高分子材料

第1章　绪　论………………………………………………………………………… 1

1．1　高分子材料的基本概念与特点……………………………………………… 1

1．1．1　高分子化合物的定义…………………………………………………… 1

1．1．2　高分子的基本概念……………………………………………………… 2

1．1．3　高分子材料的基本特点………………………………………………… 3

1．2　高分子材料的分类与命名…………………………………………………… 5

1．2．1　高分子材料的分类……………………………………………………… 6

1．2．2　高分子材料的命名……………………………………………………… 8

1．3　高分子材料在国民经济中的作用…………………………………………… 12

1．4　高分子材料的发展趋势……………………………………………………… 14

参考文献…………………………………………………………………………… 15

第2章　高分子材料的合成原理及方法…………………………………………… 16

2．1　引　言………………………………………………………………………… 16

2．2　逐步聚合反应………………………………………………………………… 17

2．2．1　逐步聚合反应的类型及特点…………………………………………… 17

2．2．2　线型缩聚反应…………………………………………………………… 18

2．2．3　线型缩聚反应的聚合度………………………………………………… 19

2．2．4　体型缩聚反应…………………………………………………………… 23

2．3　自由基聚合反应……………………………………………………………… 25

2．3．1　自由基聚合机理………………………………………………………… 25

2．3．2　自由基聚合引发反应…………………………………………………… 30

2．3．3　聚合热力学……………………………………………………………… 36

2．3．4　自由基聚合反应动力学………………………………………………… 37

2．3．5　相对分子质量…………………………………………………………… 40

2．3．6　阻聚和缓聚……………………………………………………………… 41

2．4　阳离子聚合反应……………………………………………………………… 41

2．4．1　阳离子聚合的单体……………………………………………………… 41

2．4．2　阳离子聚合引发体系…………………………………………………… 42

2．4．3　阳离子聚合反应机理…………………………………………………… 43

2．4．4　阳离子聚合反应动力学………………………………………………… 45

2．4．5　影响阳离子聚合的因素………………………………………………… 46

2．5　阴离子聚合反应……………………………………………………………… 47

2．5．1　阴离子聚合的单体……………………………………………………… 47

2．5．2　阴离子聚合引发体系…………………………………………………… 47

2．5．3　活性阴离子聚合体系…………………………………………………… 49

2．5．4　影响阴离子聚合的因素………………………………………………… 49

2．6　配位聚合……………………………………………………………………… 49

2．6．1　配位聚合引发体系……………………………………………………… 50

2．6．2　配位聚合机理…………………………………………………………… 50

2．6．3　丙烯的配位聚合机理…………………………………………………… 52

2．7　自由基共聚合反应…………………………………………………………… 53

2．7．1　二元共聚物的结构特点和分类………………………………………… 53

2．7．2　共聚物组成方程………………………………………………………… 54

2．7．3　竞聚率的测定…………………………………………………………… 56

2．7．4　单体活性和自由基活性………………………………………………… 56

2．8　高分子材料的合成方法……………………………………………………… 58

2．8．1　本体聚合法……………………………………………………………… 58

2．8．2　悬浮聚合法……………………………………………………………… 58

2．8．3　乳液聚合法……………………………………………………………… 59

2．8．4　溶液聚合法……………………………………………………………… 59

2．8．5　新合成方法及技术……………………………………………………… 59

参考文献…………………………………………………………………………… 60

第3章　高分子材料的结构与性能………………………………………………… 61

3．1　高分子链的近程结构………………………………………………………… 61

3．1．1　结构单元的化学组成…………………………………………………… 61

3．1．2　结构单元的键接方式…………………………………………………… 62

3．1．3　结构单元的立体构型…………………………………………………… 63

3．1．4　分子链支化与交联……………………………………………………… 64

3．2　高分子链的远程结构………………………………………………………… 65

3．2．1　相对分子质量和相对分子质量分布…………………………………… 65

3．2．2　高分子链的内旋转构象………………………………………………… 66

3．2．3　高分子链的柔顺性……………………………………………………… 68

3．3　高分子材料的凝聚态结构…………………………………………………… 72

3．3．1　大分子间作用力………………………………………………………… 73

3．3．2　高分子材料的非晶态结构……………………………………………… 75

3．3．3　高分子材料的晶态结构………………………………………………… 75

3．3．4　高分子材料的取向态结构……………………………………………… 79

3．3．5　高分子材料的液晶态结构……………………………………………… 81

3．3．6　高分子材料的织态结构………………………………………………… 81

3．4　高分子的分子运动与力学状态……………………………………………… 83

3．4．1　高分子运动的特点……………………………………………………… 83

3．4．2　高分子材料的力学状态及转变………………………………………… 84

3．4．3　高分子材料的玻璃化转变及次级转变………………………………… 87

3．5　高分子材料的力学性能……………………………………………………… 88

3．5．1　高分子材料力学性能的基本指标……………………………………… 88

3．5．2　高分子材料的高弹性和黏弹性………………………………………… 90

3．5．3　高分子材料的应力应变曲线………………………………………… 93

3．5．4　高分子材料的断裂和强度……………………………………………… 95

3．5．5　高分子材料的抗冲击强度和增韧改性………………………………… 96

3．6　高分子材料的物理性能……………………………………………………… 97

3．6．1　高分子材料的溶液性质………………………………………………… 97

3．6．2　高分子材料的热性能………………………………………………… 100

3．6．3　高分子材料的电性能………………………………………………… 101

3．6．4　高分子材料的光学性能……………………………………………… 103

3．7　高分子材料的化学性能…………………………………………………… 104

3．7．1　聚合物的化学反应…………………………………………………… 104

3．7．2　高分子材料的老化…………………………………………………… 104

3．7．3　高分子材料的燃烧特性……………………………………………… 105

3．7．4　高分子材料的力化学性能…………………………………………… 107

参考文献…………………………………………………………………………… 109

第4章　通用高分子材料…………………………………………………………… 110

4．1　塑　料……………………………………………………………………… 110

4．1．1　塑料的组分及其作用………………………………………………… 111

4．1．2　塑料的成型加工方法………………………………………………… 114

4．1．3　热塑性塑料…………………………………………………………… 116

4．1．4　工程塑料……………………………………………………………… 122

4．1．5　热固性塑料…………………………………………………………… 127

4．2　橡　胶……………………………………………………………………… 130

4．2．1　结构及其与性能的关系……………………………………………… 130

4．2．2　橡胶制品的原料……………………………………………………… 133

4．2．3　天然橡胶……………………………………………………………… 135

4．2．4　合成橡胶……………………………………………………………… 136

4．2．5　热塑性弹性体………………………………………………………… 140

4．3　纤　维……………………………………………………………………… 142

4．3．1　纤维概述……………………………………………………………… 142

4．3．2　纤维加工的一般工艺………………………………………………… 143

4．3．3　纤维的结构…………………………………………………………… 144

4．3．4　人造纤维……………………………………………………………… 147

4．3．5　合成纤维……………………………………………………………… 148

参考文献…………………………………………………………………………… 151

第5章　功能高分子材料…………………………………………………………… 152

5．1　概　述……………………………………………………………………… 152

5．1．1　功能高分子材料概念和分类………………………………………… 152

5．1．2　功能高分子材料结构与性能关系…………………………………… 154

5．2　反应性高分子材料………………………………………………………… 157

5．2．1　高分子试剂…………………………………………………………… 157

5．2．2　高分子催化剂………………………………………………………… 165

5．3　液晶高分子………………………………………………………………… 170

5．3．1　基本概念……………………………………………………………… 170

5．3．2　液晶高分子的类型及合成方法……………………………………… 172

5．3．3　液晶高分子的特性及应用…………………………………………… 176

5．4　电功能高分子材料………………………………………………………… 177

5．4．1　概　述………………………………………………………………… 177

5．4．2　导电高分子材料……………………………………………………… 178

5．4．3　电致发光高分子材料………………………………………………… 184

5．4．4　电致变色高分子材料………………………………………………… 188

5．5　光功能高分子材料………………………………………………………… 193

5．5．1　光功能高分子材料及其分类………………………………………… 193

5．5．2　感光高分子体系的设计与构成……………………………………… 194

5．5．3　光敏涂料及光敏胶…………………………………………………… 194

5．5．4　光致变色高分子材料………………………………………………… 197

5．5．5　光导电高分子材料…………………………………………………… 204

5．5．6　光学塑料与光纤……………………………………………………… 212

5．6　高分子分离膜与膜分离技术……………………………………………… 213

5．6．1　功能膜的分类及原理………………………………………………… 214

5．6．2　膜材料及膜的制备…………………………………………………… 217

5．6．3　典型的分离膜技术及应用领域……………………………………… 222

5．7　医药高分子材料…………………………………………………………… 224

5．7．1　医用高分子材料……………………………………………………… 224

5．7．2　药用高分子材料……………………………………………………… 232

参考文献…………………………………………………………………………… 237

第6章　聚合物基复合材料………………………………………………………… 239

6．1　概　述……………………………………………………………………… 239

6．1．1　复合材料分类………………………………………………………… 239

6．1．2　复合材料基本性能…………………………………………………… 239

6．1．3　复合材料主要应用…………………………………………………… 240

6．2　树脂基体…………………………………………………………………… 241

6．2．1　环氧树脂基体………………………………………………………… 242

6．2．2　不饱和聚酯树脂基体………………………………………………… 242

6．2．3　酚醛树脂基体………………………………………………………… 243

6．2．4　聚酰亚胺树脂………………………………………………………… 243

6．2．5　聚醚醚酮树脂………………………………………………………… 244

6．2．6　聚苯并环丁烯树脂…………………………………………………… 244

6．3　增强材料…………………………………………………………………… 245

6．3．1　玻璃纤维……………………………………………………………… 246

6．3．2　碳纤维………………………………………………………………… 247

6．3．3　芳纶纤维……………………………………………………………… 250

6．3．4　其他纤维……………………………………………………………… 251

6．4　聚合物基复合材料的界面………………………………………………… 252

6．4．1　表面现象与表面张力………………………………………………… 252

6．4．2　增强材料的表面性质与表面处理…………………………………… 253

6．4．3　聚合物基复合材料的界面…………………………………………… 258

6．4．4　聚合物基复合材料界面的破坏……………………………………… 262

6．5　聚合物基复合材料成型…………………………………………………… 264

6．5．1　手糊成型……………………………………………………………… 264

6．5．2　模压成型……………………………………………………………… 267

6．5．3　层压成型……………………………………………………………… 270

6．5．4　缠绕成型……………………………………………………………… 271

6．5．5　拉挤成型……………………………………………………………… 273

6．5．6　树脂传递模塑成型…………………………………………………… 274

6．5．7　热塑性复合材料及其成型…………………………………………… 275

参考文献…………………………………………………………………………… 282

高分子材料

高分子材料是一门新兴学科。高分子材料来源广阔，品种繁多，性能优异，用途广泛，在材料领域中的地位日益突出。自２０世纪中叶以来，随着人工合成高分子的出现，人类跨入了高分子材料的时代。鉴于材料学科对人才培养既要求深度又要求广度，本教材以高分子材料合成原理与方法、高分子材料的结构与性能和通用高分子材料为基础，深入浅出地介绍各种功能高分子材料、聚合物基复合材料等新型材料。
　　本教材在讲述基本内容的基础上，注重补充相关的新知识和新技术，可作为高等学校相关专业本科生和研究生的教材和参考书，同时对于高分子材料方向的科研和技术人员也具有重要的参考价值。