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-1-第一章高分子材料概述1.材料的类别：①按化学组成分：金属材料，无机非金属材料，有机高分子材料。②按结构：单晶材料，多晶材料，非晶材料，复合材料。③按作用分：结构材料，功能材料。④按使用领域：电子材料，耐火材料，医用材料等。2.高分子材料：也称聚合物材料，是以高分子化合物，即聚合物为基体组分，再配有其他添加剂所构成的材料。3.高分子材料的相关术语（1）热塑性塑料：指在特定的温度范围内，具有可反复加热软化，冷却硬化特征的塑料品种。（2）热固性塑料：指在特定温度下加热或通过固化剂可发生交联反应，变成既不熔融，也不溶解的塑料品种。（3）通用塑料：指产量大，价格便宜，力学性能一般，主要作为非结构材料使用的一类塑料。（4）工程塑料：可以作为结构材料使用，具有优异的力学性能，耐热性能，耐磨性能和良好的尺寸稳定性的一类塑料。（5）生胶：天然或合成的高分子化合物经过化学处理或加工制成浓缩胶乳和干胶,前者直接用于胶乳制品，后者即为橡胶制品中的生胶。（6）硫化：胶料在一定条件下,橡胶大分子由线性结构转变为网状结构的交联过程。（7）塑化：指塑料在设备内经过加热达到流动状态并具有良好的可塑性。（8）聚合物共混：聚合物改性的最简便而且有效的方法。指两种或者两种以上聚合物经混合制成宏观均匀的材料的过程。（9）熔体流动速率：在一定温度下，熔融状态的高聚物在一定负荷下，10分钟内从规定直径和长度的标准毛细管中流出的质量，也称熔融指数。（10）微孔高分子材料：指内部具有大量微小气孔的一类高分子材料。以树脂为基体的称为泡沫塑料；以生胶或胶乳为基体的称为泡沫橡胶，俗称海绵橡胶。（11）界面：（12）线密度：线密度是描述纱线粗细程度的常用指标指单位长度的质量，单位：kg/m.（13）纺丝方法：溶液纺丝、湿法、干法（14）捻度：纱线单位长度上的捻回数称为捻度第二章高分子材料的结构与性能。1.高分子链的化学结构是指高分子链结构单元的化学组成，结构单元的键接结构支化与交联。①链结构单元的化学组成。高分子链：ⅰ全同链：分子链全部由C原子以共价键连接而成。ⅱ杂链：分子链由两种或以上原子组成。ⅲ元素高分子链：具有无机耐热性和热稳定性。②结构单元的键接结构是指结构单元相互连接的序列结构。③支化和交联：对聚合物的化学和物理性能影响很大。2.高分子链的构象：共价单键可以按一定的键角绕相邻的键旋转使分子形成大量的瞬息变化的空间内旋转异构体。3.高分子链柔顺性：能将高分子链不断改变其构象的性质。-2-4.高分子链柔顺性的影响因素：A内部因素（分子链结构的因素）：①相同化学结构的长链大分子比短链大分子更柔顺。②主链相同的聚合物，取代基的极性愈大，分子链柔顺性愈小。当主链和主链的取代基相同时，则取代基沿主链分布密度大者其柔顺性小。④取代基的体积。⑤分子间作用力大，分子链柔顺性小。B外部因素：①温度升高，柔顺性增大。②溶剂。5.高聚物的晶态与非晶态结构。6.非晶态高聚物的结构(长程无序)：①无规线团模型②折叠链缨状胶束模型。7.影响高聚物结晶的因素：高聚物分子结构的影响：结构简单，规整性好，取代基空间位阻小，分子间作用力大，有利于结晶。8.液晶：固态向液态转化过程中存在的中间状态，有液态的流动性，仍保留着晶态物质分子的有序排列，形成了一种兼有晶体和液体的部分性质的过渡态，这种中间状态称为液晶态，处于这种状态下的物质称为液晶。9.高分子运动的特点：①运动单元的多重性。②分子运动的时间依赖性。③分子运动的温度依赖性。10.高聚物的力学状态：⑴非晶态高聚物的力学状态：在T于一定范围内时，非晶态高聚物会经历三种力学状态：玻璃态→高弹态→粘流态。①玻璃态的力学行为：当施加外力后只能引起原子间键长和键角的微小变化，其特点是形变量小，瞬时完成和可逆性。当T很低时，链段运动被冻结，高聚物处于坚硬的固体状态即玻璃态。②高弹态力学行为：当施加外力后，分子链由卷曲状态变为伸展状态，外力除去，由回归卷曲状态，此即形变。特定是：形变量很大，可造性和需要松弛时间。当T渐高，达到一定范围，能使分子的链段运动，高聚物即处于高弹态。③粘流态力学行为：当施加外力后，高聚物产生永久变形，外力去后，形变不会恢复，即不可逆形变。T继续上升，达到某一温度，分子链中的链段均可运动，即粘流态。（由高弹态到玻璃态的转化温度叫玻璃化温度Tg，高弹到粘流叫粘流温度Tf。）⑵结晶性高聚物的温度。⑶交联聚合物的力学状态：交联度高，高聚物不存在粘流态，若交联度低时仍出现玻璃态和高弹态。11.高聚物结构与Tg的关系：A化学结构对Tg的影响：①高分子链刚性越大，Tg越高。②取代基（大Tg大，柔顺性大Tg小，极性大Tg大）。B交联结构的影响：交联度增大，Tg升高。C外部因素：增塑剂的影响，加入某些低分子化合物，使聚合物的Tg降低。补充：一、塑料：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的总称。组成：-3-1）树脂:塑料的主要组分。它胶粘着塑料中的其它一切组成部分，并使其具有成型性能。绝大多数塑料就是以所用树脂命名的。2）填充剂(填料):提高塑料的力学、电学性能或降低成本等。它在塑料占有相当大的比例。如加入铝粉可提高光反射能力和防老化；加入二硫化钼可提高润滑性。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。常用熔点低的低分子化合物来增加大分子链间距离，从而达到增加大分子链的柔顺性的目的。常用增塑剂有甲酸酯类、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。二、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：A、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。B、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。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。C、功能塑料：导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。三、常见热塑性塑料：1、聚乙烯PE1）结构单元：—【—CH2—CH2—】—2）支化结构3）性质：①耐化学腐蚀；②良好的电绝缘性和高频介电性能；③韧性、耐寒性好；④较低的摩擦系数；⑤不易吸水；⑥不耐热，不耐大气老化-4-4）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。2、聚氯乙烯PVC1）结构单元：——【CH2—CH2—】—2）性质：具有较高的强度、刚性；良好的电绝缘性、耐化学腐蚀性；能溶于四氢呋喃和环已酮等有机溶剂；具有阻燃性；但热稳定性较差，使用温度较低，介电常数、介电损耗较高。3）应用：纯聚氯乙烯属无规立构，无色透明，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、板件、管件、建筑及家用防火材料，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。3、聚丙烯PP1）结构单元：—【—CH2—CH2—】—2）性质：无毒、无味、无臭、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，耐寒性差，易老化。3）应用：聚丙烯属等规立构，结晶性塑料，外观乳白半透明。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、家用电器部件等，以及汽车及机械零部件，如车门、方向盘、齿轮、接头等。4、聚苯乙烯PS1）结构单元：—【—CH2—CH2—】—2）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；强度较低，硬度高，脆性大，不耐冲击，耐热性差，易燃。3）应用：聚丙烯属无规立构，非晶性塑料，高度透明（透光率为88～92％）。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。5、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA1）结构单元：—[—CH2—C—C—]—2）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（透光率约为91～93％）；优良的电绝缘性；耐化学腐蚀性好，热导率低；但硬度低，表面易擦伤，耐磨性差，耐热性不高。3）应用：聚甲基丙烯酸甲酯又称有机玻璃，属无规立构，非晶性塑料。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。-5-6、聚四氟乙烯（PTFE1）结构单元：—[—CF2—CF2—]—2）性质：出色的耐热、耐寒能力（-180～+260℃长期使用）；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。3）应用：聚四氟乙烯属结晶性塑料，外观呈瓷白色，一般在360～380℃烧结成形。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。7、聚酰胺（尼龙或锦纶）PA1）结构：尼龙的品种很多，如尼龙6、尼龙66、尼龙610等。数字表示基本单元中的碳原子数目。所有尼龙分子结构单元中都有一个相同的特征基团－酰胺基：—[—C—N—]—2）性质：聚酰胺属结晶性塑料，半透明，乳白，略带黄色。由于酰胺基的存在，分子之间有很强的氢键作用，因此聚酰胺的强度高，韧性好；另外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；但吸水性大，热膨胀系数大，耐热性不高。3）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。8、聚甲醛（POM-polyformaldehyde1）结构单元：—[—CH2—O—]—2）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。3）均聚甲醛的改性：工业上利用共聚反应来生成共聚甲醛，来改善热稳定性。共聚甲醛的结构单元为：4）应用：聚甲醛属结晶性塑料，乳白色。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。9、聚碳酸酯PC1）结构单元：2）性质：①低温冲击韧性极佳；②高模量、高强度、抗蠕变，尺寸稳定性好；③透光率高，约为86～92％；④电绝缘性好。3）应用：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”。纤维增强聚碳酸酯可部分取代钢、有色金属等制造仪器仪表的机械传动部件。未增强聚碳酸酯用于制作车灯罩、护目镜、安全帽、门窗玻璃甚至防弹玻璃等。10、ABS塑料：1）结构单元：丙烯晴(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体（共聚生成）2）性质：丙烯晴能提高强度、硬度、耐热性和耐腐蚀性，丁二烯能