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性能介绍
化合物特征
发展研究
展开
高分子材料:
编辑本段来源
高分子材料按来源分为天然、半合成(改性天然高分子材料)和合成高分子材料。
天然高分子是生命起源和进化的基础。
人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料,并掌握了其加工技术。
如利用蚕丝、棉、毛织成织物,用木材、棉、麻造纸等。
19世纪30年代末期,进入天然高分子化学改性阶段,出现半合成高分子材料。
1907年出现合成高分子酚醛树脂,标志着人类应用合成高分子材料的开始。
现代,高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同,成为科学技术、经济建设中的重要材料。
分类
高分子材料按来源分类
天然高分子是生命起源和进化的基础。
1870年,美国人Hyatt用硝化纤维素和樟脑制得的赛璐珞塑料,是有划时代意义的一种人造高分子材料。
1907年出现合成高
橡胶
分子酚醛树脂,真正标志着人类应用化学合成方法有目的的合成高分子材料的开始。
1953年,德国科学家Zieglar和意大利科学家Natta,发明了配位聚合催化剂,大幅度地扩大了合成高分子材料的原料来源,得到了一大批新的合成高分子材料,使聚乙烯和聚丙烯这类通用合成高分子材料走人了千家万户,确立了合成高分子材料作为当代人类社会文明发展阶段的标志。
现代,高分子材料已与金属材料、无机非金属材料相同,成为科学技术、经济建设中的重要材料。
高分子材料按应用分类
高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。
①橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。
其分子链间次价力小,分子链柔性好,在外力作用下可产生较大形变,除去外力后能迅速恢复原状。
有天然橡胶和合成橡胶两种。
②高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。
前者指蚕丝、棉、麻、毛等。
后者是以天然高分子或合成高分子为原料,经过纺丝和后处理制得。
纤维的次价力大、形变能力小、模量高,一般为结晶聚合物。
③塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分,再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。
其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。
通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料;
按用途又分为通用塑料和工程塑料。
④高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。
分为天然和合成胶粘剂两种。
应用较多的是合成胶粘剂。
⑤高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质,添加溶剂和各种添加剂制得。
根据成膜物质不同,分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。
⑥高分子基复合材料是以高分子化合物为基体,添加各种增强材料制得的一种复合材料。
它综合了原有材料的性能特点,并可根据需要进行材料设计。
⑦功能高分子材料。
功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外,还具有物质、能量和信息的转换、传递和储存等特殊功能。
已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。
高聚物根据其机械性能和使用状态可分为上述几类。
但是各类高聚物之间并无严格的界限,同一高聚物,采用不同的合成方法和成型工艺,可以制成塑料,也可制成纤维,比如尼龙就是如此。
而聚氨酯一类的高聚物,在室温下既有玻璃态性质,又有很好的弹性,所以很难说它是橡胶还是塑料。
按高分子主链结构分类
①碳链高分子:
分子主链由C原子组成,如:
PP、PE、PVC
②杂链高聚物:
分子主链由C、O、N等原子构成。
如:
聚酰胺、聚酯
③元素有机高聚物:
分子主链不含C原子,仅由一些杂原子组成的高分子。
硅橡胶
按高分子主链几何形状分类:
线型高聚物,支链型高聚物,体型高聚物。
按高分子排列情况分类:
结晶高聚物,非晶高聚物。
编辑本段性能介绍
高分子材料的结构决定其性能,对结构的控制和改性,可获得不同特性的高
涂料
分子材料。
高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点,使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能,从而广泛用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域,并已成为现代社会生活中衣食住行用各个方面不可缺少的材料。
很多天然材料通常是高分子材料组成的,如天然橡胶、棉花、人体器官等。
人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如此。
一般称在生活中大量采用的,已经形成工业化生产规模的高分子为通用高分子材料,称具有特殊用途与功能的为功能高分子。
编辑本段化合物特征
一是分子量大,二是分子量分布具有多分散性。
即高分子化合物与小分子不同,它在聚合过程后变成了不同分子量大小的许多高聚物的混合物。
我们所说的某一高分子的分子量其实都是它的一种平均的分子量,当然计算平均分子量也以不同的权重方式分为了数均分子量、粘均分子量、重均分子量等。
而小分子的分子量固定,都由确定分子量大小的分子组成。
这是高聚物与小分子一个特征区别。
名称和用途
塑料
塑料根据加热后的情况又可分为热塑性塑料和热固性塑料。
加热后软化,形成高分子熔体的塑料成为热塑性塑料。
主要的热塑性塑料有聚乙烯(PE[1])、聚丙烯(PP[2])、聚苯乙烯(PS[3])、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,俗称有机玻璃[4])、聚氯乙烯(PVC[5])、尼龙(Nylon[6])、聚碳酸酯(PC[7])、聚氨酯(PU[8])、聚四氟乙烯(特富龙,PTFE[9])、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET,PETE[10])。
加热后固化,形成交联的不熔结构的塑料称为热固性塑料。
常见的有环氧树脂[11],酚醛塑料,聚酰亚胺,三聚氰氨甲醛树脂等。
塑料的加工方法包括注射,挤出,膜压,热压,吹塑等等。
橡胶又可以分为天然橡胶和合成橡胶。
天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯。
合成橡胶的主要品种有丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶
高分子材料、硅橡胶、氟橡胶等等。
纤维
合成纤维是高分子材料的另外一个重要应用。
常见的合成纤维包括尼龙、涤纶、腈纶聚酯纤维,芳纶纤维等等。
涂料是涂附在工业或日用产品表面起美观或这保护作用的一层高分子材料、
常用的工业涂料有环氧树脂,聚氨酯等。
黏和剂是另外一类重要的高分子材料。
人类在很久以前就开始使用淀粉,树胶等天然高分子材料做黏合剂。
现代黏合剂通过其使用方式可以分为聚合型,如环氧树脂;
热融型,如尼龙,聚乙烯;
加压型,如天然橡胶;
水溶型,如淀粉。
编辑本段相关介绍
新型高分子材料
高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。
其中,被称为现代高分子三大合成材料的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要材料。
尽管高分子材料因普遍具有许多金属和无机材料所无法取代的优点而获得迅速的发展,但目前业已大规模生产的还是只能寻常条件下使用的高分子物质,即所谓的通用高分子,它们存在着机械强度和刚性差、耐热性低等缺点。
而现代工程技术的发展,则向高分子材料提出了更高的要求,因而推动了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,这样就出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。
高分子分离膜
高分子分离膜是用高分子材料制成的具有选择性透过功能的半透性薄膜。
采用这样的半透性薄膜,以压力差、温度梯度、浓度梯度或电位差为动力,使气体混合物、液体混合物或有机物、无机物的溶液等分离技术相比,具有省能、高效和洁净等特点,因而被认为是支撑新技术革命的重大技术。
膜分离过程主要有反渗透、超滤、微滤、电渗析、压渗析、气体分离、渗透汽化和液膜分离等。
用来制备分离、渗透汽化和液膜分离等。
用来制备分离膜的高分子材料有许多种类。
现在用的较多的是聚枫、聚烯烃、纤维素脂类和有机硅等。
膜的形式也有多种,一般用的是平膜和空中纤维。
推广应用高分子分离膜能获得巨大的经济效益和社会效益。
例如,利用离子交换膜电解食盐可减少污染、节约能源:
利用反渗透进行海水淡化和脱盐、要比其它方法消耗的能量都小;
利用气体分离膜从空气中富集氧可大大提高氧气回收率等。
高分子磁性材料
高分子磁性材料,是人类在不断开拓磁与高分子聚合物(合成树脂、橡胶)的新应用领域的同时,而赋予磁与高分子的传统应用以新的涵义和内容的材料之一。
早期磁性材料源于天然磁石,以后才利用磁铁矿(铁氧体)烧结或铸造成磁性体,现在工业常用的磁性材料有三种,即铁氧体磁铁、稀土类磁铁和铝镍钴合金磁铁等。
它们的缺点是既硬且脆,加工性差。
为了克服这些缺陷,将磁粉混炼于塑料或橡胶中制成的高分子磁性材料便应运而生了。
这样制成的复合型高分子磁性材料,因具有比重轻、容易加工成尺寸精度高和复杂形状的制品,还能与其它元件一体成型等特点,而越来越受到人们的关
注。
高分子磁性材料主要可分为两大类,即结构型和复合型。
所谓结构型是指并不添加无机类磁粉而高分子中制成的磁性体。
目前具有实用价值的主要是复合型。
光功能高分子材料
所谓光功能高分子材料,是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料。
目前,这一类材料已有很多,主要包括光导材料、光记录材料、光加工材料、光学用塑料(如塑料透镜、接触眼镜等)、光转换系统材料、光显示用材料、光导电用材料、光合作用材料等。
光功能高分子材料在整个社会材料对光的透射,可以制成品种繁多的线性光学材料,像普通的安全玻璃、各种透镜、棱镜等;
利用高分子材料曲线传播特性,又可以开发出非线性光学元件,如塑料光导纤维、塑料石英复合光导纤维等;
而先进的信息储存元件兴盘的基本材料就是高性能的有机玻璃和聚碳酸脂。
此外,利用高分子材料的光化学反应,可以开发出在电子工业和印刷工业上得到广泛使用的感光树脂、光固化涂料及粘合剂;
利用高分子材料的能量转换特性,可制成光导电材料和光致变色材料;
利用某些高分子材料的折光率随机械应力而变化的特性,可开发出光弹材料,用于研究力结构材料内部的应力分布等。
高分子材料和另外不同组成、不同形状、不同性质的物质复合粘结而成的多相材料。
高分子复合材料最大优点是博各种材料之长,如高强度、质轻、耐温、耐腐蚀、绝热、绝缘等性质,根据应用目的,选取高分子材料和其他具有特殊性质的材料,制成满足需要的复合材料。
高分子复合材料分为两大类:
高分子结构复合材料和高分子功能复合材料。
以前者为主。
高分子结构复合材料包括两个组分:
①增强剂。
为具有高强度、高模量、耐温的纤维及织物,如玻璃纤维、氮化硅晶须、硼纤维及以上纤维的织物。
②基体材料。
主要是起粘合作用的胶粘剂,如不饱合聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺等热固性树脂及苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂,这种复合材料的比强度和比模量比金属还高,是国防、尖端技术方面不可缺少的材料。
编辑本段发展研究
从十九世纪开始,人类开始使用改造过的天然高分子材料。
火化橡胶和硝化纤维塑料(赛璐珞)是两个典型的例子。
进入二十世纪之后,高分子材料进入了大发展阶段。
首先是在1907年,LeoBakeland发明了酚醛塑料。
1920年HermannStaudinger提出了高分子的概念并且创造了Makromolekule这个词。
二十世纪二十年代末,聚氯乙烯开始大规模使用。
二十世纪三十年代初,聚苯乙烯开始大规模生产。
二十世纪三十年代末,尼龙开始生产。
随着工业企业现代化的发展,设备的集群规模和自动化程度越来越高,同时针对设备的安全连续生产的要求也越来越高,传统的以金属修复方法为主的设备维护工艺技术已经远远不能满足针对更多高新设备的维护需求,对此需要研发更多针对设备预防和现场解决的新技术和材料,为此诞生了包括高分子复合材料在内的更多新的维护技术和材料,以便解决更多问题,满足新设备运行环境的维护需求。
正基于此,二十世纪后期,世界发达国家以美国福世蓝(1stline)公司为代表的研发机构,研发了以高分子材料和复合材料技术为基础的高分子复合材料,它是以高分子复合聚合物与金属粉末或陶瓷粒组成的双组分或多组分的复合材料,它是在高分子化学、有机化学、胶体化学和材料力学等学科基础上发展起来的高技术学科。
它可以极大解决和弥补金属材料的应用弱项,可广泛用于设备部件的磨损、冲刷、腐蚀、渗漏、裂纹、划伤等修复保护。
高分子复合材料技术已发展成为重要的现代化应用技术之一。
在经历了二十世纪的大发展之后高分子材料对整个世界的面貌产生了重要的影响。
《时代杂志》认为塑料是二十世纪人类最重要的发明。
高分子材料在文化领域和人类的生活方式方面也产生了重要的影响。
编辑本段合成加工
高分子材料在加工之前,要先进行合成,把单体合成为聚合物进行造粒,然后才进行熔融加工。
高分子材料的合成方法有本体聚合、悬浮聚合、乳液聚合和溶液聚合。
这其中引发剂起了很重要的作用,偶氮引发剂和过氧类引发剂都是常用的引发剂,高分子材料助剂往往对高分子材料性能的改进和成本的降低也有很明显的作用。
加工工艺高分子材料的加工成型不是单纯的物理过程,而是决定高分子材料最终结构和性能的重要环节。
除胶粘剂、涂料一般无需加工成形而可直接使用外、橡胶、纤维、塑料等通常须用相应的成形方法加工成制品。
一般塑料制品常用的成形方法有挤出、注射、压延、吹塑、模压或传递模塑等。
橡胶制品有塑炼、混炼、压延或挤出等成形工序。
纤维有纺丝溶体制备、纤维成形和卷绕、后处理、初生纤维的拉伸和热定型等。
在成型过程中,聚合物有可能受温度、压强、应力及作用时间等变化的影响,导致高分子降解、交联以及其他化学反应,使聚合物的聚集态结构和化学结构发生变化。
因此加工过程不仅决定高分子材料制品的外观形状和质量,而且对材料超分子结构和织态结构甚至链结构有重要影响。
高分子材料与工程
百科名片
相关书籍
业务培养要求
获得知识和能力
主要课程
实践性教学环节
院校分布
详细阐述
序言
一、专业基本情况
二、专业综合介绍
三、专业教育发展状况
四、专业就业数据分析
五、专业就业状况及趋势
编辑本段业务培养要求
本专业学生主要学习高聚物化学与物理的基本理论和高分子材料的组成、结构与性能知识及高分子成型加工技术知识。
编辑本段获得知识和能力
毕业生应获得以下几方面的知识和能力:
1.掌握高分子材料的合成、改性的方法;
2.掌握高分子材料的组成、结构和性能关系;
3.掌握聚合物加工流变学、成型加工工艺和成型模具设计的基本理论和基本技能;
4.具有对高分子材料进行改性及加工工艺研究、设计和分析测试,并开发新型高分子材料及产品的初步能力;
?
5.具有应用计算机的能力;
6.具有对高分子材料改性及加工过程进行技术经济分析和管理的初步能力。
编辑本段主要课程
无机化学、有机化学、物理化学、高分子化学、高分子物理、聚合物流变学、聚合物成型工艺、聚合物加工原理、高分子材料研究方法.
编辑本段实践性教学环节
主要实践性教学环节:
包括金工实习、生产实习、专业实验、计算机应用与上机实践、课程设计、毕业设计(论文)。
编辑本段院校分布
【山东省】青岛科技大学、山东大学、中国海洋大学、青岛大学、鲁东大学、济南大学、烟台大学、山东轻工业学院
【北京市】清华大学、北京理工大学、北京航空航天大学、北京化工大学、北京服装学院、北京石油化工学院、北京工商大学、北京印刷学院
【天津市】天津大学、天津科技大学
【河北省】河北工业大学、河北理工大学、河北科技大学、河北大学、燕山大学
【山西省】太原理工大学、中北大学太原工业学院
【辽宁省】沈阳化工大学、大连理工大学、大连
按年度设置高分子材料与工程专业的院校数
[1]
轻工业学院、沈阳工业大学、沈阳理工大学
【吉林省】吉林大学、长春工业大学、吉林建筑工程学院、吉林化工学院
【黑龙江省】哈尔滨工业大学、黑龙江大学、哈尔滨工业大学、东北林业大学大庆石油学院,齐齐哈尔大学、哈尔滨理工大学
【上海市】复旦大学、华东理工大学、东华大学、上海大学
【江苏省】江苏大学、南京理工大学、江南大学、扬州大学、南京工业大学、江苏工业学院、南京林业大学、华东船舶工业学院常州大学常熟理工学院
【浙江省】浙江大学、浙江工业大学杭州师范大学嘉兴学院
【安徽省】中国科学技术大学、合肥工业大学、安徽大学、安徽建筑工业学院、安徽工业大学、安徽理工大学、安徽建筑工业学院
【福建省】福建师范大学
【江西省】南昌航空大学、南昌大学 华东交通大学
【河南省】郑州大学、郑州轻工业学院中原工学院、河南城建学院
【湖北省】湖北大学、武汉理工大学、湖北工业大学、武汉
本科高分子材料与工程专业办学规模
纺织大学、湖北科技大学 武汉工程大学、长江大学、湖北汽车工业学院
【湖南省】中南林业科技大学、南华大学、湖南工业大学、衡阳师范学院
【广东省】中山大学、广东石油化工学院、深圳大学、仲恺农业工程学院、华南理工大学、广东工业大学
【广西壮族自治区】桂林理工大学
【海南省】海南大学
【四川省】四川大学、西南石油学院
【陕西省】西安工业大学、西北工业大学、西安工程大学、陕西科技大学、西安科技大学、西安交通大学、延安大学
【甘肃省】兰州大学、兰州理工大学
【内蒙古自治区】内蒙古农业大学
【新疆维吾尔自治区】新疆大学
编辑本段详细阐述
序言
本专业培养较系统地掌握材料科学的基本理论与技术,具备材料物理相关的基本知识和基本技能,能在材料科学与工程及其相关的领域的机械、电子冶金、能源、电力、通讯、石油化工等行业部门从事新材料和功能材料的研究、设计、开发与制造、材料的性能测试及生产管理等工作,也可在高等院校和研究所从事教学与科研工作。
一、专业基本情况
1、培养目标
本专业培养较系统地掌握材料科学的基本理论与技术,具备材料物理相关的基本知识和基本技能,能在材料科学与工程及与其相关的领域从事研究、教学、科技开发及相关管理工作的材料物理高级专门人才。
2、培养要求
本专业学生主要学习材料科学方面的基本理论、基本知识和基本技能,受到科学思维与科学实验方面的基本训练,具有运用物理学和材料物理的基础理论、基本知识和实验技能进行材料研究和技术开发的基本能力。
毕业生应获得以下几方面的知识和能力:
◆掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识;
◆掌握材料制备(或合成)、材料加工、材料结构与性能测定及材料应用等方面的基础知识、基本原理和基本实验技能;
◆了解相近专业的一般原理和知识;
◆熟悉国家关于材料科学与工程研究、科技开发及相关产业的政策,国内外知识产权等方面的法律法规;
◆了解材料物理的理论前沿、应用前景和最新发展动态,以及材料科学与工程产业的发展状况;
◆掌握中外文资料查询、文献检索以及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法;
具有一定的实验设计,创造实验条件,归纳、整理、分析实验结果,撰写论文,参与学术交流的能力。
3、主干学科材料科学、物理学。
4、主要课程基础物理、近代物理、固体物理、材料物理学等。
5、实践教学包括生产实习、毕业论文等,一般安排10—20周。
6、修业时间4年。
7、学位情况理学或工学学士。
8、相关专业材料化学、物理学。
9、原专业名材料物理、矿物岩石材料。
二、专业综合介绍
材料物理(MaterialPhysics)专业,一般属于材料科学与工程系学院下辖的专业之一。
所涉及到的方面主要是材料的宏观及微观结构,尤其是微观结构,材料的物理性能基本参数以及这些参数的物理本质。
材料物理专业是材料科学与工程里面不可或缺的重要组成部分。
犹如支撑万丈高楼的基石,材料支撑着人类文明。
很多人觉得新世纪是“信息技术”的世界,不过任何技术赖以实现的物质基础还是材料,这一重要地位在人类社会发展到任何阶段都无法改变,而且必将越来越重要。
随着科学技术的发展,材料正朝着微型化、功能化、智能化的方向发展。
现在颇为流行的纳米材料、环境材料、电子材料、信息材料,大部分都是材料的物理性能在各特殊领域的应用。
比如纳米材料,可以说就是纳米尺度下的材料物理学。
材料物理专业所研究的磁学及光学性质在信息材料领域有着巨大的应用空间,是现代半导体、微电子、光电子产业发展的理论及应用基础。
因此,随着材料产业以及信息产业在新
高分子材料与工程专业人才的培养模式
世纪的飞速发展,材料物理专业也必将迎来自己的辉煌。
本专业由名称就可以清楚地看出内容以材料学、物理学两方面为重点。
物理学中的力、热、光、声均在此专业有广泛应用,当然侧重点还与将来个人的研究方向有关。
比如说:
对于研究信息材料磁存储技术的,铁磁学是中心课程,但是力学、电学、热学多少也要有所涉及。
原子物理、固体物理、晶体学、X光技术、电子显微分析等课程也是比较重要的课程。
所以这门专业主要偏重高中课程对应的物理,比较适合那些对微观结构和理论物理感兴趣的同学。
在测量微观
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- 关 键 词:
- 高分子材料