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1、高分子材料科学基础高分子材料科学基础Polymer Science Introduction化学工程系化学工程系高分子研究所高分子研究所于建于建 高彦芳高彦芳 高分子材料科学基础高分子材料科学基础 高分子科学发展历程高分子科学发展历程 高分子科学基础知识高分子科学基础知识 高分子材料结构与性能高分子材料结构与性能 高分子材料现代表征分析方法高分子材料现代表征分析方法 聚合物合成与制备聚合物合成与制备 高分子材料高性能化设计与制备高分子材料高性能化设计与制备 高分子材料成型加工高分子材料成型加工 通用高分子材料应用通用高分子材料应用 功能高分子材料及其应用功能高分子材料及其应用 20052高分子
2、材料科学基础高分子科学基础知识高分子科学基础知识 高分子科学基本概念高分子科学基本概念 高分子材料命名与分类高分子材料命名与分类 高分子材料基本特性高分子材料基本特性 高分子科学主要研究内容高分子科学主要研究内容 20053高分子材料科学基础分子量分子量高高无机无机有机有机无机无机有机有机有机高分子有机高分子无机高分子无机高分子高分子科学基本概念高分子科学基本概念 20054高分子材料科学基础大分子大分子macromoleculesmacromolecules有机有机Organic MOrganic M无机无机Inorganic Inorganic M M聚合物聚合物polymer合成高分子合
3、成高分子Synthetical Synthetical M M天然高分子天然高分子Natural MNatural M生物高分子生物高分子Biologic Biologic M M高分子科学基本概念高分子科学基本概念 20055高分子材料科学基础单体单体monomermonomer聚合物聚合物polymerpolymer单体：用来合成聚合物的小分子物质单体：用来合成聚合物的小分子物质聚合反应：由单体变成聚合物的反应过程聚合反应：由单体变成聚合物的反应过程聚合反应聚合反应polymerizationpolymerization高分子科学基本概念高分子科学基本概念 20056高分子材料科学基础特点
4、特点 a.a.分子量高分子量高b.b.由重复结构单元组成由重复结构单元组成c.c.重复单元由共价键连接重复单元由共价键连接含义含义 具有重复结构的高分子量物质，增减几个结具有重复结构的高分子量物质，增减几个结构单元不明显影响其物理性能。与生物大分构单元不明显影响其物理性能。与生物大分子有本质差别。子有本质差别。高分子科学基本概念高分子科学基本概念 20057高分子材料科学基础结构单元：构成大分子链的与单体有关的最大结构结构单元：构成大分子链的与单体有关的最大结构重复重复(结构结构)单元：构成大分子链的最小重复结构单元：构成大分子链的最小重复结构单体单元：与单体分子组成相同的结构单元单体单元：与
5、单体分子组成相同的结构单元一种单体：结构单元数一种单体：结构单元数=重复单元数重复单元数=单体单元数单体单元数二种单体：重复结构单元数二种单体：重复结构单元数=结构单元数结构单元数/2/2高分子科学基本概念高分子科学基本概念 20058高分子材料科学基础结构单元数结构单元数=重复单元数重复单元数=单体单元数单体单元数高分子科学基本概念高分子科学基本概念 20059高分子材料科学基础重复结构单元数重复结构单元数=结构单元数结构单元数/2/2高分子科学基本概念高分子科学基本概念 200510高分子材料科学基础聚合度：聚合度：Degree of Polymerization(DP)Degree of
6、 Polymerization(DP)DPDP：一般指重复单元数（一般指重复单元数（n n）XnXn：结构单元数结构单元数一种单体得到的聚合物一种单体得到的聚合物 DP=DP=XnXn两种单体得到的聚合物两种单体得到的聚合物 DP=DP=XnXn/2/2 or or XnXn=2DP=2DP 高分子科学基本概念高分子科学基本概念 200511高分子材料科学基础高分子科学基础知识高分子科学基础知识 高分子科学基本概念高分子科学基本概念 高分子材料命名与分类高分子材料命名与分类 高分子材料基本特性高分子材料基本特性 高分子科学主要研究内容高分子科学主要研究内容 200512高分子材料科学基础 聚合
7、物命名聚合物命名以单体命名为基础，前面冠以以单体命名为基础，前面冠以“聚聚”字字聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 PMMAPMMA 200513高分子材料科学基础聚苯乙烯聚苯乙烯 PSPS聚对苯二聚对苯二甲酸乙二醇酯甲酸乙二醇酯 PETPET 聚合物命名聚合物命名 200514高分子材料科学基础以原料简名后缀以原料简名后缀“树脂树脂”二字命名二字命名苯酚苯酚+甲醛甲醛酚醛树脂酚醛树脂尿素尿素+甲醛甲醛脲醛树脂脲醛树脂甘油甘油+邻苯二甲酸酐邻苯二甲酸酐醇酸树脂醇酸树脂 聚合物命名聚合物命名 200515高分子材料科学基础聚酯聚酯PolyesterPolyester聚酰胺聚酰胺 Polyamide
8、Polyamide聚氨酯聚氨酯 PolyurethanePolyurethane按聚合物的化学结构特征命名按聚合物的化学结构特征命名 1 1 聚合物命名聚合物命名 200516高分子材料科学基础聚碳酸酯聚碳酸酯PolycarbonatePolycarbonate聚酰亚胺聚酰亚胺PolyimidePolyimide按聚合物的化学结构特征命名按聚合物的化学结构特征命名 2 2 聚合物命名聚合物命名 200517高分子材料科学基础按商品名称及外文缩写名称命名按商品名称及外文缩写名称命名国内商品名国内商品名 国外商品名国外商品名聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯 涤纶涤纶 DacronDacro
9、n、TerylenTerylen聚己二酸己二胺聚己二酸己二胺 尼龙尼龙-66-66或锦纶或锦纶 Nylon-66 Nylon-66 聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯 有机玻璃有机玻璃 PMMAPMMA聚异戊二烯聚异戊二烯 异戊橡胶异戊橡胶丁二烯和苯乙烯共聚物丁二烯和苯乙烯共聚物 丁苯橡胶丁苯橡胶不同国家有不同的表示，但英文缩写为世界各国共同采用不同国家有不同的表示，但英文缩写为世界各国共同采用 聚合物命名聚合物命名 200518高分子材料科学基础高聚物高聚物缩写名缩写名高聚物高聚物缩写名缩写名聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯PMMA聚丙烯聚丙烯PP聚氯乙烯聚氯乙烯PVC顺式顺式1，4-聚丁二烯
10、聚丁二烯BR聚苯乙烯聚苯乙烯PS聚氯丁二烯聚氯丁二烯CR聚合物英文缩写聚合物英文缩写 聚合物命名聚合物命名 200519高分子材料科学基础IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry 国际纯化学和应用化学联合会国际纯化学和应用化学联合会)以有机化合物系统命名为基础，以有机化合物系统命名为基础，外加一些修饰如外加一些修饰如poly,-co-,-cis-等等比如：氯乙烯，比如：氯乙烯，Vinyl chloride 1-chloro-ethylene适用于文献查阅与检索适用于文献查阅与检索 聚合物命名聚合物命名 200520高分子材料
11、科学基础按按聚合反应类别分类聚合反应类别分类 加聚物加聚物 缩聚物缩聚物开环聚合，异构化聚合，氢转移开环聚合，异构化聚合，氢转移聚合，成环聚合等聚合，成环聚合等 两两大类大类 聚合物分类聚合物分类 200521高分子材料科学基础按按高分子主链结构分类高分子主链结构分类 碳链聚合物碳链聚合物碳链聚合物碳链聚合物：主链中只有碳链的聚合物，如：主链中只有碳链的聚合物，如：PVC,PE,PP,PS,PVC,PE,PP,PS,PVAc PVAc等。等。杂链聚合物杂链聚合物杂链聚合物杂链聚合物：主链中除碳元素外，还有：主链中除碳元素外，还有N,O,SN,O,S等杂原子，如：聚醚，聚酰胺，聚氨酯等。等杂原子
12、，如：聚醚，聚酰胺，聚氨酯等。元素聚合物元素聚合物元素聚合物元素聚合物：主链中无碳，而是由：主链中无碳，而是由SiSi,O,Al,O,Al,Ti,BTi,B等元素构成。侧链有碳的称为元素有机高等元素构成。侧链有碳的称为元素有机高分子，如：聚二甲基硅氧烷。侧链也无碳元素的分子，如：聚二甲基硅氧烷。侧链也无碳元素的称为无机高分子。称为无机高分子。聚合物分类聚合物分类 200522高分子材料科学基础按按分子形状分类分子形状分类 线性聚合物：低压线性聚合物：低压PE,PVC,PSPE,PVC,PS等。等。支支化化聚聚合合物物：具具有有不不同同长长度度支支链链的的聚聚合合物物。如：高压如：高压PEPE。
13、体体形形聚聚合合物物：高高分分子子链链间间存存在在化化学学键键，形形成成网网状状结结构构的的聚聚合合物物。如如：酚酚醛醛树树脂脂，脲脲醛醛树树脂等。脂等。此外，还有星型、梳型、梯形聚合物等。此外，还有星型、梳型、梯形聚合物等。聚合物分类聚合物分类 200523高分子材料科学基础按其性能和用途分类按其性能和用途分类橡胶橡胶纤维纤维塑料塑料以及以及涂料、粘合剂涂料、粘合剂等等丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶涤纶、锦纶、腈纶、维尼纶涤纶、锦纶、腈纶、维尼纶聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯 聚合物分类聚合物分类 20052
14、4高分子材料科学基础按其功能分类按其功能分类通用高分子材料通用高分子材料功能高分子材料功能高分子材料高分子复合材料高分子复合材料 聚合物分类聚合物分类 200525高分子材料科学基础高分子科学基础知识高分子科学基础知识 高分子科学基本概念高分子科学基本概念 高分子材料命名与分类高分子材料命名与分类 高分子材料基本特性高分子材料基本特性 高分子科学主要研究内容高分子科学主要研究内容 200526高分子材料科学基础分子量大，溶液粘度高分子量大，溶液粘度高;高强度、高弹性，可作材料使用高强度、高弹性，可作材料使用;分子量多分散分子量多分散-平均分子量平均分子量;无沸点，难溶解等。无沸点，难溶解等。聚
15、合物基本特性聚合物基本特性 200527高分子材料科学基础v易加工性易加工性v注射成型注射成型v注射成型是最常用的塑料加工成型方法。首先将塑料加热的注射成型是最常用的塑料加工成型方法。首先将塑料加热的玻璃化温度以上使其软化，然后利用注塞或螺杆将熔融的塑玻璃化温度以上使其软化，然后利用注塞或螺杆将熔融的塑料挤入模具。塑料在模具中冷却成型后，取出后就成为了具料挤入模具。塑料在模具中冷却成型后，取出后就成为了具有一定形状的塑料制品。注射成型的优点是速度快。有一定形状的塑料制品。注射成型的优点是速度快。v挤出成型挤出成型v挤出成型和注射成型的原理类似，区别在于挤出时将熔融的挤出成型和注射成型的原理类似
16、，区别在于挤出时将熔融的塑料通过具有一定形状的口模挤出而不是注入模具。挤出成塑料通过具有一定形状的口模挤出而不是注入模具。挤出成型的制品具有相同的截面形状。塑料管就是通过这种方法制型的制品具有相同的截面形状。塑料管就是通过这种方法制成的。成的。v重量轻重量轻 聚合物基本特性聚合物基本特性 200528高分子材料科学基础高分子科学基础知识高分子科学基础知识 高分子科学基本概念高分子科学基本概念 高分子材料命名与分类高分子材料命名与分类 高分子材料基本特性高分子材料基本特性 高分子科学主要研究内容高分子科学主要研究内容 200529高分子材料科学基础合成合成结构结构性能性能应用应用高分子化学高分子
17、化学高高分分子子物物理理成型加工成型加工高高分分子子设设计计高分子材料高分子材料科学与工程科学与工程 高分子科学主要研究内容高分子科学主要研究内容 200530高分子材料科学基础高分子合成及反应高分子合成及反应：聚合反应理论，：聚合反应理论，新的合成方法及改性方法，高分子新的合成方法及改性方法，高分子基团反应，高分子降解，交联与老基团反应，高分子降解，交联与老化的研究等。主要解决的是合成方化的研究等。主要解决的是合成方法与结构之间的关系，属于高分子法与结构之间的关系，属于高分子化学研究范畴。化学研究范畴。高分子化学主要研究内容高分子化学主要研究内容 200531高分子材料科学基础结构与性能之间
18、关系结构与性能之间关系：高分子分子量：高分子分子量及分布的测定，聚集态结构及分子运及分布的测定，聚集态结构及分子运动、热、力、光、电、磁等性质，属动、热、力、光、电、磁等性质，属于高分子物理研究的范畴。于高分子物理研究的范畴。高分子物理主要研究内容高分子物理主要研究内容 200532高分子材料科学基础成型加工及应用理论成型加工及应用理论：成型方法，流：成型方法，流变性能，塑、弹性理论，材料力学等。变性能，塑、弹性理论，材料力学等。成型加工主要研究内容成型加工主要研究内容 200533高分子材料科学基础从合成出发，设计制备具有预期性能和用从合成出发，设计制备具有预期性能和用途的新型高分子材料。但合成与应用之间途的新型高分子材料。但合成与应用之间并无直接的内在联系，故高分子设计必须并无直接的内在联系，故高分子设计必须以结构与性能、性能与应用的研究为依据，以结构与性能、性能与应用的研究为依据，在积累大量合成实验以及合成在积累大量合成实验以及合成-结构结构-性性能能-应用四方面数据的基础上，从中找出应用四方面数据的基础上，从中找出内在的联系规律。高分子设计七十年代提内在的联系规律。高分子设计七十年代提出，应用日益广泛。出，应用日益广泛。高分子设计主要研究内容高分子设计主要研究内容 200534高分子材料科学基础