《高分子材料》课件

通用高分子材料高分子材料广泛应用于生活、工业和科技领域其优异的物理、化学和力学性能,为现代社会的发展做出了重要贡献本次课程将深入探讨通用高分子材料的种类、性质和应用作者M M什么是高分子材料分子量大分子结构复杂高分子材料由许多单体分子通过高分子材料的分子链结构可以是化学反应连接而成的巨大分子线性的、分支的或网状的形式,其分子量通常在多样这决定了其性能特点10^3-10^6之间g/mol性能优良高分子材料可以根据需求进行分子设计和结构调控具有优异的机械、热、,电等性能高分子材料的特点复杂的分子结构高分子材料由大量单体重复单元组成形成复杂的三维网状结构这赋予了它们独特的物理和化学性能,广泛的性能范围高分子材料可以通过分子结构的设计和改性具有多样化的机械、热、电等性能满足各种应用需求,,广泛的应用领域高分子材料广泛应用于日用品、建筑、电子、医疗等多个领域是现代工业不可或缺的基础材料,高分子材料的分类天然高分子材料合成高分子材料分类依据这类材料来自于植物和动物如淀粉、蛋白这类材料通过化学反应人工合成包括热塑高分子材料可根据组成成分、聚合反应类型、,,质、纤维素等具有良好的生物相容性和可性、热固性和弹性高分子材料拥有广泛的软硬性质等进行分类满足不同应用场景的,,,降解性应用前景需求天然高分子材料蛋白质纤维素淀粉核酸蛋白质是生物体中最重要的大纤维素是植物细胞壁的主要成淀粉是植物中储藏的主要碳水核酸是生物体内遗传信息的载分子化合物广泛存在于肉类、,分,广泛存在于棉花、木材和化合物,广泛存在于粮食作物体,主要包括DNA和RNA它们蛋类、奶类等动物产品中它麻等植物中它具有优异的力和块根作物中它具有良好的具有独特的分子结构和生物功具有优异的生物相容性和生物学性能和化学稳定性胶粘性能和热塑性能活性合成高分子材料人工合成多样性合成高分子材料是通过化学反应合成高分子材料种类繁多从塑料,人工制造而成可以根据需求设计到橡胶再到纤维各种形态应有尽,,特定性能有定制化合成高分子材料的分子结构可以精准控制从而实现所需的物理化学性能,热塑性高分子材料可重复加工良好的机械性能热塑性材料可通过加热软化和冷却硬化的循环过程进行多次成型加热塑性材料具有较高的强度、韧性和耐冲击性能够满足各种应用场,工非常适合大规模生产景的需求,优异的加工性能成本相对较低热塑性材料容易被熔融、挤出、注射成型等加工制造过程简单高效热塑性材料通常生产工艺简单成本较低是较为常见的通用高分子材,,料热固性高分子材料化学反应不可逆耐热、耐化学性强机械性能优良加工工艺复杂热固性高分子材料在制造过程由于化学交联结构的特点热高度交联的结构使热固性材料热固性高分子材料在加工过程,中会经历化学反应形成稳定固性高分子材料通常具有优异刚度和硬度较高能承受较大中需要经历化学反应固化工,,,的交联结构使其在加热时不的耐热性和耐化学性能在较的外力作用而不易变形破坏艺相对复杂通常采用压缩成,,会熔融而是会分解这种不高温度和恶劣环境下长期使用这种特点使它们在结构件、绝型、注射成型等方法进行加工,可逆的化学反应赋予了热固性而不会发生变形或老化缘件等方面应用广泛成型材料良好的尺寸稳定性和耐高温性弹性高分子材料高弹性回复性韧性弹性高分子材料具有出色的延伸和压缩性能弹性高分子材料受到外力变形后可以自动恢弹性高分子材料拥有良好的抗冲击和耐磨损,可以大幅度变形而不会破坏复到原来的形状和尺寸性能能够承受较大的外力冲击,高分子材料的结构单元高分子材料由许多小的重复单元称为基本结构单元组成这些基本结构单元通过共价键连接在一起形成长链状的大分子结构不同的基本结构单元决定了高,分子材料的性能和种类合理设计和选择基本结构单元是开发新型高分子材料的关键高分子材料的分子量分子量特点低分子量材料容易流动加工性好但机械性,,能差中等分子量兼具良好的加工性和机械性能高分子量材料黏度大加工性较差但机械性,,能优秀高分子材料的分子量对其性能有关键影响通过调整分子量可以在加工性和机,械性能之间进行平衡这是材料设计时需要重点考虑的因素之一高分子材料的聚合反应单体单元高分子材料由许多小分子单体单元通过化学反应连接而成聚合反应通过加聚、缩聚或开环聚合等不同聚合反应方式单体分子会连接成大分子聚,合物分子量控制通过调节反应条件和添加调节剂可以控制高分子材料的分子量分布,聚合机理各类聚合反应包括离子聚合、自由基聚合、配位聚合等不同的聚合机理高分子材料的链结构高分子材料的链结构包括线性结构、分支结构和交联结构三种主要类型线性结构是最简单的结构形式由单一的主链组成分支结构在主,链上有一些短的分支链增加了材料的复杂性交联结构通过化学,键将多条主链连接在一起形成网状结构提高了材料的刚性和耐热,,性结晶和非结晶高分子材料结晶高分子材料非结晶高分子材料12其分子链有规则有序排列呈现其分子链无规则排列呈现无定,,特定的晶体结构如聚乙烯、聚形结构如聚甲基丙烯酸甲酯,,丙烯等这种材料具有较高的、聚碳酸酯等这PMMA PC力学强度和硬度种材料通常具有透明性和韧性结晶度对性能的影响结晶度的控制34结晶度的高低会影响高分子材可以通过调整聚合条件、引入料的硬度、强度、耐热性、耐共聚单体等方式来控制高分子化学性等性能适当的结晶度材料的结晶度从而改善材料性,可以优化材料的综合性能能高分子材料的相变结晶温度玻璃化温度熔融温度当温度降低到高分子材料的结晶温度时，聚高分子材料的玻璃化温度是一个重要的转变高分子材料在熔融温度以上会从固体状态转合物分子链会有序排列形成结晶区域这会温度以此为界材料从硬脆变为软韧性能也变为流动的液体状态这是高分子加工中一,,,,,,显著影响材料的性能随之发生明显变化个关键的温度点高分子材料的力学性能805%抗拉强度延伸率一般在以下可以达到以上80MPa5%2010K硬度弹性模量硬度范围一般在左右一般在左右2010GPa高分子材料力学性能包括抗拉强度、延伸率、硬度、弹性模量等指标不同种类的高分子材料这些性能参数差异很大整体来说，高分子材料的抗拉强度较低，延伸率可以较高，硬度和弹性模量相对较小这些力学性能指标直接决定了高分子材料在应用中的性能表现高分子材料的热性能高分子材料的热性能包括熔点、玻璃化温度、热膨胀系数等不同结构和分子量的高分子材料热性能存在较大差异高结晶性高分子材料具有较高的熔点和热变形温度,而非晶态高分子材料的热性能较差掌握高分子材料的热性能对于合理选择和设计材料至关重要高分子材料的电性能高分子材料具有优良的电性能,在电子电气领域广泛应用它们可以作为绝缘材料、导电材料、半导体材料,还可以用于制造电容器、电池、电器外壳等这些性能主要由高分子的分子结构和取向、原料选择、加工工艺等因素决定10^12绝缘性高分子材料绝缘性能优异,电阻率高达10^12欧姆·米100K介电常数高分子材料的介电常数一般在

1.5-6之间,可满足不同应用需求1000耐压强度高分子材料耐压强度通常在10-100kV/mm,可靠性高高分子材料的化学性能化学性能特点耐化学腐蚀大部分高分子材料对酸、碱、有机溶剂等具有良好的耐化学性抗氧化性通过添加抗氧化剂可提高高分子材料的耐候性和使用寿命阻燃性化学改性或添加阻燃剂可提高高分子材料的阻燃性能高分子材料的化学性能是其重要特性之一大部分高分子材料具有良好的耐化学腐蚀性、抗氧化性和阻燃性可根据需求进行化学改性和添加剂改性以增强其化,学稳定性高分子材料的加工工艺成型1如注塑、挤出、压缩成型等装配2将成型件进行组装表面处理3如涂装、印刷、电镀等高分子材料的加工工艺主要包括成型、装配和表面处理三个步骤成型工艺如注塑、挤出和压缩成型等可以制造出各种形状的高分子构件,装配则将这些构件组装成最终产品表面处理则赋予产品所需的外观和功能特性这些工艺的选择和控制是实现高分子材料制品性能的关键热塑性高分子材料的加工注射成型1将塑料料粒加热融化后，注入模具成型，广泛用于制造各种塑料制品挤出成型2通过挤出机将塑料料粒连续熔融、挤出制造管材、薄膜等,吹塑成型3利用塑料管材熔融后注入模具中并充气吹胀成型生产中空容器,热固性高分子材料的加工模压成型1利用热量和压力将未交联的热固性树脂转变为交联的固体制品真空袋成型2利用真空将热固性树脂浸渍复合材料贴附于模具表面成型RTM3通过注射成型在封闭的模具中制造复杂的高分子基复合材料制品浇注成型4将热固性树脂浇注到模具中并固化成型热固性高分子材料的加工工艺主要包括模压成型、真空袋成型、成型和浇注成型等方法这些工艺利用热量、压力或者注射等手段将未交联的RTM,热固性树脂转变为稳定的交联结构制品这些方法适用于制造各种复杂形状的热固性高分子复合材料制品高分子材料的应用领域日用品建筑材料高分子材料广泛应用于日用品如高分子材料具有优异的机械性能,塑料制品、纺织品和皮革等为生和耐候性广泛应用于建筑领域如,,,活带来方便管材、防水材料等电子电气交通运输高分子材料以其绝缘性、耐热性高分子材料以其轻质、耐腐蚀等等特点在电子电气领域有广泛应特点在汽车、飞机等交通工具中,,用如电线电缆和电子元器件大量使用,高分子材料在日用品中的应用厨房用品衣物配饰塑料餐具、餐盘、杯子等广泛使服装、鞋帽、皮带等利用各种合用于日常饮食中提高了使用便成纤维制造增强了服装的柔软,,利性和耐用性性和耐磨性家居用品个人护理地板、窗帘、沙发等都应用了各牙刷、梳子、化妆品容器等日用种高分子材料提升了家居装饰品广泛使用高分子材料提高了,,效果卫生和使用体验高分子材料在建筑中的应用外墙涂料装饰线条隔热保温防水防潮高分子材料如塑料、树脂等被高分子材料还被用于制造建筑聚苯乙烯、聚氨酯等高分子材高分子材料如聚乙烯、聚丙烯广泛应用于建筑物的外墙涂料物的各种装饰线条如檐线、窗料具有出色的隔热性能被广泛等具有良好的防水性被用于建,,,,为建筑带来美观耐用的外观框、门框等增添了建筑物的美应用于建筑物的外墙保温层提筑物的防水涂料、防水卷材等,,,它们不仅颜色丰富多样还具有感和个性这些材料轻质耐用高建筑的能源利用效率有效阻隔水分进入,,良好的防水防腐性能施工便利高分子材料在电子电气中的应用电子元件线缆电线高分子材料广泛应用于电子设备的外高分子材料可作为电线电缆的绝缘和壳、绝缘材料和电路板等，提供可靠护套材料，具有优异的机械强度和耐的电绝缘性能化学腐蚀性能电池和储能显示设备高分子材料被用作电池隔膜和电解质液晶显示屏、有机发光二极管显示等材料，在电化学存储领域发挥重要作新型显示技术都广泛采用高分子材料用作为关键组件高分子材料在交通运输中的应用汽车领域航空航天领域船舶领域轨道交通领域高分子材料广泛应用于汽车制高性能的复合材料被应用于航高分子材料用于船舶制造不高分子材料在地铁车厢、轨道,造如车身、内饰、轮胎等提空航天领域在改善飞机和航仅可以降低重量还具有抗腐系统等方面广泛应用提高了,,,,,高了车辆的轻量化、耐腐蚀性天器重量、性能和安全性方面蚀、耐候等优点提高了航行轨道交通系统的耐久性和安全,和抗冲击性发挥了关键作用性能性高分子材料在医疗卫生中的应用疗愈材料植入材料日用材料高分子材料广泛用于医用敷料、缝合线、人人工心脏瓣膜、人工血管等医用植入物多采一次性手术手套、输液管、导尿管等医疗用工关节等，具有安全性高、生物相容性好、用高分子材料制造，贴合人体功能需求并避品大多采用安全环保的高分子材料生产，提易加工等优点免排异反应高卫生防护效果高分子材料的回收和再利用循环经济理念废弃物分类回收采用回收再利用减少对有限资源的消耗实现可持续发展根据不同材料性质采取适当的分类回收方式最大限度地利用,,,,高分子材料再利用环保再生利用通过机械、化学等方式将回收的高分子材料加工成新产品减开发无害化处理技术避免二次污染推动绿色循环发展,,,,少新材料的消耗高分子材料的环境影响资源消耗环境污染高分子材料生产需要大量石油等高分子塑料制品弃置后难以降解,资源会加剧资源枯竭问题会污染土壤和水体环境,碳排放增加可持续发展高分子材料生产及使用过程会产应推广可降解、可循环再利用的生大量温室气体排放加剧气候变高分子材料促进可持续发展,,化高分子材料的未来发展趋势可持续发展智能功能轻量化生物医用未来高分子材料的发展将更加高分子材料将具备温度感应、高性能聚合物将替代金属用生物相容性高分子材料将广泛,注重环境保护和可持续性开自我修复等智能功能广泛应于制造轻量化的汽车、航空航应用于组织工程、药物递送系,,发生物可降解和再生性塑料用于智能设备和可穿戴电子产天等产品提高能源效率统和人工器官等生物医疗领域,,促进循环经济的发展品。