高分子材料概论课件

1、课程目的,认知高分子材料，掌握与高分子材料工程相关的基本术语和概念。 掌握高分子材料的性能及基本成型加工方法。 具备选用、应用高分子材料的能力。,本节课内容： 本课程的内容是什么？ 为什么要学习这门课程？,张留成、瞿雄伟、丁会利,高分子材料基础,北京：化学工业出版社，2007. 徐坚、瞿金平、薛忠民、姜振华，高分子材料与工程，北京：科学出版社，2008. 国家自然科学基金委员会工程与材料科学部，有机高分子材料科学，北京：科学出版社，2006. 马建标，功能高分子材料（第二版），北京：化学工业出版社，2010. 何曼君等，高分子物理（第三版），上海：复旦大学出版社，2007. Adisa Aza

2、pagic等， 高分子材料-环境与可持续发展，北京： 化学工业出版社，2006. William D. Callister, Jr., “Fundamentals of Materials Science and Engineering”，北京：化学工业出版社，2009（影印版） 丁会利等，高分子材料及应用，北京：化学工业出版社，2012.,主要参考书目：,高分子学报 高分子材料科学与工程 合成纤维 塑料工业 中国塑料 合成橡胶工业 Journal of Applied Polymer Science Polymer Polymer Engineering and Science Macrom

3、olecules,相关杂志：,WELCOME TO,PLANET,POLYMER,高分子材料无所不在,6,1.1 高分子的定义,Monomer Polymer,高分子：由小分子结构单元通过化学键联接而成的大分子。,第一章 绪论,许多相同的、简单的重复单元通过共价键重复连接而成。,别称：聚合物、高聚物 Polymer 大分子Macromolecule不一定有规律，并非由简单的重复单元连接而成，仅是分子量大。 Polymer:,高分子基本概念,9/111,Polymer science and engineering What is it? The science of large molecul

4、es,高分子科学与工程,Applications,聚合物按重复单元数划分：,低聚物 Oligomer,高聚物 High polymer,摩尔平均质量10000,高分子材料用基本成分。,高分子材料基本概念,高分子材料：以聚合物或以聚合物为主，辅以各种添加剂等物质经加工而成的材料。,聚合物按聚合单体种类数划分：,均聚物 homopolymer,共聚物 copolymer,一种单体聚合而成。,二种或二种以上单体聚合而成。,高分子材料基本概念, 基本特点：大 多分散性, 只具有统计意义,数均摩尔质量(按分子数统计平均) Mn,质均摩尔质量(按质量统计平均) Mw,聚合物摩尔平均质量（简称分子量）,高分

5、子材料基本概念, 分布的宽窄, Q Mw / Mn Xw / Xn 多分散性指数 质均聚合度 数均聚合度,* 聚合度：高分子链中所含重复单元 的平均数目。, 摩尔平均质量的多分散性,高分子材料基本概念, 聚合物摩尔平均质量与其物理状态、力学性能、加工性能有关,高分子材料基本概念,聚乙烯 聚氯乙烯 聚丙烯,例：几个常用的聚合物的分子结构式：,常见的聚合物分子式,17,CC单键键长是1.5410(-10)米，PE分子量420，000 g/mol,Hint:,(一) 按照聚合物的来源分类,天然高分子材料 改性的天然高分子材料 合成高分子材料 改性合成高分子材料,如：纤维素 硝基纤维素,棉、毛 织物；

6、木材、麻 纸,小分子原料经化学反应和聚合方法合成。 如：PE、PVC、PP,聚合物经化学、物理方法改性。,高分子材料分类,(二) 按照聚合物的主链结构分类,碳链聚合物材料 杂链聚合物材料 元素有机聚合物材料,聚合物主链完全由碳原子组成。 如：PVC、PS、PE、,聚合物主链中除碳外，还有氧、氮、硫等杂原子。 如：PA,聚合物主链中没有碳原子，主要由硅、硼等原子组成，侧链为有机基团。如：有机硅、,高分子材料分类,塑料 (Plastics) 弹性体 (Elastomer) 纤维 (Fiber) 涂料 (Coating) 胶粘剂 (Adhesive) 复合材料 (Composite),三大合成材料,

7、(三) 按照高分子材料用途分类,高分子材料分类, 原料丰富；, 具有各种优异性能； 密度小， 比强度高， 易加工成型， 耐腐蚀、电绝缘性高、具有渗透性、 , 生产能耗低，投资少，周期短，利润高, PS钢铝 = 11020（单位体积）,高分子材料优势,三大合成纤维：涤纶(PET)，丙纶(PP)， 腈纶(PAN) 四大合成橡胶：丁苯(SBR)，顺丁(PBb)，乙丙(EPDM)，异戊(PIP) 五大合成树脂：聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)，聚氯乙烯(PVC)，聚苯乙烯(PS)，ABS,用于淀粉基树脂制备的直链淀粉分子,聚乳酸弹性包装 .,* Adisa Azapagic等著，高分子材料-环境与可持续

8、发展，北 京：化学工业出版社，2006.,高分子材料优势,24,26,利用天然高分子 合成高分子问世 奠定高分子化学学科理论基础 高分子材料大发展 功能材料、复合材料快速发展,高分子材料发展历程,天然高分子利用 1839年，天然橡胶硫化 美国人古德伊尔（Charlers Goodyear）。 1869年，第一种人造塑料-赛璐珞（ Celluloid，硝化纤维素） 美国 人海厄特（Jhon Wesley Hyatt）。 1887年，第一种人造丝 硝化纤维素，Count Hilaire de Chardonnet.,高分子材料发展历程,合成高分子问世 1909年，第一种合成塑料-酚醛塑料（电木）

9、（Leo Hendrik Baekeland） 1935年，第一个合成纤维-尼龙-6,6 （Wallace H. Carothers),奠定高分子化学学科基础 （德国精英科学家 Hermann Staudinger） 20世纪20年代，提出：高分子物质是由具有相 同化学结构的单体，经聚合反应通过 共价键连接在一起的长链分子。 193040年代，聚合方法及理论发展。,高分子材料发展历程,高分子材料大发展 1950年代，配位聚合（Coordination Polymerization) 齐格勒（Karl Ziegler）， 德国人。 纳塔（Giulio Natta），意大利人。 196070年代，

10、高性能化，特种高分子合成 高强度、高模量、耐高温等。,功能、复合高分子材料快速发展 1980 功能高分子： 导体和半导体高分子、 磁性高分子、光敏高 分子、生物医用高分子、液晶高分子、高分子 催化剂 高分子合金： 不同的高分子混合。 复合高分子材料： 与玻璃纤维、碳纤维等复合，如玻璃钢等。,高分子材料发展历程,31,脂肪族聚酯,Company Logo,33,Company Logo,34,2020/9/,Company Logo,35,Company Logo,36,With her beautiful leg 横扫天下的贝蒂.格拉宝Betty Grable,Company Logo,37,

11、高分子科学领域 Nobel 奖获得者：,H. Staudinger,for his discoveries in the field of macromolecular chemistry,突破有机化学的传统观念，首先提出了高分子的概念，以大量先驱性工作为高分子化学奠基开创了高分子学科。,1953年，化学奖,Karl Ziegler Giulio Natta (德国) (意大利),for their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers,1953年， Ziegler： Ziegler催

12、化剂，低压聚乙烯合成方法；,1954年， Natta：改进Ziegler催化剂，提出有规立构聚丙烯的概念。,1963年，化学奖,1974年，化学奖,for his fundamental achievements, both theoretical and experimental, in the physical chemistry of the macromolecules,利用等活性假设及直接的统计方法，他计算了高分子分子量分布，即最可几分布，并利用动力学实验证实了等活性假设； 引入链转移概念，将聚合物统计理论用于非线性分子，产生了凝胶理论； Flory-Huggins格子理论； 194

13、8年作出了最重要的贡献，即提出“排除体积”理论和温度概念； 著作“Principles of polymer chemistry” （1953）是高分子学科中的Bible。,1991 物理奖 对液晶和高分子物质有序现象提出了标度理论 从临界现象认识分子，在物理-化学之间架设了桥梁 提出“软物质”概念,“for discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalized to more complex forms of matter, in particu

14、lar to liquid crystals and polymers ”,Pierre-Gilles de Gennes,2000年 化学奖,Hideki Shirakawa , Alan J. Heeger Alan G. MacDiarmid,for the discovery and development of conductive polymers,l唐敖庆于1951年，发表了首篇高分子科学论文。 l王佛松，沈之荃于长春应化所1950年开始合成橡胶工作。 l 冯新德50年代在北京大学开设高分子化学专业。 l 何炳林50年代中期在南开大学开展了离子交换树脂的研究。 l 钱人元于1952年在应化所建立了高分子物理研究组，开展了高分子溶液性质研究。 l 钱保功50年代初在应化所开始了高聚物粘弹性和辐射化学的研究。 l 徐僖50年初成都工学院（四川大学）开创了塑料工程专业。 l 王葆仁1952年上海有机所建立了PMMA、PA6研究组,我国高分子科学与工程的发展,高分子领域的