高分子材料概述

1、高分子材料簡(jiǎn)介高分子材料簡(jiǎn)介1 1 高分子高分子材料材料的歷史的歷史2 2 高分子科學(xué)的發(fā)展高分子科學(xué)的發(fā)展2 2 高分子的基本知識(shí)高分子的基本知識(shí)3.1 高分子材料的歷史高分子材料的歷史古代古代1、纖維素的利用、纖維素的利用造紙?jiān)旒垨|漢（公元東漢（公元105年）蔡倫造紙年）蔡倫造紙1、纖維素的利用、纖維素的利用造紙?jiān)旒坙造紙是我國(guó)古代科學(xué)技術(shù)的四大發(fā)明之一。造紙是我國(guó)古代科學(xué)技術(shù)的四大發(fā)明之一。l1987年年2月初，美國(guó)印刷工業(yè)月初，美國(guó)印刷工業(yè)100周年的紀(jì)念周年的紀(jì)念會(huì)上當(dāng)時(shí)的美國(guó)總統(tǒng)布什說(shuō)：會(huì)上當(dāng)時(shí)的美國(guó)總統(tǒng)布什說(shuō)：“那個(gè)偉大國(guó)家那個(gè)偉大國(guó)家在造紙、印刷和排字方面所做的貢獻(xiàn)，確實(shí)可在造

2、紙、印刷和排字方面所做的貢獻(xiàn)，確實(shí)可以說(shuō)改變了歷史的進(jìn)程。以說(shuō)改變了歷史的進(jìn)程?！?、纖維素的利用、纖維素的利用造紙?jiān)旒坙纖維素是世界上蘊(yùn)藏量最大的可再生資源，據(jù)纖維素是世界上蘊(yùn)藏量最大的可再生資源，據(jù)估計(jì)自然界每年產(chǎn)估計(jì)自然界每年產(chǎn)1000億噸。億噸。l纖維素的最重要的應(yīng)用之一就是造紙。纖維素的最重要的應(yīng)用之一就是造紙。造紙的步驟大致可分為三步：造紙的步驟大致可分為三步：1. 打漿打漿2. 抄造抄造 3. 施膠施膠2、蛋白質(zhì)的利用、蛋白質(zhì)的利用練絲、鞣革練絲、鞣革豆腐：西漢淮南王劉安發(fā)明了豆腐。實(shí)質(zhì)是用豆腐：西漢淮南王劉安發(fā)明了豆腐。實(shí)質(zhì)是用Ca, Mg等離子使大豆球蛋白的水溶液沉淀。而凍豆

3、腐等離子使大豆球蛋白的水溶液沉淀。而凍豆腐是是蛋白質(zhì)冷凍變性蛋白質(zhì)冷凍變性的過(guò)程。的過(guò)程。練絲：一根蠶絲由兩根絲纖合并組成，外圍包著練絲：一根蠶絲由兩根絲纖合并組成，外圍包著絲膠，絲膠，“練練”就是用濃堿去掉絲膠，才成為可染就是用濃堿去掉絲膠，才成為可染色的熟絲。色的熟絲。鞣革：獸皮的主要成分是動(dòng)物蛋白質(zhì)纖維。鞣革鞣革：獸皮的主要成分是動(dòng)物蛋白質(zhì)纖維。鞣革劑與蛋白質(zhì)中的氨基交聯(lián)反應(yīng)。最原始的方法是劑與蛋白質(zhì)中的氨基交聯(lián)反應(yīng)。最原始的方法是煙薰法，煙中的醛為鞣革劑。煙薰法，煙中的醛為鞣革劑。3、最早的涂料、最早的涂料生漆生漆漆樹在秦漢時(shí)期主要分布在黃河流域，后來(lái)由于中漆樹在秦漢時(shí)期主要分布在黃河

4、流域，后來(lái)由于中原氣候變冷，漆樹現(xiàn)主要分布在四川盆地。原氣候變冷，漆樹現(xiàn)主要分布在四川盆地。 漆漆（木汁如水滴而下，形象表現(xiàn)割漆的情形。）（木汁如水滴而下，形象表現(xiàn)割漆的情形。）主成分是具有雙鍵側(cè)鏈的漆酚，經(jīng)氧化后聚合成高主成分是具有雙鍵側(cè)鏈的漆酚，經(jīng)氧化后聚合成高分子鏈。分子鏈。天然生漆是我國(guó)的土特產(chǎn)之一，來(lái)自于原始森林和自然漆樹科類中，天然生漆是我國(guó)的土特產(chǎn)之一，來(lái)自于原始森林和自然漆樹科類中，天然生漆是用人工從漆樹割取的天然漆樹液，天然生漆漆夜內(nèi)主要含有天然生漆是用人工從漆樹割取的天然漆樹液，天然生漆漆夜內(nèi)主要含有高分子漆酚、漆酶、樹膠質(zhì)及水分等構(gòu)成。素有我國(guó)高分子漆酚、漆酶、樹膠質(zhì)及水

5、分等構(gòu)成。素有我國(guó)三大寶三大寶（樹割（樹割漆、蠶吐絲、蜂做蜜）譽(yù)名。漆、蠶吐絲、蜂做蜜）譽(yù)名。 4、最早的黏合劑的利用、最早的黏合劑的利用中國(guó)墨中國(guó)墨中國(guó)墨的發(fā)明人是韋誕（公元中國(guó)墨的發(fā)明人是韋誕（公元179253）墨煙灰明膠（粘合劑）墨煙灰明膠（粘合劑）煙灰用松木燒成的松煙最好，碳顆粒極細(xì)。明膠煙灰用松木燒成的松煙最好，碳顆粒極細(xì)。明膠由動(dòng)物的皮、骨骼和甲殼等熬制而成。以徽州人由動(dòng)物的皮、骨骼和甲殼等熬制而成。以徽州人最擅長(zhǎng)制墨，所以有最擅長(zhǎng)制墨，所以有“徽墨徽墨”之稱。之稱。1、纖維素（、纖維素（Cellulose）的改性）的改性1846年的一天，瑞士巴塞爾大學(xué)的化學(xué)教授舍恩拜因在廚房做實(shí)

6、年的一天，瑞士巴塞爾大學(xué)的化學(xué)教授舍恩拜因在廚房做實(shí)驗(yàn)，不小心打破了蒸餾硝酸和硫酸的燒瓶，驗(yàn)，不小心打破了蒸餾硝酸和硫酸的燒瓶，.。近近 代代發(fā)現(xiàn)它的威力比發(fā)現(xiàn)它的威力比黑火藥黑火藥大大23倍，可以用于軍事。當(dāng)時(shí)倍，可以用于軍事。當(dāng)時(shí)只用作炸藥，由于它燃燒太快，安定性問(wèn)題又未解決，只用作炸藥，由于它燃燒太快，安定性問(wèn)題又未解決，爆炸事故頻繁爆炸事故頻繁 海厄特（海厄特（1870年）發(fā)明賽璐珞年）發(fā)明賽璐珞美國(guó)的印刷工人海厄特（美國(guó)的印刷工人海厄特（Hyatt）是一位業(yè)余化）是一位業(yè)余化學(xué)愛(ài)好者。學(xué)愛(ài)好者。1870年為了找到一種象牙的代用品，他年為了找到一種象牙的代用品，他在硝酸纖維素中加入樟腦

7、增塑。用這種方法得到的在硝酸纖維素中加入樟腦增塑。用這種方法得到的角質(zhì)狀材料不僅韌性好，還可熱塑加工。這是歷史角質(zhì)狀材料不僅韌性好，還可熱塑加工。這是歷史上第一種塑料，稱為上第一種塑料，稱為“賽璐珞賽璐珞”（Celluloid）。）?？捎米髌古仪?、眼鏡架、梳子、衣領(lǐng)、指甲油可用作乒乓球、眼鏡架、梳子、衣領(lǐng)、指甲油等。等。1884年柯達(dá)公司用它生產(chǎn)膠卷、但這種電影膠年柯達(dá)公司用它生產(chǎn)膠卷、但這種電影膠片放映時(shí)常摩擦而燃燒。片放映時(shí)常摩擦而燃燒。夏爾多內(nèi)伯爵（夏爾多內(nèi)伯爵（1884年）發(fā)明人造絲年）發(fā)明人造絲但極易燃燒，紡織廠的工人們似但極易燃燒，紡織廠的工人們似乎很不喜歡他們的岳母大人，把乎很不

8、喜歡他們的岳母大人，把這種絲稱為岳母絲這種絲稱為岳母絲 用天然纖維素為原料的再生纖維，由于它的化學(xué)組成和天然纖維素相同而物理結(jié)構(gòu)已用天然纖維素為原料的再生纖維，由于它的化學(xué)組成和天然纖維素相同而物理結(jié)構(gòu)已經(jīng)改變，所以稱再生纖維素纖維。經(jīng)改變，所以稱再生纖維素纖維。天然的絕緣材料天然的絕緣材料2.貝克蘭的研究持續(xù)了貝克蘭的研究持續(xù)了5年，獲得年，獲得100多項(xiàng)專利。酚醛塑料是人多項(xiàng)專利。酚醛塑料是人類有目的創(chuàng)造的第一種高分子，也是人類真正合成的第一種高分類有目的創(chuàng)造的第一種高分子，也是人類真正合成的第一種高分子。子。在高中教材里，酚醛樹脂作為縮聚反應(yīng)的典例在高中教材里，酚醛樹脂作為縮聚反應(yīng)的典例

9、。聚乙烯的發(fā)明（聚乙烯的發(fā)明（1） 19世紀(jì)世紀(jì)30年代，由于合成氨工業(yè)的發(fā)展，人們?cè)谟袡C(jī)合年代，由于合成氨工業(yè)的發(fā)展，人們?cè)谟袡C(jī)合成反應(yīng)中開始廣泛采用高壓技術(shù)。成反應(yīng)中開始廣泛采用高壓技術(shù)。1933年年3月，英國(guó)帝國(guó)月，英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司的福西特和吉布森想讓乙烯和苯甲醛在化學(xué)公司的福西特和吉布森想讓乙烯和苯甲醛在140MPa的高壓和的高壓和170溫度下進(jìn)行反應(yīng)。但是達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，溫度下進(jìn)行反應(yīng)。但是達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，預(yù)定的反應(yīng)沒(méi)有發(fā)生。當(dāng)他們打開反應(yīng)釜清理時(shí)，發(fā)現(xiàn)器預(yù)定的反應(yīng)沒(méi)有發(fā)生。當(dāng)他們打開反應(yīng)釜清理時(shí)，發(fā)現(xiàn)器壁上有一層白色蠟狀的固體薄膜，取下分析后發(fā)現(xiàn)它是乙壁上有一層白色蠟狀的固體薄膜，

10、取下分析后發(fā)現(xiàn)它是乙烯的聚合物。這使他們感到十分驚奇，于是他們重復(fù)了上烯的聚合物。這使他們感到十分驚奇，于是他們重復(fù)了上述實(shí)驗(yàn)，試圖找出原因所在，不幸發(fā)生了爆炸事故使實(shí)驗(yàn)述實(shí)驗(yàn)，試圖找出原因所在，不幸發(fā)生了爆炸事故使實(shí)驗(yàn)不得不終止下來(lái)。不得不終止下來(lái)。3.聚乙烯的發(fā)明（聚乙烯的發(fā)明（2）1935年，帝國(guó)化學(xué)公司的另幾位研究人員帕林、年，帝國(guó)化學(xué)公司的另幾位研究人員帕林、巴頓和威廉姆斯決定重復(fù)上述試驗(yàn)。他們?cè)谝粋€(gè)高巴頓和威廉姆斯決定重復(fù)上述試驗(yàn)。他們?cè)谝粋€(gè)高壓容器中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于高壓容器的壓容器中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于高壓容器的密封性能不好，容器里的壓力不斷降低，雖然采取密封性能

11、不好，容器里的壓力不斷降低，雖然采取了補(bǔ)救措施，實(shí)驗(yàn)還是不得不終止。不過(guò)在實(shí)驗(yàn)結(jié)了補(bǔ)救措施，實(shí)驗(yàn)還是不得不終止。不過(guò)在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，他們還是在裝置中發(fā)現(xiàn)有少量的白色固體，束后，他們還是在裝置中發(fā)現(xiàn)有少量的白色固體，經(jīng)分析，它與兩年前被福西特發(fā)現(xiàn)的蠟狀薄膜是同經(jīng)分析，它與兩年前被福西特發(fā)現(xiàn)的蠟狀薄膜是同一種物質(zhì)一種物質(zhì)聚乙烯。聚乙烯。聚乙烯的發(fā)明（聚乙烯的發(fā)明（3）這種貌似偶然的巧合使他們意識(shí)到可能存在著必然的原因，這種貌似偶然的巧合使他們意識(shí)到可能存在著必然的原因，于是他們對(duì)實(shí)驗(yàn)的每一步驟進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)是按原計(jì)劃進(jìn)于是他們對(duì)實(shí)驗(yàn)的每一步驟進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)是按原計(jì)劃進(jìn)行的，只是在發(fā)現(xiàn)容器漏氣以后，曾

12、往容器中補(bǔ)充過(guò)一些行的，只是在發(fā)現(xiàn)容器漏氣以后，曾往容器中補(bǔ)充過(guò)一些乙烯氣體。顯然，問(wèn)題的癥結(jié)就在這里。在這一過(guò)程中，乙烯氣體。顯然，問(wèn)題的癥結(jié)就在這里。在這一過(guò)程中，一定帶進(jìn)去某些物質(zhì)，這種物質(zhì)可能是乙烯聚合反應(yīng)的催一定帶進(jìn)去某些物質(zhì)，這種物質(zhì)可能是乙烯聚合反應(yīng)的催化劑。他們認(rèn)為帶進(jìn)去的物質(zhì)除了氧氣別無(wú)可能。他們重化劑。他們認(rèn)為帶進(jìn)去的物質(zhì)除了氧氣別無(wú)可能。他們重新設(shè)計(jì)了操作工藝，在聚合系統(tǒng)中引入了少量的氧氣，經(jīng)新設(shè)計(jì)了操作工藝，在聚合系統(tǒng)中引入了少量的氧氣，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，終于制得了聚乙烯。由于這種聚乙烯是在高過(guò)多次試驗(yàn)，終于制得了聚乙烯。由于這種聚乙烯是在高壓條件下制得的，被稱為高壓聚乙烯

13、，于壓條件下制得的，被稱為高壓聚乙烯，于1939年實(shí)現(xiàn)了工年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)。業(yè)生產(chǎn)。高壓聚乙烯：典型的自由基加成聚合高壓聚乙烯：典型的自由基加成聚合4.湯姆森發(fā)明充氣輪胎湯姆森發(fā)明充氣輪胎在過(guò)去的幾千年間，人們所坐的車使用的一直是木制在過(guò)去的幾千年間，人們所坐的車使用的一直是木制輪子，或者再在輪子周圍加上金屬輪輞。輪子，或者再在輪子周圍加上金屬輪輞。 1845年，英國(guó)工程師湯姆森在車輪周圍套上一個(gè)合適的年，英國(guó)工程師湯姆森在車輪周圍套上一個(gè)合適的充氣橡膠管，并獲得了這項(xiàng)設(shè)備的專利，到了充氣橡膠管，并獲得了這項(xiàng)設(shè)備的專利，到了1890年，輪年，輪胎被正式用在自行車上，到了胎被正式用在自行車上，到

14、了1895年，被用在各種老式汽年，被用在各種老式汽車上。盡管橡膠是一種柔軟而易破損的物質(zhì)，但卻比木頭車上。盡管橡膠是一種柔軟而易破損的物質(zhì)，但卻比木頭或金屬更加耐磨。橡膠的耐用、減震等性能，加上充氣輪或金屬更加耐磨。橡膠的耐用、減震等性能，加上充氣輪胎的巧妙設(shè)計(jì)，使乘車的人覺(jué)得比以往任何時(shí)候都更加舒胎的巧妙設(shè)計(jì)，使乘車的人覺(jué)得比以往任何時(shí)候都更加舒適。適。 隨著汽車數(shù)量的大量增加，用于制造輪胎的橡膠的需求隨著汽車數(shù)量的大量增加，用于制造輪胎的橡膠的需求量也變成了天文數(shù)字。如此廣泛的應(yīng)用使天然橡膠供不應(yīng)量也變成了天文數(shù)字。如此廣泛的應(yīng)用使天然橡膠供不應(yīng)求。面對(duì)橡膠生產(chǎn)的嚴(yán)峻形勢(shì)，各國(guó)競(jìng)相研制合成

15、橡膠。求。面對(duì)橡膠生產(chǎn)的嚴(yán)峻形勢(shì)，各國(guó)競(jìng)相研制合成橡膠。聚異丁烯的發(fā)明聚異丁烯的發(fā)明20世紀(jì)世紀(jì)30年代，德國(guó)法本公司在實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)年代，德國(guó)法本公司在實(shí)驗(yàn)中偶然發(fā)現(xiàn)一種怪現(xiàn)象，這種現(xiàn)象很有趣，在干冰溫度下，現(xiàn)一種怪現(xiàn)象，這種現(xiàn)象很有趣，在干冰溫度下，將異丁烯液化，然后加入幾滴三氟化硼（一種高效將異丁烯液化，然后加入幾滴三氟化硼（一種高效催化劑）。催化劑剛落在液體表面，就會(huì)產(chǎn)生無(wú)聲催化劑）。催化劑剛落在液體表面，就會(huì)產(chǎn)生無(wú)聲的爆炸，隨之產(chǎn)生白色的雪球，雪球越滾越大，從的爆炸，隨之產(chǎn)生白色的雪球，雪球越滾越大，從玻璃杯口滾出來(lái)。玻璃杯口滾出來(lái)。聚異丁烯：離子聚合聚異丁烯：離子聚合橡膠的合成：離子

16、聚合橡膠的合成：離子聚合1928年美國(guó)最大的化學(xué)公年美國(guó)最大的化學(xué)公司杜邦公司建立了聚合物研司杜邦公司建立了聚合物研究實(shí)驗(yàn)室，究實(shí)驗(yàn)室，32歲的杰出化學(xué)歲的杰出化學(xué)家卡羅瑟斯（家卡羅瑟斯（Carothers）擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)。擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)。5. 尼龍的誕生（尼龍的誕生（1）1930年的一天，他的助手希爾斯在觀察縮聚反應(yīng)時(shí)，年的一天，他的助手希爾斯在觀察縮聚反應(yīng)時(shí)，把玻璃攪拌棒從反應(yīng)器里拿出，無(wú)意發(fā)現(xiàn)棒上粘著把玻璃攪拌棒從反應(yīng)器里拿出，無(wú)意發(fā)現(xiàn)棒上粘著的產(chǎn)物被拉成了許多細(xì)絲。他用手拉了拉固化的細(xì)的產(chǎn)物被拉成了許多細(xì)絲。他用手拉了拉固化的細(xì)絲，發(fā)現(xiàn)它能像橡膠一樣拉伸，具有很好的彈性。絲，發(fā)現(xiàn)它能像橡膠一樣拉伸

17、，具有很好的彈性。希爾斯興高采烈地把結(jié)果告訴給卡羅瑟斯，卡羅瑟希爾斯興高采烈地把結(jié)果告訴給卡羅瑟斯，卡羅瑟斯意識(shí)到這是紡絲原料的特性。斯意識(shí)到這是紡絲原料的特性。在以后的在以后的4年時(shí)間里，他領(lǐng)導(dǎo)的研究室繼續(xù)進(jìn)行了年時(shí)間里，他領(lǐng)導(dǎo)的研究室繼續(xù)進(jìn)行了幾千種單體的組合，試驗(yàn)了幾百種不同的纖維，但幾千種單體的組合，試驗(yàn)了幾百種不同的纖維，但結(jié)果都不理想。結(jié)果都不理想。尼龍的誕生（尼龍的誕生（2）1935年卡羅瑟斯把研究重點(diǎn)改為研究二元酸和二元年卡羅瑟斯把研究重點(diǎn)改為研究二元酸和二元胺的縮聚反應(yīng)。終于在用己二胺和己二酸作原料進(jìn)胺的縮聚反應(yīng)。終于在用己二胺和己二酸作原料進(jìn)行行縮聚反應(yīng)縮聚反應(yīng)以后，得到了

18、一種叫做聚酰胺的纖維。以后，得到了一種叫做聚酰胺的纖維。它在熔融狀態(tài)下能拉成細(xì)絲，強(qiáng)度和彈性特別優(yōu)良，它在熔融狀態(tài)下能拉成細(xì)絲，強(qiáng)度和彈性特別優(yōu)良，軟化點(diǎn)也符合紡絲生產(chǎn)的要求?，F(xiàn)在大家知道它叫軟化點(diǎn)也符合紡絲生產(chǎn)的要求?，F(xiàn)在大家知道它叫“尼龍尼龍66”。尼龍。尼龍66是最早的一種有實(shí)用價(jià)值的是最早的一種有實(shí)用價(jià)值的人工合成纖維。美國(guó)杜邦公司從研制到投入工業(yè)生人工合成纖維。美國(guó)杜邦公司從研制到投入工業(yè)生產(chǎn)共花費(fèi)產(chǎn)共花費(fèi)2700萬(wàn)美元，投入萬(wàn)美元，投入230多名研究和工程技多名研究和工程技術(shù)人員，卡羅瑟斯是其中的佼佼者。術(shù)人員，卡羅瑟斯是其中的佼佼者。尼龍的誕生（尼龍的誕生（3）尼龍的誕生（尼龍的

19、誕生（5）尼龍尼龍-66問(wèn)世以后，首先在襪子這一產(chǎn)品中贏得了問(wèn)世以后，首先在襪子這一產(chǎn)品中贏得了巨大的反響。在巨大的反響。在1940年年5月，當(dāng)這種實(shí)際上是由煤、月，當(dāng)這種實(shí)際上是由煤、空氣和水作原料制造的尼龍長(zhǎng)襪問(wèn)世時(shí)，婦女們排空氣和水作原料制造的尼龍長(zhǎng)襪問(wèn)世時(shí)，婦女們排長(zhǎng)隊(duì)競(jìng)相購(gòu)買，有的婦女一買到就迫不及待地坐在長(zhǎng)隊(duì)競(jìng)相購(gòu)買，有的婦女一買到就迫不及待地坐在人行道上穿起來(lái)。首批供應(yīng)的四百雙長(zhǎng)襪僅用人行道上穿起來(lái)。首批供應(yīng)的四百雙長(zhǎng)襪僅用4天天就銷售一空，令有經(jīng)驗(yàn)的商人為之目瞪口呆。就銷售一空，令有經(jīng)驗(yàn)的商人為之目瞪口呆?，F(xiàn)尼龍廣泛用作衣服、地毯、輪胎的簾子線、降落現(xiàn)尼龍廣泛用作衣服、地毯、輪

20、胎的簾子線、降落傘、纜繩、安全皮帶、帳篷、牙刷毛、外科縫線、傘、纜繩、安全皮帶、帳篷、牙刷毛、外科縫線、漁網(wǎng)等。漁網(wǎng)等。用于防彈衣、降落傘、石油鉆井平臺(tái)、用于防彈衣、降落傘、石油鉆井平臺(tái)、撐竿跳的竿、風(fēng)箏線撐竿跳的竿、風(fēng)箏線高分子科學(xué)的奠基人高分子科學(xué)的奠基人1920年德國(guó)人史道丁格年德國(guó)人史道丁格(Staudinger)發(fā)表了劃時(shí)代的文獻(xiàn)發(fā)表了劃時(shí)代的文獻(xiàn)“論聚合論聚合”。他提出了。他提出了“高分子高分子”、“長(zhǎng)鏈大分子長(zhǎng)鏈大分子”的概念，從而確立的概念，從而確立了高分子學(xué)說(shuō)。了高分子學(xué)說(shuō)。3.2 高分子科學(xué)的發(fā)展高分子科學(xué)的發(fā)展 在在Staudinger的理論出現(xiàn)之前，科學(xué)界對(duì)塑料、橡膠和

21、其他的理論出現(xiàn)之前，科學(xué)界對(duì)塑料、橡膠和其他分子量很高的材料的本質(zhì)認(rèn)識(shí)一直是不清楚的。對(duì)分子量很高的材料的本質(zhì)認(rèn)識(shí)一直是不清楚的。對(duì)19世紀(jì)的大多世紀(jì)的大多數(shù)研究學(xué)者來(lái)說(shuō)，分子量超過(guò)數(shù)研究學(xué)者來(lái)說(shuō)，分子量超過(guò)10,000g/mol的物質(zhì)似乎是難以置信的物質(zhì)似乎是難以置信的，他們把這類物質(zhì)同由的，他們把這類物質(zhì)同由小分子穩(wěn)定懸浮液構(gòu)成的膠體系統(tǒng)小分子穩(wěn)定懸浮液構(gòu)成的膠體系統(tǒng)混為混為一談。一談。 Staudinger否定了這些物質(zhì)是有機(jī)膠體的觀點(diǎn)。他假定那些否定了這些物質(zhì)是有機(jī)膠體的觀點(diǎn)。他假定那些高分子量的物質(zhì)，即聚合物，高分子量的物質(zhì)，即聚合物，是由共價(jià)鍵形成的真實(shí)大分子是由共價(jià)鍵形成的真實(shí)大

22、分子，并，并在其大分子理論中闡明了聚合物由長(zhǎng)鏈構(gòu)成，鏈中單體（或結(jié)構(gòu)在其大分子理論中闡明了聚合物由長(zhǎng)鏈構(gòu)成，鏈中單體（或結(jié)構(gòu)單元）通過(guò)共價(jià)鍵彼此連接。較高的分子量和大分子長(zhǎng)鏈特征決單元）通過(guò)共價(jià)鍵彼此連接。較高的分子量和大分子長(zhǎng)鏈特征決定了聚合物獨(dú)特的性能。定了聚合物獨(dú)特的性能。 盡管一開始他的假設(shè)并不為大多數(shù)科學(xué)家所認(rèn)可，盡管一開始他的假設(shè)并不為大多數(shù)科學(xué)家所認(rèn)可，但最終這但最終這種解釋得到了合理的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，為工業(yè)化學(xué)家們的工作提供了有種解釋得到了合理的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，為工業(yè)化學(xué)家們的工作提供了有力的指導(dǎo)，從而使得聚合物的種類迅猛地增長(zhǎng)。力的指導(dǎo)，從而使得聚合物的種類迅猛地增長(zhǎng)。1953年，年，S

23、taudinger被授予諾貝爾獎(jiǎng)。被授予諾貝爾獎(jiǎng)。 現(xiàn)在人們都已非常清楚：塑料以及橡膠、纖維素、現(xiàn)在人們都已非常清楚：塑料以及橡膠、纖維素、DNA等很等很多物質(zhì)都是大分子。多物質(zhì)都是大分子。l 突破有機(jī)化學(xué)的傳統(tǒng)觀念，首先提出了高分子的概念，以大量先驅(qū)性工作為高分子化學(xué)奠基l 開創(chuàng)了高分子科?！癴or his discoveries in the field of macromolecular chemistry”“For his fundamental achievements, both theoretical and experimental, in the physical chemi

24、stry of the macromolecules”l P.J.Flory（美（美) 1974 化學(xué)獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng) l 利用等活性假設(shè)及直接的統(tǒng)計(jì)方法，他計(jì)利用等活性假設(shè)及直接的統(tǒng)計(jì)方法，他計(jì)算了高分子分子量分布，即最可幾分布，算了高分子分子量分布，即最可幾分布，并利用動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了等活性假設(shè)；并利用動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了等活性假設(shè)；l 引入鏈轉(zhuǎn)移概念，將聚合物統(tǒng)計(jì)理論用于引入鏈轉(zhuǎn)移概念，將聚合物統(tǒng)計(jì)理論用于非線性分子，產(chǎn)生了凝膠理論；非線性分子，產(chǎn)生了凝膠理論；l Flory-Huggins格子理論；格子理論；l 1948年作出了最重要的貢獻(xiàn)，即提出年作出了最重要的貢獻(xiàn)，即提出“排排除體積除體積”

25、理論和理論和溫度概念；溫度概念；l 他的著作他的著作“Principles of polymer chemistry”（1953）是高分子學(xué)科中的）是高分子學(xué)科中的Bible。發(fā)現(xiàn)了定向聚合，發(fā)現(xiàn)了定向聚合，并研制出相應(yīng)的并研制出相應(yīng)的催化劑催化劑Ziegler （德）（德）: 研究乙烯聚合的研究乙烯聚合的催化劑催化劑Natta：（意）：（意）：研究丙烯聚合的研究丙烯聚合的催化劑催化劑“for their discoveries in the field of the chemistry and technology of high polymers ”l De Gennes（法（法) 199

26、1 物理物理獎(jiǎng)獎(jiǎng) l 對(duì)液晶和高分子物質(zhì)有序現(xiàn)象對(duì)液晶和高分子物質(zhì)有序現(xiàn)象提出了標(biāo)度理論提出了標(biāo)度理論l 從臨界現(xiàn)象認(rèn)識(shí)分子，在物理從臨界現(xiàn)象認(rèn)識(shí)分子，在物理-化學(xué)之間架設(shè)了橋梁化學(xué)之間架設(shè)了橋梁l 提出提出“軟物質(zhì)軟物質(zhì)”概念概念(弱力引起大變?nèi)趿σ鸫笞兓?“for discovering that methods developed for studying order phenomena in simple systems can be generalized to more complex forms of matter, in particular to liquid cryst

27、als and polymers ”De Gennes“For the discovery and development of conductive polymers”l 由于歷史的原因，由于歷史的原因，19501950年以前我國(guó)的高分子科學(xué)和工業(yè)幾乎是年以前我國(guó)的高分子科學(xué)和工業(yè)幾乎是一片空間。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)沒(méi)有一所高等學(xué)校設(shè)立高分子專業(yè)，更沒(méi)有一片空間。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)沒(méi)有一所高等學(xué)校設(shè)立高分子專業(yè)，更沒(méi)有開設(shè)任何與高分子科學(xué)與工程相關(guān)的課程。當(dāng)時(shí)除上海、天津等開設(shè)任何與高分子科學(xué)與工程相關(guān)的課程。當(dāng)時(shí)除上海、天津等地有幾家生產(chǎn)地有幾家生產(chǎn)“電木電木”制品（酚醛樹脂加木粉熱壓成型的電器元制品（酚醛樹脂

28、加木粉熱壓成型的電器元件等）和油漆的小型作坊以外，國(guó)內(nèi)沒(méi)有一家現(xiàn)代意義的高分子件等）和油漆的小型作坊以外，國(guó)內(nèi)沒(méi)有一家現(xiàn)代意義的高分子材料生產(chǎn)廠。材料生產(chǎn)廠。 l 1954 195419551955年，國(guó)內(nèi)首批高分子理科專業(yè)和工科專業(yè)分別在年，國(guó)內(nèi)首批高分子理科專業(yè)和工科專業(yè)分別在北北京大學(xué)京大學(xué)和成都工學(xué)院（后者現(xiàn)合并組建為和成都工學(xué)院（后者現(xiàn)合并組建為四川大學(xué)四川大學(xué)）相繼創(chuàng)立。）相繼創(chuàng)立。時(shí)至今日，全國(guó)各層次的高等學(xué)校中設(shè)置高分子科學(xué)、材料與工時(shí)至今日，全國(guó)各層次的高等學(xué)校中設(shè)置高分子科學(xué)、材料與工程專業(yè)和開設(shè)高分子課程的學(xué)校在百所以上。近程專業(yè)和開設(shè)高分子課程的學(xué)校在百所以上。近505

29、0年來(lái)為國(guó)家培年來(lái)為國(guó)家培養(yǎng)出了大批高分子專業(yè)人才，大大地促時(shí)了高分子工業(yè)的發(fā)展。養(yǎng)出了大批高分子專業(yè)人才，大大地促時(shí)了高分子工業(yè)的發(fā)展。 中國(guó)高分子的發(fā)展中國(guó)高分子的發(fā)展l 從從2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代開始，國(guó)內(nèi)一批中小型塑料、合成橡膠、化學(xué)纖年代開始，國(guó)內(nèi)一批中小型塑料、合成橡膠、化學(xué)纖維和涂料工廠相繼投入生產(chǎn)。維和涂料工廠相繼投入生產(chǎn)。2020世紀(jì)世紀(jì)606080 80 年代是我國(guó)高分子年代是我國(guó)高分子材料工業(yè)飛速發(fā)展的時(shí)期，一大批萬(wàn)噸乃至材料工業(yè)飛速發(fā)展的時(shí)期，一大批萬(wàn)噸乃至1010萬(wàn)噸以上級(jí)別的大萬(wàn)噸以上級(jí)別的大型型PEPE、PPPP、PVCPVC、PSPS、ABSABS、SBS

30、 SBS 以及其他類別的高分子材料生產(chǎn)以及其他類別的高分子材料生產(chǎn)和加工和大型企業(yè)在全國(guó)各地相繼建成投產(chǎn)。其中，上海金山、和加工和大型企業(yè)在全國(guó)各地相繼建成投產(chǎn)。其中，上海金山、南京揚(yáng)子、江蘇儀征、山東齊魯、北京燕山、湖南岳陽(yáng)以及天津、南京揚(yáng)子、江蘇儀征、山東齊魯、北京燕山、湖南岳陽(yáng)以及天津、蘭州、吉林等地已經(jīng)成為我國(guó)重要的大型高分子材料生產(chǎn)基地。蘭州、吉林等地已經(jīng)成為我國(guó)重要的大型高分子材料生產(chǎn)基地。今天，我國(guó)在高分子科學(xué)基礎(chǔ)研究、專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)以及各種今天，我國(guó)在高分子科學(xué)基礎(chǔ)研究、專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)以及各種高分子材料的生產(chǎn)數(shù)量方面，已經(jīng)大大地縮短了與發(fā)達(dá)國(guó)家的差高分子材料的生產(chǎn)數(shù)量方面，

31、已經(jīng)大大地縮短了與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。距。 中國(guó)高分子具有突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家及從事的領(lǐng)域簡(jiǎn)介中國(guó)高分子具有突出貢獻(xiàn)的科學(xué)家及從事的領(lǐng)域簡(jiǎn)介l 錢人元錢人元(1917-2003) 中化所中化所 高分子物理主要是凝聚態(tài)物理高分子物理主要是凝聚態(tài)物理l 馮新德馮新德 (1915-2005) 北大北大 高分子化學(xué)高分子化學(xué)l 唐敖慶唐敖慶(1915-2008) 吉大吉大 量子物理與統(tǒng)計(jì)在高分子中應(yīng)用量子物理與統(tǒng)計(jì)在高分子中應(yīng)用l 王佛松王佛松( (1933 ) 長(zhǎng)應(yīng)化長(zhǎng)應(yīng)化 順丁橡膠國(guó)產(chǎn)化順丁橡膠國(guó)產(chǎn)化l 沈家驄沈家驄( (1931 ) ) 吉大吉大 功能高分子及生物大分子合成功能高分子及生物大分子合成l

32、沈之荃沈之荃( (1931 ) 浙大浙大 高分子合成高分子合成l 林尚安林尚安 (1924 ) 中山大學(xué)中山大學(xué) 高分子化學(xué)高分子化學(xué)l 徐僖徐僖(1921 ) 四川大學(xué)四川大學(xué) 聚合物的加工成型理論，現(xiàn)從事可聚合物的加工成型理論，現(xiàn)從事可 降解材料研究降解材料研究l 卓仁禧卓仁禧( (1931) ) 湖北大學(xué)湖北大學(xué) 生物高分子生物高分子l 于同隱（于同隱（1917 ）復(fù)旦大學(xué)）復(fù)旦大學(xué) 聚合物粘彈性聚合物粘彈性l .l 高分子科學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科，與其高分子科學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科，與其它傳統(tǒng)學(xué)科不同，它既是一門基礎(chǔ)學(xué)科又是一門它傳統(tǒng)學(xué)科不同，它既是一門基礎(chǔ)學(xué)科又是一門應(yīng)用

33、科學(xué)。應(yīng)用科學(xué)。l 目前已形成了高分子化學(xué)、高分子物理、高分子目前已形成了高分子化學(xué)、高分子物理、高分子材料和高分子工藝四個(gè)主要的分支。材料和高分子工藝四個(gè)主要的分支。l 在基礎(chǔ)的化學(xué)一級(jí)學(xué)科中，高分子與無(wú)機(jī)、有機(jī)、在基礎(chǔ)的化學(xué)一級(jí)學(xué)科中，高分子與無(wú)機(jī)、有機(jī)、分析、物化并列為二級(jí)學(xué)科；而在應(yīng)用性的材料分析、物化并列為二級(jí)學(xué)科；而在應(yīng)用性的材料學(xué)科中，高分子材料與金屬材料和無(wú)機(jī)非金屬材學(xué)科中，高分子材料與金屬材料和無(wú)機(jī)非金屬材料共同組成最重要的三個(gè)領(lǐng)域。料共同組成最重要的三個(gè)領(lǐng)域。l 總而言之，總而言之，2020世紀(jì)世紀(jì)20204040年代是高分子科學(xué)建立和年代是高分子科學(xué)建立和發(fā)展的時(shí)期；發(fā)展

34、的時(shí)期；30305050年代是高分子材料工業(yè)蓬勃發(fā)年代是高分子材料工業(yè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期；展的時(shí)期；6060年代以來(lái)則是高分子材料大規(guī)模工業(yè)年代以來(lái)則是高分子材料大規(guī)模工業(yè)化、特種化、高性能化和功能化的時(shí)期?；?、特種化、高性能化和功能化的時(shí)期。l 作為新興材料科學(xué)的一個(gè)分支，高分子材料目前已作為新興材料科學(xué)的一個(gè)分支，高分子材料目前已經(jīng)滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、商業(yè)、醫(yī)藥以及人們經(jīng)滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、商業(yè)、醫(yī)藥以及人們的衣、食、住、行的各個(gè)方面，正如一篇科普文章的衣、食、住、行的各個(gè)方面，正如一篇科普文章所述，所述，“在大街上你曾見(jiàn)過(guò)一個(gè)絕對(duì)不與合成高分在大街上你曾見(jiàn)過(guò)一個(gè)絕對(duì)不與合成高分子材料

35、打交道的人嗎？子材料打交道的人嗎？”答案肯定是答案肯定是NONO。 以塑料為例。因?yàn)樗芰嫌性隙?、生產(chǎn)易、成本低、加工快、以塑料為例。因?yàn)樗芰嫌性隙唷⑸a(chǎn)易、成本低、加工快、比強(qiáng)度大、性能好等特點(diǎn)，可以代替部分金屬、木材、皮革等比強(qiáng)度大、性能好等特點(diǎn)，可以代替部分金屬、木材、皮革等傳統(tǒng)材料，塑料現(xiàn)在的產(chǎn)量已超過(guò)了木材和水泥等結(jié)構(gòu)材料的傳統(tǒng)材料，塑料現(xiàn)在的產(chǎn)量已超過(guò)了木材和水泥等結(jié)構(gòu)材料的總產(chǎn)量?？偖a(chǎn)量。一、高分子與低分子的區(qū)別一、高分子與低分子的區(qū)別 高分子與低分子的區(qū)別在于前者分子量很高，通常高分子與低分子的區(qū)別在于前者分子量很高，通常將分子量高于約將分子量高于約1 1萬(wàn)的稱為高分子萬(wàn)的稱

36、為高分子(polymer)(polymer)，分子量，分子量低于約低于約10001000的稱為低分子。分子量介于高分子和低分的稱為低分子。分子量介于高分子和低分子之間的稱為低聚物子之間的稱為低聚物(oligomer(oligomer，又稱齊聚物，又稱齊聚物) )。一般。一般高聚物的分子量為高聚物的分子量為10104 4-10-106 6，分子量大于這個(gè)范圍的又，分子量大于這個(gè)范圍的又稱為超高分子量聚合物。稱為超高分子量聚合物。Polymer Polymer 聚合物（高聚物）、高分子聚合物（高聚物）、高分子Macromolecule Macromolecule 大分子、高分子大分子、高分子高聚物

37、高聚物High polymerHigh polymer3.3 高分子的基本知識(shí)高分子的基本知識(shí)分子量對(duì)物質(zhì)性能的影響分子量對(duì)物質(zhì)性能的影響 這是這是大分子間相互作用力大分子間相互作用力發(fā)生變化導(dǎo)致的結(jié)果，分子鏈變長(zhǎng)，分發(fā)生變化導(dǎo)致的結(jié)果，分子鏈變長(zhǎng)，分子量變大，分子間作用力變大，發(fā)生由氣體子量變大，分子間作用力變大，發(fā)生由氣體-液體液體-固體的變化固體的變化另外，隨著鏈長(zhǎng)的增加，高分子鏈可能互相纏結(jié)另外，隨著鏈長(zhǎng)的增加，高分子鏈可能互相纏結(jié)也就是說(shuō)也就是說(shuō): 合成高分子的結(jié)構(gòu)具有幾乎無(wú)窮變化的可能性，賦予材合成高分子的結(jié)構(gòu)具有幾乎無(wú)窮變化的可能性，賦予材料性能的潛力遠(yuǎn)勝于其它物質(zhì)。料性能的潛力

38、遠(yuǎn)勝于其它物質(zhì)。l平均分子量和分子量分布平均分子量和分子量分布對(duì)高分子化合物而言，每一根高分子鏈對(duì)高分子化合物而言，每一根高分子鏈都由許多結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成，由于形都由許多結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成，由于形成高分子鏈的過(guò)程比較復(fù)雜，使各高分子成高分子鏈的過(guò)程比較復(fù)雜，使各高分子鏈的結(jié)構(gòu)單元數(shù)并非完全相同，導(dǎo)致其分鏈的結(jié)構(gòu)單元數(shù)并非完全相同，導(dǎo)致其分子量不像低分子化合物那樣完全相等。子量不像低分子化合物那樣完全相等。在不受其它干擾的情況下，自由大分子通常成無(wú)規(guī)卷曲狀態(tài)在不受其它干擾的情況下，自由大分子通常成無(wú)規(guī)卷曲狀態(tài)二、不同的大分子鏈二、不同的大分子鏈支化與交聯(lián)對(duì)聚合物性能的影響支化與交聯(lián)對(duì)聚合物

39、性能的影響線形高聚物線形高聚物 l 可以在適當(dāng)溶劑中溶解，加熱可以熔融，易于加工成型；可以在適當(dāng)溶劑中溶解，加熱可以熔融，易于加工成型；支化高分子支化高分子l 能溶解在某些溶劑中能溶解在某些溶劑中l(wèi) 鏈的支化破壞了分子的規(guī)整性，使其密度、結(jié)晶度、熔點(diǎn)、鏈的支化破壞了分子的規(guī)整性，使其密度、結(jié)晶度、熔點(diǎn)、硬度等都比線型高聚物低。硬度等都比線型高聚物低。l 長(zhǎng)支鏈的存在對(duì)聚合物的物理機(jī)械性能影響不大，但對(duì)其長(zhǎng)支鏈的存在對(duì)聚合物的物理機(jī)械性能影響不大，但對(duì)其溶液的性質(zhì)和熔體的流動(dòng)性影響較大。溶液的性質(zhì)和熔體的流動(dòng)性影響較大。交聯(lián)高分子交聯(lián)高分子l 在任何溶劑中都不能溶解，受熱時(shí)也不熔融。在任何溶劑中

40、都不能溶解，受熱時(shí)也不熔融。l 在交聯(lián)度不太大時(shí)能在溶劑中發(fā)生一定的溶脹。在交聯(lián)度不太大時(shí)能在溶劑中發(fā)生一定的溶脹。l 熱固性塑料具有良好的強(qiáng)度、耐熱性和耐溶劑性。熱固性塑料具有良好的強(qiáng)度、耐熱性和耐溶劑性。l 硫化橡膠為輕度交聯(lián)高分子，具有可逆的高彈性能。硫化橡膠為輕度交聯(lián)高分子，具有可逆的高彈性能。 支化與交聯(lián)影響性能實(shí)例支化與交聯(lián)影響性能實(shí)例HDPE、LDPE和交聯(lián)和交聯(lián)PE的性能和用途比較的性能和用途比較低密度聚乙烯低密度聚乙烯LDPE（高壓聚乙烯）（高壓聚乙烯） 支化破壞了分子的規(guī)整性，使其結(jié)晶度大大降低支化破壞了分子的規(guī)整性，使其結(jié)晶度大大降低高密度聚乙烯高密度聚乙烯HDPE （低

41、壓聚乙烯）（低壓聚乙烯） 線型分子，易于結(jié)晶，故密度、熔點(diǎn)、結(jié)晶度和硬度方面都高于線型分子，易于結(jié)晶，故密度、熔點(diǎn)、結(jié)晶度和硬度方面都高于LDPE。交聯(lián)聚乙烯有形狀記憶效應(yīng)。交聯(lián)聚乙烯有形狀記憶效應(yīng)。瓶、管、棒等瓶、管、棒等（硬性）（硬性）95%1350.950.97低壓聚乙烯低壓聚乙烯薄膜（軟性）薄膜（軟性）6070%1050.910.94高壓聚乙烯高壓聚乙烯 密度密度 熔點(diǎn)熔點(diǎn) 結(jié)晶度結(jié)晶度 用途用途交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)聚乙烯 0.95-1.40 - - 熱縮材料熱縮材料l 對(duì)同一種高分子材料，密度大小表示支化的程度，支鏈化對(duì)同一種高分子材料，密度大小表示支化的程度，支鏈化程度越小，密度越大，材

42、料硬度強(qiáng)度越好，而韌性降低程度越小，密度越大，材料硬度強(qiáng)度越好，而韌性降低聚乙烯密度與性能的關(guān)系聚乙烯密度與性能的關(guān)系對(duì)于高分子材料來(lái)說(shuō)，密度大小表示高分子鏈之間接近的程度，或者說(shuō)密堆的程度對(duì)于高分子材料來(lái)說(shuō)，密度大小表示高分子鏈之間接近的程度，或者說(shuō)密堆的程度鏈段鏈段分子整鏈分子整鏈分子整鏈的運(yùn)動(dòng)如同一條蛇的蠕動(dòng)分子整鏈的運(yùn)動(dòng)如同一條蛇的蠕動(dòng)三、高分子鏈的運(yùn)動(dòng)三、高分子鏈的運(yùn)動(dòng) 但是，沒(méi)有長(zhǎng)鏈就不會(huì)有鏈段，當(dāng)分子量小于某個(gè)臨界值時(shí)就不可能對(duì)分子的但是，沒(méi)有長(zhǎng)鏈就不會(huì)有鏈段，當(dāng)分子量小于某個(gè)臨界值時(shí)就不可能對(duì)分子的構(gòu)象作統(tǒng)計(jì)描述，也就不存在作為獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元的鏈段。構(gòu)象作統(tǒng)計(jì)描述，也就不存在作為

43、獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元的鏈段。 鏈段是高分子特有的，鏈段運(yùn)動(dòng)是高分子區(qū)別于小分子的特殊運(yùn)動(dòng)形式，鏈段是高分子特有的，鏈段運(yùn)動(dòng)是高分子區(qū)別于小分子的特殊運(yùn)動(dòng)形式，鏈段是高分子鏈中能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的最小統(tǒng)計(jì)尺寸單元。鏈段是高分子鏈中能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的最小統(tǒng)計(jì)尺寸單元。 高分子運(yùn)動(dòng)松弛過(guò)程高分子運(yùn)動(dòng)松弛過(guò)程 （Relaxation）l 松弛松弛(relaxation)(relaxation)：也叫：也叫弛豫，弛豫，這個(gè)概念是從宏觀熱力學(xué)理這個(gè)概念是從宏觀熱力學(xué)理論抽象出來(lái)的，定義是：一個(gè)宏觀系統(tǒng)由于受到外界干擾和論抽象出來(lái)的，定義是：一個(gè)宏觀系統(tǒng)由于受到外界干擾和作用，使其偏離熱平衡狀態(tài)，這個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間由非平作

44、用，使其偏離熱平衡狀態(tài)，這個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間由非平衡態(tài)回到新的平衡態(tài)的整個(gè)過(guò)程就稱為松弛。松弛是自然界衡態(tài)回到新的平衡態(tài)的整個(gè)過(guò)程就稱為松弛。松弛是自然界一個(gè)普遍現(xiàn)象，是物質(zhì)響應(yīng)外力作用的一種方式。一個(gè)普遍現(xiàn)象，是物質(zhì)響應(yīng)外力作用的一種方式。l 由于高分子在運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)單元之間的作用力很大，因此高由于高分子在運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)單元之間的作用力很大，因此高分子在外場(chǎng)下，物體以一種平衡狀態(tài)，通過(guò)高分子運(yùn)動(dòng)過(guò)渡分子在外場(chǎng)下，物體以一種平衡狀態(tài)，通過(guò)高分子運(yùn)動(dòng)過(guò)渡到與外場(chǎng)相適應(yīng)的新的平衡態(tài)，這一過(guò)程是慢慢完成的。這到與外場(chǎng)相適應(yīng)的新的平衡態(tài)，這一過(guò)程是慢慢完成的。這個(gè)過(guò)程稱為個(gè)過(guò)程稱為松弛過(guò)程松弛過(guò)程。l

45、本質(zhì)：分子運(yùn)動(dòng)對(duì)時(shí)間的依賴性本質(zhì)：分子運(yùn)動(dòng)對(duì)時(shí)間的依賴性l例如：一根橡皮，用外力將它拉長(zhǎng)了例如：一根橡皮，用外力將它拉長(zhǎng)了L，外力去除后，外力去除后，L不是立刻為零。而是開始不是立刻為零。而是開始縮短很快，然后縮短的速度愈來(lái)愈慢，以縮短很快，然后縮短的速度愈來(lái)愈慢，以致縮短過(guò)程可以持續(xù)幾晝夜，幾星期，并致縮短過(guò)程可以持續(xù)幾晝夜，幾星期，并且只有很精密的儀器才能測(cè)得出。且只有很精密的儀器才能測(cè)得出。texx0l用用 表示某一物體的在表示某一物體的在t時(shí)刻某物理時(shí)刻某物理量量 的數(shù)值的數(shù)值l用用 表示物體在平衡態(tài)時(shí)某物理量的表示物體在平衡態(tài)時(shí)某物理量的數(shù)值數(shù)值 x0 x通式：通式：l上式的物理意義

46、：在外力作用下，物體某上式的物理意義：在外力作用下，物體某物理量的測(cè)量值隨外力作用的時(shí)間的增加物理量的測(cè)量值隨外力作用的時(shí)間的增加而按指數(shù)規(guī)律逐漸減小。而按指數(shù)規(guī)律逐漸減小。l當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) ，l當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) ，l當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 0t0 xx texx0tt texx0松弛時(shí)間松弛時(shí)間 （1） 由上面所講由上面所講可知：可知： 時(shí)，時(shí)，l 松弛時(shí)間就是松弛時(shí)間就是x減少到減少到 時(shí)所需要的時(shí)時(shí)所需要的時(shí)間。間。texx001xe（2） 是一個(gè)表征松弛過(guò)程快慢的物理量是一個(gè)表征松弛過(guò)程快慢的物理量當(dāng)當(dāng) 很小時(shí)：很小時(shí)： 這說(shuō)明松弛過(guò)程進(jìn)行得很快，如：小分子這說(shuō)明松弛過(guò)程進(jìn)行得很快，如：小分子液體的液體

47、的 只有只有 秒。因此，通常以秒。因此，通常以秒為刻度標(biāo)尺時(shí)，無(wú)法觀察到它的松弛過(guò)秒為刻度標(biāo)尺時(shí)，無(wú)法觀察到它的松弛過(guò)程的。程的。 也就是說(shuō)覺(jué)察不到物體以一種平衡態(tài)過(guò)渡也就是說(shuō)覺(jué)察不到物體以一種平衡態(tài)過(guò)渡到另一平衡態(tài)的過(guò)程需要一定的時(shí)間。到另一平衡態(tài)的過(guò)程需要一定的時(shí)間。1081010當(dāng)當(dāng) 很大時(shí)（很大時(shí)（n星期，星期，n年）年） ： 如果觀察時(shí)間如果觀察時(shí)間 （秒、分、時(shí)）很小，（秒、分、時(shí)）很小，則可推出則可推出 ，也不能觀察到松弛過(guò)程。，也不能觀察到松弛過(guò)程。如高分子，由于分子大，分子內(nèi)和分子間如高分子，由于分子大，分子內(nèi)和分子間作用力很強(qiáng)，所以作用力很強(qiáng)，所以 （n星期，星期，n年）很

48、大，年）很大，所以在以秒或分為標(biāo)度的觀察時(shí)間內(nèi)也看所以在以秒或分為標(biāo)度的觀察時(shí)間內(nèi)也看不出松弛過(guò)程的發(fā)生。不出松弛過(guò)程的發(fā)生。 t0 xx l高聚物的高聚物的 不是一單一數(shù)值，運(yùn)動(dòng)單元越不是一單一數(shù)值，運(yùn)動(dòng)單元越大，運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間越長(zhǎng)，則大，運(yùn)動(dòng)所需時(shí)間越長(zhǎng)，則 大，運(yùn)動(dòng)單大，運(yùn)動(dòng)單元越小，則元越小，則 小，所以高聚物的小，所以高聚物的 嚴(yán)格嚴(yán)格地講是一個(gè)分布，稱為地講是一個(gè)分布，稱為“松弛時(shí)間譜松弛時(shí)間譜”l當(dāng)觀察時(shí)間的標(biāo)度與聚合物中某種運(yùn)動(dòng)單當(dāng)觀察時(shí)間的標(biāo)度與聚合物中某種運(yùn)動(dòng)單元（例如鏈段）的元（例如鏈段）的 值相當(dāng)時(shí)，我們才能值相當(dāng)時(shí)，我們才能觀察到這種運(yùn)動(dòng)單元的松弛過(guò)程。觀察到這種運(yùn)動(dòng)單

49、元的松弛過(guò)程。聚合物物理性質(zhì)與溫度有很大關(guān)系，是某一溫度下的聚合物物理性質(zhì)與溫度有很大關(guān)系，是某一溫度下的客觀表現(xiàn)?？陀^表現(xiàn)。四、玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)四、玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)Rubber 在低溫下變硬在低溫下變硬PMMA, T100 C, 變軟變軟為什么有以上情況？為什么有以上情況？l 外界外界溫度改變溫度改變了，使了，使分子運(yùn)動(dòng)的狀況不同分子運(yùn)動(dòng)的狀況不同，因而，因而表現(xiàn)出的宏觀性能也不同，這是表現(xiàn)出的宏觀性能也不同，這是聚合物力學(xué)性能聚合物力學(xué)性能的溫度依賴性的溫度依賴性盡管結(jié)構(gòu)無(wú)變化，但對(duì)于不同溫度，盡管結(jié)構(gòu)無(wú)變化，但對(duì)于不同溫度，分子運(yùn)動(dòng)是分子運(yùn)動(dòng)是不同的不同的，物理性質(zhì)也不同，這

50、是，物理性質(zhì)也不同，這是分子運(yùn)動(dòng)的溫度分子運(yùn)動(dòng)的溫度依賴性。依賴性。玻璃態(tài)玻璃態(tài)形變形變溫度溫度粘流態(tài)粘流態(tài)高彈態(tài)高彈態(tài) 在溫度較低時(shí)，材料為剛性固體狀，與玻璃相似，在外力作用下只會(huì)發(fā)生非常小的形在溫度較低時(shí)，材料為剛性固體狀，與玻璃相似，在外力作用下只會(huì)發(fā)生非常小的形變，此狀態(tài)即為玻璃態(tài)：當(dāng)溫度繼續(xù)升高到一定范圍后，材料的形變明顯地增加，并在隨變，此狀態(tài)即為玻璃態(tài)：當(dāng)溫度繼續(xù)升高到一定范圍后，材料的形變明顯地增加，并在隨后的一定溫度區(qū)間形變相對(duì)穩(wěn)定，此狀態(tài)即為高彈態(tài)；溫度繼續(xù)升高形變量又逐漸增大，后的一定溫度區(qū)間形變相對(duì)穩(wěn)定，此狀態(tài)即為高彈態(tài)；溫度繼續(xù)升高形變量又逐漸增大，材料逐漸變成粘性的

51、流體，此時(shí)形變不可能恢復(fù)，此狀態(tài)即為粘流態(tài)。我們通常把玻璃態(tài)材料逐漸變成粘性的流體，此時(shí)形變不可能恢復(fù)，此狀態(tài)即為粘流態(tài)。我們通常把玻璃態(tài)與高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，稱為玻璃化轉(zhuǎn)變，它所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度即是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，或是與高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，稱為玻璃化轉(zhuǎn)變，它所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度即是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，或是玻璃化溫度。高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，轉(zhuǎn)變溫度稱為粘流溫度。玻璃化溫度。高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，轉(zhuǎn)變溫度稱為粘流溫度。gTfT溫度溫度運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)單元力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)玻璃玻璃態(tài)態(tài)以下以下鍵長(zhǎng)、鍵角、側(cè)基、小鍵長(zhǎng)、鍵角、側(cè)基、小鏈節(jié)等小尺寸運(yùn)動(dòng)單元鏈節(jié)等小尺寸運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)鏈段仍處于凍結(jié)狀鏈段仍處于凍結(jié)狀態(tài)態(tài)受力變

52、形很小，去受力變形很小，去力后立即恢復(fù)（可力后立即恢復(fù)（可逆），虎克型彈性逆），虎克型彈性（普彈性）模量：（普彈性）模量：10101111-10-101212達(dá)因達(dá)因/cm/cm2 2高彈高彈態(tài)態(tài)鏈段運(yùn)動(dòng)鏈段運(yùn)動(dòng)受力變形很大，去受力變形很大，去力后可恢復(fù)（可力后可恢復(fù)（可逆），（高彈性）逆），（高彈性）模量：模量：10106 6-10-108 8達(dá)達(dá)因因/cm/cm2 2粘流粘流態(tài)態(tài)以上以上大分子鏈與大分子鏈之大分子鏈與大分子鏈之間發(fā)生相對(duì)位移間發(fā)生相對(duì)位移流動(dòng)變形不可逆，流動(dòng)變形不可逆，外力除去后變形不外力除去后變形不能恢復(fù)能恢復(fù)gTfgTT fT 常溫下處于玻璃態(tài)的高聚物通常用作塑料常溫下

53、處于玻璃態(tài)的高聚物通常用作塑料 常溫下處于高彈態(tài)的高聚物通常用作橡膠常溫下處于高彈態(tài)的高聚物通常用作橡膠 粘流態(tài)是高聚物成型的最重要的狀態(tài)粘流態(tài)是高聚物成型的最重要的狀態(tài). .無(wú)論哪種類型或品級(jí)的塑料，當(dāng)溫度升高時(shí)無(wú)論哪種類型或品級(jí)的塑料，當(dāng)溫度升高時(shí)都會(huì)趨于變軟，冷卻時(shí)卻又變硬。前者對(duì)于材料都會(huì)趨于變軟，冷卻時(shí)卻又變硬。前者對(duì)于材料的實(shí)際應(yīng)用意義特別重大，而后者對(duì)于加工過(guò)程的實(shí)際應(yīng)用意義特別重大，而后者對(duì)于加工過(guò)程格外重要。格外重要。l Tg是塑料的最高使用溫度，又是橡膠的最低使用溫度。是塑料的最高使用溫度，又是橡膠的最低使用溫度。作為塑料使用的聚合物，當(dāng)溫度升高到發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，作為塑料

54、使用的聚合物，當(dāng)溫度升高到發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，便失去了塑料的性能，已經(jīng)軟化。便失去了塑料的性能，已經(jīng)軟化。作為橡膠使用的材料，當(dāng)溫度降低到發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，作為橡膠使用的材料，當(dāng)溫度降低到發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)，便喪失橡膠的高彈性，變成玻璃態(tài)、硬而脆的材料。便喪失橡膠的高彈性，變成玻璃態(tài)、硬而脆的材料。l 塑料的塑料的Tg在室溫以上，橡膠的在室溫以上，橡膠的Tg在室溫以下在室溫以下 。例如聚氯乙烯為例如聚氯乙烯為78，聚苯乙烯為，聚苯乙烯為100，聚甲基丙烯酸甲，聚甲基丙烯酸甲酯為酯為105。因而在室溫下均可制成塑料制品。因而在室溫下均可制成塑料制品。例如天然橡膠為例如天然橡膠為-73，聚異丁烯橡膠為

55、，聚異丁烯橡膠為-70，聚丁二烯，聚丁二烯合成橡膠為合成橡膠為-85，由于，由于Tg很低，所以即使在嚴(yán)寒的冬天也很低，所以即使在嚴(yán)寒的冬天也不會(huì)失去彈性。不會(huì)失去彈性。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg的工藝意義五、高分子材料的高彈性與粘彈性五、高分子材料的高彈性與粘彈性l 高彈性和粘彈性是高分子材料最具特色的性質(zhì)。高彈性和粘彈性是高分子材料最具特色的性質(zhì)。l 迄今為止，所有材料中只有高分子材料具有高彈性。迄今為止，所有材料中只有高分子材料具有高彈性。l 處于高彈態(tài)的橡膠類材料在小外力下就能發(fā)生處于高彈態(tài)的橡膠類材料在小外力下就能發(fā)生100-100-1000%1000%的大變形，而且形變可逆，這種寶貴性質(zhì)使橡

56、的大變形，而且形變可逆，這種寶貴性質(zhì)使橡膠材料成為國(guó)防和民用工業(yè)的重要戰(zhàn)略物資。膠材料成為國(guó)防和民用工業(yè)的重要戰(zhàn)略物資。Rubber productsl一種高聚物，是塑料還是橡膠，常?？梢砸环N高聚物，是塑料還是橡膠，常常可以由溫度來(lái)決定由溫度來(lái)決定l橡膠在室溫就呈現(xiàn)高彈性橡膠在室溫就呈現(xiàn)高彈性l在室溫是塑料的高聚物在溫度高于玻璃化在室溫是塑料的高聚物在溫度高于玻璃化溫度時(shí)出現(xiàn)類似橡膠的高彈性溫度時(shí)出現(xiàn)類似橡膠的高彈性1.聚合物的高彈性聚合物的高彈性l高彈態(tài)高彈態(tài)高聚物在其玻璃化溫度以上具有高聚物在其玻璃化溫度以上具有的獨(dú)特的力學(xué)狀態(tài)的獨(dú)特的力學(xué)狀態(tài)（橡膠、塑料、生物高分子在橡膠、塑料、生物高分

57、子在T Tg g- -T Tf f間都可表現(xiàn)出一定的高彈性）間都可表現(xiàn)出一定的高彈性）l高彈性高彈性高聚物在高彈態(tài)呈現(xiàn)的力學(xué)性能高聚物在高彈態(tài)呈現(xiàn)的力學(xué)性能高彈性是極其特殊的高彈性是極其特殊的l 與固體的相似之處：有穩(wěn)定的尺寸，在小形變時(shí)，與固體的相似之處：有穩(wěn)定的尺寸，在小形變時(shí)，其彈性響應(yīng)符合虎克定律，像個(gè)固體；其彈性響應(yīng)符合虎克定律，像個(gè)固體；l 與液體的相似之處：熱膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)與液體的相似之處：熱膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)與液體有相同的數(shù)量級(jí)，表明在高彈態(tài)時(shí)高分子與液體有相同的數(shù)量級(jí)，表明在高彈態(tài)時(shí)高分子間相互作用與液體有相同的數(shù)量級(jí)；間相互作用與液體有相同的數(shù)量級(jí)；l 與氣體的

58、相似之處：在高彈態(tài)時(shí)，導(dǎo)致形變的應(yīng)與氣體的相似之處：在高彈態(tài)時(shí)，導(dǎo)致形變的應(yīng)力隨溫度增加而增加，與氣體的壓強(qiáng)隨溫度升高力隨溫度增加而增加，與氣體的壓強(qiáng)隨溫度升高而增加有相似性。而增加有相似性。高彈性的特點(diǎn)l 可逆彈性形變大，最高可達(dá)可逆彈性形變大，最高可達(dá)1000%，即拉長(zhǎng)，即拉長(zhǎng)10倍倍之多；而一般金屬材料的彈性形變不超過(guò)之多；而一般金屬材料的彈性形變不超過(guò)1%。l 高彈模量小，約為高彈模量小，約為105牛頓牛頓/米米2；而一般金屬的彈；而一般金屬的彈性模量可達(dá)性模量可達(dá)1010-11牛頓牛頓/米米2 。l 高彈模量隨溫度升高而正比地增加；相反，金屬高彈模量隨溫度升高而正比地增加；相反，金屬

59、材料的彈性模量隨溫度增加而減小。材料的彈性模量隨溫度增加而減小。l 在快速拉伸時(shí)，高彈材料的溫度升高；而金屬材在快速拉伸時(shí)，高彈材料的溫度升高；而金屬材料則相反。料則相反。 橡膠：拉伸放熱 回縮吸熱橡膠彈性是由熵變引起的，在外力作用下，橡橡膠彈性是由熵變引起的，在外力作用下，橡膠分子鏈由卷曲狀態(tài)變?yōu)樯煺範(fàn)顟B(tài)，這相當(dāng)于統(tǒng)膠分子鏈由卷曲狀態(tài)變?yōu)樯煺範(fàn)顟B(tài)，這相當(dāng)于統(tǒng)計(jì)構(gòu)象減少，從而表現(xiàn)為體系熵值降低。這種熵計(jì)構(gòu)象減少，從而表現(xiàn)為體系熵值降低。這種熵變將導(dǎo)致體系產(chǎn)生一個(gè)促使大分子力圖回到卷曲變將導(dǎo)致體系產(chǎn)生一個(gè)促使大分子力圖回到卷曲狀態(tài)的力。當(dāng)外力移去后，分子鏈自發(fā)地趨向熵狀態(tài)的力。當(dāng)外力移去后，分子

60、鏈自發(fā)地趨向熵增大的狀態(tài)，分子鏈由伸展再回復(fù)卷曲狀態(tài)，因增大的狀態(tài)，分子鏈由伸展再回復(fù)卷曲狀態(tài)，因而形變可逆。而形變可逆。 氣體彈性的本質(zhì)也是熵彈性。氣體彈性的本質(zhì)也是熵彈性。PB cross-linked天然橡膠和合成橡膠（化學(xué)交聯(lián)，硫化）熱塑彈性體（物理交聯(lián)）交聯(lián)橡膠有高彈性，而未交聯(lián)橡膠，分子位移，發(fā)生永久形變必須硫化。 具有橡膠彈性的條件：具有橡膠彈性的條件：長(zhǎng)鏈長(zhǎng)鏈 交聯(lián)交聯(lián)足夠柔性足夠柔性l如果把橡膠的薄片拉長(zhǎng)，把它貼在嘴唇或面頰上，就會(huì)感覺(jué)到薄片會(huì)發(fā)熱。l另外，由于拉伸可能誘導(dǎo)結(jié)晶，也會(huì)放熱。在橡膠下懸一砝碼，升溫時(shí)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象?溫度升高，彈簧要回縮。溫度升高，彈簧要回縮。l為