《高分子材料与工程》课件

《高分子材料与工程》课程简介本课程深入探讨高分子材料的基础知识和工程应用从化学结构、性能、加工工艺等方面全面介绍高分子材料的重要性及其在各行业的广泛应用为学生奠定扎实的材料科学基础培养分析问题和解决问题的能力,什么是高分子材料定义组成特点重要性高分子材料是由小分子单体通高分子材料主要由碳、氢、氧、高分子材料具有优异的机械性高分子材料在现代工业中扮演过共价键连接形成的大分子化氮等元素组成可以是天然的能、热稳定性、绝缘性等广着关键角色是不可或缺的基,,,合物它们具有重复性的基本也可以是人工合成的泛应用于各个工业领域础性材料其发展推动了现代结构单元分子量通常在几万科技的进步,到几百万之间高分子材料的分类天然高分子合成高分子改性高分子包括木材、纸张、棉花、丝绸等天然来源的通过化学合成制备的高分子材料如塑料、在天然或合成高分子的基础上进行化学修饰,,高分子材料具有良好的生物相容性和可再橡胶、合成纤维等具有多样的性能和广泛赋予新的性能如耐温、耐腐蚀、抗静电等,,,生性应用特性高分子材料的基本性质物理性能化学性能高分子材料具有多样化的物理性能包括密度、溶解性、透明性等高分子材料的化学结构和官能团决定了其化学性能如抗酸碱、抗腐,,,可根据需求选择合适的高分子材料蚀等广泛应用于化工领域,热性能机械性能高分子材料的熔点、软化点、热稳定性等热性能特征使其在高温环高分子材料的力学性能包括拉伸强度、弹性模量、硬度等可根据需,,境下具有良好的性能表现求调控广泛应用于机械制造,高分子材料的结构高分子材料的结构可以分为三个层次化学结构、空间结构和超分:子结构化学结构包括单体的种类、单体之间的连接方式、侧链基团的种类等空间结构包括链型、环型、支链型等超分子结构包括规则和不规则的粒子、晶体和非晶等这些结构决定了高分子材料的性能高分子材料的制备方法聚合反应通过化学反应将单体分子连接成长链高分子分子常见的聚合反应包括加成聚合、缩聚聚合和开环聚合溶液聚合将单体溶解在适当的溶剂中进行聚合反应可以更好地控制分子量和分子量分布乳液聚合在水溶液中通过乳化剂形成单体乳液颗粒在这些颗粒内进行聚合反应可以,制造高分子乳胶熔融聚合在熔融状态下对单体进行聚合反应适用于热稳定性好的聚合物产品性能优,良但生产成本较高,聚合反应动力学反应动力学基础聚合机理研究12分析聚合反应速度和影响因素探讨链增长聚合、步增长聚合,如温度、浓度等等不同聚合方式的动力学规律聚合度分布反应动力学模型34分析聚合体系中分子量分布对建立数学模型来预测和控制聚性能的影响合反应过程聚合物分子量及其测定分子量是刻画聚合物性能的重要指标直接影响材料的物理、机械等性能通过,测定分子量分布和平均分子量可以了解聚合物的分子结构和加工性能常用测,定方法包括渗透法、光散射法、粘度法和凝胶色谱法等测定方法测定原理应用范围渗透法通过聚合物溶液与溶适用于低、中分子量剂的渗透压差测定聚合物光散射法利用聚合物溶液的光适用于高分子量聚合散射强度计算物粘度法通过溶液粘度与分子简单快速常用于工厂,量的经验关系确定控制凝胶色谱法利用聚合物在凝胶柱可以测定分子量分布上的保留容量确定高分子材料的机械性能拉伸强度冲击强度高分子材料的拉伸强度决定了材料抗高分子材料在应力作用下能够承受的拉能力，是评价材料强度的重要指标冲击能量大小，反映了材料的抗冲击性能硬度抗蠕变能力高分子材料表面的硬度大小表征了材高分子材料在长期受力作用下产生的料的刚性和抗压能力，影响材料的加永久变形大小，反映了材料的抗蠕变工性特性高分子材料的热性能热膨胀玻璃化转变温度热变形温度热分解温度高分子材料在加热时会发生热高分子材料在玻璃化转变温度高分子材料在一定温度下会发高分子材料在高温下会发生热膨胀这是由于分子链间的热运下会发生从刚性到柔性的转变生热变形这是由于分子链间的分解导致其性能和结构发生改,,,,动增加而导致的体积增大不这会影响其机械性能和加工性二级键被破坏所致热变形温变热分解温度是判断高分子同材料的热膨胀系数存在差异能度是衡量高分子材料耐热性的材料耐热性的另一个重要指标重要指标高分子材料的电性能电导性介电性高分子材料可根据化学结构调整电导高分子材料具有良好的介电性能可用,性能从导体到绝缘体应有广泛覆盖作电容、电缆等电子元件的绝缘材料,压电性静电性部分高分子材料具有压电效应可用于高分子材料静电性的控制对于静电放,传感器、换能器等领域电防护和静电吸附应用很重要高分子材料的光学性能透光性折射率色散性荧光性高分子材料具有良好的透光性不同类型的高分子材料具有不高分子材料的色散性可以应用一些高分子材料具有荧光特性,,可以用于制造透明的塑料制品同的折射率这使它们可以用于制造色散光学器件如棱镜可以发出特定波长的光应用,,,,如眼镜镜片、光纤、显示屏等于光学透镜及其他光学元件的等用于光谱分析及光学成像于荧光标记和光电显示等领域,制造高分子材料的耐化学腐蚀性抗酸碱能力耐溶剂性高分子材料通常具有良好的抗酸部分高分子材料对于有机溶剂具碱腐蚀性可以抵抗一些弱酸和有出色的抗溶解性可以避免被,,弱碱的侵蚀腐蚀破坏抗微生物性寿命稳定性某些高分子材料具有抗微生物侵高分子材料通常具有较好的长期害的特性避免了生物腐蚀的风耐腐蚀性能够在恶劣环境下保,,险持良好性能高分子材料的加工技术挤出成型压缩成型利用挤出机将高分子材料通过高温高压塑化并推出成型广泛应用于制造将高分子材料在模具中加热并施加压力压制成型常用于制造厚板、薄膜,,管材、薄膜、型材等等123注射成型将高分子材料熔融并快速注入模具中冷却成型适用于生产复杂结构的精,密制品塑料制品的常用成型方法注塑成型挤出成型将熔融的塑料高速注入模具中冷将塑料原料通过螺杆挤压熔融再,,却固化后取出成品适用于大批经过各种模具挤出成型适用于量生产制造长条、管材等吹塑成型真空成型将塑料管坯吹胀充填到模具中经将预加热的塑料板或片材压入模,冷却定型后取出中空容器适用具中利用真空抽吸贴附成型适,于制造塑料瓶用于制造外壳等塑料制品的表面处理技术喷涂技术化学蚀刻等离子体处理火焰处理利用喷涂设备将各种涂料均匀利用化学药剂选择性地腐蚀塑通过高能等离子体照射塑料表利用火焰或高温空气流直接刺地覆盖在塑料制品表面提高料表面以改变表面性能如增面可以改变表面的化学性质激塑料表面能够改善油墨印,,,,,,外观质量和耐磨性喷涂技术加粗糙度、亲水性等对于复增加表面能提高附着力广泛刷性、粘接性等是一种简单,,,灵活性强适用于大批量生产杂形状零件也有较好的适用性应用于塑料贴膜和涂层高效的表面处理方法,高分子材料的再生利用废弃利用分类回收再加工新产品生产高分子材料的再生利用有助于对不同类型的高分子材料进行通过熔融、挤出、注塑等工艺再生高分子材料可以制造成各,减少废弃物排放并从中获得二分类回收是再利用的关键可以将回收的高分子材料加工成新种日用品、建材、汽车零件等,,,次利用价值该过程包括回收、提高后续加工的效率和质量的原料或制品实现二次利用为循环经济贡献力量,再加工和重新制造等步骤纤维素基高分子材料天然高分子纤维素是自然界最丰富的天然高分子材料之一，广泛存在于植物中它具有良好的力学性能和生物可降解性纺织应用纤维素可制成各种纺织纤维如棉、麻、木质素等广泛应用于服装、家纺等领域,,造纸原料纤维素是造纸的主要原料可制造各种纸张产品在日常生活和工业领域广泛使用,,合成高分子纤维结构多样化性能优异合成高分子纤维可根据分子结构合成高分子纤维可设计出耐热、进行各种改性如引入官能团或改耐化学、强度高等特性满足各种,,变骨架结构从而赋予独特的性能应用领域的需求,制备灵活合成高分子纤维可通过聚合反应、熔融吹膜等方法制备工艺灵活生产效率,,高高分子橡胶材料独特性能成型加工高分子橡胶材料具有出色的弹性、耐磨性和绝缘性广泛应用通过硫化、注塑等成型方法可制造成各种形状和尺寸的橡胶,,于汽车、电子、建筑等领域制品天然与合成广泛应用天然橡胶从天然胶乳提取合成橡胶如丁苯橡胶等通过化学合橡胶材料被广泛应用于轮胎、密封件、管道、海底电缆等多,成制得个领域高分子粘接材料优异的机械性能耐化学腐蚀性高分子粘接材料具有良好的拉伸许多高分子粘接材料耐各种化学强度、剪切强度和耐冲击性，能溶剂和酸碱的侵蚀，使连接更加有效连接不同材料牢固可靠良好的绝缘性易加工性高分子粘接材料通常具有出色的高分子粘接材料通常可以通过简电绝缘性能，广泛应用于电子电单的涂布、浸渍等方式进行加工气领域成型高分子绝缘材料绝缘性能耐高压特性广泛应用高分子材料通常具有优良的绝缘性能能有许多高分子材料如聚乙烯、聚丙烯等都能承高分子绝缘材料广泛应用于电气、电子、通,效阻隔电流的传导广泛应用于电线电缆、受较高的电压满足电力系统的绝缘需求信等领域是现代社会不可或缺的关键材料,,,电器外壳等领域高分子光电材料太阳能电池有机发光二极管光纤通信柔性显示屏采用各种高分子材料制造的太基于高分子材料的有机发光二高分子材料制成的光纤在通信基于高分子材料的柔性显示屏阳能电池具有轻量化、柔韧性极管具有高亮度、快速响应和领域广泛应用具有低损耗和高可实现弯曲、折叠等特性在电,,,和低成本等优点低能耗的特点带宽等优点子产品中应用前景广阔生物医用高分子材料生物相容性生物降解性生物医用高分子材料需要具有优某些高分子材料能够在体内降解,秀的生物相容性能够与生物系统不需要二次手术取出更加安全和,,良好地协调方便多样性应用智能性能生物医用高分子材料广泛应用于一些新型高分子材料具有刺激响人工器官、组织工程、药物控释应、自修复等智能特性可以更好,等领域帮助改善患者生活质量地模拟人体功能,高分子半导体材料特点应用制备研究进展高分子半导体材料具有轻质、广泛用于有机发光二极管、有常用通过化学合成、共聚等方近年来高分子半导体材料的,柔韧性强、低成本等优点可机太阳能电池、有机场效应晶法获得具有良好电学性能的高分子设计、性能调控等方面不,应用于柔性电子、光电子等领体管等新型电子器件的制造分子半导体材料断取得重大突破域高分子智能材料自感知和自适应自修复和自稳定12这类材料能感知外部环境变化当受到损坏时这些材料能自发,并做出相应响应如改变形状、修复或恢复原有性能延长使用,,颜色或性能寿命能量收集和储存新兴应用领域34可以从环境中收集能量并储存智能材料广泛应用于航空航天、,为系统供电实现自主供能生物医疗、能源环境等领域具,,有广阔前景高分子纳米材料纳米尺度高分子纳米材料使用纳米尺度（纳米）的尺寸能够实现材料性能的显著改善1-100,纳米技术利用纳米技术可以控制和操纵材料的微观结构实现特殊功能和性能,分子工程高分子纳米材料通过分子工程设计能精确控制材料的性能和结构,高分子材料的未来发展趋势智能化发展绿色环保高性能化功能多样化高分子材料正向能感知环境、生物基和可降解高分子材料的高强度、高韧性、高耐温等性高分子材料将拓展至光电、能自主响应并协同互动的智能化研发将成为重要趋势实现环能的高分子材料将不断问世源、生物医用等领域实现更,,,方向发展，满足对智能化装置保可持续发展满足更高要求的应用需求广泛的功能和应用和系统的需求高分子材料在各行业的应用工业应用医疗应用建筑应用日常生活高分子材料被广泛应用于机械、生物相容性良好的高分子材料高分子材料耐腐蚀、耐候广泛各种塑料制品、纺织品、涂料,电子、航空航天等工业领域提制成的植入物和假体可替代人用于建筑防水、保温隔热、装等广泛应用于日常生活提高了,,高了设备性能和使用寿命体组织疗效显著饰装修等领域生活质量,高分子材料的环境影响可持续性生态危害高分子材料在生产、使用和废弃处理过程中会产生大量碳排放影响某些高分子材料难以降解会污染土地和水体对动物和植物造成伤,,,环境可持续性害资源消耗回收利用高分子材料的生产需要大量能源和化石燃料资源加剧了资源枯竭提高高分子材料的回收利用率对缓解环境影响至关重要,课程总结与展望本课程全面系统地介绍了高分子材料的基本概念、性质、制备方法和各种应用领域通过本课程的学习学生对高分子材料有了深入的认识和理解为今后在相关,,领域从事研究或工作奠定了坚实的基础。