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第三章 高分子材料概述,聚合物的热机械曲线,结晶聚合物的热机械曲线,1分子量较低，TmTf；2分子量较高，TmTf；,常见聚合物的玻璃化温度,各类材料定义,塑料 plastics：以聚合物为主要成分，在一定条件下（温度、压力）可塑成一定形状，并且在常温下保持其形状不变的材料。 橡胶 rubber， elastomer：在很宽的温度范围内（-50150）具有优异弹性的高分子材料。 纤维 fiber：长度比其直径大很多倍，并具有一定柔韧性的纤细物质。 胶粘剂、粘合剂 adhesives：具有良好粘接能力的物质，可把各种材料紧密结合在一起。 涂料 coatings（漆 paint）：涂布在物体表面而形成具有保护和装饰作用膜层的材料。,各类材料的性能比较,*分子内聚能-cohesive energy：1 mol 分子聚集在一起的总能量 （相当于使同样数量分离的总能量）。,内聚能密度：单位体积的内聚能。（J/cm3） 聚乙烯/259；聚异丁烯/272；聚异戊二烯/280；聚苯乙烯/ 390；PMMA/347；PVAc/368；聚氯乙烯/380；PET/477； 尼龙-66/773；聚丙烯腈/991,塑料,塑料 plastics：以聚合物为主要成分，在一定条件下（温度、压力）可塑成一定形状，并且在常温下保持其形状不变的材料。,热塑性塑料：可重复受热塑化、冷却硬化。 热固性塑料：交联聚合物，受热后不再回到可塑状态。 通用塑料：产量大、价格低、力学性能一般，主要作为非结构 材料使用，如：PP、PE、PVC、PSt等。 工程塑料：产量小、价格高、力学性能优异、耐热、耐磨、尺 寸稳定，主要作为结构材料使用，如：PA、PC、POM 等。 塑料的主要优点：质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、易成型加工。 塑料的主要缺点：力学性能较金属差、表面硬度低、多数易 燃、耐热性差。,塑料的组分,填料及增强剂提高塑料制品的强度与刚性 玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、石墨纤维、硼纤维； 碳酸钙、硅石、云母、滑石、陶土、石棉、碳黑等。 增塑剂提高塑料制品的柔软性、改善熔体流动性 通常为与聚合物有良好混溶性的低分子油状物，降 低大分子链间作用力。 如PVC用的DOP、DBP。 稳定剂防止塑料老化 抗氧剂、热稳定剂、紫外线吸收剂、光屏蔽剂等。 润滑剂防止塑料加工时粘模 硬脂酸及其盐类等。 抗静电剂通过降低电阻来减少摩擦电荷 一般为与水有良好亲和性的化合物。 阻燃剂、着色剂、发泡剂、偶联剂、固化剂等。,塑料的成型加工方法挤出成型extrusion,单螺杆挤出机 基本结构,等距渐变式 单螺杆,塑料的成型加工方法注射成型injection,移动螺杆式注射机 1料斗；2加热圈；3螺杆；4喷嘴,塑料的成型加工方法压延成型calendering,四辊压延机示意图,塑料的成型加工方法,模压成型 吹塑成型 滚塑成型： 固相成型二次加工，切削、钻、割、刨、钉,通用热塑性塑料,聚烯烃塑料（Polyolefin）： 聚乙烯（PE）、交联聚乙烯、氯化聚乙烯、 乙烯-丙烯酸乙酯共聚物（EEA）、 乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（EVA） 聚丙烯（PP/等规、间规） 聚苯乙烯（PS） ABS、AAS、ACS、MBS、AS、BS etc 聚氯乙烯（PVC） 聚偏氯乙烯（PVDC） 聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB） 丙烯酸塑料（Acrylics)： 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA） 纤维素塑料（Cellulose）： 硝酸纤维素（CN） 醋酸纤维素（CA）,工程塑料,聚酰胺（polyamide）/ 尼龙（nylon）： nylon-6、 nylon-11、 nylon-12、nylon-66、 nylon-610、 nylon-612、 nylon-1010、 nylon-1212 Nomex： Kevlar： 聚碳酸酯（PC）： 聚甲醛（POM）： 聚苯醚（PPO）：,工程塑料,热塑性聚酯（polyester）： PET, x = 2 PBT, x = 4 聚酰亚胺（PI）：,聚酰胺酸 聚酰亚胺,工程塑料,可熔性 聚酰亚胺,氟塑料： PTFE、PVDF、PCTFE、PVF etc 聚砜（PSF，polysulfone）,工程塑料,聚苯硫醚 聚芳酯,热固性塑料,酚醛树脂 氨基树脂 呋喃树脂 环氧树脂 不饱和聚酯树脂 有机硅树脂,橡胶 rubber， elastomer：在很宽的温度范围内 （-50150）具有优异弹性的高分子材料。,高分子材料概述橡胶,橡胶的分类： 天然橡胶 合成橡胶： 丁苯橡胶 丁二烯、苯乙烯 顺丁橡胶 丁二烯 氯丁橡胶 氯丁二烯 丁基橡胶 异丁烯、异戊二烯 乙丙橡胶 乙烯、丙烯、异戊二烯 丁腈橡胶 丁二烯、丙烯腈 硅橡胶 有机硅氧烷 聚氨酯橡胶 二异氰酸酯 氟橡胶 含氟单体,通用橡胶,特种橡胶,轮胎 胶带 胶管 胶鞋 橡胶工业制品： 胶辊、胶布、胶板、 密封圈、衬套等,橡胶制品的分类：,橡胶制品的原材料,生胶、再生胶 配合剂： 硫化剂 硫化促进剂 硫化活性剂 防焦剂 防老剂 补强剂、填充剂 软化剂、着色剂、溶剂、 发泡剂、隔离剂等。 骨架材料（纤维、金属材料） 纺织纤维、钢丝、玻璃纤维 帘子布、帆布、线绳、针织品 钢丝、钢丝帘子布,橡胶制品的配方,纯胶配方,性能配方,生产配方,橡胶加工工艺流程,原材料,生胶,配合剂,纤维材料,金属材料,烘胶、切胶,塑炼,粉碎、筛选,溶化、过滤,配料,混炼,干燥、浸胶、浸胶后烘干,表面处理,压延,裁剪,成型,硫化,修整,成品检查,压出,塑炼使生胶由弹性状态变为可塑状态 目的：使胶料具有一定可塑性、流动性，以利于后 续工序。如：混炼时配合剂易于均匀分散、 压延时胶料易于渗入纤维织物等。 机理：橡胶大分子链的断裂、平均分子量降低。 方法：机械塑炼开炼机、密炼机、螺杆塑炼机 化学塑炼添加增塑剂 混炼将配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶 目的：得到符合性能要求的混炼胶。 方法：机械混炼开炼机、密炼机、螺杆塑炼机 压延使物料受到延展 压片、压型、贴胶、擦胶、贴合。,橡胶加工工艺,橡胶加工工艺,v1,v2,v3,v1,v2,v3,胶布,胶布,纺织物,纺织物,V2 = V3 V1,V2 V1 = V3,胶料,胶料,贴 胶,擦 胶,橡胶加工工艺,压出在压出机机筒和螺杆间的挤压下，使胶料连续通 过一定形状的口型，制成各种复杂断面半成品。 成型把构成制品的各部件，通过粘贴、压合等方法组 合成一定形状的最终制品。 硫化使橡胶大分子由线型结构转变为网状结构 目的：消除永久变形、提高力学性能。 方法：硫化罐、平板硫化机、个体硫化机、注压等 条件：温度、压力,硫化时间,机械性能,拉伸强度,定伸强度,弹性,伸长率,硬度,永久变形,诱导,预硫化,正硫化,过硫化,定伸强度,硫化时间,热塑弹性体 thermoelastomer,热塑弹性体在高温下能塑化、常温下能显示橡胶弹性 结构特征： 以物理形式交联 软、硬段的结合 微相分离结构 聚烯烃类： 乙丙橡胶与聚丙烯 或聚乙烯共混物（TPR） 苯乙烯类： 苯乙烯与二烯烃的嵌段共聚物（SBS、SIS） 聚酯型： 聚氨酯型：,高分子材料概述纤维,化学纤维,人造纤维,合成纤维,再生蛋白质纤维 再生纤维素纤维：粘胶纤维、铜氨纤维 纤维素酯纤维：二醋酯纤维、三醋酯纤维,聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚氨酯弹性纤维 其它：聚脲、聚甲醛、聚酰亚胺 聚酰胺-酰肼、聚苯并咪唑等。,聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇缩醛纤维、 聚氯乙烯纤维、聚烯烃纤维、含氟纤维等,杂链纤维,碳链纤维,天然纤维,棉花、羊毛、蚕丝、麻,纤维加工方法,纤维后加工,纺丝液的制备,纺丝,熔融纺丝,直接纺丝,切片纺丝,聚合物熔体,聚合物切片,熔融,熔融纺丝 1-料斗；2螺杆挤出机；3纺丝甬道； 4导丝器；5卷丝筒；6空气入口,纤维加工方法,溶液纺丝,湿法纺丝,干法纺丝,液体凝固,气相凝固,干湿法纺丝、液晶纺丝、冻胶纺丝、相分离 法纺丝、乳液纺丝、悬浮液纺丝、反应纺丝,湿法纺丝 1-纺丝泵；2烛形过滤器；3鹅颈管； 4喷丝头；5凝固浴；6导杆；7导丝辊,纤维加工方法,纤维后加工 短丝后加工：集束、牵伸、水洗、上油、 干燥、热定型、卷曲、切断、打包等。 长丝后加工：拉伸、加捻、复捻、热定 型、络丝、分级、包装等。,胶粘剂、粘合剂 adhesives：具有良好粘接能力 的物质，可把各种材料紧密结合在一起。,高分子材料概述胶粘剂,结构型胶粘剂 胶接强度高，用于胶接结构件,非结构型胶粘剂 胶接强度较低，用于胶接非结构件,次结构型胶粘剂 介于结构型与非结构型胶粘剂之间,按胶接强度划分,胶粘剂 胶粘剂类型,按组成划分,有机胶粘剂,无机胶粘剂,天然,动物胶：鱼胶、骨胶、虫胶 植物胶：淀粉、松香、阿拉伯树胶,合成,热塑性树脂胶：PVAc、PA、聚丙烯酸酯 热固性树脂胶：环氧树脂、酚醛树脂 橡胶型胶粘剂：氯丁胶、丁腈胶 混合型胶粘剂：环氧-酚醛、酚醛-丁腈,磷酸盐型 硅酸盐型 硼酸盐型 玻璃、陶瓷,按固化类型划分,化学反应型,热塑性树脂溶液型,热熔型,胶粘剂 胶粘剂组成,粘料聚合物、增塑剂、增韧剂、固化剂 填料、溶剂、稀释剂、稳定剂、偶联剂、色料,厌氧胶： 隔绝空气时保持液态； 遇空气固化，起粘接或密封作用 压敏胶： 常温下具有良好粘附性 热熔胶： 聚合物加热熔融（适宜温度） 冷却固化而粘接,高分子材料概述涂料,涂料 coatings（漆 paint）：涂布在物体表面 而形成具有保护和装饰作用膜层的材料。,涂料组成： 成膜物质平均分子量较低的聚合物 颜料装饰与保护 填充剂增量、改进流动、提高性能、降低成本 溶剂易挥发液体（甲苯、二甲苯、乙酸乙酯） 增塑剂提高柔性（氯化石蜡、DBP、DOP） 催干剂促进聚合或交联的催化剂 增稠剂提高涂料粘度（纤维素醚、粘土、SiO2） 稀释剂降低涂料粘度（乙醇、丙酮） 其它杀菌剂、颜料分散剂、阻聚剂、防结皮剂,清漆加有树脂的清油（原于干性植物油） 厚漆清油加颜料、填充剂 调和漆厚漆加清油 色漆清漆加颜料（又称瓷漆） 腻子、底漆、面漆、罩光漆施工层次 溶剂型、水溶型、水乳型稀释介质 防锈、绝缘、耐高温、地板漆用途 喷漆、烘漆、电泳漆施工方法 油基树脂漆、合成树脂类漆成膜物质,涂 料 涂料类型,油基树脂漆： 油脂类漆基于植物油、或植物油加天然树脂、或 植物油加改性酚醛树脂的涂料。 大漆天然漆（土漆、笨漆、生漆），水乳胶漆； 含有50-80%漆酚（成膜物质）、1%漆酶（催干剂）、 20-40%水分、3-9%树脂质、1-5%油分。 沥青漆以沥青为基料，加有植物油、树脂、催干 剂、颜料、填料等。,涂 料 涂料类型,合成树脂漆： 醇酸树脂漆 氨基树脂漆 环氧树脂漆 聚氨酯漆 纤维素漆 丙烯酸酯漆 水性树脂涂料： 水溶性树脂涂料 乳胶涂料 粉末涂料： 固体粉末状涂料，采用喷涂、静电喷涂施工，再经 加热熔化成膜（PE、PVC、PPS、PA等）。,涂 料 涂料类型,高分子材料概述功能高分子材料,功能高分子 Functional Polymer：具有除力学性 能外的其它特殊功能的高分子材料。,离子交换树脂、离子交换纤维、 螯合树脂、高吸水树脂； 高分子分离膜材料； 高分子催化剂； 感光性高分子； 生物医用高分子； 导电高分子； 磁性高分子； 等。,智能高分子,智能材料（Intelligent Materials）：同时具有感知功能即信号感受功能（传感器功能），自己判断并自己作出结论的功能（情报信息处理功能）的材料。三要素：感知、信息处理和执行功能 1、药物控制释放 2、智能凝胶（pH响应凝胶、温敏性凝胶和电场响应凝胶） 3、其它（形状记忆聚合物、聚合物电流变体、聚合物电致变色材料和光活性聚合物材料）,形状记忆聚合物,形状记忆聚合物（SMP）：聚乙烯在高能辐射线作用下能产生辐射交联反应，辐射交联聚乙烯当温度超过熔点达到高弹性态区域，施加外力随意改变其外形，降温冷却固定形状后，一旦再加热升温至熔点以上时，它又恢复到原来的形状，这就是形状记忆聚合物。主要品种：聚降冰片烯，反式聚异戊二烯（TPI）、苯乙烯丁二烯共聚物以及聚氨酯（PU）,高分子膜材料,纤维素衍生物类、聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚砜类、聚烯烃类、硅橡胶类、含氟聚合物类、聚酯类、甲壳素类、其它,合成高分子医用生物材料,硅橡胶 聚乳酸及其共聚物 聚酸酐 聚对二氧六环酮 高分子药物,超强吸水高分子材料,超强吸水高分子材料又称高吸水聚合物、高吸水树脂、超强吸水剂，简称SAP。按原料来源分3大系列：（1）淀粉系；（2）纤维素系；（3）合成聚合物系。超强吸水高分子主链骨架可以是淀粉、纤维素或合成树脂，在其主链或接枝侧链上含有亲水性基团如羟基、酰胺基、羧基等，进而形成一个具有主链、支链和低交联度的三维网状结构。,一、解释名词、概念 1、环氧值 2、热熔胶 3、502胶 4、清漆 5、醇酸树脂漆 6、粉末涂料 7、感光高分子 8、功能高分子 9、高分子催化剂 10、活性聚合 11、立构规整性聚合 12、大分子引发剂 13、开环易位聚合 14、等离子体聚合 15、模板聚合 16、乳液聚合 17、大分子单体 18、逐步聚合 19、连锁聚合 20、定向聚合 二、简答题 1、简述LDPE、HDPE、LLDPE的合成方法。 2、简述ABS树脂的制备方法。 3、简述碱催化的酚醛树脂与酸催化的酚醛树脂在原料配 比、合成工艺、预聚体结构及固化方式方面的不同。 4、简述PVC、POM、PET以及丁基橡胶的最主要合成方 法（包括单体、催化剂、引发剂、分子量或结构控制等）。,练习题,5、可生物降解的高