高分子物理言课件.ppt

1、1高高 分分 子子 物物 理理材料工程系材料工程系 张张 英强英强 (Sh_yqzhangsina)2l材料材料一般是指人类用以制造生活和生产所需的物品、器件、构件、机器和其它产品的物质。l材料不仅是人类进化的标志，也是社会现代化的物质基础与先导。材料材料、能源能源与信息信息被称为现代文明的标志。80年代人们又把新型材料新型材料、生物工程生物工程和信息工程信息工程作为产业革命的重要标志。材料，尤其是新型材料的研究、开发与应用反映着一个国家的科学技术与工业水平，它关系着国家的综合国力与安全保障。因此各发达国家无不把材料放在重要地位。材料材料是宇宙间可用于制造有用物品的物质是宇宙间可用于制造有用物

2、品的物质。3Metals 金属材料Ceramics 陶瓷材料Composites 复合材料材料的分类：Polymers 高分子材料高分子材料4 天然高分子化合物天然高分子化合物：棉、麻、丝、毛、皮革、天然橡胶、生漆 天然高分子的化学改性天然高分子的化学改性:天然橡胶的硫化 硝化纤维素（赛璐珞）皮革鞣制二十世纪初期二十世纪初期酚醛树脂（）、聚丁二烯（）、醇酸树脂、醋酸纤维、脲醛树脂5二十世纪三十年代二十世纪三十年代大分子概念的确立（Staudinger)Kuhn等把统计力学用于高分子链的构象统计、Svedberg用超离心技术测定高分子的分子量及其分布。二十世纪四十年代二十世纪四十年代高分子化学与

3、工业蓬勃发展的十年,相继开发了丁苯橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、氟树脂、树脂等。Flory等利用晶格模型推导出高分子溶液的热力学性质。二十世纪五十年代二十世纪五十年代高分子合成工业的现代化、规模化原料来自于石油，原料丰富高分子物理基本成形成型加工发展二十世纪六十年代二十世纪六十年代合成高分子材料全面繁荣局面的形成二十世纪七十年代二十世纪七十年代功能高分子迅猛发展离子交换树脂、水溶性高分子、光敏树脂、医用高分子进一步向大型工业化发展，人造纤维和合成纤维产量等于天然纤维，合成橡胶为天然橡胶的二倍，塑料年产量达万吨，接近木材、水泥产量。6二十世纪八十年代二十世纪八十年代 共聚共混改性，扩大用途节约能耗，

4、消除污染，规模生产,降低价格二十世纪九十年代二十世纪九十年代 中国的发展现状中国的发展现状:2019年中国合成树脂产量达4953 kt,已跻身于世界第六位,占总产量的3.79%;制品产量达15742,已位居世界第二位。树脂排名：美国38600kt，日本14660kt，德国10870 kt，韩国7741 kt，法国5200 kt，中国，比利时，台湾。我国目前人均消费塑料约5kg，远低于世界人均（21kg）和亚洲人均（17kg）的消费水平。2019年中国合成橡胶总产量为554 kt，消耗量为137万吨，仅次于美国、日本，居世界第三位。7l多用途l新技术l功能化l环保化l节能l低成本8l聚合新技术聚

5、合新技术1.1.模板聚合模板聚合2.2.等离子聚合等离子聚合3.3.基团转移聚合反应基团转移聚合反应(GTP)GTP)4.4.大分子单体的合成和聚合大分子单体的合成和聚合l功能高分子功能高分子 医用高分子、感光高分子、导电高分子、高分医用高分子、感光高分子、导电高分子、高分子药物、高分子试剂、高吸水性树脂、离子交子药物、高分子试剂、高吸水性树脂、离子交换树脂、高分子催化剂、换树脂、高分子催化剂、阻燃聚合物材料阻燃聚合物材料等等。91.医用高分子医用高分子生物医用高分子材料生物医用高分子材料 高分子生物材料高分子生物材料人工器官的研究人工器官的研究整容材料整容材料聚氨酯聚氨酯 硅橡胶硅橡胶血液相

6、容性血液相容性,生物相容性生物相容性,生物降解吸收生物降解吸收,药物控制释放药物控制释放2.感光高分子感光高分子光固化功能光固化功能光降解功能光降解功能光成像功能光成像功能光致变色和光致发光性光致变色和光致发光性光催化光催化光导性光导性3.分离膜分离膜10 合成聚合物膜的主要作用是选择障碍物合成聚合物膜的主要作用是选择障碍物,允许某一组分允许某一组分通过而截留混合物中的其它组分。通过而截留混合物中的其它组分。4.导电高分子材料导电高分子材料共轭高分子共轭高分子,电荷转移复合体电荷转移复合体,聚合阳离子聚合阳离子-自由基盐自由基盐,含金含金属聚合物属聚合物制作途径制作途径:(1)合成导电结构聚合

7、物合成导电结构聚合物(2)掺杂掺杂5.高吸水性树脂高吸水性树脂6.阻燃聚合物材料阻燃聚合物材料 阻燃新技术阻燃新技术:(1)无卤低烟阻燃剂体系无卤低烟阻燃剂体系(2)膨胀型阻燃剂体系膨胀型阻燃剂体系(3)微胶囊技术微胶囊技术11一、高分子物理的研究对象高分子材料Polymer Materials12Polymers are substances containing a large number of structural units joined by the same type of linkage.高分子高分子：由多个单元体通过化学键连接而成的长链分子13Cotton 棉棉14Polye

8、ster聚酯(涤纶)Wool 羊毛Polyacrylonitrile(PAN)聚丙烯腈15Cotton 棉Nylon 尼龙(锦纶)Polyurethane 聚氨酯(氨纶)16Nature Rubber 天然橡胶Polyisoprene(PIP)聚异戊二烯17鞋面:leather,or nylon鞋底:SBS内垫:Polyurethane foam18Polystyrene(PS)聚苯乙烯Polypropylene(PP)聚丙烯Poly(ether sulfone)聚砜19Nylon 尼龙Poly(vinyl chloride)(PVC)聚氯乙烯20Poly(vinyl chloride)PVC

9、聚氯乙烯21Silicone硅胶Wood 木材Poly(vinyl pyrrolidone)PVP聚乙烯吡咯烷酮222324Polycarbonate(PC)聚碳酸酯Poly(methyl methacrylate)PMMA聚甲基丙烯酸甲酯Polyacrylamide聚丙烯酰胺25柄:Polyethylene PE 聚乙烯刷毛:Nylon 尼龙26Epoxy resin环氧树脂27Polypropylene PP聚丙烯Polystyrene PS聚苯乙烯Polycarbonate PC聚碳酸酯28Poly(ester terephthalate)PET聚对苯二甲酸乙二醇酯Polystyrene

10、 PS聚苯乙烯29Leather 皮革Polyisobutylene PIB聚异丁烯Carbon fiber碳纤维30天然高分子合成高分子塑料橡胶纤维粘合剂涂料Cotton 棉Wool 羊毛Silk 丝绸Starch 淀粉Protein 蛋白质Wood 木材Nature Rubber天然橡胶PE 聚乙烯PP 聚丙烯PVC 聚氯乙烯PS 聚苯乙烯PC 聚碳酸酯PMMA聚甲基丙烯酸甲酯PB聚丁二烯PIP聚异戊二烯PIB聚异丁烯PU聚氨酯PAN腈纶Nylon尼龙PET涤纶PU氨纶PVAc聚醋酸乙烯酯PAM聚丙烯酸酯31航空航海航天汽车医疗电子电器环境能源道路纺织建筑制药涂料粘合剂水利高分子材料32二

11、、研究内容：二、研究内容：Materials science and engineering(MSE)：involves the generation and application of knowledge relating the composition,structures,and processing of materials to their properties and uses.材料科学与工程材料科学与工程：材料的组成、结构、加工与材料的性能、使用之间关系的发现与应用。33高分子材料的优点：低密度、易染色、易加工、抗腐蚀、韧性好、减震生物兼容性易于设计（易于设计（tailor)3

12、4低低密密度度35易染色，色泽鲜艳易染色，色泽鲜艳36一些典型的挤出物截面一些典型的挤出物截面易加工易加工37耐腐蚀耐腐蚀38韧性好韧性好39吸波材料减震减震40qLow mech propertiesqDifficult recyclingqStatic accumulationqLow service TqAgingqFlammable静电静电易燃易燃易老化易老化使用温度低使用温度低力学性能低力学性能低难回收难回收41设计的途径：设计的途径：1、组成性能例：ABS例：炭黑补强橡胶强度加工性韧性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物422、加工性能：例：聚对苯二甲酸乙二酯（PET）加工过程中：缓慢冷却

13、迅速冷却可以结晶来不及结晶强度好（涤纶）透明（饮料瓶）设计的途径：43三、分子量性能例：n=14 天然气n=58 汽油n=912 煤油n=50 石蜡n10000 Polyethylene(PE)n=100000 UltraHigh Molecular weight Polyethylene (UHMWPE)设计的途径：HCH2CH2 H()n44高分子物理：高分子物理：高分子材料的 结构结构性能性能 间的关系45l高分子材料的结构l高分子材料的性能l高分子材料结构与性能的关系l高分子的分子运动46l高分子材料的结构高分子材料的结构由微观向亚微观的层次递进：高分子链的近程结构 高分子链的远程结构

14、 高分子的聚集态结构 织态结构。l高分子材料的性能高分子材料的性能基本物理性能、流变（动）性能、溶液性能、结晶性能、力学性能、热性能、光性能、电性能、渗透性能、粘结性能、燃烧性能、老化性能等等l高分子材料的应用高分子材料的应用 五大合成材料 功能高分子材料47v 能对已知结构的高分子物质（材料）作出其性能的推测和合理解释（根据结构预测性能）根据结构预测性能）v 能对新开发产品所要求的加工性能和使用性能进行基本的分子设计（依据性能设计结构）依据性能设计结构）学习目的及目标48课程的学习方法：以课堂讲授为主:理解+记忆掌握思路49教材：高分子物理何曼君，陈维孝，董西侠编复旦大学出版社50课后自学:参考书高分子物理金日光，华幼卿主编化学工业出版社51课后自学:参考书高聚物的结构与性能马德柱，何平笙等科学出版社52作业:布置作业后一周的周三交答疑:1、课前课后 2、写信 Sh_yqzhangsina 3、固定时间地点 考试：期中考试：第1、2、3、4、5章 期末考试：全部章节53考查方法考查方法期末考试期末考试 70%期中考试期中考试 10%平时表现（出勤率、作业）平时表现（出勤率、作业）20%