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1、材料导论材料导论材料科学与工程学院材料科学与工程学院今天要讲的内容今天要讲的内容:3、合成高分子材料、合成高分子材料3.1 塑料塑料3.2 弹性体弹性体3.3 纤维纤维1 认识高分子与高分子材料认识高分子与高分子材料2 高分子的基本概念高分子的基本概念3 合成高分子材料合成高分子材料目录目录 合成高分子材料合成高分子材料按性能和用途分类按性能和用途分类塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料、功能高分子等塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料、功能高分子等聚合物分类聚合物分类橡胶是有机高分子弹性化橡胶是有机高分子弹性化合物。在很宽的温度（合物。在很宽的温度（50150）范围内具有）范围内具有优异的弹性，所以又称
2、为优异的弹性，所以又称为高弹体。高弹体。能把各种材料紧能把各种材料紧密地结合在一起密地结合在一起的物质。的物质。涂布在物体表面涂布在物体表面而形成具有保护而形成具有保护和装饰作用膜层和装饰作用膜层的材料。的材料。具有特定的功能具有特定的功能作用，可作功能作用，可作功能材料使用的高分材料使用的高分子化合物。子化合物。以聚合物为主要成分，以聚合物为主要成分，在一定条件（温度、压在一定条件（温度、压力等）下可塑成一定形力等）下可塑成一定形状并且在常温下保持其状并且在常温下保持其形状不变的材料。形状不变的材料。纤维是指长度比其直径纤维是指长度比其直径大很多倍大很多倍(大于大于1000/1)，并具有一定
3、柔韧性的，并具有一定柔韧性的纤细物质。纤细物质。3.1塑料塑料塑料的定义塑料的定义塑料是指以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）塑料是指以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂，着色剂等添为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂，着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中能流动成型的材料。加剂为辅助成分，在加工过程中能流动成型的材料。塑料的分类塑料的分类热塑性塑料热塑性塑料热固性塑料热固性塑料加工性加工性受热软化，冷却变硬，软化和变硬受热软化，冷却变硬，软化和变硬可重复、循环。占塑料总量的可重复、循环。占塑料总量的70%以上，如以上，如PVC、PE、PP在加工过程中，
4、一般在加工过程中，一般只发生物理变化只发生物理变化由单体直接形成网状聚合物或通过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交联聚合物，受热后不能再回复到可塑状态。可塑状态。最后的固化阶段和成型过程是同时进最后的固化阶段和成型过程是同时进行的，所得的制品是不熔不溶的。如行的，所得的制品是不熔不溶的。如酚醛树脂、环氧树脂。酚醛树脂、环氧树脂。在成型过程中在成型过程中发生化学变化发生化学变化产量大、价格较低、力学性能一般、主要作产量大、价格较低、力学性能一般、主要作非结构材料使用的塑料，非结构材料使用的塑料，如如PVC、P
5、E、PP、PS等等一般指可作为结构材料使用，能经受较宽的温度一般指可作为结构材料使用，能经受较宽的温度变化范围和较苛刻的环境条件，具有优异的力学变化范围和较苛刻的环境条件，具有优异的力学性能、耐热、耐磨性能和良好的尺寸稳定性。性能、耐热、耐磨性能和良好的尺寸稳定性。主要品种有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等主要品种有聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛等通用塑料通用塑料工程塑料工程塑料用途用途结构式结构式: :性能：性能：强极性，绝缘性好，耐酸碱，难燃，具有自熄性。缺点是介电强极性，绝缘性好，耐酸碱，难燃，具有自熄性。缺点是介电性能差，在性能差，在100120即可分解出氯化氢，热稳定性差即可分解出氯化氢，热稳定
6、性差 用途：用途：制制造造水水槽槽，下下水水管管；制制造造箱箱、包包、沙沙发发、桌桌布布、窗窗帘帘、雨雨伞伞、包装袋；还可做凉鞋、拖鞋及布鞋的塑料底等包装袋；还可做凉鞋、拖鞋及布鞋的塑料底等氯化聚氯乙烯氯化聚氯乙烯CPVC（过氯乙烯）可作热水硬管，使用温度（过氯乙烯）可作热水硬管，使用温度65 105。（1）聚氯乙烯（）聚氯乙烯（PVC)结构式结构式: :性能：性能：化学性质非常稳定，耐酸、碱，耐溶剂性能好，吸水性低，化学性质非常稳定，耐酸、碱，耐溶剂性能好，吸水性低，无毒，受热易老化无毒，受热易老化 用途：用途：制造食品包装袋、各种饮水瓶、容器、玩具等；还可制各种制造食品包装袋、各种饮水瓶、
7、容器、玩具等；还可制各种管材、电线绝缘层等管材、电线绝缘层等 第四代聚乙烯（超高分子量聚乙烯）第四代聚乙烯（超高分子量聚乙烯）高韧性、高耐磨。密度高韧性、高耐磨。密度越低，制造成本越低。越低，制造成本越低。（2）聚乙烯）聚乙烯(PE)性能：性能：耐酸碱，耐腐蚀，化学稳定性好，耐寒，绝缘性好，耐磨。耐酸碱，耐腐蚀，化学稳定性好，耐寒，绝缘性好，耐磨。缺点是刚性差缺点是刚性差结构式结构式: :用途：用途：可用作高温环境中化工设备的密封零件，无油润滑条件下作可用作高温环境中化工设备的密封零件，无油润滑条件下作轴承、活塞等，还可做电容器、电缆绝缘材料轴承、活塞等，还可做电容器、电缆绝缘材料（3）聚四氟
8、乙烯（塑料王）聚四氟乙烯（塑料王）（4）聚碳酸酯）聚碳酸酯(PC)用作工程塑料的只有用作工程塑料的只有双酚双酚A A型的芳香族聚碳酸酯。型的芳香族聚碳酸酯。性能：性能：坚硬、耐高温、良好的机械性能、电绝缘性好、韧性好、抗坚硬、耐高温、良好的机械性能、电绝缘性好、韧性好、抗冲击性好、透明度高冲击性好、透明度高 用途：用途：制造继电器盒盖，计算机和磁盘的壳体、荧光灯罩、汽车及透制造继电器盒盖，计算机和磁盘的壳体、荧光灯罩、汽车及透明窗的玻璃等明窗的玻璃等结构式结构式: :(5)ABS塑料塑料丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体。丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体。原料原料合成方法合成方法接枝共聚法、接枝混炼
9、法。接枝共聚法、接枝混炼法。化学名称：丙烯腈化学名称：丙烯腈-丁二烯丁二烯-苯乙烯共聚物苯乙烯共聚物性能：性能：无毒、无味，易溶于酮、醛、酯等有机溶剂。耐磨性、无毒、无味，易溶于酮、醛、酯等有机溶剂。耐磨性、抗冲击性能好抗冲击性能好用途：用途：用于家用电器、箱包、装饰板材、汽车收音机等零部件用于家用电器、箱包、装饰板材、汽车收音机等零部件挤出成型挤出成型注射成型注射成型吹塑成型吹塑成型热塑性塑料常用成型方法热塑性塑料常用成型方法（1）挤出成型）挤出成型挤出成型又称挤压模塑或挤塑，是热塑性塑料最主要的挤出成型又称挤压模塑或挤塑，是热塑性塑料最主要的成型方法，有成型方法，有50左右的塑料制品是挤出
10、成型的。左右的塑料制品是挤出成型的。 制品主要有连续生产等截面的管材、板材、薄膜、电线包制品主要有连续生产等截面的管材、板材、薄膜、电线包覆以及各种异型制品。覆以及各种异型制品。挤出成型还可用于热塑性塑料的塑化造粒、着色和共混等挤出成型还可用于热塑性塑料的塑化造粒、着色和共混等。设备组成设备组成加料加料在螺杆中熔融塑化在螺杆中熔融塑化机头口模挤出机头口模挤出定型定型冷却冷却牵引牵引切割切割挤出过程：挤出过程：热塑性塑料（粉料或粒料）从料斗进入挤出机加热料筒，料筒热塑性塑料（粉料或粒料）从料斗进入挤出机加热料筒，料筒中螺杆旋转，物料沿螺槽前移。前移过程中物料受机械剪切作中螺杆旋转，物料沿螺槽前移
11、。前移过程中物料受机械剪切作用摩擦热和料筒的加热逐渐熔融成熔体，熔体受螺杆轴向推力用摩擦热和料筒的加热逐渐熔融成熔体，熔体受螺杆轴向推力的作用通过机头和口模，获得与口模形状相似的连续体。的作用通过机头和口模，获得与口模形状相似的连续体。挤出成型的特点挤出成型的特点 连续化连续化, ,效率高效率高, ,质量稳定质量稳定 应用范围广应用范围广 设备简单设备简单, ,投资少投资少, ,见效快见效快 生产环境卫生生产环境卫生, ,劳动强度低劳动强度低 适于大批量生产适于大批量生产 绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如绝大部分热塑性塑料及部分热固性塑料，如PVCPVC、PSPS、ABSABS、PCPC
12、、PEPE、PPPP、PAPA、丙烯酸树脂、环氧树、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂及密胺树脂等脂、酚醛树脂及密胺树脂等适用的树脂材料：适用的树脂材料：挤出产品示例挤出产品示例 薄膜产品：包装膜、农膜薄膜产品：包装膜、农膜管材管材能一次成型制得能一次成型制得外形复杂、尺寸精确，或带有外形复杂、尺寸精确，或带有金属嵌件的制品。金属嵌件的制品。其成型制品占目前全部塑料其成型制品占目前全部塑料制品的制品的20203030，是塑料成型加工中重要方法，是塑料成型加工中重要方法之一。之一。将塑料在注射成型机料筒内加热熔化，呈流动将塑料在注射成型机料筒内加热熔化，呈流动状态时，在柱塞或螺杆加压下熔融塑料被压缩
13、状态时，在柱塞或螺杆加压下熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前端的喷嘴以很快并向前移动，进而通过料筒前端的喷嘴以很快速度注入温度较低的闭合模具内，经过一定时速度注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间冷却定型后，开启模具得到制品。间冷却定型后，开启模具得到制品。（2）注射成型）注射成型注射成型注射成型hopper加料斗screw ram 注射成型过程注射成型过程包括塑化、充模、保压、冷却和脱模包括塑化、充模、保压、冷却和脱模注射成型特点注射成型特点生产周期短、生产效率高；生产周期短、生产效率高；能成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的制品；能成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的制品；成型塑料品种多；成
14、型塑料品种多；易于实现自动化。易于实现自动化。广泛用于各种塑料制品的生产。注射成型是一种比广泛用于各种塑料制品的生产。注射成型是一种比较先进的成型工艺，目前正继续向着高速化和自动较先进的成型工艺，目前正继续向着高速化和自动化方向发展。化方向发展。注射成型产品示例注射成型产品示例（3）吹塑成型）吹塑成型 热塑性塑料中空制品的成型方法。热塑性塑料中空制品的成型方法。 先将塑料预制成片，冲成简单形状或制成管形坯后，先将塑料预制成片，冲成简单形状或制成管形坯后，置入模型中吹入热空气；或将塑料预热吹入冷空气，使塑置入模型中吹入热空气；或将塑料预热吹入冷空气，使塑料处于高度弹性变形的温度范围内。料处于高度
15、弹性变形的温度范围内。中空吹塑产品中空吹塑产品3.2弹性体弹性体 材料在受力发生大变形再撤出外力后迅速回复其近似初材料在受力发生大变形再撤出外力后迅速回复其近似初始形状合尺寸。始形状合尺寸。弹性体定义弹性体定义来源来源天然橡胶天然橡胶合成橡胶合成橡胶从自然界含胶植物中制取的一种高弹性物质从自然界含胶植物中制取的一种高弹性物质用人工合成的方法制得的高分子弹性材料用人工合成的方法制得的高分子弹性材料合合成成橡橡胶胶通用合成橡胶通用合成橡胶特种合成橡胶特种合成橡胶性能与天然橡胶相同或相近、广泛用于性能与天然橡胶相同或相近、广泛用于制造轮胎及其他大量橡胶制品的橡胶品种。制造轮胎及其他大量橡胶制品的橡胶
16、品种。如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶橡胶具有耐寒、耐热、耐油、耐臭氧等特殊性能，具有耐寒、耐热、耐油、耐臭氧等特殊性能，用于制造特定条件下使用的橡胶制品。用于制造特定条件下使用的橡胶制品。如丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶如丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶按其性按其性能和用途能和用途(NR)（1)聚异戊二烯聚异戊二烯天然橡胶的分子链由异戊二烯链节组成。天然橡胶的分子链由异戊二烯链节组成。聚合度：聚合度：1000010000左右；相对分子量：左右；相对分子量：3-30003-3000万；万； 多分散性指数：多分散性指数：2.8-102.8-1
17、0具有一系列优良的物理机械性能和加工性能，具有一系列优良的物理机械性能和加工性能，是是综合性能最好的橡胶。综合性能最好的橡胶。橡胶工人从橡胶树橡胶工人从橡胶树上提取橡胶上提取橡胶优点：优点：弹性高，是当前橡胶中弹性最高的一种；弹性高，是当前橡胶中弹性最高的一种；耐低温耐低温性能好，玻璃化温度为性能好，玻璃化温度为105;耐磨性能优异，滞后损失低，耐磨性能优异，滞后损失低，生热性低，耐屈挠性好；与其它橡胶相容性好。生热性低，耐屈挠性好；与其它橡胶相容性好。主要用于制造轮胎，也用于制造胶鞋、胶辊等主要用于制造轮胎，也用于制造胶鞋、胶辊等耐磨性制品耐磨性制品(BR)(2)聚丁二烯聚丁二烯 (顺丁橡胶
18、顺丁橡胶)以以1,3丁二烯丁二烯为单体聚合为单体聚合而得的一种通用合成橡胶。而得的一种通用合成橡胶。丁苯橡胶：是以丁苯橡胶：是以丁二烯丁二烯和和苯乙烯苯乙烯为单体共聚而得的高分子弹为单体共聚而得的高分子弹性体。性体。结构式：结构式：最早工业化的合成橡胶，最早工业化的合成橡胶，19371937年德国首先实现工业化生产。年德国首先实现工业化生产。约占合成橡胶总产量的约占合成橡胶总产量的55%55%，其，其产量和消耗量在合成橡胶中产量和消耗量在合成橡胶中占第一位。至今仍是用量最大的通用合成橡胶占第一位。至今仍是用量最大的通用合成橡胶（约占（约占50%50%）。(3)丁苯橡胶丁苯橡胶(SBR)用途：用
19、途：广泛用于制造汽车轮胎，皮带等；与天然橡胶共混可广泛用于制造汽车轮胎，皮带等；与天然橡胶共混可作密封材料和电绝缘材料作密封材料和电绝缘材料丁基橡胶是丁基橡胶是异丁烯异丁烯和和少量异戊二烯少量异戊二烯的共聚物，为白色或的共聚物，为白色或暗灰色透明弹性体。暗灰色透明弹性体。结构式结构式丁基橡胶于丁基橡胶于19431943年美国开始工业生产。发展较快，已年美国开始工业生产。发展较快，已成为通用橡胶之一。成为通用橡胶之一。 (4)丁基橡胶丁基橡胶(BR)气密性最好的橡胶气密性最好的橡胶，气透率约为天然橡胶的，气透率约为天然橡胶的1/20，顺，顺丁橡胶的丁橡胶的1/30；橡胶的橡胶的加工工艺加工工艺主
20、要包括塑炼，混炼、压延、压出、成型、硫化主要包括塑炼，混炼、压延、压出、成型、硫化6 6个工序。个工序。3.3纤维纤维羊毛羊毛棉棉聚酰胺纤维（锦纶）聚酰胺纤维（锦纶）聚酯纤维聚酯纤维(涤纶）涤纶）聚丙烯腈纤维（腈纶）聚丙烯腈纤维（腈纶）合成纤维合成纤维天然纤维天然纤维性能：性能：显著优点是：抗皱、保型、挺括、美观。对热、光稳定性好。显著优点是：抗皱、保型、挺括、美观。对热、光稳定性好。润湿时强度不降低，经洗耐穿，可与其他纤维混纺。年久不会润湿时强度不降低，经洗耐穿，可与其他纤维混纺。年久不会变黄。缺点是不吸汗，而且需要高温染色变黄。缺点是不吸汗，而且需要高温染色结构式结构式: :用途：用途：是
21、产量最大的合成纤维，大约是产量最大的合成纤维，大约90%90%作为衣料用（纺织品为作为衣料用（纺织品为75%75%，纺织物为纺织物为15%15%）。用于工业生产的只占总量的）。用于工业生产的只占总量的6%6%左右左右(1)聚对苯二甲酸乙二醇酯聚对苯二甲酸乙二醇酯(涤纶、的确凉涤纶、的确凉)性能：性能：强韧耐磨、弹性高、质量轻，染色性好，较不易起皱，抗疲强韧耐磨、弹性高、质量轻，染色性好，较不易起皱，抗疲劳性好。吸湿率为劳性好。吸湿率为3.5%5.0%，在合成纤维中是较大的，吸，在合成纤维中是较大的，吸汗性适当，但容易走样汗性适当，但容易走样用途：用途：约一半作衣料用，一半用于工业生产。在工业生
22、产应用中，约约一半作衣料用，一半用于工业生产。在工业生产应用中，约1/31/3是做轮胎帘子线。尼龙是做轮胎帘子线。尼龙6666的耐热性比尼龙的耐热性比尼龙6 6高，做轮胎高，做轮胎帘子线很受欢迎帘子线很受欢迎结构式结构式: :(2)聚己二酰己二胺纤维（锦纶聚己二酰己二胺纤维（锦纶66，尼龙，尼龙66）性能：性能：具有与羊毛相似的特性，质轻，保温性和体积膨大性优良。具有与羊毛相似的特性，质轻，保温性和体积膨大性优良。强韧（与棉花相同）而富有弹性，软化温度高。吸水率低，强韧（与棉花相同）而富有弹性，软化温度高。吸水率低，不适宜作贴身内衣。缺点是强度不如尼龙和涤纶不适宜作贴身内衣。缺点是强度不如尼龙
23、和涤纶结构式结构式: :用途：用途：大约大约70%70%作衣料用（纺织物占作衣料用（纺织物占60%60%左右），用于工业生产的只占左右），用于工业生产的只占5%5%左右左右(3)聚丙烯腈纤维聚丙烯腈纤维(腈纶、人造羊毛腈纶、人造羊毛)性能：性能：亲水性好，吸湿率可达亲水性好，吸湿率可达5%，和尼龙相等，与棉花（，和尼龙相等，与棉花（7%）相）相近。强度与聚酯或尼龙相近，拉伸弹性比羊毛差，比棉花好近。强度与聚酯或尼龙相近，拉伸弹性比羊毛差，比棉花好结构式结构式: :用途：用途：70%用于工业生产，其中以布和绳索居多。可代替棉花作衣料用于工业生产，其中以布和绳索居多。可代替棉花作衣料用用(4)聚乙
24、烯醇纤维（维纶、维尼纶）聚乙烯醇纤维（维纶、维尼纶）纺丝液的制备纺丝初生纤维的后加工等过程。纺丝液的制备纺丝初生纤维的后加工等过程。将成纤聚合物将成纤聚合物溶解或熔融成溶解或熔融成粘稠的液体粘稠的液体（纺丝液）（纺丝液）将纺丝液用纺丝泵连将纺丝液用纺丝泵连续、定量而均匀地从续、定量而均匀地从喷丝头小孔压出，粘喷丝头小孔压出，粘液细流经凝固或冷凝液细流经凝固或冷凝而成纤维而成纤维根据不同根据不同的要求进的要求进行后加工行后加工合成纤维纺丝工艺过程合成纤维纺丝工艺过程(1) (1) 纤维的加工过程纤维的加工过程纺丝法纺丝法熔融纺丝法熔融纺丝法溶液纺丝法溶液纺丝法将聚合物加热熔融制成熔将聚合物加热熔
25、融制成熔体，并经喷丝头喷成细流，体，并经喷丝头喷成细流，在空气中或水中冷却而凝在空气中或水中冷却而凝固成纤维。固成纤维。将聚合物溶解于溶剂中以制得将聚合物溶解于溶剂中以制得粘稠的纺丝液，由喷丝头喷成粘稠的纺丝液，由喷丝头喷成细流，通过凝固介质使之凝固细流，通过凝固介质使之凝固而形成纤维。而形成纤维。凝固介质凝固介质不同分类不同分类湿法纺丝湿法纺丝干法纺丝干法纺丝(2)(2)(2)(2)纤维纺丝方法纤维纺丝方法纤维纺丝方法纤维纺丝方法凝固介质为液体凝固介质为液体凝固介质为干态的气相介质凝固介质为干态的气相介质5.合成橡胶的分类。合成橡胶的分类。3.挤出成型、制品特点、工艺特点？挤出成型、制品特点、工艺特点？1.塑料的分类。塑料的分类。4.注射成型、制品特点、工艺特点？注射成型、制品特点、工艺特点？6.天然橡胶的主要成分是天然橡胶的主要成分是?综合性能最好的橡胶是综合性能最好的橡胶是?7.顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶分别由何单体聚合得到？顺丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶分别由何单体聚合得到？作业作业22.分别写出三种塑料、橡胶、纤维的的中文名称及分别写出三种塑料、橡胶、纤维的的中文名称及结构式及用途。结构式及用途。
