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1、第一章 绪论,高分子材料的类型与特征,塑 料橡 胶合成纤维涂 料粘 合 剂功能高分子材料其 他,1.高分子材料的类型,按性能和用途分类：,塑料是在玻璃态下使用的、具有可塑性的高分子材料。它以树脂为主要组分，加入各种添加剂，能在一定温度和压力下加工成形的各种材料。,1.1 塑 料,塑料的组成：1）树脂:塑料的主要组分。2）填充剂（填料）:提高塑料的力学、电学性能或降低成本等。常用填充剂有云母粉、石墨粉、炭粉、氧化铝粉、木屑、玻璃纤维、碳纤维等。3）增塑剂:提高塑料的可塑性和柔软性,常用增塑剂有芳香酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡等。4）稳定剂:提高塑料对热、光、氧等的稳定性，延长使用寿命。常用热稳定剂
2、有硬酯酸盐、环氧化合物和铅的化合物等。光稳定剂有炭黑、氧化锌等遮光剂。5）增色剂:赋予塑料制品各种色彩。常用的着色剂是一些有机染料和无机颜料。有时也采用能产生荧光或磷光的颜料。6）润滑剂:提高塑料在加工成形过程中的流动性和脱模能力，同时可使制品光亮美观。常用润滑剂有硬酯酸、盐类等。7）固化剂:与树脂发生交联反应，使受热可塑的线型结构变成热稳定好的体型结构。常用的固化剂如六次甲基四胺、过氧化二苯甲酰等。8）其他:还有发泡剂、催化剂、阻燃剂等。,塑料的分类：,1）按塑料热性质分类：热塑性塑料：受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成形。它包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚四氟乙
3、烯等。热固性塑料：在加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制品，不可再生。具有更好耐热性和抗蠕变能力。常用热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、有机硅树脂等。,2）按塑料的功能和用途分类：通用塑料：产量大、用途广、价格低的塑料。主要包括聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料等，产量占塑料总产量的75%以上。工程塑料：具有较高性能，能替代金属制造机械零件和工程构件的塑料。包括聚酰胺、ABS、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂等。功能塑料：导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。,塑料的分类：,常用塑料简介,聚乙烯（PEpolyethylene）
4、：,性质：耐化学腐蚀良好；良好的电绝缘性和高频介电性能；韧性、耐寒性好；较低的摩擦系数；不易吸水；不耐热，不耐大气老化。,应用：聚乙烯是塑料中产量最大的一类品种，属于结晶性塑料，外观乳白，半透明。低密度聚乙烯(LDPE)：日用制品、薄膜、软质包装材料、层压板、电线电缆包覆等。高密度聚乙烯(HDPE)：小负荷齿轮和轴承、化工管道、阀门、高频电缆绝缘层、硬质包装材料等。,聚乙烯一次性输液器,聚乙烯管材,聚乙烯瓶,聚乙烯自粘保鲜膜,聚乙烯农用地膜,聚乙烯电缆线皮,应用举例：,聚氯乙烯（PVCpolyvinyl chloride）：,性质：具有较高的强度、刚性；良好的电绝缘性和耐化学腐蚀性；具有阻燃性
5、；但热稳定性较差，使用温度较低；介电常数、介电损耗较高。,常用塑料简介,应用：纯聚氯乙烯硬而脆，很少应用。常利用橡胶和增塑剂对其改性处理。硬聚氯乙稀：用于工业管道、给排水系统管件、板件、防火材料、化工防腐设备及各种机械零件。增塑（软）聚氯乙稀：用于窗帘、桌布、雨衣、手提箱、人造革、墙纸、农用薄膜、耐酸碱软管及电线电缆包覆层等。,聚氯乙烯充气床,聚氯乙烯排水管道,聚氯乙烯绝缘电线,聚氯乙烯为内衬的防腐贮罐,聚氯乙烯地板革,聚氯乙烯耐酸碱手套,应用举例：,毒塑料风波,聚乙烯自粘保鲜膜,食品包装零售袋,食品包装用聚偏二氯乙烯肠衣膜,毒塑料风波,塑料袋一般是由两类塑料薄膜制成的：一类是聚乙烯、聚丙烯和
6、密胺等原料制成的；另一类使用聚氯乙烯制成。前者无毒；后者有毒，不能包装食品。塑料袋有无毒性可用下列简便方法鉴别：用水检测法把塑料袋放入水中，无毒塑料袋放入水中后，可浮出水面；而有毒塑料袋是不向上浮的。手触检测法用手触摸塑料袋，有润滑感者无毒；否则有毒。抖动检测法用手抓住塑料袋一端，用力拌一下，发出清脆声者无毒；反之则有毒。火烧检测法可以把塑料袋剪去一条边，用火烧，有毒的不易燃烧；无毒的遇火容易燃烧。,哪些塑料袋可包装食品？,聚丙烯（PP-polypropylene)：,性质：无毒、无味、半透明蜡状固体。密度小，力学性能高于聚乙烯；耐热性、耐水性良好，化学稳定性好；但不耐芳香族和氯化烃溶剂，耐寒
7、性差，易老化。,常用塑料简介,应用：主要用于家庭厨房用具、包装薄膜、医疗器械、高频绝缘材料、化工管道、家用电器部件以及汽车和机械零部件，如车门、方向盘、齿轮、接头等。,聚丙烯绳,聚丙烯吊装网,聚丙烯奶瓶,外用软膏聚丙烯瓶,应用举例：,聚苯乙烯（PS-polystyrene）：,性质：无毒、无味、无色透明状固体。电绝缘性优良，介电损耗极小；耐化学腐蚀性优良，但不耐苯、汽油等有机溶剂；硬度高，脆性大，不耐冲击；耐热性差，易燃。,常用塑料简介,应用：主要用于日用、装潢、包装及工业制品；仪器仪表外壳、灯罩、光学零件、装饰件、透明模型、玩具、化工储酸槽；包装及管道的保温层，冷冻绝缘层等。,聚苯乙烯硬质泡
8、沫管/板,聚苯乙烯食品容器,聚苯乙烯保温板,聚苯乙烯制成的灯饰外壳,应用举例：,聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA-polymethyl methacrylate）：,性质：较高的强度和韧性；优良的光学性能，透光率比普通硅玻璃好；优良的电绝缘性；耐化学腐蚀性好；热导率低，耐热性不高；但硬度低，表面易擦伤，耐磨性差。,常用塑料简介,应用：主要用于飞机、汽车的窗玻璃和罩盖，光学镜片，仪表外壳，装饰品，广告牌，灯罩，光学纤维，透明模型，标本，医疗器械等。,装饰物,篮板,广告灯箱,应用举例：,流量计外壳,家具,模型标本,应用举例：,聚四氟乙烯（PTFE）：,性质：出色的耐热、耐寒能力（-180+260长期使用
9、）；摩擦系数极低，有自润滑效果；化学稳定性极佳，俗称“塑料王”；极好的电绝缘性和介电性；但强度低，抗蠕变性较差，不易加工成形。,常用塑料简介,应用：聚四氟乙烯属结晶性塑料，外观呈瓷白色，主要用于轴承、垫圈等自润滑材料；高温电缆绝缘材料、电器元件；化工管道及零件；不粘锅涂层等。,PTFE管接头,应用举例：,生料带,机械配件，垫片等,建筑膜材,不粘锅,绝缘管套,搅拌桨，转子,应用举例：,聚酰胺（尼龙或锦纶）（PApolyamides）：,性质：尼龙的最早发明商美国杜邦公司曾宣传：“尼龙比蜘蛛丝还细、比钢铁还强”。强度高，韧性好；耐磨性和自润滑性好，摩擦系数低；具有良好的耐油、耐溶剂性、阻燃性；吸水
10、性大，热膨胀系数大，耐热性不高。,应用：纤维增强尼龙主要用于轴承、齿轮、高压密封圈、阀门、包装材料、输油管、汽车保险杠及丝织品等。,增强尼龙轴承,增强尼龙齿轮,增强尼龙发动机罩盖,尼龙铆钉,尼龙扎带,尼龙椅脚,应用举例：,聚甲醛（POM-polyformaldehyde）：,性质：具有较高的强度、硬度、刚性、韧性、耐磨性和自润滑性，耐疲劳性能高，吸水性小，摩擦系数小，耐化学品腐蚀性好，电绝缘性能良好，但热稳定性差，易燃。具有较高的综合性能，可以替代一些金属和尼龙。,应用：部分取代有色金属和合金，用于制造低载荷齿轮、轴承，塑料弹簧等。,聚甲醛轴套,聚甲醛密封件,聚甲醛塑料弾扣,应用举例：,聚碳酸
11、酯（PC-polycarbonate）：,性质：低温冲击韧性极佳；高模量、高强度、抗蠕变，尺寸稳定性好；透光率高，约为8692；电绝缘性好。,应用：大型灯罩，防护玻璃，照相器材，眼科用玻璃，飞机坐舱玻璃，天窗，纯净水和矿泉水筒，热水瓶，透明餐具，VCD、DVD光盘，制造承载的机械零部件等,灯罩,防护眼镜,大桶水,防弹玻璃,阳光板,光盘,应用举例：,ABS塑料：,性质：具有较好的抗冲击性能和耐磨性；尺寸稳定性，成型性好；不易燃；耐腐蚀性好，但不耐酮、醛、酯、氯代烃类溶剂。,应用：ABS作为“坚韧、质硬且刚性”的材料，是最早被人类认识和使用的“高分子合金”。用于轻载齿轮、轴承，电器外壳，汽车部件，
12、各类容器、管道等。,塑料开瓶器,塑料拉杆箱,电器外壳,安全帽,应用举例：,橡胶是以高分子化合物为基础的、具有良好高弹性的材料，一般在高弹态下使用。,1.2 橡 胶,橡胶的组分,橡胶是以生胶为主要成分，添加各种配合剂和增强材料制成的。,生 胶 生胶是指无配合剂、未经硫化的橡胶。按原料来源有天然橡胶和合成橡胶。配合剂 用来改善橡胶的某些性能。常用配合剂有硫化剂、硫化促进剂、活化剂、填充剂、增塑剂、防老化剂、着色剂等。,常见橡胶,天然橡胶,性能和用途：具有较高的弹性、较好的力学性能、良好的电绝缘性及耐碱性。主要用于制造轮胎、胶带、胶管等。,性能和用途：耐水，耐老化性能，特别是耐磨性和气密性好，缺点是
13、不耐油和有机溶剂，抗撕强度小。为合成橡胶中最大的品种（约占50%），广泛用于制造汽车轮胎，皮带等；与天然橡胶共混可作密封材料和电绝缘材料。,丁苯橡胶,常见橡胶,顺丁橡胶,性能和用途：弹性、耐老化性和耐低温性、耐磨性，都超过天然橡胶；缺点是抗撕裂能力差，易出现裂纹。为合成橡胶的第二大品种（约占15%），大约60%以上用于制造轮胎。,常见橡胶,乙丙橡胶,性能和用途：耐热、耐氧化、耐老化性好，使用温度高。制造耐热胶管、垫片、三角胶带、输送带、人力车胎等,常见橡胶,丁腈橡胶,性能和用途：耐油性好，拉伸强度大，耐热性好；缺点是电绝缘性、耐寒性差，塑性低、难加工。用作机械上的垫圈以及制备收音机和汽车等需要
14、耐油的零件。,常见橡胶,氯丁橡胶（万能橡胶）,性能和用途：耐油，耐氧化，耐燃，耐酸碱，耐老化，耐曲挠性及气密性都很好；缺点是密度较大，耐寒和弹性较差。制造运输带、防毒面具，电缆外皮、轮胎、胶粘剂等,常见橡胶,硅橡胶,性能和用途：既耐高温，又耐低温，弹性好，耐油，防水，其制品柔软光滑，物理性能稳定、无毒、生物惰性、加工性能好，缺点是机械性能差，较脆，易撕裂。可用于医用材料，如导管，引流管，静脉插管，人造器管等，还可用于飞机、导弹上的一些零部件及电绝缘材料。,常见橡胶,凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料均可称为纤维。,1.3 合 成 纤 维,纤维,天然纤维,化学纤维,合成
15、纤维,棉花、羊毛、蚕丝、麻等,再生人造纤维,再生纤维素纤维和纤维素酯纤维等,锦纶、涤纶、腈纶、维纶、丙纶和氯纶等,用低分子化合物为原料，通过化学合成和机械加工而制得的均匀线条或丝状高聚物,以天然高分子化合物为原料，经化学处理和机械加工制得的纤维,纤维的分类,(1)涤纶(聚酯纤维，的确良),性能：显著优点是：抗皱、保型、挺括、美观；对热、光稳定性好；润湿时强度不降低，经洗耐穿，可与其他纤维混纺；年久不会变黄。缺点是不吸汗，而且需要高温染色。,用途：是产量最大的合成纤维，大约90%作为衣料用(纺织品为75%，纺织物为15%),用于工业生产的只占总量的6%左右,常见合成纤维,(2)尼龙（聚酰胺，棉纶
16、）,性能：强韧耐磨、弹性高、质量轻，染色性好，较不易起皱，抗疲劳性好,吸湿率为3.55.0%，在合成纤维中是较大的，吸汗性适当，但容易走样。,用途：约一半作衣料用，一半用于工业生产。在工业生产应用中，约1/3是做轮胎帘子线。,常见合成纤维,（3）腈纶（聚丙烯腈纤维）,性能：具有与羊毛相似的特性，质轻，保温性和体积膨大性优良；强韧（与棉花相同）而富有弹性，软化温度高；吸水率低，不适宜作贴身内衣。缺点是强度不如尼龙和涤纶。,用途：大约70%作衣料用（纺织物占60%左右），用于工业生产的只占5%左右。,常见合成纤维,（4）聚乙烯醇纤维（维纶）,性能：亲水性好，吸湿率可达5%，和尼龙相等，与棉花（7%
17、）相近；强度与尼龙相近；拉伸弹性比羊毛差，比棉花好。,用途：70%用于工业生产，其中以布和绳索居多，可代替棉花作衣料用。,常见合成纤维,（5）丙纶（聚丙烯纤维）,性能：质地轻，强度高，丙纶弹力丝强度仅次于锦纶，保暖性好，吸湿排汗作用明显。染色性较差易老化，不耐熨烫。用途：可以用来制作各种衣料，被絮，保暖填料、尿不湿等。工业上可用于地毯、工业滤布、绳索、渔网、建筑增强材料等。,常见合成纤维,（6）氯纶（聚氯乙烯纤维）,性能：它的抗张强度与蚕丝、棉花相当，润湿时也完全不变；最大的优点是难燃性和自熄性。缺点是耐热性低，染色不好。,用途：几乎都不作衣料用，作过滤网等工业产品约占50%，室内装饰用占40
18、%。,常见合成纤维,如果服装面料是由一种纤维材料制成的，则用“纯X”或“100X”来表示，如“纯棉”、“纯毛”或“100棉”、“100毛”。如果服装是由两种或两种以上的纤维制成的，标签上应注明每种纤维种类的含量，如“涤纶20棉80”。,服装标签,1.4 功能高分子材料,功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。,功能高分子材料分类,反应性高分子材料：包括高分子试剂、高分子催化剂和高分子染料，特别是高分子
19、固相合成试剂和固定化酶试剂等。2.光敏型高分子：包括各种光稳定剂、光刻胶，感光材料、非线性光学材料、光导材料和光致变色材料等。3.电性能高分子材料：包括导电聚合物、能量转换型聚合物、电致发光和电致变色材料以及其他电敏感性材料等。4.高分子分离材料：包括各种分离膜、缓释膜和其他半透性膜材料、离子交换树脂、高分子螯合剂、高分子絮凝剂等。,5.高分子吸附材料：包括高分子吸附性树脂、高吸水性高分子、高吸油性高分子等。6.高分子智能材料：包括高分子记忆材料、信息存储材料和光、磁、pH、压力感应材料等。7.医药用高分子材料：包括医用高分子材料、药用高分子材料和医药用辅助材料等。8.高性能工程材料：如高分子
20、液晶材料，耐高温高分子材料、高强高模量高分子材料、阻燃性高分子材料和功能纤维材料、生物降解高分子等。,可降解塑料,初放时,1个月,2个月,2.5个月,3个月,功能高分子材料的应用,形状记忆塑料刀具,日常生活中常用的刀具无法折叠，由于刀是利器，因而不便于携带。采用形状记忆塑料制成的刀具，加热到某一温度时变软，可以改变其形状，折叠收缩，便于携带，冷却后保持其改变的形状；再次受热到使其变软的温度，它又恢复到原来的形状，冷却后保持原形状不变。,防皱面料,采用PTT形状记忆纤维制造的面料,利用聚合物的形状记忆恢复功能，以此类织物制成的服装，具有不同于传统意义上的防皱功能，其在常温下形成的折皱可以通过升温来消除折痕，回复至原来的形状，甚至我们可以将响应温度设计在室温或人体温度范围内，从而可即刻消除形成的折皱。,这种防漏气轮胎主要是在普通轮胎内壁上喷涂1层厚度为2mm左右的记忆合成橡胶防漏涂层，从而确保轮胎被扎穿而不漏气。当轮胎充气压力达到160kPa时，防漏层变得可以变形。当铁钉和碎玻璃等异物扎入轮胎行驶面后，这层记忆合成橡胶会在瞬间全方位将被扎部位紧紧包裹住，防止漏气；当异物被拔去时带有记忆功能的合成橡胶就会自动复位闭合完全堵住漏洞，保证防漏气的效果。,防扎轮胎,
