2第二章 高分子材料学.
《高分子材料学》课件
高分子材料在环保、 节能、可持续发展中 的应用
讨论高分子材料在环境保护、 节能和可持续发展方面的重要 应用。
结论
高分子材料的未来发展趋势
展望高分子材料的未来发展方向和技术趋势。
高分子材料学的应用前景和社会意义
探讨高分子材料学对社会和产业的重要性以及 其潜在的应用前景。
讨论高分子材料在成型过
域的应用和前景
艺和使用的设备。
程中的注意事项以及后处
探索高分子材料在不同领
理步骤。
域中的广泛应用以及未来
的发展前景。
高分子性能调控与改善
高分子材料性能的评 价方法
介绍评价高分子材料性能的常 用方法和标准。
高分子材料的复合调 控和改性
探索如何通过复合和改性来调 整和改善高分子材料的性能。
2
高分子聚合反应机理和方法
介绍高分子聚合反应的基本机理和常见的聚合方法。
3
高分子合成的重要参数和控制方法
讨论高分子合成时，需要关注的重要参数和如何控制合成过程。
高子物理
高分子结晶和非晶态结构
研究高分子在结晶和非晶态下的 结构特征，以及这些特征如何影 响材料的性质。
高分子分子量、分子量分 布和分子运动
解释高分子分子量对材料性能的 重要性，并探讨分子量分布和分 子运动对高分子材料的影响。
高分熔融、流变和机械 力学性质
研究高分子在熔融状态下的流变 特性以及材料在受力时的机械行 为。
高分子加工与应用
1 高分子加工工艺和设 2 高分子的成型和后处 3 高分子在家电、汽车、
备
理
航空航天、医疗等领
介绍高分子材料的加工工
《高分子材料学》PPT课 件
# 高分子材料学PPT课件大纲
药用高分子材料学复习重点
第一章绪论1、高分子分别在传统制剂、现代制剂中的作用答：在传统剂型中的应用的高分子材料：如作为片剂的赋形剂、黏合剂、润滑剂等。
在现代制剂中高分子作为应用在控释、缓释制剂和靶向制剂中，如做微丸的赋形剂、缓释包衣的衣膜以及特殊装置的器件。
包装用材料。
药用辅料的定义答：辅料是经过安全评价的、有助于剂型的制备以及保护、支持，提高药物或制剂有效成分稳定性和生物利用度的材料。
第二章高分子的结构、合成和化学反应聚合物的结构式答：聚乙烯（PE）聚丙烯（PP）聚苯乙烯（PS）聚氯乙烯（PVC）聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）聚乙酸乙烯酯（PV Ac）聚乙烯醇（PV A）纤维素尼龙-66按照性能和用途进行的高分子材料分类答：五大类，塑料、橡胶、纤维，涂料以及黏合剂。
热塑性塑料和热固性塑料的区别答：热塑性塑料——受热后软化，冷却后又变硬，这种软化和变硬可重复、循环，因此可以反复成型。
大吨位的品种有聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯。
热固性塑料——是由单体直接形成网状聚合物或通过交联线型预聚体而形成，一旦形成交联聚合物，受热后不能再回复到可塑状态。
聚合过程(最后的固化阶段)和成型过程是同时进行的，所得制品不溶不熔。
热固性塑料的主要品种有酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂等。
柔性概念、影响因素答：（1）主链结构当主链中含C-O，C-N，Si-O键时，柔顺性好。
因为O、N原子周围的原子比C原子少，内旋转的位阻小；而Si-O-Si的键角也大于C-C-C键，因而其内旋转位阻更小，即使在低温下也具有良好的柔顺性。
当主链中含非共轭双键时，虽然双键本身不会内旋转，但却使相邻单键的非键合原子间距增大使内旋转较容易，柔顺性好。
当主链中由共轭双键组成时，由于共轭双键因p电子云重叠不能内旋转，因而柔顺性差，是刚性链。
（2）侧基侧基的极性越大，极性基团数目越多，相互作用越强，单键内旋转越困难，分子链柔顺性越差。
非极性侧基的体积越大，内旋转位阻越大，柔顺性越差；对称性侧基，可使分子链间的距离增大，相互作用减弱，柔顺性大。
高分子材料成型加工(考试重点及部分习题答案)
高分子材料成型加工考试重点内容及部分习题答案第二章高分子材料学1、热固性塑料：未成型前受热软化，熔融可塑制成一定形状，在热或固化剂作用下，一次硬化成型。
受热不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工。
在溶剂中不溶。
化学结构是由线型分子变为体型结构。
举例：PF、UF、MF2、热塑性塑料：受热软化、熔融、塑制成一定形状，冷却后固化成型。
再次受热，仍可软化、熔融，反复多次加工。
在溶剂中可溶。
化学结构是线型高分子。
举例：PE聚乙烯，PP聚丙烯，PVC聚氯乙烯。
3、通用塑料：是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。
4、工程塑料：具有较好的力学性能，拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2，长期耐热温度超过100度的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀可作为结构材料。
举例：PA聚酰胺类、ABS、PET、PC5、缓冷：Tc=Tmax，结晶度提高，球晶大。
透明度不好，强度较大。
6、骤冷（淬火）：Tc<Tg，大分子来不及重排，结晶少，易产生应力。
结晶度小，透明度好，韧性好。
定义：是指熔融状态或半熔融状态的结晶性聚合物，在该温度下保持一段时间后，快速冷却使其来不及结晶，以改善制品的冲击性能。
7、中速冷：Tc>=Tg，有利晶核生成和晶体长大，性能好。
透明度一般，结晶度一般，强度一般。
8、二次结晶：是指一次结晶后，在一些残留的非晶区和结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程。
9、后结晶：是指聚合物加工过程中一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程。
第三章添加剂1、添加剂的分类包括工艺性添加剂（如润滑剂）和功能性添加剂（除润滑剂之外的都是，如稳定剂、填充剂、增塑剂、交联剂）2、稳定剂：防止或延缓高分子材料的老化，使其保持原有使用性能的添加剂。
针对热、氧、光三个引起高分子材料老化的主要因素，可将稳定剂分为热稳定剂、抗氧剂（防老剂）、光稳定剂。
热稳定剂是一类能防止高分子材料在成型加工或使用过程中因受热而发生降解或交联的添加剂。
高分子化学第二章 缩聚和逐步聚合
O=
C
H2C─C O H2C─CH2
H2C O
H2C CH2 CH2
20
• HO–(CH2)n–COOH缩聚
n=1，2HOCH2COOH HOCH2COOCH2COOH O=C-CH2O-C=O + H2O OCH2
21
• n=2
HO(CH2)2COOH
CH2=CH-COOH+H2O
• n=3 HO(CH2)3COOH
CH2-C=O CH2-CH2-O + H2O
22
• n=4 HO(CH2)4COOH
CH2-CH2-C=O CH2-CH2-O + H2O
• n>=5，成链，形成线形聚合物。
23
• 成环倾向大小，主要取决于单体的结构， 受反应条件的影响较小。
• 环上取代基或环上元素改变时，环的稳定 性也相应变化。
• 在工业上：锦纶大量用来制造轮胎帘子 布、工业用布、缆绳、传送带、帐篷、 鱼网等，还可用作降落伞。
64
• 还可用于制造轴承、齿轮、滚子、 滑轮、辊轴、风扇叶片、涡轮、垫 片等。
65
全芳聚酰胺
• 是20世纪60年代由美国的杜邦公司首先开 发成功的。
13
自由基聚合
线型缩聚
③只有链增长才使聚 ③任何物种间都能反应， 合度增加，从一聚体 使分子量逐步增加。反应 增长到高聚物，时间 可以停留在中等聚合度阶 极短，中途不能暂停。段，只在聚合后期，才能 聚合一开始，就有高 获得高分子量产物。 聚物存在。
④在聚合过程中，单 ④聚合初期，单体几乎全
体逐渐减少，转化率 部缩聚成低聚物，以后再
(2—23式）
• 水部分排出时：
－dC/d t =k1 [ (1－P)2－P•nW/ K]
高分子材料学ppt课件
前言
高分子材料制品的性能 高分子材料成型加工性能
高分子材料本身性能
聚合物的结构与性能
会在加工过程中改变
2
影响高分子材料性能的主要因素
项目
高 分 子 化 合 物
材料制品
复合体系
主要因素
相对分子质量及其分布（相对分子质量及其分布） 立体规整性 共聚物组成（组成比、序列分布等） 结晶性（结晶构造、结晶度、结晶大小等） 结构缺陷 端基（结构、浓度） 反应性 降解性与老化性 交联（交联密度、交联点之间的相对分子质量）
4
聚合物的种类
合成树脂
分类依据
类
别
聚烯烃类（PE、PP、PS、EVA）
聚酰胺类（PA）
化学结构 乙烯基类（PVC、CPVC、PVDC）
丙烯酸酯类（PMMA）
聚苯醚酯类（PET、PBT、PC、PPO）
热效应
热塑性、热固性
结晶能力 结晶性、无定形
用途性能
通用型（PE、PP、PS、PVC、PF、UF） 工程型（＞50MPa、＞6KJ/m2 耐高温型（氟、硅橡胶）
4～13 13～29
构成主链的共价键键能大小，决定 主链断裂的难易、成型时的稳定性 和使用时的耐候性等，也与氧化、 臭氧化、水解等降解性有关。
主链断裂的可能性较小而有氧化、 臭氧化、水解等反应并存引起的降 解断裂较容易。
范德华力和氢键是高分子化合物间 的作用力，虽然并不大，但对高分 子化合物及其制品的影响是很大的， 如拉伸强度、弹性模量等机械性能 和Tg、Tm等的热性能。
广角X射线衍射法/%
64 87 93 70 82
核磁共振法/%
65 84 93 74 80
微晶大小/nm
19 36 39 26 33
材料化学第2章高分子材料的结构
X
CH2
C n
H
有不对称碳原子，所以有旋光异构。
注：对高分子来说，关心不是具体构型（左旋或 右旋），而是构型在分子链中的异同，即：
全同（等规）、间同或无规。
34
c
aC b
高分子链上有 取代基的碳原子 可以看成是不对
d
R RR R R
称碳原子
HHHH
将锯齿形碳链 H 排在一个平面上，
RH
RH
取代基在空间有 不同的排列方式。
以大分子链中的重复单元数目表示，记作 DP
注：重复单元与结构单元的异同：
5
(1) 由一种结构单元组成的高分子
一个高分子如果是由一种单体聚合而成，其重复单 元与结构单元相同。
例如：聚苯乙烯
n CH2 CH 聚合
CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
缩写成
CH2 CH n
n 表示重复单元数，也称为链节数, 在此等于聚合度
(6) 单体单元（monomer unit）: 与单体的化学组成完全相同只是化学结构不同的 结构单元。
4
(7) 聚合度(degree of polymerization): 聚合物分子中，结构单元的数目叫聚合度。 聚合度是衡量高分子大小的一个指标。
有两种表示法：
以大分子链中的结构单元数目表示，记作 xn
2.6 高分子材料的结构
前言 一、定义
1. 高分子化合物 是指分子量很高并由共价键连接的一类化合物 . 又称：高分子化合物、大分子化合物、高分子、
大分子、高聚物、聚合物 Macromolecules, High Polymer, Polymer
分子量：一般高达几万、几十万，甚至上百万， 范围在104～106
聚合物成型加工习题答案
高分子材料加工工艺第一章绪论1.材料的四要素是什么？相互关系如何？答：材料的四要素是：材料的制备(加工)、材料的结构、材料的性能和材料的使用性能。
这四个要素是相互关联、相互制约的，可以认为：1)材料的性质与现象是新材料创造、发展及生产过程中，人们最关注的中心问题。
2)材料的结构与成分决定了它的性质和使用性能，也影响着它的加工性能。
而为了实现某种性质和使用性能，又提出了材料结构与成分的可设计性。
3)材料的结构与成分受材料合成和加工所制约。
4)为完成某一特定的使用目的制造的材料(制品)，必须是最经济的，且符合社会的规范和具有可持续发展件。
在材料的制备(加工)方法上，在材料的结构与性能关系的研究上，在材料的使用上，各种材料都是相互借鉴、相互渗透、相互补充的。
2.什么是工程塑料？区分“通用塑料”和“工程塑料”，“热塑性塑料”和“热固性塑料”。
答：按用途和性能分，又可将塑料分为通用塑料和工程塑料。
工程塑料是指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2，长期耐热温度超过100℃的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀性优良等的、可替代金属用作结构件的塑料。
但这种分类并不十分严格，随着通用塑料工程化(亦称优质化)技术的进展，通过改性或合金化的通用塑料，已可在某些应用领域替代工程塑料。
热塑性塑料一般是线型高分子，在溶剂可溶，受热软化、熔融、可塑制成一定形状，冷却后固化定型；当再次受热，仍可软化、熔融，反复多次加工。
例如：PE、PP、PVC、ABS、PMMA、PA、PC、POM、PET、PBT。
热固性塑料一般由线型分子变为体型分子，在溶剂中不能溶解，未成型前受热软化、熔融，可塑制成一定形状，在热或固化剂作用下，一次硬化成型；一当成型后，再次受热不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工。
如PF（酚醛树脂）、UF（脲醛树脂）、MF（三聚氰胺甲醛树脂）、EP（环氧树脂）、UP（不饱和树脂）等。
3.与其它材料相比，高分子材料具有那些特征（以塑料为例）？答：与其他材料相比，高分子材料有以下特性(以塑料为例)。
高分子物理课件第二章
2、同质多晶现象
聚乙烯的稳定晶系是斜方晶系，拉伸时可形成 三斜或单斜晶系。
同质多晶现象：由于结晶条件的变化，引起分 子链构象的变化或者堆积方式的改变，一种聚合 物可以形成几种不同的晶型。
形成的晶型不同，聚合物所表现出来的性能 也不相同。
3、 聚丙烯的晶胞结构
基于内聚能的加和性，即原子或基团摩尔吸引力常 数Gi的加和
CED
Gi
i
M0
CED与高聚物物理性质之间的关系
a. CED < 300 J/cm3时（70cal/cm3） 聚合物都是非极性的，分子间作用力主要是色散力，比较 弱，分子链属于柔性链，具有高弹性，作橡胶使用。 b. CED > 400 J/cm3时（100cal/cm3） 聚合物都是极性的，由于分子链上有强的极性基团或分子 间能形成氢键，分子间作用力较强，加上易于结晶和取向， 作纤维使用 c. 300 J/cm3 < CED < 400 J/cm3时（70-100cal/cm3） 聚合物的分子间作用力居中，适宜作塑料使
但是在用X射线研究聚合物的凝聚态结构时，人们 发现：聚合物内部确实存在着三维有序的规整结构。
结晶聚合物最重要的实验证据为:
x射线衍射花样(图)——一系列同心圆(德拜环) （非晶聚合物—弥散环或称无定形晕） 衍射曲线—尖锐的衍射峰 (非晶聚合物—很钝的衍射峰)
实验证明：如果高分子链本身具有必要 的规整结构，同时给予适宜的条件(温度等)， 就会发生结晶，形成晶体。
纤维（>100）
解释PE的 CED < 300J/cm3 却作为塑料使用，Why？ PE分子链的结构非常规整，很容易结晶， 从而使材料具有一定的强度，作为塑料使用。
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(1 ) 农业 ①薄膜：地膜、大棚膜：育苗，蔬菜，养殖 ②管材和管件：灌溉，自来水供水 ③网箱养殖，育苗，运动草皮，沙漠绿化 （2）包装：用途广泛 ① 包装容器，代替金属、陶瓷、玻璃、木材等 ② 保鲜软装罐头、果汁、化装品 ③ 防震：PS、PU、PE泡沫塑料 ④ 日常包装：袋，编织袋，捆扎绳，打包带
塑料材料的分类
1 按来源分类
(1)缩聚物 (2)加聚物 (3)逐步加成物
塑料材料的分类
2按树脂的受热后的性能表现分类
(1)热固性塑料
(2)热塑性塑料
3按树脂的应用分类
(1)通用塑料
(2)工程塑料
橡胶材料的分类
(1)通用橡胶
(2)特种橡胶
化纤材料的分类
(1)杂链纤维
(2)碳链纤维
聚合物制造方法的影响
Polysulfone
17
Rubber
主要是通过缩合聚合或开环聚合反应制备 耐热性和强度性能都比纯粹的碳链高聚物要 高一些，可以作为工程塑料
主链带有极性，容易水解、醇解或者酸解
18
元素有机高分子
CH3 CH3 －(Si－O－ Si－O)n－ CH3 CH3
构成的元素种类及其连接方式
27
立构规整性的测定
根据聚合物的物理性质进行测定
结晶、比重、熔点、溶解行为 化学键的特征吸收
28
共聚物组成
无规共聚物
－AABABBABAA－ ——非结晶性橡胶，薄膜 ——75％的丁二烯和25％的苯乙烯共聚得 到丁苯橡胶 CH2=CH-CH=CH2+C6H5-CH=CH2 → -[CH2-CH=CH-CH2-CH(C6H5)-CH2]-n
聚二氯一氮化磷
20
聚二硫化硅
这一类高分子由于元素的成键能力较 差,得到的高聚物分子量比较低，而且容 易水解，强度也比较差
耐热性、硬度非常高
21
构成高分子化合物共价键的键能大小，决定了主链断裂的 难易、成型时的稳定性和使用时的耐候性等，也与氧化、臭 氧化、水解等降解性有关。 通常主链断裂的可能性较小，而氧化、臭氧化、水解等反 应并存引起的降解断裂较容易。 范德华力和氢键是高分子化合物分子间的作用力，虽然不 大，但对高分子化合物及其制品的影响是很大的如拉伸强度、 弹性模量等机械性能和Tg、Tm等的热性能。
• （3）交通运输： • 主要用于汽车、轮船的零部件及装修上（比强度 大） • （4）电气工业： • 电线、电缆、录音机、录像机、电视机等 • （5）化学工业： • 塑料容器和管道、耐腐蚀
（6）仪表工业： 制造辅件 （7）建筑工业： 化学建材，代替木材，水泥砖瓦，
（8）航空材料：
飞机上用塑料件，减轻重量 （9）国防与尖端工业： 卫星、火箭及原子能工业中做烧蚀材料、耐腐蚀材 料，武器中做零部件，塑料地雷，隐身飞机
3.乳液聚合聚氯乙烯 热稳定性和电绝缘性能差
13
影响高分子材料性能的化学因素
构成的元素种类及其连接方式 立构规整性 共聚物组成 端基 支化与交联
14
碳链高分子
构成的元素种类及其连接方式
主链全为－C－C－，加聚反应所得碳链高分子
－(CH2－CH2)n－ －(CH2－CH)n－ CH3 Polyethylene Polypropylene (PE) (PP)
第二章 高分子材料学
1
绪论
高分子材料的性质决定了其应用价值和
应用领域
性质是由构成该材料的高分子化合物的
分子结构 及其 聚集状态 和组成该材料的 各种成份之间的混合程度决定的
其制品的特性、结构与性能之间的关系
高分子材料学就是研究高分子化合物及
2
塑料材料的应用
由日用品到汽车及航天工程，由 建筑绝缘至包装，由医学技术至光学 器件，由农业生产到体育休闲等各个 领域，都可以看到塑料制品。
24
立构规整性
等规立构
由一种旋光异构单元键接而成
间规立构
由两种旋光异构单元交替键接而成
25
立构规整性
无规立构
二种旋光异构单元完全无规键接而成
26
立构规整性的影响
聚合物的立构规整性好，分子排列有序，有利
于结晶 高结晶度导致高熔点、高强度、高耐溶剂性 如：无规PP，非结晶聚合物，蜡状粘滞体，用 途不大 全同PP和间同PP，是高度结晶材料，具有高 强度、高耐溶剂性，用作塑料和合成纤维 全同PP的Tm为175 ℃，可耐蒸汽消毒，比重 0.90
29
共聚物组成
有嵌段的无规共聚物
——耐寒性薄膜 • 乙烯含量一般不超过 20% ，在分子链中呈无规则排列， 可起到阻止共聚物结晶作用，使结晶度降低，玻璃化温 度降低，但透明性、柔软性和光泽度提高 嵌段共聚物的化合物 • －AAAABBBBBBBAAAA— • 耐冲击的PP制品 • 顺丁二烯(M=4104)，苯乙烯(M=1.5104)得到热塑性 丁苯橡胶，这种材料在120℃为熔融体，可以进行注塑成 型
15
这一类高分子的特点:
优点：
（１）大多数都具有好的可塑性； （２）通常来讲加工成型比较容易； （３）原料来源比较丰富，成本低；
缺点：
（１）大多数都容易燃烧； （２）耐热性比较差； （３）容易老化；
16
杂链高分子
构成的元素种类及其连接方式
• 主链除碳原子以外，还有其他原子，如：氧、氮、 硫等存在，同样以共价键相连接 • 由于主链是由两种以上的不同原子组成，所以称为 杂链高分子(hetero chain polymer) • • －(CH2－O－)n－ －(CH2－CH2－S－S)n－ POM
按比分子凝聚能表示的这种分子力大致数值为： 橡胶小于 8KJ/mol 硬质塑料在 8-21KJ/mol之间 纤维则大于 21KJ/mol 上述性能受刚性分子链的缠结行为和结晶性能的影响。
构成的元素种类及其连接方式
引入芳基和共轭双键体系可提高链段的刚 性、增加分子间作用力
提高结构规整性和结晶度可以提高力学性 能、热性能和稳定性
1.高压法聚乙烯
反应温度高，产物密度低 2.中压法聚乙烯 支链较少，分子等规度较高 3.低压法聚乙烯 支链少，分子等规度高 4.线性低密度聚乙烯 短小而规整的支链，超低密度
12
聚合物制造方法的影响
1.本体聚合聚氯乙烯
透明性、电绝缘性能优良，分子量分布较宽
2.悬浮聚合聚氯乙烯
存在分散剂形成的皮膜，热稳定性变差
—— 主链含 Si 、 P 、 Se 、 Al 、 Ti 等，但不含碳原子，
称为元素有机高分子。
R －(Ti－O－)n－ R
这一类高聚物耐热性能都比较好，但成本比较高。
19
无机高分子： 这种高分子主链上不含碳原子，也不含有 机取代基，是纯粹由其他元素组成的高分子。
Si
S
S
Si
S
S
Cl －(P=N)－ Cl