第十讲 高分子材料.ppt

高分子材料定义 高分子材料：macromolecular material，以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。 一、高分子材料分类 高分子材料按来源分为天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和进化的基础。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等。 19世纪30年代末期，进入天然高分子化学改性阶段，出现半合成高分子材料。1869年，美国人Hyatt用硝化纤维素和樟脑制得的赛璐珞塑料，是有划时代意义的一种人造高分子材料。1907年出现合成高分子酚醛树脂，真正标志着人类应用化学合成方法有目的的合成高分子材料的开始。 ?美国化学家海厄特于1869年发明了“赛璐珞”，现在主要用于制造乒乓球、眼镜架、玩具、钢笔杆、装潢品等。 二、高分子的发现历史 天然橡胶的利用、开发与改性 天然纤维素的改性 最早的塑料 德国物理化学家斯陶丁格经过近10年的研究认为，高分子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应（聚合）将化学键连接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一词即源于此 卡罗瑟斯，美国有机化学家。1896年4月27日出生于美国艾奥瓦州顿。1937年4月29日卒于美国费城。 尼龙66 1935年以己二酸与己二胺为原料制得聚合物，由于这两个组分中均含有6个碳原子，当时称为聚合物66。他又将这一聚合物熔融后经注射针压出，在张力下拉伸称为纤维。这种纤维即聚酰胺66纤维，1939年实现工业化后定名为耐纶（Nylon），是最早实现工业化的合成纤维品种。 1939年10目24日杜邦公在总部所在地公开销售尼龙丝长袜时引起轰动，被视为珍奇之物争相抢购，第一批尼龙丝袜于１９４０年５月５日上市销售，在短短一天中就卖出了７万多双，尼龙纤维织品的销售遍及美国各地。 40年代乙烯类单体的自由基引发聚合发展很快，实现工业化的包括氯乙烯、聚苯乙烯和有机玻璃等，这是合成高分子蓬勃发展的时期。 进入50年代，从石油裂解而得的a－烯烃主要包括乙烯与丙烯，德国人齐格勒与意大利人纳塔分别发明用金属络合催化剂聚合而成聚乙烯即低压聚乙烯与聚丙烯，前者1952年工业化，后者1957年工业化，这是高分子化学的历史性发展，因为可以由石油为原料又能建立年产10万吨的大厂，他们二人后来都获得了诺贝尔奖。 60年代，由于要飞往月球而出现高温高分子的研究热。耐高温的定义是材料能够在氮气中、500摄氏度环境中能使用一个月；在空气中，300摄氏度环境下能使用一个月。其结果主要分为两大类: 一类是芳香聚酰胺例如苯二胺与间苯二酰缩聚得到的高分子Nomex 还有对苯二胺与对苯二酰氯缩聚得到的高分子Kevlar 另一类是杂环高分子，例如聚芳亚酰胺和作为高温粘合剂的聚苯并咪唑为现在的宇航飞行所需的材料打下了基础。 实践证明，许多烯类化合物，经过有机自由基的引发，就能进行链式反应，迅速地形成高分子。由20世纪30年代初期到40年代初期，许多现在的通用高分子品种，都已按此方法投入工业生产。在30年代末期卡罗瑟斯又发现用缩聚方法合成高分子。后来，为了合理的加工和有效的应用，高分子结构和性能的研究工作逐渐开展，使高分子成为广泛应用的材料。同时，一门新兴的综合性学科——高分子科学——从40年代下半期开始，蓬勃地发展起来。 高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。其中被称为现代高分子三大合成材料的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国家建设和人民日常生活中必不可少的重要材料。石油的主要用途是作为燃料，用于化学工业的仅占7％，其中作为高分子原料的只有5％，因此一般认为即使在下个世纪，高分子的主要原料仍可来自石油。 塑料是一类具有可塑性的合成高分子材料。它与合成橡胶、合成纤维形成了当今日常生活不可缺少的三大合成材料。具体地说，塑料是以天然或合成树脂为主要成分，加入各种添加剂，在一定温度和压力等条件下可以塑制成一定形状，在常温下保持形状不变的材料。 （一）塑料的主要性能特点 1． 重量轻 　　塑料是较轻的材料，相对密度分布在0.90—2.2之间。特别是发泡塑料，因内有微孔，质地更轻，相对密度仅为0.01。这种特性使得塑料可用于要求减轻自重的产品生产中。 2． 优良的化学稳定性 绝大多数的塑料对酸、碱等化学物质都具有良好的抗腐蚀能力。特别是俗称为塑料王的聚四氟乙烯（F4），它的化学稳定性甚至胜过黄金，放在“王水”中煮十几个小时也不会变质。由于F4具有优异的化学稳定性，是理想的耐腐蚀材料。如F4可以作为输送腐蚀性和粘