《高分子材料与工程》课件

高分子材料与工程高分子材料在现代工业中广泛应用，包括建筑、电子、医疗等领域高分子工程涉及材料的设计、合成、加工和应用，涵盖了从基础研究到实际应用的各个方面作者课程简介课程目标课程内容本课程旨在帮助学生理解高分子课程涵盖高分子材料的结构、性材料的基本知识和工程应用，培质、合成、加工和应用等方面，养学生在高分子材料领域的研究并介绍最新的高分子材料研究进和创新能力展教学方法考核方式课堂讲授、实验操作、课后作业期中考试、期末考试、平时作业、案例分析等多种教学方式相结和实验成绩综合评定合，使学生能够全面掌握高分子材料知识高分子概述高分子是由许多重复结构单元连接而成的大分子这些结构单元被称为单体，通过聚合反应连接形成高分子链高分子链可以是直链、支链或交联的高分子材料的结构、性质和性能取决于其单体、分子量、形态和结构高分子分子量高分子分子量是描述高分子链长度的重要参数，它是指单个高分子链中重复单元的平均数量高分子材料的分子量对材料的性能有很大影响，比如熔点、玻璃化转变温度、强度、韧性、溶解性、粘度等分子量分布是指一个高分子样品中各个分子量的高分子链的比例分布情况分子量分布通常用平均分子量来表示高分子形态线团结构晶体结构无定形结构链堆积高分子链在溶液中，由于链段高分子链按一定规律排列，形高分子链排列无序，形成无定高分子链在固态中，通过链间间的相互作用，形成线团结构成结晶结构形结构作用力形成链堆积高分子物理性质玻璃化转变温度熔融温度12高分子材料在特定温度下发生玻璃化转变，从刚性固态转变高分子材料具有熔融温度，达到该温度时，材料会从固态转为橡胶状变为液态结晶度黏度34高分子材料的结构决定了其结晶度，影响材料的强度、韧性高分子材料的黏度与其分子量、结构、温度有关，影响加工、透明度等性能和最终产品的特性高分子力学性质拉伸强度硬度材料在断裂前所能承受的最大拉伸应力反映材料抵抗拉伸变形材料抵抗压入或划痕的能力常用维氏硬度、洛氏硬度、肖氏硬的能力度等测试方法断裂伸长率弹性模量材料断裂时所产生的最大伸长量与原始长度的百分比反映材料材料在外力作用下发生弹性变形时，应力与应变之比反映材料的韧性的刚性高分子化学性质化学反应性燃烧特性稳定性溶解性高分子材料可能发生各种化学高分子材料的燃烧特性与其结高分子材料的稳定性受到温度高分子材料在不同溶剂中的溶反应，如氧化、水解、降解等构和化学组成密切相关，有些、光照、化学物质等因素影响解性与其结构和极性有关，有易燃，有些则耐燃，有些材料易于降解，而另一些易于溶解，而另一些则难溶些则具有较高的稳定性于任何溶剂高分子的制备单体选择选择合适的单体，并确保其具有活性，能够参与聚合反应聚合条件控制控制温度、压力、催化剂等因素，以确保聚合反应顺利进行聚合物分离纯化将聚合物从反应混合物中分离出来，并进行纯化，以获得高纯度的聚合物性能表征对聚合物的分子量、结构、热性能、力学性能等进行表征，评估其质量和性能聚合反应机理聚合反应是将小分子单体通过化学键连接形成高分子链的化学过程聚合反应机理决定了高分子材料的结构和性能自由基聚合1单体通过自由基中间体聚合，形成高分子链离子聚合2单体通过正离子或负离子中间体聚合，形成高分子链配位聚合3单体在过渡金属催化剂的参与下聚合，形成高分子链开环聚合4环状单体打开环状结构，形成高分子链逐步聚合5单体逐步反应形成高分子链了解不同的聚合反应机理有助于我们更好地理解高分子材料的结构和性能，并设计出性能优异的新型高分子材料聚合方法本体聚合溶液聚合悬浮聚合乳液聚合单体本身作为反应介质，不使单体溶解在适当溶剂中进行聚单体在水中形成微小的悬浮液单体在水中形成稳定的乳液，用溶剂本体聚合简单易行，合溶液聚合可提高反应体系，在引发剂的作用下发生聚合在引发剂的作用下发生聚合成本较低但反应体系粘度大的传热性，有利于控制反应，悬浮聚合可以获得高分子量乳液聚合可以获得高分子量聚，传热不易，控制反应难度大易于获得高分子量聚合物但聚合物，产品粒径均匀，易于合物，产品粒径更小，分散性，难以获得高分子量聚合物需要考虑溶剂对聚合的影响，分离和干燥但需要使用乳化好，易于制成乳液状产品但以及后续溶剂的回收处理剂，并注意防止反应体系的结需要使用乳化剂，并注意控制块乳液的稳定性常见热塑性高分子聚乙烯（）聚丙烯（）聚苯乙烯（）聚氯乙烯（）PE PPPS PVC广泛应用于包装、薄膜、管道具有良好的耐热性、抗冲击性透明度高、易加工，主要用于耐候性、耐腐蚀性、耐油性好等，特点是韧性好、耐腐蚀性和耐化学腐蚀性，应用于容器一次性餐具、包装材料等，但，用于管道、门窗、地板等，强，但强度较低、纤维、薄膜等易脆且耐热性差但加工温度较高常见热固性高分子环氧树脂酚醛树脂

1.

2.12环氧树脂是一种热固性聚合物酚醛树脂是最早发现的热固性，具有优异的机械强度、粘接树脂之一，具有良好的绝缘性强度和耐化学性，广泛应用于、耐热性和耐水性，用于制造电子封装、航空航天、汽车等电器绝缘材料、胶粘剂和复合领域材料聚酯树脂氨基树脂

3.

4.34聚酯树脂是一种重要的热固性氨基树脂是一类具有良好耐水树脂，具有良好的机械性能、性、耐热性和硬度的热固性树耐腐蚀性和耐热性，主要用于脂，主要用于制造粘合剂、涂制造玻璃钢、不饱和聚酯树脂料、造纸和纺织品整理剂和合成纤维橡胶与弹性体橡胶是一种具有弹性的高分子材料，通常由天然橡胶或合成橡胶制成它们具有高弹性、可塑性和耐用性，使其在轮胎、密封件、电缆绝缘等领域得到广泛应用弹性体是能够在受到拉伸或压缩时恢复其原始形状的一类材料，橡胶是弹性体的一个重要类别弹性体通常具有柔软、可弯曲的特性，并能够承受反复的变形而不发生断裂高分子功能材料导电高分子生物医用高分子导电高分子材料具有独特的电学性质，如导电性和电致变色，应用生物医用高分子材料具有良好的生物相容性，如生物降解性和生物于电子元件、传感器和显示器活性，用于药物释放、组织工程和器官修复光学高分子纳米高分子光学高分子材料具有特殊的折射率、透光率和光学活性，应用于光纳米高分子材料具有独特的光、电、磁等性能，应用于电子器件、纤、激光器和光学传感器生物医学和能源存储高分子合金与复合材料碳纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料橡胶增强塑料碳纤维增强塑料，具有高强度、轻量化和玻璃纤维增强塑料，具有强度高、成本低橡胶增强塑料，结合了橡胶的弹性和塑料耐高温等特性，应用于航空航天、汽车等廉的特点，广泛应用于建筑、电子等领域的强度，用于制造轮胎、管道等产品领域高分子加工工艺熔融加工1将高分子材料加热至熔融状态，然后通过模具或挤出机进行成型，得到各种形状的制品此方法适用于热塑性塑料模压成型2将高分子材料粉末或片状材料置于模具中，在高温高压下进行成型，得到各种形状的制品此方法适用于热固性塑料和橡胶其他加工3除了上述两种主要方法外，还有许多其他加工工艺，例如吹塑成型、注塑成型、挤出成型、旋转成型等注塑成型技术原料熔融1加热塑料原料至熔融状态注射2将熔融塑料注入模具腔冷却固化3冷却塑料使其固化成型脱模4从模具中取出塑件注塑成型技术是一种常用的塑料加工方法，适用于生产各种形状和尺寸的塑料制品注塑成型过程通常包括原料熔融、注射、冷却固化和脱模等步骤挤出成型技术原料准备1将高分子材料干燥，并根据配方进行混合熔融挤出2将原料送入挤出机，在高温高压下熔融成型模具3熔融的材料经模具成型，形成所需的形状冷却固化4将成型后的材料冷却固化，得到最终产品挤出成型技术是一种将高分子材料在高温高压下熔融，然后通过模具成型的方法该技术广泛应用于塑料、橡胶、纤维等材料的生产压缩成型技术粉末原料1压缩成型技术通常使用粉末状高分子材料为原料，例如聚乙烯、聚丙烯等模具压制2将粉末材料填充到模具中，并在高温高压下进行压制，使材料紧密结合冷却成型3压制完成后，将模具冷却，使材料固化成型，得到最终产品旋涂成型技术材料准备选择合适的树脂材料，并将其溶解于合适的溶剂中，制备成旋涂液基底处理对基底进行清洁和处理，以确保旋涂液的均匀涂布和良好的附着力旋涂过程将旋涂液滴加到基底上，并以一定的转速旋转，使溶液均匀地分布在基底表面干燥固化待溶剂挥发后，对涂层进行干燥和固化处理，形成所需的薄膜后处理根据需要对薄膜进行后处理，例如退火、刻蚀或镀膜，以改善薄膜的性能高分子材料表征扫描电子显微镜原子力显微镜差示扫描量热仪射线衍射仪X利用电子束扫描样品表面，获通过探针与样品表面相互作用测量材料在加热或冷却过程中利用射线照射样品，通过衍射X取表面形貌和微观结构信息，获得纳米尺度表面的形貌、的热流变化，分析材料的热转图谱分析材料的晶体结构、结力学性质等信息变温度、热焓等热力学性质晶度等信息薄膜及涂层技术薄膜涂层

1.

2.12薄膜是二维的薄层材料，在高分子材料中应用广泛，可以分涂层通常指在材料表面形成一层薄层，用于改善材料的性能为单层膜和多层膜，比如耐腐蚀、耐磨损等应用技术

3.

4.34薄膜和涂层在包装、电子器件、医疗器械等领域有广泛应用薄膜及涂层技术涵盖了材料选择、制备工艺、性能表征等方面高分子材料回收利用回收利用的重要性回收利用方法回收利用的挑战高分子材料的回收利用是可持高分子材料的回收利用方法主高分子材料的回收利用面临一续发展的关键，可以减少资源要包括机械回收、化学回收和些挑战，例如材料的混合、降消耗，保护环境生物降解解、污染等回收利用可减少高分子材料填机械回收指将废弃高分子材料目前，对于一些复杂的高分子埋，减少土地占用和污染通过物理方法进行破碎、清洗材料，回收利用的技术还不够、分选等步骤，使其重新成为成熟可利用的原料高分子材料的环境影响环境污染难降解资源浪费可持续发展高分子材料生产和使用过程中大多数高分子材料难以降解，高分子材料回收利用率低，造研发可降解、可回收、可再生，会产生废气、废水、废渣等造成白色污染，影响生态环境成资源浪费，加剧环境压力高分子材料，促进可持续发展污染，影响环境质量高分子材料应用案例高分子材料广泛应用于各个领域，例如包装、建筑、医疗、电子等高分子材料的使用带来了许多便利，例如轻便、耐用、防腐蚀、隔热等新型高分子材料发展趋势智能高分子材料生物降解材料智能高分子材料可响应外界刺激，例如温度、光、值等变化，随着环境保护意识的提升，生物降解材料能够在自然环境中分解，pH从而改变其物理化学性质减少污染，成为未来发展方向高性能纤维纳米复合材料高性能纤维具有高强度、高模量、耐高温等优异性能，广泛应用于纳米复合材料通过引入纳米材料，提高高分子材料的强度、韧性、航空航天、国防军工等领域耐热性等性能结论与展望材料创新可持续发展新型高分子材料将不断涌现，性能更加优越，应用范围更加广泛高分子材料的绿色制造和循环利用将成为重要发展方向，降低环境负荷智能化发展交叉学科融合智能高分子材料将逐步应用于各个领域，实现材料功能的智能化控高分子材料与其他学科的交叉融合将推动材料科学的进步，创造新制的应用领域参考文献书籍期刊《高分子化学》（第五版），王佛松等编著，化学工业出版社《高分子学报》

1.

1.《高分子物理》（第二版），王佛松等编著，化学工业出版社《中国科学化学》

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2.《高分子材料科学与工程》（第三版），严建华等编著，科学《材料科学与工程学报》

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3.出版社课后讨论课后讨论环节鼓励同学们积极提问，分享学习心得和思考，深化对高分子材料与工程的理解讨论内容可以包括但不限于高分子材料应用案例，新型高分子材料发展趋势，以及个人对未来高分子领域研究方向的见解通过互动交流，激发学习兴趣，培养问题解决能力，促进学习成果的深化和提升。