《材料科学基础》课件

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1、第六章高分子材料的结构高分子材料指相对分子量较大的具有一定使用性能和工艺性能的的有机化合物分类天然高分子材料：棉、麻、纤维素等合成高分子材料通用高分子材料：塑料、橡胶等功能高分子材料仿生高分子材料第六章高分子材料的结构第一节高分子结构的基本概念高分子材料（也称高聚物）是由许多原子通过共价键结合而成的分子量很大的材料，分子量在104~107之间，甚至更大。但其结构并不复杂，一般由一种或几种低分子化合物通过共价键连接而成，就像一根链条一样，也称为大分子链。单体：能聚合生成大分子链的低分子有机化合物称为单体，如聚乙烯由乙烯

2、生成，乙烯即为聚乙烯的单体。第六章高分子材料的结构§6.1高分子结构的基本概念–CH2–CH2–链节：组成高分子大分子链的结构单元，其结构与单体相同或相似。如聚乙烯的链节为：聚合度：大分子链中链节的重复次数n,反映了大分子链的长短和相对分子质量的大小。如聚乙烯可写成相对分子质量：链节分子质量M0与聚合度n的乘积高分子化合物是由许多链节相同而聚合度不同的化合物组成的混合物，没有固定的相对分子量，实际测得的相对分子量和聚合度都是指平均值；其分子量可在几百至上百万之间变动。第六章高分子材料的结构§6.1高分子结构的基本概念

3、高分子化合物的分子量有一定分布，不是均一的，聚合物分子量的这种特性称为“多分散性”。聚合物的分子量或聚合度到达某一数值后，才能显示出适用的机械强度。高聚物的相对分子质量和聚合度的大小对高聚物的聚集状态和力学性能都有影响。分子量大，高聚物的强度、硬度高，塑性、韧性低，加工成型性差。如聚乙烯，随分子量的提高，由液态软蜡态脆性固体，当相对分子质量大于12000时才能成为塑料。第六章高分子材料的结构§6.1高分子结构的基本概念命名：按化学组成来命名：聚氯乙烯、酚醛树脂用商品名和习惯名：尼龙、有机玻璃、ABS以结构为基础系统命

4、名：国际上所使用，较繁琐，多用英文缩写，如PMMA。第二节高分子的结构高分子的结构包括其大分子链结构和大分子链的聚集状态。一、大分子链的结构1大分子链的组成第六章高分子材料的结构§6.1高分子结构的基本概念通常由C、H、N、O、S、Cl、F等原子组成，有时可含有B、Si、Ti等原子。根据主链结构分：⑴碳链高分子:主链上全部由碳原子组成，如聚乙烯、聚苯乙烯等，多数碳链高分子具有可塑性好、耐热性差、易燃、易老化等特征。⑵杂链高分子：主链上除碳原子外，还有氧、氮、硫等其它原子，如聚酰胺、聚酯等；它们一般具有较高的强度和耐热

5、性，但易水解。⑶元素有机高分子：主链上没有碳原子，而由硅、氧、氮、硼、磷等元素组成，侧基为有机基团，如有机硅橡胶、有机硅树脂等。第六章高分子材料的结构§6.1高分子的结构无机高分子:主链和侧基均无碳原子，如聚二硫化硅等。2大分子链间的作用力大分子链上原子间的作用力是共价键力—主价力。大分子链间的作用力—次价力，主要为范德华力和氢键。次价力大小比主价力小得多，只为其1%~10%。但因分子链特别长，所以总次价力常超过主价力，使高聚物受拉时不是分子链间先滑动，而是分子链(共价键）先断裂。第六章高分子材料的结构§6.1高分子

6、的结构3大分子链的构象高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能称为高分子链的柔顺性。高分子在运动时C—C单键可以绕轴旋转，称为内旋转。每个键的空间位置受其键角的限制，旋转时键长和键角不变。由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象。⑴大分子链的柔顺性绝大部分大分子链有强烈的蜷曲趋势，易卷曲成不规则的线团状。一般内旋转愈容易，蜷曲的趋势就愈第六章高分子材料的结构§6.1高分子的结构大分子链的柔顺性与性能的关系：柔顺性好，高分子的塑性、弹性、韧性好，强度、硬度差。★影响柔顺性的因素：①主链结构由于分子内旋转是导

7、致分子链柔顺性的根本原因，而高分子链的内旋转又主要受其分子结构的制约，因而分子链的柔顺性与其分子结构密切相关。形成大分子链的原子间的共价键的键长大、极性小、键能小，则柔顺性好。大，柔顺性越好。第六章高分子材料的结构§6.1高分子的结构当主链中含C-O，C-N，Si-O键时，由于它们比C-C键更容易内旋转，柔顺性好。Si-O-Si的键角也大于C-C键，因而其内旋转位阻更小，即使在低温下也具有良好的柔顺性当主链中含有芳环、共轭双键时，则柔顺性差。如聚乙炔、聚苯：第六章高分子材料的结构§6.1高分子的结构②取代基（其他原子

8、团或支链）：取代基的极性越大，极性基团数目越多，相互作用越强，单键内旋转越困难，分子链柔顺性越差。如：第六章高分子材料的结构§6.1高分子的结构③温度越高，分子内旋越自由，柔顺性越好。侧基的体积越大，内旋转位阻越大，柔顺性越差，如：⑵大分子链的形状常见的几何形状有三种：①线型高分子：呈细长线条状，卷曲成不规则线团第六章高分子材料的结构§6.1高