高分子导论复习大纲2- 高分子材料

第10章高分子材料10.1通用高分子材料BITZhuhaicampus210.1.1塑料110.1.2橡胶210.1.3纤维310.1.4胶黏剂和涂料41、按受热后形态性能表现的不同分类：——热塑性塑料：受热后软化，冷却后又变硬，可重复、循环，反复成型→占塑料总产量的70%以上→大吨位品种：PVC、PE、PP等。——热固性塑料：由单体直接形成网状聚合物或通过交联线型预聚体而形成，受热后不能再回复到可塑状态，不溶不熔→聚合过程（最后的固化过程）和成型过程同时进行→PF、氨基树脂、不饱和聚酯、环氧树脂等。BITZhuhaicampus310.1.1塑料2、按使用范围分类：——通用塑料：指产量大、价格较低、力学性能一般、主要作非结构材料使用→PVC、PE、PP、PS等。——工程塑料：指可作为结构材料使用，能经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件，具有优异的力学性能、耐热、耐磨性能和良好的尺寸稳定性→聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等。但：目前两者之间的界限模糊，如PP经改性之后也可作结构材料用。BITZhuhaicampus43、特性①质轻：相对密度大致0.9-2.2，仅为钢铁的1/4-1/6→密度大小主要决定于填料用量。②电绝缘：表面电阻109-1018Ω→导电填料（金属粉、石墨等）或经特殊处理→一定导电率的导体或半导体。③绝热。④摩擦系数：有些很低→轴承、轴瓦、齿轮等→可用水作润滑剂；有些较高→制动装置的摩擦零件。BITZhuhaicampus5⑤耐化学腐蚀。⑥容易成型加工→各种装饰品，薄膜、型材、配件及产品。⑦性能可调范围宽：应用领域广泛。⑧力学性能比金属差，表面硬度亦低。⑨大多数品种易燃。⑩耐热性较差。BITZhuhaicampus6BITZhuhaicampus74、添加剂类型①有助于加工的润滑剂和热稳定剂；②改进材料力学性能的填料、增强剂、抗冲改性剂、增塑剂等；③改进耐燃性能的阻燃剂；④提高使用过程中耐老化性的各种稳定剂。BITZhuhaicampus8一、通用塑料(一)、聚乙烯（PE）

——分子量要求：1万以上（塑料）

——合成方法：（1）单体乙烯的制备方法 ⊕主要方法：由石油烷烃热裂解后，分离精制而得。 ⊕次要方法：乙醇脱水、乙炔加氢、天然气中分离出乙烯等。BITZhuhaicampus9（2）乙烯聚合方法⊕高压聚合法（ICI法）：压力150-300MPa、温度180～200℃，引发剂为有机过氧化物，自由基聚合机理。要求乙烯纯度>99%。产物特点：支化度较大，密度较低（0.91～0.93g/cm3），结晶度为55%～65%。BITZhuhaicampus10⊕中压法（菲利浦法）：压力1.5～8.0MPa、温度130～270℃，催化剂为过渡金属氧化物，溶剂为烷烃，离子聚合机理。

产物特点：结晶度为90%，密度0.926～0.940g/cm3（中密度），0.941～0.965g/cm3（高密度）。BITZhuhaicampus11⊕低压法（齐格勒法）：以Al(C2H5)3+TiCl4体系在烷烃（汽油）中的浆状液为催化剂，压力1.3MPa、温度100℃，离子聚合机理。产物特点：高密度（0.941～0.965g/cm3）、高结晶度（85%～90%），支化程度很小，大分子是线型的→控制不同的工艺条件可制得分子量在150万以上的超高分子量聚乙烯（工程塑料）。BITZhuhaicampus12——性能： ⊕外观：白色蜡状半透明材料，柔而韧；

⊕密度：比水轻；

⊕毒性：无毒； ⊕介电性能：优异； ⊕燃烧特性：易燃，且离火后继续燃烧，火焰上端呈黄色而下端为蓝色，燃烧时产生熔融滴落；

⊕透水率：低，有机蒸气透过率较大；BITZhuhaicampus13⊕透明度：随结晶度增加而下降，退火处理后不透明，淬火处理后透明；在一定结晶度下，透明度随分子量增大而提高；⊕熔点：线性高密度PE132-135℃，支化低密度PE112℃且范围宽；⊕溶解性：常温下不溶于任何已知溶剂中，仅矿物油、凡士林、植物油、脂肪等能使其溶胀并使其物性产生永久性局部变化；>70℃可少量溶解于甲苯、乙酸戊酯、三氯乙烯、松节油、氯代烃、四氢化萘、石油醚及石蜡中。BITZhuhaicampus14⊕化学稳定性：优异。室温下耐盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、氨、胺类、过氧化氢、氢氧化钠、氢氧化钾、稀硫酸和稀硝酸；发烟硫酸、浓硝酸、硝化混酸、铬酸-硫酸混合液在室温下能缓慢溶解；>90℃，硫酸和硝酸能迅速破坏PE；⊕其它稳定性：易光氧化、热氧化、臭氧分解；光降解（紫外线→炭黑优异的光屏蔽作用）；辐射可发生交联、断链、形成不饱和基团等（主要倾向交联反应）；BITZhuhaicampus15⊕力学性能：结晶部分——较高强度；非结晶区——良好的柔性和弹性；力学性能随分子量增大而提高，分子量>150万的PE极为坚韧（优异的工程塑料）。其力学性能与其制备方法密切相关。BITZhuhaicampus16

PE力学性能一般，拉伸强度较低，抗蠕变性能不好，抗冲击性能和耐穿刺性能较好。

冲击强度：LDPE>LLDPE>HDPE。其它力学性能：HDPE>LLDPE>LDPE。BITZhuhaicampus17——用途 ⊕PE品种不同，用途也不同； ⊕高压PE：一半以上用于薄膜制品，其次是管材、注射成型制品、电线包覆层等； ⊕中、低压PE：以注射成型制品、中空制品为主； ⊕超高分子量PE：工程塑料。BITZhuhaicampus18BITZhuhaicampus19

聚乙烯类塑料主要制品的份额：（二）、聚丙烯（PP）——相对分子量：10-50万；——现状：目前生产的PP95%皆为等规PE。无规PP是生产等规聚丙烯的副产物。间规聚丙烯是采用特殊的齐格勒催化剂并于-78℃低温聚合而得。BITZhuhaicampus20——合成方法（1）单体丙烯的制法：大致与乙烯相仿，主要是从炼厂气、天然气、轻油、石脑油等石油馏分热裂解、分离、精制而得。（2）PP的制备方法

均采用齐格勒-纳塔催化剂，其聚合工艺基本上与低压PE相同。聚合过程中有5%～7%的无规PP，可用己烷、庚烷溶剂进行萃取分离。等规PP结晶不溶，无规物溶解→进行分离。在正庚烷中不溶部分的质量分数作为PP的等规定。BITZhuhaicampus21——性能

⊕耐化学性：好，抗硫酸、盐酸及氢氧化钠的能力优于PE及PVC；

⊕耐热性：高，对80%的硫酸可耐100℃；

⊕稳定性：易受光、热、氧的作用发生降解和老化（叔碳原子上H的存在）→添加稳定剂；

⊕燃烧性：与PE一样，易燃，火焰有黑烟，燃烧后滴落并有石油味。

⊕软化温度：高。BITZhuhaicampus22——应用：十分广泛。主要用于制造：

⊕薄膜

⊕电绝缘体

⊕容器

⊕包装品等

⊕机械零件如法兰、接头、汽车零部件、管道等

⊕拉丝成纤维BITZhuhaicampus23注塑制品

PP注塑制品可占一半左右。日用品如盆、桶、衣架、文具、周转箱、和玩具等以普通PP为原料；汽车配件电器外壳等以增强或增韧的PP为原料。

BITZhuhaicampus24薄膜类制品

我国双向拉伸聚丙烯（BOPP）薄膜是PP树脂消费量最大的领域之一。

PP薄膜透明性和表面光泽接近玻璃纸，但柔性不好，强度高，可用作重包装膜；透氧率低，适于高级衣物、药品及香烟的包装。BITZhuhaicampus25（三）、聚氯乙烯塑料——合成方法

（1）单体的制备

⊕电石乙炔法

⊕烯炔法

⊕电石乙炔与二氯乙烷联合法

⊕氧氯化法：以石油化工原料为基础，成本比其他方法低，为当前生产氯乙烯的主要方法，世界上82%左右的氯乙烯均为此法生产。BITZhuhaicampus26（2）PVC聚合方法 ——氯乙烯单体，引发剂过氧化物、偶氮二异丁腈等，或光、热，自由基型连锁聚合反应的机理。 ——聚合实施方法：

⊕悬浮法（目前主要方法）

⊕乳液法（最初实现工业化）

⊕溶液法

⊕本体法BITZhuhaicampus27（3）结构与性能⊕工业PVC：无规结构，单体分子以头-尾方式连接；⊕数均分子量约5～12万；工业牌号以分子量的大小来区分。BITZhuhaicampus28⊕脆化温度：<-50℃；⊕软化温度：75～80℃；⊕玻璃化温度：Tg与聚合反应温度密切相关→-75℃聚合，Tg105℃；125℃聚合降为68℃→通常Tg取80～85℃；⊕耐热性：>170℃或光作用，PVC会脱去HCl而形成共轭键，这是PVC加工过程中变色的原因；⊕溶解性：溶于四氢呋喃和环己酮。⊕其它性能：无定形聚合物，结晶度在5%以下，难燃，离火即灭。BITZhuhaicampus29（4）成型加工及应用⊕一般加工工艺：将PVC与增塑剂、稳定剂、颜料等按一定配方比例均匀混合→将混合料进行塑化→在挤出机或两辊机上进行塑化后的物料可直接成型（如压延）或经造粒后再成型（挤出、注射等）。BITZhuhaicampus30⊕主要应用于： a.软制品，主要是薄膜和人造革；薄膜制品有农膜、包装材料、防雨材料、台布等。 b.硬制品，主要是硬管、瓦楞板、衬里、门窗、墙壁装饰物等； c.电线、电缆的绝缘层； d.地板、家具、录音材料等。BITZhuhaicampus31(四)、聚苯乙烯（PS）

——合成方法

（1）单体的合成

⊕乙苯通过不同的方法制得；

⊕乙炔与苯直接反应而得。BITZhuhaicampus32（2）PS的合成方法

⊕连锁聚合BITZhuhaicampus33⊕机理：自由基聚合机理（氧或过氧化物引发剂）⊕聚合实施方法（工业）：

本体法、溶液法、悬浮法和乳液法。⊕PS分子量：20万左右。——性能

⊕光学性能：非结晶聚合物，透明度达88%～92%，折光率高，1.59～1.60，良好的光泽；

⊕耐热性：变形温度为60～80℃，>300℃解聚，易燃烧；

⊕导热性：导热系数不随温度而改变，良好的绝热材料；

⊕电绝缘性：优异，体积电阻和表面电阻高，功率因数接近于0，良好的高频绝缘材料；

⊕耐化学性：耐某些矿物油、有机酸、盐、碱及其水溶液；BITZhuhaicampus34 ⊕溶液性：溶于苯、甲苯及苯乙烯；

⊕耐辐射性：PS为最耐辐射的聚合物之一。大剂量辐射时发生交联而变脆；

⊕印刷性能好；价廉、刚性大；

⊕缺点：性脆、耐热性低。BITZhuhaicampus35——应用

⊕广泛应用于工业装饰、照明指示、电绝缘材料以及光学仪器零件、透明模型、玩具、日用品等。

⊕重要用途：制备泡沫塑料，PS泡沫塑料是重要的绝热和包装材料。BITZhuhaicampus36PS半硬泡制品热固性塑料——品种：酚醛塑料、

氨基塑料、

环氧塑料、

不饱和聚酯塑料、有机硅塑料等。BITZhuhaicampus371、酚醛塑料——概念：以酚类化合物与醛类化合物缩聚而得的树脂称为酚醛树脂，其中主要是苯酚与甲醛缩聚物（PF）。——历史：于1909年开始工业生产，历史最为悠久。BITZhuhaicampus38——特点：价格便宜、尺寸稳定性好、耐热性优良，根据不同的性能要求可选择不同的填料和配方以满足不同用途的需要。

酚醛塑料主要用作电绝缘材料，故有“电木”之称。在宇航中可作为烧蚀材料以隔绝热量防止金属壳层熔化。BITZhuhaicampus392、环氧树脂——概念：分子中含有环氧基团的聚合物称为环氧树脂（EP）。——历史：自1947年首先在美国投产以来，世界年产量已达十几万吨。BITZhuhaicampus40——用途：塑料，粘合剂（环氧树脂型粘合剂有“万能胶”之称）。3、不饱和聚酯塑料——不饱和聚酯树脂：亦称聚酯树脂，通常由不饱和二元酸混以一定量的饱和二元酸与饱和二元醇缩聚获得线型初聚物，再在引发剂作用下固化交联即形成体型结构。

经玻璃纤维增强后的塑料俗称“玻璃钢”。BITZhuhaicampus41塑料制品上的三角标BITZhuhaicampus4210.1.3纤维——纤维（fibre，fiber）:是指长/径比非常大，具有一维各向异性和一定柔韧性的纤细材料。

常用的纺织纤维，长/径比一般大于1000∶1，其直径为几微米至几十微米，而长度超过25mm。4344如棉、麻、羊毛、蚕丝等。即用天然或合成高分子化合物经化学加工制得的纤维。三、合成纤维特点：具有优良的物理、机械性能和化学性能，如强度高、密度小、弹性高、耐磨性好、吸水性低、保暖性好、耐酸碱性好、不会发霉或虫蛀等。用途：不仅可以纺制轻暖、耐穿、易洗快干的各种衣料，还可用作轮胎帘子线、运输带、传送带、渔网、绳索、耐酸碱的滤布和工作服等。451、聚酰胺纤维中国商品名为“锦纶”，国外商品名为“尼龙”、“耐纶”、“卡普隆”等。性能特点：耐磨性好，强度高、耐冲击性好，弹性、耐疲劳性好，密度小。缺点：弹性模量小，使用中易变形，耐热、耐光较差。462、聚酯纤维中国商品名为“涤纶”，俗称“的确良”；国外商品名有“达克纶”、“帝特纶”、“特丽纶”、“拉扶桑”等。性能特点：弹性好，强度大，吸水性小，耐热性好。织物有易洗易干、保形性好、免熨等特点。473、聚丙烯腈纤维以丙烯腈为原料。中国商品名为“腈纶”，国外商品名有“奥纶”，“开司米纶”等。聚丙烯腈纤维无论外观或手感都很像羊毛，因此有“合成羊毛”之称，而某些性能已超过羊毛。性能特点：弹性模量高，保形性好。应用：毛织物、棉织物、军用帆布、窗帘、帐篷等。484、其他纤维1)、聚丙烯纤维：“丙纶”“帕纶”“梅克丽纶”。2)、聚乙烯醇纤维：“维纶”“维尼纶”“维纳纶”“合成棉花”；最大用途：与棉混纺制成维棉混纺布或针织品。3)、聚氯乙烯纤维：“氯纶”“天美纶”“罗维尔”494)、特种合成纤维耐高温纤维：芳香族聚酰胺（芳纶），碳纤维（碳素、石墨），聚酰亚胺；耐腐蚀纤维：聚四氟乙烯；阻燃纤维：阻燃涤纶、阻燃腈纶、阻燃丙纶；弹性纤维：聚氨酯纤维（氨纶），聚丙烯酸酯弹性纤维；抗吸湿纤维和抗静电纤维（主要制作无尘衣、无菌衣、防爆衣）。5010.1.4胶黏剂BITZhuhaicampus5151分类及组成1胶接及其机理2各类材料的胶接3环氧树脂胶黏剂4酚醛树脂胶黏剂5丙烯酸酯类胶黏剂6其他常用的胶黏剂7BITZhuhaicampus52一、分类

1、按胶接强度特性分类

结构型胶粘剂：具有足够高的胶接强度，胶接接头可经受较苛刻的条件，因而此类胶粘剂可用以胶接结构件。

非结构型胶粘剂：胶接强度较低，主要用于非结构部件的胶接。

次结构型胶粘剂：则介于二者之间。BITZhuhaicampus532、按主要组成成分分类图4-21胶粘剂按组成成分分类A．化学反应型胶粘剂其主成分是含有活性基团的线型聚合物，当加入固化剂时，由于化学反应而生成交联的体型结构，从而产生胶接作用。主要包括热固性树脂胶粘剂、聚氨酯胶粘剂、橡胶类胶粘剂及混合型胶粘剂。

B．热塑性树脂溶液胶粘剂它是热塑性聚合物加溶剂配制而成，如聚醋酸乙烯酯胶粘剂、聚异氰酸酯胶粘剂等。

C．热熔胶粘剂这种胶粘剂是以热塑性聚合物为基本组分的无溶剂型固态胶粘剂，通过加热熔融粘合，然后冷却固化。如乙烯-醋酸乙烯共聚物热熔胶、低分子聚酰胺热熔胶等。BITZhuhaicampus543、合成胶粘剂，按固化类型可分为以下三种：

BITZhuhaicampus55四、环氧树脂胶粘剂

凡是以环氧树脂为基料的胶粘剂统称为环氧树脂胶粘剂，简称为环氧胶。环氧胶是当前应用最广泛的胶种之一。环氧胶有很强的粘合力，它对大部分材料如金属、木材、玻璃、陶瓷、橡胶、纤维、塑料、皮革等都有良好的粘合能力，故有“万能胶”之称。五、

酚醛树脂胶黏剂主要以甲阶酚醛树脂为粘料，以酸类如石油磺酸、对苯磺酸、磷酸的乙二醇溶液、盐酸的酒精溶液等为固化催化剂而组成的，在室温或加热下固化。优点：粘接力强，耐高温，配方优良胶可在300℃以下使用。缺点：性脆，剥离强度差。用途：主要用于胶接木材、木质层压板、胶合板、泡沫塑料，也可用于胶接金属、陶瓷。56六、

丙烯酸酯类胶黏剂一类：以聚合物本身作胶黏剂，例如溶液型胶黏剂、热熔胶、乳液胶黏剂等；另一类：以单体或预聚体作胶黏剂，通过聚合而固化，例如a-氰基丙烯酸酯胶黏剂和厌氧胶等。1)、a-氰基丙烯酸酯胶黏剂基本组分：a-氰基丙烯酸酯单体（常用的a-氰基丙烯酸甲/乙/丁酯），稳定剂，增塑剂，增稠剂，阻聚剂等。市售的“501”、“502”胶就属于此类胶黏剂。用途：胶接玻璃、金属、宝石、有机玻璃、橡皮、硬质塑料等。57

2)、厌氧性胶黏剂储存时与空气接触，一直保持液态，不固化，但一旦与空气隔绝就很快固化而起到粘接或密封作用。组成：可聚合的单体（甲基丙烯酸酯类），引发剂和促进剂。用途：螺栓紧固防松，密封防漏，固定轴承以及其他机件的胶接。58

3)、第二代丙烯酸酯胶黏剂组成：丙烯酸酯类单体或低聚物、引发剂、弹性体、促进剂等。组分应分装，可将单体、弹性体、引发剂装在一起，促进剂另装。混合后发生固化反应。用途：胶接钢、铝、青铜等金属；ABS、PVC、玻璃钢、PMMA等塑料以及橡胶、木材、玻璃、混凝土等。5910.1.5涂料BITZhuhaicampus6060涂料的组成1涂料的类型2油基树脂漆3合成树脂漆4水性树脂涂料5粉末涂料6BITZhuhaicampus61桐油亚麻油豆油天然树脂：虫胶、松香人造树脂：硝化棉、松香衍生物合成树脂：酚醛、醇酸、聚酯、聚氨酯等植物油有机成膜物质无机成膜物质原硅酸乙酯碱性硅酸盐等树脂涂料的类型1)、根据施工的层次，涂料可分为：腻子→底漆→面漆→罩光漆等。2)、根据稀释介质的不同可分为：溶剂型、水溶型、水乳型。3)、根据漆膜的光泽可分为：无光漆、半光（平光）漆和有光漆等。4)、根据用途可分为：防锈漆、绝缘漆、耐高温漆、地板漆、罐头漆、船舶漆、铅笔漆、美术漆等。5)、根据施工方法可分为：喷漆、烘漆、电泳装漆。6)、按成膜物质中的树脂类型可分为：油性涂料，合成树脂类涂料。62BITZhuhaicampus10.2功能高分子材料10.2.1生物医用高分子材料研究内容：设计、合成和加工等适合不同医疗目的的高分子材料与制品；最大限度的克服这些材料对人体的伤害和副作用。（1）化学隋性，不会因与体液接触而发生反应

人体环境对高分子材料主要有以下一些