高分子物理言

1、1,高 分 子 物 理,材料工程系,張 英強(qiáng) (Sh_yqzhangsina),2,材料一般是指人類用以制造生活和生產(chǎn)所需的物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器和其它產(chǎn)品的物質(zhì)。材料不僅是人類進(jìn)化的標(biāo)志，也是社會現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)與先導(dǎo)。材料、能源與信息被稱為現(xiàn)代文明的標(biāo)志。80年代人們又把新型材料、生物工程和信息工程作為產(chǎn)業(yè)革命的重要標(biāo)志。材料，尤其是新型材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用反映著一個國家的科學(xué)技術(shù)與工業(yè)水平，它關(guān)系著國家的綜合國力與安

2、全保障。因此各發(fā)達(dá)國家無不把材料放在重要地位。,材料是宇宙間可用于制造有用物品的物質(zhì)。,3,Metals 金屬材料Ceramics 陶瓷材料Composites 復(fù)合材料,材料的分類：,,Polymers 高分子材料,4,高分子科學(xué)的發(fā)展史,天然高分子化合物：棉、麻、絲、毛、皮革、天然橡膠、生漆 天然高分子的化學(xué)改性: 天然橡膠的硫化 硝化纖維素（賽璐珞） 皮革鞣制

3、,——二十世紀(jì)初期　酚醛樹脂（１９０９）、　聚丁二烯（１９１４）、　醇酸樹脂、醋酸纖維、脲醛樹脂,5,——二十世紀(jì)三十年代　大分子概念的確立（１９２９ Staudinger) Kuhn等把統(tǒng)計力學(xué)用于高分子鏈的構(gòu)象統(tǒng)計、Svedberg用超離心技術(shù)測定高分子的分子量及其分布。——二十世紀(jì)四十年代　高分子化學(xué)與工業(yè)蓬勃發(fā)展的十年,相繼開發(fā)了丁苯橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠、氟樹脂、ＡＢＳ樹脂等。Flory等利用晶格模型推導(dǎo)出高分子溶液的

4、熱力學(xué)性質(zhì)?！兰o(jì)五十年代　高分子合成工業(yè)的現(xiàn)代化、規(guī)模化原料來自于石油，原料豐富高分子物理基本成形成型加工發(fā)展——二十世紀(jì)六十年代　合成高分子材料全面繁榮局面的形成——二十世紀(jì)七十年代　功能高分子迅猛發(fā)展離子交換樹脂、水溶性高分子、光敏樹脂、醫(yī)用高分子進(jìn)一步向大型工業(yè)化發(fā)展，人造纖維和合成纖維產(chǎn)量等于天然纖維，合成橡膠為天然橡膠的二倍，塑料年產(chǎn)量達(dá)５０００萬噸，接近木材、水泥產(chǎn)量。,6,——二十世紀(jì)八十年代

5、 共聚共混改性，擴(kuò)大用途節(jié)約能耗，消除污染，規(guī)模生產(chǎn),降低價格——二十世紀(jì)九十年代 中國的發(fā)展現(xiàn)狀:2019年中國合成樹脂產(chǎn)量達(dá)4953 kt,已躋身于世界第六位,占總產(chǎn)量的3.79%;制品產(chǎn)量達(dá)15742,已位居世界第二位。樹脂排名：美國38600kt，日本14660kt，德國10870 kt，韓國7741 kt，法國5200 kt，中國，比利時，臺灣。我國目前人均消費(fèi)塑料約5kg，遠(yuǎn)低于世界人均（21kg）和亞洲人均（17

6、kg）的消費(fèi)水平。 2019年中國合成橡膠總產(chǎn)量為554 kt，消耗量為137萬噸，僅次于美國、日本，居世界第三位。,7,高分子科學(xué)的發(fā)展方向,多用途新技術(shù)功能化環(huán)?；?jié)能低成本,8,聚合新技術(shù)1.模板聚合2.等離子聚合3.基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合反應(yīng)(GTP)4.大分子單體的合成和聚合…功能高分子 醫(yī)用高分子、感光高分子、導(dǎo)電高分子、高分子藥物、高分子試劑、高吸水性樹脂、離子交換樹脂、高分子催化劑、阻燃聚合物材料等等。

7、,9,1.醫(yī)用高分子生物醫(yī)用高分子材料 高分子生物材料人工器官的研究整容材料聚氨酯 硅橡膠血液相容性,生物相容性,生物降解吸收,藥物控制釋放2.感光高分子光固化功能光降解功能光成像功能光致變色和光致發(fā)光性光催化光導(dǎo)性3.分離膜,,10,合成聚合物膜的主要作用是選擇障礙物,允許某一組分通過而截留混合物中的其它組分。4.導(dǎo)電高分子材料共軛高分子,電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合體,聚合陽離子-自由基鹽,

8、含金屬聚合物制作途徑:(1)合成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)聚合物(2)摻雜5.高吸水性樹脂6.阻燃聚合物材料 阻燃新技術(shù):(1)無鹵低煙阻燃劑體系(2)膨脹型阻燃劑體系(3)微膠囊技術(shù),11,一、高分子物理的研究對象,高分子材料Polymer Materials,12,Polymers are substances containing a large number of structural units joined by

9、the same type of linkage.,高分子：由多個單元體通過化學(xué)鍵連接而成的長鏈分子,13,Cotton 棉,14,Polyester聚酯(滌綸),Wool 羊毛Polyacrylonitrile(PAN)聚丙烯腈,15,Cotton 棉Nylon 尼龍(錦綸)Polyurethane 聚氨酯(氨綸),16,Nature Rubber 天然橡膠Polyisoprene(

10、PIP) 聚異戊二烯,17,鞋面: leather, or nylon鞋底: SBS內(nèi)墊: Polyurethane foam,18,Polystyrene(PS)聚苯乙烯,Polypropylene(PP)聚丙烯Poly(ether sulfone)聚砜,19,Nylon 尼龍Poly(vinyl chloride) (PVC) 聚氯乙烯,20,Poly(vinyl chloride) PVC聚

11、氯乙烯,21,Silicone硅膠,Wood 木材Poly(vinyl pyrrolidone)PVP聚乙烯吡咯烷酮,22,23,24,Polycarbonate (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 尼龍,

12、26,Epoxy resin環(huán)氧樹脂,27,Polypropylene PP聚丙烯,Polystyrene PS聚苯乙烯,Polycarbonate PC聚碳酸酯,28,Poly(ester terephthalate) PET聚對苯二甲酸乙二醇酯Polystyrene PS聚苯乙烯,29,Leather 皮革Polyisobutylene PIB聚異丁烯,Carbon fiber碳纖維,30,天然高

13、分子,合成高分子,塑料,橡膠,纖維,粘合劑,涂料,,,,,,,,,,Cotton 棉Wool 羊毛Silk 絲綢Starch 淀粉Protein 蛋白質(zhì)Wood 木材Nature Rubber天然橡膠,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聚異戊二烯PIB聚異丁烯PU聚氨酯,PA

14、N腈綸Nylon尼龍PET滌綸PU氨綸,PVAc聚醋酸乙烯酯PAM聚丙烯酸酯,31,航空,航海,航天,汽車,醫(yī)療,電子,電器,環(huán)境,能源,道路,紡織,建筑,制藥,涂料,粘合劑,水利,,,,,,,,,,,,,,,,,高分子材料,32,二、研究內(nèi)容：,Materials science and engineering (MSE) ：involves the generation and application of kn

15、owledge relating the composition, structures, and processing of materials to their properties and uses.,材料科學(xué)與工程：材料的組成、結(jié)構(gòu)、加工與材料的性能、使用之間關(guān)系的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用。,33,三、研究意義,高分子材料的優(yōu)點(diǎn)：低密度、易染色、易加工、抗腐蝕、韌性好、減震,生物兼容性易于設(shè)計（tailor),34,聚乙烯，聚丙烯

16、 < 1.0,低密度,35,聚丙烯短纖維,易染色，色澤鮮艷,36,一些典型的擠出物截面,易加工,37,耐腐蝕,38,,韌性好,39,吸波材料,減震,40,高分子材料的缺點(diǎn),Low mech properties,Difficult recycling,Static accumulation,Low service T,Aging,Flammable,靜電,易燃,易老化,使用溫度低,力學(xué)性能低,難回收,41,設(shè)計的途徑：,1、組成—

17、性能,例：,ABS,例： 炭黑補(bǔ)強(qiáng)橡膠,,,,強(qiáng)度,加工性,韌性,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,42,2、加工—性能：,例： 聚對苯二甲酸乙二酯（PET）加工過程中：,緩慢冷卻迅速冷卻,,可以結(jié)晶來不及結(jié)晶,,,,強(qiáng)度好（滌綸）透明（飲料瓶）,設(shè)計的途徑：,43,三、分子量—性能,例：,n=1~4 天然氣,n=5~8 汽油,n=9~12 煤油,n=50 石蠟,n

18、>10000 Polyethylene(PE),n=100000 UltraHigh Molecular weight Polyethylene (UHMWPE),設(shè)計的途徑：,44,高分子物理：高分子材料的 結(jié)構(gòu)—性能 間的關(guān)系,45,高分子物理的核心內(nèi)容,高分子材料的結(jié)構(gòu)高分子材料的性能高分子材

19、料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系高分子的分子運(yùn)動,46,高分子材料的結(jié)構(gòu)——由微觀向亞微觀的層次遞進(jìn)：高分子鏈的近程結(jié)構(gòu) 高分子鏈的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu) 高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 織態(tài)結(jié)構(gòu)。高分子材料的性能——基本物理性能、流變（動）性能、溶液性能、結(jié)晶性能、力學(xué)性能、熱性能、光性能、電性能、滲透性能、粘結(jié)性能、燃燒性能、老化性能等等高分子材料的應(yīng)用 五大合成材料 功能高分子材料,,,,47,能對已知結(jié)構(gòu)的高分子物質(zhì)（材料）

20、作出其性能的推測和合理解釋（根據(jù)結(jié)構(gòu)預(yù)測性能） 能對新開發(fā)產(chǎn)品所要求的加工性能和使用性能進(jìn)行基本的分子設(shè)計（依據(jù)性能設(shè)計結(jié)構(gòu)）,學(xué)習(xí)目的及目標(biāo),48,課程的學(xué)習(xí)方法：,以課堂講授為主:,理解+記憶,掌握思路,49,教材：,《高分子物理》何曼君，陳維孝，董西俠編復(fù)旦大學(xué)出版社,50,課后自學(xué):,參考書,,《高分子物理》金日光，華幼卿主編化學(xué)工業(yè)出版社,51,課后自學(xué):,參考書,《高聚物的結(jié)構(gòu)與性能》馬德柱，何平笙等科學(xué)

21、出版社,52,,,,作業(yè): 布置作業(yè)后一周的周三交,答疑: 1、課前課后 2、寫信 Sh_yqzhangsina 3、固定時間地點(diǎn),考試：期中考試：第1、2、3、4、5章 期末考試：全部章節(jié),53,考查方法,期末考試 70%,期中考試 10%,平時