高分子材料和复合材料.ppt

第三单元 高分子材料和复合材料 一、学习目标 5理解橡胶材料的发展过程以及人们对有机高分 子材料的改造与优化。 6了解功能高分子材料的分类，列举功能高分子 材料在生产生活各个层面、高新技术领域中的应用。 7认识复合材料的结构，说出常见的复合材料及 其应用。 8体验化学科学的进步与材料科学发展的联系， 从人类利用天然硅酸盐材料到开发、研制和利用新型 材料的历史说明科学技术的发展，尤其是材料科学的 发展与人们生活质量的关系。评价高分子材料的使用 对环境质量的影响。 本单元知识结构如下： 了解：高分子化合物的分类 天然高分子 合成高分子 线型高分子 体型高分子 热塑性高分子 热固性高分子 塑料 纤维 橡胶 涂料 粘合剂 功能高分子材料 v高分子按来源分： v高分子按结构分： v高分子按性质分： v高分子按性能 和用途分： 聚乙烯(PE)产品 保鲜膜吹塑成型的聚乙烯薄膜 无毒，化学稳定性好， 适合做食品和药物的包 装材料 常见的塑料 化学稳定性好，耐酸碱腐 蚀，使用温度不宜超过60， 在低温下会变硬。 分为：软质塑料和硬质塑料 聚氯乙烯（PVC） 酚醛树脂酚醛树脂 聚聚 丙丙 烯烯 有有 机机 玻玻 璃璃 聚丙烯(PP)聚苯乙烯(PS) 有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲 酯PMMA) 尿醛塑料(电玉) 聚四氟乙烯(PTFE) ABS塑料 阅读课本101面中间两段，了解下列问题 1、 塑料的主要成分是什么？（掌握） 2 、生产塑料的合成树脂有哪些？（了解） 3 、塑料有什么优点？（了解） 4 、塑料常见种类有哪些？（了解 ） 合成树脂 聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等 密度小、强度高、化学性质稳定、耐磨擦等 通用塑料：聚乙烯、聚丙烯、酚醛树脂等 特种塑料：氟塑料、聚乙烯醇、聚砜等 工程塑料：ABS塑料、聚碳酸酯等 一、塑料 5 、合成树脂的制取（掌握） 聚合反应：由相对分子质量小的化合物分 子（单体）互相结合成相对分子质量大的 高分子化合物的反应。 加聚反应 缩聚反应 均聚反应 共聚反应 成酯缩聚 成肽缩聚 酚醛缩聚 +nH2O OH CH2n 催化剂 OH n + O nHCH 1有些塑料制品可以用热黏结法修补， 有些可以用某种溶剂黏结，另一些则无法修补 ，你知道其中的原因吗? 热塑性塑料制品可以用加热的方法黏补， 也可回收后重新软化加工。有些热塑性塑料可 溶解于某些有机溶剂，如有机玻璃(聚甲基丙 烯酸甲酯)可溶解于氯仿，聚苯乙烯可溶解于 乙酸乙酯等有机溶剂。 热固型： 塑料按受热的情况可分为： 热塑型： 线型高分子，可反复加工，多次使用。 如聚乙烯 、聚氯乙烯 体型高分子，成型后不再会熔化。 如酚醛树脂、尿醛树脂等 塑料制品的修补与黏结 1取一些聚乙烯塑料薄膜，尝试用热黏结 法把它们黏结起来。通过实验探究黏结的最佳温 度和操作方法。 2取几小片有机玻璃，用注射器吸取氯仿 作黏结剂(adhesive)，制作有机玻璃小饰品。 2日常生活中使用的塑料薄膜包装 袋，有的可以用于食品包装，有的不可 以，为什么? 制造塑料制品时，加入的某些添加剂 对人体有害，使用时必须注意。例如，聚 氯乙烯薄膜中含有的增塑剂对健康有不良 影响，不能用来包装食品。聚乙烯塑料中 不含对人体有害的添加剂，可制成食品保 鲜袋或保鲜膜。 3不粘锅的内壁涂敷了聚四氟乙烯 ，为什么用不粘锅进行烹调时食物不容 易烧焦，也不会粘锅? 日常生活中使用的不粘锅的内壁涂敷有聚四 氟乙烯(PTFE)。聚四氟乙烯是一种含氟塑料，它 不会被酸、碱、王水及各种有机溶剂所腐蚀，且 在-269.3250的温度范围内都可使用，因而被 誉为“塑料王”。它广泛应用于制冷工业、化学工 业、电器工业等。 聚 四 氟 乙 烯 塑料王 4ABS塑料广泛用做装修材料、家 用电器壳体、交通工具的零部件，你知 道什么是ABS塑料吗? 丙烯腈:CH2CHCN 1,3丁二烯：CH2CHCHCH2 苯乙烯： ABS塑料既保留了聚苯乙烯坚 硬、透明、良好的加工性能和绝 缘性等优点，又兼具聚丙烯腈高 强度、耐热等特性，且具有聚丁 二烯较好的弹性和耐冲击性，从 而克服了聚苯乙烯性脆和不耐高 温的缺点，是一种融合了三者优 越性能的合成材料。 用ABS塑料制成的装修材料及 其他各种用品美观轻巧，可与金 属媲美。电视机、洗衣机等家用 电器的壳体，通讯器材、汽车、 飞机零部件及各种仪表的外壳等 都是用ABS塑料制成的。 图3-32 用ABS塑料制成 洗衣机的外壳 可溶解的医用塑料洗衣袋 某些医院采用可溶解的塑料袋装放病人用过的 衣被。清洗时可以直接放进洗衣机，洗衣袋能很快 溶解在水里，避免了衣被中的病菌对洗涤人员的感 染。你知道这些可溶解的塑料袋是用什么制成的吗? 可溶解的塑料袋可用聚乙烯醇制成。聚乙烯醇 是用聚乙酸乙烯酯通过水解反应制得的。在不同的 生产条件下制得的聚乙烯醇水溶性有差异，可以在 不同场合使用。例如，手术时使用的缝合线，可以 根据需要选择溶解时间长短不同的聚乙烯醇制品。 手术套服 包装薄膜制品 图3-33可溶性医用 塑料的分类: 分类 原则 类型 特征和举例 按受热 时的特 征 按应用 范围及 性能特 点 其他 热塑性塑料 成分为热塑性树脂。可以反复塑制， 如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等 热固性塑料 通用塑料 工程塑料 成分为热固性树脂。加工成型后为 不熔状态，如酚醛、氨基塑料等。 通用性强、用途广、产量大、价格低 。主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙 烯，聚丙烯等。 机械性能好、强度高，可以代替金属 用作工程结构材料。如聚酯、聚酰胺 、聚碳酸酯、氟塑料等。 其他分类，分为通用、工程、耐高温和特种塑料四 大类；或通用、工程和其他塑料三大类。 纤维纤维 天然纤维天然纤维 化学纤维化学纤维 棉花棉花 羊毛羊毛 木材木材 草类草类 合成纤维合成纤维：用石油、天然：用石油、天然 气等为原料制成的单体，气等为原料制成的单体， 再经聚合制成的纤维再经聚合制成的纤维 人造纤维人造纤维：用化学方法对：用化学方法对 木材等天然纤维加工制成木材等天然纤维加工制成 。 羊毛是纤维蛋羊毛是纤维蛋 白白 “尼龙”的发明 1928年，美国杜邦公司的科学家希 望合成一种和真丝与羊毛中的蛋白质链 相似的高分子。他们没有使用氨基酸( 蛋白质的合成原料)，而是用胺和羧酸 作原料。得到的聚酰胺高分子化合物可 拉成细丝，这些细丝坚韧而且光滑，非 常像蚕吐出的丝。“尼龙”就此诞生，并 很快成为丝绸的替代品。 优点：强度高、弹性好、耐磨、耐化学 腐蚀和不怕虫蛀等。 缺点：吸水性和透气性不如天然纤维。 常见合成纤维：锦纶(尼龙)、涤纶(的 确良)、腈纶(人造羊毛)、维纶、氯纶 、丙纶。 合成纤维 （尼龙） 常见纤维化学组成主要性能 天 然 纤 维 棉纤 维 纤维素 吸水性好，易干，穿着 舒适，不起静电，不耐磨 蚕丝蛋白质 吸水性好，手感柔和，有光泽， 不起静电，不起球 羊毛蛋白质 弹性强，隔热性、保暖性好， 水洗后收缩，易起球 化 学 纤 维 人造 纤维 纤维素 （黏胶纤维） 吸水性好，穿着舒适，不起 静电，不耐洗，不耐穿 合成 纤维 各种线型有机高 分子（聚酰胺、 聚酯、聚烯烃） 强度高，耐磨，不易 染色，吸湿性、 透气性差 表35常见的天然纤维、化学纤维的化学组成和主要性能 商场中各式各样纺织品的面料有的是天然 纤维，有的是化学纤维。请了解这些纺织品的 品种、性能和价格。 合成纤维制品 防弹衣在20世纪60年代，尼 龙是制作防弹衣的主要材料。后 来发现，分子中含有苯环结构的 另一种聚酰胺纤维凯夫拉 (Kevlar)有助于加强衣料本身的 张力(较尼龙强25倍)。当子弹 击中由此种纤维制成的防弹衣时 ，就像坠入一个网中，其能量会 向四周扩散，子弹便没有足够的 能量冲破衣料伤害人体了。现在 凯夫拉已取代尼龙作为制作防弹 衣的主要材料。 防弹衣 涤纶织品 涤纶强度高、耐磨、耐光、耐蚀、防蛀、易洗 快千、挺括，是优良的衣料，也大量用于制作轮胎帘子线、 工业滤布、绳索等。 人造羊毛 腈纶柔软、轻盈、保暖，有“人造羊毛”之称。它 比羊毛轻lO，强度却大2倍多。腈纶防蛀、耐光、不发霉。 它适合制作帐篷、炮衣、车篷、幕布、窗帘等户外织物。用 它制成的毛线为人们所喜爱。 缝合线 乳酸纤维与其他有耐水性的化学纤维不同，它易水 解成小分子乳酸。乳酸纤维也可以作外科手术缝合线， 在伤口愈合后无需拆线。因为，乳酸纤维在体内水解生成的 乳酸能参与人体的正常代谢作用，被消化排出体外。 橡 胶 天然橡胶 合成橡胶 通用橡胶特种橡胶 聚硫橡胶聚硫橡胶 硅橡胶硅橡胶 主要成分是聚异戊二聚异戊二 烯烯 丁苯橡胶 顺丁橡胶 氯丁橡胶 1，3丁二烯的加聚反应： 天然橡胶主要成分 的结构： 天然橡胶的单体为： 异戊二烯 聚异戊二烯 根据天然橡胶 的结构特点，说说它的性质可能有哪些不足? 如:橡胶遇到下列物质各发生什么反应? A、溴水 B、酸性高锰酸钾 C、氯化氢 D、汽油 E、硝酸 F、氧气 想一想？ 天然橡胶(生胶)是线型高分子，物理与机械性能都比 较差，在温度较高或受力较大时，容易发生形变，且形变 后不能复原。为改进这种缺陷，人们采用增加橡胶分子之 间交联的方法，使线型分子转变成为体型的网状分子。硫 化橡胶既有弹性又不易变形，就是因为在长的线型分子间 形成了二硫键。 未经硫化的生橡胶可溶解于甲苯等有机溶剂硫化橡 胶在有机溶剂中不溶解，只发生溶胀。生橡胶的甲苯溶液 可用做橡胶制品的黏接剂。 一般橡胶制品只达到轻度交联，高分子链上还有双键 。受氧气、臭氧、日光等作用时，容易老化，弹性下降， 变硬开裂或变软发黏。例如，贮存或使用时问长了的汽车 轮胎、自行车车胎会发生龟裂，乳胶手套会发黏或变硬脆 裂。 橡胶硫化后，其柔韧性和弹性都会增大。 橡胶的硫化 在日常生活中，我们用到哪些合成橡 胶制品?它们各自具有哪些优越的性能? 人们在长期的生产和科学实验中认识了 天然橡胶的结构，受到启发，成功地合成了 多种合成橡胶。通常使用的合成橡胶有丁苯 橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等，还有耐油的 聚硫橡胶，耐严寒和高温的硅橡胶等特种橡 胶。 氯丁橡胶 丁苯橡胶 硅橡胶硅橡胶 合成橡胶 “2004“2004海水淡化及利用技术国际研海水淡化及利用技术国际研 讨会讨会” ”中国中国 天津天津 高分子分离膜 尿不湿 液晶显示器 1 1功能高分子材料：功能高分子材料： 2 2功能高分子材料的种类功能高分子材料的种类 指既有传统高分子材料的机械性能，又有指既有传统高分子材料的机械性能，又有 某些特殊功能的高分子材料。某些特殊功能的高分子材料。 这是具有特殊这是具有特殊_功能的高分子材料制成功能的高分子材料制成 的薄膜，它的特点是能让某些物质的薄膜，它的特点是能让某些物质_ 通过，而把另外一些物质分离掉，应用于物通过，而把另外一些物质分离掉，应用于物 质分离质分离 。 分离分离 有选择地有选择地 （1 1）高分子分离膜：）高分子分离膜： （2）医用高分子材料： 一些有关人工器官的图片 人造关节 人工心脏瓣膜 人造皮肤 人造心脏 人造肾脏 人造膝关节 生物相容性 排斥 具有优异的_，较少受到_， 可以满足人工器官对材料的苛刻要求。 如：人造心脏、人造关节、人造鼻等。 （3）高吸水性材料： 高吸水性树脂可以用淀粉、纤维素等天然高分子 与丙烯酸、苯乙烯、丙烯腈等物质聚合得到。它自身 不溶于水或有机溶剂，与水接触时能在短时间内吸收 比自身质量大得多的水，同时具有良好的保水性能。 高吸水性树脂不仅可以制作纸尿布，在农林业上用做 保水剂，还可在石油化学工业上用做脱水剂。 （4）导电性材料： （5）光敏性材料： （6）催化性材料： 触摸屏等电子仪器窗口材料是透 明的导电薄膜，它是用具有导电功能 的高分子材料制造的；有些计算机的 键盘也使用导电橡胶。 不同的材料具有不同的性能。如普通金 属材料强度大，但易腐蚀；普通陶瓷材料耐 高温，但易碎裂；合成高分子材料强度大、 密度小，但易老化。人们在实践中发现，由 两种或两种以上性质不同的材料组合而成的 复合材料通常具有比原材料更优越的性能。 钢筋混凝土、建造简易车棚使用的石棉瓦、 用于制造快艇的玻璃钢等都是复合材料。 1复合材料： 指两种或两种以上材料组合成的一种新 型材料。其中一种做为_，另外材料 做为_。 具有_ 等优异性能，在综合性能上超过了单一 材料。 2复合材料的性能： 基体 增强剂 强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀 人们的日常生活越来越离不开复合 材料。请你举出实例予以说明。 复合材料通常是由基体材料和分散于其中的增 强材料组成的。钢筋混凝土中的混凝土是基体材料 ，分布于其中的钢筋是增强材料。石棉瓦用石棉作 增强材料，水泥作基体材料。碳纤维也是一种增强 材料，可以用树脂、金属铝或新型陶瓷作为基体材 料，制成碳纤维增强塑料、碳纤维增强铝、碳纤维 增强陶瓷等复合材料。 玻璃钢也是一种复合材料。请查阅 资料，了解它的组成，并说明各组成部 分的作用。 玻璃钢（也称玻璃纤维增强塑料，国际公认的 缩写符号为GFRP或FRP），是一种品种繁多，性能独 特，用途广泛的复合材料。它是由合成树脂和玻璃 纤维经复合工艺，制作而成的一种功能型的新型材 料。玻璃钢材料具有重量轻，比强度高，耐腐蚀， 电绝缘性能好，传热慢，热绝缘性好，耐瞬时超高 温性能好，以及容易着色，能透过电磁波等特性。 复合材料玻璃钢 玻 璃 钢 游 艇 玻璃钢冷却塔 玻璃钢产品在化工、石油、建筑、体育、国防、航空航天工 业包括神州五号载人飞船等高端技术领域发挥重要作用 复合材料应用非常广泛，如民用建筑和航 天工业都大量使用复合材料。家庭装修材料中 的钙塑板具有质轻、消声、隔热、防潮等作用 ，是以高压聚乙烯、轻质碳酸钙和少量助剂为 原料制成的。美国“挑战者”号航天飞机使用的 防热陶瓷瓦是由氧化硅纤维、硼化硅纤维的增 强陶瓷材料制成的。波音767飞机的机身和机 翼大量使用了碳纤维复合材料。 碳纤维增