高分子材料绪论2.ppt

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1、高分子材料,导读,人类与高分子高分子的发展历史高分子材料的分类通用高分子材料塑料橡胶纤维塑料包装主要形式及应用塑料包装的发展方向,一、人类与高分子,动植物，到人类本身，都是由高分子蛋白质、核酸、多糖(淀粉、纤维素)等为主构成的。衣食住行人们吃的肉、蛋、粮食、蔬菜；人们穿的，由原始人借以遮身的兽皮、树叶，到后来的棉、麻、毛、丝；人们住房建筑用的茅草、木材、竹材；制作交通工具用的木材、竹材、油漆，还有天然橡胶等等，都是高分子。,四 纶,尼龙纤维 涤纶纤维 腈纶纤维 维尼纶纤维,农业地膜,活动房屋,碳纤维复合材料,1.包装目前包装行业几乎全被聚合物占领。水泥、化肥的包装多用聚丙烯编织袋，打包带。食品

2、的真空包装用多层复合膜（PP、PA、铝）。保鲜袋，PP包装袋，以及各种塑料食品袋，购物袋，占塑料用量的23左右。各种证书的封装，IC卡的封装，不干胶，彩虹膜等。食品包装：肠衣，牛奶，我国2005年包装材料产量700万吨，,2.建筑及室内装饰施工中使用的塑料模壳可使施工周期缩短。广泛应用的PVC电线套管，PS发泡隔热层，下水管，卫生间，地毯，地板，门窗，室内外涂料，玻璃钢，防水材料，铝塑复合管可耐20个大气压，巨型充气薄膜建筑，野战医院。橡胶拦水坝等。占塑料用量的7,3 农业上的应用塑料在农业上的应用为农业带来一场革命。农膜的使用可使作物成熟提前1520天，产量提高2050，同时具有土壤保墒等作

3、用，塑料大棚的应用，解决了北方地区冬季的蔬菜供应问题。塑料管用于农业滴灌，节约水量在50以上。占塑料应用的16。种籽包衣，转光膜，网箱，养鸡、养猪棚，鱼网等。,使沙漠变良田的吸水树脂,由淀粉制备高吸水树脂由腐植酸制备高吸水树脂化学合成高吸水树脂。,高吸水树脂通过其特定的分子结构，吸水储存水分，供植物生长需要。,以植物为原料的塑料,玉米-聚乳酸-磁盘(一根玉米棒=10张磁盘),Green production process of PDO,微生物法生产1,3-丙二醇和PTT的产品开发受到国内外众多知名企业（如Dupont、Shell等）的高度重视，将成为“绿色化工”的新典范。,4.体育由于塑料的

4、应用，使原来的一些不可逾越的预言成为历史。,疏水织物,5.军事Kevelar织成的防弹背心。头盔、隐形涂料、以及枪支、帐篷等。,改性PC/PAR合金,注射成型可以制造低成本、高性能无骨架透明件，是下一代飞机用透明件的主要成型方法。,6.汽车工业汽车工业是高分子应用最大的领域之一。从汽车的轮胎到保险杠、内饰件等，都大量应用高分子材料。保险杠为增韧PP或PPO材料，仪表板大多为滑石粉填充PP，方向盘为PP材料，表面为聚氨酯发泡材料。风扇叶为玻纤增强尼龙。汽车安全玻璃。可以说没有高分子材料就没有现代的汽车工业。2005年我国汽车产量570万辆，消费塑料80多万吨。,汽车中聚丙烯材料零部件,7.航空航

5、天工业高分子材料的应用可减轻重量，节约成本。如飞机机翼油箱采用PA610，重量减轻20，PC风档玻璃，F111战斗机采用PC坐舱减轻重量，在波音飞机上，有成千上万个零部件为塑料制品，可大大减轻飞机重量。,X-33，2001年终止,X-37，波音公司，2002年开始研发,8.电子电器印刷电路板，高分子绝缘材料，电子封装，电器外壳。2004年家电用ABS/HIPS为75万吨。塑料已经成为家电行业的第二大类材料。,主要家电中所含塑料的百分比,电视机 25冰箱 40空调 11洗衣机 36台式电脑 23吸尘器 60,9.高分子材料的物料分离功能应用高分子分离膜具有节能和节约原材料的特点气体分离膜：氢分离

6、膜和富氧膜。其分离机理为多孔膜的透过扩散型和无孔膜的熔解扩散型。如美国通用电气公司的富氧膜，在聚砜多孔膜上，用聚二甲基硅氧烷和PC组成共聚物，将其溶于三氯丙烷，在水面展开，制成薄膜。液体分离膜：用于海水淡化，高纯物制备，有机物分离。多用复合膜，（反）渗透膜。生物功能模拟膜：50100，主要为磷脂和蛋白质。燃料电池用质子交换膜，nifion膜等。,熔融挤出拉伸法制备聚合物微孔膜,二、高分子的发展历史,Staudinger（施陶丁格）1881年3月23日生于德国，1920年，发表“论聚合反应”的论文，提出高分子的概念；1953年获诺贝尔化学奖。1965年9月8日逝世，终年84岁。,高分子化学领域获

7、诺贝尔奖的科学家,20世纪50年代中期，德国人Kal Ziegler（齐格勒）、意大利人Giulio Natta（纳塔）等人发现了金属有机络合引发体系，在较低的温度和压力下，制得了高密度聚乙烯和聚丙烯。他们两人因而在1963年获得了诺贝尔奖。,20世纪40年代以后相继工业化的树脂品种有：聚乙烯、聚丙烯、不饱和聚酯、氟塑料、环氧树脂、聚甲醛和聚碳酸酯等通用塑料和工程塑料。20世纪60年代初，随着航空宇航、电子信息、核能、石油化工、汽车、机械制造等高新技术产业的发展，研发成功了特种工程塑料。自20世纪60年代起，人们开始注重研究塑料改性方法，用塑料合金、复合材料技术、纳米技术、功能化技术生产改性塑

8、料品种，开发应用于各种塑料制品成型。,20世纪70年代中期，美国科学家Heeger,MacDiarmid和日本白川英树有关导电高分子材料的研究成果，改变了高分子只能是绝缘体的观念，在塑料导电研究领域取得突破性的发现，这一领域的开创性研究“导电聚合物”获得2000年诺贝尔化学奖。,三、高分子材料的分类,一、按照高分子材料的来源分类1）天然高分子材料 比如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。2）改性的天然高分子材料 天然高分子材料经过人工改性，主要是用化学方法改性，获得新的高分子材料，如把纤维素用化学反应的方法，改性获得硝基纤维素、醋酸纤维素、羧甲基纤维素、再生纤维素，还有改性淀粉等。

9、,3）合成高分子材料 合成高分子是指从结构和分子量都已知的小分子原料出发，通过一定的化学反应和聚合方法合成的聚合物。如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、涤纶、腈纶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶等。4）改性合成高分子材料 是从小分子单体合成的聚合物，再经化学反应方法加以改性获得的高分子材料。如把聚醋酸乙烯醇解，获得了聚乙烯醇，用化学反应使原有的合成高分子变成一种新的高分子材料，如氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、氯化聚氯乙烯、ABS树脂也属于这一类。,高分子化学发展简史,19世纪中期以前,19世纪中期20世纪早期,20世纪,21世纪,二、按照高分子化合物的主链结构分类1)碳链聚合物 碳链聚合物是指主链全由碳原

10、子构成的聚合物，如聚乙烯、聚苯乙烯等。2)杂链聚合物 杂链聚合物是指主链由碳和氧、氮、硫等两种以上元素的原子所构成的聚合物，如聚甲醛、聚酰胺、聚砜、聚醚等。3)元素有机聚合物 元素有机聚合物是指主链上不一定含有碳原子，主要由硅、氧、铝、钛、硼、硫、磷等元素的原子构成，如有机硅。4)无机高聚物 主、侧链全由杂原子组成，如石英,三大合成材料,三、按照高分子材料的用途分类,塑料 通用“四烯”：PE、PP、PVC、PS 橡胶“四胶”：丁苯橡胶（SBR）、顺丁橡胶(BR)、异戊橡胶(IBR)、乙丙橡胶(EPR)。纤维“四纶”：涤纶（PET）、腈纶(PAN)、维尼纶、锦纶（尼龙）PA。,1)塑料 塑料是以

11、合成树脂或化学改性的高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其它添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。,热固性塑料制品,2)橡胶 橡胶是一类柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。它的特点是在很宽的温度范围内具有优异的弹性，所以又称为弹性体。橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶，天然橡胶是从自然界含胶植物中制取的一种高弹性物质；合成橡胶是用人工合成的方法制得的高分子弹性体。,3)纤维 纤维是指长度比直径大很多倍，并具有一定韧性的纤细物质

12、。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。纤维可分为天然纤维和化学纤维两大类。天然纤维，比如：棉花、羊毛、麻、蚕丝等；化学纤维指用天然的或合成的高分子化合物经过化学加工制得的纤维，前者称人造纤维，后者称合成纤维。,4)胶粘剂 胶粘剂也称粘合剂，是一种把各种材料紧密地结合在一起的物质。分为天然的、合成的，有机的、无机的，但是具有代表性的是以聚合物为基本组成、多组分体系的高分子胶粘剂。,5)涂料 涂料是指涂布在物体表面形成的具有保护和装饰作用的膜层材料，也是多组分体系。体系中主要成分成膜物质，是聚合物或者能形成聚合物的物质，它决定了涂料的基本性能。,6)复合材料 高分子基复合材料，即

13、聚合物基复合材料，是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。,四、通用高分子材料,常用包装材料、塑料树脂缩写代号,塑料,1、塑料的定义和分类以合成或天然高聚物为基本成分，大多数情况下配以一定的高分子助剂如填料、增塑剂、稳定剂、着色剂等经加工可塑成型，并在常温下保持其形状不变的材料，称之为塑料。,1）按材料的受热行为可分为热塑性和热固性塑料。2）按塑料的使用功能可分为通用塑料和工程塑料。3）按树脂的化学结构有聚烯烃类、聚苯乙烯类、丙烯酸类、聚酰胺、聚酯类、聚砜类、聚酰亚胺类等。,2、塑料的组分和作用 若按功能对高分子助剂进行分类，可分为：稳定化助剂提高机械性能的助剂改善加工性能

14、的助剂改善表面性能的助剂其他用途的助剂,3、塑料的优缺点优点：(1)质轻：塑料的密度在9002300kg/m3之间，是材料中最轻的，当制成泡沫塑料后密度下降到1050kg/m3。(2)拉伸强度、拉伸模量比较低，韧性优良：特别是纤维增强的塑料比强度(强度与密度比)接近或超过金属材料。(3)传热系数小：塑料的传热系数是金属的1/1001/1000，可以作为优良的绝热材料。泡沫塑料的绝热性更佳。,(4)电绝缘性：塑料的体积电阻率在10131018cm之间，介电常数一般小于2，介电损耗小于10-4。和其它材料相比是最佳的绝缘材料。(5)成型加工性优良：塑料由于是塑性材料，因此可以适应各种成型方法，多数

15、情况下可以一次成型。(6)减震、消音性能良好。,(7)耐腐蚀性优良：塑料有较好的化学稳定性，对酸、碱、盐溶液、蒸汽、水、有机溶剂等的稳定性优于金属材料。(8)透光性能、着色性能好：塑料的遇光性能、着色性能好，可以做成透明或半透明、色泽鲜艳的制品。(9)可赋予各种特殊的性能：塑料可以作成各种特殊性能的材料，如：透气性、难燃性、粘接性、离子交换性、生物降解性以及光、热、电、磁等性能。,缺点：(1)力学性能比金属材料差，表面硬度低；(2)容易静电积累；(3)难于加工高精度的制品，成型条件对产品的物理性能影响大；(4)使用过程中容易产生蠕变、疲劳、结晶等现象，长期使用性能差；,(5)热膨胀系数远远大于

16、其它材料，当进行复合时，要充分考虑；(6)耐热性能差，使用温度低；(7)容易燃烧；(8)在光热条件下容易受到破坏等。,4、塑料的用途：(1)农业(2)工业(3)建筑业(4)包装业：各种编织袋、包装薄膜、复合薄膜、中空容器、周转箱、瓦楞箱、打包带、泡沫塑料等。(5)日常用品(6)医疗与器械工业(7)电器工业,5、塑料的命名,按单体结构特征命名,一种单体聚合而成“聚”+单体名如 聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。,两种不同单体聚合而成 单体简称后加“树脂”、“橡胶”、“共聚物”等后缀 如 酚醛树脂、丁苯橡胶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等。,按聚合物结构特征命名,可称为聚氨酯、聚酯、聚醚、聚酰胺等。,

17、聚己二酰己二胺,聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚酰胺类,聚酯类,按照聚合物的结构单元和重复单元特征分类,聚酰胺类称为“尼龙”,商品名：尼龙-66,按商品名命名,后加的两个数字,分别代表单体二元胺和二元酸的碳原子数。,如 聚己二酰己二胺,如 聚癸二酰癸二胺,商品名：尼龙-1010,合成纤维通常以“纶”作后缀 尼龙-66(也称锦纶-66)涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯)腈纶(聚丙烯腈)氯纶(聚氯乙烯),另外，采用国际通用英文缩写符号，读写更为方便。,聚氯乙烯 PVC聚丙烯腈 PAN聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA,重要的通用塑料,一、聚乙烯(PE)(1)低密度聚乙烯(LDPE)密度0.9150.940g/cm3，分

18、子呈长短支链，支化度较大，结晶度5565，分子量约为1050万；LDPE也称高压聚乙烯。(2)高密度聚乙烯(HDPE)密度0.9400.970g/cm3，分子呈线型结构并有少量的短支链，支化度较小，结晶度8590,分子量约为10150万；HDPE也称低压聚乙烯。,(3)线型低密度聚乙烯(LLDPE)密度0.9140.940g/cm3，分子量约为520万,分子呈线型结构，有一定数量无规则分布的短支链，其分子规整性和结晶度介于HDPE和LDPE之间。(4)其它种类聚乙烯，除了上述几种聚乙烯外，还有超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)、交联聚乙烯、氯化聚乙烯等种类。,二、聚丙烯(PP)等规聚丙烯(Is

19、otactic PP，IPP)无规聚丙烯(Atactic PP,APP)间规聚丙烯(Syndiotactic PP,SPP),聚丙烯的性能,（1）聚丙烯的物理性能介于HDPE和ABS树脂之间，加工性能、制品的外观和耐热性均比聚乙烯好；（2）在高温下的流动性好，加入添加剂后，制品的收缩率减少，可用来制造各种大型和在高温下变形小的制品；,（3）聚丙烯薄膜的透明度、光洁度、拉伸强度、耐热性及二次加工性能都比较优良，薄膜在单向拉伸后的强度很高，伸长率变小，可将其切成窄带或细丝用作织物和绳索材料；（4）聚丙烯具有良好的化学稳定性和耐热性，对溶剂及大多数化学药品都比较稳定；（5）聚丙烯可耐沸水，在没有外部

20、压力的条件下，制品加热到150C也不变形；,（6）均聚聚丙烯的耐冲击强度性能不好，可通过与乙烯的共聚改性来提高它的常温和低温下的强度；（7）由于聚丙烯的高等规度、高结晶性，使它具有较高的强度和抗挠曲性，拉伸强度、屈服强度和刚性都比HDPE高，有高的耐磨性、较好的应力开裂性和低蠕变性；,（8）聚丙烯具有良好的电绝缘性，不吸水，不受周围环境湿度的影响，且有优良的高频特性，特别适合作为电器电缆绝缘和电器外壳；（9）由于结构上叔碳原子上氢的存在，聚丙烯在再加工和使用中容易受到光、热、氧的作用发生降解和老化，因此必须添加稳定剂。,用途：广泛用于制作食品、化工产品、化妆品、食品饮料、啤酒等周转箱，吹塑瓶用

21、于洗发液、化妆品等包装，螺纹瓶盖或带铰链包装、编织袋以及包装用薄膜、打包带和泡沫塑料缓冲材料等。,PP方向盘,聚氯乙烯(PVC)Poly vinyl chloride,聚氯乙烯（PVC）,三、聚氯乙烯(PVC)聚氯乙烯(PVC)是由氯乙烯聚合而成。世界上PVC的产量是仅次于PE，位居合成树脂的第二位，而我国的PVC产量则位于第一位。PVC工业上有四种聚合方法：悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合和溶液聚合。,聚氯乙烯的性能,（1）PVC是一种多组分塑料，通常不能单独使用，根据不同用途可以加入不同的添加剂，因此随着组成的不同，聚氯乙烯制品可呈现不同物理机械性能。（2）PVC的外观是一种白色粉末。它的化学

22、稳定性良好，能够耐一般的酸碱腐蚀；,（3）由于结构中含有氯原子，因此PVC的阻燃性优于聚乙烯、聚丙烯等塑料；（4）PVC的结晶度较小，只有5左右，制品的透明性比较好；（5）PVC属于极性聚合物，氯原子的电负性强，它的电绝缘性一般。,PVC印刷膜,四、聚苯乙烯(PS)聚苯乙烯(PS)是由单体苯乙烯通过连锁聚合而成。聚苯乙烯可以分为通用型聚苯乙烯(GPPS)、高冲击聚苯乙烯(HIPS)、可发性聚苯乙烯(EPS)。,PS管,五、酚醛树脂(PF)以酚类化合物和醛类化合物缩聚而得的树脂称为酚醛树脂(PF)，其中最主要的一类是以苯酚和甲醛为原料的缩聚物即PF。由苯酚和甲醛在催化剂条件下缩聚、经中和、水洗而

23、制成的树脂。因选用催化剂的不同，可分为热固性和热塑性两类。酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能，广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业。,六、氨基塑料氨基塑料是以一种具有氨基官能团的原料(脲、三聚氰胺、苯胺)与醛类(主要为甲醛)经缩聚反应而制得的塑料。氨基塑料主要的两个品种是脲甲醛(UF）。、三聚氰胺甲醛（MF）的共聚物。,三聚氰胺甲醛树脂的合成,基本原理 三聚氰胺甲醛树脂是氨基塑料的重要品种之一，由三聚氰胺和甲醛在碱性条件下缩合，通过控制单体组成和反应程度先得到可溶性的预聚体，该预聚体以三聚氰胺的三羟甲基化合物为主，在pH=8-9时稳定，在热或催化剂的存在下可进一

24、步通过羟甲基之间的脱水缩合形成交联聚合物：,工程塑料,工程塑料，顾名思义就是工程上应用的塑料或可作工程材料的塑料。较为科学的定义是：工程塑料一般是指可作为结构材料使用，具有优异的力学性能、热性能、尺寸稳定性或能满足特殊要求的某些塑料。,工程塑料的主要特征,(1)质量轻、相对密度小。(2)较高的比强度。(3)突出的耐磨和自润滑性能。(4)优良的机械性能。(5)优良的电绝缘性能。(6)化学稳定性能。(7)优良的吸震、消声和对异物的埋没性能。(8)较好的尺寸稳定性。(9)有较高的耐热性。(10)良好的加工性能。,按长期连续使用温度分类,重要的工程塑料及其应用,一、聚酰胺(PA)聚酰胺又叫尼龙，是高分

25、子主链上含有酰胺键结构的高聚物，一般可由内酰胺开环聚合或者氨基酸或者对应二酸二胺缩聚而得，属于逐步聚合反应。其命名原则是以单体中所含胺基的碳数目和羧基的碳数目来表示的。若是氨基酸或内酰胺则以单体中总的碳数来表示。,CN,结构,脂肪族聚酰胺,x4 y4,芳香族聚酰胺,常见的一些聚酰胺结构：,尼龙,尼龙66,尼龙610,水溶性尼龙,聚酰胺的主要特性,(1)聚酰胺树脂是高结晶性的，力学性能优良。韧性好，蠕变变形小，具有耐寒、耐汽油的特性，可在-40100内长期使用，使它成为能够满足汽车发动机部件要求的材料。(2)质轻耐磨，易于加工，使得尼龙有3045左右消费在汽车和其它车辆的电气和车体部件上，其摩擦

26、系数小，大约是巴氏合金的1/3，是酚醛树脂的1/4。(3)尼龙具有一定的阻燃性，能够自熄。即使湿度较高其电绝缘性能也很好。,(4)尼龙制品运转时吸震、减噪，广泛应用于轴承、轴瓦等滑动或啮合的部件。(5)尼龙的挤出膜耐油隔氧、耐刺穿、耐低温冲击，是优良的冷冻制品包装材料。缺点：聚酰胺具有吸水率高、制品尺寸稳定性较差、热变形温度低、不耐酸等不足。,聚酰胺的主要应用领域,二、聚碳酸酯(PC),PC挡风板,聚碳酸酯的重要性能,由于聚碳酸酯具有优异的综合力学性能，又高度透明，故俗称“透明金属”。（1）刚硬。（2）热性能。（3）电性能。（4）耐燃、耐老化性。（5）光学性能。缺点：容易应力开裂，耐疲劳性差，

27、不耐溶剂，碱，摩擦系数大等,三、聚甲醛(POM),聚甲醛的主要特性,（1）机械性能优良。（3）优良的化学稳定性。（2）无污染性。缺点：（4）聚甲醛树脂在成型加工的温度下，易受热降解释放出甲醛气味。（5）聚甲醛树脂的粘合性差，耐候性不好，易受强酸侵蚀；聚甲醛的氧指数为塑料中最小，易燃烧；热分解温度与软化温度接近，熔融加工比较困难。,四、聚苯醚(PPO)聚苯醚的制备分为两步：先通过苯酚和甲醇制备单体2,6-二甲酚，然后在催化剂存在下聚合成聚苯醚。,玻璃化温度约210，熔融温度257，密度0.961.06克厘米3。实用聚苯醚的分子量为 25万，结晶度约 50。最突出优点是高度耐水和耐蒸汽性。在 13

28、2 的高压蒸汽容器内处理 200 次，抗拉和抗冲击强度没有显著变化。此外它还具有尺寸稳定性好、蠕变小、高绝缘性等特点，长期使用温度为127120，无负荷间断工作可达 200。,聚苯醚的性能特点,（1）机械性能。（2）热性能。（3）电性能。（4）耐介质特性。（5）加工性能。缺点：PPO热变形温度高，熔体粘度大，在剪切速率增加时，粘度不会下降。其熔体流动性差，必须用很高的加工温度(315)，加工困难，且能耗大。在氧存在下，高于105会逐渐交联，长期曝露，会慢慢呈现热固性塑料的特点。PPO耐光性差。,五、聚酰亚胺(PI)聚酰亚胺是耐热性最高的聚合物（聚酰亚胺是目前使用温度最高的工程塑料），同时具有很

29、高的机械性能、电性能和耐辐射性能。,聚酰亚胺层压板,聚酰亚胺的性能,1、迄今聚合物中热稳定性最高的品种之一。2、聚酰亚胺可耐极低温。3、聚酰亚胺具有优良的机械性能。4、一些聚酰亚胺品种不溶于有机溶剂，对稀酸稳定，一般的品种不大耐水解5、聚酰亚胺的热膨胀系数小。,6、聚酰亚胺具有很高的耐辐照性能。7、聚酰亚胺具有良好的介电性能。8、聚酰亚胺是自熄性聚合物，发烟率低。9、聚酰亚胺薄膜在极高的真空下放气量很少。10、聚酰亚胺无毒。11、有一些聚酰亚胺还具有很好的生物相容性。,聚酰亚胺的应用：,1、薄膜：2.涂料：3.先进复合材料：4.纤维：5.泡沫塑料：6.工程塑料：7.胶粘剂：8.分离膜：9.光刻

30、胶：10.在微电子器件中的应用：11.液晶显示用的取向排列剂：12.电-光材料：,六、聚醚酮大分子主链的重复单元中，有醚键又有酮基的聚合物统称聚醚酮类高分子。其中主要是聚醚醚酮，这种高分子的重复单元，有两个醚键一个酮基，称聚醚醚酮，简写PEEK。,聚醚酮类分解温度一般都在500以上，大多为结晶高分子。耐热水性是主要特征之一。PEEK几乎不溶于所有的有机溶剂，对无机酸碱除了浓硫酸和硝酸外，几乎都能耐受。聚醚醚酮类有很高的耐疲劳和耐磨能力，具有优良的电绝缘性能，电学性能随温度、湿度变化很小，阻燃性好。,应用,(1)航空航天领域(2)汽车制造(3)工业领域(4)医疗器械(5)绝缘材料,橡 胶,最早是

31、11世纪在中美洲的印第安人就制造了橡胶球，用于宗教活动。1770年，英国化学家普里斯特利发现橡胶可用来擦去铅笔字迹，并将这种用途的材料称为rubber，此词一直沿用至今。Goodyear1839年发明了天然橡胶的硫化技术，标志着橡胶工业的开始。1955年美国人利用齐格勒纳塔催化剂聚合异戊二烯，首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合成天然橡胶，标志着合成橡胶工业的开始。,一、橡胶的分类1）按照其来源分类天然橡胶和合成橡胶,2）合成橡胶按照使用分类通用合成橡胶、特种合成橡胶和其它橡胶通用合成橡胶是指性能与天然橡胶类似、被广泛用于制造轮胎及其他大量制品的合成橡胶。特种合成橡胶指具有特殊性能如

32、耐候性、耐热性、耐油、耐臭氧等，并用于制造特定条件下使用橡胶制品。,3）按照大分子链的化学组成分类碳链弹性体和杂链弹性体碳链弹性体指分子链中都是由碳碳组成的橡胶。杂链弹性体指分子链中含有氮、氧、硫、硅等杂原子的橡胶。,二、橡胶制品的主要原材料橡胶制品的原材料主要有橡胶（生胶和再生胶）、配合剂和骨架材料。1）生胶和再生胶生胶指天然橡胶或者合成橡胶或经过一定物理或者化学处理加工制成的。再生胶相对于生胶而言，是废硫化橡胶经过化学、热和机械加工处理后制得的橡胶材料。,2）配合剂（1）硫化剂在一定条件下能使橡胶发生交联的物质统称为硫化剂。硫黄、碲、硒、含硫化合物、过氧化物等。（2）硫化促进剂凡能加快硫化

33、速度，缩短硫化时间的物质称为硫化促进剂，简称促进剂。氧化镁、氧化铅等。,（3）硫化活性剂硫化活性剂简称活性剂，又称助促进剂。其作用是提高促进剂的活性。氧化锌。（4）防焦剂防焦剂又称硫化延迟剂或稳定剂。其作用是使胶粉在加工过程中不发生早期硫化现象。邻羟基苯甲酸、邻苯二甲酸酐等,（5）防老剂凡能防止和延缓橡胶老化的化学物质称为防老剂。防老剂品种很多，根据其作用可分为抗氧化剂、抗臭氧剂、有害金属离子作用抑制剂、抗疲劳老化剂、抗紫外线辐射防治剂等。,（6）补强剂和填充剂凡能提高橡胶机械性能的物质称补强剂，又称为活性填充剂。凡在胶料中主要起增加容积作用的物质称为填充剂或增容剂。橡胶工业常用的补强剂有炭黑

34、、白炭黑和其他矿物填料，其中最主要的是炭黑。橡胶制品中常用的填充剂有碳酸钙、陶土、碳酸镁等。（7）其他配合剂软化剂、着色剂、溶剂、发泡剂、隔离剂等。,3)骨架材料橡胶的弹性大，强度低，因此很多橡胶制品必须用纤维材料或金属材料作骨架材料，以增大制品的机械强度，减小变形。,橡胶的主要特征与应用,三、橡胶的主要特征(1)大分子链具有足够的柔性，玻璃化温度比室温低。(2)在使用条件下不结晶或结晶很小。比较理想的橡胶是情况是在使用条件下不结晶或结晶很小，但在拉伸时可结晶，解除负荷后结晶又熔化。(3)使用过程中无分子链间的相对滑动，即无冷流现象。,四、橡胶材料的主要应用,五、重要的通用橡胶,重要的通用橡胶

35、有天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、氯丁橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶等。,1、天然橡胶天然橡胶的主要成分是由异戊二烯链节组成的天然高分子，主要由三叶橡胶树的乳胶制得。天然橡胶是应用最广泛的通用橡胶，其利用始于15世纪。,天然橡胶的分子量范围在3-3000万之间，其多分散性指数为2.8-10，且具有双峰分布规律。,橡胶因橡胶树种类不同，性能差别较大，主要是由于大分子的立体结构决定。巴西橡胶树的橡胶为顺式-1,4结构，在室温下具有优异的弹性和柔软性，是名副其实的弹性体材料；而古塔布胶是反式-1,4结构，室温下呈硬固状。,天然橡胶的主要特点,(1)较高的机械强度。(2)天然橡胶具有良好的

36、弹性。(3)具有良好的耐疲劳性能。(4)天然橡胶加工性能好。(5)天然橡胶在存放过程中增硬，低温存放时容易结晶，在-70左右变成脆性物质。(6)天然橡胶为非极性橡胶，在非极性溶剂中膨胀，故耐油、耐溶剂性差。(7)天然橡胶因含大量不饱和双键，化学活性高，易于交联和氧化，耐老化性差。,2、丁苯橡胶丁苯橡胶(SBR)是以丁二烯和苯乙烯为单体共聚反应得到的弹性体共聚物。,丁苯橡胶的性能特点,（1）丁苯橡胶在耐磨性、耐热性、耐油性、耐老化性等方面均比天然橡胶好，硫化时不容易烧焦和过硫，与天然橡胶、顺丁橡胶的混容性好。（2）缺点是弹性、耐寒性、耐撕裂性和粘着性比天然橡胶差，但是可以通过与天然橡胶的并用或调

37、整配方得到改善。,3、顺丁橡胶顺丁橡胶(BR)是聚丁二烯橡胶中的一种，是以1，3丁二烯为单体聚合而成的一类通用合成橡胶，结构中含有相当量的顺式结构。,顺丁橡胶的性能特点,顺丁橡胶同天然橡胶及丁苯橡胶相比，主要优点是弹性高，是橡胶中弹性最高的；耐低温性能好，其玻璃化温度-105，是通用橡胶中最好的；此外是耐磨性优异。,4、异戊橡胶异戊橡胶(IR)是顺式1，4聚异戊橡胶的简称，它是由异戊二烯单体在定向催化剂的作用下，经溶液聚合方法制得的弹性体均聚物。,异戊橡胶的性能特点,异戊橡胶是一种综合性能最好的通用合成橡胶，具有优良的弹性、耐磨性、耐热性、抗撕裂及低温屈挠性。与天然橡胶比，又具有生热小、抗龟裂

38、的特点，且吸水性小、电性能及耐老化性能好。缺点是硫化速度比天然橡胶慢，炼胶时容易粘辊、成型粘度大，价格高。,5、氯丁橡胶氯丁橡胶(CR)是2-氯-1,3-丁二烯聚合而成的一种高分子弹性体。,氯丁橡胶的性能,（1）其优良的物理机械性能、拉伸强度和天然橡胶相似；（2）由于氯丁橡胶分子链含有极性氯原子基团，能够保护双链使活性减弱，使聚合物对非极性物质有很大的稳定性，因此氯丁橡胶在耐光、耐热、耐老化、耐油、耐化学腐蚀性优于天然橡胶，尤其是耐燃性更是突出，可以算是通用橡胶中最好的；（3）氯丁橡胶是结晶橡胶，有自补强性、生胶强度高、良好的粘着性、耐水性、气密性。（4）氯丁橡胶的缺点主要是电绝缘性差、耐寒性

39、能差、容易早期硫化及储存期短。,6、乙丙橡胶乙丙橡胶(EPR)是以乙烯和丙烯为单体，在齐格勒纳塔催化剂存在下，采用溶液聚合法制得的高分子弹性体。,乙丙橡胶的性能,乙丙橡胶基本上是一种饱和橡胶（1）其耐老化性能是通用橡胶中最好的一种，并具有突出的耐臭氧性能，优于以耐老化而著称的丁基橡胶；（2）耐热性好，可在120下长期使用；（3）耐化学腐蚀性好，对酸、碱和极性溶剂有较大的抗耐性；（4）还具有较好的耐蒸汽性、低密度和高的填充性。（5）具有较高的弹性和低温性能，仅次于天然橡胶和顺丁橡胶，最低使用温度-50以下；（6）具有非常好的电绝缘性和耐电晕性；（7）乙丙橡胶的缺点是硫化速度慢、不易与不饱和橡胶并

40、用，自粘性和互粘性差。,7、丁基橡胶丁基橡胶(IIR)是异丁烯和少量异戊二烯的共聚物。外观为白色或暗灰色透明弹性体。,丁基橡胶的性能,（1）丁基橡胶是橡胶中气密性最好的；（2）它的耐热性、耐候性和耐臭氧老化性也很突出；（3）耐化学腐蚀性好；（4）耐水性能优异，水渗透率极低；（5）减震性能好。硫化速度慢,特种合成橡胶,特种橡胶指具有特殊性能，可满足耐热、耐寒、耐油、耐溶剂、耐化学腐蚀、耐辐射等特殊使用要求的橡胶。最常见的特种合成橡胶主要有：硅橡胶、氟橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、氯醚橡胶等。,纤 维,纤维是指长度比直径大很多倍，并具有一定柔韧性的纤细物质。,一、天然纤维1）植物纤维

41、2）动物纤维3）矿物纤维二、化学纤维化学纤维是用天然的或人工合成的高分子物质为原料制成的纤维。化学纤维根据原料来源的不同，可分为以天然高分子物质为原料的人造纤维和以合成高分子物质为原料的合成纤维。,合成纤维概述,一、合成纤维分类1）按照化学组成分类按照化学组成分为：聚酰胺纤维(锦纶或尼龙)，聚丙烯腈纤维(腈纶)，聚酯纤维(涤纶)，含氯纤维，聚丙烯纤维(丙纶)，聚乙烯醇缩甲醛纤维(维纶)以及特种纤维。,2）按照其加工产品的长度分类按照其加工产品的长度又可分为长丝和短纤维。(1)长丝 长丝和蚕丝一样纤细柔软连续不断，长度以千米计，通常有单丝、复丝、帘线丝等。(2)短纤维 短纤维指被切断成长度为几厘

42、米至十几厘米的纤维，又分为棉型、毛型、中长型。,3）根据性能和生产方法分类根据性能和生产方法分为常规纤维和差别化纤维。差别化纤维的品种：(1)异形纤维(2)复合纤维(3)超细纤维,二、纤维的结构与性能,为线型的可伸展的大分子链，没有庞大的侧基。分子中有极性基团存在。成纤高聚物应具有形成半结晶结构的能力。具有相当高的分子量和比较窄的分子量分布。形态结构特征纤维的形态结构，包括多重原纤结构和表面形态，横截面形状和皮芯结构以及纤维中的孔洞等。它们对纤维的宏观性能都有很大影响。,三、改性的方法：,改变纤维的物理性能；改变纤维的化学性能；改变纤维生产工艺条件及工艺过程。,SEM of Nanofiber

43、 Network,200 nm,常见的合成纤维,一、聚酯纤维聚酯纤维的中国商品名称是涤纶，俗称“的确良”。是由二元酸及其衍生物（酰氯、酸酐、酯等）和二元醇经过缩聚而制得的聚酯树脂，再经熔融纺丝和后处理制得的一种合成纤维。,聚酯纤维的性能,(1)外观 单纯的涤纶纤维一般为乳白色，生产过程中添加增白剂可制得纯白纤维，也可用染料染成各种不同的颜色制成有色纤维。(2)密度 一般涤纶的密度在1.38-1.40g/cm3。,(3)弹性 涤纶的弹性好，接近羊毛，而且耐皱性超过其它纤维，弹性模量比聚酰胺纤维高。(4)强度 强度大是涤纶一大优点，在湿态下强度不变。它的冲击强度比聚酰胺纤维高4倍，比粘胶纤维高20

44、倍。(5)湿性 涤纶的回潮率（含水率）很低，也是涤纶织物易洗快干的特性。,(6)耐热性 涤纶纤维的软化点在230240，熔点255265。(7)耐光性 涤纶纤维的耐光性高于锦纶，低于腈纶。(8)电性能 涤纶纤维在干燥状态下，具有良好的电绝缘性。,(9)化学性能 涤纶纤维在常温下，对酸、碱有一定的稳定性，但是随着温度的升高耐腐蚀性降低。(10)抗菌性 涤纶的纤维具有抗菌性，通常不会受微生物的侵蚀，因此作为织物不会被蛀虫破坏。,二、聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维的中国商品名称是腈纶，又称“人造羊毛”。是以丙烯腈为原料聚合成聚丙烯腈，再进行后纺制成的合成纤维。,三、聚酰胺纤维聚酰胺纤维是世界上最早投入工业

45、化生产的合成纤维。它是由主链中含有酰胺键的一类高分子化合物为原料，经过熔融纺丝及后加工而制得的纤维。脂肪族聚酰胺纤维在中国的商品名称均称为锦纶，国际上称为尼龙。,四、其他合成纤维除了上述三种主要的合成纤维外，常见的还有聚丙烯纤维（丙纶），聚乙烯醇缩甲醛纤维（维纶），聚氨酯纤维（弹性纤维，氨纶），聚氯乙烯纤维（氯纶）等，,塑料包装主要形式及应用,一、塑料包装市场发展快塑料广泛应用于经济、文化、军事、生活各个方面，其中包装产业是塑料最大的应用领域。在许多国家，包装占最大比例。塑料包装行业是中国塑料工业中的发展最为迅速的领域之一。除不断扩大在各种包装材料中所占的份额之外，塑料包装材料正向高机能、多功

46、能性、环保适应性、新材料、新工艺、新设备及拓宽应用领域等方向发展。比如将在高阻隔性、耐高温、保鲜、防虫防霉、无菌等方面增强其功能；在保证包装效果的同时将努力减轻、减薄、以降低包装成本。此外，包装产品的发展将更重视包装材料的功能化，如高阻隔化、耐高温和保鲜功能等。,二、塑料包装的主要形式及新进展1、塑料包装膜2、塑料包装容器3、塑料包装袋4、塑料中空容器5、塑料托盘,1、塑料包装膜 包括单层薄膜、复合薄膜和薄片。这类材料作成的包装称软包装，主要用于包装食品、药品等。包装市场是塑料薄膜最大的应用领域，从各种塑料包装产品看，包装薄膜的数量和金额都居首位。世界塑料薄膜需求正不断增长，特别是发展中国家需

47、求增速更快，包装形式由硬包装向软包装转变是推动薄膜材料需求增长的主要因素之一。包装薄膜形式多种多样，由单层膜、多层膜、多层复合膜以及多层共挤膜等。塑料薄膜主要用于食品包装，还用于医药、电子、汽车以及建筑等行业。美国科学家发明一种方法，用等离子体蒸涂技术在塑料瓶外形成一层柔软的聚酯薄膜，能够使瓶内装的食物保持新鲜。美国Hercules公司也推出一种新型包装材料，具有可控制气体的功能。这种新材料带有细小气孔，可对包装内氧气与二氧化碳气体交换进行控制，减缓交换速度，从而达到抑制果蔬呼吸作用，达到保鲜效果。天津中国国家农产品保鲜工程技术研究中心研发成功一种纳米保鲜薄膜，并已通过技术鉴定。经中国国家测试

48、中心测定，水蒸汽透过量及透过系数、物理机械强度等指标均符合国家卫生检验标准，解决了传统果蔬保鲜膜品种单一、透气性差、不防霉的缺点。,2、塑料包装容器 随着社会整体生活水平的不断提高，各种汽水、果汁、蔬菜、饮料所需的塑料容器需求量与日俱增。聚酯瓶是近年来市场增长最快、最受注目的塑料包装品种.聚丙烯透明包装瓶的开发是近几年国内外塑料包装的另一个热点。新型高透明即可广泛用于注吹、挤吹、挤压、热成型各种容器、食品、药品瓶等，其性价比适宜，是PS、ABS、PET、PE瓶的竞争对手，市场前景广阔。硬质塑料容器适宜包装食品、大米等，站立式塑料袋将取代折迭纸盒用于糖果包装，镀金属膜和高阻隔性复合膜应用将扩大。

49、在软包装方面，塑料制品中的小袋和薄膜，仍将在快餐食品和零售领域内大有用武之地。美国生产的果汁和蔬菜饮料中，塑料包装容器在数量上占全部容器的30，在各类容器中用量居首位。预计到2012年这一比例还将上升到38%。在碳酸饮料和牛奶的包装容器中，塑料都占第2位。,3、塑料包装袋 目前国内的塑料袋生产企业星罗棋布，根本无法得出确切数字，生产和管理基本处于无序状态。法国ETIKOUEST公司新发明的ETIKTACK标签作塑料包装的封口材料。这种塑料袋包装适用于糖果、花生、面条等食品，虽然在包装上增加了产品造价，但却给消费者提供了很大的方便。一种同时具有被动和主动屏障功能的新型塑料包装，在英国Hubtam

50、aki公司研制成功。该包装可有效抑制氧的渗入。这种屏障功能塑料包装不仅可延长产品的储存期，而且可以直接用于微波炉加热，特别适合用于方便食品的包装。新包装由6层不同材料复合而成。,4、塑料中空容器 包括以下几种：塑料瓶、桶、罐及软管容器。其容量可小至几毫升，大至几千升。使用的材料以高、低密度聚乙烯和聚丙烯为主，也有用聚氯乙烯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯等树脂的。这类容器耐化学性、气密性及抗冲击性好，自重轻,运输方便,破损率低，实用价值和经济效益十分明显。如聚酯吹塑薄壁瓶，能承受压力，已普遍用来盛汽水、啤酒、汽酒等。杯、盒、盘、箱等容器。多以高、低密度聚乙烯和聚丙烯以及聚苯乙烯的发泡或不发泡