【正文】 高分子材料概論 Engineering Science 緒 論 材料的定義與分類 材料的地位和作用 材料科學(xué)與工程的形成和發(fā)展 材料的定義 材料是人類用于制造機器、構(gòu)件和產(chǎn)品的 物質(zhì) ，是人類賴以生存和發(fā)展的 物質(zhì)基礎(chǔ) 。 新材料的定義 新材料 ，主要是指那些正在發(fā)展，且具有優(yōu) 異 性能和應(yīng)用前景的一類材料。為了規(guī)范新材料的 含義，一般把具備以下三個條件之一的材料稱為新 材料。 新出現(xiàn)或正在發(fā)展中的具有傳統(tǒng)材料所不具備 的優(yōu)良性能的材料。 如： 新材料的定義 高技術(shù)發(fā)展需要，具有特殊性能的材料。 形狀記憶合金－ 飛船網(wǎng)狀自展天線 衛(wèi)星的太陽能電池板 自動打開 新材料的定義 由于采用新技術(shù)（工藝、裝備）明顯提高了性能， 或者出現(xiàn)了新的功能的材料。 如：超級鋼、納米材料等。 碳納米管，抗拉強度為鋼 40倍 材料的分類 分類一：按組成與結(jié)構(gòu)劃分 無機非金屬材料 金屬材料 高分子材料 復(fù)合材料 材料 材料 航空航天材料 能源材料 生物醫(yī)用材料 材料的分類 分類二：按用途分 電子信息材料 材料的分類 材料 結(jié)構(gòu)材料 功能材料 分類三：按性能分 隱 身 戰(zhàn) 斗 機 材料的分類 分類三：按性能分 功能材料 熱散射 雷達能量散射 吸收 隱形戰(zhàn)機 雷達發(fā)射能量 雷達 隱形飛機的原理 吸波材料 功能材料 材料的分類 分類三：按性能分 LED 集成電路 芯片 單晶硅 形狀記憶材料 材料 傳統(tǒng)材料 新材料 材料的分類 分類四：按應(yīng)用與發(fā)展分 普 通 鋼 管 納 米 銅 超 導(dǎo) 電 纜 能 源 材 料 信 息 新技術(shù)革命 新材料 信息技術(shù) 生物技術(shù) 材料的地位和作用 當(dāng)代文明 材料是人類社會發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo)，是人 類社會進步的里程碑和劃時代的標(biāo)志。 材料是人類社會進步的里程碑 材料是經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo) 新材料技術(shù)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo) 新材料技術(shù)是社會現(xiàn)代化的先導(dǎo) 新材料技術(shù)是一切工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵共性基礎(chǔ) 材料在人類社會發(fā)展進程中的地位和作用 材料是人類社會進步的里程碑 人類使用不同材料的開始時間 100 萬年前 公元前 5000 年 公元前 1200 年 公元 0 年 公元 1800 年 公元 1950 年 20 世紀(jì)初 21 世紀(jì) 石器 陶器 青銅 鐵器 水泥 鋼 硅 高分子材料 先進復(fù)合材料 金 銅 青銅 金屬 鐵 玻璃態(tài)金屬 鑄鐵 鋁鋰合金 鋼 高分子 雙相鋼 合金鋼 微合金鋼 木材 新型耐熱合金 輕合金 皮革 皮膠 纖維 耐熱合金 導(dǎo)電聚合物 復(fù)合材料 鈦合金 高溫聚合物 稻草 磚 紙 橡膠 鋯合金 高模量聚合物 膠木 陶瓷基復(fù)合 石頭 金屬基復(fù)合 火石 尼龍 環(huán)氧樹脂 芳綸增強 陶器 有機玻璃 塑料 玻璃 碳纖維增強 先進功能 水泥 塑料 陶瓷 耐火材料 韌性工程 陶瓷 熔融石膏 金屬陶瓷 耐高溫陶瓷 陶瓷 公元前 5000 0 材料是人類社會進步的里程碑 10000 2020 工程材料歷史隨時間推移的相對重要性示意圖（時間是非線形的） 材料是人類社會進步的里程碑 人類利用材料的歷史，就 是一部人類進化和進步的 歷史。 縱觀人類利用材料的歷史，可以 清楚地看到，每一種重要新材料的發(fā) 現(xiàn)和應(yīng)用，都把人類支配自然的能力 提高到一個新的水平。材料科學(xué)技術(shù) 的每一次重大突破都會引起生產(chǎn)技術(shù) 的重大變革，甚至引起一次世界性的 技術(shù)革命，大大地加速社會發(fā)展的進 程，給社會生產(chǎn)力和人類生活帶來巨 大變革，把人類物質(zhì)文明推向前進。 材料是人類社會進步的里程碑 1763 發(fā) 電 機 蒸 氣 機 1820 1946，美國 計算機 新材料是經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)和先導(dǎo) 新材料技術(shù)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo) 新材料技術(shù)是社會現(xiàn)代化的先導(dǎo) 新材料技術(shù)是一切工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵共性基礎(chǔ) 兩次工業(yè)革命都是以新材料的發(fā)明和廣泛應(yīng)用為先導(dǎo) 第一次工業(yè)革命（ 18世紀(jì)）：制鋼工業(yè)的發(fā)展為蒸 汽機的發(fā)明和應(yīng)用奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。 第二次工業(yè)革命（ 20世紀(jì)中葉以來）：單晶硅材料 對電子技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用起了核心作用。 新材料技術(shù)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo) 0 2 8 6 4 新材料技術(shù)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo) 10 1600 1700 1800 1900 2022 年份 材料強度密度比在不同年代里的進展 (由圖中可以看 出 ,現(xiàn)代先進材料的強度已比原始材料提高了約 50倍 ) 鋁 木材 石料 青銅 鑄鐵 鋼 芳香族酰胺纖維 碳纖維 復(fù)合材料 強度 /密度（ ln 10 6) 發(fā)動機工作溫度（ ℃ ） 1200 1000 800 600 400 200 0 新材料技術(shù)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo) 1400 1900 1920 1940 1960 1980 2022 年份 在本世紀(jì)內(nèi)由于采用了現(xiàn)代材料使發(fā)動機工作溫度急劇上升， 因而發(fā)動機的理論效率大大提高。 現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動機 蒸汽機 30年代氣冷式航空發(fā)動機 燃料消耗公斤 /馬力小時 新材料技術(shù)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo) 燃油消耗與工作溫度的關(guān)系 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 壓縮比 816℃ 1093℃ 1371℃ 1649℃ 0 747400 MD11 的 發(fā)展 航 Comet 990 座 mile/Usgal 年份 航空材料的發(fā)展與飛機的燃放 1965 1955 1970 1960 1990 1975 1980 1995 2022 1985 20 1950 新材料技術(shù)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo) 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 1093 1649 538 19270C 新材料技術(shù)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo) 一次大戰(zhàn)水冷式 1490C 30年代空冷式 3150C 風(fēng)扇噴氣發(fā)動機 6490C 蝸輪噴氣發(fā)動機 10930C 超音速燃燒沖壓 式噴氣發(fā)動機 溫度（ 0C） 發(fā)動機工作溫度 工作溫度 /℃ 新材料技術(shù)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo) 陶瓷 碳 /碳復(fù)合材料 陶瓷基 復(fù)合材料 金屬基 金屬間化 合物及其 復(fù)合材料 2204 1649 1093 537 復(fù)合材料 傳統(tǒng)材料 （鈦合金和高溫合金） 100 比強度 /MPa(gcm3)1 不同材料的比強度和工作溫度的比較 14 12 比強度 8 10 6 4 0 2 0 1 2 3 4 鋁 不銹鋼 先進碳碳材料 高溫合金 新材料技術(shù)是工業(yè)革命和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的先導(dǎo) 樹脂基復(fù)合材料 鈦基復(fù)合材料 鋁基復(fù)合材料 鈦 馬赫數(shù) 不同材料的比強度與之對應(yīng)的馬赫數(shù) 使用溫度 /℃ 新材料技術(shù)是工