材料科学基础_高分子材料结构ppt课件.ppt

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1、8.高分子材料结构8.1高分子链结构8.2高分子的聚集态结构1重复结构单元化学组成近程结构重复结构单元空间构型重复结构单元的键接方式与序列高分子链结构高分子的大小（分子量）远程结构高分子的形态（构象）结晶态非晶态高分子聚集态结构取向态液晶态织态一、高分子链的结构主链结构碳链高分子杂链高分子元素有机高分子无机高分子1.高分子链的近程结构31.高分子链的近程结构高分子链结构单元的间接方式1）均聚物结构单元顺序：头—头键接、尾—尾键接、头—尾键接，其中头尾链接最规整，强度高。2）共聚物的序列结构：无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。1.高分子链的近程结构1.高分子链的近程结

2、构高分子链的几何形状线型、支化、交联网状1.高分子链的近程结构高分子的形状示意图(a)线形高分子(b)支化高分子(c)交联高分子(d)三维网状高分子线型、支化、网状分子的性能差别：线型分子：可溶，可熔，易于加工，可重复应用，一些合成纤维，“热塑性”塑料支化分子：一般也可溶，但结晶度、密度、强度均比线型差网状分子：不溶，不熔，耐热，耐溶剂等性能好，但加工只能在形成网状结构之前，一旦交联为网状，便无法再加工，“热固性”塑料（酚醛等属此类）1.高分子链的近程结构1.高分子链的近程结构一般高分子是线型的。如前所述的聚氯乙烯和聚酯，分子长链可以卷曲成团，也可以伸展成直线，这取决于分子本身的柔顺性及外部条

3、件。线型高分子间无化学键结合，所以在受热或受力情况下分子间可以互相移动（流动），因此线型高分子可在适当溶剂中溶解，加热时可熔融，易于加工成型。1.高分子链的近程结构高分子的链型结构这种高分子链由于两种旋光异构单元的不同排列存在三种不同的构型（例如聚氯乙烯、聚苯乙烯的乙烯类高聚物构型）1.高分子链的近程结构旋光异构体：碳氢化合物中的每个碳原子都有四个共价键，它们分别与四个原子或基团结合，形成锥形四面体，若这四个原子或基团不相同，此碳原子称为不对称C原子，通常用C*表示。这种不对称C原子的存在会引起异构现象，其异构体互为镜影对称，各自表现不同的旋光性，故称为旋光异构。其中一种为右旋，另一种为左旋。

4、全是由一种旋光异构单元键接而成（全同立构）——取代基全在主链平面的一侧1.高分子链的近程结构1.高分子链的近程结构由两种旋光异构单元交替键接而成（间同立构）——取代基交替分布在主链平面两侧1.高分子链的近程结构由两种旋光异构单元无规则键接而成(无规立构)——取代基无规则分布在主链平面两侧2.高分子链的远程结构高分子的大小高分子链的柔顺性高分子链中各单键自由旋转,使高分子链具有强烈卷曲倾向的特性。柔顺性好，高分子的塑性、弹性和韧性好，强度和硬度差；分子链越长，柔顺性越好2.高分子链的远程结构影响柔顺性的因素内部因素原子间的共价键长度大、极性小、键能小，则柔顺性好，刚度小碳链高分子中，C-H键极性

5、最小，分子链具有很大的柔顺性杂链高分子中C-O、C-N、Si-O都比C-C更容易旋转，故尼龙、聚酯、聚氨酯等都是柔性键，耐低温性能好，聚氨酯耐低温性能最好162.高分子链的远程结构影响柔顺性的因素内部因素Si-O比C-O、C-C更易内旋转，故聚硅氧在低温下分子链仍能活动，是优良的耐寒橡胶主链上有芳环或杂环则柔顺性差，刚度大，耐热性好取代极性小，体积小，同一位置的取代基数量少，则大分子链的柔顺性好，刚度小172.高分子链的远程结构影响柔顺性的因素外部因素温度越高，热运动越大，分子内旋转自由，分子链越柔顺外力作用快，大分子来不及运动，则表现出刚性18二、高分子的聚集态结构概念：结晶态：高分子按三维

6、有序的方式聚集在一起非晶态：分子链杂乱无序的排列在一起取向态：分子链一维或二维出现有序排列的结构液晶态：高聚物在液态下呈现有序排列织态：将两种或两种以上的高聚物混合在一起形成的聚集态结构191.高分子链间作用力主价力：大分子链上原子间的作用力为共价键次价力分子链间的作用力为范德瓦尔斯键和氢键由于高分子链很长，次价力往往占主导地位，故高分子破坏时常常是化学键（共价键）的断裂201.高分子链间作用力范德华力和氢键：非键合原子或基团之间以及分子之间的相互作用力包括范德华力和氢键。范德华力包括：静电力：温度越高作用能越小。诱导力：与温度无关色散力：与温度无关范德华力永远存在于一切原子与分子之间，没有方

7、向性和饱和性。2.高聚物的结晶结晶性高分子从熔融体冷却到Tm(熔点）与Tg(玻璃化温度)之间的任意温度都能发生结晶222.高聚物的结晶大多数高分子材料都只能产生部分结晶，结晶部分所占的比例称为结晶度影响高分子结晶度的因素：高分子链的形状、分子量、对称性、柔顺性及高分子链间的作用力结晶度：高分子材料结晶的程度，用结晶部分的重量或者体积占整体的比例百分数表示。典型结晶聚合物50%-80%。23高分子结