《高分子前言》课件

高分子材料前言探讨高分子材料的发展历程、基本概念和种类为后续的深入学习奠定基础掌,握高分子的基本知识对于理解和应用高分子材料至关重要什么是高分子分子结构高分子是由许多小分子单体通过化学反应连接而成的大分子化合物重复单元高分子分子中含有大量重复的单体结构形成长链高分子结构,巨大分子量高分子的分子量很大通常在数万到数百万范围内这是它们与一般小分子化合物不同的,,主要特征高分子的特性高度重复性广泛的分子量12高分子分子中相同基元单元大高分子的分子量范围很广从千,,量重复构成规则且连续的长链到百万不等决定了其性能,,结构独特的流变性优异的机械性能34高分子显示从弹性到粘性的复高分子材料可以具有很高的强杂流变行为适用于各种加工工度、韧性和弹性满足各种使用,,艺需求高分子的化学结构高分子化合物是由重复的小分子单体通过化学反应连接形成的大分子化合物其化学结构主要由主链、侧链和基团三部分组成主链是高分子的骨架由碳碳键或者碳杂原子键连接而成侧链,--则是附加在主链上的基团影响高分子的性能基团决定了高分子,的化学性质和极性高分子的分子量1K30M平均分子量最高分子量

0.1K100最低分子量聚合度高分子化合物由许多相同或相似的重复单元组成这些重复单元的数量即为高分子的聚合度高分子的分子量可以从百到数百万不等这决,,定了高分子化合物的许多性能特征高分子的分子式高分子是由大量重复单元构成的巨大分子其分子式反映了高分子中各种元素的数量比例不同类型的高分子其分子式可以有较大差异例如聚乙烯、聚苯乙烯和聚氨基酸等这些分,,CnH2n CnH2n-6CnH2nO3nN子式揭示了高分子的化学组成有助于我们理解和预测其性能,高分子的分类高分子聚合物天然高分子合成高分子高分子聚合物是由单体重复单元构成的大分天然高分子如蛋白质、核酸和多糖等广泛合成高分子是人工制造的大分子化合物如,,子化合物包括塑料、橡胶和纤维等它们存在于生物体内是生命活动的重要组成部塑料、橡胶、涂料等广泛应用于工业和日,,,具有独特的物理和化学性能分常生活中天然高分子和合成高分子天然高分子合成高分子比较天然高分子是从自然界中提取的高分子物合成高分子是由化学合成方法制备的人工天然高分子具有优良的生物相容性和可降质例如蛋白质、核酸、多糖等它们具有高分子材料如塑料、橡胶、纤维等它们解性但结构复杂、性能难以控制合成高,,,复杂的化学结构广泛应用于生物医药、食结构简单、性能可控广泛应用于工业、日分子结构简单、性能可调但缺乏生物相容,,,品、农业等领域用品等领域性两者各有特点在不同应用领域互补发,展高分子合成方法聚合反应1通过各种聚合反应合成高分子材料缩聚反应2通过缩聚反应制备一些特殊的高分子增加分子量3通过后续改性增加高分子的分子量高分子的合成主要包括聚合反应、缩聚反应以及一些后续改性工艺聚合反应是通过单体分子之间的化学反应合成高分子的主要方法而缩,聚反应则可以制备一些特殊结构的高分子材料此外还可以通过后续的改性手段来调节和提高高分子的性能,链式反应和步骤反应链式反应1链式反应是通过连续的链式传播步骤迅速完成聚合反应的一种,聚合方式活性中心2在链式反应中活性中心不断传递并参与反应最终产生高分子,,步骤反应3步骤反应则是通过一系列独立的反应步骤逐步构建高分子的聚,合方式基体和增强体基体增强体基体是高分子材料的主要成分它增强体是添加到基体中以提高其,决定了材料的基本性能常见基性能的材料如玻璃纤维、碳纤维,体包括塑料、橡胶和纤维等和金属粉末等它们能增强材料的强度、刚性和耐热性协同作用基体和增强体通过化学或机械结合发挥协同效应使材料获得良好的综合性,,能热塑性和热固性热塑性热固性区别热塑性塑料在加热时软化可以被塑造成各热固性树脂在加热时会发生不可逆的交联反热塑性材料可以反复加热软化成型而热固,,种形状冷却后可保持形状常见的热塑性应形成刚性的三维网状结构常见的热固性材料一次成型后不能再次软化热固性材,,材料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等性材料有环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等料具有更高的耐热性和化学稳定性高分子的物理状态固态液态气态凝胶态高分子在低温下存在固态在加热至一定温度下高分子分极端加热条件下高分子分子部分高分子在溶剂中能形成凝,,固态下高分子分子链呈现有子链运动性增强分子间相互链完全分离呈现气态此时胶态呈现半固体、半液体的,,,,,序排列分子间存在较强的相作用减弱呈现液态这种状高分子失去原有的物理性能状态这种状态兼具一定的力,,,互作用力具有较高的力学强态下高分子具有较低的粘度分子间相互作用极弱学强度和流动性,,度和刚性和流动性玻璃化温度和熔点玻璃化温度高分子从液体状态转变为玻璃态的温度此温度下高分子链动,性受到限制材料硬度和脆性增加,熔点高分子从固体状态转变为液体状态的温度此温度下高分子链,节段重新获得大幅度的运动自由度玻璃化温度和熔点是决定高分子材料物理状态和性能的两个关键温度参数合理控制这两个温度对高分子材料的加工和应用至关重要高分子的力学性能抗拉强度冲击韧性高分子材料抗拉强度高低直接决定了高分子材料的冲击韧性决定其抗冲击其应用范围优质高分子材料具有出性能越高越能有效抵御外力冲击,色的抗拉强度硬度弹性模量高分子材料的硬度直接关系到其耐磨高分子材料的弹性模量体现了其抗变性和抗变形能力是重要的力学性能指形能力是设计和应用时需要考虑的重,,标要因素高分子的电学性能介电性能导电性能12高分子材料通常具有良好的介通过掺杂导电填料可制造具有,电性能可用于制造电容器、电较高导电性的导电高分子材料,缆绝缘材料等半导体性能电磁屏蔽性能34一些共轭聚合物展现出良好的高分子材料可添加金属填料形,半导体性能可用于制造有机场成电磁屏蔽材料用于屏蔽电子,,效应晶体管等电子器件设备辐射高分子的光学性能透明性折射率调控许多高分子材料如聚对苯二甲酸通过调整高分子的化学结构和取,乙二醇酯和聚甲基丙烯酸甲向可以精准控制折射率使其适用PET,,酯具有优秀的透明性可于光学镜片、光纤等领域PMMA,,广泛应用于光学领域色散性光稳定性高分子材料的色散性可根据需求选择适当的高分子材料可以提高进行设计在光学器件中发挥重要在强光照射下的稳定性避免光照,,作用引起的老化高分子的热学性能热膨胀系数热导率12高分子材料在受热时体积会发生变化热膨胀系数反映了这高分子材料对热量的传导能力不同这决定了其隔热或传热,,种体积变化的大小的性能玻璃化转变温度熔点34高分子材料在这个温度点会发生从脆性到塑性的转变影响高分子的熔点决定了其加工工艺和使用温度范围是一个重,,材料的机械性能要的性能指标高分子的耐化学性抗酸耐碱性抗溶剂性耐腐蚀性耐环境性高分子材料具有良好的抗酸耐许多高分子材料对常见溶剂如高分子材料通常能够抵抗各种一些高分子材料在阳光、氧气、碱性能够在一定浓度和温度酒精、汽油等具有较强的抗溶化学腐蚀提高产品使用寿命湿度等恶劣环境中也能长期稳,,,范围内保持稳定广泛用于化性能够在不同溶剂环境中保用于制造管道、容器等结构件定使用是理想的户外材料选,,,工、医疗等领域持结构完整性择高分子的加工工艺注塑成型1熔融聚合物注入模具成型挤出成型2通过挤出机连续生产压缩成型3利用高温高压下固化成型旋涂成膜4通过旋涂形成高分子薄膜高分子材料的加工工艺主要包括注塑成型、挤出成型、压缩成型和旋涂成膜等方法每种方法都有其特点和适用的高分子材料种类能满足不同产品,的制造需求通过掌握不同的加工工艺可以充分发挥高分子材料的优异性能,注塑成型模具制备首先需要制备高精度的注塑模具确保产品尺寸和外观符合要求,注料和加热将高分子原料放入螺杆式注塑机中加热至熔融状态,注入成型熔融状态的高分子原料在高压下注入模具内腔冷却成型,出模和修整成型件从模具中取出后需要进一步清理和修整,挤出成型料料准备1将高分子原料干燥、颗粒化并加入必要的助剂,挤出机加热2将原料送入螺旋式挤出机通过加热熔融并推动流动,模具成型3熔融的高分子通过模具被压缩成型形成各种规格的产品,压缩成型预热模具1确保模具温度合适放入材料2将高分子材料放入模具中加压成型3施加压力使材料充满模具冷却定型4材料冷却后保持成型压缩成型是一种常用的高分子加工工艺通过对材料进行预热、放入模具、加压成型、冷却定型等步骤可以制造出各种形状的高分子制品这种方法,,适用于热塑性高分子材料能够大批量地生产出高质量的产品,旋涂成膜溶液准备1将高分子材料溶解在合适的溶剂中涂布2将溶液均匀涂布在基底表面烘干3通过热处理或其他方式使溶剂挥发旋涂成膜是一种简单、快速的制膜方法它通过在基底表面涂布高分子溶液并快速旋转使溶液均匀铺展经烘干后形成均匀光滑的高分子,,薄膜这种方法适用于制备光学薄膜、涂料、表面保护层等多种类型的高分子膜材料高分子的应用领域塑料制品橡胶制品纤维织物涂料涂装高分子材料广泛应用于各种塑高分子橡胶材料制造了从轮胎高分子合成纤维如尼龙、聚酯、高分子树脂是各类涂料和涂装料制品从生活用品到工业零部到密封圈等各类重要的橡胶制聚丙烯等广泛用于服装、家纺产品的主要成分为建筑、汽车,,件塑料展现出优异的可塑性和品可靠性和耐用性得到广泛应等各类纤维织物生产中等领域提供优异的保护和装饰,,性能特点用功能塑料包装建材塑料在包装领域广泛应用如食品包装、塑料在建筑行业中被用作窗框、门窗、,日用品包装等具有轻质、耐用、防潮管道、建筑装饰材料等具有耐腐蚀、,,等优点隔热等特性电子汽车塑料在电子电器领域中被广泛应用如塑料在汽车行业中被广泛用作车身零,外壳、电路板、连接件等具有绝缘性件、内饰、外饰等具有轻量化和易加,,能好的优点工的特点橡胶天然与合成独特弹性橡胶包括天然橡胶和合成橡胶两橡胶具有优异的弹性、耐久性和大类天然橡胶来自橡胶树而合抗冲击性广泛应用于轮胎、密封,,成橡胶则由石油化工原料制成件和工业制品加工工艺橡胶的加工包括混炼、硫化、挤出等工艺赋予其所需的力学性能和外观特,征纤维天然纤维合成纤维天然纤维主要来源于植物和动物如棉花、毛发、丝绸等具有良好合成纤维由人工合成的高分子材料制成如涤纶、尼龙等制造工,,,的吸湿性和舒适性但制造过程较为复杂成本较高艺简单成本低廉可大规模生产性能稳定但缺乏天然纤维的自然,,,,,质感涂料装饰美化防护功能涂料可以装饰和美化各种表面为室内外环境增添色彩和魅力涂料可以防止表面受到腐蚀、磨损和环境影响起到保护作用,,质感丰富种类众多涂料可以营造不同的质感从光滑至粗糙满足各种美学需求水性、油性、溶剂型等不同类型的涂料可以应用于各种材料表面,,粘合剂粘合强度优质粘合剂能提供超强的粘接力牢牢地将材料结合在一起,广泛应用粘合剂可应用于工业、建筑、包装等多个领域是不可或缺的材料,耐久性高质量的粘合剂能在恶劣环境下保持良好的粘结性能确保长期使用,结论及发展趋势发展前景广阔科学研究创新环保可持续高分子材料在各行各业中的应用越来越广泛高分子科学领域的技术创新和基础研究将不大力发展环境友好型高分子材料提高材料,,未来将继续大步前进不断开发出新的高性断推动高分子材料的发展让高分子在未来的可回收利用是高分子未来发展的重点方,,,能、环保型高分子材料扮演更重要的角色向。