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1、第五章第二节应用广泛的高分子材料本讲稿第一页，共四十六页三三大大支支柱柱产产业业能源能源材料材料信息信息是能源和信息发展的基础是能源和信息发展的基础有机合成高分子材料是材有机合成高分子材料是材料工业的一个重要方面料工业的一个重要方面 时代时代 的划分常以材料为标志的划分常以材料为标志 石器时代、青铜器时代、铁器时代、石器时代、青铜器时代、铁器时代、钢铁时代钢铁时代 、高分子时代、高分子时代材料简介材料简介本讲稿第二页，共四十六页合合成成材材料料合成高分子合成高分子材料材料功能高分功能高分子材料子材料复合材料复合材料高分子分离膜、液晶高分子、导高分子分离膜、液晶高分子、导电高分子、医用高分子、电
2、高分子、医用高分子、高吸水性树脂高吸水性树脂塑料、合成纤维、合成橡胶、黏塑料、合成纤维、合成橡胶、黏合剂、涂料合剂、涂料三大合成材料三大合成材料本讲稿第三页，共四十六页一一 、塑料、塑料添加了特定用途的添加剂的树脂添加了特定用途的添加剂的树脂树脂是指未经加工处理的、没有与各树脂是指未经加工处理的、没有与各种添加剂混合的聚合物种添加剂混合的聚合物塑料树脂添加剂塑料树脂添加剂树脂的本性决定了塑料的主要基本性树脂的本性决定了塑料的主要基本性能，添加剂也起重要作用能，添加剂也起重要作用本讲稿第四页，共四十六页结构结构 性质性质 用途用途决定决定 决定决定 线型结构：线型结构：网状结构：网状结构：结结构
3、构支链结构：支链结构：具有热塑性。可用作塑料薄膜、具有热塑性。可用作塑料薄膜、塑料袋。塑料袋。具有热固性。即加工成型不会受具有热固性。即加工成型不会受热熔化。可用作电木（酚醛塑料）。热熔化。可用作电木（酚醛塑料）。本讲稿第五页，共四十六页热固性塑料热固性塑料再次受热时，链再次受热时，链与链间会形成共价键，产与链间会形成共价键，产生一些交联，形成生一些交联，形成体型网状体型网状结构结构，硬化定型，硬化定型为什么两种塑料的特性不同呢?热塑性塑料热塑性塑料具有长链状的具有长链状的线线型结构型结构。受热时，分子间作受热时，分子间作用力减弱，易滑动；冷却时，用力减弱，易滑动；冷却时，相互引力增强，会重新
4、硬化相互引力增强，会重新硬化结结构构决决定定性性质质本讲稿第六页，共四十六页热热塑性塑料：塑性塑料：高分子高分子链间链间无永久性的化学交无永久性的化学交联联,只有只有微弱的分子微弱的分子间间作用力作用力以及由于以及由于链间纠缠链间纠缠所造成的所造成的暂暂时时性物理交性物理交联联，此交此交联联会随加工会随加工过过程而程而产产生生有有纠纠缠缠及去及去纠缠纠缠的的现现象；象；因此因此热热塑性塑料会随加塑性塑料会随加热热而而有有软软化化变变形乃至于流形乃至于流动动的的现现象象:随温度下降随温度下降则则有固有固化化变变硬硬的情形，的情形，为为可逆可逆过过程程。本讲稿第七页，共四十六页热塑性塑料的特性热塑
5、性塑料的特性受热时软化并可熔化成流动的液体，冷却受热时软化并可熔化成流动的液体，冷却后变成固体，加热后又熔化，可反复加工，后变成固体，加热后又熔化，可反复加工，多次使用多次使用本讲稿第八页，共四十六页热固性塑料：塑料在加工过程中受热发生聚合反应，透热固性塑料：塑料在加工过程中受热发生聚合反应，透过交联剂过交联剂(或称做架桥剂或称做架桥剂)的作用的作用分子链间产生化学交分子链间产生化学交联联，形成紧密的网状结构。交联反应本身是，形成紧密的网状结构。交联反应本身是不可不可逆逆的化学反应，因此热固性塑料在加工后并不会如热的化学反应，因此热固性塑料在加工后并不会如热塑性塑料般会受热软化，若温度过高则发
6、生裂解而不塑性塑料般会受热软化，若温度过高则发生裂解而不会有软化变形的现象。会有软化变形的现象。本讲稿第九页，共四十六页热固性塑料的特性：热固性塑料的特性：不能加热熔融，只能一次成型。不能加热熔融，只能一次成型。本讲稿第十页，共四十六页耳机线为什么总缠在一起？耳机线为什么总缠在一起？聚乙烯分子链上的聚乙烯分子链上的碳原子完全由碳碳碳原子完全由碳碳单键相连，单键可单键相连，单键可旋转，使它不可能旋转，使它不可能成一条直线，只能成一条直线，只能成不规则的卷曲状成不规则的卷曲状态。态。本讲稿第十一页，共四十六页1.聚乙烯聚乙烯高压聚乙烯高压聚乙烯低压聚乙烯低压聚乙烯合成条件合成条件分子结构类型分子结
7、构类型有无支链有无支链高分子链长短高分子链长短相对分子质量相对分子质量高压高温引发剂高压高温引发剂较低压力催化剂较低压力催化剂线型线型支链型支链型有长短不一的支链有长短不一的支链少有或没有少有或没有相对较长相对较长相对较短相对较短较低较低较高较高本讲稿第十二页，共四十六页高压聚乙烯高压聚乙烯低压聚乙烯低压聚乙烯熔融温度熔融温度密度密度硬度硬度分子间作分子间作用力用力低密度低密度相对较低相对较低相对较小相对较小相对较小相对较小相对较高相对较高高密度高密度相对较大相对较大相对较大相对较大高或低密度的聚乙烯均可溶解于适当的有机溶剂高或低密度的聚乙烯均可溶解于适当的有机溶剂（低密度聚乙烯）（低密度聚乙
8、烯）（高密度聚乙烯）（高密度聚乙烯）本讲稿第十三页，共四十六页影响高分子化合物熔点、密度的因素：影响高分子化合物熔点、密度的因素：(1)高分子高分子链越长链越长相对分子质量越大相对分子质量越大分子分子间的作用力越大间的作用力越大熔点、密度越高熔点、密度越高(2)链与链与链链之间之间越密越密链之间的作用力越大链之间的作用力越大熔点、密度越高熔点、密度越高本讲稿第十四页，共四十六页 聚乙烯聚乙烯(PE)(PE)产品产品 保鲜膜保鲜膜吹塑成型的聚乙烯薄膜吹塑成型的聚乙烯薄膜无毒无毒，化学，化学稳定性好稳定性好，适合做食品和药物的包，适合做食品和药物的包装材料装材料单体单体:CH2=CH2本讲稿第十五
9、页，共四十六页聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVCPVC）化学化学稳定性稳定性好，耐酸碱腐蚀，使用好，耐酸碱腐蚀，使用温度温度不不宜宜超超过过6060，在在低温低温下会下会变硬变硬分为：分为：软软质塑料和质塑料和硬硬质塑料质塑料单体单体:CH2=CHCl本讲稿第十六页，共四十六页聚苯乙烯聚苯乙烯单体：单体：CH2=CHC6H5本讲稿第十七页，共四十六页聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 （有机玻璃）（有机玻璃）单体：单体：CH2=CCH3COOCH3本讲稿第十八页，共四十六页聚聚四四氟氟乙乙烯烯塑塑料料单体：单体：CF2CF2本讲稿第十九页，共四十六页酚醛塑料酚醛塑料单体：单体：苯酚、甲醛苯酚、甲醛本讲稿
10、第二十页，共四十六页2.2.酚醛树脂的制取和性质酚醛树脂的制取和性质分组编号分组编号实验步骤实验步骤苯酚苯酚+甲醛甲醛+浓盐酸浓盐酸 苯酚苯酚+甲醛甲醛+浓氨水浓氨水产品外观产品外观加热试验加热试验酒精溶解酒精溶解结构特点结构特点水浴加热水浴加热15min洗净、洗净、烘干烘干粉红色固体粉红色固体 软化（热塑性）软化（热塑性）不软化（热固不软化（热固 性）性）溶解溶解不溶解不溶解线型线型结构结构 网状网状结构结构 本讲稿第二十一页，共四十六页酚醛塑料酚醛塑料单体：单体：苯酚、苯酚、甲醛甲醛OHHCHOOHCH2OHOHCH2 OHCH2OHOHCH2n水浴加热水浴加热酚醛树脂的制备.wmv.fl
11、v酸性条件下线性结构酸性条件下线性结构本讲稿第二十二页，共四十六页OH+HCHOOHCH2OHCH2OHHOCH2碱性条件下生成三羟甲基苯酚碱性条件下生成三羟甲基苯酚本讲稿第二十三页，共四十六页酚酚醛醛树树脂脂局局部部结结构构本讲稿第二十四页，共四十六页下列高聚物经简单处理可以从线型结下列高聚物经简单处理可以从线型结构变成体型结构的是（构变成体型结构的是（）CH2CH2CHCH2nCH3OH CH2CH2CH2CHCH2nClnCH2CHnClABCDBC线型结构里必须还存在能发生加聚线型结构里必须还存在能发生加聚或缩聚反应的官能团，如双键、羟或缩聚反应的官能团，如双键、羟基、氨基等，才有可能
12、转变为体型基、氨基等，才有可能转变为体型结构。结构。本讲稿第二十五页，共四十六页二、合成纤维二、合成纤维灼烧情况灼烧情况受酸溶液受酸溶液的影响的影响受碱溶液的受碱溶液的影响影响纯棉纯棉烧后呈粉状，烧后呈粉状，无异味无异味轻微轻微轻微轻微羊毛羊毛烧焦羽毛气味，灰烧焦羽毛气味，灰烬为黑色小颗粒烬为黑色小颗粒受腐蚀受腐蚀部分溶解部分溶解尼龙布尼龙布 接近火接近火 焰时迅速焰时迅速卷缩，趁热可拉成卷缩，趁热可拉成丝，烧后不易破碎丝，烧后不易破碎几乎不变几乎不变几乎不变几乎不变本讲稿第二十六页，共四十六页天然纤维：天然纤维：如棉花、羊毛、蚕丝和麻等如棉花、羊毛、蚕丝和麻等纤维纤维合成纤维：合成纤维：用石
13、油、天然气等不含用石油、天然气等不含天然纤维的物质为原料，经过化学合成天然纤维的物质为原料，经过化学合成加工制得的纤维加工制得的纤维如腈纶如腈纶(人造羊毛人造羊毛)、锦纶、锦纶(尼龙尼龙)、维纶、维纶、氯纶、涤纶氯纶、涤纶(的确良的确良)和丙纶等和丙纶等“六大纶六大纶”合成纤维具有合成纤维具有优良的性能优良的性能：如：如强强度高、弹性好、耐磨、耐化学度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀和不怕虫蛀腐蚀和不怕虫蛀等。等。本讲稿第二十七页，共四十六页世界上出现的世界上出现的第一种第一种合成纤维是合成纤维是 20 世纪世纪 30 年代美国杜邦公司年代美国杜邦公司科研小组研制出的尼科研小组研制出的尼龙龙 66
14、（NylonNylon，聚，聚酰胺酰胺66），它是由己），它是由己二酸和己二胺缩聚而二酸和己二胺缩聚而成的。成的。本讲稿第二十八页，共四十六页涤纶涤纶尼龙尼龙纺纶纤维织成纺纶纤维织成的防弹衣腈纶的防弹衣腈纶腈纶腈纶本讲稿第二十九页，共四十六页2003年年3月月26日，在伊拉日，在伊拉克的英国皇家海军陆战队战士克的英国皇家海军陆战队战士埃里克埃里克沃尔德曼头盔连中四沃尔德曼头盔连中四枪。枪。沃尔德曼所戴的头盔是沃尔德曼所戴的头盔是这次英军专门为战争打造的，这次英军专门为战争打造的，其外层和普通头盔没什么区别，其外层和普通头盔没什么区别，里料则采用的是一种名叫里料则采用的是一种名叫“凯凯夫拉尔夫拉
15、尔”的的特制纤维特制纤维。该纤该纤维含有高分子聚合塑料维含有高分子聚合塑料，硬，硬度比普通钢铁高度比普通钢铁高40%。质地。质地如此坚硬，能够刀枪不入如此坚硬，能够刀枪不入也就不足为奇了。也就不足为奇了。本讲稿第三十页，共四十六页高强纤维的代表高强纤维的代表:Kevlar芳纶：全芳香族聚酰胺芳纶：全芳香族聚酰胺抗拉强度抗拉强度3.4GPa3.4GPa模量模量（5959190190）GPaGPa断裂伸长断裂伸长5%5%本讲稿第三十一页，共四十六页宇航员费俊龙、聂海胜凯旋归来宇航员费俊龙、聂海胜凯旋归来本讲稿第三十二页，共四十六页唐鑫源，江苏省无锡市人。先后毕业于唐鑫源，江苏省无锡市人。先后毕业于
16、上海光华大学、美国麻省罗宛尔理工大上海光华大学、美国麻省罗宛尔理工大学、北卡罗纳大学、威斯康新大学，专学、北卡罗纳大学、威斯康新大学，专攻化学、纺织染整工程、高分子化学，攻化学、纺织染整工程、高分子化学，获哲学博士。获哲学博士。19621962年，美国太空总署太年，美国太空总署太空飞行中心成立，唐鑫源先生出任材料空飞行中心成立，唐鑫源先生出任材料研究所所长，主持研究太空应用材料，研究所所长，主持研究太空应用材料，研制成能抵御辐射线与高温的非金属材研制成能抵御辐射线与高温的非金属材料，以及防火材料等等，应用于登陆月料，以及防火材料等等，应用于登陆月球之阿波罗球之阿波罗APOLLOAPOLLO太空
17、艇及登陆月球艇、太空艇及登陆月球艇、太空飞行实验室太空飞行实验室SKYLABSKYLAB，太空梭，太空梭SPACE SPACE SHUTTLESHUTTLE以及太空站以及太空站SPACE STATIONSPACE STATION。同。同时主持研究设计太空衣、飞行工作衣、时主持研究设计太空衣、飞行工作衣、驾驶装、运动装、维生系统、太空工作驾驶装、运动装、维生系统、太空工作设备与工具，以维持和保护太空飞行任设备与工具，以维持和保护太空飞行任务之功效与安全。赞誉唐鑫源先生为务之功效与安全。赞誉唐鑫源先生为“太空衣之父太空衣之父”本讲稿第三十三页，共四十六页 宇航员的服装能使太空的人处于加压状态，供给
18、宇航员生命所需的氧气，控制温度和湿度，防止辐射，还要经得起微流星的冲击。宇航服中已经应用了一百三十多种新型材料。其中多数是有机合成材料。密闭头盔由透明聚碳酸酯组成，密闭服由耐高温的防火聚酰胺纤维织物等特殊材料组成。宇航服面罩是由碳材料制成的金刚石膜。本讲稿第三十四页，共四十六页本讲稿第三十五页，共四十六页三三.橡橡 胶胶橡胶橡胶是制造飞机、汽车和医疗器械等所必需的材是制造飞机、汽车和医疗器械等所必需的材料，是重要的战略物资。料，是重要的战略物资。1、天然橡胶天然橡胶的化学组成是的化学组成是聚异戊二烯聚异戊二烯：2、合成橡胶分为、合成橡胶分为通用橡胶通用橡胶和和特种橡胶特种橡胶通用橡胶：通用橡胶
19、：如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。特种橡胶：特种橡胶：如耐热和耐酸碱的如耐热和耐酸碱的氟橡胶氟橡胶、耐高温和耐严寒的、耐高温和耐严寒的硅硅橡胶橡胶等等性能全面，但易老化性能全面，但易老化性能不及天然橡胶全面，但其具有弹性、绝缘性、气密性、性能不及天然橡胶全面，但其具有弹性、绝缘性、气密性、耐高温或低温等性能。耐高温或低温等性能。本讲稿第三十六页，共四十六页橡橡胶胶产产品品本讲稿第三十七页，共四十六页天然橡胶为何容易老化？实验室盛哪些药品的天然橡胶为何容易老化？实验室盛哪些药品的试剂瓶的瓶塞不能用橡胶塞？试剂瓶的瓶塞不能用橡胶塞？天然橡胶含有双键，易起加成反应
20、和易被氧化，所以易老化。天然橡胶含有双键，易起加成反应和易被氧化，所以易老化。KMnO4溶液、浓溶液、浓HNO3、液溴、汽油、苯、四氯化碳等。液溴、汽油、苯、四氯化碳等。本讲稿第三十八页，共四十六页顺丁橡胶顺丁橡胶nCH2=CH-CH=CH2催化剂催化剂C=CCH2CH2HHn12341423两种：三叶橡胶（顺式）、杜仲胶（反式）两种：三叶橡胶（顺式）、杜仲胶（反式）本讲稿第三十九页，共四十六页丁二烯丁二烯和和苯乙烯苯乙烯共聚共聚而成的弹性体，而成的弹性体，合成丁苯橡胶合成丁苯橡胶CH2=CH-CH=CH2CH2=CH丁苯橡胶丁苯橡胶SBR1,3-丁二烯丁二烯苯乙烯苯乙烯本讲稿第四十页，共四十
21、六页硫化橡胶硫化橡胶优点优点:具有较高的强度、韧具有较高的强度、韧性、良好的弹性和化学稳定性、良好的弹性和化学稳定性等性等本讲稿第四十一页，共四十六页四、复合材料四、复合材料学与问学与问每种材料都有它的优缺点：金属材料强度大，但易每种材料都有它的优缺点：金属材料强度大，但易受腐蚀；陶瓷材料耐高温，但脆性大；合成材料密度受腐蚀；陶瓷材料耐高温，但脆性大；合成材料密度小，但不耐高温等。但航天材料需要强度大、耐高温、小，但不耐高温等。但航天材料需要强度大、耐高温、密度小的材料，海洋工程需要耐高压、耐腐蚀的材料。密度小的材料，海洋工程需要耐高压、耐腐蚀的材料。怎样才能获得这些特殊材料呢？怎样才能获得这
22、些特殊材料呢？复合材料：复合材料：两种或两种以上高分子材料组合成两种或两种以上高分子材料组合成的一种新型材料的一种新型材料你能举出一些复合材料的例子吗？本讲稿第四十二页，共四十六页玻璃钢 玻璃钢即玻璃钢即玻璃纤维增强塑料玻璃纤维增强塑料,是将玻璃熔化并迅速是将玻璃熔化并迅速拉成细丝，得到异常柔软的玻璃纤维，再将玻璃纤拉成细丝，得到异常柔软的玻璃纤维，再将玻璃纤维加到合成树脂中，就制得玻璃钢维加到合成树脂中，就制得玻璃钢性能：性能：强度达到某些合金钢的水平，耐化学腐蚀性、强度达到某些合金钢的水平，耐化学腐蚀性、电绝缘性和易加工性能，具有较好的韧性电绝缘性和易加工性能，具有较好的韧性。本讲稿第四十三页，共四十六页玻璃纤维增强塑料：玻璃纤维增强塑料：是玻璃纤维和合成树脂组成的合成材料是玻璃纤维和合成树脂组成的合成材料（玻璃钢）（玻璃钢）安全安全玻璃玻璃玻璃钢中基体是：玻璃钢中基体是：增强剂是：增强剂是：合成树脂合成树脂玻璃纤维玻璃纤维本讲稿第四十四页，共四十六页固体火箭发动机复固体火箭发动机复合材料喷管合材料喷管本讲稿第四十五页，共四十六页THE END2013.5.29本讲稿第四十六页，共四十六页