第7章合成高分子材料

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1、第七章合成高分子材料高分子化合物，又称聚合物或高聚物，指的是分子量很大的有机物质（分子量一般在104～106以上，分子量在5000以上就称为高分子化合物）。以高分子化合物为主要成分的材料的称为聚合物材料或高分子材料。常见的合成高分子材料有：塑料、橡胶、化学纤维、以及某些胶粘剂、涂料等。7.1高分子材料的基本知识7.1.1合成高分子化合物的制备合成高分子化合物是由低分子量的有机化合物(称为单体)聚合而成。按聚合反应方式的不同，分为加聚聚合与缩聚聚合。1.加成聚合（加聚）加成聚合也称加聚聚合，是聚合物最主要的聚合方式之一，通常是在催化剂的存在下，含有

2、双键的单体打开双键，相互连接而得到聚合物长链分子。加聚反应生成的高分子化合物称聚合树脂，它们多在原始单体名称前冠以“聚”字命名。加聚反应的特点是反应过程中不产生副产物。其中n代表单体的数目，称为聚合度，聚合度愈高，分子量愈大。在加聚反应过程中，由一种单体加聚而得的称为均聚物；由两种或两种以上单体共加聚称为共聚，通过单体的共聚可以得到各种性能优良的塑料。2.缩聚聚合（缩聚）又称缩合聚合，是由含有活性官能团的两个或两个以上的单体，在加热和催化剂的作用下，经缩合反应，相互连接而得到高分子量的聚合物，并同时析出水、氨、醇等副产物(低分子化合物)。缩聚反应

3、过程中有副产物产生，所以缩合反应生成物的组成与原始单体完全不同。缩聚反应生成的高分子化合物称缩合树脂。缩合树脂多在原始单体名称后加上“树脂”两字命名。若参加缩聚反应的单体只有两个官能团，则只能生成直链聚合物，如聚对苯二甲酸乙二醇脂（PET）；若参加缩聚反应的单体有两个以上的官能团，则聚合后就会生成不溶、不熔的三维网状聚合物，也称为热固性树脂。7.1.2高分子化合物的分子特征高分子化合物按其链节在空间排列的几何形状，可分为线型聚合物和体型聚合物两类。1.线型聚合物线型聚合物各链节连接成一个长链，或带有支链，即：线型聚合物包括线型和支链型。这种聚合物

4、可以溶解在一定溶剂中，可以软化，甚至熔化。线型结构的合成树脂可反复加热软化，冷却硬化，故称为热塑性树脂。图6-1聚合物分子形状示意图2.体型聚合物体型聚合是线型大分子间相互交联，形成网状的三维聚合物。这种聚合物制备成型后再加热时不软化，也不能流动。属于体型高分子（网状结构）有：酚醛树脂（PF）、不饱和聚酯（UP），环氧树脂（EP），脲醛树脂（UF）等。体型结构的合成树脂仅在第一次加热时软化，并且分子间产生化学交联而固化，以后再加热不会软化，故称为热固性树脂。7.1.3高分子化合物的聚集状态根据物质的聚集态结构，可以把高分子化合物分为晶态和非晶态两

5、大类。带支链的聚合物的支链在长链的两侧有着不同的排列方式。具有规则排列的刚度较大，并有较高的融点，且因分子排列得较有秩序，较紧密，因而有结晶化的倾向。当聚合物中形成了球形的晶粒时，聚合物在常温下成半透明或不透明。1．晶态结构聚合物与一般低分子晶体相比，聚合物晶体具有晶体不完善、熔点不精确及结晶速度较慢等特点。并且，分子链结构和分子量大小对结晶的难易程度及结晶速度影响很大。2．非晶态高分子化合物非晶型的（即无定型的）聚合物通常都是坚硬而透明的，其分子链呈无规线团状，线团分子之间呈无规则的相互缠绕。非晶态高分子化合物中，由于长分子链及其柔顺性的不同，

6、常具有三种力学性能不同的状态：玻璃态、高弹态、粘流态。由于这三种状态是在不同的温度范围内出现，因而也称为热-机械状态。1.玻璃态当温度较低时，高分子化合物的分子热运动的能量很小，所有分子间的运动和链段的运动都停止了，整个物质表现为非晶态的固体，和无机玻璃一样，所以叫玻璃态。这时分子的排列呈近程有序远程无序的状态。使聚合物保持玻璃态的上限温度称为玻璃化转变温度(Tg)。塑料的玻璃化转变温度(Tg)高于室温，所以塑料是常温下呈玻璃态的非晶态高聚物。换句话说，玻璃态是塑料的使用状态，凡室温下处于玻璃态的聚合物都可用作塑料。玻璃态高聚物处于低于Tg的某一

7、温度时，分子振动也被“冻结”，这时加以外力，会出现不能拉伸的脆性现象，这个温度为脆化温度(Tb)。2.高弹态当温度升高到玻璃化转变温度Tg以上(在Tg和Tf之间)时，分子热运动的能量增高，链段能运动，但大分子链仍被冻结，聚合物受到外力作用时，由于链段能自由运动，产生的变形较大，弹性模量较小，外力除去后又会逐步恢复原状，并且变形是可逆的，这种状态称为高弹态。例如许多橡胶能近乎完全可恢复地被拉伸到500％甚至更多。使聚合物保持高弹态的上限温度，称为粘流温度(Tf）。高弹态是橡胶的使用状态，凡室温下处于高弹态的聚合物均可用作橡胶，因此，高弹态也叫橡胶态

8、。3.粘流态温度继续上升到粘流温度Tf以上，分子动能增加到整个分子链都可以移动的时候，整个体系成为可以流动的粘稠液体，这时的状态称为粘流