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1、材料概论第5章 高分子材料,材料科学与工程学院,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.1 绪论,高分子化合物在自然界的存在是相当普遍的，天然高分子是指自然界中存在的高分子化合物,聚合物：天然高分子、人造高分子和合成高分子,人造高分子是将天然高分子经化学处理后制成的高分子化合物。,合成高分子则是由小分子化合物用化学方法聚合得到的高分子化合物。,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.2 塑料,塑料的特性,塑料，在常温下有固定形状和强度，在高温下具有可塑性的高分子材料。,可调性好,优异的力学和加工性能,质轻且比强度高,易加工成型,特殊的物理化学性能,电绝缘性好,耐腐蚀性好,耐老化性能

2、差,耐热性能差,外力的长期作用下容易变形,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.2 塑料,塑料的分类,通用塑料聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯（PS）、酚醛塑料和氨基塑料等。,工程塑料聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚碳酸酯(PC)、聚酯、改性聚苯醚等。,特种工程塑料聚芳醚、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,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.2 塑料,塑料的应用,包装用塑料,塑料薄膜,中空容器,塑料编结袋,泡沫塑料,建筑用塑料,塑料门窗,塑料管材,透明板材,装饰材料,其他,材料

3、科学与工程学院,材料概论-高分子材料,例：,用不饱和聚酯树脂为原料，加入石英砂、大理石粉等无机填料和颜料混合，在模具中聚合成型的人造大理石装饰板，是一种有机与无机复合的高分子材料。与天然大理石相比，它具有质量轻，超强耐磨抗冲击，不易破裂，耐腐蚀好，价格便宜。,以节能为目的，在双层隔热窗框上，采用玻璃纤维增强尼龙66制造桥式隔热窗框架，可满足国内绝大部分地区建筑门窗及幕墙隔热、隔冷、节能要求。,材料概论-高分子材料,材料概论-高分子材料,5.3 合成橡胶,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.3 合成橡胶,合成橡胶的分类,1、通用合成橡胶,2、特种合成橡胶,丁苯、丁基、氯丁、丁腈橡胶等，

4、日常橡胶制品，如轮胎、救生艇、密封件、电缆、软管和油箱,乙丙橡胶、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,国防尖端工业,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.3 合成橡胶,例：,丁苯橡胶：丁二烯和苯乙烯的共聚物，在合成橡胶中产量最高，经适当的增强和处理后，与天然橡胶的性能非常接近，主要用于制造汽车和飞机轮胎、胶带及胶管等。,丁腈橡胶：丁二烯和丙烯腈的共聚物，具有耐热、耐油和耐老化的特点，可制作耐油胶管和油箱。,氯丁橡胶（聚氯丁二烯）：弹性和加工性好，耐油、耐腐蚀、耐老化、不透气、不易燃等优点，广泛应用，如制造密封件和减震零件等。耐寒性较

5、差，比重较大。,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.3 合成橡胶,硅橡胶：使用温度范围最广，-100300，耐大气老化和电绝缘，广泛用于航空、造船、化工和建筑：密封、减震和电绝缘件。飞机：透明硅橡胶，飞机座舱的多层有机玻璃的中间夹层。生物相容性：人体各种器官。,乙丙橡胶：耐氧和臭氧老化性好、透气性小，耐化学介质和耐液压油性好，使用温度范围为-60150，最高可达170，可用于制造汽车散热管及发动机零件。在航空上常用作液压系统的密封件和软管、火箭燃料和氧化剂的密封件和容器。,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.4 合成纤维,纤维是指长度与直径之比大于100以上的、并具有一定韧

6、性的纤细物质。,纤维可分为天然纤维和化学纤维两大类，化学纤维包括人造纤维和合成纤维两类。人造纤维又称再生纤维，是由天然的纤维素经过化学处理后再加工制 成的，主要有粘胶纤维、醋酸纤维和硝酸 纤维等。合成纤维是以煤、石油、天然气、 水、空气、食盐、石灰石等为原料，由小 分子有机单体通过聚合反应合成的，主要 有锦纶、涤纶、腈纶、丙纶、氯纶、维纶、 芳纶等。,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.4 合成纤维,合成纤维的种类,1、通用合成纤维,2、特种合成纤维,产量大，用途广泛，和人们日常生活关系密切，锦纶、 涤纶、腈纶等合成纤维。这三种通用合成纤维的产量占整个合成纤维产量的90。,在尖端工业

7、中起作用的是特种合成纤维，产量不大，品种多，有数十种，具有特殊的物理、机械性能，是天然纤维和通用合成纤维均无法达到的。,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,锦纶（尼龙）：聚酰胺纤维，最早，1939 年。比重小、强度高，具有突出的耐磨性，制造丝袜、衬衣、渔网、缆绳、降落伞、宇航服，轮胎帘布等。,腈纶：聚丙烯腈纤维，人造羊毛。比重低于羊毛，强度是羊毛的三倍，手感柔软膨松，耐洗耐晒，可以纯纺或同羊毛混纺，制作衣料、毛毯和工业毛毯。,涤纶：“的确良”，聚酯纤维。兼有锦纶和腈纶的特点，强度高、耐磨，混纺后的棉涤纶和毛涤纶是最常用的衣着用料。在工业上，涤纶可制作轮胎帘布、固定带及运输带等。,材料科学

8、与工程学院,材料概论-高分子材料,5.4 合成纤维,氟纶（聚四氟乙烯）：在各种酸碱介质中耐腐蚀性最好，耐250高温，良好的电绝缘性。原子能、航空和化学工业。,芳纶（芳香族聚酰胺）：“合成钢丝”，目前有机合成纤维中强度最大、产量最高的纤维。,凯芙拉49型纤维：杜邦公司，1965年。密度小，比强度和比模量分别为钢丝的五倍和三倍多。耐热性好，有的品种可以在260高温下连续使用上百小时。,材料概论-高分子材料,5.4 合成纤维,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.4 合成纤维,上世纪80年代初，美国伊利诺斯阿莫柯化学品公司研制成功了超细聚乙烯纤维，其弹性模量高达270GPa，已十分接近理论值

9、。刚性的大分子，通过液晶纺丝等方法，也能成为高模量、高强度高分子材料。1982年，美国空军赖特(Wright)航空实验室等单位开发了一种不含锯齿链的、真正直线型的高分子聚对亚苯基苯并双噻唑(PPBT)，他们用这种棒状的高分子制得了抗张弹性模量高达250GPa的纤维。,材料概论-高分子材料,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.5 胶粘剂,能把两种相同或不同材料胶结在一起，且在结合处有足够强度的物质称胶粘剂。,1、胶粘剂的分类,5.5.1 胶粘剂的分类及组成,（1）按胶粘剂的化学组成分类,（2）按固化形式分类,（3）按用途分类,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.5 胶粘剂,材

10、料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.5 胶粘剂,5.5.2 胶粘剂的应用,1、在建筑行业中的应用,在混凝土施工过程中通过浸渍使构件的微孔充满聚合物，使其具有强度高、防水性好、耐冲击、耐腐蚀、耐磨擦、耐冻结等特点。如用甲基丙烯酸甲酯浸渍过的钢筋混凝土的压缩强度是普通增强混凝土的3.8倍。,下水管道的粘接，墙纸，地板的粘贴，门窗的密封等都需要大量的胶粘剂。,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.5 胶粘剂,2、在航天航空和国防尖端技术中的应用,航空工业用的胶粘剂一般用于飞机蒙皮与框架的粘接，以及组装蜂窝结构及直升机的螺旋桨叶片等。,高性能结构胶粘剂的大量使用，使飞机的结构强度增加、

11、重量减轻。目前，制造一架飞机大约需要400kg 2200kg胶粘剂。可省去铆钉7.6万个，使机体重量减轻20%25%，强度提高30%35%，疲劳强度提高10倍。,材料概论-高分子材料,5.5 胶粘剂,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.6 高分子功能材料,高分子功能材料是20世纪60年代发展起来的新型领域。功能高分子有时也称为精细高分子或特种高分子，一般是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。,材料科学与工

12、程学院,材料概论-高分子材料,5.6 高分子功能材料,高分子膜材料,高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。,采用半透性薄膜，以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力，使气体混合物、液体混合物或有机物、无机物的溶液等分离成各种成分的技术，称为膜分离技术。,用膜来分离物质一般不发生相变，不耗费相变能，同时还具有较好的选择性，具有省能、高效和洁净等特点，因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.6 高分子功能材料,家用净水器用分离膜,微滤（MF）、超滤（UF）和反渗透（RO）膜,预过滤、活性炭吸附和膜过滤器,海水淡化用分离膜,反渗透法是海水淡化中耗能最少的一种方法，而且可直接从海水中得到清洁的淡水，成为海水淡化最有前途的技术。,分离膜材料是核心,材料科学与工程学院,材料概论-高分子材料,5.6 高分子功能材料,塑料光纤,制作纤芯的高分子材料主要有：聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、聚苯乙烯、聚碳酸酯（防弹玻璃）等。,制作包层的高分子材料主要有：聚甲基烯酸酯、聚四氟乙烯、含氟丙烯酸酯等。折射率较低的含氟丙烯酸酯类具有憎水、憎油的优点，特别适合制作塑料光纤的包层材料。,材料概论-高分子材料,航空航天特种高分子,