结构材料高分子材料新材料概论

结构材料高分子材料新材料概论第1页/共47页金属材料陶瓷材料高分子材料复合材料第三节新型高分子材料2第2页/共47页1.高分子材料的发展概念：高分子材料由高分子化合物构成，高分子化合物是指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子量在10000以上的化合物。Appearanceofreallinearpolymerchainsasrecordedusingan

atomicforcemicroscope

onasurface,underliquidmedium.Chain

contourlength

forthispolymeris~204

nm;thicknessis~0.4

nm.3第3页/共47页第一节材料和高分子材料高分子的概念始于20世纪20年代，但应用更早。1839年，美国人Goodyear发明硫化橡胶。1868年，英国科学家Parks用硝化纤维素与樟脑混合制得赛璐珞。1893年，法国人DeChardonnet发明粘胶纤维。1907年，第一个合成高分子—酚醛树脂诞生。1920年，德国人Staudinger发表了“论聚合”的论文，提出了高分子的概念，并预测了聚氯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物的结构。1953年获诺贝尔化学奖。高分子材料发展简史4第4页/共47页第一节材料和高分子材料1935年，Carothers发明尼龙66，1938年工业化。30年代，许多烯烃类加聚物被开发出来，PVC,PMMA,PS,PVAc,LDPE。40年代，二次大战促进了高分子材料的发展，一大批重要的橡胶和塑料被合成出来。丁苯橡胶,丁腈橡胶,丁基橡胶,有机氟材料,涤纶树脂,ABS。

ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。高分子材料发展简史5第5页/共47页第一节材料和高分子材料50年代，Ziegler和Natta发明配位聚合催化剂，制得高密度PE和有规PP，低级烯烃得到利用。1963年，Ziegler和Natta分享诺贝尔化学奖。1956年，美国人Szwarc发明活性阴离子聚合，开创了高分子结构设计的先河。50年后期至60年代，大量高分子工程材料问世。聚甲醛（1956），聚碳酸酯（1957），聚砜（1965），聚苯醚（1964），聚酰亚胺（1962）。高分子材料发展简史6第6页/共47页第一节材料和高分子材料60年代以后，特种高分子和功能高分子得到发展。

特种高分子：高模量高强度、耐高低温、耐辐射、高频绝缘、半导体等。功能高分子：分离材料（离子交换树脂、分离膜等）、导电高分子、感光高分子、高分子催化剂、高吸水性树脂、医用高分子、药用高分子、高分子液晶等。

80年代后，新结构的聚合物有：新型嵌段共聚物、新型接枝共聚物、星状聚合物、树枝状聚合物、超支化聚合物、含富勒烯(C60)聚合物等等。高分子材料发展简史为表彰在导电高分子的发展方面所作的贡献，2000年，日本科学家白川英树（H.Shirakawa）、美国科学家黑格（A.J.Heeger）和麦克迪尔米德（A.G.MacDiarmid）分享诺贝尔化学奖。7第7页/共47页20世纪工程塑料发展过程8第8页/共47页高分子材料的分类按用途分涂料粘合剂复合材料纤维塑料橡胶123456

实际上，按用途分才是真正把高分子材料从材料的角度进行分类的一种方法。9第9页/共47页2.橡胶Rubber：大自然赏赐给人类的奇妙物质。天然橡胶：主要成分：异戊二烯具有最好的综合力学性能和加工性能，广泛应用于轮胎、胶管、胶带等各种工业橡胶制品，是用途最广的橡胶品种。胶片硫化10第10页/共47页1907年3月初，法国驻华公使巴斯德致函清政府外务部，称：巴黎汽车联合会拟自中国北京至法国巴黎举行汽车拉力赛。11第11页/共47页合成橡胶第一种合成橡胶：甲基异戊二烯，霍夫曼，1909年通用橡胶：顺丁、异戊橡胶丁苯橡胶乙丙橡胶氯丁橡胶12第12页/共47页合成橡胶：特种橡胶密封用氟橡胶1986美国挑战者号航天飞机事故：由于发射时气温过低，橡胶造的O型圈失去了弹性，造成原本应该密封的固体火箭助推器内高压高热气体泄漏，最终导致高速飞行的航天飞机在高空解体。13第13页/共47页密封用氟橡胶氟橡胶是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的合成高分子弹性体。耐油、耐蚀、耐高温、弹性好氟橡胶密封圈耐热温度达240℃，一般丁晴橡胶密封圈使用温度低于80℃；用于火箭燃料、液压油的密封和火箭导弹减震材料；低温性能一般，-40℃。14第14页/共47页硅橡胶硅橡胶也被称为硅酮，以高分子量的线性聚有机硅氧烷为基础。15第15页/共47页高温硫化硅橡胶（HTV）经过高温（110-170℃）硫化成型的。它主要以高分子量的聚甲基乙烯基硅氧烷为生胶，混入补强填料、硫化剂等，在加热加压下硫化成弹性体。1、耐热性2、耐寒性3、耐候性4、电气特性5、压缩永久变形6、耐油、耐化学试剂性7、耐辐照性8、耐水蒸气性9、透气性16第16页/共47页室温硫化硅橡胶RTV室温硫化硅橡胶与高温硫化硅橡胶的差别主要在于它是以分子量较小的聚硅氧烷为基础胶，在交联剂和催化剂的作用下与室温或稍许加热即可硫化成弹性体。17第17页/共47页3.塑料塑料的主要成分是合成树脂和添加剂，酚醛树脂1907，尼龙30年代。树脂由动植物分泌出的脂质而得名，松香、虫胶。热塑性塑料：指具有加热软化、冷却硬化特性的塑料。热固性塑料：固化后即不溶不熔，也不能再次热熔或软化。18第18页/共47页塑料合金-ABSABS工程塑料即PC+ABS（工程塑料合金），在化工业的中文名字叫塑料合金，之所以命名为PC+ABS，是因为这种材料既具有PC树脂的优良耐热耐候性、尺寸稳定性和耐冲击性能，又具有ABS树脂优良的加工流动性。PC：聚碳酸酯（Polycarbonate）ABS：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，产量最大的塑料ABS工程塑料最大的缺点就是质量重、导热性能欠佳。19第19页/共47页ABS塑料合金一般ABS塑料的应用20第20页/共47页电镀级ABS塑料应用卫浴设备化妆品外壳汽车格栅汽车铭牌汽车饰条21第21页/共47页耐热级ABS塑料应用发热家电外壳：

吹风机、电熨斗、电饭锅、豆浆机、咖啡机…汽车部品：

仪表板、水箱前栅、后视镜、空调出风口…电热式水龙头空调出风口电熨斗22第22页/共47页阻燃级ABS塑料应用电脑周边产品外壳；家电产品控制器外壳；其它与电源接触部件电器开关、断路器外壳等。

插线板—阻燃级开关断路器外壳23第23页/共47页泡沫塑料-聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物。聚苯乙烯（PS）包括普通聚苯乙烯，发泡聚苯乙烯（EPS)，高抗冲聚苯乙烯（HIPS）及间规聚苯乙烯（SPS）。普通聚苯乙烯树脂为无毒，无臭，无色的透明颗粒，似玻璃状脆性材料，其制品具有极高的透明度，透光率可达90%以上，电绝缘性能好，易着色，加工流动性好，刚性好及耐化学腐蚀性好等。普通聚苯乙烯的不足之处在于性脆，冲击强度低，易出现应力开裂，耐热性差及不耐沸水等。

24第24页/共47页聚苯乙烯-泡沫塑料首先将EPS粒子用100℃的空气进行30~50倍的预发泡，然后放置24小时使其熟化，再将已经熟化的预发泡料放置于铝或者铸件制造的模具中，115~120℃的空气加热，在材料膨胀同时，粒子表面相互由热的作用融合成泡塑件。25第25页/共47页塑料王-聚四氟乙烯四氟乙烯气体在高压下聚合-意外发现。优点：表面能极小，固体材料不能粘附在其表面。摩擦系数小耐高温耐老化、辐照抗酸碱、各类有机溶剂26第26页/共47页形状记忆塑料-聚氨酯是在大分子主链中含有氨基甲酸酯基的聚合物称为聚氨基甲酸酯由于聚氨酯大分子中含有的基团都是强极性基团，而且大分子中还含有聚醚或聚酯柔性链段，使得聚氨酯具有以下特点：①较高的机械强度和氧化稳定性；②具有较高的柔曲性和回弹性；③具有优良的耐油性、耐溶剂性、耐水性和耐火性。27第27页/共47页形状记忆塑料家具CarldeSmet将聚氨酯聚合物制成的家具加热来松开其纽带，然后用特制机器将之压缩到原来五分一体积，当买家将家具带回家之后再通过电加热恢复其原有固定姿态。28第28页/共47页指柔韧、纤细，具有相当长度、强度、弹性和吸湿性的丝状物。其长度对其最大平均横向尺寸比至少为10：1，其截面积小于0.05mm2，宽度小于0.25mm。3.合成纤维29第29页/共47页纤维分类30•人造纤维（Artificialfiber）：以天然高分子化合物为原料，经化学处理和机械加工制得的纤维，也称再生纤维。•合成纤维（Syntheticfiber）：以石油、天燃气、煤及农副产品等为原料，经一系列的化学反应制成合成高分子化合物，再经加工制得的纤维。•无机纤维（Inorganicfiber）：主要成分是

由无机物构成的纤维。

玻璃纤维Glassfiber，Textileglass

无机纤维碳纤维Carbonfiber

金属纤维Metallicfiber第30页/共47页粘胶纤维31粘胶纤维属纤维素纤维。它是以天然纤维（木纤维，棉短绒）为原料，经碱化、老化、磺化等工序制成可溶性纤维素黄原酸酯，再溶于稀碱液制成粘胶，经湿法纺丝而制成。（C6H10O5）n目前广泛运用于各类内衣、纺织、服装、无纺等领域。第31页/共47页醋酸纤维32是纤维素分子中羟基用醋酸酯化后得到的一种化学改性的天然高聚物。用于制药品的肠溶衣、醋酸纤维过滤膜等。第32页/共47页

•醋酸纤维高分子分离膜是一种重要的功能材料，已经在许多领域获得应用。第33页/共47页聚酰胺纤维-尼龙34是分子主链上含有重复酰胺基团—[NHCO]—的热塑性树脂总称，是世界上出现的第一种合成纤维，

1940。（Polyamide,PA）第34页/共47页尼龙新发展35增强PA：加入玻璃纤维，力学性能、尺寸稳定性、耐热性、耐老化性能有明显提高。阻燃PA：透明PA：加工温度为300--315℃耐候PA：在PA中加入了炭黑等吸收紫外线的助剂铸造尼龙：用已内酰胺单体在强碱（如NaoH）和一些助催化剂的作用下，用模具直接聚合成型得到制品的毛坯件。尼龙1010：是我国独创的一种工程塑料，用蓖麻油做原料，提取癸二胺及癸二酸再缩合而成的。成本低、经济效果好、自润滑性和耐磨性极好、耐油性好，脆性转化温度低（约在-60℃），机械强度较高，广泛用于机械零件和化工、电气零件。第35页/共47页聚酯纤维-涤纶36聚酯纤维(polyesterfibre)是由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯经纺丝所得的合成纤维，简称PET纤维，是当前合成纤维的第一大品种。在工业上高强度涤纶可用作轮胎帘子线、运输带、消防水管、缆绳、渔网等，也可用作电绝缘材料、耐酸过滤布和造纸毛毯等。聚对苯二甲酸乙二酯第36页/共47页聚芳酰胺-芳纶37芳纶全称为“聚苯二甲酰苯二胺”,英文为Aramidfiber（Kevlar为杜邦公司商品名），具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。1.永久的耐热阻燃性。2.永久的抗静电性。3.永久的耐酸碱和有机溶剂的侵蚀。4.高强度、高耐磨、高抗撕裂性。5.遇火无熔滴产生，不产生有毒气体。6.火烧布面时布面增厚，增强密封性，不破裂。StephanieKwolek第37页/共47页应用领域38护甲个人防护装甲材料：直升飞机最外层是钢板，内衬一层凯夫拉，最后用树脂封。阻燃材料：第38页/共47页体育用品应用39第39页/共47页4.新型涂料40定义：指涂布于物体表面在一定的条件下能形成薄膜而起保护、装饰或其他特殊功能（绝缘、防锈、防霉、耐热等）的一类液体或固体材料。涂料的作用：（1）保护（2）装饰（3）色彩标示（4）其他特殊用途第40页/共47页环保涂料-水性聚氨酯41水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水