高分子材料的结构、物理状态及性能.ppt

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1、第九章高分子材料高分子材料基本知识高分子材料的结构高分子材料的物理状态及性能工程高分子材料第一节高分子材料基本知识一、高分子材料的主要术语和基本概念高分子材料又称为高分子聚合物(简称高聚物),是以高分子化合物为主要组分的有机材料。高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量一般在5000以上，有的甚至高达几百万,每个分子可含几千、几万甚至几十万个原子。如橡胶的相对分子量为10万左右，合成纤维为1万以上。高分子化合物由低分子化合物通过聚合反应获得。组成高分子化合物的低分子化合物称作单体。简单的低分子化合物叫单

2、体。由一种或几种简单的低分子化合物通过共价键重复连接而成的链称为分子链。大分子链中的重复结构单元叫链节。链节的重复次数即链节数叫聚合度。例如：聚氯乙烯分子是由n个氯乙烯分子打开双键，彼此连接起来形成的大分子链。可用下式表示：其中氯乙烯就是聚氯乙烯的单体，就是聚氯乙烯分子键的链节，n就是聚合度。聚合度反映了大分子链的长短和分子量的大小，可见高分子化合物的分子量（M）是链节的分子量（M0）与聚合度（n）的乘积。M=M0×n二、高分子化合物的组成1.加聚反应（加成聚合反应）由一种或多种单体相互加成，或由环状化合物开环相互结合

3、成聚合物的反应称为加聚反应。该反应无低分子物质的生成。由一种单体经过加聚反应生成的高分子化合物称为均聚物，而由两种或两种以上的单体经过加聚反应生成的高分子化合物称为共聚物。2.缩聚反应由一种单体或多种单体相互缩合生成聚合物，同时析出其它低分子化合物（如水、氨、醇、卤化物等）的反应称为缩聚反应。由一种单体进行的缩聚反应称为均缩聚反应，由两种或两种以上的单体进行的缩聚反应称为共缩聚反应。三、高分子化合物的合成方法四、高分子化合物的分类分类方法类别特点举例按聚合物的热行为热塑性塑料加热软化或熔融，而冷却固化的过程可反复进行的

4、高聚物，它们是线型高聚物聚氯乙烯等烯类聚合物热固性塑料加热成型后不再熔融或改变形状的高聚物，它们是网状（体型）高聚物酚醛树脂、环氧树脂按主链上的化学组成碳链聚合物主链由碳原子一种元素组成的聚合物—C—C—C—C—杂链聚合物主链除碳外，还有其它元素原子的聚合物—C—C—O—C——C—C—N——C—C—S—元素有机聚合物主链由氧和其它元素原子组成的聚合物—O—Si—O—Si—O—高分子化合物的性能与其大分子链的结构密切相关。一、大分子链结构的化学组成在元素周期表中只有ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA中部分非金属、亚金属元素（如N、C

5、、B、O、P、S、Si、Se等）才能形成大分子链。由于高聚物中常见的C、H、O、N等元素均为轻元素，所以高分子材料具有密度小的特点。第二节高分子化合物的结构1.聚合物中聚氯乙烯单体的连接方式1)头-尾连接：2)头-头或尾-尾连接：3)无规则连接：2.共聚物中单体的连接方式（以AB两种单体共聚为例）1)无规则共聚：—ABBABBABAABAA—2)交替共聚：—ABABABABABAB—3)嵌段共聚:—AAAABBAAAABB—4)接枝共聚：二、大分子链的键接方式不同键接方式对性能影响很大，头尾键接强度最高。⑴伸直链（又称

6、线型链）由许多链节组成的长链，通常是卷曲成线团状。这类结构高聚物的特点是弹性、塑性好，硬度低，是热塑性材料的典型结构。⑵带支链支化型分子链，在主链上带有支链。这类结构高聚物的性能和加工都接近线型分子链高聚物。⑶网状链体型分子链，分子链之间由许多链节相互横向交联，形成网状交联结构。具有这类结构的高聚物硬度，高、脆性大、无弹性和塑性，是热固性材料的典型结构。三、大分子链的形态三、大分子链的形态大分子化合物的聚集态结构是指高聚物内部大分子链之间的几何排列或堆砌结构。依分子在空间排列的规整性可将高聚物分为结晶态(分子链在空间规

7、则排列)、部分结晶态(分子链在空间部分规则排列)和无定型(非晶态)(分子链在空间无规则排列，亦称玻璃态)三类。实际生产中大多数聚合物都是部分晶态或完全非晶态。晶态结构在高分子化合物中所占的质量分数或体积分数称为结晶度。结晶度越高，分子间作用力越强，高分子化合物的强度、硬度、刚度和熔点越高，耐热性和化学稳定性也越好；而与键运动有关的性能，如弹性、伸长率、冲击韧性则降低。四、大分子的聚集态结构(分子间结构)一、高聚物的三态线型非晶态高聚物在不同温度下表现出三种物理状态：玻璃态、高弹态和粘流态。在恒定应力下的变形-温度曲线如

8、图所示。Tb为脆化温度，Tg为玻璃化温度，Tf为粘流温度，Td为化学分解温度。第三节高分子材料的物理状态及性能玻璃化温度Tg是高聚物保持玻璃态的最高温度，可认为是大分子链段开始运动的最低温度。1.玻璃态Tb