高分子材料的性能与研究方法.ppt

高分子材料,高分子材料,高分子材料的奇妙,液态高分子材料浇铸成型，具有透光效应的字符。,异氰酸酯类有机高分子材料反应得到的冰淇淋,生活中的高分子材料,我们生活中也随处可见高分子材料,认识高分子,定义：有固定链条单元，这些单元又多次或有规律重复出现而分子量又足够大的分子。,分类：,高分子的化学结构,高分子的结构分三个层次： 1、一次结构，即近程结构：大分子的单元结构； 2、二次结构，即远程结构：单个高分子链在空间存在的各种形状（伸展、螺旋、折 叠、无规线团）； 3、三次结构,即聚焦态结构：若干或几乎全部高分子链之间的关系（如何排列）；,微观结构图示,此外，高分子一次结构的骨架形态还有梳状、梯形、环合状等,高分子结晶一般都不完善，晶区、非晶区混杂，可用结晶度来衡量。,高分子的宏观状态,1、玻璃态：非结晶高分子在某个温度（玻璃化温度Tg）以下时，分子热运动能量极低，大的主链无法实现单位运动而表现出跟玻璃差不多的力学性质的状态。 2、高弹态：线型非结晶高分子聚合物在玻璃化温度以上某个温度范围内 时，不熔化而表现出具有较高弹性形变的状态。 3、粘流态：高分子聚合物在某个温度（粘流温度Tf）以上时，整个分子链都开始明显相对运动，宏观表现为熔融、可流动且具有弹性的状态。,高分子的合成方法,1、逐步聚合反应：单体先生成“低聚物”，在逐步生成高聚物。包括逐步加聚和逐步缩聚。,2、连锁聚合反应（链式聚合、链式反应）：单体被某种能量激活，是指链接到具有能量的基团上，从而再激发另一个单体使之在连接到这个增长的基团上，如此往复连成高分子。包括自由基聚合与离子聚合。,3、侧基端基反应：可利用此改性天然高分子。,4、高分子共混：多种高分子共混，形成有特点的新的高分子材料。包括机械粉末共混、溶液共混、乳液共混、熔融共混、化学反应性共混等。,从原料到各种高分子材料：,高分子材料,概念：高分子材料，也称聚合物材料，它是以高分子化合物（即聚合物）为基体组分的材料，一般还含有各种添加剂来改善性能。,分类：,酚醛树脂,高分子材料中各组分的比例：,高分子材料的性能,1、力学性能 应力应变（模量、强度、硬度） 高弹性能 粘弹性能 力学屈服 摩擦磨耗 应力松弛 ,2、物理性能 热性能 电性能 光性能 渗透性 ,3、化学性能 老化 耐化学溶剂和耐酸碱性能 燃烧性能 力化学性能 ,老化的过程,高分子材料的研究方法,结构测定 1、链结构：分析鉴别，定量测定，定性分析，研究反应，测支化结构和取向结构等； 2、聚焦态结构：结晶状态，溶液中聚合物状态，片层结构等； 3、整体结构：分子量、分子量分布、支化度、交联度；,性能测定 1、力学性能：强度（拉伸、弯曲、冲击）、应力松弛等； 2、物理性能：电性能、密度、透光性、透气性、吸湿吸音性等； 3、热性能：导热系数、比热容、热膨胀系数、耐热性、Tf、Tg等； 流变性能：粘度、剪切力等； 化学性能：老化（热、自然）、燃烧等；,高分子材料撕裂度仪,万能试验机,马丁耐热试验仪,高分子材料拉力试验机,此外，还有动态粘弹谱仪、热失重仪、氧指数仪等,塑料,优势性能：质轻，韧性优良，传热系数小，电绝缘性，成型加工性优良，减震、消音性能好，耐腐蚀，透光、着色性能好；工程塑料还克服了通用塑料不耐热、不耐磨、表面硬度低等缺点。,ABS颗粒,聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯塑料制成的安全餐具,聚对苯二甲酸丁二醇酯（）,尼龙管,两种重要塑料,聚乙烯（）,分子式：,分类：高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、线型低密度聚乙烯（LLDPE）、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、交联聚乙烯、氯化聚乙烯（CPE）,性质：比水轻，无毒，白色蜡状半透明材料，电绝缘性优，耐化学性优，力学性能岁分子量增加而提高，易光氧化、热氧化、臭氧分解。,聚酰胺（尼龙）,主链上含酰胺结构的高聚物，可由氨基酸缩聚而得。,性质:结晶性高，韧性好、力学性能优良，耐寒、耐高温、耐汽油等溶剂，质轻耐磨，易于加工，具有一定阻燃性，摩擦系数小，能减震减噪等。,应用领域：汽车工业（进气管、散热器、制动管、电气部件、齿轮）；铁路运输（铁管枕垫、槽板 ）；电子电气工业（外壳）、机械工业（轴承骨架、齿轮）；包装工业（冷藏保鲜膜） ,按来源分：1、天然橡胶 2、合成橡胶：1）通用橡胶；2）特种橡胶；3）其它橡胶。,橡胶,分类,按形态分：块状生胶、乳胶、液体橡胶、粉末橡胶。,按成型方法和过程分：硫化橡胶、热塑性体。,特征：1）大分子链柔顺性高，玻璃化温度远低于室温； 2）使用条件下结晶很小； 3）无冷流现象（即使用时分子链间无相对滑动，不会永久变形）,三种橡胶,天然橡胶,主要由三叶橡胶树的乳胶制得，其中91%94%是橡胶烃，其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等。,特点：,（1）结晶性橡胶，外力拉伸下可形成结晶，产生自补强作用，增强拉伸强度； （2）无一定熔点，高弹性，加工性能好； （3）低温下易结晶脆化，耐油、耐溶剂、耐老化性较差；,顺丁橡胶,以1，3-丁二烯为单体聚合而成的一种通用合成橡胶（溶液法镍系高顺式1，4-聚丁二烯橡胶（BR）,性能：,弹性高（橡胶之最），耐低温性好（通用橡胶之最），耐磨性优异，耐屈挠龟裂性好，但加工性能差，撕裂和拉伸强度较低，抗湿滑性不好，适合与其它橡胶并用。,用途：,轮胎胎面、胎侧胶，运输管，胶鞋，文体用品,硅橡胶,一种特种橡胶，由环状的有机硅氧烷开环聚合或以不同硅氧烷进行共聚制得的弹性共聚物，属于有机硅产品。通用的硅橡胶由二甲基硅氧链接组成。,性能：,既耐高温又耐低温，耐臭氧，无毒无味，但耐磨性和耐化学腐蚀性较差，且加工较困难。,用途：,宇航工业：密封件、薄膜、缓冲防震层； 电气工业：电缆外层绝缘材料； 生物工业：人造器官等。,纤维,分类：,蚕丝,聚酯纤维,硝酸纤维微观结构,醋酸纤维颗粒,碳纤维琴盒,石棉网,各种纤维性能比较,耐蛀霉性,耐磨性,耐日光性,回潮率/%,耐热性/ ,软化点 熔点,（相对湿度65%）,密度/（g/cm3）,相对弹性 （以棉花为基准）,相对撕 裂强度,干态 湿态,维 纶,棉 花,毛,粘胶纤维,醋酸纤维,涤 纶,腈 纶,锦 纶,丙 纶,涂料,概念：用于涂覆在物体表面起保护、装饰、标志作用或赋予某些特殊功能的材料。,保护作用：避免大气中的水气、氧、CO2、盐雾、污垢物、紫外线及微生物、昆虫等不能直接接触到基材（被涂覆的表面材料）。 装饰作用； 标志作用：氧气钢瓶为天蓝色，氯气钢瓶为墨绿色，危险物管道涂红色，氢气钢瓶涂红色条杠等； 特殊功能：伪装、防辐射、防火、防水、耐高温、导电、防污、防结露、静电屏蔽、干扰红外线、干扰电磁波、示温等。,通用涂料：,装饰涂料,特种涂料：,：,分类,隧道防火涂料,F-117夜鹰隐形战斗机,金属反射绝热水性涂料,粘合剂,概念：能把同一种或不同材料的固体物质表面连接在一起的媒介物质，也叫胶粘剂。,粘料：即主料、基料，起粘合作用的成分 固化剂：使粘料固化成型 固化促进剂：即催化剂 填料：改善粘料机械性能或其它功能 稀释剂：有溶剂和参加固化反应的活性稀释剂两种 其它助剂：如增速机、增稠剂、耐氧化剂、防光剂、防霉剂等,粘合剂组成,有机硅粘合剂,种类：热塑性粘合剂、热固性粘合剂、橡胶型粘合剂、热熔粘合剂、压敏胶、水基粘合剂、结构粘合剂等,聚合物基复合材料,复合材料：以一种材料为基体（基体材料），另一种材料为增强体（增强材料）组合而成的材料。 聚合物基复合材料通常以塑料或橡胶为基体，以纤维为增强材料。,优势性能：强度高、力学性能好，抗疲劳性能好，减震性能好，热变形温度高。,应用领域： （1）航天航空（机翼、卫星天线、太阳能电池翼、大型运载火箭壳体等）； （2）汽车工业（车身、受力构件、传动轴、发动机架及内部构件等）； （3）化工、纺织、机械制造（化工设备、纺织机、复印机、高速机床等）； （4）医学领域（医用X光机、矫形支架等）。,功能高分子材料,分类：,（1）化学功能：感光高分子、氧化还原树脂、离子交换树脂、高分子催化剂、光降解塑料、固体电介质等； （2）物理功能：导电高分子、压电高分子、高分子极驻体、旋光性高分子、磁记录高分子、荧光体等； （3）化学、物理复合功能：高分子吸附剂、絮凝剂、表面活性剂、染料、稳定剂、高吸水材料等； （4）生物生理功能：医用高分子、高分子医药、高分子农药、生物降解性塑料等；,功能高分子材料表现出独特性质的原因： （1）特殊官能团的性质（如高分子氧化剂中的过氧羟基）； （2）聚合物骨架的性质（如导电高分子由具有线性共轭机构的大分子构成）。,纳米导电高分子材料及其微观结构,高分子发光板,高分子液晶的向错结构,医用高分子,概念：可应用于医药的人工合成（包括改性）的高分子材料，不包括天然高分子材料、生物高分子材料、无机（高分子）材料等在内。,分类,基本要求,：,（1）、组织相容性：材料自身稳定性及于机体组织亲和性（容忍性），材料对集体的影响； （2）、酶生物老化性：材料对人体复杂环境的适应性（抗“体内老化”性） （3）、血液适应性：不凝血、不溶血、不改变血液中的蛋白、不破坏血小板、不在引发血栓形成等。,矫形绷带,下肢支具骨夹板,应用较广的两种医用高分子,医用硅橡胶,应用领域：,（1）、长期留置体内的组织器官代用品（脑积水引流、人工肺、人工脑膜、人工肌腱等）； （2）、短期留置体内，起补液、抢救、防粘连等作用（静脉插管、输血管、胃镜套管等）； （3）、医疗器械部件（人工心肺机输血泵管、胎儿吸引机、人工血液循环装置等）； （4）、整容和修复手术（面部整容、颅骨修复、四肢修复等）； （5）、药物缓释（包封药物、将药物以微粒分散在硅橡胶基质中）； ,优势性能：抗凝血、无毒性、生物相容性好、无致畸变作用、无过敏反应、韧性和弹性优良、加工性能好、耐磨、耐湿气、耐多种化学品、在射线下不变性等。,应用领域：气管套管、胃镜软管、导液管、人工关节、人工骨、软骨、弹性绷带、人造皮肤、隐形眼镜、人工血管、人工瓣膜、助搏气囊、医用手套、假牙等。,聚氨酯PU ,医疗硅胶针垫,防水透明敷料,高分子材料的加工,成 型 方 法,塑料：挤出、注射、压延、吹塑、模压、传递模塑等 橡胶：塑炼、混炼、压延、挤出等 纤维：纺丝溶体制备、纤维成型和卷绕、后处理、初生纤维的拉伸和热定型等,塑料袋加工机器,塑料挤出成型设备,橡胶制品生产基本工艺流程,熔融纺丝示意图,高分子废弃物,工业性 废弃物,一般性混杂 废弃物,树脂生产厂的废弃物（废树脂、副产品）（数量少，回收容易）,制品生产厂的废弃物（废品，边角料，试验料等）（无污染，易回收利用）,社会上的废弃物（使用、消费、流通过程中产生的，主要来源）（污染小，易分类清洗后回收）,来自家庭日杂用品的废弃物，以废旧塑料为主，往往与其它垃圾混杂，回收较难,白色污染,一级回收（简单再生）：对无污染的边角料和清洗后的废制品直接磨碎造粒或塑化成