特種與新興高分子材料是我國材料強國戰(zhàn)略的重要支撐之一,本教材聚焦國家戰(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)域近年來的研究進展,重點講解相關(guān)領(lǐng)域功能高分子材料的合成、制備、加工與應用,為高分子材料及相關(guān)專業(yè)的學生將來從事相關(guān)領(lǐng)域的研究夯實基礎。
《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)合華南理工大學高分子學科中與國家戰(zhàn)略密切相關(guān)的部分科研工作,重點關(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、海洋防護材料、芳雜環(huán)高分子材料、動態(tài)高分子材料等細分領(lǐng)域的科研工作。本書可作為高分子及相關(guān)專業(yè)的本科生和低年級研究生了解特種與新興高分子材料的設計、合成、制備與應用的教科書,也可作為相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)人員的參考書。
張安強,華南理工大學材料學院高分子系教授、系主任、博士生導師。1998年、2003年在華南理工大學高分子系分獲學士和博士學位,隨后留校工作。中國工程教育專業(yè)認證專家,《彈性體》《橡膠工業(yè)》《ReactiveandFunctionalPolymers》編委、全國輪胎輪輞標準化技術(shù)委員會委員,廣州市橡膠學會理事,廣東省化工學會橡膠專業(yè)委員會委員。先后承擔國家自然科學基金、廣東省科技計劃、廣州市科技計劃和多項企業(yè)委托技術(shù)開發(fā)項目等。曾獲中國橡膠科技創(chuàng)新獎、華南理工大學本科教學優(yōu)秀教師“南光獎”、華南理工大學校級教學名師等榮譽。
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 硅橡膠的應用 010
2.2 氟橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應用 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 氟橡膠的應用 018
2.3 丙烯酸酯橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應用 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 丙烯酸酯橡膠的應用 024
2.4 氯醚橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應用 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 氯醚橡膠的應用 028
2.5 氯磺化聚乙烯橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應用 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用 031
2.6 氯化聚乙烯橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應用 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用 034
2.7 氫化丁腈橡膠的結(jié)構(gòu)、性能、配合與應用 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 氫化丁腈橡膠的應用 038
參考文獻 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 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 045
3.3 介電彈性體材料驅(qū)動器機理 046
3.3.1 假設 046
3.3.2 公式推導 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)電機機理 051
3.4.1 假設 052
3.4.2 公式推導 052
3.4.3 影響發(fā)電性能的因素 056
3.5 常見的用于驅(qū)動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 常見的用于發(fā)電機的介電彈性體材料 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用 062
3.7.1 介電彈性體驅(qū)動器 062
3.7.2 介電彈性體發(fā)電機 064
3.8 展望 065
參考文獻 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)熱固性樹脂結(jié)構(gòu)與性能 067
4.1.2 熱固性樹脂及其復合材料回收現(xiàn)狀 067
4.2 可逆共價聚合物 068
4.2.1 可逆共價聚合物概念發(fā)展歷程 068
4.2.2 可逆共價鍵和可逆共價聚合物定義 070
4.2.3 可逆共價聚合物制備方法 073
4.3 可逆共價聚合物及其復合材料研究進展 074
4.3.1 含縮醛/酮可逆共價鍵結(jié)構(gòu)的熱固性樹脂及其復合材料 074
4.3.2 含二硫可逆共價鍵結(jié)構(gòu)的熱固性樹脂及其復合材料 078
4.3.3 含酯可逆共價鍵結(jié)構(gòu)的熱固性樹脂及其復合材料 082
4.3.4 含Diels-Alder可逆共價鍵結(jié)構(gòu)的熱固性樹脂及其復合材料 086
4.3.5 含六氫三嗪可逆共價鍵結(jié)構(gòu)的熱固性樹脂及其復合材料 088
4.3.6 含亞胺可逆共價鍵結(jié)構(gòu)的熱固性樹脂及其復合材料 092
4.4 展望 099
參考文獻 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 柔性光學傳感材料 128
5.2.6 柔性化學傳感材料 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 柔性傳感材料應用 132
5.3 總結(jié)與展望 139
參考文獻 140
6 超浸潤油水分離材料 147
6.1 表面潤濕性 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 毛細力學 154
6.3 油水混合物和分離性能評價指標 156
6.3.1 油水混合物 156
6.3.2 分離性能評價指標 157
6.4 超疏水型油水分離材料 157
6.4.1 實現(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)和基本設計原則 169
6.6.2 Janus型油水分離材料的油水分離機理 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 自修復油水分離材料 173
6.8 總結(jié)與展望 174
參考文獻 174
7 海洋防護高分子材料 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)展趨勢與展望 192
7.3 海洋工程加固修復高分子材料 194
7.3.1 海洋工程混凝土設施加固修復需求 194
7.3.2 現(xiàn)有加固防護工藝技術(shù) 196
7.3.3 現(xiàn)有加固修復高分子材料 198
7.3.4 新興加固修復高分子材料 200
參考文獻 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 聚苯基三嗪的應用 244
參考文獻 245
9 動態(tài)高分子材料 251
9.1 基于可逆(動態(tài))共價鍵的動態(tài)高分子 252
9.1.1 基于Diels-Alder反應的動態(tài)高分子 253
9.1.2 基于二硫鍵的動態(tài)高分子 254
9.1.3 基于硼氧鍵的動態(tài)高分子 259
9.1.4 基于亞胺鍵的動態(tài)高分子 265
9.2 基于非共價鍵作用的動態(tài)高分子 270
9.2.1 基于氫鍵的動態(tài)高分子 271
9.2.2 基于離子鍵的動態(tài)高分子 278
9.2.3 基于金屬配位鍵的動態(tài)高分子 283
9.3 基于多重可逆作用的動態(tài)高分子材料 288
9.3.1 利用多重動態(tài)可逆作用增強增韌材料 288
9.3.2 利用多重動態(tài)可逆作用賦予材料可回收性能 298
9.3.3 其他方面的應用 301
9.4 總結(jié)與展望 304
參考文獻 305