第五章 高分子材料

材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus第五章高分子材料材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus主要內(nèi)容

高分子的基本概念

高分子的合成與制備

高分子的結(jié)構(gòu)與性能

幾種常見高分子材料

高分子材料的應(yīng)用及發(fā)展趨勢第五章高分子材料材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus多種多樣的高分子材料材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子材料材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高比強(qiáng)度的降落傘繩索防彈衣材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子材料的現(xiàn)狀2006年，世界合成高分子材料的年總產(chǎn)量已達(dá)到2.4億噸。其中：

塑料：1.8億噸，

合成橡膠：0.12億噸，

合成纖維：0.3億噸。世界產(chǎn)量(億噸)我國產(chǎn)量(億噸)鋼124.19水泥2512.5石油36.21.84樹脂2.40.25材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子材料發(fā)展簡史(1)天然高分子的利用-天然高分子改性

天然橡膠硫化（1839年）Goodyear美國

硝化纖維賽璐珞（1868年）Hyatt美國硝化纖維、樟腦、乙醇合成塑料

粘膠纖維（1893-1898年）材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子材料發(fā)展簡史(2)合成高分子20世紀(jì)初－酚醛樹酯－美國人貝克蘭用苯酚與甲醛反應(yīng)1920年－德國人施陶丁格(Staudinger))提出高分子概念，32年出版了劃時(shí)代的巨著《論聚合》，30年代、40年代－飛速發(fā)展,美國杜邦公司合成出尼龍,德國合成出橡膠、聚乙烯、聚丙烯、英國合成出聚酯纖維。70年代－特種性能的高分子材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子材料發(fā)展簡史(3)創(chuàng)立高分子化學(xué)的施陶丁格HermannStaudinger1881-1965TheNobelPrizeinChemistry1953“forhisdiscoveriesinthefieldofmacromolecularchemistry”G.Natta

K.Zieglar

HermannStaudinger

材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子溶液理論的創(chuàng)立者P.Flory1910-1985TheNPinChemistry1974美國高分子物理化學(xué)家弗洛里(PaulJ.Flory)由于在高分子科學(xué)領(lǐng)域，尤其在高分子物理性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的研究方面取得巨大成就，1974年榮獲瑞典皇家科學(xué)院授予的nobel化學(xué)獎。

材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子材料發(fā)展簡史(4)2000年化學(xué)獎授予了黑格(A.J.Heeger，美國)、馬克迪爾米德(A.G.MacDiarmid，美國)和白川英樹(H.ShiraKawa，日本)三人，他們發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)電聚合物。A.J.Heeger(美國)A.G.Macdiarmid(美國)H.ShiraKawa(日本)材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus什么是高分子？高分子的的定義：有結(jié)構(gòu)單元通過共價(jià)鍵的形式通過聚合反應(yīng)重復(fù)連接而成的鏈狀化合物，高分子也稱聚合物或是高聚物，英文都是polymer。大分子的定義：(macromolecule)分子量很大的化合物。(注意兩者的區(qū)別)高分子大分子有機(jī)物材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子的特點(diǎn)

組成：主要由C、H、O組成(無機(jī)高分子，如玻璃)

分子量多分散性，只有一定的范圍，是分子量不等的同系物的混合物；分子量很大（104-107，甚至更大）

沒有固定熔點(diǎn)，只有一段寬的溫度范圍；

沒有沸點(diǎn)和固定的熔點(diǎn)，分子間力很大，加熱到200oC-300oC以上，材料破壞（降解或交聯(lián)）。

鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)

柔性分子鏈大部分高分子的主鏈具有一定的內(nèi)旋轉(zhuǎn)自由度。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus由于這一突出特點(diǎn)，聚合物顯示出了特有的性能，表現(xiàn)為“三高一低一消失”。既是：高分子量高彈性高黏度、結(jié)晶度低、無氣態(tài)。因此這些特點(diǎn)也賦予了高分子材料（如復(fù)合材料、橡膠等）高強(qiáng)度、高韌性、高彈性等特點(diǎn)。

材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子的單體：

通過聚合反應(yīng)能制備高分子化合物的物質(zhì)稱做單體。例如：乙烯是單體，能聚合生成聚乙烯。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子材料分類按材料來源分類天然高分子合成高分子按化學(xué)組成分類元素有機(jī)高分子碳鏈高分子雜鏈高分子無機(jī)高分子材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus按材料性能和用途分類塑料橡膠纖維涂料粘合劑功能高分子材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子材料塑料、橡膠、纖維，稱為三大合成材料

塑料主要品種有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯(四大通用塑料)等

合成橡膠主要用途為制造輪胎，約占60%

合成纖維主要品種有：滌綸（PET）、尼龍、聚丙烯腈、聚丙烯等;材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus合成橡膠通用合成橡膠——丁苯、丁基、氯丁、丁腈橡膠等特種合成橡膠——丁丙橡膠、異戊橡膠、聚硫橡膠、硅橡膠、氟橡膠、聚氨酯橡膠、氯磺化聚乙烯橡膠、丙烯酸橡膠、氯醇橡膠等。主要用途——制造輪胎（約占60%），密封件、減震零件、耐油膠管、油箱。人造血管、人造瓣膜和人造心臟人工心肺機(jī)、人造腎臟、輸血導(dǎo)管等。第一節(jié)概述

橡膠是一種高分子彈性體，在外力作用下能發(fā)生較大的形變，當(dāng)外力解除后，又能迅速恢復(fù)其原來形狀。含義合成橡膠材料與化學(xué)化工學(xué)院一、橡膠的類型按來源分類天然橡膠天然橡膠樹、蟲膠、琥珀等合成橡膠由單體合成或天然高聚物改性獲得第一節(jié)概述材料與化學(xué)化工學(xué)院一、橡膠的類型是從天然植物中采集出來的一種高彈性材料，經(jīng)采集、凝聚、洗滌、干燥等過程即得。

制造各種輪胎以及工業(yè)橡膠制品，如膠管、膠帶和工業(yè)用橡膠雜品；日常生活用品如膠鞋、雨衣以及醫(yī)療衛(wèi)生用品等。

天然橡膠第一節(jié)概述一、橡膠的類型天然橡膠牛筋底，網(wǎng)狀填充給鞋幫提供最大限度的透氣性

天然橡膠手套(棉/腈內(nèi)襯)第一節(jié)概述一、橡膠的類型按用途分類日常用品輪胎、膠帶、膠管、膠鞋等工業(yè)制品如膠輥、膠布、膠板、油封等第一節(jié)概述一、橡膠的類型合成橡膠分類通用合成橡膠丁苯橡膠、順丁橡膠、丁基橡膠等特種合成橡膠丁腈橡膠、硅橡膠、氟橡膠等第一節(jié)概述一、橡膠的類型

人們常用的合成橡膠有丁苯橡膠，順丁橡膠和氯丁橡膠等。合成橡膠與天然橡膠相比，具有高彈性，絕緣性、耐油和耐高溫等性能，因而廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、國防、交通及日常生活中。第一節(jié)概述一、橡膠的類型輪胎制品第一節(jié)概述一、橡膠的類型工業(yè)制品第一節(jié)概述二、橡膠的特性玻璃化溫度低具有高彈性幾種主要橡膠的玻璃化溫度及使用溫度范圍第一節(jié)概述加入惰性填料、增強(qiáng)填料等。使線型橡膠分子交聯(lián)形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

制品強(qiáng)度很低、彈性小、遇冷變硬、遇熱變軟、遇溶劑溶解等，無使用價(jià)值。三、橡膠的硫化與增強(qiáng)硫化目的增強(qiáng)方法硫化實(shí)質(zhì)第一節(jié)概述四、合成橡膠的生產(chǎn)過程第一節(jié)概述

第二節(jié)丁苯橡膠SBR丁苯橡膠：

由1，3-丁二烯與苯乙烯共聚而得的高聚物，簡稱SBR，是一種產(chǎn)量和消耗量最大的通用橡膠。概述第二節(jié)丁苯橡膠溶液聚合乳液聚合工業(yè)生產(chǎn)方法膠炭黑母橡膠低溫充油丁苯橡低溫丁苯橡膠低溫充油丁苯橡膠高溫丁苯橡膠黑母橡膠低溫丁苯橡膠炭高苯乙烯丁苯橡膠液體丁苯橡膠羧基丁苯橡膠醇烯溶聚丁苯橡膠丁苯橡膠烷基鋰溶聚丁苯橡膠高反式聚1，4-丁苯橡膠錫偶聯(lián)溶聚廣泛應(yīng)用低溫丁苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝第二節(jié)丁苯橡膠一、主要原料1,3-丁二烯

CH2＝CH－CH＝CH21苯乙烯

CH2＝CH－2最簡單的共軛雙烯烴。在常溫、常壓下為無色氣體，性質(zhì)活潑，容易發(fā)生自聚反應(yīng)，在貯存、運(yùn)輸過程中要加入叔丁鄰苯二酚阻聚劑。無色或微黃色易燃液體，化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，能進(jìn)行均聚合，也能與其他單體如丁二烯、丙烯腈等發(fā)生共聚合反應(yīng)。低溫丁苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝第二節(jié)丁苯橡膠二、生產(chǎn)原理與工藝聚合原理------自由基共聚合1生產(chǎn)工藝-----典型配方2原料及輔助材料配方I配方II單體丁二烯7072苯乙烯3028相對分子質(zhì)量調(diào)節(jié)劑叔十烷基硫醇0.200.16介質(zhì)水200195乳化劑歧化松香酸鋼4.54.62烷基芳基磺酸鈉0.15－引發(fā)劑體系過氧化物過氧化氫對孟烷0.080.06-0.12活化劑還原劑硫酸亞鐵0.050.01雕白粉0.150.04-0.10螯合劑EDTA0.0350.01-0.025緩沖劑磷酸鈉0.080.24-0.45反應(yīng)條件聚合溫度55轉(zhuǎn)化率，%6060聚合時(shí)間，h7-127-10低溫丁苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝第二節(jié)丁苯橡膠二、生產(chǎn)原理與工藝生產(chǎn)工藝-----聚合條件3單體純度：＞99%引發(fā)劑：氧化-還原引發(fā)體系乳化劑：脂肪酸皂或歧化松香酸皂分子量調(diào)節(jié)劑：十二烷基硫醇聚合溫度:5℃或更低防老劑：對苯二酚填充油：液態(tài)烴（芳烴、環(huán)烷烴）防老劑：胺類防老劑轉(zhuǎn)化率：60%～70%，聚合時(shí)間：控制在7～12h低溫丁苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝第二節(jié)丁苯橡膠二、生產(chǎn)原理與工藝工藝流程----原料準(zhǔn)備、聚合過程、單體回收、分離、后處理等。4低溫丁苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝第二節(jié)丁苯橡膠二、生產(chǎn)原理與工藝流程說明5聚合系統(tǒng)：8～12臺聚合釜串聯(lián)攪拌形式：框式干燥：雙層履帶式傳熱：在聚合釜內(nèi)安裝垂直管式氨蒸發(fā)器反應(yīng)終點(diǎn)：根據(jù)門尼粘度和單體轉(zhuǎn)化率來控制

轉(zhuǎn)化率：根據(jù)取樣測定固體含量來計(jì)算。門尼粘度：根據(jù)產(chǎn)品指標(biāo)要求實(shí)際取樣測定來確定氨氣液氨聚合釜TRCA蓄集器管道低溫丁苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝第二節(jié)丁苯橡膠二、生產(chǎn)原理與工藝單體回收注意問題6產(chǎn)生泡沫加入硅油或聚乙二醇等消泡劑定期清洗粘附在器壁上聚合物；設(shè)置兩個(gè)脫苯乙烯塔切換使用采用藥劑處理或加入亞硝酸鈉、碘、硝酸等抑制劑產(chǎn)生凝集物產(chǎn)生爆聚物低溫丁苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝第二節(jié)丁苯橡膠三、丁苯橡膠的結(jié)構(gòu)、性能及用途丁苯橡膠的結(jié)構(gòu)丁苯橡膠類型宏觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)支化凝膠MnHIPS，%順式反式乙烯基低溫乳液聚合丁苯橡膠高溫乳液聚合丁苯橡膠中等大量少量多1000001000004-67.523.523.49.516.65546.31213.7典型丁苯橡膠的結(jié)構(gòu)特征是一種不飽和烯烴高聚物，其玻璃化溫度取決于苯乙烯均聚物的含量。低溫丁苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝第二節(jié)丁苯橡膠三、丁苯橡膠的結(jié)構(gòu)、性能及用途丁苯橡膠的性能性能優(yōu)點(diǎn)膠料不易燒焦和過硫；高溫耐磨性好，適用于乘用胎；加工過程中不易過煉，可塑度均勻，硫化橡膠硬度變化??；充油橡膠的加工性能好；容易與其他橡膠并。缺點(diǎn)

強(qiáng)度低，需加高活性補(bǔ)強(qiáng)劑；加配合劑難度大；滯后損失大，生熱高，彈性低，耐寒性也稍差，但充油后可以降低生熱；熱撕裂性能差。六大丁苯橡膠系列低溫丁苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝第二節(jié)丁苯橡膠三、丁苯橡膠的結(jié)構(gòu)、性能及用途丁苯橡膠的用途11000系列（高溫乳聚丁苯膠）1100系列（高溫乳聚丁苯膠炭黑母煉膠）231500系列（低溫乳聚丁苯膠）1600系列（低溫乳聚丁苯膠炭黑母煉膠）451700系列（低溫乳聚充油丁苯膠）1800系列（低溫乳聚丁苯膠炭黑母煉膠）6低溫丁苯橡膠乳液聚合的生產(chǎn)工藝第二節(jié)丁苯橡膠三、丁苯橡膠的結(jié)構(gòu)、性能及用途丁苯橡膠的用途汽車零件電線和電纜包皮膠管和膠鞋輪胎行業(yè)材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus塑料

性能：堅(jiān)硬、韌性、耐磨、耐熱水及蒸氣，加工時(shí)尺寸穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性好塑料——聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等(四大通用樹脂)

通用工程塑料——聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酯、改性聚苯醚等。高性能工程塑料——聚芳醚、聚芳砜、聚芳酯、聚芳雜環(huán)類、聚芳酰胺、聚對二甲苯、含氟材料等。建筑塑料塑料的組成塑料的主要特點(diǎn)常用建筑塑料常用建筑塑料制品塑料的基本組成組成含量主要作用合成樹脂30～60％起膠粘劑作用填料40～70％可提高塑料的強(qiáng)度、硬度、耐熱性、耐老化性、抗沖擊性等增塑劑提高塑料加工時(shí)的可塑性、流動性，以及塑料制品的彈性和柔軟性固化劑用于熱固性樹脂中著色劑染料、顏料使塑料制品具有鮮艷的色彩和光澤其他助劑改善和調(diào)節(jié)塑料的其他性能塑料的主要特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)輕質(zhì)高強(qiáng)加工性能好導(dǎo)熱系數(shù)小，絕熱性好裝飾性優(yōu)異多功能經(jīng)濟(jì)缺點(diǎn)耐熱性差、易燃易老化熱膨脹性大剛度小常用建筑塑料名稱代號主要特性主要用途聚乙烯PE若軟性好，耐低溫性能好，加工性能好；剛度差，耐熱性能差，耐老化性能差。防水材料、給排水管、絕緣材料聚氯乙稀PVC耐化學(xué)腐蝕和電絕緣性能優(yōu)良，難燃；但耐熱性能較差，高溫時(shí)易降解是建筑中應(yīng)用最多的塑料聚苯乙烯PS電絕緣性能好，耐輻射，加工性好；但脆性大，耐沖擊和耐熱性能差。主要以泡沫塑料的形式作為隔熱材料聚丙烯PP管材、衛(wèi)生潔具、模板等ABS塑料建筑五金、各種管材、模板、異型管酚醛樹脂PF電絕緣性能和力學(xué)性能良好。堅(jiān)固耐用、尺寸穩(wěn)定、不易變形生產(chǎn)各種層壓板、玻璃鋼制品、涂料常用建筑塑料制品玻璃鋼（GRP）：以玻璃纖維為增強(qiáng)材料，以合成樹脂為基體，經(jīng)成型、固化而成的固體材料。玻璃鋼制品具有良好透光性和裝飾性，且強(qiáng)度高，重量輕，具有良好耐化學(xué)腐蝕性能和電絕緣性能，加之成型工藝簡單靈活，在建筑衛(wèi)生潔具上被廣泛使用。水暖工程材料給排水管、各種管件；衛(wèi)生潔具防水工程材料防水卷材、防水涂料、密封材料、止水帶隔熱材料泡沫塑料、現(xiàn)場發(fā)泡的泡沫塑料裝飾材料塑料地板、地毯、壁紙、建筑涂料、塑料門窗、塑料吊頂、塑料隔斷等玻璃鋼玻璃鋼：FRP(FiberReinforcedPlastics)纖維強(qiáng)化塑料以玻璃纖維或其制品作增強(qiáng)材料的增強(qiáng)塑料，稱謂為玻璃纖維增強(qiáng)塑料，或稱謂玻璃鋼。一般指用玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂基體。由于所使用的樹脂品種不同，因此有聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼之稱。玻璃鋼板優(yōu)點(diǎn)(1)輕質(zhì)高強(qiáng)相對密度在1.5~2.0之間，只有碳鋼的1/4~1/5，可是拉伸強(qiáng)度卻接近，甚至超過碳素鋼，而比強(qiáng)度可以與高級合金鋼相比。因此，在航空、火箭、宇宙飛行器、高壓容器以及在其他需要減輕自重的制品應(yīng)用中，都具有卓越成效。某些環(huán)氧FRP的拉伸、彎曲和壓縮強(qiáng)度均能達(dá)到400Mpa以上。部分材料的密度、強(qiáng)度和比強(qiáng)度見表1-1。(2)耐腐蝕性能好FRP是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。已應(yīng)用到化工防腐的各個(gè)方面，正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。玻璃鋼板優(yōu)點(diǎn)(3)電性能好是優(yōu)良的絕緣材料，用來制造絕緣體。高頻下仍能保護(hù)良好介電性。微波透過性良好，已廣泛用于雷達(dá)天線罩。(4)熱性能良好FRP熱導(dǎo)率低，室溫下為1.25~1.67kJ/（m·h·K），只有金屬的1/100~1/1000，是優(yōu)良的絕熱材料。在瞬時(shí)超高溫情況下，是理想的熱防護(hù)和耐燒蝕材料，能保護(hù)宇宙飛行器在2000℃以上承受高速氣流的沖刷。玻璃鋼板優(yōu)點(diǎn)(5)可設(shè)計(jì)性好①可以根據(jù)需要，靈活地設(shè)計(jì)出各種結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，來滿足使用要求，可以使產(chǎn)品有很好的整體性。②可以充分選擇材料來滿足產(chǎn)品的性能，如：可以設(shè)計(jì)出耐腐的，耐瞬時(shí)高溫的、產(chǎn)品某方向上有特別高強(qiáng)度的、介電性好的，等等。(6)工藝性優(yōu)良①可以根據(jù)產(chǎn)品的形狀、技術(shù)要求、用途及數(shù)量來靈活地選擇成型工藝。②工藝簡單，可以一次成型，經(jīng)濟(jì)效果突出，尤其對形狀復(fù)雜、不易成型的數(shù)量少的產(chǎn)品，更突出它的工藝優(yōu)越性。玻璃鋼板缺點(diǎn)(1)彈性模量低FRP的彈性模量比木材大兩倍，但比鋼（E=2.1×106）小10倍，因此在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中常感到剛性不足，容易變形?？梢宰龀杀そY(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)，也可通過高模量纖維或者做加強(qiáng)筋等形式來彌補(bǔ)。(2)長期耐溫性差一般FRP不能在高溫下長期使用，通用聚酯FRP在50℃以上強(qiáng)度就明顯下降，一般只在100℃以下使用；通用型環(huán)氧FRP在60℃以上，強(qiáng)度有明顯下降。但可以選擇耐高溫樹脂，使長期工作溫度在200~300℃是可能的。(3)老化現(xiàn)象老化現(xiàn)象是塑料的共同缺陷，F(xiàn)RP也不例外，在紫外線、風(fēng)沙雨雪、化學(xué)介質(zhì)、機(jī)械應(yīng)力等作用下容易導(dǎo)致性能下降。玻璃鋼板缺點(diǎn)（4)層間剪切強(qiáng)度低層間剪切強(qiáng)度是靠樹脂來承擔(dān)的，所以很低?？梢酝ㄟ^選擇工藝、使用偶聯(lián)劑等方法來提高層間粘結(jié)力，最主要的是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避免使層間受剪。建筑塑料制品實(shí)例聚乙烯（PE）（1）基本特性：產(chǎn)量最大；無毒、無味，呈白色或乳白色；結(jié)晶型塑料；吸水性極小，介電性能好。因此，聚乙烯是最理想的高頻電絕緣材料。（2）主要用途：塑料管、塑料板、塑料繩、齒輪、軸承等；包裝用的塑料薄膜、軟管、塑料瓶以及電氣工業(yè)的絕緣零件和電線電纜外皮等。（3）成型特點(diǎn)：成形收縮率范圍及收縮值大，方向性明顯，容易變形、翹曲。流動性好且對壓力變化敏感，宜用高壓注射；模具應(yīng)設(shè)有冷卻系統(tǒng)；質(zhì)軟易脫模，塑件有淺的側(cè)向凸凹時(shí)可強(qiáng)行脫模。聚乙烯的種類（1）LDPE：低密度聚乙烯、高壓聚乙烯（2）LLDPE：線形低密度聚乙烯（3）MDPE：中密度聚乙烯、雙峰樹脂（4）HDPE：高密度聚乙烯、低壓聚乙烯（5）UHMWPE：超高分子量聚乙烯。分子量達(dá)到3，000，000-6，000，000的線性聚乙烯稱為超高分子量聚乙烯(UHMWPE)。超高分子量聚乙烯的強(qiáng)度非常高，可以用來做防彈衣。（6）改性聚乙烯：CPE、交聯(lián)聚乙烯（PEX）（7）乙烯共聚物：乙烯-丙烯共聚物（塑料）、EVA、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其它烯烴（如辛烯POE、環(huán)烯烴）的共聚物、乙烯-不飽和酯共聚物（EAA、EMAA、EEA、EMA、EMMA、EMAH）聚乙烯（PE）主要制備方法（1）液相法：1）溶液法2）淤漿法

（2）氣相法：物料在反應(yīng)器中的相態(tài)類型。我國主要采用齊格勒催化劑的淤漿法。條件與過程描述：純度99%以上的乙烯在催化劑四氯化鈦和一氯二乙基鋁存在下，在壓力0.1-0.5MPa和溫度65-75℃的汽油中聚合得到HDPE的淤漿。經(jīng)醇解破壞殘余的催化劑、中和、水洗，并回收汽油和未聚合的乙烯，經(jīng)干燥、造粒得到產(chǎn)品。聚乙烯（PE）的成型特性1.結(jié)晶料,吸濕小,不須充分干燥,流動性極好流動性對壓力敏感,成型時(shí)宜用高壓注射,料溫均勻,填充速度快,保壓充分.不宜用直接澆口,以防收縮不均,內(nèi)應(yīng)力增大.注意選擇澆口位置,防止產(chǎn)生縮孔和變形.2.收縮范圍和收縮值大,方向性明顯,易變形翹曲.冷卻速度宜慢,模具設(shè)冷料穴,并有冷卻系統(tǒng).3.加熱時(shí)間不宜過長,否則會發(fā)生分解.4.軟質(zhì)塑件有較淺的側(cè)凹槽時(shí),可強(qiáng)行脫模.5.可能發(fā)生融體破裂,不宜與有機(jī)溶劑接觸,以防開裂。各類聚乙烯產(chǎn)品用途

1.高壓聚乙烯：一半以上用于薄膜制品，其次是管材、注射成型制品、電線包裹層等。低密度聚乙烯總產(chǎn)量的一半以上經(jīng)吹塑制成薄膜,這種薄膜有良好的透明性和一定的抗拉強(qiáng)度,廣泛用作各種食品、衣物、醫(yī)藥、化肥、工業(yè)品的包裝材料以及農(nóng)用薄膜。也可用擠出法加工成復(fù)合薄膜用于包裝重物。2.中低、壓聚乙烯：以注射成型制品及中空制品為主。高密度聚乙烯強(qiáng)度較高，適宜作中空制品?？捎么邓芊ㄖ瞥善?、桶、罐、槽等容器，或用澆鑄法制成槽車罐和貯罐等大型容器。各類聚乙烯產(chǎn)品用途

3.超高壓聚乙烯：由于超高分子聚乙烯優(yōu)異的綜合性能，可作為工程塑料使用。擠出法可生產(chǎn)聚乙烯管材，高密度聚乙烯管強(qiáng)度較高，適于地下鋪設(shè)。擠出的板材可進(jìn)行二次加工。也可用發(fā)泡擠出和發(fā)泡注射法將高密度聚乙烯制成低泡沫塑料，作臺板和建筑材料。低密度聚乙烯薄膜（LDPE）低密度聚乙烯薄膜一般采用吹塑和流延兩種工藝制成。流延聚乙烯薄膜的厚度均勻，但由于價(jià)格較高，目前很少使用。吹塑聚乙烯薄膜是由吹塑級PE顆粒經(jīng)吹塑機(jī)吹制而成的，成本較低，所以應(yīng)用最為廣泛。低密度聚乙烯薄膜是一種半透明、有光澤、質(zhì)地較柔軟的薄膜，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、熱封性、耐水性和防潮性，耐冷凍，可水煮。其主要缺點(diǎn)是對氧氣的阻隔性較差，常用于復(fù)合軟包裝材料的內(nèi)層薄膜，而且也是目前應(yīng)用最廣泛、用量最大的一種塑料包裝薄膜，約占塑料包裝薄膜耗用量的40%以上。由于聚乙烯分子中不含極性基團(tuán)，且結(jié)晶度高，表面自由能低，因此，該薄膜的印刷性能較差，對油墨和膠黏劑的附著力差，所以在印刷和復(fù)合前需要進(jìn)行表面處理。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus合成纖維合成纖維－以煤、石油、天然氣、水、空氣、食鹽、石灰石等為原料，經(jīng)化學(xué)處理制成的人工纖維。主要品種－滌綸（PET）、綿綸（聚酰胺）、腈綸（聚丙烯腈）、丙綸（聚丙烯）維綸（聚乙烯醇）和氯綸（聚氯乙烯）等六種，其中前三種產(chǎn)量最大，占整個(gè)合成纖維產(chǎn)量的90％。

合成纖維一、成纖高分子物條件二、紡絲方法三、常用合成纖維四、特種纖維合成纖維

合成纖維是指以簡單化合物為原料,通過聚合或縮聚反應(yīng)制成成纖高分子物，再通過紡絲和后處理加工制成纖維。一、成纖高分子物條件具備一定的分子量具備一定的分子結(jié)構(gòu)(線形或支化度很低)超分子結(jié)構(gòu)具有取向并部分結(jié)晶具有一定的耐熱性具有一定的機(jī)械物理性能具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性具有一定的染色性合成纖維的優(yōu)缺點(diǎn)第七章優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、彈性好、耐穿耐用、光澤好、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、耐霉腐、耐蟲蛀缺點(diǎn)：吸濕性差、耐熱性差、導(dǎo)電性差、防污性差、易起毛起球、不易染色、臘狀手感二、紡絲方法第七章

合成纖維的紡絲方法，目前大致可分為以下三種：分類紡絲液制備凝固方法應(yīng)用舉例濕法紡絲溶于水或水溶液凝固浴凝固成型維綸、腈綸干法紡絲溶于非水溶劑蒸發(fā)溶劑凝固成型醋酸纖維熔融法紡絲加熱熔融冷卻凝固成型錦綸、滌綸、丙綸

新方法：復(fù)合紡絲法、拉裂法、切割法等。1．熔融紡絲法紡絲液是熔體，紡出的絲在空氣中固化。熔融紡絲的紡絲速度高，目前一般的紡絲速度為1000~2000m/min，采用高速紡絲時(shí)，可達(dá)3000~6000m/min或更高。熔融紡絲加工成本低，但噴絲板孔數(shù)少，絲的截面多為圓形。滌綸、錦綸、丙綸等均采用此法熔融紡絲工藝流程

紡絲

溶液紡絲法的紡絲液是溶解的高聚物溶液，紡出的絲的固化方式分為濕法與干法兩種。2．濕法紡絲濕法紡絲紡出的絲在溶液中固化這種方法紡絲速度低，一般速度為18~380m/min。濕法紡絲加工成本高且對環(huán)境污染較嚴(yán)重，紡出絲的截面多為非圓形，有皮芯結(jié)構(gòu)。腈綸、維綸、氯綸、粘膠纖維多采用此法。

濕法紡絲工藝流程

3．干法紡絲干法紡絲紡出的絲在空氣中固化這種方法目前一般的紡絲速度為200~500m/min，高者可達(dá)1000~1500m/min。干法紡絲溶劑揮發(fā)易污染環(huán)境，成本高，但絲的質(zhì)量好，此法多用于制作長絲。干法紡絲工藝流程

干法紡絲三、常用合成纖維按纖維結(jié)構(gòu)分為：

滌綸、腈綸、錦綸、芳綸、維綸、氨綸、丙綸

按纖維長短分為：

a.棉型

短纖維：b.毛型

c.中長纖維（仿毛、仿麻）長絲：

a.單絲→加工→彈力絲：高彈絲

b.復(fù)絲低彈絲四、特種纖維1、復(fù)合纖維兩種或兩種以上成纖高分子物的熔體分別輸入同一噴絲頭，在噴絲頭的適當(dāng)部位相遇后，從同一噴絲孔中噴出，成為兩組份或多組份粘并的一根纖維。并列型皮芯型海島型桔瓣型復(fù)合纖維的特點(diǎn)：具有三維空間的立體卷曲，高膨松性、延伸性和覆蓋能力。四、特種纖維2、異形纖維：

在合成纖維成形過程中采用非圓形孔眼的噴絲板，制成的非圓形截面或中空的纖維。可改善手感、回彈性、抗起球性及光澤等。主要有三角形、四角形、五角形、扁平形、中空形等。四、特種纖維4、改性纖維：

近來，為了改善化學(xué)纖維容易起靜電、起毛起球等缺點(diǎn)，為了改進(jìn)染色性能和提高熔點(diǎn)等，已出現(xiàn)了抗靜電纖維、低溫可染滌綸、陽離子可染滌綸、變性滌綸等改性纖維。3、超細(xì)纖維：

單絲纖度<0.1旦

特點(diǎn)：手感柔軟、細(xì)膩，柔韌性好，光澤柔和，高清潔能力，高吸水和吸油性，…

材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus三大合成高分子材料的比較纖維塑料橡膠分子量一般1-7萬一般6-30萬一般15-30萬加工方法熔融紡絲、溶液紡絲擠出、注塑、吹塑成型等硫化交聯(lián)機(jī)械性能高強(qiáng)度（>35000N/cm2）介于兩者之間初始模量很低，高模量(>35000N/cm2)高彈形變（500-1000%）低伸長率（<5-50%）材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus按結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成分類

碳鏈高分子主鏈以C原子間共價(jià)鍵相聯(lián)接加聚反應(yīng)制得。如聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，聚甲基丙稀酸甲酯，聚丙烯聚乙烯材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus雜鏈高分子主鏈除C原子外還有其它原子如O、N、S等，并以共價(jià)鍵聯(lián)接、縮聚反應(yīng)而得，如聚對苯二甲酸乙二脂（滌綸）聚酯聚胺、聚甲醛、聚苯醚、聚酚等。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus元素有機(jī)高分子

主鏈中不含C原子，而由Si、B、P、Al、Ti、As等元素與O組成，其側(cè)鏈為有機(jī)基團(tuán)；

兼有無機(jī)高分子和有機(jī)高分子的特性，既有很高耐熱和耐寒性，又具有較高彈性和可塑性，如硅橡膠。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus無機(jī)高分子主鏈既不含C原子，也不含有機(jī)基團(tuán)，而完全由其它元素所組成，這類元素的成鏈能力較弱，故聚合物分子量不高，并易水解。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子的命名根據(jù)單體來源或制法命名

根據(jù)聚合物的結(jié)構(gòu)特征命名

根據(jù)商品命名

IUPAC的系統(tǒng)命名法材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus根據(jù)單體來源或制法命名很多聚合物的名稱是由單體或假想單體名稱前加一個(gè)“聚”字而來，例如：

聚丙烯

聚氯乙烯

聚苯乙烯材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus根據(jù)聚合物的結(jié)構(gòu)特征命名

很多縮聚物是兩種單體通過官能團(tuán)間縮合反應(yīng)制備的。在結(jié)構(gòu)上與單體有差別?？筛鶕?jù)結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)來命名，前面冠以“聚”字。例如：對苯二甲酸和乙二醇制備的聚合物叫聚（對苯二甲酸乙二酯），由己二胺和己二酸反應(yīng)制備的叫聚己二酰已二胺等等。

有一些聚合物結(jié)構(gòu)中已看不出單體來源了。更需要由聚合物的結(jié)構(gòu)特征命名。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus根據(jù)商品命名

有機(jī)化合物的命名很復(fù)雜，聚合物就更復(fù)雜了。在商業(yè)生產(chǎn)和流通中，人們?nèi)粤?xí)慣用簡單明了的稱呼，并能與應(yīng)用聯(lián)系在一起。例如:聚甲基丙烯酸甲酯---有機(jī)玻璃，塑料類聚合物--酚醛樹脂，脲醛樹脂，醇酸樹脂有時(shí)也將聚氯乙烯--俗稱氯乙烯樹脂。將橡膠類聚合物--加上后綴“橡膠”例如:丁二烯和苯乙烯共聚物--丁苯橡膠，丁二烯和丙烯腈共聚物--丁腈橡膠，乙烯和丙烯共聚物--乙丙橡膠等等。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus將纖維類的，在我國是用“綸”作后綴的例如:聚對苯二甲酸乙二酯--滌綸，聚ω-己內(nèi)酰胺--錦綸，聚乙烯醇縮醛--維尼綸，聚氯乙烯--氯綸，聚丙烯腈--腈綸，聚丙烯--丙綸。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus還有直接引用的國外商品名稱音譯，例如:聚酰胺又稱尼龍(Nylon)，聚己二酰己二胺----尼龍-66(nylon-66)，聚癸二酰癸二胺----尼龍-1010，第一個(gè)數(shù)表示二元胺的碳原子數(shù)目，第二個(gè)數(shù)為二元酸的，因此尼龍-610則是己二胺和癸二酸的縮聚產(chǎn)物。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectusIUPAC的系統(tǒng)命名法為避免聚合物命名中的多名或不確切，國際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（InternationalUnionofPureandAppliedChemistry）提出了以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)命名法，

（1）確定聚合物的最小重復(fù)單元。

（2）排好重復(fù)單元中次級單元的次序。

（3）按小分子有機(jī)化合物的IUPAC命名法則來命名這個(gè)重復(fù)單元。

（4）在此重復(fù)單元命名前加一個(gè)“聚”字。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectusIUPAC系統(tǒng)命名法的實(shí)例(1)聚環(huán)氧乙烷、-[CH2-CH2-O]n-。聚乙二醇、-[CH2-O-CH2]n-。聚氧乙醇，-[O-CH2-CH2]n-。按原則2所排的次級單元為-[O-CH2-CH2]n-，按原則3命名為氧化乙烯，IUPAC命名，應(yīng)叫聚氧化乙烯（Polyoxyethylene）。聚丁二烯,-[CH=CH-CH2-CH2]n-,聚(1-次丁烯基）。聚氯乙烯,-[CHCl-CH2]-,聚（1-氯代乙烯）。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectusIUPAC系統(tǒng)命名法的實(shí)例(2)

聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的重復(fù)單元應(yīng)為:

稱聚（氧化乙烯氧化對苯二甲酰）。

聚亞苯基苯并二噻唑的IUPAC命名:Poly{(benzo[1,2-d;4,5-d']bisthiazole-2,6-diyl)-1,4-Phenylene}，聚{(苯并[1,2-并;4,5-并]二噻唑-2,6-二基)-1,4-亞苯基}。

按IUPAC命名比較嚴(yán)謹(jǐn)，但太繁瑣。IUPAC不反對繼續(xù)使用習(xí)慣命名。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus合成高分子的制備方法

由小分子化合物單體制備聚合物的反應(yīng)主要分為三類，它們是縮合反應(yīng)、加成反應(yīng)和開環(huán)聚合。另一類是由一種聚合物經(jīng)過適當(dāng)?shù)母叻肿臃磻?yīng)也可轉(zhuǎn)化為另一種高分子化合物。

加聚反應(yīng)烯類單體通過加成而聚合起來的反應(yīng)

縮聚反應(yīng)單體通過官能團(tuán)間的反應(yīng)而形成高分子和排出小分子物質(zhì)。

開環(huán)聚合反應(yīng)

高分子轉(zhuǎn)化反應(yīng)材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus合成高分子的合成工藝工藝流程如下：石油、天然氣、煤炭等裂解單體聚合高分子聚合物

加工高分子材料材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子材料的合成反應(yīng)

加聚反應(yīng)：由不飽和低分子化合物相互加成或由環(huán)狀化合物開環(huán)連接成大分子的反應(yīng)。一種單體均聚物多種單體共聚物材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus加聚反應(yīng)：材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus縮聚反應(yīng)：由具有兩個(gè)以上官能團(tuán)的低分子化合物聚合成高分子化合物，同時(shí)析出某些小分子物質(zhì)(如水、氨、醇、氯化氫等)的反應(yīng)。一種單體均縮聚多種單體混縮聚、共縮聚材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus縮聚反應(yīng)：材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子是有不同分子量的同系物所組成的“混合物”。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus聚乙烯的生產(chǎn)現(xiàn)場圖材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus高分子材料的加工工藝

塑料(成型)注射成型（注塑）:定型的塑料制品澆鑄成型（鑄塑）:熱塑性的塑料板材、棒材、管材、異型材、薄膜、電纜護(hù)層等吹制成型（吹塑）:大型熱固性工程塑料制品模壓成型（壓塑）:塑料中空制品或薄膜擠出成型（擠塑）:熱固性工程塑料材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus注塑成型示意圖材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus螺桿擠出機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus橡膠塑煉:生膠塑煉后分子量降低、可塑性增加成型壓出成型:片材（膠片）壓出成型:輪胎的胎面、內(nèi)胎、電線和電纜的外套以及各種異形斷面的制品等混煉:配合劑+生膠(塑煉膠)→混煉膠硫化:線形鏈狀結(jié)構(gòu)→少量交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus纖維紡絲拉伸熱定型紡絲原液制備紡絲初生纖維的后加工熔體紡絲:熔體，空氣中冷卻濕法紡絲:成纖聚合物溶解成紡絲原液，在凝固浴中冷凝干法紡絲:在熱空氣套筒中使溶劑揮發(fā)材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus在室溫下，為什么有些高分子材料柔軟而另外一些剛硬？高分子的物理性能材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus微觀結(jié)構(gòu)

鏈段的構(gòu)象(高分子的分子量及其分布空間排列方式)

鏈段的運(yùn)動

鏈段的相互作用宏觀性能

力學(xué)性能

結(jié)晶性能

熱穩(wěn)定性材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus熱行為——熱塑性與熱固性

熱塑性塑料：塑料加工固化冷卻以后，再次加熱仍然能夠達(dá)到流動性，并可以再次對其進(jìn)行加工成型，也就是說具有良好的再加工性和再回收利用性，可重復(fù)循環(huán)。

熱固性塑料：塑料經(jīng)過一次加熱成型固化以后，其形狀就因?yàn)榉肿渔渻?nèi)部進(jìn)行鉸鏈而使形狀達(dá)到穩(wěn)定，再次對其加熱也不能讓其再次達(dá)到粘流態(tài)，而對其進(jìn)行再次加工成型，也就是說熱固性塑料不具有再次加工性和再回收利用性。(由單體直接形成網(wǎng)狀聚合物或通過交聯(lián)線型預(yù)聚體而形成，一旦形成交聯(lián)聚合物，受熱后不能再回到可塑狀態(tài)。制品不溶不融。)

優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)輕、電絕緣、耐化學(xué)腐蝕、易成形加工等；

缺點(diǎn)：力學(xué)性能比金屬材料差，表面硬度低，大多數(shù)品種易燃，耐熱性差。材料與化學(xué)化工學(xué)院材料概論MaterialsConspectus力學(xué)狀態(tài)玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)稱為聚合物的力學(xué)三態(tài)。

Tg：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或玻璃化溫度Tf：高彈態(tài)與粘流態(tài)間的轉(zhuǎn)變溫度—粘流溫度或軟化溫度