高分子材料基礎(chǔ)第一二章演示文稿

高分子材料基礎(chǔ)第一二章演示文稿當(dāng)前第1頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)（優(yōu)選）高分子材料基礎(chǔ)第一二章當(dāng)前第2頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章3建議復(fù)印《高分子材料基礎(chǔ)》資料《高分子材料基礎(chǔ)》張留成瞿雄偉丁會(huì)利編著化學(xué)工業(yè)出版社教材出版中心第一章材料科學(xué)概述第二章高分子材料的制備反應(yīng)§2.1高分子與高分子材料（復(fù)印P26-30）第三章高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能§3.1聚合物結(jié)構(gòu)（復(fù)印P94-110）第四章通用高分子材料§4.1塑料（復(fù)印P160-186）高分子材料流變學(xué)（借用）吳其曄巫靜安高等教育出版社當(dāng)前第3頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章4建議復(fù)印《流變學(xué)》資料《高分子材料流變學(xué)》吳其曄巫靜安編高等教育出版社第一章：緒論（P1-14）第二章基本物理量和高分子液體的基本流變性質(zhì)（P36-65）[備注：第二章可以只復(fù)?。≒36-39）或（P36-65）]4.非牛頓流體的分類（P36-39）5.關(guān)于剪切粘度的深入討論第五章輸送過程的基本方程及基本流動(dòng)形式（P158-172）第七章高分子材料典型加工過程的流變分析2.擠出過程（P222-232）第八章注塑成型過程及注塑模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的流變學(xué)問題1．注塑成型過程的流變分析（P255-262）第九章高分子熔體流動(dòng)不穩(wěn)定性及滑壁現(xiàn)象1.擠出成型過程中的熔體破裂行為（P286-292）當(dāng)前第4頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章5第一章材料科學(xué)概論

1.1材料與材料科學(xué)1.2材料結(jié)構(gòu)簡述當(dāng)前第5頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章61.1材料與材料科學(xué)1.1.1

材料及材料化過程(材料工藝過程)材料——具有滿足指定工作條件下使用要求的形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)稱為材料。材料總是和一定的用場相聯(lián)系。材料可由一種物質(zhì)或若干種物質(zhì)構(gòu)成。同一種物質(zhì)，由于制備方法或加工方法的不同，可成為用場各異的不同類型的材料。例如：聚丙烯——聚合反應(yīng)聚丙烯塑料

——紡絲加工腈綸（聚酯纖維——滌綸，聚酰胺纖維——錦綸）材料是物質(zhì)，但不是所有的物質(zhì)都是材料，如燃料、化學(xué)原料、工業(yè)化學(xué)品、食品和藥品，一般都不算材料，金屬、陶瓷、聚合物、玻璃、木材、石頭、半導(dǎo)體等都是材料。由化學(xué)物質(zhì)或原料轉(zhuǎn)變成適應(yīng)于一定用場的材料，其轉(zhuǎn)變過程稱為材料化過程或材料工藝過程。當(dāng)前第6頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章71.1.2材料的類別材料分類化學(xué)組成分類狀態(tài)分類作用分類金屬材料無機(jī)材料有機(jī)材料氣態(tài)液態(tài)固態(tài)單晶材料多晶材料非晶材料復(fù)合材料使用領(lǐng)域結(jié)構(gòu)材料功能材料建筑材料耐火材料研磨材料電子材料耐蝕材料醫(yī)用材料黑色金屬有色金屬當(dāng)前第7頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章8金屬材料黑色金屬——主要以鐵—碳為基的合金，包括碳鋼、合金鋼、不銹鋼、

鑄鐵。鋼的性能主要由滲碳體的數(shù)量、尺寸、形狀及分布決定的。有色金屬——除鐵之外的純金屬或以其為基的合金。

如鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金等無機(jī)材料——是由無機(jī)化合物構(gòu)成的材料，其中包括如鍺、硅、碳之類的單質(zhì)所構(gòu)成的料。有機(jī)材料（高分子材料）——是由脂肪族和芳香族的C—C共價(jià)鍵為基本結(jié)構(gòu)的高分子構(gòu)成的，也

稱為有機(jī)材料。高分子材料可分為天然有機(jī)材料和人工合成有機(jī)材料。

復(fù)合材料——是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)，用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ńM合起

來，而得到的具有復(fù)合效應(yīng)的多相固體材料稱之為復(fù)合材料。復(fù)合效應(yīng)——是指通過復(fù)合所得的產(chǎn)物性能優(yōu)于組成它的材料或具有新的性能特點(diǎn)。如玻璃纖維增強(qiáng)塑料、鋼筋混凝土等。

根據(jù)構(gòu)成原料在復(fù)合材料中的形態(tài)，可分成基體材料和分散材料。1.1.2材料的類別當(dāng)前第8頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章91.1.3材料科學(xué)的范疇及任務(wù)材料科學(xué)是一門以材料為研究對象，介于基礎(chǔ)科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)之間的應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)。其研究內(nèi)容：1、從化學(xué)的角度出發(fā)，研究材料的化學(xué)組成、鍵性、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系規(guī)律；2、從物理學(xué)角度出發(fā)，闡述材料的組成原子、分子及其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與各種物性之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上為材料的合成、加工工藝及應(yīng)用提出科學(xué)依據(jù)。當(dāng)前第9頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章10

非晶體結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)原子排列無序排列短程有序而長程無序長程有序材料一般以固體狀態(tài)使用。按固體中原子排列的有序程度，固體有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、結(jié)晶態(tài)結(jié)構(gòu)。非晶態(tài)結(jié)構(gòu)：原子排列近程有序而長程無序的結(jié)構(gòu)。晶態(tài)結(jié)構(gòu)：原子在三維空間呈周期性的無限有序排列結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第10頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章11當(dāng)前第11頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章12當(dāng)前第12頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章13晶體結(jié)構(gòu)與非晶體結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)相關(guān)性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)非晶體結(jié)構(gòu)（無定型結(jié)構(gòu)）（玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)）構(gòu)成物質(zhì)的微粒（離子、原子、分子）排列有規(guī)則不規(guī)則排列熔點(diǎn)有固定熔點(diǎn)無固定熔點(diǎn)某些物理性能各向異性各向同性（塑性變形較大，導(dǎo)熱率和熱膨脹性較小）當(dāng)前第13頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章141.3材料性能的材料的性能特征性能功能物性熱學(xué)性能力學(xué)性能電學(xué)性能磁學(xué)性能光學(xué)性能化學(xué)性能熱-電轉(zhuǎn)換性能光-熱轉(zhuǎn)換性能光-電轉(zhuǎn)換性能力-電轉(zhuǎn)換性能磁-光轉(zhuǎn)換性能電-光轉(zhuǎn)換性能聲-光轉(zhuǎn)換性能當(dāng)前第14頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料工藝過程材料的制備工藝過程材料加工工藝過程注射工藝擠出工藝壓縮成型聚合工藝縮聚工藝吹塑成型壓延加工紡絲工藝高分子材料基礎(chǔ)第一、二章151.4材料工藝及其與結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系當(dāng)前第15頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章16第2章高分子材料的制備反應(yīng)2.1高分子與高分子材料2.1.1基本概念2.1.2命名2.1.3分類2.1.4高分子材料的組成和成型加工2.1.5聚合反映2.2連鎖聚合反應(yīng)當(dāng)前第16頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章172.1.1基本概念高分子化合物常簡稱高分子，是由成百上千個(gè)原子組成的大分子構(gòu)成的。大分子是由一種或多種小分子通過主價(jià)鍵一個(gè)接一個(gè)地連接而成的鏈狀或網(wǎng)狀分子。一般分子量在10000以上者常稱為高分子化合物（亦稱聚合物）。例聚氯乙烯大分子是由氯乙烯結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成的

…—CH2—CH—CH2—CH—CH2

—CH—…∣∣∣ClClCl為方便起見，可縮寫成

--(-CH2—CH--)n--∣Cl—CH2—CH—

是結(jié)構(gòu)單元，也是重復(fù)結(jié)構(gòu)單元（簡稱重復(fù)單元）亦鏈節(jié)。

∣

Cl形成結(jié)構(gòu)單元的分子稱作單體，n表示重復(fù)單元數(shù)，又稱聚合度，它是衡量分子量大小的一個(gè)指標(biāo)。當(dāng)前第17頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章18高聚物的基本特性1.相對分子量很大，一般在一萬以上甚至更高。2.合成高聚物的化學(xué)組成比較簡單，分子結(jié)構(gòu)有規(guī)律性。3.合成聚合物的分子形態(tài)是多種多樣的。4.一般高分子化合物實(shí)際上是由相對分子質(zhì)量大小不等的同系物組成的混合物，其相對分子質(zhì)量只具有統(tǒng)計(jì)平均的意義。5.由于高分子化合物相對分子質(zhì)量很大，因而具有與低分子同系物完全不同的物理性能。當(dāng)前第18頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章19聚合物高分子化合物一般又稱聚合物，包括高聚物和低聚物。高聚物——它是由大分子構(gòu)成，構(gòu)成大分子的重復(fù)單元很多，增減幾個(gè)單元并不影響其物理性能，一般稱此種聚合物為高聚物。低聚物——構(gòu)成大分子的結(jié)構(gòu)單元較少，增減幾個(gè)單元對聚合物的物理性能有明顯的影響，則成為低聚物。均聚物——由一種單體聚合而成的聚合物稱均聚物。如聚乙烯、聚氯乙烯等；共聚物——由兩種或兩種以上單體共聚而成的聚合物稱共聚物。如聚丙烯有均聚PP和共聚PP，共聚PP由丙烯單體加入少量PE單體共聚而成，具有較高的抗沖擊強(qiáng)度。

例如：氯乙烯+醋酸乙烯共聚氯乙烯-醋酸乙烯共聚物

--(-CH2

—CH—CH2

—CH--)n--∣∣ClOCOCH3當(dāng)前第19頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章202.1.2命名化學(xué)名稱:根據(jù)大分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)而確定的名稱。1、以單體或假想單體名稱為基礎(chǔ)，前面冠以“聚”字，就成為聚合物的名稱如：聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯2、重要的雜鏈聚合物，通常采用化學(xué)分類名稱，它是以該材料中所有品種所共有的特征化學(xué)單元為基礎(chǔ)的。如:苯酚和甲醛——的反應(yīng)產(chǎn)物稱為——酚醛樹脂3、合成橡膠一般是共聚物，常從共聚單體中各取一字，后附“橡膠”，如：丁二烯、苯乙烯共聚丁苯橡膠；乙烯、丙烯共聚乙丙橡膠聚合物的三組獨(dú)立名稱化學(xué)名稱保護(hù)商品名稱專利商標(biāo)名稱習(xí)慣名稱當(dāng)前第20頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章212.1.2命名商品名稱（專利名稱）——是由材料制造商命名的，突出所指的是商品或品種，一般是按商號(hào)章程設(shè)計(jì)。習(xí)慣名稱——是人們沿用已久的習(xí)慣叫法。如：聚酰胺類——稱：尼龍聚對苯二甲酸乙二醇酯——稱：滌綸聚合物縮寫聚合物縮寫聚合物縮寫丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS聚氯乙烯PVC聚丙烯PP聚酰胺PA聚乙烯PE聚苯乙烯PS當(dāng)前第21頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章222.1.3分類2.1.3.1按大分子鏈結(jié)構(gòu)分類碳鏈聚合物：是指大分子鏈完全由碳原子組成。例：聚乙烯━CH2━CH2━聚丙烯━CH2━CH━│CH3雜鏈聚合物：是指大分子鏈中除碳原子外，還有氧、氮、硫等雜質(zhì)。例：

聚甲醛━

O━CH2━尼龍6━NH━(CH2)5━CO━元素有機(jī)聚合物：是指大分子主鏈中沒有碳原子，主要由硅、硼、鋁、氧、氮、硫、磷等原子組成，但側(cè)基卻由有機(jī)團(tuán)如甲基、乙基、芳基等組成。CH3│例：硅橡膠━

O━Si━│CH3當(dāng)前第22頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章232．1．3．2按性能和用途分類根據(jù)以聚合物為基礎(chǔ)組分的高分子材料的性能和用途分類：可分為橡膠、纖維、塑料:產(chǎn)量最大，與國民經(jīng)濟(jì)、人民生活關(guān)系密切故稱為“三大合成材料”黏合劑:是指具有良好的粘合性能，可將兩種相同或不相同的物體粘接在一起的連接材料涂料:是涂布于物體表面能結(jié)成堅(jiān)韌保護(hù)膜的涂裝材料功能高分子:是指在高分子主鏈和側(cè)枝上帶有反應(yīng)性功能基團(tuán)，并具有可逆或不可逆的物理功能或化學(xué)活性的一類高分子

當(dāng)前第23頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章24聚合物的分類分類原則類型特征或舉例按聚合物來源天然高聚物如天然膠、纖維等人造及合成高聚物如聚乙烯、聚酰胺等按聚合反應(yīng)的類型加聚高聚物如聚烯烴等縮聚高聚物如酚醛、環(huán)氧等高聚物按聚合物的工藝性塑料有固定形狀、熱穩(wěn)定性與機(jī)械強(qiáng)度橡膠具有高彈性、可作彈性及密封材料纖維單絲強(qiáng)度高、多用作紡織材料涂料涂布于物體表面，可形成堅(jiān)固的防護(hù)膜膠粘劑能將兩種材料粘接在一起，形成很牢固的物質(zhì)按高分子的幾何結(jié)構(gòu)線性高聚物高分子為線型或支鏈型結(jié)構(gòu)體形高聚物高分子為網(wǎng)狀或體型結(jié)構(gòu)按高聚物的熱行為熱塑性高聚物線型（或支鏈）分子結(jié)構(gòu)，可熔可溶熱固性高聚物體型（或網(wǎng)狀）分子結(jié)構(gòu)，不熔不溶按高聚物的主鏈結(jié)構(gòu)碳鏈高聚物—C—C—C—C—C—C—雜鏈高聚物—C—C—O—C--;--C—C—N—元素有機(jī)高聚物--O—Si—O—Si—O--當(dāng)前第24頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章252.1.5聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)——由低分子單體合成的反應(yīng)稱為聚合反應(yīng)。1．根據(jù)聚合物和單體元素組成和結(jié)構(gòu)的變化可將聚合反分為：加聚反應(yīng)——單體加成而聚合起來的反應(yīng)。加聚反應(yīng)生成的聚合物稱為加聚物。其分子量是單體分子量與聚合度的乘積。

如氯乙烯聚合成聚氯乙烯的反應(yīng)：nCH2═CH—(CH2—CH—)n

∣∣ClCl縮聚反應(yīng)——在聚合反應(yīng)過程中，除形成聚合物外，同時(shí)還有低分子副產(chǎn)物形成，則此種反應(yīng)稱為縮聚反應(yīng)，其產(chǎn)物稱為縮聚物。己二胺與己二酸縮聚反應(yīng)得聚酰胺-66,表示為:nH2N-(-CH2-)6-NH2+nHOOC-(-CH2-)4-COOHH-[-NH-(-CH2-)6-NH-CO-(-CH2-)4-CO-]n-OH+(2n-1)H2O2.按反應(yīng)機(jī)理分類聚合反應(yīng)可分為：連鎖聚合反應(yīng)逐步聚合反應(yīng)縮聚反應(yīng)逐步加聚反應(yīng)當(dāng)前第25頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章262.2連鎖聚合反應(yīng)連鎖聚合反應(yīng)——

（也稱鏈?zhǔn)骄酆戏磻?yīng)）其特征是整個(gè)反應(yīng)過程可劃分成相繼的幾步基本反應(yīng).如鏈引發(fā)、鏈增長、鏈終止等.如烯類單體的加聚反應(yīng)大部分屬于連鎖聚合反應(yīng)，總反應(yīng)式可表示為：

nM－[－M－]n－若以R*表示活性中心，M表示單體，則連鎖聚合反應(yīng)可表示為；鏈引發(fā)R*+MRM*

鏈增長RM*+MRM2*MRM3*

…

鏈終止RMx*+RMy*RMx+yR偶合終止或RMx+RMy

歧化終止當(dāng)前第26頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章272.2連鎖聚合反應(yīng)化合物的價(jià)鍵斷裂方式：均裂——即構(gòu)成共價(jià)鍵的一對電子折成兩個(gè)帶一個(gè)電子的基團(tuán)，這種帶獨(dú)電子的基團(tuán)稱為自由基或游離基。

R:R2R*異裂——構(gòu)成價(jià)鍵的電子對歸屬于某一基團(tuán)，形成負(fù)離子（陰離子），另一基團(tuán)成為正離子（陽離子）。

R1:R2R1++R2-自由基、陽離子、陰離子的活性足夠高，就可打開烯類單體的π鍵，引發(fā)相應(yīng)的連鎖聚合反應(yīng)。當(dāng)前第27頁\共有28頁\編于星期一\17點(diǎn)高分子材料基礎(chǔ)第一、二章28﹏﹏CH2CH*+*CHCH2CH2CH2+

CH

＝CH﹏﹏∣∣∣∣XXXX﹏﹏CH2CH*+*CHCH2