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1、高分子材料应用与加工付鹏,目 录,一、绪论二、通用塑料 1、聚乙烯 2、聚丙烯 3、低温热塑板材 4、丙烯酸树脂 5、聚氨酯 6、乙烯-醋酸乙烯聚合物三、合成纤维及符合材料 1、合成纤维 2、复合材料四、橡胶 1、橡胶概述 2、通用橡胶和合成橡胶五、黏合剂,绪论,1、人类对高分子材料的利用2、高分子材料发展史3、高分子材料概述4、高分子材料的成型加工,人类对材料的利用,人类使用材料已有几千年的历史,动物皮毛,蚕丝,棉花,木材,橡胶,陶瓷,水泥,玻璃,金属,高分子材料的发展经历了三个时期：天然高分子的利用与加工、天然高分子的改性和合成、高分子的工业生产(高分子科学的建立),天然高分子材料的加工改
2、性,1812年用酸水解树皮等，得到淀粉。1839年古德意发现天然橡胶与松节油、硫磺共热可改变性能，化学上叫高分子化学改性，工业上叫硫化处理。1864年，舍恩拜因用棉纤维经硝酸、硫酸混合液处理，发明了火药棉。1865年帕克尔对胶棉处理，得到第一种人造塑料-赛璐珞。它的应用非常普遍，台球、乒乓球、梳子、假牙、电影胶片、照相底片等。1892年克罗斯以木纤维生产粘胶纤维1910年，贝克兰德制得第一种合成塑料。,赛璐珞简介,赛璐珞是塑料的老祖宗，赛璐珞是英文“celluloid sljld”的译音，它有两个意思，一是假象牙；二是叫电影胶片。,过去的台球大多是有钱阶层的娱乐活动。到19世纪，在美国已非常盛
3、行。那时的台球是用象牙做的，显得很高雅。,但当时非洲的大象不断减少，美国差不多完全得不到象牙来制作台球，这可愁坏了台球制造厂的老板。,谁能发明一种代替象牙做台球的材料，谁就能得到1万美元的奖金。,1868年，在美国的阿尔邦尼地方有一位叫约翰海厄特的人，在硝化纤维中加进樟脑时，硝化纤维竟变成了一种柔韧性相当好的又硬又不脆的材料。,1872年，他在美国纽瓦克建立了一个生产赛璐珞的工厂，除用来生产台球外，还用来做马车和汽车的风挡及电影胶片，从此开创了塑料工业的先河。,高分子工业生产和发展,1907年，贝克兰德深入研究了苯酚与甲醛的反应，首次工业化合成酚醛树脂，开创了塑料的时代，也揭开了高分子真正走进
4、人类生活和发展史的序幕。1931年德国法该公司采用乳液聚合法实现聚氯乙烯的工业化生产。进入合成高分子时期。四十年代，合成橡胶工业与合成纤维工业也发展起来了。五十年代到六十年代高分子工业的发展突飞猛进，几乎所有被称为大品种的高分子(包括有机硅等)都陆续投入了生产。,贝克兰德简介,利奥 贝克兰德（Leo Baekeland，1863-1944）1863年11月14日，利奥.贝克兰德出生在比利时根特。第一个能成功地耐高温的塑料是“贝克莱特”（即酚醛塑料）。“塑料之父”,现代高分子材料的发展,第一代：通用高分子材料第二代：工程塑料第三代：特种工程塑料第四代：导电高分子塑料第五代：生物高分子材料,举例：
5、如何使海水淡化,高分子分离膜只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。,多种多样的高分子材料,认识一下塑料,塑料污染,塑料污染是指环境中塑料制品的累积，造成对野生动物及栖息地破坏，甚至对人类的负面影响。塑料污染有很多不同的种类和形式，影响陆地、水域及海洋。一些地区已经开始进行塑料减量，其作法是试图减少塑料的消费量及提倡塑料回收。,塑料时代,高分子材料概述,分子量很大（104-107，甚至更大）。分子似“一条链”，由许多相同的结构单元组成。以共价键的形式重复连接而成。与小分子比较分子量不确定，只有一定的范围，是分子量不等的同系物的混合物；没有固定熔点，只有一段宽的温度范围；分
6、子间力很大，没有沸点，加热到2000C-3000C以上，材料破坏（降解或交联）。,高分子的含义：,高分子材料的结构,高分子材料形成过程,高分子聚合物,高分子材料,单体,石油、天然气、煤炭等,裂解反应,聚合反应,加工,举例：聚乙烯,高分子材料的类型与特征,塑料橡胶纤维黏合剂涂料聚合物基复合材料聚合物合金功能高分子材料生物高分子材料,按照物理形态和用途,三大合成材料,塑料、橡胶、纤维，称为三大合成材料，全世界产量有1亿多吨。塑料主要品种有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等合成橡胶主要用途为制造轮胎，约占60%合成纤维主要品种有：涤纶（PET）、尼龙、聚丙烯腈、聚丙烯等合成纤维、天然纤维、人造纤
7、维比例为2 3 1。,按结构单元的化学组成分类1、碳链高分子,主链以C原子间共价键相联结 加聚反应制得如：聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯，聚丙烯,聚乙烯,2、杂链高分子,主链除C原子外还有其它原子如O、N、S等，并以共价键联接，缩聚反应而得，如聚对苯二甲酸乙二脂（涤纶）聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等,涤纶,3、有机高分子材料,主链中不含C原子，而由Si、B、P、Al、Ti、As等元素与O组成，其侧链为有机基团；兼有无机高分子和有机高分子的特性，既有很高耐热和耐寒性，又具有较高弹性和可塑性，如硅橡胶。,硅橡胶,4、无极高分子材料,主链既不含C原子，也不含有机基团，而完全由其它元素所
8、组成，这类元素的成链能力较弱，故聚合物分子量不高，并易水解。,二硫化硅,聚二氯一氮化磷,聚乙烯（PE）,聚乙烯从1939年开始工业化生产，是目前产量最大，应用最广泛的品种。低密度聚乙烯（LDPE）在各种聚乙烯中产量最大，主要用于生产薄膜（制造食品袋、垃圾袋、地膜、大棚膜等）；约10%用于生产注塑用品。线型低密度聚乙烯（LLDPE）主要用于生产薄膜，厚度比低密度聚乙烯更薄，制品性能更好。还用于生产扁丝，制造编织袋。,高密度聚乙烯注塑制品：工业容器、家用器皿、玩具等。中空吹塑制品：食品、药品、化妆品的包装瓶等。薄膜制品（约占20%）：大量用于食品包装。聚乙烯管材应用领域主要有：生活用水和煤气管道、
9、农业排灌用管道以及圆珠笔内的油墨管子等。质轻、坚韧耐磨，力学性能良好，使用寿命长，施工安装简便，输送阻力小、安全可靠，铺设费用低。,超高分子量聚乙烯（UHMWPE）可作为工程塑料在汽车、机械、原子能以及宇宙飞行等领域得到重要应用。具有优异的耐冲击和自润滑性，耐腐蚀、抗磨损、不粘着等特性，可作齿轮、轴套、滑板、储罐衬里等。,聚丙烯（PP）,性能：密度0.900.91g/cm3，耐热性好、优良的耐化学药品和耐水性，有较好的物理机械性能，突出的耐应力开裂性，耐磨性和成形性好。应用汽车用树脂：保险杠（乙丙橡胶增韧PP）、仪表盘、电器元件、发动机风叶等；薄膜：有“包装皇后”之称。大量用于快餐食品、烟草的
10、包装，还用于医用包装、各类封面及广告宣传画等。纤维级PP：地毯、无纺布、旅游制品、土工布，建筑材料等，发展前景广阔。,聚氯乙烯（PVC）,PVC，是耗石油最少的热塑性树脂。具有阻燃及较高的机械强度。PVC可以兼有两种绝然不同的性能，从软质到硬质，具有不同的用途。应用：农用塑料制品：农地膜、渔用单丝、绳缆等；包装材料，保鲜、防锈、防霉等，塑料编织袋、包装容器等；日用品，塑料鞋、塑料袋、人造革、塑料玩具等；化学建材，塑钢门窗、水管、电线穿线管等。,聚苯乙烯（PS）,PS，无色透明，相对密度1.05，电绝缘性能优异，耐热性好，吸湿性低、质硬、刚性强，耐化学性好，易被染色，有良好的加工性。应用：世界市
11、场上，PS主要用于包装，其次是电子、电器。发泡聚苯乙烯（EPS）质轻、隔热、防震、价廉，用于建筑和包装。国内最大的市场是家电行业。国内彩色电视机外壳有60%使用高抗冲聚苯乙烯（HIPS）。,PS保温板,PS光纤,氟塑料,氟塑料各种含氟塑料的总称。聚四氟乙烯（PTFE）。1950年首先由杜邦公司投产。有“塑料王”之称。高结晶度聚合物，无熔融态，分解温度400，可在260 以下长期下使用，耐低温-200，力学性能优异。光滑不粘，摩擦系数极小，具有自润滑性。耐化学腐蚀性极强，耐强酸、强碱、有机溶剂，能耐王水及沸腾的氢氟酸。具有塑料中最好的电绝缘性能。广泛用于化工机械和容器的防腐、耐磨密封、电绝缘等。
12、,纤维,涤纶尼龙（锦纶）聚丙烯腈（腈纶、人造羊毛）,聚酰胺（PA）俗称尼龙（Nylon），是主链上含有酰胺基团 的聚合物。,是开发最早的工程塑料，约占工程塑料总产量的1/3。优异的力学性能、耐磨性及无润滑摩擦性能，较好的耐腐蚀性、耐油、耐溶剂性能，使用温度-40100，良好的阻燃性。缺点是吸水性较大，影响其尺寸稳定性。,功能高分子材料,在外部环境作用下，敏锐地表现出高选择性和特异性能的高分子化合物及高分子材料。,分类：导电高聚物液晶高分子智能聚合物高吸水性树脂,导电高聚物特性：其电导率可在绝缘体、半导体和金属态范围内变化。应用前景二次电池、太阳能电池传感器电磁屏蔽材料隐身材料金属防腐,液晶高分
13、子,既具有液体的流动性，又有晶体的各向异性。液晶高分子的特点：强度和模量极高液晶高分子的应用防弹背心火箭发动机外壳、导弹壳体阿波罗登月飞船软着陆降落伞绳、直升飞机吊绳、人造卫星电子部件等等。,生物医学材料,顾名思义，是和医学、生物科学发展相关的材料的总称。1987年，国际标准化组织（ISO）定义“以医用目的，用于和活体组织接触，具有功能的无生命材料”。,生物金属,生物医用金属材料用是人类最早利用的生物材料之一。由于其具有高强度、耐疲劳和易加工等优良性能，至今在临床上仍占有重要地位。.,金属丝固定牙缺失,纯金属片修复颅骨,金属银缝合膝盖骨,镀镍钢钉治疗骨折,公元前300-400年,1546年,1
14、880年,1896年,医用不锈钢最早开发、应用广医用钴基合金耐蚀性、硬度较前者更高医用钛及其合金生物相容性、耐蚀性、硬度均优于前两者，极具开发价值医用铂及其合金优异的抗氧化性、耐蚀性其他医用合金：钽、铌和锆等金属及其合金医用形状记忆合金医用磁性合金,生物陶瓷,用于人体器官替换、修补以及外科矫形的陶瓷材料。要求：具有良好的力学性能，在体内难于溶解，不易氧化，不易腐蚀变质，热稳定性好，耐磨且有一定的润滑性，和人体组织的亲和性好，组成范围宽，易于成形等。,生物惰性陶瓷具有优异的生物相容性，能与骨形成结合面，结合强度高，稳定性好，参与代谢。生物活性陶瓷该陶瓷的物理、化学性能稳定，在生物体内完全呈惰性状
15、态。,磷酸钙陶瓷植入狗体6个月,医用高分子人工生体软组织人工生体硬组织药用高分子高分子药物高分子载药体系医疗器械与诊断材料,医用修复材料龋齿密封材料、外科缝合线、高分子绷托眼球人工玻璃体隐形眼镜人工脏器人造皮肤、人工骨、肌肉腱、角膜、喉、食道、人工肺、肾、肝、心脏等等。在美国，每年有几百万件人工器件或修复材料植入病人体内。,生物材料的应用,生物材料发展的前沿组织工程与组织工程材料药物、基因与DNA控释材料与系统生物材料与人体器官克隆,高分子的成型加工,成型加工：注射、挤出、压制、压延、缠绕、注塑、烧结、吹塑等处理工艺：喷涂、浸渍、黏结等二次加工：车、磨、刨、铣、刮、锉、钻、抛光等,挤出成型在塑
16、料加工中又称为挤塑，它是在挤出成型机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法，,塑料挤出模具,挤出成型成品,塑化阶段,成型阶段,传动装置：带动螺杆转动的装置，通常由电动机、减速箱和轴承组成。,加料装置：通常使用锥形加料斗，料斗底有截断装置，侧面有可视孔和计量装置,料筒：又称机筒，一般选用耐温、耐压、强度高、坚固耐磨、耐腐蚀的合金或内衬合金钢的复合钢管制成。料筒的长度一般是直径的15-30倍，以便使物料充分加热和均匀塑化,螺杆：挤出机的心脏一般采用耐热耐腐蚀高强度合金钢制成主要参数：直径、压缩比、长径比、螺旋角、螺距、螺槽深度等。,双螺杆挤出装置,平行同向双螺杆挤出机,机头：挤出
17、成型机的成型部件，由机头体和机颈部分组成，是料筒和口模之间的过度部分,注塑成型,注塑：将塑料颗粒经注塑机的料斗送至加热的料筒，使其熔融至流态，然后经柱塞或螺杆加压注射至模具中，降温硬化后，开模取出成品。大多数热塑性塑料和某些热固性塑料（如酚醛塑料）均可用此法进行加工。用于注塑的物料须有良好流动性，才能充满模腔以得到制品。,注塑模具设计动画,注塑视频,注塑成品,压制成型,压制成型可分为模压成型和层压成型模压成型：将一定量的模压粉放入金属对摸中，在一定的温度和压力作用下成型制品的一种方法。层压成型：以片或纤维状材料作为填料，在加热、加压条件下，把相同或都不同的材料的两层或多层结合成为一个整体的方法
18、,模压成型,模压成型成品,吹塑成型,吹塑成型主要包括中空吹塑成型、吹塑薄膜和吹塑薄片等吹塑成型为塑料材料的二次成型，通过一次成型的棒、板、片等通过再次加工制成成品。,吹塑成型成品,吹塑薄膜,吹塑工艺示意图,塑料瓶吹塑,吸塑成型,吸塑成型，又叫真空成型，是热塑性塑料热成型方法之一。是指将片状或板状材料夹紧在真空成型机的框架上，加热软化后，通过模边的空气通道，用真空将其吸附于模具上，经短时间的冷却，得到成型的塑料制品。,吸塑成型成品,吸塑工艺示意图,吸塑动画,作业,聚乙烯与聚氯乙烯的不同点，各自的优缺点？指出下列产品的成型加工工艺：1、一次性饭盒 2、电线包覆线 3、矿泉水瓶盖 4、水桶 5、塑料袋 6、手机外壳 7、板材 8、塑胶手套,
