高分子材料教材 1.1序论

高分子材料授课教师：卢咏来办公室：科技大厦12-16室办公电话：64442621电子邮件：luyonglai@材料科学与工程学院先进弹性体材料研究中心网址：/课程简介时间安排：绪论2学时；热固性塑料6学时；热塑性塑料12学时；橡胶与弹性体材料10学时；复习答疑2学时；总计32学时。考核方法：(1)平时40％（出勤＋作业＋课堂小测验）;（3）考试60％。参考书目：黄丽主编《高分子材料》，化工出版社；张留成主编《高分子材料基础》，化工出版社；《橡胶工业手册（第一分册)》，化工出版社；杨清芝主编《现代橡胶工艺学》，化工出版社；李祖德主编《塑料加工技术应有手册》，中国物质出版社。第1章绪论前言塑料概论（重点）橡胶概论（重点）高分子材料的发展趋势前言生物和生命科学、纳米技术、能源与环境、电子与信息、材料是目前科学技术的七大热点和重点领域。其中的材料、能源和信息并列成为现代科学技术的三大支柱。材料是工业发展的基础。其发展水平直接反映了一个国家科学技术进步和经济发展的程度。材料的分类材料纯金属合金材料金属非金属有机高分子材料无机非金属材料高分子材料的用途广泛高分子材料的用途广泛

1986年，美国“挑战者”号航天飞机，因燃料仓密封圈失效导致燃料泄漏，在发射时发生爆炸事故，7名宇航员罹难，损失14亿美元。橡胶*涂料塑料*黏合剂纤维高分子材料的分类高分子材料不同种类的高分子材料（塑料和橡胶）其微观的结构特征有什么不同？（小测验考题，占总成绩的5％）学习高分子材料的主线结构性能改性应用一、塑料概论<一>定义

塑料是以合成（或天然）树脂为基础，再加入塑料助剂（如填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、交联剂及其它添加剂），在一定的温度和压力下，经过模塑而成型的产物。<二>分类1.按照来源分类天然树脂，如：纤维素、松香、沥青等合成树脂：人工合成的高分子聚合物，如：聚乙烯、聚丙稀、聚苯乙烯等。2.受热行为和是否具备反复成型加工性热塑性塑料：受热熔融、可进行各种成型加工，冷却时硬化。再受热又可熔融、加工。具有多次重复加工性。热固性塑料：受热熔化，成型的同时发生固化发应，形成高分子立体网状结构，再受热不熔融，也不在溶剂中溶解。3.按使用范围和用途分类通用塑料：产量大、用途广、价格低、性能一般，主要用于非结构材料，如：聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）。工程塑料：具有较高的力学性能，能够经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件，并在此条件下长时间使用，可作为结构材料。通用工程塑料：长期使用温度在100～150oC范围内。如：聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）等。特种工程塑料：长期使用温度在150oC以上。如：聚酰亚胺（PI）、聚芳酯、聚苯硫醚（PPS）、氟塑料等。<三>合成树脂与塑料工业的发展历程天然树脂改性阶段（1900年以前）纤维素用硝酸硝化后制成硝化纤维素，替代象牙制造台球，但很脆，击打时有爆裂声。加入樟脑作为增塑剂，做成了俗称成为“赛璐珞”的塑料（1868）。可制作兵乓球、眼镜框、胶片等。2.人工第一次合成树脂阶段（1900～1930）1907年，人工第一次合成树脂。应用苯酚和甲醛的缩合反应制备成功了酚醛树脂（PF），由于电绝缘性好，被称为“电木”。PF也是第一个工业化生产的合成树脂（1909），1944年的产量为18万吨/年（当时塑料总产量才30万吨/年）。3.20世纪30～40年代，高分子科学促进高分子工业发展

1920年，Staudinger首先提出了高分子的概念。20年代末Carothers系统研究了缩聚反应。30年代～40年代，出现了一系列工业化的塑料品种：聚氯乙烯（1927～1931）、聚醋酸乙烯酯（1936）、聚甲基丙烯酸甲酯（1927～1931）、聚苯乙烯（1934～1937）、尼龙-66（1938）、高压聚乙烯（1939）、ABS树脂（1948）、氟塑料（1943）、不饱和聚酯树脂（1942）等。

1950～1960，Zieglar-Natta催化剂的发现利用Zieglar-Natta催化剂合成出了低压高密度聚乙烯（HDPE,1953~1955）和聚丙烯（PP,1955~1957）。1960年之后，很多品种的工程塑料实现了工业化生产：如聚砜、聚苯醚、聚酰亚胺等。现代合成树脂产业基本形成。在新中国建立前，我国只有赛璐珞和酚醛塑料的代料加工。而目前已经形成了包括原料、加工、检验、模具、机械的完整工业体系。2000年我国塑料消耗量突破了2000万吨。<四>塑料的特性优点1.质轻，比重小0.9～2.2。PP～0.89；PTFE～2.22.耐腐蚀：对酸碱等都化学药品有良好的耐腐蚀性。3.电绝缘性：超过玻璃和陶瓷。4.加工性能好：加工成型可在几分钟内完成。缺点1.耐热性不高。最高使用温度一般不超过300oC。2.易变形：机械强度不是特别高，常温下长期承受载荷也会变形（蠕变）。4.易燃。5.原料来源受到石油资源短缺的威胁。3.不耐老化。<五>塑料的成型加工合成树脂与其它助剂混合在一定温度和压力条件下模塑成型冷却定型二次加工金属镀饰切削刨钻孔焊接喷涂染色挤出注射压延模压吹塑传递模塑浇铸主要用于热塑性塑料主要用于热固性塑料1.塑料加工成型的基本流程2.几种常用的塑料成型加工方法（a）挤出成型又称挤压模塑和挤塑。其过程为热塑性聚合物与各种助剂混合均匀后，在挤出机料筒内受到机械剪切、摩擦热和外加热的作用塑化熔融，在螺杆的推送下，通过滤板进入成型的模具（通常被成为“口模”）被挤塑成制品。挤出成型是最常用的塑料加工方法，生产约50％塑料制品。制品为连续的、等截面的管材、板材、薄膜、电线电缆包覆等。利用挤出机还可以进行塑料的共混、塑化造粒等。（b）注射成型又称注射模塑或注塑。其过程是将塑料在注射成型机料筒内加热熔化，当呈流动状态时，在柱塞或螺杆加压下熔融塑料被压缩并向前移动，通过料筒前端的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模具内，经一定时间的冷却定型，开模获得制品。注射成型可以一次成型外形复杂、尺寸精确的制件。目前20％以上的塑料制品用该方法成型。（c）压延成型－将已塑化的塑料通过一组热辊之间使其厚度减薄，从而制得均匀片状制品的方法。压延成型目前主要用于生产聚氯乙稀片、薄膜和人造革。二、橡胶概论<一>定义

橡胶（rubber）是一类线形柔性高分子聚合物。其分子链柔顺性好，在外力作用下可产生较大的变形，除去外力后能迅速恢复原状。由于橡胶在宽温度范围内（－50～150oC)具有高弹性，所以也被称为弹性体（elastomer）。ASTMD1566关于高弹性的定义：18-29oC，长L0拉伸至2L0保持1min去除外力1min内恢复到小于1.5L0橡胶的高弹性金属可变形约15％塑料可变形约100～150％橡胶最大变形可达1000％变形可以迅速回复弹性体材料的高弹性，使其成为现代工业中不可或缺、无法替代的，具有战略意义的一类材料。<二>橡胶的分类按来源天然胶－按化学结构合成胶－按用途顺-1,4-聚异戊二烯：巴西橡胶树（天然橡胶，NR）、银胶菊（银菊胶，guayulerubber）。反-1,4-聚异戊二烯：杜仲胶、古塔波胶、巴拉塔胶。通用橡胶：顺丁胶（BR）、丁苯胶（SBR）小品种：硅橡胶、氢化丁腈橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶等。特种橡胶：大品种：乙丙橡胶、丁基胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶。共聚型热塑性弹性体苯乙烯类，如SBS聚氨酯类(TPU)聚酯类聚酰胺类乙烯-辛烯共聚物热塑性硫化橡胶（TPV）－特殊两相结构：交联橡胶微粒作为分散相提供高弹性，热塑性树脂作为连续相，提供热塑性加工性能。受热行为和是否具备反复成型加工性热塑性弹性体－高温下能塑化成型而在常温下能显示橡胶弹性热固性橡胶－化学交联后，不熔融也不能溶解在溶剂中，不能反复加工和成型。<三>橡胶工业的发展历程1.天然橡胶的发现、利用与研究（1900年之前）11世纪西印度群岛的海地土著用巴西橡胶树上流出的乳汁，通过干燥固化，获得有弹性的材料，做成各种球类和祭品。1493～1496西班牙探险家Columbus赴南美洲探险发现这种可伸张的材料。之后取名为Rubber.1736～1743法国科学家Condamin带领科学考察团，赴南美洲实地考察，详细向欧洲介绍了印第安人种植、采集、制备和应用Rubber的情况，并将橡胶树的种子带回欧洲。南美洲印第安人早在1000年前就知道使用天然胶乳制造器具——橡胶球。巴西三叶橡胶树南美洲有一种树割破树皮就会流出浆液，用此浆液可以制造器具,因而当地人叫这种树为“流泪之树”，即“卡乌-丘克(Cahuchu)”。<三>橡胶工业的发展历程1493-1496年，哥伦布第二次到达美洲，看到海地人玩的用橡胶树浆液制成的球能从地上弹跳起来，将其当作“奇珍异宝”带回了欧洲，使欧洲人第一次认识了橡胶这种物质。人们后来发现这种弹性球能够擦掉铅笔的痕迹，因此给它起了一个很普通的名字“擦子(Rubber)”。1735～19世纪中叶—早期的橡胶工业1735～1743年，法国科学家康达敏从秘鲁带回有关橡胶树的详细资料，出版了《南美洲内地旅行记略》，书中详述了橡胶树的产地、采集乳胶的方法和橡胶的利用情况，使欧洲人进一步思考橡胶的利用问题。1823年，英国人马金托什，像印第安人一样把白色浓稠的橡胶液体涂抹在布上，制成防雨布，并缝制了“马金托什”防水斗蓬