特種與新興高分子材料是我國(guó)材料強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要支撐之一,本教材聚焦國(guó)家戰(zhàn)略及“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù),結(jié)合特種與新興高分子材料領(lǐng)域近年來(lái)的研究進(jìn)展,重點(diǎn)講解相關(guān)領(lǐng)域功能高分子材料的合成、制備、加工與應(yīng)用,為高分子材料及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生將來(lái)從事相關(guān)領(lǐng)域的研究夯實(shí)基礎(chǔ)。
《特種與新興高分子材料》是戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域“十四五”高等教育教材體系——“先進(jìn)功能材料與技術(shù)”系列教材之一。本教材結(jié)合華南理工大學(xué)高分子學(xué)科中與國(guó)家戰(zhàn)略密切相關(guān)的部分科研工作,重點(diǎn)關(guān)注特種彈性體材料、海洋工程涂料、熱固性聚合物的循環(huán)利用、柔性傳感材料、油水分離材料、海洋防護(hù)材料、芳雜環(huán)高分子材料、動(dòng)態(tài)高分子材料等細(xì)分領(lǐng)域的科研工作。本書(shū)可作為高分子及相關(guān)專業(yè)的本科生和低年級(jí)研究生了解特種與新興高分子材料的設(shè)計(jì)、合成、制備與應(yīng)用的教科書(shū),也可作為相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)人員的參考書(shū)。
張安強(qiáng),華南理工大學(xué)材料學(xué)院高分子系教授、系主任、博士生導(dǎo)師。1998年、2003年在華南理工大學(xué)高分子系分獲學(xué)士和博士學(xué)位,隨后留校工作。中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證專家,《彈性體》《橡膠工業(yè)》《ReactiveandFunctionalPolymers》編委、全國(guó)輪胎輪輞標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員,廣州市橡膠學(xué)會(huì)理事,廣東省化工學(xué)會(huì)橡膠專業(yè)委員會(huì)委員。先后承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省科技計(jì)劃、廣州市科技計(jì)劃和多項(xiàng)企業(yè)委托技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目等。曾獲中國(guó)橡膠科技創(chuàng)新獎(jiǎng)、華南理工大學(xué)本科教學(xué)優(yōu)秀教師“南光獎(jiǎng)”、華南理工大學(xué)校級(jí)教學(xué)名師等榮譽(yù)。
1 緒論 001
2 特種橡膠/彈性體材料 003
2.1 硅橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應(yīng)用 003
2.1.1 硅橡膠的結(jié)構(gòu) 004
2.1.2 硅橡膠的性能 008
2.1.3 硅橡膠的配合 008
2.1.4 硅橡膠的應(yīng)用 010
2.2 氟橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應(yīng)用 012
2.2.1 氟橡膠的結(jié)構(gòu) 012
2.2.2 氟橡膠的性能 014
2.2.3 氟橡膠的配合 016
2.2.4 氟橡膠的應(yīng)用 018
2.3 丙烯酸酯橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應(yīng)用 019
2.3.1 丙烯酸酯橡膠的結(jié)構(gòu) 019
2.3.2 丙烯酸酯橡膠的性能 020
2.3.3 丙烯酸酯橡膠的配合 022
2.3.4 丙烯酸酯橡膠的應(yīng)用 024
2.4 氯醚橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應(yīng)用 025
2.4.1 氯醚橡膠的結(jié)構(gòu) 025
2.4.2 氯醚橡膠的性能 026
2.4.3 氯醚橡膠的配合 026
2.4.4 氯醚橡膠的應(yīng)用 028
2.5 氯磺化聚乙烯橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應(yīng)用 029
2.5.1 氯磺化聚乙烯橡膠的結(jié)構(gòu) 029
2.5.2 氯磺化聚乙烯橡膠的性能 029
2.5.3 氯磺化聚乙烯橡膠的配合 030
2.5.4 氯磺化聚乙烯橡膠的應(yīng)用 031
2.6 氯化聚乙烯橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應(yīng)用 032
2.6.1 氯化聚乙烯橡膠的結(jié)構(gòu) 032
2.6.2 氯化聚乙烯橡膠的性能 033
2.6.3 氯化聚乙烯橡膠的配合 033
2.6.4 氯化聚乙烯橡膠的應(yīng)用 034
2.7 氫化丁腈橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應(yīng)用 035
2.7.1 氫化丁腈橡膠的結(jié)構(gòu) 035
2.7.2 氫化丁腈橡膠的性能 036
2.7.3 氫化丁腈橡膠的配合 037
2.7.4 氫化丁腈橡膠的應(yīng)用 038
參考文獻(xiàn) 039
3 介電彈性體材料 040
3.1 電活性聚合物材料介紹 040
3.1.1 典型的電活性聚合物材料 040
3.1.2 電活性材料發(fā)展及展望 043
3.2 介電彈性體材料的定義和特點(diǎn) 044
3.2.1 介電彈性體材料的定義 045
3.2.2 介電彈性體材料的特點(diǎn) 045
3.3 介電彈性體材料驅(qū)動(dòng)器機(jī)理 046
3.3.1 假設(shè) 046
3.3.2 公式推導(dǎo) 047
3.3.3 影響電致形變的因素 051
3.4 介電彈性體材料發(fā)電機(jī)機(jī)理 051
3.4.1 假設(shè) 052
3.4.2 公式推導(dǎo) 052
3.4.3 影響發(fā)電性能的因素 056
3.5 常見(jiàn)的用于驅(qū)動(dòng)器的介電彈性體材料 057
3.5.1 丙烯酸酯橡膠 057
3.5.2 硅橡膠 057
3.5.3 聚氨酯橡膠 058
3.5.4 聚磷腈橡膠 058
3.6 常見(jiàn)的用于發(fā)電機(jī)的介電彈性體材料 059
3.6.1 丙烯酸酯橡膠 060
3.6.2 硅橡膠 060
3.6.3 天然橡膠 061
3.7 介電彈性體材料的應(yīng)用 062
3.7.1 介電彈性體驅(qū)動(dòng)器 062
3.7.2 介電彈性體發(fā)電機(jī) 064
3.8 展望 065
參考文獻(xiàn) 065
4 可回收的熱固性聚合物材料 067
4.1 熱固性聚合物材料回收現(xiàn)狀 067
4.1.1 傳統(tǒng)熱固性樹(shù)脂結(jié)構(gòu)與性能 067
4.1.2 熱固性樹(shù)脂及其復(fù)合材料回收現(xiàn)狀 067
4.2 可逆共價(jià)聚合物 068
4.2.1 可逆共價(jià)聚合物概念發(fā)展歷程 068
4.2.2 可逆共價(jià)鍵和可逆共價(jià)聚合物定義 070
4.2.3 可逆共價(jià)聚合物制備方法 073
4.3 可逆共價(jià)聚合物及其復(fù)合材料研究進(jìn)展 074
4.3.1 含縮醛/酮可逆共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的熱固性樹(shù)脂及其復(fù)合材料 074
4.3.2 含二硫可逆共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的熱固性樹(shù)脂及其復(fù)合材料 078
4.3.3 含酯可逆共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的熱固性樹(shù)脂及其復(fù)合材料 082
4.3.4 含Diels-Alder可逆共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的熱固性樹(shù)脂及其復(fù)合材料 086
4.3.5 含六氫三嗪可逆共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的熱固性樹(shù)脂及其復(fù)合材料 088
4.3.6 含亞胺可逆共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的熱固性樹(shù)脂及其復(fù)合材料 092
4.4 展望 099
參考文獻(xiàn) 100
5 柔性電子與傳感材料 104
5.1 柔性電子材料 104
5.1.1 柔性襯底材料 105
5.1.2 柔性互連電路 108
5.1.3 柔性互連電路與柔性襯底的界面作用 114
5.1.4 柔性互連電路的拉伸性調(diào)控 118
5.2 柔性傳感材料 121
5.2.1 柔性力敏傳感材料 121
5.2.2 柔性溫度傳感材料 124
5.2.3 柔性濕度傳感材料 125
5.2.4 柔性氣體傳感材料 126
5.2.5 柔性光學(xué)傳感材料 128
5.2.6 柔性化學(xué)傳感材料 130
5.2.7 柔性傳感材料與互聯(lián)電路界面調(diào)控 131
5.2.8 柔性傳感材料應(yīng)用 132
5.3 總結(jié)與展望 139
參考文獻(xiàn) 140
6 超浸潤(rùn)油水分離材料 147
6.1 表面潤(rùn)濕性 148
6.1.1 表面張力 149
6.1.2 接觸角、接觸角滯后和滾動(dòng)角 150
6.1.3 Young’s方程 151
6.1.4 Wenzel模型 152
6.1.5 Cassie模型 152
6.2 油水分離理論 153
6.2.1 基本概念 153
6.2.2 毛細(xì)力學(xué) 154
6.3 油水混合物和分離性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 156
6.3.1 油水混合物 156
6.3.2 分離性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 157
6.4 超疏水型油水分離材料 157
6.4.1 實(shí)現(xiàn)超疏水性的關(guān)鍵要素 158
6.4.2 超疏水型油水分離材料的制備方法 158
6.4.3 超疏水型油水分離材料的分類 160
6.5 超親水型油水分離材料 166
6.5.1 超親水型油水分離材料的制備方法 167
6.5.2 超親水型油水分離材料的分類 167
6.6 Janus型油水分離材料 169
6.6.1 Janus型油水分離材料的結(jié)構(gòu)和基本設(shè)計(jì)原則 169
6.6.2 Janus型油水分離材料的油水分離機(jī)理 169
6.6.3 Janus型油水分離材料的制備方法 170
6.7 功能性油水分離材料 171
6.7.1 阻燃油水分離材料 171
6.7.2 磁性油水分離材料 172
6.7.3 電熱/光熱轉(zhuǎn)換油水分離材料 172
6.7.4 pH/離子響應(yīng)油水分離材料 172
6.7.5 光催化降解油水分離材料 173
6.7.6 自修復(fù)油水分離材料 173
6.8 總結(jié)與展望 174
參考文獻(xiàn) 174
7 海洋防護(hù)高分子材料 178
7.1 海洋防污高分子材料 178
7.1.1 海洋生物污損及危害 178
7.1.2 海洋防污技術(shù)發(fā)展歷史 179
7.1.3 現(xiàn)有海洋防污高分子材料 180
7.1.4 新興海洋防污高分子材料 183
7.2 海洋防腐高分子材料 186
7.2.1 海洋腐蝕及危害 186
7.2.2 海洋防腐技術(shù)發(fā)展歷史 187
7.2.3 現(xiàn)有海洋防腐高分子材料技術(shù) 189
7.2.4 海洋防腐涂料發(fā)展趨勢(shì)與展望 192
7.3 海洋工程加固修復(fù)高分子材料 194
7.3.1 海洋工程混凝土設(shè)施加固修復(fù)需求 194
7.3.2 現(xiàn)有加固防護(hù)工藝技術(shù) 196
7.3.3 現(xiàn)有加固修復(fù)高分子材料 198
7.3.4 新興加固修復(fù)高分子材料 200
參考文獻(xiàn) 204
8 芳雜環(huán)高分子材料 207
8.1 聚酰亞胺 207
8.1.1 聚酰亞胺的合成方法 207
8.1.2 聚酰亞胺的合成機(jī)理 210
8.1.3 聚酰亞胺的結(jié)構(gòu)與性能 217
8.1.4 聚酰亞胺的應(yīng)用 224
8.2 聚苯并唑 230
8.2.1 聚苯并唑的合成方法 230
8.2.2 聚苯并唑改性及應(yīng)用 233
8.3 聚苯并咪唑 235
8.3.1 聚苯并咪唑的合成方法 235
8.3.2 聚苯并咪唑的應(yīng)用 237
8.4 聚苯并噻唑 239
8.4.1 聚苯并噻唑的合成方法 239
8.4.2 聚苯并噻唑的應(yīng)用 241
8.5 聚吡嚨 241
8.5.1 聚吡嚨的合成方法 242
8.5.2 聚吡嚨的應(yīng)用 243
8.6 聚苯基三嗪 243
8.6.1 聚苯基三嗪的合成方法 243
8.6.2 聚苯基三嗪的應(yīng)用 244
參考文獻(xiàn) 245
9 動(dòng)態(tài)高分子材料 251
9.1 基于可逆(動(dòng)態(tài))共價(jià)鍵的動(dòng)態(tài)高分子 252
9.1.1 基于Diels-Alder反應(yīng)的動(dòng)態(tài)高分子 253
9.1.2 基于二硫鍵的動(dòng)態(tài)高分子 254
9.1.3 基于硼氧鍵的動(dòng)態(tài)高分子 259
9.1.4 基于亞胺鍵的動(dòng)態(tài)高分子 265
9.2 基于非共價(jià)鍵作用的動(dòng)態(tài)高分子 270
9.2.1 基于氫鍵的動(dòng)態(tài)高分子 271
9.2.2 基于離子鍵的動(dòng)態(tài)高分子 278
9.2.3 基于金屬配位鍵的動(dòng)態(tài)高分子 283
9.3 基于多重可逆作用的動(dòng)態(tài)高分子材料 288
9.3.1 利用多重動(dòng)態(tài)可逆作用增強(qiáng)增韌材料 288
9.3.2 利用多重動(dòng)態(tài)可逆作用賦予材料可回收性能 298
9.3.3 其他方面的應(yīng)用 301
9.4 總結(jié)與展望 304
參考文獻(xiàn) 305