高分子材料的结构与性能解析

强沫织
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高分子材料结构的研究体系
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二、高聚物结构的研究内容
（一）高分子链的组成 1. 高分子链的组成元素及其结构形态 2. 单体及高分子链的人工合成 3. 高聚物的分子量及其分布 4. 高分子的作用力
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1.高分子链的组成元素及其结构形态
1. 组成高分子链的元素
B，C，N，O Si， P，S
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一、高分子材料的结构特点@
@ 1
二、高聚物结构的研究内容@
（一）大分子链的组成@
（二）大分子链中链节的连接顺序和链的构型@
（三）大分子链的构象@
——链的柔性及分子链热运动的特点
（四）高聚物中大分子链的聚集态@
（五）高聚物的微区结构@
（六）高聚物的取向结构@
（七）聚合物共混物的形态结构@
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一、高分子材料的结构特点
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2. 单体及高分子链的人工合成
（1）单体
①含义 ②可条以件通过聚合反应形成大分子链的低分子有机化合物。 ③只类有型那些至少能形成两个新键的低分子化合物。
ⅰ.具有不饱和双键的烃类单体，如乙烯、丙烯、氯乙烯、苯 乙烯等。 ⅱ.有一个叁键（键）或含两个以上双键的低分子化合物，如 丁二烯、异戊二烯等。 ⅲ.环单体，如环氧乙烷、四氢呋喃、六甲基环三硅氧烷、 ε-已内酰胺等。 ⅳ.具有双或多官能团的低分子化合物，与其它物质“缩合” 生成大分链。如已二胺与已二酸。
• 学习重点：1.高分子链的结构层次；2.高分子的分子量及
分布；3.高分子链中链节的连接顺序；4.构型与构象；5.高聚 物的结晶与取向；6.高分子的作用力
• 学习难点：1.高分子分子量及其分布对性能的影响；2.高
分子链中链节的连接顺序对性能的影响；3.影响高分子链柔 性分析；4.高聚物的取向与结晶的比较；5.结晶性高聚物与 非晶性高聚物的结构模型
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（2）高分子链的人工合成 ①加聚反应
②单缩体聚分反子应借助于引发剂或高温等条件，打开双键中的π键而彼 此原分连子料接将有特在具机征一有化起两合单形个物体成或，含加大两在双聚分个一键子反以定或链上条为应。活件环泼下状官，能通单团过体（官为能-多O缩团H官,间-能聚N的H团反2相等低应互）分缩的子合低化作合 用，在分子间化形合成物新的键，把低分子物化合物逐步合成大分子链， 反与此应同特时征析出单某体些打低开分双子键化或合环物后（如官H能2O团、相氨互、作醇用等，）形。成新键
高聚物的晶态比小分子的晶态的有序程度差很多，存 在很多缺陷；
高聚物的非晶态却比小分子液态的有序程度高。 6）织态结构也是决定高分子材料性能的重要因素。
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高聚物结构
（二次结构） 高分子链结构（一次结构） 高分子链的远程结构 高分子链的近程结构
（三次结构） 高分子聚集态结构
高高 分分 子子 的的 大形 小态
相互连接而成长链 连接成长链，并析出小分子
反 应 类 型 属链式反应，大部分 随反应过程逐步地形成大分 为瞬间生成大分子链 子链
链 节 特 征 高聚物链节与单体原 高聚物链节与单体原料不同 料相同
反 应 可 逆 性 不可逆反应
可逆反应
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3. 高聚物的分子量及其分布
（1）研究意义
①高聚物的分子量及其分布是高分子材料最基本的结 构参数之一。
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（2）高聚物的分子 量①表示方法
A.数均分子量
聚合物溶液冰点的下降、沸点 的升高、渗透压等，只决定于溶 液中大分子的数目。
根据聚合物溶液的依数性测得的聚合物分子量平均值。
B.重均分子量
Ni为分子量为Mi的大分子的摩尔数；
根 C.Z据均聚分合子物量溶液的对光的散射α、为扩马散克等-豪性温质方所程测[η得]的=K聚M合α物中分的子指
1）高分子链是由许多结构单元重复连接而成，结构单元之 间的相互作用对其聚集态结构和物性有十分重要的影响。 2）一般高分子的主链都有一定的内旋转自由度而具有柔性， 并由于分子的热运动，柔性链的形状可以不断改变。 3）高分子链间以分子间（范氏力）结合在一起，或通过链 间化学键交联在一起，而使高聚物具有不溶不熔之特性。 4）高分子结构具有不均一性。 5）高聚物中高分子链聚集态结构有晶态（长程有序结构） 和非晶态（短程有序结构）。
第三章 高分子材料的结构与性能
• 第一节 高分子材料的结构 • 第二节 高分子材料的性能 • 第三节 高分子溶液
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第一节 高分子材料的结构
学习要求
• 学习目的：通过本章的学习，了解高分子材料的结构特点
及研究体系；掌握大分子链的组成、构型与构象；了解大分 子链的聚集态结构、微区结构、取向结构与形态结构等。
如：一旦了解聚合反应机理，就可以从聚合反应动力 学的研究导出反应物的分子量分布，反过来，也可从实验 得到的分子量分布来论证聚合反应机理；
聚合物的老化过程和解聚过程也需要借助于分子量及 其分布的数据来处理过程的动力学问题和研究过程的机理。
②高聚物的分子量及其分布对高聚物材料的机械性能 有密切关系。
③高聚物的分子量及其分布对高分子材料的流变特性、 溶液性质、加工性能有重要影响。
量 根 D.粘平据均均聚分值合子。物量溶液的沉降性质测数得，的一聚般合取物0.分5～子1量.0 的平均值。
根 ②据计聚算合方物法溶液的粘度性质测得的聚合物分子量的平均值。
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③对性质、性能的影响
A. 聚合物的许多性质与平均分子量有依数性关系，如密度、 力学强度、热熔、玻璃化温度、折光率等， B. 高聚物分子量的大小，对高聚物的状态和力学、物理性能 均有影响。 情形一：象玻璃化温度、拉伸强度、密度、比热容等，刚开 始时，随分子量的增大而提高，最后达到一极限值； 情形选二择：高象聚粘物度材、料弯时曲，强分度子等量，大随小分常子是量需增要加而首不先断确提定高的，性 能不存参在数极，限如值聚。乙 烯 分 子 量 大 于 12000 才 能 成 为 塑 料 ， 聚 酯 （的确良）和聚酰胺（尼龙）的分子量大于10000才能纺成 有用的纤维。
分链 子的 量柔 及性 其和 分构 布象
结 结 结支结
构 构 构化构
单 单 单与单
元 元 元交元
的 的 的联的
化键立
键
学接体
接
晶非 液 取 织 态晶 晶 向 态 结态 态 结 结 构结 结 构 构
构构
组结构 成构型
序 列
高次结构（宏观聚集态结构）
和 空 间 排Βιβλιοθήκη Baidu列
球 高填 晶 分充
子材 合料 金
增泡纺
2. 高分子链的结构形态
As，Se
线型，支链型，体型（网状/梯型）
◆高分子链的端基
端基在高分子链中所占的比重虽很小，但其作用不容忽 视。端基不同时，聚合物的性能也有所不同，特别是对化学 性质和热稳定性的影响更为明显。 [实例1]： 聚甲醛的-OH端基被酯化后可提高热稳定性。 [实例2]： 聚碳酸酯的端羟基和端酰氯基都将促使聚碳酸酯 的高温降解。因此在聚合过程中加入苯酚之类的单官能物进 行“封端”可显著提高产物的热稳定性，而且还 可控制分子 量等。