高分子材料 2课件

高分子材料,高分子结构材料主要内容：高分子材料概述高分子材料分类典型高分子材料,结构材料多种多样的高分子材料,高分子材料高分子材料概述,结构材料高比强度的降洛伞绳索,高分子材料高分子材料概述防弹衣,结构材料高分子的含义：,分子量很大（104-107，甚至更大）。分子似“一条链”，由许多相同的结构单元组成。以共价键的形式重复连接而成。与小分子比较分子量不确定，只有一定的范围，是分子量不等的同系物的混合物；没有固定熔点，只有一段宽的温度范围；分子间力很大，没有沸点，加热到2000C-3000C以上，材料破坏（降解或交联）。,高分子材料高分子材料概述,结构材料,高分子材料高分子材料概述,天然高分子的利用天然高分子改性天然橡胶硫化（1839年）硝化纤维赛璐珞（1868年）粘胶纤维（18931898年）合成高分子20世纪初，出现了酚醛树脂1920年，Staudinger提出高分子概念30年代、40年代，飞速发展70年代，特种性能的高分子,结构材料高分子材料发展简史,高分子材料高分子材料概述,结构材料高分子材料形成过程,高分子材料高分子材料概述,石油、天然气、煤炭等,单体,高分子材料,高分子聚合物,裂解反应加工,聚合反应,结构材料乙烯分子聚合反应,高分子材料高分子材料概述聚乙烯,热塑性塑料：受热后软化，冷却后又变硬，可重复循环。热固性塑料：由单体直接形成网状聚合物或通过交联线型预聚体而形成，一旦形成交联聚合物，受热后不能再回到可塑状态。制品不溶不熔。优点：质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、容易成形加工等；缺点：力学性能比金属材料差，表面硬度低，大多数品种易燃，耐热性差。,结构材料热塑性与热固性,高分子材料高分子材料概述,聚合物分子运动具有多重性。运动单元：侧基、支链、链节、链段及整个大分子等。运动方式：键长、键角的振动或扭曲；侧基、支链或链节的摇摆、旋转；分子内旋转及整个大分子的重心位移等。聚合物分子运动具有明显的松弛特性。具有时间依赖性的过程称为松弛过程。分子运动是一个速度过程，要达到一定的运动状态，提高温度和延长时间具有相同的效果，这称为时-温等效原理，或时-温转化效应。,结构材料聚合物分子运动特点,高分子材料高分子材料概述,玻璃态链段运动处于“冻结”状态，模量高形变小。具有虎克弹性行为，质硬而脆。高弹态链段运动已充分发展。在较小应力下，即可迅速发生很大的形变，除去外力后，形变可迅速恢复。粘流态由于链段的剧烈运动，整个大分子链重心发生相对位移，产生不可逆位移即粘性流动。交联聚合物无粘流态存在,结构材料力学状态,高分子材料高分子材料概述,高分子材料,结构材料,高分子材料概述玻璃化转变聚合物的玻璃化转变是指从玻璃态到高弹态之间的转变。从分子运动的角度看，玻璃化温度Tg是大分子链段开始运动的温度。玻璃化转变是一个松弛过程。在时间尺度不变时，凡是加速链段运动速度的因素，如大分子链柔性的增大、分子间作用力减小等结构因素，都使Tg下降。,三大合成材料,橡胶纤维涂料粘合剂功能高分子,高分子材料高分子材料分类,结构材料高分子材料分类：1、按材料来源分类天然高分子合成高分子2、按材料性能和用途分类塑料,高分子材料,结构材料,高分子材料分类塑料、橡胶、纤维，称为三大合成材料，全世界产量有1亿多吨。塑料主要品种有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等合成橡胶主要用途为制造轮胎，约占60%合成纤维主要品种有：涤纶（PET）、尼龙、聚丙烯腈、聚丙烯等合成纤维、天然纤维、人造纤维比例为231。,高模量(35000N/cm),纤维,塑料,橡胶,分子量,一般17万,一般630万一般1530万,加工方法,熔融纺丝,挤出、注塑、吹,硫化交联,塑成型等2,2低伸长率（550%）,高弹性形变(500-1000%),结构材料三大高分子材料的比较,高分子材料高分子材料分类,主链以C原子间共价键相联结加聚反应制得如：聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯，聚丙烯,聚乙烯,HCH,HCH,结构材料3、按结构单元的化学组成分类1）碳链高分子,高分子材料高分子材料分类,主链除C原子外还有其它原子如O、N、S等，并以共价键联接，缩聚反应而得，如聚对苯二甲酸乙二脂（涤纶）聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等,OC,O,OHHCOCCHH,涤纶,高分子材料分类2）杂链高分子,高分子材料,结构材料,主链中不含C原子，而由Si、B、P、Al、Ti、As等元素与O组成，其侧链为有机基团；兼有无机高分子和有机高分子的特性，既有很高耐热和耐寒性，又具有较高弹性和可塑性，如硅橡胶。,O,CH3SiCH3,硅橡胶,高分子材料分类3）元素有机高分子,高分子材料,结构材料,主链既不含C原子，也不含有机基团，而完全由其它元素所组成，这类元素的成链能力较弱，故聚合物分子量不高，并易水解。,/,/,/,/,S,S,S,Si,Si,S,S,S,Cl,Cl,N,Cl,Cl,=N,=,P,P,二硫化硅,聚二氯一氮化磷,高分子材料,结构材料,高分子材料分类4）无机高分子,聚乙烯从1939年开始工业化生产，是目前产量最大，应用最广泛的品种。低密度聚乙烯（LDPE）在各种聚乙烯中产量最大，主要用于生产薄膜（制造食品袋、垃圾袋、地膜、大鹏膜等）；约10%用于生产注塑用品。线型低密度聚乙烯（LLDPE）主要用于生产薄膜，厚度比低密度聚乙烯更薄，制品性能更好。还用于生产扁丝，制造编织袋。,结构材料聚乙烯（PE）,高分子材料典型高分子材料,高密度聚乙烯注塑制品：工业容器、家用器皿、玩具等。中空吹塑制品：食品、药品、化妆品的包装瓶等。薄膜制品（约占20%）：大量用于食品包装。聚乙烯管材应用领域主要有：生活用水和煤气管道、农业排灌用管道以及圆珠笔内的油墨管子等。质轻、坚韧耐磨，力学性能良好，使用寿命长，施工安装简便，输送阻力小、安全可靠，铺设费用低。,结构材料聚乙烯（PE）,高分子材料典型高分子材料,结构材料聚乙烯（PE）,高分子材料典型高分子材料,超高分子量聚乙烯（UHMWPE）可作为工程塑料在汽车、机械、原子能以及宇宙飞行等领域得到重要应用。具有优异的耐冲击和自润滑性，耐腐蚀、抗磨损、不粘着等特性。可作齿轮、轴套、滑板、储罐衬里等。,结构材料聚乙烯（PE）,高分子材料典型高分子材料,结构材料聚乙烯（PE）,高分子材料典型高分子材料,高分子材料,结构材料聚乙烯生产线,性能：密度0.900.91g/cm3，耐热性好、优良的耐化学药品和耐水性，有较好的物理机械性能，突出的耐应力开裂性，耐磨性和成形性好。应用汽车用树脂：保险杠（乙丙橡胶增韧PP）、仪表盘、电器元件、发动机风叶等；薄膜：有“包装皇后”之称。大量用于快餐食品、烟草的包装，还用于医用包装、各类封面及广告宣传画等。纤维级PP：地毯、无纺布、旅游制品、土工布，建筑材料等，发展前景广阔。,结构材料聚丙烯（PP）,高分子材料典型高分子材料,结构材料聚氯乙烯（PVC）,高分子材料典型高分子材料,PVC，是耗石油最少的热塑性树脂。具有阻燃及较高的机械强度。PVC可以兼有两种绝然不同的性能，从软质到硬质，具有不同的用途。应用：农用塑料制品：农地膜、渔用单丝、绳缆等；包装材料，保鲜、防锈、防霉等，塑料编织袋、包装容器等；日用品，塑料鞋、塑料袋、人造革、塑料玩具等；化学建材，塑钢门窗、水管、电线穿线管等。,结构材料聚氯乙烯（PVC）,高分子材料典型高分子材料,结构材料聚苯乙烯（PS）PS保温板,高分子材料典型高分子材料PS光纤,PS，无色透明，相对密度1.05，电绝缘性能优异，耐热性好，吸湿性低、质硬、刚性强，耐化学性好，易被染色，有良好的加工性。应用：世界市场上，PS主要用于包装，其次是电子、电器。发泡聚苯乙烯（EPS）质轻、隔热、防震、价廉，用于建筑和包装。国内最大的市场是家电行业。国内彩色电视机外壳有60%使用高抗冲聚苯乙烯（HIPS）。,结构材料聚苯乙烯（PS）,高分子材料典型高分子材料,氟塑料各种含氟塑料的总称。聚四氟乙烯（PTFE）。1950年首先由杜邦公司投产。有“塑料王”之称。高结晶度聚合物，无熔融态，分解温度400，可在260以下长期下使用，耐低温-200，力学性能优异。光滑不粘，摩擦系数极小，具有自润滑性。耐化学腐蚀性极强，耐强酸、强碱、有机溶剂，能耐王水及沸腾的氢氟酸。具有塑料中最好的电绝缘性能。广泛用于化工机械和容器的防腐、耐磨密封、电绝缘等。,结构材料氟塑料,高分子材料典型高分子材料,结构材料氟塑料,高分子材料典型高分子材料,涤纶尼龙（锦纶）聚丙烯腈（腈纶、人造羊毛）,纤维,结构材料,高分子材料典型高分子材料,聚酰胺（PA）俗称尼龙（Nylon），是主链上含有酰胺基团NHC的聚,合物。,O,是开发最早的工程塑料，约占工程塑料总产量的1/3。优异的力学性能、耐磨性及无润滑摩擦性能，较好的耐腐蚀性、耐油、耐溶剂性能，使用温度-40100，良好的阻燃性。缺点是吸水性较大，影响其尺寸稳定性。,结构材料聚酰胺（PA）,高分子材料典型高分子材料,功能材料,功能高分子材料,功能高分子材料在外部环境作用下，敏锐地表现出高选择性和特异性能的高分子化合物及高分子材料。分类导电高聚物液晶高分子智能聚合物高吸水性树脂,导电高聚,功能材料,功能高分子材料,结构特点：具有电子共轭体系-CH=CH-CH=CH-CH=CH-,物特性：其电导率可在绝缘体、半导体和金属态范围内变化。,导电高聚物应用前景二次电池、太阳能电池传感器电磁屏蔽材料隐身材料金属防腐,导电高聚物,功能材料,功能高分子材料,功能材料,功能高分子材料,应用导电高聚物B-2BomberF-117AFighter,导,电高聚物Astealthship,功能材料,功能高分子材料,应用,液晶高分子材料,功能材料,功能高分子材料,液晶高分子的概念：既具有液体的流动性，又有晶体的各向异性。液晶高分子的特点：强度和模量极高液晶高分子的应用防弹背心火箭发动机外壳、导弹壳体阿波罗登月飞船软着陆降落伞绳、直升飞机吊绳、人造卫星电子部件等等。,为什么液晶高分子的强度极高？为什么尼龙的强度高于普通的高分子材料？,液晶高分子材料,功能材料,功能高分子材料,高聚物的分子间作用力范德华力氢键用内聚能或内聚能密度来表征分子间作用力的大小橡胶内聚能密度小于334.94J/cm3纤维内聚能密度大于418.68J/cm3,液晶高分子材料,功能材料,功能高分子材料,聚合物分离膜,功能材料,功能高分子材料,聚合物分离膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现液或气体的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程。依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜。聚合物分离膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。,聚合物分离膜,功能材料,功能高分子材料,应用超滤膜污水处理食品浓缩、灭菌药物精制、浓缩，血液过滤等反渗透膜大规模海水和苦咸水的淡化制备医药、电子工业用无菌、去离子和超纯水气体分离膜等等,聚合物分离膜,功能材料,功能高分子材料,应用,功能材料,生物医学材料,生物医学材料顾名思义，是和医学、生物科学发展相关的材料的总称。1987年，国际标准化组织（ISO）定义“以医用目的，用于和活体组织接触，具有功能的无生命材料”。,生物医学材料,医用金属及合金医用不锈钢医用钴基合金医用钛及钛合金,生物陶瓷氧化铝、氧化锆、磷酸钙、碳素,医用高分子医用聚乙烯、聚氨酯、聚硅氧烷,生物衍生材料猪心瓣膜、再生胶原、壳聚糖、凝胶,医用复合材料羟基磷石灰增强聚乙烯碳纤维增强聚乳酸,功能材料,生物医学材料,按材料属性分类,功能材料,生物医学材料,生物活性材料与可降解生物材料细胞与基因活性生物材料,按与生体间相互作用分类生物惰性材料生,物医学材料,功能材料,生物医学材料,生物惰性材料第一代生物材料。指生物化学性能稳定、相容性好的材料，包括生物惰性金属、陶瓷、高分子材料等。生物活性材料与可降解生物材料第二代生物材料。生物活性材料主要包括多孔陶瓷植入体，表面反应性陶瓷、玻璃等。可降解吸收材料包括可吸收陶瓷、可吸收玻璃及可吸收高分子材料等。细胞与基因活性生物材料第三代生物材料。期望在分子水平上激活特定细胞对材料的识别和反应，最大限度地使生物材料与主体组织融为一体，参与主体组织的修复过程。,生物医学材料,生物金属,功能材料生物金属,300-400年,金属丝固,定牙缺失公元前,纯金片修复,缺损颅骨1546年,合膝盖骨1880年,银被用于缝镀镍钢钉用,于骨折治疗1896年,生物医用金属材料用是人类最早利用的生物材料之一。由于其具有高强度、耐疲劳和易加工等优良性能，至今在临床上仍占有重要地位。.,生物医学材料,生物金属,功能材料重要的生物金属材料医用不锈钢,最早开发、应用广医用钴基合金耐蚀性、硬度较前者更高医用钛及其合金生物相容性、耐蚀性、硬度均优于前两者，极具开发价值医用铂及其合金优异的抗氧化性、耐蚀性其他医用合金钽、铌和锆等金属及其合金医用形状记忆合金医用磁性合金,什么是生物陶瓷？用于人体器官替换、修补以及外科矫形的陶瓷材料。要求：具有良好的力学性能，在体内难于溶解，不易氧化，不易腐蚀变质，热稳定性好，耐磨且有一定的润滑性，和人体组织的亲和性好，组成范围宽，易于成形等。,功能材料生物陶瓷,生物陶瓷,生物医学材料,具有优异的生物相容性，能与骨形成结