第7章聚合物的性质
常见聚合物的性质和应用
常见聚合物的性质和应用聚合物，也叫高分子化合物，是一种由许多小分子组成的大分子化合物。
其分子量一般在10^5 ~ 10^7之间，其特点是收缩滞后现象，即形成聚合物的反应不可逆。
在自然界和人工中都能发现聚合物，如天然橡胶、木材、DNA、塑料等。
本文将介绍几种常见聚合物的性质和应用。
一、聚乙烯：聚乙烯是一种非常重要的塑料，其优点包括耐腐蚀、耐磨损、化学稳定性好、物理性能优良等。
同时，聚乙烯便宜、易加工，应用非常广泛。
例如，超市购物袋、水管、电线电缆、瓶盖、食品包装等均可使用聚乙烯。
聚乙烯分为低密度聚乙烯和高密度聚乙烯两大类，前者柔软而具有优异的抗冲击性；后者则更硬，但更为刚性。
二、聚氯乙烯：与聚乙烯不同，聚氯乙烯的物理性能要差一些。
但正因如此，它在工业领域中的用途更广泛，如水管、电缆、地板、墙纸、医疗用品、人造皮革等。
聚氯乙烯极易在空气中退火变质，故应在生产和使用时特别注意稳定性和防腐性。
三、聚苯乙烯：聚苯乙烯具有透明、易加工、低成本等优点。
它常被用于电器外壳、包装材料、餐具、玩具等。
但聚苯乙烯脆性较强，易破裂，故在使用时需注意相关的生产标准和质量认证。
四、聚酰胺：又称尼龙，是一种高性能工程塑料。
与上述几种塑料不同，聚酰胺具有优异的强度和硬度，同时也具有极好的耐久性和化学稳定性。
它被广泛应用于机械零部件、航空器件、汽车部件、塑料袋、绳索等方面，以满足高度要求的工艺和材料性能。
五、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物：简称ABS。
ABS是一种广泛应用于日用品和工业制品的高性能工程塑料。
它是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体组成的共聚物，具有耐冲击性好、化学稳定性高、机械性能强等优点。
其应用领域广泛，如电器外壳、汽车内饰、家居用品、儿童玩具等。
综上所述，聚合物的应用非常广泛，与人们的生活息息相关。
随着科技的进步和创新，聚合物也会不断发展，创造更为优美、实用和高效的产品与工具。
因此，对于聚合物性质和应用的学习与探索，是我们不容忽视的一个重要领域。
高分子物理---第七章 聚合物的粘弹性
粘性响应
d dt
0 sin t
sin udu
d dt
0 sin t
0
cos u C
cos t /
0
d sin tdt
0
cos t
π
π
0 滞 sin( t ) 后 2 /2
线形聚合物 交联聚合物
t
t
不能产生质心位 移, 应力只能松 弛到平衡值
高分子链的构象重排和分子链滑移是导致材料 蠕变和应力松弛的根本原因。
影响应力松弛的主要因素
影响应力松弛的主要因素有温度和交联 温度：温度对应力松弛的影响较大。T≥Tg时，链运动 受到内摩擦力很小，应力很快松弛掉。T≤Tg时，如常 温下塑料，虽然链段受到很大应力，但由于内摩擦力很 大，链运动能力较弱，应力松弛很慢，几乎不易察觉， 只有Tg附近几十度范围内，应力松弛现象才较明显。 交联：橡胶交联后，应力松弛大大地被抑制，而且应力 一般不会降低到零。其原因：由于交联的存在，分子链 间不会产生相对位移，高聚物不能产生塑性形变。 和蠕变一样，交联是克服应力松弛的重要措施。
0
b
面积大小为单位体积内材料在每一次拉伸-回缩 循环中所消耗的功
(3) 内耗 Internal friction (力学损耗)
0 sin t 0 sin( t )
展开
0 sin t cos 0 cos t sin
类似于Hooke’s solid, 相当于弹性 类似于Newton Liquid, 相当于粘性
B 分子量：分子量增大，聚合物的抗蠕变性能变好。 因为随着聚合物分子量的增大，分子链之间的缠结 点增多（类似于物理交联点），故在一定程度上改 变材料的流动和蠕变行为。 C 交联：交联对高聚物的蠕变性能影响非常大。 理想的体型高聚物蠕变曲线仅有普弹和高弹形变， 回复曲线最终能回复到零，不存在永久变形，所以 说，交联是解决线型高弹态高聚物蠕变的关键措施。
7 粘弹性
t
18
第7章 聚合物的黏弹性
2、应力松弛 Stress Relaxation
• 在恒定温度和形变下，维持此形变所需的应力随时间增加而逐渐衰减
0e
0
t
松弛时间 交联高分子 应力衰减至某一平衡值
Crosslinked polymer
Linear polymer
0
t
未交联高分子 应力最终衰减至零
4
第7章 聚合物的黏弹性
5. 力学松弛 聚合物的力学性质随时间变化的现象，叫力学松弛。 包括蠕变及其回复，应力松弛和动态力学实验等。 蠕变 静态的黏弹性 力学松弛 动态黏弹性 力学损耗(内耗)
5
应力松弛 滞后现象
第7章 聚合物的黏弹性
二、静态黏弹性 应力或应变恒定，不同时间时，聚合物材料所表现出来 的黏弹现象。
恒值 (t>t2)
＝
t1
t2
t
3-----本体粘度
分子间滑移，不可恢复
11
图3 理想粘性流动蠕变
第7章 聚合物的黏弹性
当聚合物受力时，以上三种形变同时发生，聚合物的总形变 方程:
2+3 1
1 2 3
t
( t ) 1 2 3 -t
(1 e ) t E1 E2 3
32
tanδ由小到大的顺序：
第7章 聚合物的黏弹性
内耗受温度影响较大
Tg以下，高聚物受外力作用后形变很小， 仅键长、键角变化，速度快，几乎跟得上 应力变化，内耗小
Tg Tf
T Tan
温度升高，高分子向高弹态过渡。链段开始运动，而体系粘度还很大， 链段运动时受到摩擦阻力比较大，高弹形变显著落后于应力的变化，内 耗也大 温度进一步升高，链段运动比较自由，内耗变小 因此，在玻璃化转变区域出现内耗峰 温度继续升高，高分子向粘流态过渡。由于分之间互相滑移，内耗急剧 增加
聚合物的力学性质
7.3聚合物的力学性质聚合物作为材料使用时，对它性质的要求最重要的还是力学性质。
比如作为纤维要经得起拉力；作为塑料制品要经得起敲击；作为橡胶要富有弹性和耐磨损等等。
聚合物的力学性质，主要是研究其在受力作用下的形变，即应力－应变关系。
7.3.1应力－应变曲线7.3.1.1什么是应力和应变当材料在外力作用下，而材料不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变。
材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力。
材料受力方式不同，形变方式也不同。
常见的应力和应变有：（1）张应力、张应变和拉伸模量材料受简单拉伸时（图7-34），张应力：张应变（又称伸长率）：拉伸模量（又称杨氏模量）：（2）（剪）切应力、（剪）切应变和剪切模量应力方向平行于受力平面，如图7-35所示。
切应力切应变剪切模量还有一个材料常数称泊松（Poisson）比，定义为在拉伸试验中，材料横向单位宽度的减小与纵向单位长度的增加的比值（注：加负号是因为Δm为负值）可以证明没有体积变化时，υ＝0.5，橡胶拉伸时就是这种情况。
其他材料拉伸时，υ<0.5.υ与E和G之间有如下关系式：因为0<υ≤0.5，所以2G<E≤3G。
也就是说E>G，即拉伸比剪切困难，这是因为在拉伸时高分子链要断键，需要较大的力；剪切时是层间错动，较容易实现。
7.3.1.2强度极限强度是材料抵抗外力破坏能力的量度，不同形式的破环力对应于不同意义的强度指标。
极限强度在实用中有重要意义。
（1）抗张强度在规定的试验温度、湿度和试验速度下，在标准试样（通常为哑铃形，见图7-36）上沿轴向施加载荷直至拉断为止。
抗张强度定义为断裂前试样承受的最大载荷P与试样的宽度b和厚度d的乘积的比值。
抗张强度（2）冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标。
定义为试样受冲击载荷而折断时单位截面积所吸收的能量。
冲击强度式中：W为冲断试样所消耗的功；b为试样宽度；d为试样厚度。
聚合物的结构和性质
聚合物的结构和性质聚合物是由许多单体分子连接而成的高分子化合物。
聚合物的结构相对复杂，包括链状、分支、交联以及网络结构。
这种复杂的结构赋予了聚合物独特的性质和用途。
1. 链状聚合物链状聚合物是由相同的单体分子连接而成的长链分子。
其分子链可以通过键键相连，形成线性链、弯曲链以及环状链等不同形态。
链状聚合物具有以下性质：(1) 高分子量：由于链状聚合物是由若干单体分子连接而成的，其分子量往往会非常大。
(2) 高分子稳定性：由于分子链往往是线性或弯曲的，相对稳定。
链状聚合物的热稳定性、化学稳定性等均较为优异。
(3) 高分子合成方便：链状聚合物的合成方法较为简单，容易掌握，重复性、扩展性较强。
2. 分支聚合物分支聚合物是由一个或几个核心结构上连接若干单体分子而形成的。
分支聚合物具有以下性质：(1) 分子体积大：由于分支结构紧密，空隙较小，其分子体积往往较大。
(2) 分子构造复杂：分支聚合物的结构通常是分子核心 + 分子支链，有些还包含有分子夹层等结构。
分支聚合物的结构复杂度相对较高。
(3) 物理性能特别：由于分支聚合物分子内部空间充足，分子间相互作用力较弱。
因此分支聚合物的物理性能常常非常特别，如超高分子材料等。
3. 交联聚合物交联聚合物是由可交联单体或可交联化合物单体所制备的高分子材料。
交联聚合物具有以下性质：(1) 耐火性和耐化学性较好：交联聚合物通常结构致密，交联度较高。
因此其耐火性和耐化学性均优异。
(2) 物理性质均匀：交联聚合物结构致密，分子间相互作用较强。
相当于是一个三维网状结构，物理性质较均匀。
(3) 生物相容性较差：交联聚合物一般具有化学反应性，因此在生物系统中应用较为有限。
4. 网络聚合物网络聚合物也称为化学凝胶，是由高分子单体经过交联反应在溶液或固态中形成的凝胶式高分子材料。
网络聚合物具有以下性质：(1) 密闭性极强：网络聚合物分子间交联后，形成一种网络结构，因此密闭性非常强。
(2) 可逆性预留时间较长：由于网络聚合物结构化学性质非常稳定，因此可逆性预留时间通常较长。
聚合物的粘弹性
第7章 聚合物的粘弹性
思考题:
1.交联聚合物的蠕变曲线?
1 t
图7
2.雨衣在墙上为什么越来越长?(增塑PVC) PVC的Tg=80℃,加入增塑剂后,玻璃化温度大大下降, 成为软PVC做雨衣,此时处于高弹态,很容易产生蠕变.
21
第7章 聚合物的粘弹性
（二）应力松弛Stress Relaxation
26
第7章 聚合物的粘弹性
0
2
图10
60Km/h ~300Hz t
t
27
第7章 聚合物的粘弹性
t 0sint t 0sint -
0 某处所受的最大应力 外力变化的角频率 在受到正弦力的作用时应变落后于应力的相位差
问题
对弹性材料：（ t） 0 sin wt形变与时间t无关，与应力同相位
力很小,应力很快松弛掉了,所以观察不到,反之,内摩擦阻力很大,链段运动能
力差,应力松弛慢,也观察不到.只有在Tg温度附近的几十度的范围内应力松
弛现象比较明显.(链由蜷曲变为伸展,以消耗外力)
23
第7章 聚合物的粘弹性
0
玻璃态
高弹态 粘流态
t
图9 不同温度下的应力松弛曲线
高分子链的构象重排和分子链滑移是导致材料 蠕变和应力松弛的根本原因。
0 0
sin
36
第7章 聚合物的粘弹性
应力的表达式
实数模量是储能模量,虚
(t) 0E'sint 0E''cost 数模量为能量的损耗.
E
E'iE''
0 0
(cos
isin
)
E”
tan E"
E'
聚合物分子结构与性质分析
聚合物分子结构与性质分析聚合物是由单体分子经过聚合反应而成的高分子化合物。
聚合物有广泛的应用，例如塑料、纤维、胶、粘合剂等等。
而聚合物的性质则是由其分子结构所决定的。
因此，分析聚合物分子结构与性质的关系对于聚合物的应用与研究至关重要。
聚合物的分子结构可以通过不同的手段分析。
其中，聚合物的化学式和分子量可以通过质谱法测定。
质谱法是利用物质分子的不同质量/电荷比，分离和检测分子的方法。
对于聚合物，质谱法可以检测得到其分子量分布，进而推断出聚合度和分子结构。
此外，聚合物的分子结构还可以通过核磁共振（NMR）检测得到。
NMR技术可以通过不同的谱图，如1H NMR和13C NMR，揭示分子结构的细节信息，例如官能团分布、链结构等。
聚合物分子结构的分析可以帮助我们了解其性质的来源。
以聚乙烯（PE）为例，它由乙烯单体聚合而成，包含着大量的亚甲基（-CH2）官能团，分子结构可以表示为[-CH2-CH2-]n。
这种结构使PE具有一系列特性：热稳定性高、化学惰性、机械强度高、透明度高等。
此外，PE的晶体和无定形结构可以通过其分子结构来解释。
PE的分子链可以聚集成为长序列的无定形结构，也可以排列成具有高度规则结构的晶体。
这种分子结构的不同排列方式对PE具有显著的影响，例如影响其熔化温度和机械性能等。
除了分子结构，聚合物的性质还受到物理结构的影响。
常见的聚合物物理结构包括互穿聚合物、接枝聚合物、共聚物、共价键网络和非晶态有分散相等。
互穿聚合物是由两个或多个聚合物链相互穿插而成的高分子复合物。
互穿聚合物因其具有双重网络结构，因此表现出与单个聚合物不同的性质。
例如，互穿聚合物可以在高温和高压下表现出更高的热稳定性和机械强度。
接枝聚合物是一种特殊的聚合物体系，它的单个分子链上带有1-n个“侧枝”.接枝聚合物具有不同于线性聚合物的热特性、溶液动力学、链传递以及机械性能等表现。
共聚物是由两种或多种单体分子共同聚合。
共聚物的分子结构比单种聚合物更加复杂，因此具有更加多样的性质。
聚合物的结构与热力学性质
聚合物的结构与热力学性质聚合物是由大量分子通过共价键连接而成的高分子化合物。
聚合物的结构和热力学性质对于其在不同领域的应用具有重要的意义。
本文将从聚合物的分子结构和热力学性质两方面进行论述。
一、聚合物的分子结构聚合物的分子结构对于聚合物的物理和化学性质具有决定性的作用。
聚合物的分子结构可以通过不同的方式描述，例如分子量、形状、分子构型等。
1. 分子量分子量是衡量聚合物分子大小的主要指标，通常通过摩尔质量或相对分子质量来表示。
聚合物的分子量越大，通常意味着聚合物的物理性质更高，例如强度、韧性等。
2. 形状聚合物的形状可以通过它们的链结构来描述，主要有线性聚合物、支化聚合物和交联聚合物三种。
线性聚合物是具有简单线性链结构的聚合物，链上没有分支或截面。
线性聚合物具有较高的可塑性和高分子化学反应活性。
支化聚合物是指在聚合物主链上部分碳原子上连接有支链结构的聚合物。
支化的聚合物较线性聚合物具有更高的熔点和稠度，同时也更耐热。
交联聚合物是指具有三维网络结构的聚合物，它们可以在较小的应变下保持形状。
交联聚合物具有较高的强度和硬度。
3. 分子构型分子构型是指聚合物分子在空间中的三维排列方式。
聚合物的分子构型决定了它的物理性质。
例如，一些交联聚合物是由于大量立体交联原因才得以形成，这使得材料很难变形，很难拉伸，具有优良的耐久性能。
二、聚合物的热力学性质聚合物的热力学性质指的是聚合物在热力学方面所表现出的各种性质，包括聚合物的热稳定性、热膨胀系数、热导率、玻璃转移温度和熔点等。
1. 热稳定性聚合物的热稳定性是指聚合物在高温下不分解或少分解的能力。
聚合物的热稳定性取决于聚合物的分子结构和环境条件。
例如，分子量越大的聚合物或支化聚合物比线形聚合物具有更高的热稳定性，因为它们具有更多的分支和交联。
2. 热膨胀系数热膨胀系数是指物体在温度变化过程中的体积膨胀量与初始体积的比值。
聚合物的热膨胀系数取决于聚合物的分子结构和温度。
聚合物名词解释
聚合物名词解释聚合物是指由相同或不同的单体分子反复重复聚合形成的大分子化合物。
它们由许多小分子单元组成所以也被称为高分子化合物。
由于其材料性质优异、加工性能良好，被广泛应用于各个领域。
本文将对聚合物的几个重要概念进行阐述。
一、聚合物结构聚合物主要由单体分子反复连接而成，在聚合过程中两个单体分子之间的化学键不断形成，这种化学键可以是共价键、离子键或氢键。
聚合物的基本结构单位被称为重复单元或聚合体，这是聚合过程中反复出现的连接单元。
聚合体的种类和组成的单体不同，聚合物的基本结构也不同。
例如，丙烯酸聚合物的聚合体是丙烯酸分子，聚乙烯的聚合体是乙烯分子，聚酰胺的聚合体是亚麻素单体等。
二、聚合物分类聚合物的分类可以根据聚合反应方式、单体种类、聚合度、空间结构和性质等多种方式。
1、聚合反应方式：根据聚合反应方式将聚合物可以分为自由基聚合物、阴离子聚合物、阳离子聚合物和离子轻转移聚合物等几种类型。
2、单体种类：根据单体种类将聚合物分为丙烯酸聚合物、聚乙烯醇聚合物、聚酯类聚合物、聚酰亚胺类聚合物等。
3、聚合度：聚合度是指聚合物中一个聚合体里的单体数目，可以通过数值或平均分子量来表达。
聚合度的高低决定了聚合物的物理性质，例如高聚合度的聚乙烯是固体，而低聚合度的聚乙烯是液体。
4、空间结构：聚合物可以分为线性聚合物、分支聚合物、交联聚合物和网络聚合物等。
三、聚合物的性质由于聚合物结构的复杂性，其性质也非常复杂，与聚合物的种类和组成密切相关。
下面列举一些主要的聚合物性质。
1、物理性质聚合物的物理性质包括电气性质、热学性质、光学性质等。
例如聚丙烯聚氯乙烯等聚合物具有良好的电气绝缘性能，聚苯乙烯具有良好的光学透明性，聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯则具有良好的热稳定性。
2、化学性质聚合物的一些化学性质包括结构稳定性、耐化学腐蚀性、耐氧化性、抗紫外线性能等。
例如聚氨酯表现出良好的化学和耐磨性能、耐氧化性，聚合物化的聚乙烯醇因为含有羟基而具有良好的亲水性。
高分子科学简明教程期末复习
聚合物的应力—应变曲线类型
2、材料粘弹性：力学性质随时间变化的现象称为力学松弛活粘弹性现象。
粘弹性现象包括：蠕 变 、 应力松弛两类静态力学行为和滞 后、内耗两类动态力学行为。
P.311 30、 玻 璃 化转 变的机理如何？说明塑料、橡胶、合成 纤维的使用温度上限对应什么转变？ 答：（1）玻璃化转化机理为自由体积理论，自由体积理论认为聚合物的体积是由两部分组 成：高分子链本身所占的体积和高分子链间未被占据的空隙。高分子链间未被占据的空隙 称自由体积。自由体积是分子链进行构象转变和链段运动所需的活动空间。 当聚合物冷 却时，自由体积逐渐减小，当达到某一温度时，自由体积收缩到最低值，聚合物的链段运 动因失去活动空间而被冻结，聚合物进入玻璃态。 （2）塑料、橡胶、合成纤维的使用上限温度分别对应 Tg、Td、Tm
主链（Main Chain）：构成高分子骨架结构，以化学键合的原子集合。 侧链或侧基（Side Chain or Side Group）：连接在主链原子上的原子或原子几何，又称支链。 支链较小，称为侧基；可以较大，称为侧链。 单体（Monomer）：通常将生成高峰自的那些低分子原料称为单体。 结构单元（Structural Unit）：由一种单体分子通过聚合反应而进入聚合物重复单元的那一部 分。 重复单元 （Repeating Unit）：大分子链上化学组成和结构均可重复的最小单位。 单体单元（Monomer Unit）：与单体的化学组成完全相同只是化学结构不同的结构单元。 聚 合 度 （DP）：聚合物分子中，结构单元的数目叫 聚合度。
*引 发 剂 在最终聚合物 上有多少片段
32、以四氢呋喃为溶剂，正丁基锂为引发剂，使 500 kg 苯乙烯聚合，要求生成聚合物的分
子量为 104000，问应加多少重量的正丁基锂？
高分子化学-第七章 聚合物的化学反应
(6)可回收单体和综合利用聚合物废料
(7)有助于了解聚合物的分子结构以及结 构与性能的关系。
(8)在高分子化学反应的基础上发展了功 能高分子 (9)聚合物的化学反应和缩聚、加聚反应 密切相关。
5
二、 聚合物化学反应的分类
根据聚合度和基团(侧基和端基)的变化，聚合物的 化学反应可分成：
• (1)聚合度相似的化学反应
OCOCH3
OCOCH3
控制合适条件，制备聚合度适当的产物
26
• 2.醇解 ]n [ CH2-CH－ －
OCOCH3
CH3OH,OH–CH3COOCH3
~~CH2-CH~~ OH
制备维尼纶纤维，醇解度要大于99% 悬浮聚合分散剂，醇解度大约为80%
27
• 3.缩醛化
~~CH2– CH–CH2–CH–CH2 –CH~~ OH OH OH
15
二、 化学因素
• 1. 几率因素
大分子链上相邻基团作无规成对反应时，往往有一 些孤立的基团残留下来，反应不能进行到底。 ～～CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2～～ O -CH2- O OH O -CH2- O 按反应的几率，羟基的最高转化率86.5％，实验 测得为85～87％。 若反应是可逆的，只要时间足够长，可以打破几 率的限制。 16
• 2. 邻近基团效应
由于大分子链上反应基团多，邻近基团相距很 近，因此，静电和位阻效应可使聚合物链上官能 团反应能力上升或下降。
~~CH2－CH－CH2－CH－CH2－CH~~ C=O C=O C=O O－• • • • • • H－N－H • • • • • • O－
OH－
17
18
一、聚二烯烃的加成与取代
第七章 高聚物的力学性质(修改2)
⑴. 简单拉伸
(7-1) (7-2)
(7-3)
(7-4)
式中，F是垂直于截面积大小相等方向相反的两个作用力；l0为 材料起始的长度；l为变形后材料的长度；ε为拉伸应变；ζ为应力； A0为材料起始的横截面积；A为在拉力F的作用下，材料变形后 真实的截面积；δ为真应变。
⑵. 简单剪切
偏斜角θ 的正切定义为切应变：
④ T>Tg，高弹态，不出现
屈服点，出现很大的高弹 形变
2. 玻璃态高聚物的强迫高弹形变 玻璃态高聚物在大的外力作用下发生很大的形变称 为强迫高弹形变。
影响强迫高弹形变的因素:
⑴.外力的大小 玻璃态高聚物，外力作用的松弛时间η与应力ζ的关 系：
⑵.温度的影响
脆化温度：其是一个特征温度，用 Tb 表示，当温 度低于 Tb 时，玻璃态高聚物不能发生强迫高弹形变， 而必定发生脆性断裂，因此称 Tb 为脆化温度。 玻璃态 高聚物只有在 Tb ~ Tg 之间的温度范围内，才能在外力 作用下实现强迫高弹形变，而强迫高弹形变又是塑料 具有韧性的原因，因此 Tb 是塑料使用的最低温度。 ⑶.外力作用速度的影响
在试样上施加压缩载荷至其破裂（脆性材料）或产生 屈服现象（非脆性材料）时，原单位横截面上所能承 受的载荷称为压缩强度。
压缩强度：
压缩模量：
压缩模量等于拉伸模量
一般而言，塑性材料抵抗拉伸应力能力强，而脆性材 料抵抗压缩应力能力强。
3. 弯曲强度（也称为挠曲强度）
在两支点间的试样上施加集中载荷，使试样变形直至 破裂时的载荷称为弯曲强度。
ζβn ＝ ζ0 cos2β= ζ0 sin2α ζβs ＝ ζ0 sin2β/2= -ζ0 sin2α/2
ζαn + ζβn ＝ ζ0
聚合物热性质
、模量等 系数、比热、导热系数
、密度、
折光率、介电常数等
所以原则上可以利用在 Tg 转变过程中发生突变或不连续变化的 物性来测量 Tg
通常，Tg的测定分为四种类型
体积的变化：膨胀计法 、折射系数测定法等 热学性质变化：差热分 析法（DTA）和差示扫描量热法（ DSC） 力学性质变化：热机械 法、应力松弛等 电磁效应：介电松弛、 核磁共振等
当第分二子运量 动增 单加 元到-链一段定，值此，时如曲图线中上MT3g<与MT4<f不M再5，重就合出，现出了 现高弹平台，由于链段大小主要决定于分子链的柔顺性 和邻近分子间的影响，与整个分子长度关系不大，所以 Tg不再随分子量增加而改变。
但M增大，分子链长增加，分子间作用力增大，内摩 擦阻力增大，分子相对滑移困难，而需在较高温度下 才能流动，所以Tf随M增大而升高。
高聚物在玻璃化转变时，虽然没有吸热和放热现 象，但比热发生了突变，在DSC曲线上表现为基 线向吸热方向偏移，产生了一个台阶。
（3）温度--形变曲线（热机械法）
测定原理：利用高聚物玻璃化转变时形变量的变化 来测定Tg，试样置于加热炉中等速升温，加于不等 臂杠杆上的砝码使试样承受一定的外力，利用差动
聚合物的热性质
基本要求
理解高分子运动单元的多重性、分子运动的 时间依赖性和温度依赖性。
要求掌握非晶共高聚物、结晶高聚物的温度形变曲线以及分子量对温度-形变曲线的影响； Tg的影响因素、Tg的测定、Tg转变的自由体 积理论；聚合物结晶能力与结构的关系。
重 点
非晶共高聚物、结晶高聚物的温度-形变曲线以及分子 量对温度-形变曲线的影响；理解高分子运动单元的多 重性、分子运动的时间依赖性和温度依赖性的影响因 素。Tg的影响因素、Tg的测定、Tg转变的自由体积理 论；聚合物结晶能力与结构的关系。熔点的概念、以 及影响聚合物Tm的因素。
聚合物的类型和特性
聚合物的类型和特性
聚合物是由大量单体分子通过共价键连接而成的高分子化合物。
它们在日常生活和工业中具有广泛的应用，是现代化学领域中至关重要的一部分。
根据结构和特性的不同，聚合物可以分为多种类型，每种类型都拥有独特的特性和用途。
首先，根据合成方式的不同，聚合物可以分为线性聚合物、支化聚合物和交联聚合物。
线性聚合物是由一种或多种单体分子链性连接而成的，例如聚乙烯和聚丙烯。
支化聚合物在主链上还有支链的存在，使其分子结构更为复杂，例如聚乙烯醇。
交联聚合物具有三维网络结构，在分子链之间形成共价键，如橡胶和环氧树脂。
其次，根据聚合物的性质和用途，可以将其分为塑料、橡胶和纤维三大类。
塑料通常为线性或分支状结构，具有优异的可塑性和耐热性，广泛用于包装、建筑材料和日常用品中。
橡胶具有良好的弹性和耐磨性，广泛应用于轮胎、密封件和弹簧等领域。
纤维是由聚合物长链分子组成的，具有良好的拉伸性和导热性，被用作纺织品和合成纤维。
此外，聚合物的特性还包括力学性能、热性能、化学稳定性和生物相容性等。
力学性能包括弹性模量、屈服强度和韧性，决定了聚合物的强度和变形能力。
热性能包括玻璃转化温度和热分解温度，影响了聚合物在高温环境下的稳定性。
化学稳定性决定了聚合物在不同化学环境中的耐腐蚀性能。
生物相容性是指聚合物与生物体相接触时不会引起不良反应，适用于医疗器械和药物包装。
总的来说，聚合物是多种类型和特性的高分子化合物，在不同领域具有重要的应用。
通过深入了解各种聚合物的结构和性质，可以更好地选择合适的材料满足特定需求，推动科学技术的发展和创新。
1。
聚合物的结构与性质关系分析
聚合物的结构与性质关系分析随着科学技术的不断发展和进步，聚合物在不同领域中的应用越来越广泛。
作为一种重要的高分子化合物，聚合物的结构与性质关系一直是研究的焦点之一。
本文将结合实例进行分析，探讨聚合物的结构与性质的关系。
一、聚合物结构的分类聚合物是由一种或多种单体通过共价键连接而成的高分子化合物，其结构可分为线性结构，支化结构和交联结构三类。
线性结构的聚合物具有一条“链状”的结构，其单体分子直线连接，呈线性排列。
相比支化结构和交联结构的聚合物，线性结构的聚合物分子排列相对较为密集，分子间的自由度较小。
聚丙烯和聚乙烯均属于线性结构的聚合物。
支化结构的聚合物中，除了线性结构的单体外，还有部分分子以支架或分叉的形式与主链相连。
这种结构可以有效增加聚合物的分子间空隙，使聚合物分子具有较好的流动性和可加工性。
丙烯酸酯树脂和聚氨酯均属于支化结构的聚合物。
交联结构的聚合物中，分子间的单体通过共价键相互交联，形成类似于网状的结构。
交联结构的聚合物分子间的交联点可以强化聚合物的韧性、硬度和强度，具有一定的机械性能，但其加工工艺较为困难。
例如聚酰亚胺和环氧树脂均属于交联结构的聚合物。
二、聚合物结构与物理性质的关系聚合物结构的不同形式具有不同的物理性质。
因此，了解聚合物的结构与性质的关系十分重要。
1.结晶性聚合物中分子的排列方式能直接影响聚合物的结晶性。
相比支化结构和交联结构的聚合物，线性结构的聚合物分子排列更加紧密，表现出更好的结晶性。
聚丙烯和聚乙烯是典型的线性结构聚合物，具有优异的结晶性。
2.耐热性聚合物的耐热性与其交联结构密切相关。
交联结构的聚合物可以有效地阻止聚合物分子的热运动，降低聚合物的融点，从而提高聚合物的耐热性。
聚酰亚胺和环氧树脂等聚合物具有稳定的高温性能。
3.流动性聚合物的流动性与其支化结构相关。
支化结构的聚合物分子间的空隙较大，分子交错排列，具有较好的流动性，对应的塑料制品可以较好的注塑成型。
丙烯酸酯树脂和聚氨酯等支化结构聚合物具有良好的流动性能。
聚合物的性质和用途
聚合物的性质和用途聚合物是一种由许多单元分子连接而成的高分子化合物，这些单元分子可以是相同的也可以是不同的，聚合物常见于塑料、橡胶和纤维等材料中。
聚合物具有许多特殊的性质和用途，下面就让我们来深入了解一下聚合物的性质和用途。
1.聚合物的结构和性质聚合物分子可以视为一条长链，链上的每个单元分子称为单体，这些单体结合形成了聚合物分子。
聚合物的性质和结构密切相关，不同的单体组成、链长和分支度数等结构参数会影响聚合物的性质。
聚合物的一般性质包括密度、硬度、弹性、熔点、玻璃化转变温度等，这些性质取决于聚合物的材料和结构。
例如，高密度聚乙烯的密度高，硬度高，而低密度聚乙烯的密度低，硬度低；聚氯乙烯硬而脆，聚丙烯硬而软。
聚合物分子中存在许多弱力相互作用，这些作用包括分子内氢键、范德瓦尔斯相互作用和疏水相互作用。
由于这些作用的存在，聚合物分子通常具有高分子量和高相对分子量，使得聚合物在物理、化学和力学性质等方面都具有独特的特性。
2.聚合物的用途由于聚合物具有多种不同的特性和性质，它们可以用于许多不同的应用场景。
以下是几种聚合物的常见应用：a.塑料塑料是一种广泛应用的聚合物材料，它们可以通过热塑性或热固性工艺加工成各种不同形状和尺寸的制品。
塑料的优点包括轻便、坚固、耐腐蚀、耐阻燃和成本低廉等。
然而，一些塑料（例如聚氯乙烯和聚苯乙烯）也具有很多不利影响，因为它们在环境中分解缓慢，大量堆积在自然界中。
因此，环保塑料和可降解塑料在塑料工业中变得越来越重要。
b.橡胶橡胶是一种弹性体，是从聚合物中制成的，具有吸震、防滑和耐磨损等特性。
橡胶广泛用于轮胎、地垫、密封圈、管道等领域。
由于橡胶的易老化性和涂覆性较差，现在一些改进材料如烯丙基橡胶和氯丁橡胶等也在生产中逐渐得到应用。
c.纤维聚合物纤维是一种视觉、感觉和性能极佳的纤维素材料，例如聚酯、尼龙、涤纶等等。
聚合物纤维具有高强度、弹性、耐磨损、耐腐蚀等特点，并且重量轻、便于加工和清洗，使它们成为时尚和体育用品的理想材料。
聚合物化学知识点总结
聚合物化学知识点总结
什么是聚合物？
聚合物是由许多重复单元组成的高分子化合物。
聚合物可以是
天然的（如蛋白质、淀粉和纤维素），也可以是人造的（如塑料、
合成纤维和橡胶）。
聚合反应
聚合反应分为两种类型：加成聚合和缩聚聚合。
加成聚合是将
单体的链长延伸，而缩聚聚合是将单体结合在一起形成较大的分子。
聚合物分类
聚合物可以根据不同的分类标准进行分类，例如：
- 按照聚合物的来源：天然聚合物和人造聚合物。
- 按照聚合物的性质：塑料、橡胶、纤维。
- 按照聚合物的形成方式：线性聚合物、支化聚合物、交联聚
合物。
聚合物的应用
由于聚合物具有重要的物理和化学性质，因此在许多领域都有广泛的应用：
- 塑料制品：塑料、塑料衣架、塑料玩具等。
- 纤维制品：合成纤维、纺织品、绳索等。
- 橡胶制品：轮胎、密封件、管道等。
- 医疗学：人工器官、缝合线等。
结论
聚合物是人类社会中不可或缺的一部分。
有了聚合物，我们能够制造出各种各样的产品，并且在很大程度上改善了我们的生活质量。
化学化学聚合物的性质
化学化学聚合物的性质化学聚合物的性质化学聚合物是由许多化学反应连接而成的高分子化合物。
随着化学聚合物在科学和工业领域的广泛应用，对其性质的研究也日益重要。
本文将探讨化学聚合物的几个重要性质，包括物理性质、化学性质和结构性质。
一、物理性质1. 密度：化学聚合物的密度通常比较低，这是因为它们由大量的重复单元组成，单元之间的间隙较大。
因此，聚合物通常比同样重量的金属或陶瓷材料轻。
2. 熔点和玻璃转变温度：化学聚合物的熔点较低，通常在室温下是固态的。
然而，它们可以在高温下熔化成液体。
另外，聚合物还具有玻璃转变温度，即从硬玻璃态转变为可塑态的温度。
3. 弹性和柔韧性：化学聚合物通常具有良好的弹性和柔韧性，这使得它们在许多应用中可以承受拉伸、弯曲和挤压等变形而不破裂。
二、化学性质1. 溶解性：化学聚合物可以被溶解在适当的溶剂中。
这是由于聚合物链上的键可以在溶剂的作用下断裂，使聚合物与溶剂发生相互作用。
2. 稳定性：化学聚合物通常具有较好的化学稳定性，即它们在大多数化学环境下是稳定的。
然而，一些特殊条件，如高温、强酸或强碱环境下，聚合物可能会发生降解或变性。
3. 电化学性质：化学聚合物可以通过控制它们的化学结构来调节其电化学性质，如导电性、电荷传输速率等。
这些性质使得聚合物广泛应用于电解池、电池和电子器件等领域。
三、结构性质1. 分子量和分子量分布：化学聚合物的分子量通常非常大，可以达到数万至数百万。
此外，聚合物链上的分子量也可能不均匀分布，形成分子量分布。
这些参数对聚合物的性能和应用具有重要影响。
2. 分子结构：化学聚合物的分子结构决定了其物理和化学性质。
常见的聚合物结构包括线性聚合物、交联聚合物和支化聚合物等。
每种结构都会影响聚合物的力学性能、导热性能和化学活性等方面。
3. 有序性：一些聚合物具有一定的有序结构，如晶体结构或液晶相。
这种有序性可以提高聚合物的力学性能和热学性能，使其在高温和高压环境下更加稳定。
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粘度法和溶胀度法测聚合物的δ
溶胀度法测溶度参数
14
7.1.3 分子量及其分布的测定方法
1. 端基分析法
• 如果线性高分子的化学结构明确，而且链端 带有可以用化学或物理方法分析的基团，则 只要测得一定重量样品中端基的数目，就可 以计算样品的数均分子量。
• 例如尼龙6的结构中一头是氨基，一头是羧基， 因而可以用碱滴定羧基，也可以用酸滴定氨 基。
（1）聚合物的溶解是一个缓慢过程，包括两个阶段：
（i）溶胀：由于聚合物链与溶剂分子大小相差悬殊，溶剂分 子向聚合物渗透快，而聚合物分子向溶剂扩散慢，结果溶剂分 子向聚合物分子链间的空隙渗入，使之体积胀大，但整个分子 链还不能做扩散运动；
4
第七章 聚合物的性质
（ii）溶解：随着溶剂分子的不断渗入，聚合物分子链间的空 隙增大，加之渗入的溶剂分子还能使高分子链溶剂化，从而削 弱了高分子链间的相互作用，使链段得以运动，直至脱离其他 链段的作用，转入溶解。当所有的高分子都进入溶液后，溶解 过程方告完成。
有些有限溶胀的聚合物在升温条件下，可以促进分子链的 运动使之易分离而发生溶解。升温可促进溶解，增加溶解度。
对于一些交联聚合物，由于交联的束缚（链与链之间形成 化学键），即使升高温度也不能使分子链挣脱化学键的束缚， 因此不能溶解。但交联点之间的链段可发生弯曲和伸展，因 此可发生溶胀。 （2）聚合物的溶解度与分子量有关。一般分子量越大，溶解 度越小；反之，溶解度越大。 （3）(非极性)晶态聚合物比非晶态聚合物难溶解。
若难以找到合适的单一溶剂，可选择混合溶剂。混合溶剂的溶度参 数计算如下式：
δm = φ1δ1 ＋φ2δ2 （φ为体积分数） 例如：丙酮（δ＝20.0）和环己烷（δ＝16.7）都不是PS（18.6）的良溶 剂，但1：1（体积比）的混合溶剂（ δ＝18.4 ）是良溶剂。
8
当聚合物与溶剂的溶度 参数差小于2时可以互溶。 δ的单位(J/cm3)1/2
9
• 以上原则适用于非极性非晶态聚合物和 非极性溶剂。
• 对于非极性晶态聚合物，即使δ相近，也 必须在接近熔点时才能溶。
• 对于极性聚合物（包括晶态和非晶态）， 用三维溶度参数的概念。
10
d 2 dd2 d p2 dh2
• Hansen提出一个“三维溶度参数”的概 念，认为溶度参数由色散力、极性力 （包括取向力和诱导力）和氢键力三个 分量组成:
DE = DHv - RT
汽化时所作的膨胀功
内聚能密度(CED)：单位体积凝聚体汽化时所需要的能量
(Cohesive Energy Density)
DE CRE
Vm
摩尔体积
3
第七章 聚合物的性质
7.1 聚合物的溶液性质
7.1.1聚合物的溶解特性
由于聚合物分子量大，具有多分散性，可有线形、支化和交 联等多种分子形态，聚集态又可表现为晶态、非晶态等，因此 聚合物的溶解现象比小分子化合物复杂的多，具有许多与小分 子化合物溶解不同的特性：
11
• 对于极性聚合物不仅要求δ相近，而且还 要求δd、δp和δH也分别相近，才能相溶
• 例如聚丙烯腈不溶于极性相近的乙酸和 乙醇，因为它们极性较弱，而在二甲基 甲酰胺、乙腈、二甲亚砜等强极性溶剂 中才能溶解。
12
聚苯乙烯 的δd=17.6, δp= 6.1 ,
δH= 4.1
聚苯乙烯的溶度球
13
H2N(CH2)5CO－[NH(CH2)5CO]-NH(CH2)5COOH
15
• 计算式如下：
• 式中：m为试样质量（g）；nt为被滴定端基 的摩尔数。
• 如果试样中有x个端基，公式成为：
• 因而对于支化高分子，如果用其他方法测定了 数均分子量，则可以反过来应用公式求得支化 点的数目（它等于x-2）。
对于良溶剂，A2>0，此时高分子线团舒展(图7－ 2)；
对于不良溶剂，A2<0，此时高分子线团紧缩（发 生沉淀）；
A2＝0为临界状态，称为θ状态，此时的溶剂为θ溶 剂，温度为θ温度。
19
• 膜渗透压法是一种绝对的方法，所得分子 量是数均分子量。
• 膜渗透压法适用的分子量范围是3×104～ 1.5×106。分子量太低，小分子量部分也 能穿过半透膜而使结果不准；分子量太高， 则π值减小，实验精度降低。
6
第七章 聚合物的性质
由于非极性晶态聚合物中分子链之间排列紧密，相互 作用强，溶剂分子难以渗入，因此在室温条件下只能微弱 溶胀；只有升温到其熔点附近，使其晶态结构熔化为非晶 态，才能溶解。如线形聚乙烯。
但极性较强的晶态聚合物由于可与极性溶剂之间形成氢 键，而氢键的生成热可破坏晶格，使溶解得以进行。
第6章作业 习题与思考题
255页 3 5 13
19 24
1
第七章 聚பைடு நூலகம்物的性质
2
分子间作用力
P259表7-1 一些高 聚物的内聚能密度
• 范德华力和氢键
• 表征高分子间作用力大小的物理量——内聚能或内聚 能密度
• 内聚能：为克服分子间作用力，将1mol凝聚体汽化时 所需要的能量DE
摩尔汽化热或摩尔升华热
16
• 端基分析是一个绝对方法。它只适用于分 子量小于2×104的聚合物。因为分子量太 大时，端基数很少，测定精度变差。
17
2. 膜渗透压法
渗透压
渗透计 纯溶剂池
高分子溶液池
半透膜
18
在一定温度下：
C
RT[ 1 M
A2C]
以π/c对c作图，可得一直线，由截距可求，由斜 率可得A2，A2称为第二维利系数。 A2是高分子 间以及高分子与溶剂间相互作用大小的一种量度。
溶胀可分为无限溶胀和有限溶胀。
无限溶胀是指聚合物能无限制地吸收溶剂分子直至形成均 相的溶液；
有限溶胀是指聚合物吸收溶剂到一定程度后，如果其它条
件不变，不管与溶剂接触时间多长，溶剂吸入量不再增加，聚
合物的体积也不再增大，高分子链段不能挣脱其他链段的束缚，
不能很好地向溶剂扩散，体系始终保持两相状态。
5
第七章 聚合物的性质
对同种聚合物而言，结晶可降低聚合物的溶解度，结晶 度越高，溶解越困难，溶解度越小。
7
第七章 聚合物的性质
7.1.2 聚合物溶剂的选择
（1）极性相似原则：相似相容 ，PVA～水，PS～苯 （2）溶度参数相近原则：
溶度参数是反映分子间相互作用力大小的一个参数。定义为单位体 积汽化能的平方根。用d来表示。常见溶剂的溶度参数可查手册。