高分子材料概论
高分子材料概论
本课程可以帮助我们了解什么?
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为什么有的衣服越穿越长,有的却越穿越短?
为什么粥越煮越粘,泡饭却再煮也不会粘稠?
严冬塑料发脆断裂与酷暑发脆断裂原因一致吗?
定制100支海岛棉高档衬衣,“100支”为何义?
………
高分子材料概论(上)
主要参考书
高分子世界(平郑骅等,复旦出版社)
高分子材料基础(张留成,化工出版社)
基础材料与新材料(陈贻瑞等,天津大学出版社)
高分子化学(复旦高分子系,复旦出版社)
高分子物理(何曼君等,复旦出版社)
塑料材料学(张克惠等,西北工大出版社)
第一章:高分子材料基础知识
第二章:塑料
第三章:橡胶与纤维
高分子材料概论(上)
第一章:高分子材料基础知识
第一节:材料概论
第二节:高分子的组成与结构
第三节:高分子材料的性能评价
与性能特点
第一节:材 料 概 论
材料是人类赖以生存和发展的物质基础,一直是人类进步的一个重要里程碑,曾以材料作为时代主要标志
一、材料科学的发展史
二、基本概念
第一节:材 料 概 论
材料科学的发展史
看问题?
材料科学的发展史
第一代:天然材料
第二代:烧炼材料
第三代:合成材料
第四代:可设计材料
第五代:智能材料
1、材料的发展史
材料科学的发展史
2、合成高分子材料的发展史
材料科学的发展史
2、合成高分子材料的发展史
20世纪:
1907年,酚醛树脂厂
1927年,聚氯乙烯厂
丁钠橡胶、醋酸纤维等工厂相继出现
材料科学的发展史
2、合成高分子材料的发展史
20世纪:
三、四十年代,高分子科学与工业成立
五、六十年代,高分子合成化学与
高分子物理大发展
七十年代,高分子工程科学大发展
八十年代,精细高分子、功能高分子材料迅速发展
三大高分子合成材料的年产量﹥108t
2、合成高分子材料的发展史
九十年代起,全世界塑料产量已超过
钢铁产量(以体积计)
塑/钢--衡量国家和地区经济技术实力
和社会发展程度的标志
材料科学的发展史
20世纪:
材料科学的发展史
3、材料发展的特点
材料多元化发展
发展周期日渐缩短
材料呈功能化、智能化发展趋势
被动使用
主动设计
材料科学的发展史
4、材料科学的发展
内在规律的寻找?
被动使用
主动设计
材料科学的发展史
4、材料科学的发展
材料科学的形成与发展是必然的
材料科学的发展史
4、材料科学的发展
1966年, Material Science这一国际性
杂志创刊,标志着“材料科学”成为一门
独立的学科形成了
材料科学的发展史
《自画像》
摘自《爱因斯坦晚年文集》北京大学出版社
…对于一个人自身的存在,何者是有意义的,他自己并不知晓,并且,这一点肯定也不应该打扰其他人。一条鱼能对它终生畅游其中的水知道些什么?
…苦难也罢,甜蜜也罢,都来自外界,而坚毅却来自内部,来自一个人自身的努力。在很大程度上,我都是受我的本性的驱使去做事情。
材料科学的发展史
《自画像》
摘自《爱因斯坦晚年文集》北京大学出版社
为此而获得太多的尊敬和热爱,让人感到羞愧。仇恨之箭也射向了我,但从未伤害我,因为它们从某种程度上属于另一个世界,而我与之没有多少关联。
…我孤寂地生活着,年轻时痛苦万分,而在成熟之年里却甘之如饴。
材料科学的发展史
《论语》的【为政第二】第四章
子曰:“吾十有五而志于学,三十而立,四十而不惑,五十而知天命,六十而耳顺,七十而从心所欲,不逾矩。”
材料科学的发展史
本质问题、基本规律的
探索与发现
通过研究表观现象而
建立的唯象理论研究
5、材料科学的研究方法
材料科学的发展史
5、材料科学的研究方法
向日葵籽粒分布图
实例:
材料科学的发展史
5、材料科学的研究方法
所有向日葵的生长曲线都是以137.5°为发散角呈对数螺旋分布
物质界几乎都经严谨周密的设计: “密堆积”原理就是其中普适性规律之一
材料科学的发展史
解放初期,合成树脂年总产量不到200t
合成橡胶、合成纤维都是空白
6、我国高分子材料的现状
材料科学的发展史
6、我国高分子材料的现状
形势依然严峻:一高三低现象
人均消费量低(塑1/7)
自给能力低(50%)
占国际市场份额低(纤19%,其他4~6% )
高性能材料进口率高 (ABS,90%)
材料科学的发展史
6、我国高分子材料的现状
中国PE供需状况及预测
2003年自给率为47%,未来几年中国PE的需求将以7.7%/a
增长,到2010年达到1620万t,而进口也将继续增加,达到1000万t。
材料科学的发展史
6、我国高分子材料的现状
中国PP供需状况及预测
2003年自给率为61%,未来几年中国PP的需求将以10%/a
增长,到2010年达到1080万t,而进口也将继续增加,达到400万t。
材料科学的发展史
6、我国高分子材料的现状
6、我国高分子材料的现状
材料科学的发展史
6、我国高分子材料的现状
材料科学的发展史
技术的创新
基础研究理论水平的提高
现有材料的优劣--结构性能关系的深刻了解和把握
高性能材料的开发(PC、POM、PPO、Kevlar、C纤维 )
材料科学的发展史
无论材料还是学科发展都有其内在的“律”可循
突破与建树发生在历史中的某一点,也就不能忽视外在的“契机”
就个人而言:
内在积累:专业训练的必须
外在敏锐:历史观和历史感
材料科学的发展史
英国文学界巨擘
鲁益士(C.S.Lewis)
试以一个船队为例,船队航行要成功
第一,必须互不碰撞,各船在自己的航道上行驶
其次,每只船须经得起风浪,机件须运作正常
还有,问这个船队驶往什么地方
基本概念
1、材料与材料科学
材料:具有满足指定工作条件下使用要求的
形状和物理性状的物质
基本概念
1、材料与材料科学
材料化过程 / 材料工艺过程
由化学物质或原料转变成适合一定用场的材料,
这一转变过程称为 ~
为适应某种使用目的,而对物质体系某种物性、强度、形状等所进行的种种操作或加工,这就是~
物质的制备、材料的制备
基本概念
1、材料与材料科学
材料科学(Material Science)
是介于基础科学与应用科学之间的应用基础科学;
针对各类材料进行研究,以揭示其材料成分、结构、
制造工艺与性能间的关系,并以此指导研制具有新
性质、新功能的新材料及其应用的一门科学
基本概念
2、材料结构与材料性能
材料结构
原子
分子
细胞
原子结构
分子结构
细胞结构
基本概念
2、材料结构与材料性能
宏观组织结构
是用肉眼或放大镜能观察到的晶粒、相的集合状态(10-4 m 以上)
基本概念
2、材料结构与材料性能
显维组织结构
是借助光学显微镜、电子显微镜可观察到的晶粒、相的集合状态或材料内部的微区结构( 10-7~10-4 m 以上)
基本概念
2、材料结构与材料性能
微观结构
通过高压电镜、x射线衍射等测试手段才能
观察到的比显维组织结构更细的结构,涉及
原子、分子的结构和原子分子的排列结构
(10-7 m 以下)
基本概念
2、材料结构与材料性能
微观结构
基本概念
2、材料结构与材料性能
微观结构(Å)
基本概念
2、材料结构与材料性能
材料性能
是属于材料本身所固有的性质
基本概念
2、材料结构与材料性能
特征性能
热学性能:热容、导热性、热膨胀性
力学性能:外力作用与变形及破坏的关系
eg:强度、模量、韧性、硬度
电学性能:导电性、静电特性、介电性
磁学性能:硬磁性、软磁性;顺磁性、反磁性
光学性能:线性及非线性光学性能;荧光、磷光
化学性能:材料参与化学反应的活泼性与能力
eg:耐腐蚀性、离子交换性、染色性
基本概念
2、材料结构与材料性能
功能物性
光热转化性能:
太阳光
热能
平行板集热器
力电转化性能:
机械能
电能
压电材料
光能
电能
半导体光电材料
光电转化性能:
基本概念
2、材料结构与材料性能
基本概念
2、材料结构与材料性能
基本概念
2、材料结构与材料性能
F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能,突破敌火力网,压制敌方防空系统,摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标,还可执行侦察任务,具有一定空战能力
基本概念
2、材料结构与材料性能
基本概念
2、材料结构与材料性能
空气控制系统和密封
散热器通风口
汽车专用料的应用 ( 外部 )
车顶蓬内衬
尾灯罩和灯箱
挡泥板内衬
侧车身成型件和车门槛
前灯罩和灯箱
保险杠和挡风板
基本概念
2、材料结构与材料性能
行李箱内衬
座椅背板
座椅靠枕和门框
仪表托架,
顶蓬, 气仓盖
门板内衬和手扶
地板和音响
方向盘
电池箱
汽车专用料的应用 ( 内部 )
基本概念
2、材料结构与材料性能
材料性能的优劣
材料实际
使用中的
价值体现
基本概念
按用途分类
利用材料的力学和理、化性质,广泛应用于机械制造、工程建设、交通运输等各个工业部门
利用材料的热、光、电、磁等性能用于电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域
3、材料的分类
基本概念
3、材料的分类
按基本组成分类
金属材料
无机非金属材料
有机高分子材料
复合材料
简单 / 合金 黑色 / 有色金属
陶瓷(晶态)/ 玻璃(非晶态)
塑料、橡胶、纤维、涂料、粘结剂
由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料组合而成
基本概念
3、材料的分类
高分子材料
是由脂肪族和芳香族的C-C共价键为基本结构的高分子构成的,也称为有机材料
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