常见高分子材料教学课件ppt

是能源和信息 发展的基础 三 大 支 柱 产 业 能源 材料 信息 有机合成材料是材料工 业的一个重要方面 1 1 材料材料 简介简介 无机材料 无机非金属材料，如碳纤维 无机金属材料 有机材料 合成高分子材料 新型高分子材料 天然高分子材料（棉、麻、丝、毛 ；天然橡胶等） 功能高分子材料 复合材料 塑料 合成纤维 合成橡胶等 材料 n高分子材料是由相对分子质量较高的化合 物构成的材料，通常分子量大于10000，包 括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高 分子基复合材料等等。高分子是生命存在 的形式，所有的生命体都可以看作是高分 子的集合体。 2 2 纤维纤维 纤维 天然纤维人造纤维合成纤维 棉、麻、丝、毛等 粘纤、莫代尔、醋纤 铜氨纤维、莱赛尔等 涤纶、锦纶、腈纶、 氨纶、氯纶、芳纶等 合成纤维具有优良的性能：如强度高、弹性好、耐磨、 耐化学腐蚀和不怕虫蛀等。 2.1 聚酯纤维（涤纶） n聚酯纤维是指由多种二元醇和芳香族二元 羧酸或其酯经缩聚生成的聚酯为原料所制 得纤维的统称。 n具体品种有：聚对苯二甲酸乙二醇（PET） 酯纤维，聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）纤 维，聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）纤维等 。 n由于PET是其主要品种，故习称聚酯纤维即 指这种纤维。 2.2 聚酰胺纤维（锦纶） n锦纶是聚酰胺纤维的商品名称，Polyamide（简 称PA），其基本组成物质是通过酰胺键 NHCO连接起来的脂肪族聚酰胺。 n常见的聚酰胺主要有两类： 由己二胺和己二酸缩聚而得的聚己二酸己二胺： HHN(CH2)6NHCO(CH2)4COnOH 另一类是由己内酰胺缩聚或开环聚合得到 的聚合物： HNH(CH2)5COOH n聚丙烯腈（PAN）或丙烯腈含量大于85% （质量百分比）的丙烯腈共聚物制成的合 成纤维。常用的第二单体为非离子型单体 ，如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯等，第 三单体为离子型单体如丙烯磺酸钠和2-亚甲 基-1，4-丁二酸等。 2.3 2.3 聚丙烯腈纤维（腈纶）聚丙烯腈纤维（腈纶） 聚丙烯腈纤维有人造羊毛之称。具有柔软、 膨松、不易染、色泽鲜艳、耐光、抗菌、 不怕虫蛀等优点。 PAN基碳纤维 PAN基碳纤维的生产工艺主要包括原丝生产和原丝 碳化两个过程:首先通过丙烯腈聚合和纺纱等一系列工艺 加工成被称为“母体“的聚丙烯腈纤维或原丝， 将这些原 丝放入氧化炉中在200到300进行氧化，还要在碳化炉 中，在温度为1000到2000下进行碳化等工序制成碳 纤维。 纺纶1313纺纶1313即聚间苯二甲酰间苯二胺（ Polymetaphenyleneisophthalamide,PMIA）纤维 可以用于制作易燃易爆环境中的工作服 2.4 2.4 芳纶芳纶 n芳纶1414即聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA ） n美国商品名为Kevlar，是优秀的耐高温纤维之一。 nKevlar纤维的优良物理力学性能和耐高温性 ，使其应用范围十分广泛。在工业方面如 轮胎帘子线、高强度绳索、传送带及耐压 容器等；军事方面如防弹衣、防弹头盔、 降落伞、装甲板等；航空航天方面如飞机 结构和内部装饰材料、机身、机翼、火箭 发动机外壳等；体育器材如高尔夫球杆、 网球拍、钓鱼杆、滑雪板、游艇等。 氨纶（spandex），译名“斯潘德克斯”，是一 种弹性纤维，学名聚氨酯纤维 (Polyurethane)，简写(PU)，中国大陆称为“ 氨纶”。 具有高度弹性，能够拉长67倍，但随外 力的消失能迅速恢复到初始状态，其分子 结构为一个像链状的、柔软及可伸长性的 聚氨基甲酸酯，通过与硬链段连接在一起 而增强其特性。 2.5 2.5 聚氨酯纤维（氨纶）聚氨酯纤维（氨纶） n 氨纶弹性纤维分为两类：一类为聚酯链类 ；一为聚醚链类。聚酯类弹性纤维抗氧化 、抗油性较强；聚醚类弹性纤维防霉性， 抗洗涤剂较好。 藏在瓶底的秘密-高 分子材料的常见标志 3 3 塑料塑料 PC其它类 聚苯乙烯 聚丙烯 聚乙烯 聚氯乙烯 HDPE高密度聚乙烯 PET 聚对苯二甲酸 乙二醇脂 PC其它类 聚丙烯 热塑性塑料 (聚乙烯, 聚氯乙烯, 聚丙烯等) 塑料 热固性塑料（酚醛塑料） 特性：加热熔化，可反复加工。线性结构，有弹性 特性：不会受热熔化，网状结构，硬化定型 。 合成高分子的结构有：线型、支链型、网状（体型）合成高分子的结构有：线型、支链型、网状（体型） 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 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 n聚乙烯是乙烯单体的均聚物，主要分为线 性低密度聚乙烯(LLDPE )、高压低密度聚 乙烯(LDPE )和高密度聚乙烯(HDPE )三大 类 。 n薄膜是其主要加工产品，其次是片材和涂 层、瓶、罐、桶等中空容器及其它各种注 塑和吹塑制品、管材和电线、电缆的绝缘 和护套等。主要用于包装、农业和交通等 部门。 3.1 3.1 聚乙烯塑料聚乙烯塑料 PE瓶 PE包装 耳机线为什么总缠在一起？ 聚乙烯分子链上的 碳原子完全由碳碳 单键相连，单键可 旋转，使它不可能 成一条直线，只能 成不规则的卷曲状 态。高分子化合物 具有一定的弹性。 n聚氯乙烯塑料是由氯乙烯单体聚合而成的 ，是常用的热塑性塑料之一。它的商品名 称简称为“氯塑”，英文缩写为PVC。 n 纯聚氯乙烯树脂是坚硬的热塑性物质，其 分解温度与塑化温度极为接近，而且机械 强度较差。因此，无法用聚氯乙烯树脂来 塑制产品，必须加入增塑剂、稳定剂、填 料等以改善性能。 3.2 3.2 聚氯乙烯塑料聚氯乙烯塑料 PVC成品： 3.3 3.3 聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃） 聚甲基丙烯酸甲酯缩写代号为PMMA，俗称有机玻璃 ，是迄今为止合成透明材料中质地最优异，价格又比 较适宜的品种。 透明度优良，有突出的耐老化性；比重不到普通玻璃的一 半，抗碎裂能力却高出几倍；它有良好的绝缘性和机械强 度；对酸、碱、盐有较强的耐腐蚀性能；且又易加工；可 进行粘接、锯、刨、钻、刻、磨、丝网印刷、喷砂等手工 和机械加工，加热后可弯曲压模成各种亚克力制品。 3.4 3.4 聚苯乙烯（聚苯乙烯（PSPS） 聚苯乙烯（Polystyrene，缩写 PS）是指由苯乙烯单体经自由 基加聚反应合成的聚合物。它是 一种无色透明的热塑性塑料，具 有高于100的玻璃化转化温度 ，因此经常被用来制作各种需要 承受开水的温度的一次性容器， 以及一次性泡沫饭盒等。 聚苯乙烯 (PS) 聚苯乙烯热塑性弹性体抗弯能力较强，弯曲强度较高。 PS Tg约为100左右，脆化温度约-30，熔融温度为 140-180，因此常被用来制作各种需要承受开水的 一次性容器，以及一次性饭盒。 3.5 3.5 聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFEPTFE） 聚四氟乙烯（ Polytetrafluoroethene，英文缩写 为PTFE，俗称“塑料王”），是一 种使用了氟取代聚乙烯中所有氢 原子的人工合成高分子材料。这 种材料具有抗酸抗碱、抗各种有 机溶剂的特点，几乎不溶于所有 的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有 耐高温的特点，它的摩擦系数极 低，所以可作润滑作用之余，亦 成为了不沾锅和水管内层的理想 涂料。 耐腐蚀性：能够承受除了熔融的碱金属，氟化介质以及高于300 氢氧化 钠之外的所有强酸（包括氟锑酸、王水）、强碱、强氧化剂、还原剂和 各种有机溶剂的作用。 绝缘性：不受环境及频率的影响，体积电阻可达1018欧姆厘米，介质 损耗小，击穿电压高。 耐高低温性：对温度的影响变化不大，温域范围广，可使用温度- 190260 。 自润滑性：具有塑料中最小的摩擦系数，是理想的无油润滑材料。 表面不粘性：已知的固体材料都不能粘附在表面上，是一种表面能最小 的固体材料。 耐大气老化性：耐辐照性能和较低的渗透性：长期暴露于大气中，表面 及性能保持不变。 不燃性：极限氧指数在90以下。 PTFEPTFE的优良特性：的优良特性： 3.6 3.6 酚醛树脂酚醛树脂 n酚醛树脂，是一种合成塑料，无色 或黄褐色透明固体，因电气设备使 用较多，也俗称电木。 n耐热性、耐燃性、耐水性和绝缘性 优良，耐酸性较好，耐碱性差，机 械和电气性能良好，易于切割，分 为热固性塑料和热塑性塑料两类。 n合成时加入不同组分，可获得功能 各异的改性酚醛树脂，具有不同的 优良特性，如耐碱性、耐磨性、耐 油性、耐腐蚀性等。 3.7 ABS3.7 ABS树脂树脂 n塑料ABS树酯是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，是 丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈（ PAN），B代表丁二烯（PB），S代表苯乙烯（PS）。 n它将PB，PAN，PS的各种性能有机地统一起来，兼具韧 ，硬，刚相均衡的优良力学性能。 n其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性 能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等 特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀 、焊接、热压和粘接等二次加工 。 n广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、 纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑 性工程塑料。 4 4 橡胶橡胶 橡胶按原料分为天 然橡胶和合成橡胶 。 天然橡胶是从橡胶树、橡 胶草等植物中提取胶质后 加工制成。以聚异戊二烯 为主要成分的天然高分子 化合物 。 合成橡胶是由不同单体在引发剂作用下，经聚合而成的品 种多样的高分子化合物，单体有丁二烯、苯乙烯、丙烯腈 、异丁烯、氯丁二烯等多种。聚合工艺有乳液聚合、溶液 聚合、悬浮聚合、本体聚合四种。 合成橡胶分为通用橡胶和特种橡胶。 通用橡胶如丁苯橡胶（单体丁二烯和苯乙烯），顺丁橡胶 （单体为丁二烯），异戊橡胶（单体为异戊二烯），氯丁 橡胶（单体为氯丁二烯），乙丙橡胶（单体为乙烯和丙烯 ），丁腈橡胶（单体为丁二烯和丙烯腈）等。 特种橡胶主要有硅橡胶（耐高温和严寒）、氟橡胶（耐热 、耐酸碱）和聚氨酯橡胶。 丁苯橡胶 氯丁橡胶 硅橡胶 顺丁橡胶 nCH2=CH-CH=CH2 催化剂 C=C CH2CH2 HH n 1 2 3 4 1 4 2 3 两种：三叶橡胶（顺式）、杜仲胶（反式） 橡胶结构主要有线型、支链型和交联型结构三种。 线型结构：未硫化橡胶的普遍结构。由于分子量很大，无 外力作用下，呈细团状。当外力作用，撤除外力，细团的 纠缠度发生变化，分子链发生反弹，产生强烈的复原倾向 ，这便是橡胶高弹性的由来。 支链结构：橡胶大分子链的支链的聚集，形成凝胶。凝胶 对橡胶的性能和加工都不利。在炼胶时，各种配合剂往往 进步了凝胶区，形成局部空白，形成不了补强和交联，成 为产品的薄弱部位。 交联结构：线型分子通过一些原子或原子团的架 桥而彼此连接起来，形成三维网状结构。随着硫 化历程的进行，这种结构不断加强。这样，链段 的自由活动能力下降，可塑性和伸长率下降，强 度，弹性和硬度上升，压缩永久变形和溶胀度下 降。 硫化橡胶 优点: 具有较高的强度 、韧性、良好的弹性和 化学稳定性等 天然橡胶为何容易老化？实验室盛哪些药 品的试剂瓶的瓶塞不能用橡胶塞？ 天然橡胶含有C=C，易加成反应和易被氧化(老化)。 强氧化剂、卤素、有机物溶剂都易腐蚀橡胶。如： KMnO4 溶液、浓HNO3、液溴、汽油、苯、四氯化 碳等。 橡胶老化的原因：橡胶老化的原因： n氧：氧在橡胶中同橡胶分子发生游离基链锁反应，分子链 发生断裂或过度交联，引起橡胶性能的改变。氧化作用是 橡胶老化的重要原因之一。 n臭氧：臭氧的化学活性比氧高得多，破坏性更大，它同样 是使分子链发生断裂，但臭氧对橡胶的作用情况随橡胶变 形与否而不同。当作用于变形的橡胶(主要是不饱和橡胶) 时，出现与应力作用方向直的裂纹，即所谓“臭氧龟裂”;作 用于变形的橡胶时，仅表面生成氧化膜而不龟裂。 橡胶老化的原因：橡胶老化的原因： n热：提高温度可引起橡胶的热裂解或热交联。但热的基本 作用还是活化作用。提高氧扩散速度和活化氧化反应，从 而加速橡胶氧化反应速度，这是普遍存在的一种老化现象 -热氧老化。 n光：光波越短、能量越大。对橡胶起破坏作用的是能量较 高的紫外线。紫外线除了能直接引起橡胶分子链的断裂和 交联外，橡胶因吸收光能而产生游离基，引发并加速氧化 链反应过程。经外线光起着加热的作用。光作用其所长另 一特点(与热作用不同)是它主要在橡表面进生。含胶率高 的试样，两面会出现网状裂纹，即所谓“光外层裂”。 橡胶老化的原因：橡胶老化的原因： n机械应力：在机械应力反复作用下，会使橡胶分子链断裂 生成游离荃，引发氧化链反应，形成力化学过程。机械断 裂分子链和机械活化氧化过程。哪能个占优势，视其所处 的条件而定。此外，在应力作用下容易引起臭氧龟裂。 n水分：水分的作用有两个方面：橡胶在潮湿空气淋雨或浸 泡在水中时，容易破坏，这是由于橡胶中的水溶性物质和 亲水基团等成分被水抽提溶解，水解或吸收等原因引起的 。特别是在水浸泡和大气曝露的交替作用下，会加速橡胶 的破坏。但在某种情况下水分对橡胶则不起破坏作用，甚 至有延缓老化的作用。 橡胶老化的原因：橡胶老化的原因： n油类：在使用过程如果和油类介质长期接触，油类能渗透 到橡胶内部使其产生溶胀，致使橡胶的强度和其他力学性 能降低。油类能使橡胶发生溶胀，是因为油类渗入橡胶后 ，产生了分子相互扩散，使硫化胶的网状结构发生变化。 n其它：对橡胶的作用因素还有化学介质、变价金属离子、 高能辐射、电和生物等。 n能将同种或两种或两种以上同质或异质的制件（或材料） 连接在一起，固化后具有足够强度的有机或无机的、天然 或合成的一类物质，统称为胶粘剂或粘接剂、粘合剂、习 惯上简称为胶。 n合成胶粘剂由主剂和助剂组成，主剂又称为主料、基料或 粘料;助剂有固化剂、稀释剂、增塑剂、填料、偶联剂、 引发剂、增稠剂、防老剂、阻聚剂、稳定剂、络合剂、乳 化剂等 。 5 5 胶粘剂胶粘剂 n主剂是胶粘剂的主要成分，主导胶粘剂粘接性能，同时 也是区别胶粘剂类别的重要标志。常见主剂有： 天然高分子：如淀粉、纤维素、单宁、阿拉伯树胶及海藻酸钠等植 物类粘料，以及骨胶、鱼胶、血蛋白胶、酪蛋白和紫胶等动物类粘 料。 合成树脂：如热固性的环氧、酚醛、 不饱和聚酯、聚氨酯、有机硅 、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、烯丙基树脂、呋喃树脂、氨基树脂、 醇酸树脂等;热塑性的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯 酸树脂、尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑性聚酯、聚苯醚、氟树脂 、聚苯硫醚、聚砜、聚酮类、聚苯酯、液晶聚合物等，以及其改性 树脂或聚合物合金等。 橡胶与弹性体：橡胶主要有氯丁橡胶、丁基腈乙丙橡胶、氟橡胶、聚 异丁烯、聚硫橡胶、天然橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶等;弹性体主要是热 塑件弹性体和聚氨酯弹性体等。 此外，还有无机粘料，如硅酸盐、磷酸盐和磷酸-氧化铜等。 胶粘剂的