材料概論高分子材料

材料概論高分子材料第1頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五5.1基本概念高分子材料又稱聚合物材料，2個名稱側(cè)重點不同：-聚合物（Polymer），側(cè)重指多個重復(fù)化學(xué)單元相連接而成的大分子。-高分子（Macromolecule），指材料的分子量特別高。nCH2＝CH2

－(CH2－CH2)－低分子高分子n為聚合度

n聚合物材料指由重復(fù)單元構(gòu)成的具有高分子質(zhì)量的物質(zhì)。第2頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五1、高分子是有機化合物。2、分子量高所帶來的性質(zhì)上的變化，主要是使高分子化合物具有一定的機械強度。3、人們還可以根據(jù)高分子的結(jié)構(gòu)特征，改變這些結(jié)構(gòu)，以制造出所需性能的產(chǎn)品；還可以引入具有功能性的基團，制造出有功能的材料。分子量與物性的關(guān)系圖M0Ms分子量物性4、對于高分子的強度等物性，存在著一個臨界分子量M0，超過這個分子量時開始出現(xiàn)強度。高分子材料的特性：第3頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五H－(CH2)n－H的分子量與性質(zhì)

n分子量性質(zhì)名稱用途116氣體甲烷燃氣6～886～114易揮發(fā)液體石腦油、石油英、粗汽油溶劑18～22254～310半固體/油脂狀凡士林醫(yī)藥、化妝品20～30282～422固體石蠟蠟燭等制品2000～2000028000～280000強韌的固體聚乙烯薄膜等第4頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五高分子的分類高分子按來源分：天然高分子：樹膠，蠶絲，棉花，木材等合成高分子線型高分子體型高分子熱塑性高分子熱固性高分子塑料纖維橡膠功能高分子材料涂料粘合劑……高分子按結(jié)構(gòu)分：高分子按性質(zhì)分：高分子按性能和用途分：第5頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五5.2高分子材料的發(fā)展歷史

一、天然高分子材料的使用：遠古時期纖維素的利用～～造紙東漢時期（公元約105年），蔡倫造紙術(shù)第6頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五1987年2月初，在美國印刷工業(yè)100周年的紀念大會上當(dāng)時的美國總統(tǒng)布什說“那個偉大國家在造紙、印刷和排字方面所做的貢獻，確實可以說改變了歷史的進程。”

造紙是我國古代科學(xué)技術(shù)的四大發(fā)明之一;蔡倫制成的“蔡侯紙”使用的是樹膚（即樹皮）、麻頭（麻屑）、敞布（破布）、破魚網(wǎng)等為原料第7頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五纖維素是由葡萄糖組成的大分子多糖。不溶于水及一般有機溶劑。是植物細胞壁的主要成分。(2)纖維素是世界上最豐富的天然有機物，估計自然界每年產(chǎn)1000億噸。棉花的纖維素含量接近100%，為天然的最純纖維素來源。一般木材中，纖維素占40～50%。此外，麻、麥稈、稻草、甘蔗渣等，都是纖維素的豐富來源。纖維素（cellulose）：重要的造紙原料第8頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五合成高分子的發(fā)展歷史：近代時期-纖維素（Cellulose）的改性

1864年的一天，瑞士巴塞爾大學(xué)的化學(xué)教授舍恩拜因偶然發(fā)現(xiàn)了硝酸纖維素，也即是火棉，它很易燃燒，甚至爆炸。可用于制造炸藥。這是人類制備的第一種高分子合成物。

舍恩拜因反應(yīng)式賣給了奧地利政府和一個英國商人泰勒。但由于生產(chǎn)太不安全，到1862年奧地利的最后兩家火棉廠被炸毀后就停止了生產(chǎn)。第9頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五化學(xué)家們對硝酸纖維素的研究并沒有中止。法國學(xué)者梅納爾和美國醫(yī)科大學(xué)學(xué)生梅納德所分別獨立發(fā)現(xiàn)了膠棉：硝酸纖維素+乙醚/酒精角質(zhì)狀透明膜（膠棉）溶解、蒸發(fā)合凝固1870年美國印刷工人海厄特發(fā)現(xiàn)在這種物質(zhì)中加入樟腦會提高韌性，而且具有加熱時軟化，冷卻時變硬的可塑性。這種用樟腦增塑的硝酸纖維素就是歷史上第一種塑料，稱為賽璐珞(Celluloid).

它廣泛被用于制作乒乓球、照相膠卷、梳子、眼睛架、襯衫衣領(lǐng)和指甲油等。舊稱假象牙。第10頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五高分子科學(xué)的奠基人

1920年德國人史道丁格（Staudinger）發(fā)表了劃時代的文獻“論聚合”。他提出了“高分子”、“長鏈大分子”的概念。從而確立了高分子學(xué)說。史道丁格是高分子科學(xué)的奠基人，為了表彰他的杰出貢獻，1953年72歲的他登上了諾貝爾化學(xué)獎的領(lǐng)獎臺。第11頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五高分子學(xué)說的創(chuàng)立極大推動了高分子工業(yè)的發(fā)展

按合成年代排列，一系列的合成高分子材料誕生：

醇酸樹脂（1926）、聚氯乙烯（1928）、脲醛樹脂（1929）、聚苯乙烯（1930）、聚甲基丙烯酸甲酯（1930）、高壓聚乙烯（1935）、聚醋酸乙烯（1936）、丁基橡膠（1940）、滌綸纖維（1941）、聚氨酯（1943）、環(huán)氧樹脂（1947）、ABS（1948）。

順丁橡膠（1959）、異戊橡膠（1959）和乙丙橡膠（1960）等彈性體材料獲得大規(guī)模發(fā)展。

聚甲醛（1956）、聚碳酸酯（1957）、聚酰亞胺（1962）、聚砜（1965）、聚苯硫醚（1968）等工程塑料相繼問世。第12頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五5.3高分子材料在人們?nèi)粘Ｉ钪械牡匚坏?3頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五我被高分子材料包圍了聚四氟乙烯聚氯乙烯蜜胺塑料聚丙烯聚丙烯聚乙烯PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯滌綸樹脂）EVA（熱熔膠）第14頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五高分子材料在國民經(jīng)濟中的地位高分子材料占飛機總重的65％。（即使采用最輕的鋁/鈦合金，其比重也大于2.7，而高分子材料的比重為1.5左右）第15頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五第16頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五粘合5平方厘米的鋼件，能吊起一個大鐵箱。超強粘合劑第17頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五特種高分子材料6.2mm厚的聚碳酸酯板，受大錘砸而不斷裂，還能擋住38mm子彈從3.6m遠處的射擊。室溫硫化硅橡膠板耐2000℃的高溫第18頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五醫(yī)用高分子材料由硅橡膠制作的人工心臟，能成功地移植體內(nèi)。其他還有：隱形眼鏡、人工骨、人造皮膚，自吸收手術(shù)縫線，醫(yī)用膠合劑等。第19頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五高分子藥物釋放和送達體系

如將對惡性腫瘤有治療作用的5-氟尿嘧啶載于聚-甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯上，5-氟尿嘧啶對人體有很大毒副作用，服用后產(chǎn)生惡心、嘔吐、脫發(fā)等現(xiàn)象，且對肝、胃有影響，但高分子化后釋放緩慢、均勻，上述癥狀明顯改善。第20頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五其他塑料門窗～～節(jié)能、防腐蝕塑料輸油管道～～節(jié)能，減阻，防止凝固塑料編織袋～～物料物料儲運、抗洪救災(zāi)塑料建筑材料～～輕質(zhì)、防腐、保溫、降噪第21頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五5.4高分子材料一、塑料熱塑性塑料熱固性塑料按照對溫度的響應(yīng)，分為：受熱時軟化并可熔化成流動的液體，冷卻后變成固體，加熱后又熔化，可反復(fù)加工，多次使用加工后并不會如熱塑性塑料般會受熱軟化，若溫度過高則發(fā)生裂解而不會有軟化變形的現(xiàn)象。不能加熱熔融，只能一次成型。塑料纖維橡膠第22頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五由于塑料有原料多、生產(chǎn)易、成本低、加工快、比強度大、性能好等特點，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)量已超過了木材和水泥等結(jié)構(gòu)材料的總產(chǎn)量。第23頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五我國高分子材料品種分布（單位：萬噸）熱塑性塑料（thermoplastics）占總量的80％。熱固性塑料（thermosets）占總量的20％。聚乙烯240聚苯乙烯（PS）39聚氯乙烯140聚丙烯120丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三元共聚物（ABS）21酚醛塑料PF聚氨酯PU脲醛塑料UF不飽和聚酯UP第24頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五聚乙烯的發(fā)明:

上世紀30年代時，經(jīng)濟大蕭條，化工公司急需新的產(chǎn)品好沖出困境。同時，科技新發(fā)現(xiàn)像雨后春筍，此起彼伏，但很多發(fā)現(xiàn)都是撞上的，并沒有理論指導(dǎo)，所以很多公司的實驗室里，都是四處撒網(wǎng)，希望捕到大魚。英國的帝國化學(xué)公司也不例外。1933年3月24日，帝國化學(xué)公司的兩個化學(xué)家E.W.Fawcett（福西特）和R.O.Gibson（吉布森）一氣搭起了好幾十個實驗，把有希望的基本有機物質(zhì)放在一起，設(shè)定各種反應(yīng)條件，尤其是高溫高壓，希望撞上一個重大發(fā)現(xiàn)。其中有一個容器里，裝的是乙烯氣體和苯甲醛，壓力是170個大氣壓，溫度是170度。試驗容器的密封性能不好發(fā)生泄漏，預(yù)期的反應(yīng)沒有發(fā)生，但是容器底部有一些白色的蠟狀粉末（薄膜）。全世界產(chǎn)量第一的塑料聚乙烯熱塑性塑料第25頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五

第二次乙烯聚合要到1935年才實現(xiàn)，盡管實驗器材在高溫高壓下發(fā)生泄漏，實驗還是獲取了少量白色的蠟狀粉末（薄膜），測試表明這就是乙烯的聚合物，和苯甲醛沒有關(guān)系。

這時，第二次世界大戰(zhàn)的陰云已經(jīng)籠罩在歐洲頭上。聚乙烯出色的絕緣性能被寄予很大希望，聚乙烯的性質(zhì)和生產(chǎn)也成了機密。帝國化學(xué)公司根據(jù)實驗室里合成的8克聚乙烯，斷然決定建立一個年產(chǎn)100噸的聚乙烯廠。1939年9月1日，帝化的聚乙烯廠投產(chǎn)了。同一天，德國入侵波蘭。聚乙烯絕緣用于反潛飛機的機載雷達，在大西洋之戰(zhàn)中，為獵獲德國潛艇立下了汗馬功勞。

隨后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)聚乙烯具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性，防水，無異味，耐酸，耐堿，尤其出色的是絕緣性。于是他們重新設(shè)計了操作工藝，經(jīng)過多次試驗，終于制得了聚乙烯。聚乙烯就這樣意外地發(fā)現(xiàn)。熱塑性塑料第26頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五◆聚乙烯(PE)

保鮮膜吹塑成型的聚乙烯薄膜無毒，化學(xué)穩(wěn)定性好，價格低廉，適合做食品和藥物的包裝材料單體:CH2=CH2熱塑性塑料第27頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五◆聚氯乙烯（PVC）第二大宗塑料，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐酸堿腐蝕，使用溫度不宜超過60℃，在低溫下會變硬單體:CH2=CHCl最大宗產(chǎn)品是管道，既可以用于生活供水也可以用于工業(yè)用水熱塑性塑料第28頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五◆聚苯乙烯（PS）單體：CH2=CHC6H5廣泛用于包裝材料，但難以回收利用，以成為一大社會公害熱塑性塑料第29頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五聚四氟乙烯塑料單體：CF2＝CF2有“塑料王”之稱，耐任何酸，堿和氧化劑，化學(xué)穩(wěn)定性最高的塑料；具有光滑的表面，是最好的防沾材料。熱塑性塑料PTFE第30頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五

聚丙烯(PP)單體:CH2=CHCH3強度，硬度高，疲勞強度在整個塑料材料中居第一流，是制造整體合頁的最佳選擇熱塑性塑料第31頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五ABS塑料：丙烯晴，丁二烯，和苯乙烯的三元共聚物。ABS具有較高的韌性和加工流動性，廣泛用于家用電器外殼。熱塑性塑料第32頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五熱固性塑料熱固性塑料加熱固化后就永久的失去了可塑性，不能再熔融，也不能在溶解，廢料也不能回收利用。但是，熱固性塑料在固化前粘度很低，有利于表面涂覆，有利于澆鑄，還有利于對纖維和織物的浸漬，制作復(fù)合材料十分方便。由于固化后不熔不溶的特征，耐高溫性往往高于一般的熱塑性材料。熱固性塑料的用量占整個塑料的15%。第33頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五◆酚醛塑料單體：苯酚、甲醛最古老的熱固性塑料--第34頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五

酚醛樹脂是一種優(yōu)良的絕緣材料。它們有足夠的強度和硬度，而且密度很小，是一種輕型材料。

酚醛樹脂不但可以鑄造成型，還可以像金屬那樣用機床進行機械加工，做成所需形狀。酚醛樹脂對于熱、酸、氣候變化不敏感，因此性質(zhì)很穩(wěn)定。

生產(chǎn)這種絕緣材料的最大優(yōu)點是原料很便宜，苯酚是從廉價的煤焦油中提煉出來的；制造甲醛的原料是煤。酚醛是性價比最高的一種高分子材料。

用途：酚醛塑料可以用作電器上的旋鈕和按鍵、電燈插座、電器插頭、線圈盤、電閘和配電盤，以及各種儀器、儀表和照相機的外殼。酚醛還可以做粘合劑和涂料。酚醛樹脂的特點：第35頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五所用高分子化合物來源不同，可分為：-天然纖維：以天然高分子物質(zhì)為原料如棉花、羊毛、蠶絲和麻等纖維:用天然的或人工合成的高分子物質(zhì)為原料、經(jīng)過化學(xué)或物理方法加工而制得的纖維的統(tǒng)稱。-合成纖維：合成高分子物質(zhì)為原料，也叫化學(xué)纖維，簡稱化纖。用石油、天然氣等不含天然纖維的物質(zhì)為原料，經(jīng)過化學(xué)合成加工制得的纖維如腈綸(人造羊毛)、錦綸(尼龍)、維綸、氯綸、滌綸(的確良)和丙綸等“六大綸”

二、合成纖維第36頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五灼燒情況受酸溶液的影響受堿溶液的影響純棉燒后呈粉狀，無異味輕微輕微羊毛燒焦羽毛氣味，灰燼為黑色小顆粒受腐蝕部分溶解尼龍布接近火焰時迅速卷縮，趁熱可拉成絲，燒后不易破碎幾乎不變幾乎不變合成纖維具有優(yōu)良的性能：如強度高、彈性好、耐磨、耐化學(xué)腐蝕和不怕蟲蛀等。第37頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五世界上出現(xiàn)的第一種合成纖維是20世紀30年代美國杜邦公司科研小組研制出的尼龍66（Nylon，聚酰胺66），它是由己二酸和己二胺縮聚而成的。第38頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五

1928年美國最大的化學(xué)公司杜邦公司建立了聚合物研究實驗室，32歲的杰出化學(xué)家卡羅瑟斯（Carothers）擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)。尼龍的誕生第39頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五

卡羅瑟斯博士帶領(lǐng)的研究小組選擇各種具有活性基團的分子，在一定條件下相互作用，看看能否成為合成纖維。結(jié)果，幾百次的試驗都失敗了。

后來，卡羅瑟斯和他的同事們將注意力轉(zhuǎn)到己二胺和己二酸進行縮聚反應(yīng)，終于在1935年合成出聚酰胺高分子化合物。該物質(zhì)在熔融狀態(tài)下能拉成細絲，強度和彈性特別優(yōu)良，軟化點也符合紡絲生產(chǎn)的要求。由于這兩種合成原料分子里都含六個碳原子，所以卡羅瑟斯把它命名為“尼龍－66”。

尼龍－66是最早的一種有實用價值的人工合成纖維。美國杜邦公司從研制到投入工業(yè)生產(chǎn)共花費2700萬美元，投入230多名研究和工程技術(shù)人員，卡羅瑟斯是其中的佼佼者。第40頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五尼龍－66的反應(yīng)式1939年10月24日，美國的杜邦（化學(xué)）公司，用300尺高的宣傳尼龍絲襪玉足模型廣告，吸引了無數(shù)眼球。人們曾用“像蛛絲一樣細，像鋼絲一樣強，像絹絲一樣美”的詞句來贊譽這種纖維。第41頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五

尼龍又名“卡普隆”、“錦綸”，化學(xué)名稱是聚酰胺纖維。尼龍的誕生，改變了人們過去靠植物生長、蠶吐絲等得到的天然纖維制衣的習(xí)慣，而采用以煤、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，所以也叫人造纖維。

此外，合成纖維主要還有：滌綸、腈綸、維綸、丙綸和氯綸五種，其中尼龍和前兩種產(chǎn)量最大，占合成纖維產(chǎn)量的90%。它們都具有強度高、耐磨、比重小、彈性大、防蛀、防霉等優(yōu)點。除制衣外，在工業(yè)或其他方面也很有用處。

尼龍耐磨性比棉制品高10倍，比羊毛高20倍，彈性好，大多用于制造絲襪、襯衣、漁網(wǎng)、纜繩、降落傘、宇航服、輪胎簾布等。

現(xiàn)尼龍廣泛用作衣服、地毯、輪胎的簾子線、降落傘、纜繩、安全皮帶、帳篷、牙刷毛、外科縫線、漁網(wǎng)等。第42頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五合成纖維（syntheticfibers）（單位：萬噸）第43頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五滌綸尼龍紡綸纖維織成的防彈衣腈綸腈綸第44頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五高強纖維的代表:Kevlar芳綸：全芳香族聚酰胺有“合成的鋼絲”之稱。芳綸在同樣重量材料下得到的強度是鋼絲的五倍，用手指粗的芳綸繩就可以吊起兩輛大卡車！第45頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五

2003年3月26日，在伊拉克的英國皇家海軍陸戰(zhàn)隊?wèi)?zhàn)士埃里克·沃爾德曼頭盔連中四槍。

沃爾德曼所戴的頭盔是這次英軍專門為戰(zhàn)爭打造的，其外層和普通頭盔沒什么區(qū)別，里料則采用的是一種名叫“凱夫拉爾”的特制纖維。該纖維含有高分子聚合塑料，硬度比普通鋼鐵高40%。質(zhì)地如此堅硬，能夠刀槍不入也就不足為奇了。第46頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五神九宇航員準備出發(fā)

宇航員的服裝能使太空的人處于加壓狀態(tài)，供給宇航員生命所需的氧氣，控制溫度和濕度，防止輻射，還要經(jīng)得起微流星的沖擊。宇航服中已經(jīng)應(yīng)用了一百三十多種新型材料。其中多數(shù)是有機合成材料。密閉頭盔由透明聚碳酸酯組成，密閉服由耐高溫的防火聚酰胺纖維織物等特殊材料組成。宇航服面罩是由碳材料制成的金剛石膜。第47頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五第48頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五唐鑫源，江蘇省無錫市人。先后畢業(yè)于上海光華大學(xué)、美國麻省羅宛爾理工大學(xué)、北卡羅納大學(xué)、威斯康新大學(xué)，專攻化學(xué)、紡織染整工程、高分子化學(xué)，獲哲學(xué)博士。1962年，美國太空總署太空飛行中心成立，唐鑫源先生出任材料研究所所長，主持研究太空應(yīng)用材料，研制成能抵御輻射線與高溫的非金屬材料，以及防火材料等等，應(yīng)用于登陸月球之阿波羅APOLLO太空艇及登陸月球艇、太空飛行實驗室SKYLAB，太空梭SPACESHUTTLE以及太空站SPACESTATION。同時主持研究設(shè)計太空衣、飛行工作衣、駕駛裝、運動裝、維生系統(tǒng)、太空工作設(shè)備與工具，以維持和保護太空飛行任務(wù)之功效與安全。贊譽唐鑫源先生為“太空衣之父”

第49頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五三.橡膠橡膠是高彈性的高分子化合物，具有彈性、絕緣性、不透水和空氣。橡膠的特征：1、高分子材料2、具有小應(yīng)力下發(fā)生大形變的能力3、并且迅速恢復(fù)大形變的能力

橡膠是制造飛機、汽車和醫(yī)療器械等所必需的材料，是重要的戰(zhàn)略物資。第50頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五橡膠產(chǎn)品第51頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五橡膠的分類：1、天然橡膠是從橡膠樹、橡膠草等植物中提取膠質(zhì)后加工制成，化學(xué)組成是聚異戊二烯。2、合成橡膠是由各種單體經(jīng)聚合反應(yīng)而得，分為通用橡膠和特種橡膠通用橡膠：如丁苯橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠等。特種橡膠：如耐熱和耐酸堿的氟橡膠、耐高溫和耐嚴寒的硅橡膠等性能全面，但易老化性能不及天然橡膠全面，但其具有彈性、絕緣性、氣密性、耐高溫或低溫等性能。第52頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五天然橡膠硫化方法的發(fā)現(xiàn)橡膠一詞來源于印第安語cau-uchu，意為“流淚的樹”。天然橡膠就是由橡膠樹割膠時流出的膠乳經(jīng)凝固、干燥后而制得。

哥倫布在發(fā)現(xiàn)新大陸的航行中見到這種材料，被視為珍品帶回歐洲。但此后300年無人對這一材料感興趣，因為原膠強度低，彈性也不是很高，且易氧化腐敗，人們很難發(fā)現(xiàn)它有什么用途。只是發(fā)現(xiàn)它能夠擦掉鉛筆的痕跡，因此給它起了個名字“橡皮”(rubber)。

直到1839年，美國人古德伊爾(CharlesGoodyear)在研究保存橡膠的方法時，不小心把天然橡膠（乳膠）和硫磺的混合物潑灑到小火爐，發(fā)現(xiàn)這種材料發(fā)生了質(zhì)的變化：強度大大提高，抗氧化性顯著增強，且產(chǎn)生了驚人的彈性。天然橡膠從此產(chǎn)生。

第53頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五硫化橡膠優(yōu)點:具有較高的強度、韌性、良好的彈性和化學(xué)穩(wěn)定性等Goodyear發(fā)明的硫化方法，是在攝氏140-150度的溫度下，通過天然橡膠與硫磺一起加熱進行硫化，實現(xiàn)了橡膠分子鏈的交聯(lián)，使橡膠具備了良好的彈性。第54頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五湯姆森發(fā)明充氣輪胎過去的幾千年間，人們所坐的車使用的一直是木制輪子。在古德伊爾發(fā)明硫化橡膠之后，1845年，英國工程師R.W.湯姆森在車輪周圍套上一個合適的充氣橡膠管，并獲得了這項設(shè)備的專利。1890年，輪胎被正式用在自行車上，1895年，又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，使乘車的人覺得比以往任何時候都更加舒適。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。面對橡膠生產(chǎn)的嚴峻形勢，各國競相研制合成橡膠。第55頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五氟橡膠（fluororubber）氟橡膠是指主鏈或側(cè)鏈的碳原子上含有氟原子的合成高分子彈性體

在所有橡膠中其綜合性能最佳，俗稱“橡膠王”耐高溫、耐油、耐高真空及耐酸堿、耐多種化學(xué)藥品，是現(xiàn)代航空、導(dǎo)彈、火箭、宇宙航行等尖端科學(xué)技術(shù)不可缺少的材料。氟橡膠環(huán)氟橡膠墊片第56頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五硅橡膠（Siliconerubber）在眾多的合成橡膠中，硅橡膠最新穎。

結(jié)構(gòu)是一種直鏈狀的高分子量的聚硅氧烷，分子量一般超過15萬安全無毒的硅膠奶嘴醫(yī)用的硅橡膠管

優(yōu)異特性：廣的工作溫度范圍（-100C-350C）優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、電絕緣性、耐氧抗老化性、耐光抗老化性以及防霉性、化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)異的生理惰性，無毒、無味、無腐蝕、抗凝血、與機體的相容性好，能經(jīng)受苛刻的消毒條件-硅橡膠在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中廣泛發(fā)揮了重要作用第57頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五我國高分子產(chǎn)量在全球的占比塑料：第3位合成纖維：第1位合成橡膠：第4位

按人均就十分靠后，人均消耗量也很少。每年塑料人均消耗量：美國為143Kg，日本和德國約為94Kg，中國小于10Kg。第58頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五5.5功能高分子材料1、功能高分子材料的涵義具有新型骨架結(jié)構(gòu)的高分子材料

和在天然或合成高分子的主鏈或支鏈上引入某種功能的官能團，使其顯示出在光、電、磁、聲、熱、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等方面的特殊功能的高分子。第59頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五功能高分子分類按功能或用途所屬的學(xué)科領(lǐng)域分：-物理功能高分子-化學(xué)功能高分子-生物功能高分子導(dǎo)電高分子發(fā)光高分子光活性高分子液晶高分子吸附樹脂高分子分離膜離子交換樹脂高分子試劑高分子催化劑高分子藥物醫(yī)用高分子材料第60頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五2000年諾貝爾化學(xué)獎得主美國物理學(xué)家Heeger

美國化學(xué)家MacDiarmid

日本化學(xué)家白川英樹Shirakawa

1977年，三位科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)摻雜碘的聚乙炔具有金屬的導(dǎo)電特性。并因此獲得2000年諾貝爾化學(xué)獎第61頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五導(dǎo)電機理導(dǎo)電機理自由基陽離子通過雙鍵遷移沿共軛高分子鏈傳遞導(dǎo)電高分子具有共軛π鍵，其本身或經(jīng)過“摻雜”后，具有導(dǎo)電性的一類高分子材料。1、導(dǎo)電高分子第62頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五種類名稱結(jié)構(gòu)聚乙炔聚噻吩聚吡咯聚苯胺聚苯典型的導(dǎo)電高分子第63頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五導(dǎo)電高分子的特性1.電導(dǎo)率范圍寬導(dǎo)電高分子的特性第64頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五導(dǎo)電高分子材料的應(yīng)用導(dǎo)電聚合物特殊的結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的物理化學(xué)性能，使得其在能源（二次電池、太陽能電池、固體電池），光電器件，晶體管，鎮(zhèn)流器，發(fā)光二極管（LED），傳感器（氣體和生物）,電磁屏蔽，隱身技術(shù)以及生命科學(xué)等方面都有誘人的應(yīng)用前景第65頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五導(dǎo)電高分子無處不在科研人員正在研究高分子低溫等離子在導(dǎo)電高分子儀器

第66頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五導(dǎo)電高分子無處不在高分子導(dǎo)電薄膜高分子導(dǎo)電聚合物第67頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五電致發(fā)光高分子第68頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五第69頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五傳統(tǒng)吸水材料吸水倍率有限，一般只有自重20倍。超強吸水高分子含有羧基，羥基等親水性基團并具有一定交聯(lián)度的水溶脹性，既不溶于水，也不溶于有機溶劑，吸水倍率到自重的幾百甚至上千倍。吸水速率快，保水性能好，即使加壓也難分離出來。2、超強吸水高分子（superabsorbentpolymers)第70頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五《時代周刊》評出20世紀最偉大的

100項發(fā)明，其中“尿不濕”榜上有名

為什么“尿不濕”能評為20世紀最偉大的100項發(fā)明呢?最初是為誰專門設(shè)計的呢？第71頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五美國在上世紀六十年代初，航天事業(yè)崛起，如何解決宇航員的排尿問題迫在眉睫，華人唐鑫源成為“尿不濕”的發(fā)明人，后來他被譽為美國“太空服之父”。美國從1959起甄選的7位宇航員合影第72頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五“神舟5號”、“神舟6號”上天的三位航天員先后也都使用了“尿不濕”航天員專用“尿不濕”1克能吸收約1000克水，吸水性遠強于一般嬰兒使用的“尿不濕”第73頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五“尿不濕”是航天產(chǎn)品“下凡”的成功典范！現(xiàn)在不僅是嬰幼兒使用，還有供特殊成人使用的，更有趣的是有些寵物也系上了“尿不濕”出門溜達，以保護公共衛(wèi)生。資料顯示：1987年，英國一次性尿布銷售利潤達2億英鎊。設(shè)想一下我們中國這樣一個人口大國，利潤有多么驚人！第74頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五“尿不濕”的材料“尿不濕”起作用的是高吸水性樹脂（常用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚丙烯酸鈉

）CH2=CHCOONa加交聯(lián)劑得網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)加交聯(lián)劑的目的是變線型結(jié)構(gòu)為體型結(jié)構(gòu)，使其既有吸水性而又不溶于水，耐擠壓。第75頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五纖維素的結(jié)構(gòu)簡式傳統(tǒng)吸水性的材料棉花為何有一定的吸水性？發(fā)現(xiàn)其每個鏈節(jié)上都有—OH，它是一種親水基第76頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五第77頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五如旱地種植、改良土壤、改造沙漠等。思考：強吸水能力的功能高分子材料除了用于“尿不濕”，還有哪些用途？保水劑是一種吸水能力特強的功能高分子材料。無毒無害，反復(fù)吸水、釋水——“微型水庫”。同時，它還能吸收肥料、農(nóng)藥、并緩慢釋放，增加肥效、藥效。高吸水性樹脂廣泛用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、園藝、建筑等。第78頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五

上世紀70年代發(fā)展起來的親水隱形眼鏡具有特點：吸收相當(dāng)于自重80%水，才變得柔軟、透氣、舒適、戴時長

制備隱形眼鏡所用的原料主要是丙烯酸羥乙酯（CH2=CHCOOCH2CH2OH）第79頁，共91頁，2023年，2月20日，星期五3、高分子分離膜第80頁，共91頁