第一章绪论(高分子材料)

1、 塑料塑料 橡胶橡胶 纤维纤维 涂料涂料 黏合剂黏合剂 聚合物基复合材料聚合物基复合材料 聚合物合金聚合物合金 功能高分子材料功能高分子材料 挤出成型挤出成型 注射成型注射成型 吹塑成型吹塑成型 压制成型压制成型 材料是一个国家科学技术水平、经济发展水平和人民生活水平的重要标志，也是一个时代的重要标志。人类社会的发展史事实上也是一部材料的发展史，材料与人类的发展和进步息息相关，材料的每一次重大发现及其大量制造和使用，推动人类社会向更新更高的阶段发展。 几百万年来，人类已经跨越了石器时代，青铜器时代，铁器时代，以水泥、玻璃、塑料、橡胶为代表的非金属时代，21世纪将以复合材料和功能材料为特色。材料

2、的涵义 使用性能使用性能（物理）合成合成/加工加工 （工程） 性质性质（化学） 结构结构/成分成分 （物理）在上图中： 材料的性质与现象是新材料创造、发展及生产过程中人们 最关注的中心问题。 材料的结构与成分决定了它的性质和使用性能，也影响着 它的加工性能。而为了实现某种性质和使用性能，又提出 了材料结构与成分的可设计性。 材料的结构与成分受材料合成和加工所制约。 为完成某一特定的使用目而制造的材料，必须是最经济 的， 并符合社会的规范和具有可持续发展性。 作为材料，必须具备如下特点作为材料，必须具备如下特点： 一定的组成 可加工性 现状保持性 使用性能 经济性 再生性 从以上的分析可见，材料

3、与物质是两个不同的概念，材料总是和一定的用场相联系的。材料的分类高分子材料发展史大事记15世纪 美洲玛雅人用天然橡胶做容器，雨具等生活用品。1869 美国的海厄特(John Wesley Hyatt,1837-1920) 把硝 化纤维、樟脑和乙醇的混合物在高压下共热，制造 出了第一种人工合成塑料“赛璐珞”(cellulose)。1887 Count Hilairede Chardonnet用硝化纤维素的溶液进 行纺丝，制得了第一种人造丝。1909 美国人贝克兰(Leo Baekeland)用苯酚与甲醛反应制 造出第一种完全人工合成的塑料-酚醛树酯。1920 施陶丁格(Hermann Staud

4、inger)发表了“关于聚合反 应 “(UberPolymerization)的论文提出：高分子物质 是由具有相同化学结构的单体经过化学反应(聚合)， 通过化学 键连接在一起的大分子化合物，高分子或 聚合物一词即源于此。1926 瑞典化学家斯维德贝格等人设计出一种超离心机， 用它测量出蛋白质的分子量：证明高分子的分子量 的确是从几万到几百万。1926 美国化学家Waldo Semon合成了聚氯乙烯，并于 1927年 实现了工业化生产。1930 苯乙烯(PS)发明。1932 施陶丁格(Hermann Staudinger)总结了自己的大分子理 论，出版了划时代的巨著高分子有机化合物成为高分 子化

5、学作为一门新兴学科建立的标志。1935 杜邦公司基础化学研究所有机化学部的卡罗瑟斯(Wallace H. Carothers，1896-1937)合成出聚酰胺66，即尼龙。尼 龙在1938年实现工业化生产。1930 德国人用金属钠作为催化剂，用丁二烯合成出丁钠橡胶和 丁苯橡胶。1940 英国人温费尔德(T.R.Whinfield,1901-1966)合成出聚酯纤 维(PET)。1940Peter Debye发明了通过光散射测定高分 子物质分子量的方法。1948 Paul Flory建立了高分子长链结构的数学理论。 1950 德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio

6、Natta) 分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙烯 1955 美国人利用齐格勒-纳塔催化剂聚合异戊二烯，首次用化 学方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合成天然橡胶。创立高分子化学的施陶丁格 Hermann Staudinger 1881-1965施陶丁格的成长史施陶丁格的成长史1881年3月23日，海尔曼施陶丁格出生在德国的弗尔姆斯。他父亲是新康德派的哲学家。中学毕业后，他考入哈勒大学学习植物学。1903年，他完成了关于不饱和化合物丙二酸酯的毕业论文，从达姆大学毕业。接着又来到施特拉斯堡，拜著名的有机化学家梯尔为师继续深造。1907年，以他在实验中发现的高活性烯酮为题完成了博士论文，获得了

7、博士学位。同年他被聘为卡尔斯鲁厄工业大学的副教授。5年后他被楚利希联邦工业大学聘任为化学教授。在这里他执教了14年，这期间的教学和研究使他熟悉了化学，特别是有机化学的各个领域和一些新的理论，为他顺利开展科学研究奠定了扎实的基础。也在这期间，他投入了上述关于高分子组成、结构的学术论战。1926年，他为了有更充裕的时间，进行更多的实验来验证他的大分子理论，他应聘来到布莱斯高的符来堡专心从事科学研究。在符来堡他度过了他的后半生，许多重要的科研成果都是在这里完成的。为了配合高分子科学的发展，1947年起他主持编辑了高分子化学这一专业杂志。他晚年的兴趣主要在分子生物学的研究，由于年事已高，成果不多，但是

8、培养了许多高分子研究方面的人才，1965年9月8日，施陶丁格安然去世，享年84岁。 复复 合合 材材 料料基体材料基体材料:分散材料分散材料(增强材料）增强材料）:一种连续相的材料，把改善性能的增强相一种连续相的材料，把改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用材料固结成一体，并起传递应力的作用起承受应力和显示功能的作用起承受应力和显示功能的作用如：粒状，纤维，片状如：粒状，纤维，片状聚合物聚合物很高的比强度和比模量很高的比强度和比模量 比强度比强度: 按单位质量计算的材料的强度，其值等于材按单位质量计算的材料的强度，其值等于材料强度与其表面密度之比，是衡量材料轻质高强料强度与其表面密

9、度之比，是衡量材料轻质高强性能的重要指标性能的重要指标 比模量：材料的模量比模量：材料的模量与密度之比，是材料承载能力与密度之比，是材料承载能力的一个重要指标，比模量越大零件的刚性越大。的一个重要指标，比模量越大零件的刚性越大。 例：碳纤维例：碳纤维/环氧树脂复合材料比强度环氧树脂复合材料比强度钢的钢的5 倍，铝倍，铝合金的合金的4倍，钛合金的倍，钛合金的3.5倍；比模量是铜、铝、倍；比模量是铜、铝、钛的钛的4倍。倍。 高分子化合高分子化合物物均聚物均聚物共聚物共聚物共混物共混物无规共聚物无规共聚物交替共聚物交替共聚物嵌段共聚物嵌段共聚物接枝共聚物接枝共聚物物理混合物物理混合物化学混合物化学混

10、合物渐变混合物渐变混合物聚合物合金聚合物合金将原料在料筒中加热至流动状态，同将原料在料筒中加热至流动状态，同时通过螺杆向前推压至机头，通过不同形状和结时通过螺杆向前推压至机头，通过不同形状和结构的口模连续挤出，获得不同形状的型材，如管、构的口模连续挤出，获得不同形状的型材，如管、棒、带、丝、板等。棒、带、丝、板等。挤出成形的生产效率高，可自动化连续生产，一挤出成形的生产效率高，可自动化连续生产，一般适用于所有的般适用于所有的热塑性塑料热塑性塑料聚氯乙烯聚氯乙烯(PVC), 聚聚乙烯（乙烯（PE), 聚丙烯（聚丙烯（PP），聚苯乙烯（），聚苯乙烯（PS，聚，聚酰胺等酰胺等热塑性塑料和热塑性塑料和

11、某些热固性塑料某些热固性塑料（酚醛、脲（酚醛、脲醛等醛等) 加料段加料段：将料斗供给的物料送：将料斗供给的物料送往压缩段，物料一般保持固态往压缩段，物料一般保持固态或者部分熔融或者部分熔融压缩段（迁移段）压缩段（迁移段）：压实物料，：压实物料，使物料由固体转化为熔融体，使物料由固体转化为熔融体，并排除物料中的空气并排除物料中的空气均化段（计量段）均化段（计量段）：将熔融物：将熔融物料定量定压地送入机头，使其料定量定压地送入机头，使其在口模中成型。在口模中成型。控制系统控制系统挤出机组成挤出机组成 挤出系统、传动系统、加热冷却系统、机身、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割、定型装置、冷却装置、牵

12、引装置、切割装置、卷取装置装置、卷取装置辅机：辅机：挤出机：挤出机： 挤出系统、传动系统、加热冷却系统、机身挤出系统、传动系统、加热冷却系统、机身挤出成型设备挤出机干法干法：用加热塑化物料，塑化和加压加压在同：用加热塑化物料，塑化和加压加压在同一个设备内进行，其定型处理就是简单的冷却一个设备内进行，其定型处理就是简单的冷却湿法：湿法：用溶剂塑化（软化物料），塑化和加压用溶剂塑化（软化物料），塑化和加压必须分成两个独立的过程，定型是必须脱除溶必须分成两个独立的过程，定型是必须脱除溶剂，操作比较复杂。仅限于硝酸纤维和少数乙剂，操作比较复杂。仅限于硝酸纤维和少数乙酸纤维素的挤出酸纤维素的挤出连续连续

13、：螺杆挤出成型机：螺杆挤出成型机间歇间歇：柱塞式挤出成型机：柱塞式挤出成型机将塑料原将塑料原料在注射机料筒料在注射机料筒内加热熔化，通内加热熔化，通过推杆或螺杆向过推杆或螺杆向前推压至喷嘴，前推压至喷嘴，迅速注入封闭模迅速注入封闭模具内，冷却后即具内，冷却后即得塑料制品得塑料制品n 注射成型过程注射成型过程 加料加料 物料熔融物料熔融 注射注射 制品冷却制品冷却 脱模脱模 熔融态的塑料坯通过挤出机或注射熔融态的塑料坯通过挤出机或注射机挤出后，置于模具内，用压缩空气将此坯料机挤出后，置于模具内，用压缩空气将此坯料吹胀，使其紧贴模内壁成型而获得中空制品，吹胀，使其紧贴模内壁成型而获得中空制品，l

14、吹塑成型为塑料材料的二次成型，一般一次成型制得的吹塑成型为塑料材料的二次成型，一般一次成型制得的棒，板，片等通过二次加工再制成制品的方法，这种方法棒，板，片等通过二次加工再制成制品的方法，这种方法仅适用于热塑性塑料的成型仅适用于热塑性塑料的成型 吹塑成型还吹塑成型还可以用压缩空可以用压缩空气将型坯连续气将型坯连续吹胀成薄膜（塑吹胀成薄膜（塑料薄膜生产中最料薄膜生产中最常用的方法）。常用的方法）。常用的塑料有常用的塑料有：聚：聚乙烯，聚丙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙稀，热塑性聚氯乙稀，热塑性聚酯，聚酰胺，乙酸酯，聚酰胺，乙酸纤维素纤维素 特别适用于特别适用于形状复杂或带有复杂嵌件的制品，如电器零件

15、，形状复杂或带有复杂嵌件的制品，如电器零件，电话机件、收音机外壳等。电话机件、收音机外壳等。粉粒状、粉粒状、纤维状的纤维状的料料置于成型置于成型温度的型温度的型腔中腔中合模合模加压加压成型固化成型固化现代的模压成型的特点设备模具费用低设备模具费用低产品大多数一次成型，无需二次加工，制品的尺产品大多数一次成型，无需二次加工，制品的尺寸精度较高，表面质量好，变形小寸精度较高，表面质量好，变形小成型压力低成型压力低价格低廉等价格低廉等聚合物英缩写聚合物英缩写 、全名、全名 、中文名对照表、中文名对照表 英缩写英缩写 英全名英全名 中文名中文名 AAS Acrylonitrile-Bcry ate-s

16、tyrene opolymer 丙烯腈一丙烯酸脂一苯乙烯共丙烯腈一丙烯酸脂一苯乙烯共聚物聚物ABS Acrylonitrile-butadiene-styrene 丙烯腈一丁二烯丙烯一苯乙烯共聚物丙烯腈一丁二烯丙烯一苯乙烯共聚物 ALK Alkyd resin 醇酸树脂醇酸树脂 AMMA Acrylonitrile-methylmethacrylate copolymer 丙烯腈一甲基丙烯酸甲丙烯腈一甲基丙烯酸甲脂共聚物脂共聚物 AMS Alpha methyl styrene a甲基苯乙烯甲基苯乙烯 AS Acrylonitrile-styrene copolymer(see SAN) 丙烯

17、腈一苯乙烯共聚物丙烯腈一苯乙烯共聚物 ASA Acrylonitrile styrene-acrylate copolymer(AAS) 丙烯腈一苯乙烯一丙烯丙烯腈一苯乙烯一丙烯酸脂共聚物酸脂共聚物 BMC Bulk moulding compound 预制整体模塑料预制整体模塑料 CA Cellulose acetate 乙酸纤维素乙酸纤维素 CAB Cellulose acetate butyrate 乙酸一丁酸纤维素乙酸一丁酸纤维素 CAP Cellulose acetate propionate 醋酸一丙酸纤维素醋酸一丙酸纤维素 CF Casein formaldehyde resin

18、 甲酚一甲醛树脂甲酚一甲醛树脂 CFE Polychlorotrfluoroethylene(see PCTFE) 聚三氯氧乙烯聚三氯氧乙烯 CM Chlorinated polyethylene(see CPE) 氯化聚乙烯氯化聚乙烯 CMC Carboxymethyl cellulose 碳甲基纤维素碳甲基纤维素 CN Cellulose nitrate 酸纤维素酸纤维素 CN Cellulose nitrate 酸纤维素酸纤维素 COPE Polyether ester elastomer 聚醚脂弹性体聚醚脂弹性体 CP Cellulose propionate(CAP) 丙酸纤维素丙酸

19、纤维素 CPE Chlorinated polyethylene(PE-C) 氯化聚乙烯氯化聚乙烯 CPVC Chlorinated polyvinyl Chloride(PVC-C) 氯化聚氯乙烯氯化聚氯乙烯 CS Casein plastics 酪素塑料酪素塑料 CTA Cellulose triacetate 三乙酸纤维素三乙酸纤维素 DMC Dough moulding tompound 圈状模塑料圈状模塑料 E/P Ethylene propylene copolymer 乙烯一丙烯共聚物乙烯一丙烯共聚物 CA-MPR Elastomer alloy melt processable

20、 rubber 弹性体合金弹性体合金一可熔融成型橡胶一可熔融成型橡胶 EA-TPV Elastomer alloy thermoplastic vulcanizate 弹性体合弹性体合金一热塑性硫化料金一热塑性硫化料 EC Ethylene cellulose 乙基纤维素乙基纤维素 EEA Ethylene ethylacrylate copolymer 乙烯一丙烯酸乙酯共聚乙烯一丙烯酸乙酯共聚物物 EP Epoxide or epoxy(cured) 环氧树脂环氧树脂 EPDM Ethylene propylene diene terpolymer 乙丙三元共聚物乙丙三元共聚物 EPS Ex

21、pandable polystyrene 可发性聚苯乙烯可发性聚苯乙烯 ETFE Ethylene/tetrafluoroethylene 乙烯一四氟乙烯共聚物乙烯一四氟乙烯共聚物 EVA Ethylene vinyl accetate copolymer 乙烯一乙酸乙烯酯共聚乙烯一乙酸乙烯酯共聚物物 EVAL/EVOH Ethylene vinyl alcohol copolymer 乙烯一乙烯醇乙烯一乙烯醇共聚物共聚物 FEP Fluorinated ethylene propylene(TFE-HEP) 四氟乙烯一六氟四氟乙烯一六氟丙烯共聚物丙烯共聚物 CPMC Granular pol

22、yester moulding compound 粒状聚酯模塑粒状聚酯模塑料料 HDPE High density ployethylene(PE-HD) 高密度聚乙烯高密度聚乙烯 HDPE High density ployethylene(PE-HD) 高密度聚乙烯高密度聚乙烯 HIPS High impact polystyrene(TPS or IPS) 高抗冲聚苯乙烯高抗冲聚苯乙烯 HMWPE High molecular weight polyethylene 高分子量聚乙烯高分子量聚乙烯 LCP Liquid crystal polymer 液晶聚合物液晶聚合物 LDPE Low

23、 Density polyethylene(PE-LD) 低密度聚乙烯低密度聚乙烯 LLDPE Linear low density polyethylene 线型低密度聚乙烯线型低密度聚乙烯 MBS Methyl methacrylate-butadiem-styrene copolymer 甲基丙烯酸甲甲基丙烯酸甲酯一丁二烯一苯乙烯共聚物酯一丁二烯一苯乙烯共聚物 MC Methyl cellutose 甲基纤维素甲基纤维素 MDPE Medium density polyethylene(PE MD) 中密度聚乙烯中密度聚乙烯 MF Melamine formaldehyde 三聚氰胺一甲

24、醛树脂三聚氰胺一甲醛树脂 MPF Melamine phenol formaldehyde resin 三聚氰胺一酚甲醛树脂三聚氰胺一酚甲醛树脂 NC Nitroncellulose 硝基纤维素硝基纤维素 PA Polyamide or nylon 聚酰胺（尼龙）聚酰胺（尼龙） PA6 Polyamide 6 or nylon 6 尼龙尼龙6 PA11 Polyamide 11 or nylon 11 尼龙尼龙11PA12 Polyamide 12 or nylon 12 尼龙尼龙12 PA46 Polyamide 46 or nylon 46 尼龙尼龙46 PA66 Polyamide 66

25、 or nylon 66 尼龙尼龙66 PA610 Polyamide 610 or nylon 610 尼龙尼龙610 PAA Polyacrylic acid 聚丙烯酸聚丙烯酸PAN Polyacrylonitrile 聚丙烯腈聚丙烯腈 PAN Polyacrylonitrile 聚丙烯腈聚丙烯腈 PB Polybutene-1 聚丁烯聚丁烯-1 PBI Polybenzimidazole 聚苯并咪唑聚苯并咪唑 PBT Polybutylene terephthalate 聚对苯二甲酸丁二醇酯聚对苯二甲酸丁二醇酯 PC Polycarbonate 聚碳酸脂（防弹胶）聚碳酸脂（防弹胶） PC

26、TFE Polychlorotrifluorethylene 聚三氟氯乙烯聚三氟氯乙烯 PDAP Polydiallyl phthalate 聚鄰苯二酸二烯丙酯聚鄰苯二酸二烯丙酯 PE Polyethylene 聚乙烯聚乙烯 PEBA Polyether block amide 酯一酰嵌段共聚物酯一酰嵌段共聚物 PEC Chorinated polyethlene (see CPE) 氯化聚乙烯氯化聚乙烯 PEEL Polyether ester(YPBO) 醚脂醚脂 PEI Polyether imide 聚醚酰亚胶聚醚酰亚胶PEK Polyether ketone 醚酮醚酮PEOX Pol

27、yetylene(oxlde) 聚氧化乙烯聚氧化乙烯 PES Polyether sulphone 聚醚砜聚醚砜 PET Polyethylene terephthalate 聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯PETP (see PET) PF Phenol formaldehyde resin 酚醛树脂酚醛树脂 PI Polyimide 聚酰胺聚酰胺 PMC Polyester moulding compound 聚酯模塑料聚酯模塑料 PMCA Polymethy -chloacrylate 聚聚-氯化丙烯酸甲酯氯化丙烯酸甲酯 PMCA Polymethy -chloacrylate

28、聚聚-氯化丙烯酸甲酯氯化丙烯酸甲酯 PMI Polymethacrylimide 聚甲基丙烯酰亚胺聚甲基丙烯酰亚胺 PMMA Polymethyl methacrylate(acrylic) 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 PO Polyolefine 聚烯烃聚烯烃 POM Polyoxymethylene or,acetal or polyformaldehyde 聚聚甲醛甲醛 POM-CO Acetal copolymer 聚甲醛共聚物聚甲醛共聚物 POM-H Acetal homopolymer 聚甲醛均聚物聚甲醛均聚物 PP polypropylene 聚丙烯聚丙烯 PPC Chlo

29、rinated polypropylene 氯化聚丙烯氯化聚丙烯 PPE Polyphenylene ether(ss PPO) 聚苯醚聚苯醚 PPO Polyphenylene oxide-usually modified 聚苯醚聚苯醚 PPOX Polypropylene oxide 聚氧化丙烯聚氧化丙烯 PPS Polyphenylene sulphide 聚苯硫醚聚苯硫醚 PPSU Polyethylene sulfone 苯砜苯砜 PPVC Plasticised polyvinyl chloride(PVC-P) 增塑聚氯乙烯增塑聚氯乙烯 PS Polystyrene(GPPS)

30、聚苯乙烯聚苯乙烯 PSU Polysulphone 聚砜树脂聚砜树脂 PTFE Polytetyafluoroethylene 聚四氟乙烯聚四氟乙烯 PU Hard polyurethane elastomer 硬聚氨脂弹性体硬聚氨脂弹性体 PUR Polyurethane 聚氨脂聚氨脂 PVAC Polyvinylacetate 聚乙酸乙烯脂聚乙酸乙烯脂 PVAL Polyvinylalcohol 聚乙烯醇聚乙烯醇 PVAL Polyvinylalcohol 聚乙烯醇聚乙烯醇 PVB Polyvinylbutyral 聚乙烯醇缩丁醛聚乙烯醇缩丁醛 PVC Polyvinyl chloride

31、 聚氯乙烯聚氯乙烯 PVCC Chlorinated polyvinyl chloride 氯化聚氯乙烯氯化聚氯乙烯 PVDC Polyvinylidene chloride 聚偏二氯乙烯聚偏二氯乙烯 PVDF Polyvinylidene fluoride 聚偏二氟乙烯聚偏二氟乙烯 PVF Polyvinyl fluorde 聚氟乙烯聚氟乙烯 PVFM Polyvinylformal 聚乙烯醇缩甲醛聚乙烯醇缩甲醛 PVK Polyvinyl carbazole 聚乙烯基咔唑聚乙烯基咔唑 PVP Polyvinyl pyrrolidone 聚乙烯聚乙烯 基吡咯烷酮基吡咯烷酮 SAN Styre

32、ne acrylonitrile copolymer 苯乙烯一丙烯腈共聚物（透明大力膠）苯乙烯一丙烯腈共聚物（透明大力膠） SBS Styrene butadiene styrene block copolymer 苯乙烯一丁二一苯乙烯苯乙烯一丁二一苯乙烯嵌共聚物嵌共聚物 SEBS Styrene butadiene styrene block copolymer(saturated) 苯乙烯一丁苯乙烯一丁二烯一苯乙嵌共聚物（胞和）二烯一苯乙嵌共聚物（胞和） SI Silicone 聚硅氧烷聚硅氧烷 SMA Styrene_maleic anhydride copolymer 苯乙烯一马来酐共聚物苯乙烯一马来酐共聚物 SMC Sheet moulding compound 片状摸塑料片状摸塑料 SMS Styrene_methylstyrene copolymer 苯乙烯一甲基苯乙共聚物苯乙烯一甲基苯乙共聚物 TP-EE Thermoplastic elastomer-either ester 醚酯类热塑性弹性体醚酯类热塑性弹性体 TP-EVA Thermoplastic elastomer-baged on EVA 乙烯乙酸酯共聚物类热塑乙烯乙酸酯共聚物类热塑性弹性体性弹性体 TPE Thermoplastic elastome