高分子材料基础

基础课程高分子材料基础概念·结构·性能·应用授课对象学生课程导览01高分子初识从生活现象走进高分子世界02结构与分类分子链结构特征与分类体系03性能与表征独特性能来源与测试方法04应用与前沿广泛领域应用与发展趋势高分子初识从塑料瓶到DNA，高分子无处不在认识高分子，从身边开始认识高分子，从身边开始01什么是高分子材料高分子材料是以高分子化合物为基础组成的材料，其分子量通常在一万以上。以

高分子化合物

为基础，由成千上万个原子通过共价键连接成长链大分子，分子量通常在

一万以上。“理解高分子的起点，是理解“大”与“长”带来的全新性质。”分子量大高分子由大量重复单元连接而成结构独特分子呈链状，可弯曲、缠绕、交联性能特殊兼具弹性、黏性、力学强度等多重特性生活中的高分子无处不在高分子材料早已深度融入日常生活使用量在体积上已超过金属材料从日用品到生命体，高分子是基础而普遍的存在。塑料矿泉水瓶食品包装手机外壳橡胶车胎密封圈运动鞋底纤维衣物面料绳索帐篷生物体内高分子蛋白质·核酸(RNA)·多糖·天然橡胶结构与分类结构决定性能，性能决定用途分子链的奥秘，分类的钥匙分子链的奥秘，分类的钥匙02分子链的类型高分子链的拓扑结构可分为三大类，直接决定材料的加工性与力学行为。三种拓扑结构，决定材料的加工方式与力学性能的根本差异。线型结构分子链呈长条状，链间靠分子间作用力聚集，可溶解、可熔融。热塑性塑料支化结构主链上伸出侧链，支化度影响结晶能力与密度。低密度聚乙烯交联结构链与链之间通过化学键连接成三维网络，不再溶解、熔融。热固性塑料和橡胶“同一种单体，因链结构不同可以形成性能迥异的材料。”高分子的两大来源按来源划分，高分子可分为天然高分子与合成高分子两大类。天然与合成并非对立，很多合成材料正是对天然结构的模仿与超越天然高分子来源：来源于动植物与生命过程，如天然橡胶、纤维素、淀粉、蛋白质优点：可降解、生物相容局限：性能可调控空间有限可降解生物相容合成高分子来源：通过化学聚合反应人工合成，如聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙、环氧树脂特点：产量大、品种多，可根据需求设计分子结构地位：是现代材料工业的主体产量大品种多热行为分类体系按受热行为分类，高分子材料可分为热塑性与热固性两类，这是材料加工与回收的关键依据。热塑性材料可循环利用，热固性材料则具备更优的尺寸稳定性与耐热性。类型受热行为可否重复加工典型代表热塑性受热软化，冷却硬化可反复进行聚乙烯、聚氯乙烯、尼龙热固性受热交联固化，不可逆不可重复加工环氧树脂、酚醛树脂性能与表征理解性能，才能用好材料从分子结构到宏观性能从分子结构到宏观性能03高分子的力学性能力学性能的高度可调——从柔软弹性体到坚硬工程塑料均可实现。高分子没有固定的“强度值”，性能始终与使用条件相关。强度与韧性长链间的分子间作用力提供承载能力链段运动赋予变形能力黏弹性弹性：可回复形变黏性：不可逆流动温度与速度敏感性能受温度显著影响加载速率影响表现三大物理状态与转变温度变化引发三态转变随着温度升高，非晶态高分子依次呈现

三种物理状态，这是其热性能的核心。玻璃化转变温度与黏流温度，分别决定了材料的使用上限与加工窗口。玻璃态低温下链段运动被冻结材料硬而脆实例常温下的有机玻璃高弹态链段可运动，整链不移动材料柔软且能大幅可逆变形实例常温下的橡胶黏流态温度升高，整链开始滑动材料可流动实例加工成型的温度区间认识高分子的表征方法分子量与分布聚合度核心指标凝胶渗透色谱测定平均分子量及其分布宽度化学结构官能团与链结构红外光谱、核磁共振识别官能团与链结构热性能温度响应特性差示扫描量热法测定玻璃化转变温度、熔点聚集态结构微观形貌观察X射线衍射、电子显微镜观察结晶形态与微观形貌应用与前沿材料改变世界，高分子引领未来从实验室到日常生活的跨越从实验室到日常生活的跨越04高分子的传统应用版图塑料应用3项包装薄膜、瓶罐、泡沫缓冲建筑管材、型材、保温板电子电器外壳、绝缘件、线路板基材橡胶应用2项交通运输轮胎、密封件、减震件工业装备输送带、胶管、耐磨衬里纤维应用2项服装家纺面料、地毯、无纺布产业用渔网、土工布、安全带功能高分子与前沿方向“当前高分子材料的发展正沿着

功能化

与

绿色可持续

两大主线快速推进”功能高分子导电高分子用于柔性电子、传感器生物医用可降解支架、药物缓释载体智能响应形状记忆、自修复材料绿色可持续生物基材料以可再生资源替代石油原料可