排斥反应和免疫反应。
2.可加工性:医用高分子材料具有良好的加工性能,可以通过注塑、挤出、吹塑、热压等工艺制备成各种形状和尺寸的产品。
3.生物降解性:一些医用高分子材料具有生物降解性,可以在体内被生物酶或细胞降解,从而减少二次手术。
4.力学性能:医用高分子材料需要满足不同应用领域的力学性能要求,如抗拉强度、伸长率、弹性模量等。
5.导电性:一些医用高分子材料需要具备导电性能,可以用于制作生物传感器和电刺激设备等。
三、医用高分子材料的应用领域1.医疗器械:医用高分子材料广泛应用于医疗器械的制造,如导管、输液管、手术器械等。
2.医用敷料:医用高分子材料可以制备成不同形状和尺寸的敷料,对于伤口的修复和保护具有重要作用。
3.组织工程与再生医学:医用高分子材料可以用于组织工程的材料支架和载体,也可以与干细胞结合用于组织再生医学。
4.药物缓释系统:医用高分子材料可以用于制备药物缓释系统,控制药物的释放速率和时间,提高药物的疗效和稳定性。
5.人工器官:医用高分子材料可以用于制作人工心脏瓣膜、血液透析器、人工血管等人工器官。
总之,医用高分子材料在医学领域中具有广泛的应用前景,具备良好的生物相容性、可加工性、生物降解性、力学性能和导电性能等特性。
随着技术的不断发展,医用高分子材料将为医学诊疗和治疗带来更多创新和进步。
第1章材料科学概述1 简要说明材料与物质的区别。
2 举例说明材料的主要类别。
3 举例说明功能材料与结构材料。
4 举例说明材料的特征性能与功能物性。
5 简要说明相变及其类型。
6 举例简要说明材料的性能—结构—加工工艺之间的相互关系。
7 简要说明金属材料的塑性形变与位错及滑移运动间的关系。
8 写出锗、碳和氧原子的电子结构。
9 假设晶体的格点是等体积硬球,试证明体心结构和面心立方结构的堆砌因子分别为0.68及0.74。
10 证明滑移形变时的分剪切应力τ1遵从Schmid定律:τ1=σcosφcosλ,且在λ=45o的方向上τ1最大,式中为滑移方向与作用力之间的夹角, 为滑移面法线和作用力之间的夹角。
第2章高分子材料的制备反应1 写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯和尼龙-6,6的分子式。
2 写出以下单体的聚合方式,并写出单体和聚合物的名称(1) CH2=CHCl(2) CH2=C(CH3)2(3) HO(CH2)5COOH(4) NH2(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH3 下列烯类单体适于何种聚合:自由基聚合、阳离子聚合或阴离子聚合?并说明理由。
(1) CH2=CHCl(2) CH2=CCl2(3) CH2=CHCN(4) CH2=C(CN)2(5) CH2=CHCH3(6) CH2=C(CH3)2(7) CH2=CHC6H5(8) CF2=CF2(9) CH2=C(CH3)—CH=CH24 以偶氮二异丁腈为引发剂,写出氯乙烯聚合历程中各基元反应式。
5 对于双基终止的自由基聚合,设每一大分子含有1.30个引发剂残基,假定无链转移反应,试计算歧化终止和偶合终止的相对量。
6 用过氧化二苯甲酰为引发剂,苯乙烯聚合时各基元反应活化能分别为Ed=125.6 kJ•mol-1、Ep=32.6 kJ•mol-1、Et=10 kJ•mol-1,试比较反应温度从50oC增至60oC以及从80oC增至90oC,总反应速率常数和聚合度变化的情况;光引发时的情况又如何?7 何谓链转移反应?有几种形式?对聚合速率和产物分子量有何影响?什么是链转移常数?8 聚氯乙烯的分子量为什么与引发剂浓度基本上无关,而仅取决于温度?氯乙烯单体链转移常数CM与温度的关系如下:CM=12.5exp(30.5/RT),试求40oC、50oC、55oC及60oC下,聚氯乙烯的平均聚合度。
(完整版)高分子材料基础知识名词解释:1.通用型热塑性塑料:是指综合性能好,力学性能一般,产量大,适用范围广泛,价格低廉的一类树脂。
2.通用型热固性塑料:为树脂在加工过程中发生化学变化,分子结构从加工前的线型结构转变成为体型结构,再加热后也不会软化流动的一类聚合物。
3.聚乙烯相对分子量的大小常用熔体流动速率(MFR)来表示。
4.共混改性是指两种或两种以上聚合物材料以及助剂在一定温度下进行掺混,最终形成一种宏观上均与且力学,热学,光学以及其它性能得到改善的新材料的过程。
5.茂金属聚苯乙烯:为在茂金属催化剂作用下合成的间同结构聚苯乙烯树脂,它的苯环交替排列在大分子链的两侧。
6.通常把使用量大、长期使用温度在100~150℃、可作为结构材料7.使用的塑料材料称为通甩工程塑料,而将使用量较小、价格高、长期使用温度在150℃以上的塑料材料特种工程塑料。
8.聚酰胺(PA):俗称尼龙,是指分子主链上含有酰胺基团的高分子化合物。
聚酰胺可以由二元胺和二元酸通过缩聚反应制得,也可由w-氨基酸或内酰胺自聚而得。
聚酰胺的命名是二元胺和二元酸的碳原子数来决定的。
9.单体浇注聚酰胺(MC聚酰胺),是以氢氧化钠为主催化剂、将聚酰胺6单体直接浇注到模具内进行聚合并制成制品。
制备的主要特点有:①只要简单的模具就能铸造各种大型机械零件。
②工艺设备及模具都很简单,容易掌握。
③MC聚酰胺的各项物理机械性能,比一般聚酰胺优越。
④可以浇注成各种型材,并经切削加工成所需要的零件,因此适合多品种,小批量产品的试制。
10.RIM聚酰胺:是将具有高反应活性的原料在高压下瞬间反应,再注入密封的模具中成型的一种液体注射成型的方法。
11.共聚甲醛:是以三聚甲醛为原料,与二氧五环作用,在以三氟化硼-乙醚络合物为催化剂的情况下共聚,再经后处理出去大分子链两端不稳定部分而成的。
12.均聚甲醛:是以三聚甲醛为原料,以三氟化硼-乙醚络合物为催化剂,在石油醚中聚合,再经端基封闭而得到的。
第一章塑胶材料知识第一节高分子材料概述高分子材料是由一种或多种简单低分子化合物(单体)聚合而成的聚合物(或高聚物)。
顾名思义,“高分子”是指材料的分子量很大,通常几万到数百万。
高分子材料虽然分子量很大,但组成并不复杂,主要是由C、H、O、N、P、S等原子以共价键方式组成的大分子链。
按其主链所包含原子的种类,可分为:①碳链高分子化合物,主链全部为碳原子,如聚乙烯烃、聚四氟乙烯等。
②杂链高分子化合物,主链除碳原子外,还可有O、N、P、S等元素,如聚酯、聚醚、聚酰胺等。
③元素有机聚合物,主链是由Si、Ti、Al、B等原子和O原子构成,侧基一般为有机基团,如有机硅树脂、有机硅橡胶等。
用来合成聚合物的原料称之为单体,是一些稳定存在的、简单的低分子化合物,如聚乙烯(PE)是由许多乙烯分子(CH2=CH2)合成的,聚氯乙烯(PVC)是由氯乙烯分子(CH2=CHCl)合成的。
高分子材料有许多金属和陶瓷材料不具备的优点,如原料丰富、成本低廉,它们大多可以从石油、天然气或煤中提取;密度小;化学稳定性好,一般对酸、碱和有机溶剂均有良好的抗蚀性能;有良好的电绝缘性能;有优良的耐磨、减摩和自润滑性;能吸振和减小噪声;优良的光学性能等。
一、高分子材料的合成反应:由单体聚合形成高分子化合物的反应称为聚合反应,可以分为加聚反应和缩聚反应二类。
1.1 加聚反应:加聚反应是指由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应。
让我们以乙烯形成聚乙烯为例来说明。
加聚反应开始是有条件的,如加压、升温或添加引发剂。
如添加H2O2就可以使乙烯单体中碳、碳原子间双键破坏,形成链节。
一旦反应开始就会自发进行下去,这是由于链节聚合放出的能量大于破坏双键所需能量。
当单体的供应耗竭时,或链的活性消失,如一个活性链端吸引了一个引发基,反应就会终止。
可以通过控制引发剂的数量来控制链的长度,引发剂添加少,链就会长得较长。
加聚反应可以是用一种单体,也可以用几种不同的单体。