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1、是能源和信息是能源和信息发展的基础发展的基础三三大大支支柱柱产产业业能源能源材料材料信息信息有机合成材料是材料工有机合成材料是材料工业的一个重要方面业的一个重要方面1 1 1 1 材料材料材料材料 简介简介简介简介 无机材料无机材料无机非金属材料，如碳纤维无机非金属材料，如碳纤维无机金属材料无机金属材料有机材料有机材料合成高分子材料合成高分子材料新型高分子材料新型高分子材料天然高分子材料（棉、麻、丝、毛；天然高分子材料（棉、麻、丝、毛；天然橡胶等）天然橡胶等）功能高分子材料功能高分子材料复合材料复合材料塑料塑料合成纤维合成纤维合成橡胶等合成橡胶等材料材料n高分子材料是由相对分子质量较高的化合物
2、构成的材料，通常分子量大于10000，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等等。高分子是生命存在的形式，所有的生命体都可以看作是高分子的集合体。2 2 2 2 纤维纤维纤维纤维纤维天然纤维人造纤维合成纤维棉、麻、丝、毛等粘纤、莫代尔、醋纤铜氨纤维、莱赛尔等涤纶、锦纶、腈纶、氨纶、氯纶、芳纶等合成纤维具有优良的性能：如强度高、弹性好、耐磨、合成纤维具有优良的性能：如强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀和不怕虫蛀等。耐化学腐蚀和不怕虫蛀等。2.1 2.1 聚酯纤维（涤纶）聚酯纤维（涤纶）n聚酯纤维是指由多种二元醇和芳香族二元羧酸或其酯经缩聚生成的聚酯为原料所制得纤维的统称。n具体品种有
3、：聚对苯二甲酸乙二醇（PET）酯纤维，聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）纤维，聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）纤维等。n由于PET是其主要品种，故习称聚酯纤维即指这种纤维。2.2 2.2 聚酰胺纤维（锦纶）聚酰胺纤维（锦纶）n锦纶是聚酰胺纤维的商品名称，Polyamide（简称PA），其基本组成物质是通过酰胺键NHCO连接起来的脂肪族聚酰胺。n常见的聚酰胺主要有两类：由己二胺和己二酸缩聚而得的聚己二酸己二胺：HHN(CH2)6NHCO(CH2)4COnOH 另一类是由己内酰胺缩聚或开环聚合得到的聚合物：HNH(CH2)5COOH n聚丙烯腈（PAN）或丙烯腈含量大于85%（质量百分比）的丙烯腈共聚物
4、制成的合成纤维。常用的第二单体为非离子型单体，如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯等，第三单体为离子型单体如丙烯磺酸钠和2-亚甲基-1，4-丁二酸等。2.3 2.3 2.3 2.3 聚丙烯腈纤维（腈纶）聚丙烯腈纤维（腈纶）聚丙烯腈纤维（腈纶）聚丙烯腈纤维（腈纶）聚丙烯腈纤维有人造羊毛之称。具有柔软、膨松、不易染、色泽鲜艳、耐光、抗菌、不怕虫蛀等优点。PAN基碳纤维基碳纤维 PAN基碳纤维的生产工艺主要包括原丝生产和原丝碳化两个过程:首先通过丙烯腈聚合和纺纱等一系列工艺加工成被称为“母体“的聚丙烯腈纤维或原丝，将这些原丝放入氧化炉中在200到300进行氧化，还要在碳化炉中，在温度为1000到2000下进
5、行碳化等工序制成碳纤维。纺纶1313纺纶1313即聚间苯二甲酰间苯二胺（Polymetaphenyleneisophthalamide,PMIA）纤维 可以用于制作易燃易爆环境中的工作服2.4 2.4 2.4 2.4 芳纶芳纶芳纶芳纶n芳纶芳纶1414即聚对苯二甲酰对苯二胺即聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）n美国商品名为Kevlar，是优秀的耐高温纤维之一。是优秀的耐高温纤维之一。nKevlar纤维的优良物理力学性能和耐高温性，使其应用范围十分广泛。在工业方面如轮胎帘子线、高强度绳索、传送带及耐压容器等；军事方面如防弹衣、防弹头盔、降落伞、装甲板等；航空航天方面如飞机结构和内部装饰材料、机身、
6、机翼、火箭发动机外壳等；体育器材如高尔夫球杆、网球拍、钓鱼杆、滑雪板、游艇等。氨纶（spandex），译名“斯潘德克斯”，是一种弹性纤维，学名聚氨酯纤维(Polyurethane)，简写(PU)，中国大陆称为“氨纶”。具有高度弹性，能够拉长67倍，但随外力的消失能迅速恢复到初始状态，其分子结构为一个像链状的、柔软及可伸长性的聚氨基甲酸酯，通过与硬链段连接在一起而增强其特性。2.5 2.5 2.5 2.5 聚氨酯纤维（氨纶）聚氨酯纤维（氨纶）聚氨酯纤维（氨纶）聚氨酯纤维（氨纶）n 氨纶弹性纤维分为两类：一类为聚酯链类；一为聚醚链类。聚酯类弹性纤维抗氧化、抗油性较强；聚醚类弹性纤维防霉性，抗洗涤剂
7、较好。藏在瓶底的秘密藏在瓶底的秘密-高分子材料的常见标高分子材料的常见标志志3 3 3 3 塑料塑料塑料塑料PCPC其它类其它类 聚苯乙烯聚苯乙烯 聚丙烯聚丙烯 聚乙烯聚乙烯 聚氯乙烯聚氯乙烯HDPEHDPE高密度聚乙烯高密度聚乙烯PET PET 聚对苯二甲酸聚对苯二甲酸乙二醇脂乙二醇脂 PCPC其它类其它类 聚丙烯聚丙烯热塑性塑料热塑性塑料(聚乙烯聚乙烯,聚氯乙烯聚氯乙烯,聚丙烯等聚丙烯等)塑料塑料热固性塑料（酚醛塑料）热固性塑料（酚醛塑料）特性：特性：加热熔化，可反复加工。线性结构，有弹性加热熔化，可反复加工。线性结构，有弹性特性：特性：不会受热熔化，网状结构，硬化定型。不会受热熔化，网状
8、结构，硬化定型。合成高分子的结构有：线型、支链型、网状（体型）合成高分子的结构有：线型、支链型、网状（体型）合成高分子的结构有：线型、支链型、网状（体型）合成高分子的结构有：线型、支链型、网状（体型）热固性塑料热固性塑料再次受热时，再次受热时，链与链间会形成共价键，链与链间会形成共价键，产生一些交联，形成产生一些交联，形成体型体型网状结构网状结构，硬化定型，硬化定型热塑性塑料热塑性塑料具有长链状的具有长链状的线型结构线型结构。受热时，分子受热时，分子间作用力减弱，易滑动；间作用力减弱，易滑动；冷却时，相互引力增强，冷却时，相互引力增强，会重新硬化会重新硬化n聚乙烯是乙烯单体的均聚物，主要分为线
9、性低密度聚乙烯(LLDPE)、高压低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)三大类。n薄膜是其主要加工产品，其次是片材和涂层、瓶、罐、桶等中空容器及其它各种注塑和吹塑制品、管材和电线、电缆的绝缘和护套等。主要用于包装、农业和交通等部门。3.1 3.1 3.1 3.1 聚乙烯塑料聚乙烯塑料聚乙烯塑料聚乙烯塑料PE瓶PE包装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，单键相连，单键可单键可旋转旋转，使它，使它不可能不可能成一条直线成一条直线，只能，只能成不规则的卷曲状成不规则的卷曲状态。高分子化合物态。高分子化合
10、物具有一定的具有一定的弹性弹性。n聚氯乙烯塑料是由氯乙烯单体聚合而成的，是常用的热塑性塑料之一。它的商品名称简称为“氯塑”，英文缩写为PVC。n 纯聚氯乙烯树脂是坚硬的热塑性物质，其分解温度与塑化温度极为接近，而且机械强度较差。因此，无法用聚氯乙烯树脂来塑制产品，必须加入增塑剂、稳定剂、填料等以改善性能。3.2 3.2 3.2 3.2 聚氯乙烯塑料聚氯乙烯塑料聚氯乙烯塑料聚氯乙烯塑料PVC成品：3.3 3.3 3.3 3.3 聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）聚甲基丙烯酸甲酯缩写代号为PMMA，俗称有机玻璃，是迄今为
11、止合成透明材料中质地最优异，价格又比较适宜的品种。透明度优良，有突出的耐老化性；比重不到普通玻璃的一半，抗碎裂能力却高出几倍；它有良好的绝缘性和机械强度；对酸、碱、盐有较强的耐腐蚀性能；且又易加工；可进行粘接、锯、刨、钻、刻、磨、丝网印刷、喷砂等手工和机械加工，加热后可弯曲压模成各种亚克力制品。3.4 3.4 3.4 3.4 聚苯乙烯（聚苯乙烯（聚苯乙烯（聚苯乙烯（PSPSPSPS）聚苯乙烯（Polystyrene，缩写PS）是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物。它是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于100的玻璃化转化温度，因此经常被用来制作各种需要承受开水的温度的一次性容器，以及一次
12、性泡沫饭盒等。聚苯乙烯(PS)聚苯乙烯热塑性弹性体抗弯能力较强，弯曲强度较高。PSTg约为100左右，脆化温度约-30，熔融温度为140-180，因此常被用来制作各种需要承受开水的一次性容器，以及一次性饭盒。3.5 3.5 3.5 3.5 聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFEPTFEPTFEPTFE）聚四氟乙烯聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethene，英文缩写为PTFE，俗称“塑料王”），是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低
13、，所以可作润滑作用之余，亦成为了不沾锅和水管内层的理想涂料。耐腐蚀性耐腐蚀性：能够承受除了熔融的碱金属，氟化介质以及高于300 氢氧化钠之外的所有强酸（包括氟锑酸、王水）、强碱、强氧化剂、还原剂和各种有机溶剂的作用。绝缘性：绝缘性：不受环境及频率的影响，体积电阻可达1018欧姆厘米，介质损耗小，击穿电压高。耐高低温性：耐高低温性：对温度的影响变化不大，温域范围广，可使用温度-190260。自润滑性自润滑性：具有塑料中最小的摩擦系数，是理想的无油润滑材料。表面不粘性：表面不粘性：已知的固体材料都不能粘附在表面上，是一种表面能最小的固体材料。耐大气老化性：耐大气老化性：耐辐照性能和较低的渗透性：长
14、期暴露于大气中，表面及性能保持不变。不燃性：不燃性：极限氧指数在90以下。PTFEPTFE的优良特性：的优良特性：的优良特性：的优良特性：3.6 3.6 3.6 3.6 酚醛树脂酚醛树脂酚醛树脂酚醛树脂n酚醛树脂，是一种合成塑料，无色或黄褐色透明固体，因电气设备使用较多，也俗称电木。n耐热性、耐燃性、耐水性和绝缘性优良，耐酸性较好，耐碱性差，机械和电气性能良好，易于切割，分为热固性塑料和热塑性塑料两类。n合成时加入不同组分，可获得功能各异的改性酚醛树脂，具有不同的优良特性，如耐碱性、耐磨性、耐油性、耐腐蚀性等。3.7 ABS3.7 ABS3.7 ABS3.7 ABS树脂树脂树脂树脂n塑料ABS
15、树酯是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈（PAN），B代表丁二烯（PB），S代表苯乙烯（PS）。n它将PB，PAN，PS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。n其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工。n广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。4 4 4 4 橡胶橡胶橡胶橡胶橡胶按原料分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶是从橡胶树、橡
16、胶草等植物中提取胶质后加工制成。以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物 。合成橡胶是由不同单体在引发剂作用下，经聚合而成的品种多样的高分子化合物，单体有丁二烯、苯乙烯、丙烯腈、异丁烯、氯丁二烯等多种。聚合工艺有乳液聚合、溶液聚合、悬浮聚合、本体聚合四种。n合成橡胶分为通用橡胶和特种橡胶。n通用橡胶如丁苯橡胶（单体丁二烯和苯乙烯），顺丁橡胶（单体为丁二烯），异戊橡胶（单体为异戊二烯），氯丁橡胶（单体为氯丁二烯），乙丙橡胶（单体为乙烯和丙烯），丁腈橡胶（单体为丁二烯和丙烯腈）等。n特种橡胶主要有硅橡胶（耐高温和严寒）、氟橡胶（耐热、耐酸碱）和聚氨酯橡胶。丁苯橡胶丁苯橡胶氯丁橡胶氯丁橡胶硅橡胶硅橡
17、胶顺丁橡胶顺丁橡胶nCH2=CH-CH=CH2催化剂催化剂C=CCH2CH2HH n1 2 3 41 42 3两种：三叶橡胶（顺式）、杜仲胶（反式）两种：三叶橡胶（顺式）、杜仲胶（反式）n橡胶结构主要有线型线型、支链型支链型和交联型交联型结构三种。n线型结构线型结构：未硫化橡胶的普遍结构。由于分子量很大，无外力作用下，呈细团状。当外力作用，撤除外力，细团的纠缠度发生变化，分子链发生反弹，产生强烈的复原倾向，这便是橡胶高弹性的由来。n支链结构支链结构：橡胶大分子链的支链的聚集，形成凝胶。凝胶对橡胶的性能和加工都不利。在炼胶时，各种配合剂往往进步了凝胶区，形成局部空白，形成不了补强和交联，成为产品
18、的薄弱部位。n交联结构交联结构：线型分子通过一些原子或原子团的架桥而彼此连接起来，形成三维网状结构。随着硫化历程的进行，这种结构不断加强。这样，链段的自由活动能力下降，可塑性和伸长率下降，强度，弹性和硬度上升，压缩永久变形和溶胀度下降。硫化橡胶硫化橡胶优点优点:具有较高的强度、具有较高的强度、韧性、良好的弹性和化韧性、良好的弹性和化学稳定性等学稳定性等天然橡胶为何容易老化？实验室盛哪些药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？品的试剂瓶的瓶塞不能用橡胶塞？天然橡胶含有天然橡胶含有C=C，易加成反应和易被氧化，易加成反应和易被氧化(老化老化)。强氧化剂、卤素、有机物溶剂
19、都易腐蚀橡胶。如：强氧化剂、卤素、有机物溶剂都易腐蚀橡胶。如：KMnO4 溶液、浓溶液、浓HNO3、液、液溴、汽油、苯、四氯化溴、汽油、苯、四氯化碳等。碳等。橡胶老化的原因：橡胶老化的原因：橡胶老化的原因：橡胶老化的原因：n氧氧：氧在橡胶中同橡胶分子发生游离基链锁反应，分子链发生断裂或过度交联，引起橡胶性能的改变。氧化作用是橡胶老化的重要原因之一。n臭氧臭氧：臭氧的化学活性比氧高得多，破坏性更大，它同样是使分子链发生断裂，但臭氧对橡胶的作用情况随橡胶变形与否而不同。当作用于变形的橡胶(主要是不饱和橡胶)时，出现与应力作用方向直的裂纹，即所谓“臭氧龟裂”;作用于变形的橡胶时，仅表面生成氧化膜而不
20、龟裂。橡胶老化的原因：橡胶老化的原因：橡胶老化的原因：橡胶老化的原因：n热：热：提高温度可引起橡胶的热裂解或热交联。但热的基本作用还是活化作用。提高氧扩散速度和活化氧化反应，从而加速橡胶氧化反应速度，这是普遍存在的一种老化现象-热氧老化。n光：光：光波越短、能量越大。对橡胶起破坏作用的是能量较高的紫外线。紫外线除了能直接引起橡胶分子链的断裂和交联外，橡胶因吸收光能而产生游离基，引发并加速氧化链反应过程。经外线光起着加热的作用。光作用其所长另一特点(与热作用不同)是它主要在橡表面进生。含胶率高的试样，两面会出现网状裂纹，即所谓“光外层裂”。橡胶老化的原因：橡胶老化的原因：橡胶老化的原因：橡胶老化
21、的原因：n机械应力：机械应力：在机械应力反复作用下，会使橡胶分子链断裂生成游离荃，引发氧化链反应，形成力化学过程。机械断裂分子链和机械活化氧化过程。哪能个占优势，视其所处的条件而定。此外，在应力作用下容易引起臭氧龟裂。n水分：水分：水分的作用有两个方面：橡胶在潮湿空气淋雨或浸泡在水中时，容易破坏，这是由于橡胶中的水溶性物质和亲水基团等成分被水抽提溶解，水解或吸收等原因引起的。特别是在水浸泡和大气曝露的交替作用下，会加速橡胶的破坏。但在某种情况下水分对橡胶则不起破坏作用，甚至有延缓老化的作用。橡胶老化的原因：橡胶老化的原因：橡胶老化的原因：橡胶老化的原因：n油类油类：在使用过程如果和油类介质长期
22、接触，油类能渗透到橡胶内部使其产生溶胀，致使橡胶的强度和其他力学性能降低。油类能使橡胶发生溶胀，是因为油类渗入橡胶后，产生了分子相互扩散，使硫化胶的网状结构发生变化。n其它：其它：对橡胶的作用因素还有化学介质、变价金属离子、高能辐射、电和生物等。n能将同种或两种或两种以上同质或异质的制件（或材料）连接在一起，固化后具有足够强度的有机或无机的、天然或合成的一类物质，统称为胶粘剂或粘接剂、粘合剂、习惯上简称为胶。n合成胶粘剂由主剂主剂和助剂助剂组成，主剂又称为主料、基料或粘料;助剂有固化剂、稀释剂、增塑剂、填料、偶联剂、引发剂、增稠剂、防老剂、阻聚剂、稳定剂、络合剂、乳化剂等。5 5 5 5 胶粘
23、剂胶粘剂胶粘剂胶粘剂n主剂是胶粘剂的主要成分，主导胶粘剂粘接性能，同时也是区别胶粘剂类别的重要标志。常见主剂有：天然高分子天然高分子：如淀粉、纤维素、单宁、阿拉伯树胶及海藻酸钠等植物类粘料，以及骨胶、鱼胶、血蛋白胶、酪蛋白和紫胶等动物类粘料。合成合成树脂树脂：如热固性的环氧、酚醛、不饱和聚酯、聚氨酯、有机硅、聚酰亚胺、双马来酰亚胺、烯丙基树脂、呋喃树脂、氨基树脂、醇酸树脂等;热塑性的聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸树脂、尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、热塑性聚酯、聚苯醚、氟树脂、聚苯硫醚、聚砜、聚酮类、聚苯酯、液晶聚合物等，以及其改性树脂或聚合物合金等。橡胶与弹性体：橡胶与弹性体：橡胶主要有
24、氯丁橡胶、丁基腈乙丙橡胶、氟橡胶、聚异丁烯、聚硫橡胶、天然橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶等;弹性体主要是热塑件弹性体和聚氨酯弹性体等。此外此外，还有无机粘料，如硅酸盐、磷酸盐和磷酸-氧化铜等。胶粘剂的固化方式：胶粘剂的固化方式：熔融固化，如棒状、粒状、膜状的聚乙烯-醋酸乙烯（EVA）；挥发固化，如氯丁胶；遇水固化，如石膏、水泥；反应固化，氰基丙烯酸酯瞬干胶水、丙烯酸双酯厌氧胶水等。水基聚氨酯木材胶粘剂适用于各种阔叶材、针叶材的胶接，用于生产集成材、高档家具、高级胶合板、装饰板和其他木制品。突出特点是胶合强度高、耐水性、耐热性和耐老化性优异，它以水为分散介质，使用安全方便，不污染环境。n真正的万能胶是不
25、存在的，只是它的应用面较广而予以其美称。n市面各类主要有：氯丁无苯万能胶、环保型喷刷万能胶、特级万能胶、水性防腐万能胶等。n环氧树脂胶(epoxy resin adhesive)一般是指以环氧树脂为主体所制得的胶粘剂,环氧树脂胶一般还应包括环氧树脂固化剂，否则这个胶就不会固化。环氧树脂胶n涂于物体表面能形成具有保护装饰或特殊性能(如绝缘、防腐、标志等)的固态涂膜的一类液体或固体材料之总称。6 6 6 6 涂料涂料涂料涂料涂料的作用涂料的作用保护作用装饰作用 色彩标志作用 功能作用或特殊用途 其它，如抗水、抗油、抗皱等功能。涂料的组成涂料的组成 涂料 成膜物质(不挥发成分)稀释剂 主要物质 辅助成膜物质 次要成膜物质油料（动物油和植物油）树脂（天然和合成树脂）颜料（无机、有机、防锈颜料）体质颜料助剂如催干剂、增塑剂、乳化剂、防结皮剂等。稀释剂，如石油溶剂、甲苯、醋酸乙酯、水等。n生物医用高分子材料n光功能高分子材料n电磁功能高分子材料n分离材料和化学功能材料7 7 7 7 功能高分子材料功能高分子材料功能高分子材料功能高分子材料