高分子材料概論

第1章材料與高分子材料
1.1材料與材料科學001
1.1.1材料的定義001
1.1.2材料的利用與發展001
1.1.3材料的作用002
1.1.4新材料的發展方向003
1.2材料的製備與性能004
1.2.1材料與物質004
1.2.2材料工藝過程004
1.2.3材料的結構005
1.2.4材料的性能005
1.3材料的分類005
1.3.1金屬材料006
1.3.2無機非金屬材料007
1.3.3高分子材料007
1.3.4複合材料008
1.4高分子材料發展歷史及未來008
1.4.1高分子材料的三個發展階段008
1.4.2高分子材料展望011
1.5高分子與高分子材料011
1.5.1基本概念011
1.5.2高分子材料的命名013
1.5.3高分子材料分類015
1.5.4高分子材料與高分子化學與物理的關係017
1.6高分子材料的合成018
1.6.1逐步聚合反應018
1.6.2連鎖聚合反應018
參考文獻019
思考題020

第2章高分子材料的結構與性能
2.1高分子鏈的鏈結構(化學結構)021
2.1.1一級結構022
2.1.2二級結構024
2.2高分子的聚集態結構與性能024
2.2.1高分子結晶025
2.2.2高分子液晶025
2.2.3高分子取向025
2.3高分子材料的組成與性能026
2.4高分子材料的力學性能026
2.4.1拉伸性能026
2.4.2壓縮性能027
2.4.3彎曲性能027
2.4.4衝擊性能027
2.4.5剪切性能028
2.4.6硬度028
2.4.7耐蠕變性029
2.4.8持久強度029
2.4.9疲勞強度029
2.4.10摩擦與磨損029
2.5高分子材料的物理性能030
2.5.1熱學性能030
2.5.2電學性能033
2.5.3光學性能035
2.5.4其他物理性能037
2.6高分子材料的化學性能038
2.6.1聚合物的化學反應038
2.6.2高分子材料的老化042
2.6.3高分子材料的燃燒特性042
2.6.4力化學性能045
延伸閱讀資料：力化學在食品加工中的應用046
參考文獻048
思考題048

第3章塑膠
3.1概述049
3.1.1類型及性能049
3.1.2組分及作用050
3.1.3成型加工方法057
3.2聚烯烴塑膠061
3.2.1聚乙烯061
3.2.2聚丙烯071
3.2.3聚苯乙烯系樹脂072
3.2.4其他聚烯烴塑膠075
3.3其他熱塑性塑膠078
3.3.1聚氯乙烯系樹脂078
3.3.2聚乙烯醇及其衍生物塑膠082
3.3.3丙烯酸塑膠084
3.3.4聚氨酯086
3.3.5纖維素塑膠089
3.4工程塑料090
3.4.1聚醯胺091
3.4.2聚碳酸酯097
3.4.3聚甲醛098
3.4.4聚苯醚099
3.4.5聚對苯二甲酸丁二醇酯100
3.4.6聚對苯二甲酸乙二醇酯101
3.4.7聚醯亞胺102
3.4.8氟塑料105
3.4.9聚碸類樹脂109
3.4.10聚苯硫醚112
3.4.11聚苯酯113
3.4.12聚芳酯114
3.4.13聚醚醚酮115
3.4.14液晶聚合物116
3.5熱固性塑膠117
3.5.1酚醛塑料117
3.5.2氨基塑膠119
3.5.3呋喃塑膠121
3.5.4環氧樹脂122
3.5.5不飽和聚酯塑膠124
3.5.6有機矽塑膠125
3.5.7雙馬來醯亞胺塑膠126
延伸閱讀資料：天然樹脂127
參考文獻132
思考題132

第4章橡膠
4.1概述134
4.1.1發現與定義134
4.1.2組分與作用135
4.1.3橡膠的配方140
4.1.4橡膠的加工142
4.1.5橡膠的結構與性能147
4.1.6橡膠的主要性能指標150
4.2天然橡膠155
4.2.1天然橡膠的分類155
4.2.2天然橡膠的品種156
4.2.3天然橡膠的成分157
4.2.4天然橡膠性能與應用157
4.2.5古塔波膠158
4.2.6杜仲膠158
4.3二烯類橡膠158
4.3.1聚丁二烯橡膠(polybutadiene，PB)159
4.3.2聚異戊二烯橡膠(polyisoprene，IR)161
4.3.3丁苯橡膠(styrene-butadienerubber，SBR)161
4.3.4丁腈橡膠(nitrilerubber，acrylonitrile-butadienerubber，NBR)162
4.4其他橡膠164
4.4.1氯丁橡膠(chloroprenerubber，CR)164
4.4.2聚異丁烯和丁基橡膠165
4.4.3以乙烯為基礎的橡膠167
4.4.4其他合成橡膠169
4.5熱塑性彈性體(thermoplasticelastomer，TPE)175
4.5.1結構特徵175
4.5.2聚烯烴類熱塑性彈性體(polyolefinthermoplasticelastomer)176
4.5.3聚苯乙烯類嵌段共聚物176
4.5.4聚酯型(polyestertype)176
4.5.5聚氨酯型(thermoplasticpolyurethane，TPU)176
參考文獻177
思考題178

第5章纖維
5.1纖維概述179
5.1.1纖維的分類179
5.1.2纖維的主要性能指標179
5.1.3纖維加工的一般過程183
5.1.4纖維加工過程中結構的變化188
5.1.5結構與性能的關係190
5.2天然纖維和人造纖維191
5.2.1天然纖維191
5.2.2人造纖維(artificialfiber)194
5.3合成纖維202
5.3.1聚醯胺纖維202
5.3.2聚酯纖維204
延伸閱讀205
5.3.3聚丙烯腈纖維206
5.3.4聚丙烯纖維208
5.3.5聚乙烯醇纖維209
5.3.6聚氯乙烯纖維211
5.3.7聚乳酸纖維212
延伸閱讀213
5.4特種合成纖維213
5.4.1耐高溫纖維213
5.4.2耐腐蝕纖維216
5.4.3阻燃纖維216
5.4.4彈性纖維216
5.4.5吸濕性纖維和抗靜電纖維216
參考文獻217
思考題217

第6章膠黏劑和塗料
6.1膠黏劑218
6.1.1膠黏劑的組成218
6.1.2膠黏劑的分類219
6.1.3膠接及其機理220
6.1.4膠黏劑的選擇223
6.1.5環氧樹脂膠黏劑223
6.1.6聚氨酯膠黏劑225
6.1.7酚醛樹脂膠黏劑227
6.1.8丙烯酸酯類膠黏劑228
6.1.9橡膠膠黏劑230
6.1.10其他常用的膠黏劑232
6.2塗料233
6.2.1塗料的組成233
6.2.2塗料的類型234
6.2.3塗料的塗裝方法235
6.2.4油基樹脂漆236
6.2.5合成樹脂漆238
6.2.6水性樹脂塗料241
6.2.7粉末塗料242
參考文獻243
思考題244

第7章聚合物共混物
7.1聚合物共混物及其製備方法245
7.1.1基本概念245
7.1.2共混方法246
7.2聚合物共混物的相容性248
7.2.1基本概念248
7.2.2熱力學相容性判斷249
7.2.3聚合物之間相容性的基本特點250
7.2.4提高相容性的方法252
7.2.5相容性研究方法253
7.3聚合物共混物的形態結構255
7.3.1形態結構的基本類型255
7.3.2聚合物的介面層259
7.3.3相容性對形態結構和性能的影響260
7.3.4製備方法對形態結構的影響261
7.3.5形態結構測定方法262
7.4聚合物共混物的性能262
7.4.1性能-組成關係262
7.4.2力學鬆弛性能263
7.4.3模量和強度263
7.4.4流變性能264
7.4.5其他性能264
7.5基於塑膠的聚合物共混物265
7.5.1以聚乙烯為基的共混物265
7.5.2以聚丙烯為基的共混物266
7.5.3以聚氯乙烯為基的共混物267
7.5.4以聚苯乙烯為基的共混物268
7.5.5其他聚合物共混物269
7.6橡膠增韌塑膠的機理270
7.6.1橡膠增韌塑膠的特點270
7.6.2橡膠增韌塑膠的機理271
7.6.3影響抗沖強度的因素274
7.7非彈性體增韌275
7.7.1有機粒子增韌275
7.7.2無機粒子增韌275
7.7.3非彈性體增韌作用機理276
參考文獻276
思考題277

附錄“高分子材料概論”課程的教學方式探索

高分子材料是以有機高分子化合物為主構成的，也稱為有機高分子材料。人類很早就開始利用天然有機材料，如木材、皮革、橡膠、棉、麻、絲、毛等。自20世紀20年代以來，發展了人工合成的各種高分子材料，具有質輕、耐腐蝕、絕緣性好、易於成型加工等優點。當前，高分子材料的產量按體積已經超過了所有金屬材料的總和，成為國民經濟和國防建設中的基礎材料之一。現階段已成為合成橡膠、合成樹脂世界第一生產和消費國。高分子材料已深入到社會發展的各行各業，極大地改善了人們的生活品質。通過分子設計和結構改性，可以進一步獲得各類高性能材料和特殊功能材料，支撐各行業發展。新型的高分子工程材料在國防、航空航太、交通運輸、船舶、採油和石化等領域也同樣發揮著重要的、不可替代的作用。高分子材料正以突飛猛進的發展態勢和廣闊的應用前景成為21世紀最具生命力的新型材料。

高分子科學具有典型的理工交叉特性，其中高分子材料是體現其工學特色的一個重要內容。因此，《高分子材料概論》的課程對於幫助學生掌握傳統高分子材料的製備、結構、性能和應用方面的知識至關重要，同時也是連接高分子化學、高分子物理、功能高分子、高分子加工及其他高分子前沿方向間的一個紐帶，起著承上啟下的重要作用。

廣義上，高分子材料涵蓋的範圍非常寬，包括通用高分子材料、功能高分子材料、高分子複合材料、高分子材料加工等，有些教材還涵蓋有高分子化學、高分子物理的相關章節。有鑒於除通用高分子材料外的諸多內容已有許多教材及專著可資參考，《高分子材料概論》將專注於系統闡述通用高分子材料的製備、結構、性能和應用，同時強調特定種類高分子材料的共性科學規律。全書共分7章，第1～7章分別為材料與高分子材料、高分子材料的結構與性能、塑膠、橡膠、纖維、膠黏劑和塗料、聚合物共混物，最後的附錄是“高分子材料概論”課程的教學方式探索，主要分享筆者及同事在講授《高分子材料概論》時採用的一些教學方法，供廣大同仁參考。本書適於高分子及相關專業本科生、研究生作為教材使用，也可供教師和工程技術人員參考。

在資料的收集整理和校對過程中，先後有多位研究生同學參與，包括韓璐璐、薑朋飛、葉辰、吳賽、鄭鴻浩、張文博、張德騰等，胡玲、韓璐璐、葉辰、鄧君、吳賽、張昊嵐等同學先後協助過《高分子材料概論》的教學和資料調研工作。他們有些人已經畢業，並成為教師或其他行業的骨幹。在浙江大學，一同講授《高分子材料概論》課程的還有馬列、陳紅征、施敏敏教授，大家共同參與了一些教學方法的探討和改革。在本書完成之際，向上述同學、老師及所有給予過幫助的人致以誠摯的謝意！同時感謝在浙江大學20餘年和我一同成長的諸多學子及廣大同仁！

筆者從1999年開始講授《高分子材料概論》課程至今，在所用課件基礎上形成本書。撰寫過程參考了高分子材料類的多本書籍及研究論文，部分資料來源於網路，誠表感謝！另外，由於筆者學識有限，疏漏之處實屬難免，請廣大讀者批評指正。

編著者
2018.6