高分子材料科学基础第一章.ppt

高分子材料科学基础PolymerScienceIntroduction 化学工程系高分子研究所于建高彦芳yfgao 2005 高分子材料科学基础 2 WhatisMSE MSEstandsforMaterialsScienceandEngineering Thefieldencompassesthespectrumofmaterials metals ceramics polymers plastics semiconductors andcombinationsofmaterialscalledcomposites MostfieldsofworkorstudyhaveabitofMSEinthem 2005 高分子材料科学基础 3 MSE AnExcitingCareerFieldfortheFuture Materialsareevolvingfastertodaythanatanytimeinhistory Thefuturewillbringeverincreasingchallengesandopportunitiesfornewmaterialsandbetterprocessing Thematerialsfieldoffersunlimitedpossibilitiesforinnovationandadaptation Newandimprovedmaterialsarean underpinningtechnology thefieldwillplayamajorroleinthecompetitiveglobaleconomyintheMaterialsAge 2005 高分子材料科学基础 4 高分子材料科学基础 高分子科学发展历程高分子科学基础知识高分子材料结构与性能高分子材料现代表征分析方法聚合物合成与制备高分子材料高性能化设计与制备高分子材料成型加工通用高分子材料应用功能高分子材料及其应用 2005 高分子材料科学基础 5 高分子科学发展历程 高分子材料科学发展简史高分子材料科学发展现状高分子材料科学发展趋势 2005 高分子材料科学基础 6 高分子材料科学发展简史 1900年硬橡胶电话机 1880年硬橡胶手镯 汽车轮胎 橡胶树种 割胶刀 2005 高分子材料科学基础 7 1924年化装盒 1920年添加矿物油的电木时钟 1920年电木扬声器 1920年轮胎压力表酚醛树脂 橡胶制备 1924年玩具火车头 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 8 1930年热水瓶 1930年麦克风 1930年照相机 1930年水果榨汁机 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 9 1950年麦克风 1940年笔架 1938年飞利蒲收音机 1940年电话 1950年变压器 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 10 聚合物分子结构初期探索 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 11 HermannStaudinger 1881 1965 1920年代提出 大分子线链型结构 概念1932年在法拉第学会上得到公认1953年获NobelPrize 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 12 大分子线链型结构 概念 无论天然或合成高聚物其形态和特征都可以由具有共价键连接的链型高分子结构 Polymersarelongchainsofsmallerunitsthatrepeatthemselveshundredsorthousandsoftimes 从化学结构上阐明了高分子物质的共同特征 在化学界引起激烈争论 这一学说到1932年在法拉第学会上得到公认 1953年获得NobelPrize H Staudinger成为现代高分子理论的创始人和奠基者 随H Staudinger大分子概念的提出 高分子科学基础理论的研究得以快速发展 合成聚合物产品进入发展时期 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 13 1950年ABS PVC变焦眼镜 1950年PVC电扇 1950年PVC衣服刷 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 14 1960年PS安全眼镜 1950年PS衣服架 1940年PS及塞璐硌音乐时钟 1950年PS PVC收音机 1950年手动搅拌器 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 15 50年代PS玩具 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 16 30年代缩聚反应的系统研究二元醇与二元羧酸的反应二元胺与二元羧酸的缩聚反应1935年合成出聚酰胺66 尼龙66 1938年世界上第一种合成纤维正式诞生 WallaceH Carothers 1896 1937 尼龙的发明人 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 17 KarlZieglerGiulioNatta 1898 1973 1903 1979 1963NobelPrize Ziegler Natta催化剂配位聚合实现乙烯 丙烯工业化生产 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 18 1970年 发明了耐温聚合物 Ekonol 为后续的液晶聚合物的研究奠定了基础 Ekonol主要用在电子行业及航天器等领域 1971年 耐高温 高强度的Kevlar研制成功 耐温高达300oC 可织成防弹衣 消防服 赛车服等 北京科技馆有实验样品 1976年 聚合物 塑料体积产量超过钢 从而使得高分子材料与历史悠久的金属材料 陶瓷材料构成现代材料领域的三大类 20年代 大分子链结构 概念的提出 开创了高分子材料发展序幕 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 19 PaulJ Flory 1910 1985 高分子科学理论的主要开拓者和奠基人之一 高分子化学原理 长链分子的统计力学 1974年获诺贝尔化学奖 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 20 Pierre GillesdeGennes 1932 复杂体系有序现象研究 尤其液晶及聚合物体系1991年获诺贝尔物理奖 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 21 2000年度诺贝尔化学奖 研究领域 导电聚合物 日本筑波大学白川英树 美国加利福尼亚大学艾伦 J 黑格 美国宾夕法尼亚大学艾伦 G 马克迪尔米德 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 22 1946年Mark在纽约成立第一所高分子专业研究所国际会议 1947年在比利时利日市召开第一届国际高分子学术报告会 现在每两年举行一次 39th2002年在北京举行 40th2004年7月在法国巴黎举行国内会议 1987年以来 每两年召开一次全国高分子学术论文报告年会 2003年10月9th在杭州举行 愈千人参加会议 高分子材料科学发展简史 2005 高分子材料科学基础 23 高分子材料科学发展简史高分子材料科学发展现状高分子材料科学发展趋势 高分子科学发展历程 2005 高分子材料科学基础 24 高分子材料是我们日常生活中最常用的材料之一 在我们的日常生活中有着十分广泛的应用 除了在包装 医疗器械 汽车等日用品上得以应用之外 还在诸如太空探索 防弹衣 人造肢体等尖端领域发挥着重要作用 没有高分子材料的生活将是不可想象的 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 25 高抗冲聚苯乙烯 HIPS TUFF不粘锅 聚酯胶片 聚碳酸酯眼镜片 电路板绝缘涂层 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 26 通常运动鞋 鞋面是由皮革和尼龙拼接而成的 鞋底是用一种叫SBS的橡胶制成的 鞋垫使用的则是一种叫做聚氨酯的高分子材料 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 27 胶印橡皮布结构图 胶印橡皮布担负着将印版上的油墨传递到纸张上的作用 为了使印刷品墨色均匀 网点清晰 层次丰富 胶印橡皮布必须具备硬度适中 压缩变形小 传墨性能好和伸长率小等特点 在化学性能上它既要具备吸附油墨及吸附润版液的作用又要具备不与油和药水发生化学反应和被油 药水侵蚀的性能 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 28 聚乙烯 PE PE是产量最大的塑料品种 约占世界塑料总产量的1 3 LDPE 农用膜 地膜 各种轻 重包装膜 编织内衬 涂层 各种管材 电线绝缘层等 HDPE扩展了PE的用途 不仅用于薄膜和包装 还用于中空容器 注塑容器 鱼网丝 管材 机械零件 代木产品等 LLDPE被称为第三代PE 性能优于HDPE和LDPE 在工农业生产及日常生活中有着广泛的用途 UHMWPE具有突出的高模量 高韧性 高耐磨 自润滑性优良 密度低 制造成本低廉等特点 是目前发展中的高性能 低造价工程塑料 主要用于耐磨 耐强腐蚀零部件 体育器材 汽车部件等 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 29 低密度聚乙烯 LDPE 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 30 高密度聚乙烯 HDPE 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 31 线性低密度聚乙烯 LLDPE 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 32 聚丙烯 PP NaturalPP 主要用于制造薄膜 管材 片材 编织袋 电器配件 汽车配件等 ClearPS 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 33 聚氯乙烯 PVC 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 34 聚碳酸酯 PC 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 35 聚四氟乙烯 PTFE 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 36 ABS树脂 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 37 热塑性弹性体 TPE TPE ThermoplasticElastomer 熱可塑性橡膠 SBR Rubber 苯乙烯丁二烯橡膠 BR PolybutadieneRubber 聚丁二烯橡膠 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 38 TPEs消费用品 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 39 TPEs汽车零件 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 40 TPEs工业用品 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 41 TPEs工业用品 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 42 塑料建材门窗 防水卷材 建筑涂料装饰材料等 建筑材料 环保健康主题 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 43 可吸收医用胶水 可吸收缝合线 生物医用高分子材料 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 44 在短时间内吸水可达自身重量的数百倍 甚至上千倍可用于婴儿尿布 妇女卫生用品 医疗材料等土壤改良 增加土壤的贮水能力 高吸水性树脂 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 45 超纯净水 离子交换树脂 催化剂 工业废水处理 土壤保湿 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 46 保险杠 油箱 仪表盘 方向盘 坐垫 蓄电池壳 车灯 各种零部件 轿车 每使用1000克塑料 车身可减轻1200克 汽车制造业 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 47 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 48 F 22隐形战斗机 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 49 高性能高分子纤维材料 PolyethyleneFiber PBIFiber MelamineFiber 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 50 10多年前 没有人相信聚合物可以用作发光二级管 LED 的发光涂层 1990年 剑桥研究小组在一个由聚合物poly 1 4 phenyleneyinylene 组成的薄片上加电压 聚合物会发光 但这个光非常微弱 效率为0 005 且只能持续几分钟 现在 聚合物的发光二极管的效率可以达到百分之几的数量级且持续时间可以达到10000个小时 其显示的颜色范围较大 其最大的光亮度可以比显示器的光亮度都大1000多倍 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 51 发光高分子 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 52 最新发明的一种绒毛纤维 可用于防弹背心阻止高速旋转的子弹射入 这种新的纤维是由 凯芙拉 和 斯佩克特拉 Spectra 的混合物组成的 凯芙拉和斯佩克特拉纤维都是具有较高强度的现代防弹背心使用的主要原料 而新的纤维除强度极高外 与原纤维相比主要的不同点是它的无纺结构 类似毛毡或无纺布 轻柔而有弹性 因而已经受到各国军界的欢迎 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 53 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 54 Modelstructures 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 55 OMPicture 253oC HBA SA HQ三元液晶共聚酯 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 56 纳米高分子复合材料 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 57 TEMPhotographsLatexparticlesforsingleCaCO3particlecoveredbycopoly St BA a 120 000X b 80 000X a b Singleinorganicnanoparticlecoveredbypolymer 高分子材料科学发展现状 纳米高分子复合材料 2005 高分子材料科学基础 58 Schematicrepresentationofthein situgraft intercalationmethod TEMphotographofPPMNC 高分子材料科学发展现状 纳米高分子复合材料 2005 高分子材料科学基础 59 高分子材料科学发展现状 纳米高分子复合材料 2005 高分子材料科学基础 60 Polymer CNTcompositesystemforafunctionalizedbiosensorapplication byChengyuWei K ChoandH Dai StanfordUniversity 高分子材料科学发展现状 纳米高分子复合材料 2005 高分子材料科学基础 61 Molecularmodelshowshowconjugatedpolymerwouldhelicallywrapitselfaroundacarbonnanotube byHongjieDai StanfordUniversity 高分子材料科学发展现状 纳米高分子复合材料 2005 高分子材料科学基础 62 美国德克萨斯大学达拉斯分校纳米科技研究所的RayH Baughman领导的实验小组日前以单层碳纳米管 SWCNT 为主要成分纺线 并用这种线织成了布 并以这种布为材料制作了超级电容器 证实这种超级电容器与市售最高级品具有相同性能 高分子材料科学发展现状 用SWCNT PVA复合凝胶状纤维织成的布 纳米高分子复合材料 2005 高分子材料科学基础 63 CNT LCPComposite CNT LCPComposite 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 64 超分子的蘑菇结构 SamuelStuppandAaronAmstutz BeckhamInstitute Urbana Illinios 仿生高分子beita结晶切片 高分子材料科学发展现状 2005 高分子材料科学基础 65 Artifi