第五章 高分子材料

材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus第五章高分子材料材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus主要内容

高分子的基本概念

高分子的合成与制备

高分子的结构与性能

几种常见高分子材料

高分子材料的应用及发展趋势第五章高分子材料材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus多种多样的高分子材料材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子材料材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高比强度的降落伞绳索防弹衣材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子材料的现状2006年，世界合成高分子材料的年总产量已达到2.4亿吨。其中：

塑料：1.8亿吨，

合成橡胶：0.12亿吨，

合成纤维：0.3亿吨。世界产量(亿吨)我国产量(亿吨)钢124.19水泥2512.5石油36.21.84树脂2.40.25材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子材料发展简史(1)天然高分子的利用-天然高分子改性

天然橡胶硫化（1839年）Goodyear美国

硝化纤维赛璐珞（1868年）Hyatt美国硝化纤维、樟脑、乙醇合成塑料

粘胶纤维（1893-1898年）材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子材料发展简史(2)合成高分子20世纪初－酚醛树酯－美国人贝克兰用苯酚与甲醛反应1920年－德国人施陶丁格(Staudinger))提出高分子概念，32年出版了划时代的巨著《论聚合》，30年代、40年代－飞速发展,美国杜邦公司合成出尼龙,德国合成出橡胶、聚乙烯、聚丙烯、英国合成出聚酯纤维。70年代－特种性能的高分子材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子材料发展简史(3)创立高分子化学的施陶丁格HermannStaudinger1881-1965TheNobelPrizeinChemistry1953“forhisdiscoveriesinthefieldofmacromolecularchemistry”G.Natta

K.Zieglar

HermannStaudinger

材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子溶液理论的创立者P.Flory1910-1985TheNPinChemistry1974美国高分子物理化学家弗洛里(PaulJ.Flory)由于在高分子科学领域，尤其在高分子物理性质与结构的研究方面取得巨大成就，1974年荣获瑞典皇家科学院授予的nobel化学奖。

材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子材料发展简史(4)2000年化学奖授予了黑格(A.J.Heeger，美国)、马克迪尔米德(A.G.MacDiarmid，美国)和白川英树(H.ShiraKawa，日本)三人，他们发现了导电聚合物。A.J.Heeger(美国)A.G.Macdiarmid(美国)H.ShiraKawa(日本)材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus什么是高分子？高分子的的定义：有结构单元通过共价键的形式通过聚合反应重复连接而成的链状化合物，高分子也称聚合物或是高聚物，英文都是polymer。大分子的定义：(macromolecule)分子量很大的化合物。(注意两者的区别)高分子大分子有机物材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子的特点

组成：主要由C、H、O组成(无机高分子，如玻璃)

分子量多分散性，只有一定的范围，是分子量不等的同系物的混合物；分子量很大（104-107，甚至更大）

没有固定熔点，只有一段宽的温度范围；

没有沸点和固定的熔点，分子间力很大，加热到200oC-300oC以上，材料破坏（降解或交联）。

链式结构

柔性分子链大部分高分子的主链具有一定的内旋转自由度。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus由于这一突出特点，聚合物显示出了特有的性能，表现为“三高一低一消失”。既是：高分子量高弹性高黏度、结晶度低、无气态。因此这些特点也赋予了高分子材料（如复合材料、橡胶等）高强度、高韧性、高弹性等特点。

材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子的单体：

通过聚合反应能制备高分子化合物的物质称做单体。例如：乙烯是单体，能聚合生成聚乙烯。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子材料分类按材料来源分类天然高分子合成高分子按化学组成分类元素有机高分子碳链高分子杂链高分子无机高分子材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus按材料性能和用途分类塑料橡胶纤维涂料粘合剂功能高分子材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子材料塑料、橡胶、纤维，称为三大合成材料

塑料主要品种有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯(四大通用塑料)等

合成橡胶主要用途为制造轮胎，约占60%

合成纤维主要品种有：涤纶（PET）、尼龙、聚丙烯腈、聚丙烯等;材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus合成橡胶通用合成橡胶——丁苯、丁基、氯丁、丁腈橡胶等特种合成橡胶——丁丙橡胶、异戊橡胶、聚硫橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丙烯酸橡胶、氯醇橡胶等。主要用途——制造轮胎（约占60%），密封件、减震零件、耐油胶管、油箱。人造血管、人造瓣膜和人造心脏人工心肺机、人造肾脏、输血导管等。第一节概述

橡胶是一种高分子弹性体，在外力作用下能发生较大的形变，当外力解除后，又能迅速恢复其原来形状。含义合成橡胶材料与化学化工学院一、橡胶的类型按来源分类天然橡胶天然橡胶树、虫胶、琥珀等合成橡胶由单体合成或天然高聚物改性获得第一节概述材料与化学化工学院一、橡胶的类型是从天然植物中采集出来的一种高弹性材料，经采集、凝聚、洗涤、干燥等过程即得。

制造各种轮胎以及工业橡胶制品，如胶管、胶带和工业用橡胶杂品；日常生活用品如胶鞋、雨衣以及医疗卫生用品等。

天然橡胶第一节概述一、橡胶的类型天然橡胶牛筋底，网状填充给鞋帮提供最大限度的透气性

天然橡胶手套(棉/腈内衬)第一节概述一、橡胶的类型按用途分类日常用品轮胎、胶带、胶管、胶鞋等工业制品如胶辊、胶布、胶板、油封等第一节概述一、橡胶的类型合成橡胶分类通用合成橡胶丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶等特种合成橡胶丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶等第一节概述一、橡胶的类型

人们常用的合成橡胶有丁苯橡胶，顺丁橡胶和氯丁橡胶等。合成橡胶与天然橡胶相比，具有高弹性，绝缘性、耐油和耐高温等性能，因而广泛应用于工农业、国防、交通及日常生活中。第一节概述一、橡胶的类型轮胎制品第一节概述一、橡胶的类型工业制品第一节概述二、橡胶的特性玻璃化温度低具有高弹性几种主要橡胶的玻璃化温度及使用温度范围第一节概述加入惰性填料、增强填料等。使线型橡胶分子交联形成立体网状结构。

制品强度很低、弹性小、遇冷变硬、遇热变软、遇溶剂溶解等，无使用价值。三、橡胶的硫化与增强硫化目的增强方法硫化实质第一节概述四、合成橡胶的生产过程第一节概述

第二节丁苯橡胶SBR丁苯橡胶：

由1，3-丁二烯与苯乙烯共聚而得的高聚物，简称SBR，是一种产量和消耗量最大的通用橡胶。概述第二节丁苯橡胶溶液聚合乳液聚合工业生产方法胶炭黑母橡胶低温充油丁苯橡低温丁苯橡胶低温充油丁苯橡胶高温丁苯橡胶黑母橡胶低温丁苯橡胶炭高苯乙烯丁苯橡胶液体丁苯橡胶羧基丁苯橡胶醇烯溶聚丁苯橡胶丁苯橡胶烷基锂溶聚丁苯橡胶高反式聚1，4-丁苯橡胶锡偶联溶聚广泛应用低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺第二节丁苯橡胶一、主要原料1,3-丁二烯

CH2＝CH－CH＝CH21苯乙烯

CH2＝CH－2最简单的共轭双烯烃。在常温、常压下为无色气体，性质活泼，容易发生自聚反应，在贮存、运输过程中要加入叔丁邻苯二酚阻聚剂。无色或微黄色易燃液体，化学性质非常活泼，能进行均聚合，也能与其他单体如丁二烯、丙烯腈等发生共聚合反应。低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺第二节丁苯橡胶二、生产原理与工艺聚合原理------自由基共聚合1生产工艺-----典型配方2原料及辅助材料配方I配方II单体丁二烯7072苯乙烯3028相对分子质量调节剂叔十烷基硫醇0.200.16介质水200195乳化剂歧化松香酸钢4.54.62烷基芳基磺酸钠0.15－引发剂体系过氧化物过氧化氢对孟烷0.080.06-0.12活化剂还原剂硫酸亚铁0.050.01雕白粉0.150.04-0.10螯合剂EDTA0.0350.01-0.025缓冲剂磷酸钠0.080.24-0.45反应条件聚合温度55转化率，%6060聚合时间，h7-127-10低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺第二节丁苯橡胶二、生产原理与工艺生产工艺-----聚合条件3单体纯度：＞99%引发剂：氧化-还原引发体系乳化剂：脂肪酸皂或歧化松香酸皂分子量调节剂：十二烷基硫醇聚合温度:5℃或更低防老剂：对苯二酚填充油：液态烃（芳烃、环烷烃）防老剂：胺类防老剂转化率：60%～70%，聚合时间：控制在7～12h低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺第二节丁苯橡胶二、生产原理与工艺工艺流程----原料准备、聚合过程、单体回收、分离、后处理等。4低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺第二节丁苯橡胶二、生产原理与工艺流程说明5聚合系统：8～12台聚合釜串联搅拌形式：框式干燥：双层履带式传热：在聚合釜内安装垂直管式氨蒸发器反应终点：根据门尼粘度和单体转化率来控制

转化率：根据取样测定固体含量来计算。门尼粘度：根据产品指标要求实际取样测定来确定氨气液氨聚合釜TRCA蓄集器管道低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺第二节丁苯橡胶二、生产原理与工艺单体回收注意问题6产生泡沫加入硅油或聚乙二醇等消泡剂定期清洗粘附在器壁上聚合物；设置两个脱苯乙烯塔切换使用采用药剂处理或加入亚硝酸钠、碘、硝酸等抑制剂产生凝集物产生爆聚物低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺第二节丁苯橡胶三、丁苯橡胶的结构、性能及用途丁苯橡胶的结构丁苯橡胶类型宏观结构微观结构支化凝胶MnHIPS，%顺式反式乙烯基低温乳液聚合丁苯橡胶高温乳液聚合丁苯橡胶中等大量少量多1000001000004-67.523.523.49.516.65546.31213.7典型丁苯橡胶的结构特征是一种不饱和烯烃高聚物，其玻璃化温度取决于苯乙烯均聚物的含量。低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺第二节丁苯橡胶三、丁苯橡胶的结构、性能及用途丁苯橡胶的性能性能优点胶料不易烧焦和过硫；高温耐磨性好，适用于乘用胎；加工过程中不易过炼，可塑度均匀，硫化橡胶硬度变化小；充油橡胶的加工性能好；容易与其他橡胶并。缺点

强度低，需加高活性补强剂；加配合剂难度大；滞后损失大，生热高，弹性低，耐寒性也稍差，但充油后可以降低生热；热撕裂性能差。六大丁苯橡胶系列低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺第二节丁苯橡胶三、丁苯橡胶的结构、性能及用途丁苯橡胶的用途11000系列（高温乳聚丁苯胶）1100系列（高温乳聚丁苯胶炭黑母炼胶）231500系列（低温乳聚丁苯胶）1600系列（低温乳聚丁苯胶炭黑母炼胶）451700系列（低温乳聚充油丁苯胶）1800系列（低温乳聚丁苯胶炭黑母炼胶）6低温丁苯橡胶乳液聚合的生产工艺第二节丁苯橡胶三、丁苯橡胶的结构、性能及用途丁苯橡胶的用途汽车零件电线和电缆包皮胶管和胶鞋轮胎行业材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus塑料

性能：坚硬、韧性、耐磨、耐热水及蒸气，加工时尺寸稳定性好、化学稳定性好塑料——聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等(四大通用树脂)

通用工程塑料——聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酯、改性聚苯醚等。高性能工程塑料——聚芳醚、聚芳砜、聚芳酯、聚芳杂环类、聚芳酰胺、聚对二甲苯、含氟材料等。建筑塑料塑料的组成塑料的主要特点常用建筑塑料常用建筑塑料制品塑料的基本组成组成含量主要作用合成树脂30～60％起胶粘剂作用填料40～70％可提高塑料的强度、硬度、耐热性、耐老化性、抗冲击性等增塑剂提高塑料加工时的可塑性、流动性，以及塑料制品的弹性和柔软性固化剂用于热固性树脂中着色剂染料、颜料使塑料制品具有鲜艳的色彩和光泽其他助剂改善和调节塑料的其他性能塑料的主要特点优点轻质高强加工性能好导热系数小，绝热性好装饰性优异多功能经济缺点耐热性差、易燃易老化热膨胀性大刚度小常用建筑塑料名称代号主要特性主要用途聚乙烯PE若软性好，耐低温性能好，加工性能好；刚度差，耐热性能差，耐老化性能差。防水材料、给排水管、绝缘材料聚氯乙稀PVC耐化学腐蚀和电绝缘性能优良，难燃；但耐热性能较差，高温时易降解是建筑中应用最多的塑料聚苯乙烯PS电绝缘性能好，耐辐射，加工性好；但脆性大，耐冲击和耐热性能差。主要以泡沫塑料的形式作为隔热材料聚丙烯PP管材、卫生洁具、模板等ABS塑料建筑五金、各种管材、模板、异型管酚醛树脂PF电绝缘性能和力学性能良好。坚固耐用、尺寸稳定、不易变形生产各种层压板、玻璃钢制品、涂料常用建筑塑料制品玻璃钢（GRP）：以玻璃纤维为增强材料，以合成树脂为基体，经成型、固化而成的固体材料。玻璃钢制品具有良好透光性和装饰性，且强度高，重量轻，具有良好耐化学腐蚀性能和电绝缘性能，加之成型工艺简单灵活，在建筑卫生洁具上被广泛使用。水暖工程材料给排水管、各种管件；卫生洁具防水工程材料防水卷材、防水涂料、密封材料、止水带隔热材料泡沫塑料、现场发泡的泡沫塑料装饰材料塑料地板、地毯、壁纸、建筑涂料、塑料门窗、塑料吊顶、塑料隔断等玻璃钢玻璃钢：FRP(FiberReinforcedPlastics)纤维强化塑料以玻璃纤维或其制品作增强材料的增强塑料，称谓为玻璃纤维增强塑料，或称谓玻璃钢。一般指用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂基体。由于所使用的树脂品种不同，因此有聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢之称。玻璃钢板优点(1)轻质高强相对密度在1.5~2.0之间，只有碳钢的1/4~1/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而比强度可以与高级合金钢相比。因此，在航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。部分材料的密度、强度和比强度见表1-1。(2)耐腐蚀性能好FRP是良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。玻璃钢板优点(3)电性能好是优良的绝缘材料，用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。(4)热性能良好FRP热导率低，室温下为1.25~1.67kJ/（m·h·K），只有金属的1/100~1/1000，是优良的绝热材料。在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料，能保护宇宙飞行器在2000℃以上承受高速气流的冲刷。玻璃钢板优点(5)可设计性好①可以根据需要，灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，可以使产品有很好的整体性。②可以充分选择材料来满足产品的性能，如：可以设计出耐腐的，耐瞬时高温的、产品某方向上有特别高强度的、介电性好的，等等。(6)工艺性优良①可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺。②工艺简单，可以一次成型，经济效果突出，尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品，更突出它的工艺优越性。玻璃钢板缺点(1)弹性模量低FRP的弹性模量比木材大两倍，但比钢（E=2.1×106）小10倍，因此在产品结构中常感到刚性不足，容易变形。可以做成薄壳结构、夹层结构，也可通过高模量纤维或者做加强筋等形式来弥补。(2)长期耐温性差一般FRP不能在高温下长期使用，通用聚酯FRP在50℃以上强度就明显下降，一般只在100℃以下使用；通用型环氧FRP在60℃以上，强度有明显下降。但可以选择耐高温树脂，使长期工作温度在200~300℃是可能的。(3)老化现象老化现象是塑料的共同缺陷，FRP也不例外，在紫外线、风沙雨雪、化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降。玻璃钢板缺点（4)层间剪切强度低层间剪切强度是靠树脂来承担的，所以很低。可以通过选择工艺、使用偶联剂等方法来提高层间粘结力，最主要的是在产品设计时，尽量避免使层间受剪。建筑塑料制品实例聚乙烯（PE）（1）基本特性：产量最大；无毒、无味，呈白色或乳白色；结晶型塑料；吸水性极小，介电性能好。因此，聚乙烯是最理想的高频电绝缘材料。（2）主要用途：塑料管、塑料板、塑料绳、齿轮、轴承等；包装用的塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和电线电缆外皮等。（3）成型特点：成形收缩率范围及收缩值大，方向性明显，容易变形、翘曲。流动性好且对压力变化敏感，宜用高压注射；模具应设有冷却系统；质软易脱模，塑件有浅的侧向凸凹时可强行脱模。聚乙烯的种类（1）LDPE：低密度聚乙烯、高压聚乙烯（2）LLDPE：线形低密度聚乙烯（3）MDPE：中密度聚乙烯、双峰树脂（4）HDPE：高密度聚乙烯、低压聚乙烯（5）UHMWPE：超高分子量聚乙烯。分子量达到3，000，000-6，000，000的线性聚乙烯称为超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。超高分子量聚乙烯的强度非常高，可以用来做防弹衣。（6）改性聚乙烯：CPE、交联聚乙烯（PEX）（7）乙烯共聚物：乙烯-丙烯共聚物（塑料）、EVA、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其它烯烃（如辛烯POE、环烯烃）的共聚物、乙烯-不饱和酯共聚物（EAA、EMAA、EEA、EMA、EMMA、EMAH）聚乙烯（PE）主要制备方法（1）液相法：1）溶液法2）淤浆法

（2）气相法：物料在反应器中的相态类型。我国主要采用齐格勒催化剂的淤浆法。条件与过程描述：纯度99%以上的乙烯在催化剂四氯化钛和一氯二乙基铝存在下，在压力0.1-0.5MPa和温度65-75℃的汽油中聚合得到HDPE的淤浆。经醇解破坏残余的催化剂、中和、水洗，并回收汽油和未聚合的乙烯，经干燥、造粒得到产品。聚乙烯（PE）的成型特性1.结晶料,吸湿小,不须充分干燥,流动性极好流动性对压力敏感,成型时宜用高压注射,料温均匀,填充速度快,保压充分.不宜用直接浇口,以防收缩不均,内应力增大.注意选择浇口位置,防止产生缩孔和变形.2.收缩范围和收缩值大,方向性明显,易变形翘曲.冷却速度宜慢,模具设冷料穴,并有冷却系统.3.加热时间不宜过长,否则会发生分解.4.软质塑件有较浅的侧凹槽时,可强行脱模.5.可能发生融体破裂,不宜与有机溶剂接触,以防开裂。各类聚乙烯产品用途

1.高压聚乙烯：一半以上用于薄膜制品，其次是管材、注射成型制品、电线包裹层等。低密度聚乙烯总产量的一半以上经吹塑制成薄膜,这种薄膜有良好的透明性和一定的抗拉强度,广泛用作各种食品、衣物、医药、化肥、工业品的包装材料以及农用薄膜。也可用挤出法加工成复合薄膜用于包装重物。2.中低、压聚乙烯：以注射成型制品及中空制品为主。高密度聚乙烯强度较高，适宜作中空制品。可用吹塑法制成瓶、桶、罐、槽等容器，或用浇铸法制成槽车罐和贮罐等大型容器。各类聚乙烯产品用途

3.超高压聚乙烯：由于超高分子聚乙烯优异的综合性能，可作为工程塑料使用。挤出法可生产聚乙烯管材，高密度聚乙烯管强度较高，适于地下铺设。挤出的板材可进行二次加工。也可用发泡挤出和发泡注射法将高密度聚乙烯制成低泡沫塑料，作台板和建筑材料。低密度聚乙烯薄膜（LDPE）低密度聚乙烯薄膜一般采用吹塑和流延两种工艺制成。流延聚乙烯薄膜的厚度均匀，但由于价格较高，目前很少使用。吹塑聚乙烯薄膜是由吹塑级PE颗粒经吹塑机吹制而成的，成本较低，所以应用最为广泛。低密度聚乙烯薄膜是一种半透明、有光泽、质地较柔软的薄膜，具有优良的化学稳定性、热封性、耐水性和防潮性，耐冷冻，可水煮。其主要缺点是对氧气的阻隔性较差，常用于复合软包装材料的内层薄膜，而且也是目前应用最广泛、用量最大的一种塑料包装薄膜，约占塑料包装薄膜耗用量的40%以上。由于聚乙烯分子中不含极性基团，且结晶度高，表面自由能低，因此，该薄膜的印刷性能较差，对油墨和胶黏剂的附着力差，所以在印刷和复合前需要进行表面处理。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus合成纤维合成纤维－以煤、石油、天然气、水、空气、食盐、石灰石等为原料，经化学处理制成的人工纤维。主要品种－涤纶（PET）、绵纶（聚酰胺）、腈纶（聚丙烯腈）、丙纶（聚丙烯）维纶（聚乙烯醇）和氯纶（聚氯乙烯）等六种，其中前三种产量最大，占整个合成纤维产量的90％。

合成纤维一、成纤高分子物条件二、纺丝方法三、常用合成纤维四、特种纤维合成纤维

合成纤维是指以简单化合物为原料,通过聚合或缩聚反应制成成纤高分子物，再通过纺丝和后处理加工制成纤维。一、成纤高分子物条件具备一定的分子量具备一定的分子结构(线形或支化度很低)超分子结构具有取向并部分结晶具有一定的耐热性具有一定的机械物理性能具有一定的化学稳定性具有一定的染色性合成纤维的优缺点第七章优点：强度高、弹性好、耐穿耐用、光泽好、化学稳定性强、耐霉腐、耐虫蛀缺点：吸湿性差、耐热性差、导电性差、防污性差、易起毛起球、不易染色、腊状手感二、纺丝方法第七章

合成纤维的纺丝方法，目前大致可分为以下三种：分类纺丝液制备凝固方法应用举例湿法纺丝溶于水或水溶液凝固浴凝固成型维纶、腈纶干法纺丝溶于非水溶剂蒸发溶剂凝固成型醋酸纤维熔融法纺丝加热熔融冷却凝固成型锦纶、涤纶、丙纶

新方法：复合纺丝法、拉裂法、切割法等。1．熔融纺丝法纺丝液是熔体，纺出的丝在空气中固化。熔融纺丝的纺丝速度高，目前一般的纺丝速度为1000~2000m/min，采用高速纺丝时，可达3000~6000m/min或更高。熔融纺丝加工成本低，但喷丝板孔数少，丝的截面多为圆形。涤纶、锦纶、丙纶等均采用此法熔融纺丝工艺流程

纺丝

溶液纺丝法的纺丝液是溶解的高聚物溶液，纺出的丝的固化方式分为湿法与干法两种。2．湿法纺丝湿法纺丝纺出的丝在溶液中固化这种方法纺丝速度低，一般速度为18~380m/min。湿法纺丝加工成本高且对环境污染较严重，纺出丝的截面多为非圆形，有皮芯结构。腈纶、维纶、氯纶、粘胶纤维多采用此法。

湿法纺丝工艺流程

3．干法纺丝干法纺丝纺出的丝在空气中固化这种方法目前一般的纺丝速度为200~500m/min，高者可达1000~1500m/min。干法纺丝溶剂挥发易污染环境，成本高，但丝的质量好，此法多用于制作长丝。干法纺丝工艺流程

干法纺丝三、常用合成纤维按纤维结构分为：

涤纶、腈纶、锦纶、芳纶、维纶、氨纶、丙纶

按纤维长短分为：

a.棉型

短纤维：b.毛型

c.中长纤维（仿毛、仿麻）长丝：

a.单丝→加工→弹力丝：高弹丝

b.复丝低弹丝四、特种纤维1、复合纤维两种或两种以上成纤高分子物的熔体分别输入同一喷丝头，在喷丝头的适当部位相遇后，从同一喷丝孔中喷出，成为两组份或多组份粘并的一根纤维。并列型皮芯型海岛型桔瓣型复合纤维的特点：具有三维空间的立体卷曲，高膨松性、延伸性和覆盖能力。四、特种纤维2、异形纤维：

在合成纤维成形过程中采用非圆形孔眼的喷丝板，制成的非圆形截面或中空的纤维。可改善手感、回弹性、抗起球性及光泽等。主要有三角形、四角形、五角形、扁平形、中空形等。四、特种纤维4、改性纤维：

近来，为了改善化学纤维容易起静电、起毛起球等缺点，为了改进染色性能和提高熔点等，已出现了抗静电纤维、低温可染涤纶、阳离子可染涤纶、变性涤纶等改性纤维。3、超细纤维：

单丝纤度<0.1旦

特点：手感柔软、细腻，柔韧性好，光泽柔和，高清洁能力，高吸水和吸油性，…

材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus三大合成高分子材料的比较纤维塑料橡胶分子量一般1-7万一般6-30万一般15-30万加工方法熔融纺丝、溶液纺丝挤出、注塑、吹塑成型等硫化交联机械性能高强度（>35000N/cm2）介于两者之间初始模量很低，高模量(>35000N/cm2)高弹形变（500-1000%）低伸长率（<5-50%）材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus按结构单元的化学组成分类

碳链高分子主链以C原子间共价键相联接加聚反应制得。如聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯，聚丙烯聚乙烯材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus杂链高分子主链除C原子外还有其它原子如O、N、S等，并以共价键联接、缩聚反应而得，如聚对苯二甲酸乙二脂（涤纶）聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus元素有机高分子

主链中不含C原子，而由Si、B、P、Al、Ti、As等元素与O组成，其侧链为有机基团；

兼有无机高分子和有机高分子的特性，既有很高耐热和耐寒性，又具有较高弹性和可塑性，如硅橡胶。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus无机高分子主链既不含C原子，也不含有机基团，而完全由其它元素所组成，这类元素的成链能力较弱，故聚合物分子量不高，并易水解。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子的命名根据单体来源或制法命名

根据聚合物的结构特征命名

根据商品命名

IUPAC的系统命名法材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus根据单体来源或制法命名很多聚合物的名称是由单体或假想单体名称前加一个“聚”字而来，例如：

聚丙烯

聚氯乙烯

聚苯乙烯材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus根据聚合物的结构特征命名

很多缩聚物是两种单体通过官能团间缩合反应制备的。在结构上与单体有差别。可根据结构单元的结构来命名，前面冠以“聚”字。例如：对苯二甲酸和乙二醇制备的聚合物叫聚（对苯二甲酸乙二酯），由己二胺和己二酸反应制备的叫聚己二酰已二胺等等。

有一些聚合物结构中已看不出单体来源了。更需要由聚合物的结构特征命名。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus根据商品命名

有机化合物的命名很复杂，聚合物就更复杂了。在商业生产和流通中，人们仍习惯用简单明了的称呼，并能与应用联系在一起。例如:聚甲基丙烯酸甲酯---有机玻璃，塑料类聚合物--酚醛树脂，脲醛树脂，醇酸树脂有时也将聚氯乙烯--俗称氯乙烯树脂。将橡胶类聚合物--加上后缀“橡胶”例如:丁二烯和苯乙烯共聚物--丁苯橡胶，丁二烯和丙烯腈共聚物--丁腈橡胶，乙烯和丙烯共聚物--乙丙橡胶等等。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus将纤维类的，在我国是用“纶”作后缀的例如:聚对苯二甲酸乙二酯--涤纶，聚ω-己内酰胺--锦纶，聚乙烯醇缩醛--维尼纶，聚氯乙烯--氯纶，聚丙烯腈--腈纶，聚丙烯--丙纶。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus还有直接引用的国外商品名称音译，例如:聚酰胺又称尼龙(Nylon)，聚己二酰己二胺----尼龙-66(nylon-66)，聚癸二酰癸二胺----尼龙-1010，第一个数表示二元胺的碳原子数目，第二个数为二元酸的，因此尼龙-610则是己二胺和癸二酸的缩聚产物。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectusIUPAC的系统命名法为避免聚合物命名中的多名或不确切，国际纯化学和应用化学联合会（InternationalUnionofPureandAppliedChemistry）提出了以结构为基础的系统命名法，

（1）确定聚合物的最小重复单元。

（2）排好重复单元中次级单元的次序。

（3）按小分子有机化合物的IUPAC命名法则来命名这个重复单元。

（4）在此重复单元命名前加一个“聚”字。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectusIUPAC系统命名法的实例(1)聚环氧乙烷、-[CH2-CH2-O]n-。聚乙二醇、-[CH2-O-CH2]n-。聚氧乙醇，-[O-CH2-CH2]n-。按原则2所排的次级单元为-[O-CH2-CH2]n-，按原则3命名为氧化乙烯，IUPAC命名，应叫聚氧化乙烯（Polyoxyethylene）。聚丁二烯,-[CH=CH-CH2-CH2]n-,聚(1-次丁烯基）。聚氯乙烯,-[CHCl-CH2]-,聚（1-氯代乙烯）。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectusIUPAC系统命名法的实例(2)

聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的重复单元应为:

称聚（氧化乙烯氧化对苯二甲酰）。

聚亚苯基苯并二噻唑的IUPAC命名:Poly{(benzo[1,2-d;4,5-d']bisthiazole-2,6-diyl)-1,4-Phenylene}，聚{(苯并[1,2-并;4,5-并]二噻唑-2,6-二基)-1,4-亚苯基}。

按IUPAC命名比较严谨，但太繁琐。IUPAC不反对继续使用习惯命名。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus合成高分子的制备方法

由小分子化合物单体制备聚合物的反应主要分为三类，它们是缩合反应、加成反应和开环聚合。另一类是由一种聚合物经过适当的高分子反应也可转化为另一种高分子化合物。

加聚反应烯类单体通过加成而聚合起来的反应

缩聚反应单体通过官能团间的反应而形成高分子和排出小分子物质。

开环聚合反应

高分子转化反应材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus合成高分子的合成工艺工艺流程如下：石油、天然气、煤炭等裂解单体聚合高分子聚合物

加工高分子材料材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子材料的合成反应

加聚反应：由不饱和低分子化合物相互加成或由环状化合物开环连接成大分子的反应。一种单体均聚物多种单体共聚物材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus加聚反应：材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus缩聚反应：由具有两个以上官能团的低分子化合物聚合成高分子化合物，同时析出某些小分子物质(如水、氨、醇、氯化氢等)的反应。一种单体均缩聚多种单体混缩聚、共缩聚材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus缩聚反应：材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子是有不同分子量的同系物所组成的“混合物”。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus聚乙烯的生产现场图材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus高分子材料的加工工艺

塑料(成型)注射成型（注塑）:定型的塑料制品浇铸成型（铸塑）:热塑性的塑料板材、棒材、管材、异型材、薄膜、电缆护层等吹制成型（吹塑）:大型热固性工程塑料制品模压成型（压塑）:塑料中空制品或薄膜挤出成型（挤塑）:热固性工程塑料材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus注塑成型示意图材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus螺杆挤出机结构示意图材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus橡胶塑炼:生胶塑炼后分子量降低、可塑性增加成型压出成型:片材（胶片）压出成型:轮胎的胎面、内胎、电线和电缆的外套以及各种异形断面的制品等混炼:配合剂+生胶(塑炼胶)→混炼胶硫化:线形链状结构→少量交联的网状结构材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus纤维纺丝拉伸热定型纺丝原液制备纺丝初生纤维的后加工熔体纺丝:熔体，空气中冷却湿法纺丝:成纤聚合物溶解成纺丝原液，在凝固浴中冷凝干法纺丝:在热空气套筒中使溶剂挥发材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus在室温下，为什么有些高分子材料柔软而另外一些刚硬？高分子的物理性能材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus微观结构

链段的构象(高分子的分子量及其分布空间排列方式)

链段的运动

链段的相互作用宏观性能

力学性能

结晶性能

热稳定性材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus热行为——热塑性与热固性

热塑性塑料：塑料加工固化冷却以后，再次加热仍然能够达到流动性，并可以再次对其进行加工成型，也就是说具有良好的再加工性和再回收利用性，可重复循环。

热固性塑料：塑料经过一次加热成型固化以后，其形状就因为分子链内部进行铰链而使形状达到稳定，再次对其加热也不能让其再次达到粘流态，而对其进行再次加工成型，也就是说热固性塑料不具有再次加工性和再回收利用性。(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，一旦形成交联聚合物，受热后不能再回到可塑状态。制品不溶不融。)

优点：质轻、电绝缘、耐化学腐蚀、易成形加工等；

缺点：力学性能比金属材料差，表面硬度低，大多数品种易燃，耐热性差。材料与化学化工学院材料概论MaterialsConspectus力学状态玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态。

Tg：玻璃化转变温度或玻璃化温度Tf：高弹态与粘流态间的转变温度—粘流温度或软化温度