16
从自行车到汽车轮船 碳纤维增强复合材料以其比强度、比模量高的优势在结构材料中 占有重要地位，由碳纤维复合材料制造的飞机零件已达上千种
玻璃纤维复合材料已其质轻、高强、耐腐蚀 等优点已被广泛用于制造气艇、游艇等船只 塑料制造的汽车零件可以使汽车的重量大幅度下降从而节 省了能量，而橡胶则广泛用于制造自行车、汽车的轮胎
2
可以作为结构材料 可以作为功能材料
主要性能特点 质量轻 透光性
绝缘性好
隔热保温性
低的导热性
化学稳定性
减振阻尼性能
6
历史回顾
天然高分子是生命起源和进化的基础
蚕丝 棉花 麻
19世纪30年代开始对天然高分子进行化学改性 橡胶进行硫化处理 纤维素进行硝化处理
1907年，第一种合成高分子——酚醛树脂诞生，随后， 各种高分子如丁钠橡胶和尼龙等诞生，合成高分子材 料正式成为材料家族中的重要一员。
加成聚合反应
由含有不饱和键的烯烃出发，通过链式加成作用，将 碳碳双键打开，使一个个单体连接成高分子化合物。
nCH2=CH→ ( CH2 CH )n
X X
8
9
加聚反应的常见产品
聚乙稀 聚氯乙稀 加成聚合反应的特点
聚丙稀
聚苯乙稀
聚甲基丙稀酸甲酯 （有机玻璃使聚合度达到1000以上
高分子材料
千姿百态的高分子材料
{ 无机物
物
质
有机物
{ 低分子(CH4、C2H5OH等) 高分子（塑料、橡胶等）
高分子一般是由如乙稀、氯乙稀等低分子经加成 聚合反应或缩合聚合反应而形成的。其分子量一 般在几万到几百万之间，一般包括塑料、橡胶和 合成纤维三大类。
二十世纪三十年代后开始发展起来， 目前已成为材料家族中的重要成员
合成纤维：自然界不存在的通过化学方法合成出来的纤维 人造纤维：将天然纤维进行二次加工，经物理与化学方法
处理后得到的纤维
主要特点：
很好的染色性
足够高的强度
手感好
不起静电
很好的亲水性
阻燃
14
从农业地膜到不粘锅
塑料薄膜在农业上得到广泛应用， 已成为现代农业的重要生产资料 醋酸纤维素制成的反渗透中空纤维膜可用于海水淡 化，是解决沿海地区及岛屿用淡水问题的有效途径 被用于制造“尿不湿”等卫生用品的高 分子材料的吸水能力可达自重的上百倍
3、在低于单体熔点下进行的固相缩聚反应，可以 避免高温下的一系列副反应
nHOCH2CH2OH+HOOC
COOH→
H ( OCH2CH2O C
C
= =
O )n
OH
OO
OO
涤纶的缩聚反应
12
13
高分子材料的应用
人造纤维与合成纤维
已经由几十年前单一的“的确良”等发展到了目前的上百种， 2000年合成纤维的产量达到3500万吨，占全部纤维的45%。
23
压电高分子 压电高分子可作为音频换能器材料应用于各种麦克风、扬 声器、呼机和电话发送器等，作为电机械换能器用于广泛 使用的电脑键盘、按触式电话盘、光学快关位移传感器等
24
具有分离功能的高分子 典型代表是离子交换树脂，在化学化工上用于各种有机与无机 物的分离，水的制纯、天然物质的提纯及环抱中的废水处理等
浴缸扶手
21
工程塑料正逐步取代金属、陶瓷、木材、玻璃等传统的 结构材料，在人类的生活中扮演越来越重要的角色
22
功能高分子材料 所谓功能材料是指输入信号后物质产生某种 质或量的变化，例如压力致电、光致变色等
感光高分子 在光的作用下能迅速发生化学反应，产生物理或化学变化 的高聚物称为感光高分子。它已广泛应用于印刷、电子、 涂料等工业，如在印刷中使用的光刻胶，当用电子束嚗光 时分辨率可达0.01微米，是精密印刷所依赖的重要材料。
7
高分子材料的制造
绝大部分高分子材料都是以树脂（未经加工的各种高聚物） 为主要成分进行加工而得到的，因此，高分子材料的制造关键是获 得其基材聚合物，即高分子树脂。虽然所合成的高分子材料种类繁 多，但它们都是从化学结构基本相同的小分子单体开始，通过加聚 反应和缩聚反应，将单体连接成分子量巨大的线性或网状高分子而 成的。
到2000年，世界工程塑料的年产量已超过2000万吨，在航 空航天、汽车、机械电子工业等多方面获得了广泛的应用。 其中典型的代表包括：ABS树脂、聚碳酸酯（PC）、聚酰胺、 聚甲醛、聚酯（PET、PBT）、聚四氟乙稀等。
19
聚酰胺(尼龙)
ABS树脂
聚碳酸酯（PC）
聚甲醛
聚四氟乙稀
20
缝纫机外壳
切片机外壳
吸水性高分子材料进行农田保湿已获得成功
用于日常食品的包装、储存和运输、保鲜等
“不粘锅” 是在锅的表面镀上 一层光滑耐温的聚四氟乙稀膜
15
从家具到活动房屋 高分子材料在人类居住方面也有广泛的应用
塑料家具、塑料管材、门窗、洁具、灯具、装饰用 品等已被人们所熟悉，用塑料制造的便于拆装运输的活动房 屋，为施工现场用房、野外考察、抢险救灾提供了极大的方 便。
加聚反应的方法
1、只加入引发剂，由单体直接聚合成高分子的本体聚合法
2、利用水等介质，将不溶于水的单体与引发剂悬浮在介质 中再发生反应的悬浮聚合法
3、将单体和引发剂溶解在溶液中的溶液聚合法
10
缩合聚合反应 在生成高分子的同时还生成氯化氢、水等小分子的聚合反应
可以合成一大类高分子化合物
涤纶
尼龙
粘胶剂
各种泡沫塑料
环氧树脂
缩聚反应的特点
链增长过程按逐步方式进行。在有些反应中虽然没有小分子产生， 但只要其链的增长是按逐步方式进行的，也属于缩聚反应
11
工业生产中缩聚反应的方法
1、在较高温度下（200-300℃）使单体原料生成聚合 物的熔融缩聚反应，涤纶制造即以这种方式进行 2、将反应的单体分别溶解在不同的溶剂中而这两种溶 剂之间不互溶，反应只在溶剂的界面处发生，用这种 反应可以合成如聚酰胺、聚碳酸酯、聚芳酰胺等
17
从体育用品到宇宙飞船 高分子材料在能源、通讯、以及体育、文娱等多方面有着广泛的应用
18
工程塑料
工程塑料一般是指在工程上作为结构材料使 用的塑料，它要求在一定温度下（100℃） 具有一定的强度（>50MPa）和刚度
特点
与通用塑料相比，性能优异但价格偏贵，与 金属材料相比易于成型，可一次制成所需要 的形状，其比强度和比模量超过钢铁，有良 好的耐磨、耐热、吸振和自润滑性，具有优 良的电绝缘性、化学稳定性和耐腐蚀性。