高分子材料和复合材料

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三单元 高分子材料和复合材料,一、学习目标,5,理解橡胶材料的发展过程以及人们对有机高分子材料的改造与优化。,6,了解功能高分子材料的分类，列举功能高分子材料在生产生活各个层面、高新技术领域中的应用。,7,认识复合材料的结构，说出常见的复合材料及其应用。,8,体验化学科学的进步与材料科学发展的联系，从人类利用天然硅酸盐材料到开发、研制和利用新型材料的历史说明科学技术的发展，尤其是材料科学的发展与人们生活质量的关系。评价高分子材料的使用对环境质量的影响。,本单元知识结构如下：,了解：高分子化合物的分类,天然高分子,合成高分子,线型高分子,体型高分子,热塑性高分子,热固性高分子,塑料纤维橡胶 涂料粘合剂,功能高分子材料,高分子按来源分：,高分子按结构分：,高分子按性质分：,高分子按性能 和用途分：,聚乙烯,(PE),产品,保鲜膜,吹塑成型的聚乙烯薄膜,无毒，化学稳定性好，适合做食品和药物的包装材料,常见的塑料,化学稳定性好，耐酸碱腐蚀，使用温度不宜超过,60,，在低温下会变硬。,分为：,软质塑料,和,硬质塑料,聚氯乙烯（,PVC,）,酚醛树脂,聚丙烯,有机玻璃,聚丙烯,(PP),聚苯乙烯,(PS),有机玻璃,(,聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA),尿醛塑料,(,电玉,),聚四氟乙烯,(PTFE),ABS,塑料,阅读课本,101,面中间两段，了解下列问题,1,、 塑料的主要成分是什么？（掌握）,2,、生产塑料的合成树脂有哪些？（了解）,3,、塑料有什么优点？（了解）,4,、塑料常见种类有哪些？（了解 ）,合成树脂,聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛树脂等,密度小、强度高、化学性质稳定、耐磨擦等,通用塑料：聚乙烯、聚丙烯、酚醛树脂等,特种塑料：氟塑料、聚乙烯醇、聚砜等,工程塑料：,ABS,塑料、聚碳酸酯等,一、塑料,5,、合成树脂的制取（掌握）,聚合反应：由相对分子质量小的化合物分子（,单体,）互相结合成相对分子质量大的,高分子化合物,的反应。,加聚反应,缩聚反应,均聚反应,共聚反应,成酯缩聚,成肽缩聚,酚醛缩聚,+nH,2,O,OH,CH,2,n,催化剂,OH,n,+,O,nH,C,H,1,有些塑料制品可以用热黏结法修补，有些可以用某种溶剂黏结，另一些则无法修补，你知道其中的原因吗,?,热塑性塑料制品可以用加热的方法黏补，也可回收后重新软化加工。有些热塑性塑料可溶解于某些有机溶剂，如有机玻璃,(,聚甲基丙烯酸甲酯,),可溶解于氯仿，聚苯乙烯可溶解于乙酸乙酯等有机溶剂。,热固型：,塑料按受热的情况可分为：,热塑型：,线型高分子，可反复加工，多次使用。,如聚乙烯 、聚氯乙烯,体型高分子，成型后不再会熔化。,如酚醛树脂、尿醛树脂等,塑料制品的修补与黏结,1,取一些聚乙烯塑料薄膜，尝试用热黏结法把它们黏结起来。通过实验探究黏结的最佳温度和操作方法。,2,取几小片有机玻璃，用注射器吸取氯仿作黏结剂,(adhesive),，制作有机玻璃小饰品。,2,日常生活中使用的塑料薄膜包装袋，有的可以用于食品包装，有的不可以，为什么,?,制造塑料制品时，加入的某些添加剂对人体有害，使用时必须注意。例如，聚氯乙烯薄膜中含有的增塑剂对健康有不良影响，不能用来包装食品。聚乙烯塑料中不含对人体有害的添加剂，可制成食品保鲜袋或保鲜膜。,3,不粘锅的内壁涂敷了聚四氟乙烯，为什么用不粘锅进行烹调时食物不容易烧焦，也不会粘锅,?,日常生活中使用的不粘锅的内壁涂敷有聚四氟乙烯,(PTFE),。聚四氟乙烯是一种含氟塑料，它不会被酸、碱、王水及各种有机溶剂所腐蚀，且在,-269.3,250,的温度范围内都可使用，因而被誉为,“,塑料王,”,。它广泛应用于制冷工业、化学工业、电器工业等。,聚 四 氟 乙 烯,塑料王,4,ABS,塑料广泛用做装修材料、家用电器壳体、交通工具的零部件，你知道什么是,ABS,塑料吗,?,丙烯腈,:CH,2,CH,CN,1,3,丁二烯：,CH,2,CH,CH,CH,2,苯乙烯：,ABS,塑料既保留了聚苯乙烯坚硬、透明、良好的加工性能和绝缘性等优点，又兼具聚丙烯腈高强度、耐热等特性，且具有聚丁二烯较好的弹性和耐冲击性，从而克服了聚苯乙烯性脆和不耐高温的缺点，是一种融合了三者优越性能的合成材料。,用,ABS,塑料制成的装修材料及其他各种用品美观轻巧，可与金属媲美。电视机、洗衣机等家用电器的壳体，通讯器材、汽车、飞机零部件及各种仪表的外壳等都是用,ABS,塑料制成的。,图,3-32,用,ABS,塑料制成洗衣机的外壳,可溶解的医用塑料洗衣袋,某些医院采用可溶解的塑料袋装放病人用过的衣被。清洗时可以直接放进洗衣机，洗衣袋能很快溶解在水里，避免了衣被中的病菌对洗涤人员的感染。你知道这些可溶解的塑料袋是用什么制成的吗,?,可溶解的塑料袋可用聚乙烯醇制成。聚乙烯醇是用聚乙酸乙烯酯通过水解反应制得的。在不同的生产条件下制得的聚乙烯醇水溶性有差异，可以在不同场合使用。例如，手术时使用的缝合线，可以根据需要选择溶解时间长短不同的聚乙烯醇制品。,手术套服,包装薄膜制品,图,3-33,可溶性医用,塑料的分类,:,分类,原则,类型,特征和举例,按,受热,时的特征,按,应用范围及性能,特点,其他,热塑性塑料,成分为,热塑性树脂,。可以反复塑制，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等,热固性塑料,通用塑料,工程塑料,成分为,热固性树脂,。加工成型后为不熔状态，如酚醛、氨基塑料等。,通用性强、用途广、产量大、价格低。主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯，聚丙烯等。,机械性能好、强度高，可以代替金属用作工程结构材料。如聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、氟塑料等。,其他分类，分为通用、工程、耐高温和特种塑料四大类；或通用、工程和其他塑料三大类。,纤维,天然纤维,化学纤维,棉花,羊毛,木材,草类,合成纤维,：用石油、天然气等为原料制成的单体，再经聚合制成的纤维,人造纤维,：用化学方法对木材等天然纤维加工制成。,羊毛是纤维蛋白,二、纤维,“,尼龙,”,的发明,1928,年，美国杜邦公司的科学家希望合成一种和真丝与羊毛中的蛋白质链相似的高分子。他们没有使用氨基酸,(,蛋白质的合成原料,),，而是用胺和羧酸作原料。得到的聚酰胺高分子化合物可拉成细丝，这些细丝坚韧而且光滑，非常像蚕吐出的丝。,“,尼龙,”,就此诞生，并很快成为丝绸的替代品。,优点,：强度高、弹性好、耐磨、耐化学腐蚀和不怕虫蛀等。,缺点,：吸水性和透气性不如天然纤维。,常见合成纤维,：锦纶,(,尼龙,),、涤纶,(,的确良,),、腈纶,(,人造羊毛,),、维纶、氯纶、丙纶。,合成纤维,（尼龙）,常见纤维,化学组成,主要性能,天然纤维,棉纤维,纤维素,吸水性好，易干，穿着,舒适，不起静电，不耐磨,蚕丝,蛋白质,吸水性好，手感柔和，有光泽，,不起静电，不起球,羊毛,蛋白质,弹性强，隔热性、保暖性好，,水洗后收缩，易起球,化学纤维,人造纤维,纤维素,（黏胶纤维）,吸水性好，穿着舒适，不起,静电，不耐洗，不耐穿,合成纤维,各种线型有机高分子（聚酰胺、聚酯、聚烯烃）,强度高，耐磨，不易,染色，吸湿性、,透气性差,表,3,5,常见的天然纤维、化学纤维的化学组成和主要性能,商场中各式各样纺织品的面料有的是天然纤维，有的是化学纤维。请了解这些纺织品的品种、性能和价格。,合成纤维制品,防弹衣在,20,世纪,60,年代，尼龙是制作防弹衣的主要材料。后来发现，分子中含有苯环结构的另一种聚酰胺纤维凯夫拉,(Kevlar),有助于加强衣料本身的张力,(,较尼龙强,2,5,倍,),。当子弹击中由此种纤维制成的防弹衣时，就像坠入一个网中，其能量会向四周扩散，子弹便没有足够的能量冲破衣料伤害人体了。现在凯夫拉已取代尼龙作为制作防弹衣的主要材料。,防弹衣,涤纶织品,涤纶强度高、耐磨、耐光、耐蚀、防蛀、易洗快千、挺括，是优良的衣料，也大量用于制作轮胎帘子线、工业滤布、绳索等。,人造羊毛,腈纶柔软、轻盈、保暖，有,“,人造羊毛,”,之称。它比羊毛轻,lO,，强度却大,2,倍多。腈纶防蛀、耐光、不发霉。它适合制作帐篷、炮衣、车篷、幕布、窗帘等户外织物。用它制成的毛线为人们所喜爱。,缝合线,乳酸纤维与其他有耐水性的化学纤维不同，它易水解成小分子,乳酸。乳酸纤维也可以作外科手术缝合线，在伤口愈合后无需拆线。因为，乳酸纤维在体内水解生成的乳酸能参与人体的正常代谢作用，被消化排出体外。,橡胶,天然橡胶,合成橡胶,通用橡胶,特种橡胶,聚硫橡胶,硅橡胶,主要成分是,聚异戊二烯,丁苯橡胶,顺丁橡胶,氯丁橡胶,三、橡胶,1,，,3,丁二烯的加聚反应：,天然橡胶主要成分的结构：,天然橡胶的单体为：,异戊二烯,聚异戊二烯,根据天然橡胶,的结构特点,，,说说它的性质可能有哪些不足,?,如,:,橡胶遇到下列物质各发生什么反应,?,A,、溴水,B,、酸性高锰酸钾,C,、氯化氢,D,、汽油,E,、硝酸,F,、氧气,想一想？,天然橡胶,(,生胶,),是线型高分子，物理与机械性能都比较差，在温度较高或受力较大时，容易发生形变，且形变后不能复原。为改进这种缺陷，人们采用增加橡胶分子之间交联的方法，使线型分子转变成为体型的网状分子。硫化橡胶既有弹性又不易变形，就是因为在长的线型分子间形成了二硫键。,未经硫化的生橡胶可溶解于甲苯等有机溶剂硫化橡胶在有机溶剂中不溶解，只发生溶胀。生橡胶的甲苯溶液可用做橡胶制品的黏接剂。,一般橡胶制品只达到轻度交联，高分子链上还有双键。受氧气、臭氧、日光等作用时，容易老化，弹性下降，变硬开裂或变软发黏。例如，贮存或使用时问长了的汽车轮胎、自行车车胎会发生龟裂，乳胶手套会发黏或变硬脆裂。,橡胶硫化后，其柔韧性和弹性都会增大。,橡胶的硫化,在日常生活中，我们用到哪些合成橡胶制品,?,它们各自具有哪些优越的性能,?,人们在长期的生产和科学实验中认识了天然橡胶的结构，受到启发，成功地合成了多种合成橡胶。通常使用的合成橡胶有丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等，还有耐油的聚硫橡胶，耐严寒和高温的硅橡胶等特种橡胶。,氯丁橡胶,丁苯橡胶,硅橡胶,合成橡胶,“2004,海水淡化及利用技术国际研讨会”中国,天津,高分子分离膜,尿不湿 液晶显示器,1,功能高分子材料：,2,功能高分子材料的种类,指既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料。,这是具有特殊,_,功能的高分子材料制成的薄膜，它的特点是能让某些物质,_,通过，而把另外一些物质分离掉，应用于物质分离 。,分离,有选择地,四、功能高分子材料,（,1,）高分子分离膜：,（,2,）医用高分子材料：,一些有关人工器官的图片,人造,关节,人工,心脏瓣膜,人造,皮肤,人造,心脏,人造,肾脏,人造,膝关节,生物相容性,排斥,具有优异的,_,，较少受到,_,，,可以满足人工器官对材料的苛刻要求。,如：人造心脏、人造关节、人造鼻等。,（,3,）高吸水性材料：,高吸水性树脂可以用淀粉、纤维素等天然高分子与丙烯酸、苯乙烯、丙烯腈等物质聚合得到。它自身不溶于水或有机溶剂，与水接触时能在短时间内吸收比自身质量大得多的水，同时具有良好的保水性能。高吸水性树脂不仅可以制作纸尿布，在农林业上用做保水剂，还可在石油化学工业上用做脱水剂。,（,4,）导电性材料：,（,5,）光敏性材料：,（,6,）催化性材料：,触摸屏等电子仪器窗口材料是透明的导电薄膜，它是用具有导电功能的高分子材料制造的；有些计算机的键盘也使用导电橡胶。,不同的材料具有不同的性能。如普通金属材料强度大，但易腐蚀；普通陶瓷材料耐高温，但易碎裂；合成高分子材料强度大、密度小，但易老化。人们在实践中发现，由两种或两种以上性质不同的材料组合而成的复合材料通常具有比原材料更优越的性能。钢筋混凝土、建造简易车棚使用的石棉瓦、用于制造快艇的玻璃钢等都是复合材料。,1,复合材料：,指两种或两种以上材料组合成的一种新型材料。其中一种做为,_,，另外材料做为,_,。,具有,_,等优异性能，在综合性能上超过了单一材料。,2,复合材料的性能：,基体,增强剂,强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀,五、复合材料,人们的日常生活越来越离不开复合材料。请你举出实例予以说明。,复合材料通常是由基体材料和分散于其中的增强材料组成的。钢筋混凝土中的混凝土是基体材料，分布于其中的钢筋是增强材料。石棉瓦用石棉作增强材料，水泥作基体材料。碳纤维也是一种增强材料，可以用树脂、金属铝或新型陶瓷作为基体材料，制成碳纤维增强塑料、碳纤维增强铝、碳纤维增强陶瓷等复合材料。,玻璃钢也是一种复合材料。请查阅资料，了解它的组成，并说明各组成部分的作用。,玻璃钢（也称玻璃纤维增强塑料，国际公认的缩写符号为,GFRP,或,FRP,），是一种品种繁多，性能独特，用途广泛的复合材料。它是由合成树脂和玻璃纤维经复合工艺，制作而成的一种功能型的新型材料。玻璃钢材料具有重量轻，比强度高，耐腐蚀，电绝缘性能好，传热慢，热绝缘性好，耐瞬时超高温性能好，以及容易着色，能透过电磁波等特性。,复合材料玻璃钢,玻 璃 钢 游 艇,玻璃钢冷却塔,玻璃钢产品在化工、石油、建筑、体育、国防、航空航天工业包括神州五号载人飞船等高端技术领域发挥重要作用,复合材料应用非常广泛，如民用建筑和航天工业都大量使用复合材料。家庭装修材料中的钙塑板具有质轻、消声、隔热、防潮等作用，是以高压聚乙烯、轻质碳酸钙和少量助剂为原料制成的。美国,“,挑战者,”,号航天飞机使用的防热陶瓷瓦是由氧化硅纤维、硼化硅纤维的增强陶瓷材料制成的。波音,767,飞机的机身和机翼大量使用了碳纤维复合材料。,碳纤维增强材料的应用,以碳纤维作为增强材料，选择不同的基体材料可以制,得性能各异的碳纤维增强材料，如碳纤维增强塑料、碳纤,维增强金属材料、碳纤维增强陶瓷等。,碳纤维增强塑料可以根据使用温度的不同选择不同的树脂基体，如环氧树脂、聚酰亚胺。新一代的运动器材如羽毛球拍、网球拍、高尔夫球杆、滑雪板、撑杆、弓箭等都是采用碳纤维增强塑料制成的。,碳纤维增强铝具有耐高温、耐热疲劳、耐紫外线和耐潮湿等特性，是一种适用于航空、航天领域的结构材料。,碳纤维增强陶瓷可以增加陶瓷的韧性，这是解决陶瓷脆性问题的途径之一。由碳纤维增强陶瓷做成的高速喷气飞机的涡轮叶片，能承受,1 400,的高温和每分钟,3,万转的高转速。,碳纤维复合材料，它具有强度高、耐疲劳、重量轻等优点，主要以聚丙烯腈为原料，也可用人造丝、石油沥青或煤沥青为原料。,复合材料,碳纤维,复合材料,隐形飞机上的特殊材料,有机高分子材料的发展趋势,1,旧材料改进推广,(,新型导电塑料、电磁屏蔽材料,),2,研制新材料,(,高分子智能材料、超导材料、光电转换材料、生物材料、光解水催化剂、热电膜、传感膜等,),。,轻便赛车,人造关节,人工心脏瓣膜,一张柔软的纸，白中透出微黄，这张不起眼的,“,白纸,”,就是填补国内空白的高科技,“,人造皮肤,”,。这种,“,人造皮肤,”,能帮助伤口尽快恢复。比如烧烫伤，把水泡的水放出，用药清洗后，将,“,人造皮肤,”,敷贴在伤口上，很快,“,人造皮肤,”,就和人的身体长在一起，成了真的皮肤。,人造皮肤,人造心脏,人造肾脏,人造膝关节,