高分子材料基础

高分子材料在信息工业领域的应用
高分子材料学由高分子化学、高分子物理学、高 分子工程学三个分支学科领域所组成。
1.高分子化学 研究高分子的化学反应。 2.高分子物理 研究高分子结构及其聚集态结构。 3.高分子工程 研究高分子化合物生产合成方法, 制品的加工成型方法。
一、高分子化学的基本概念
高分子：指分子量很高（10000以上）并由共价键连 接的一类化合物。 又称大分子化合物(macromolecule)或聚合物 (polymer)。
高分子材料按性能和用途，可分为三大类。 橡胶: 纤维: 塑料:
合成塑料中未成型加工前的原始聚合物，称为 合成树脂（resin）。
粘结剂、涂料是在合成树脂和塑料的基础上衍生 出来的。
三、高分子的分子结构
甲烷的分子结构 高分子的结构式
高分子链按几何形状大致有三种： 线型 支链型 交联型
淀粉
1~8
尼龙－66 1.2~1.8
丝蛋白
~15
涤纶
1.8~2.3
天然橡胶 50~100 聚碳酸酯
2~8
纤维素 肝酸
20~40 100~400
聚甲基丙 烯酸甲酯
硅橡胶
8~40 40~80
在甲基丙烯酸甲酯(MMA)聚合生成聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)中：
单体（monomer）：合成聚合物的起始原料。 结构单元（units）：也称重复结构单元，以单体
线型高分子的特点 其长链可能比较伸展，也可能卷曲成团，取决
于链的柔顺性和外部条件，一般为无规线团 适当溶剂可溶解，加热可以熔融，即可溶可熔
支链型高分子的特点 线型高分子上带有侧枝。高分子上的支链，有的
是聚合中自然形成的；有的则是人为的通过反应接枝 上去的
可溶解在适当溶剂中, 加热可熔融，即可溶可熔
结晶熔融温度（有一个范围），Tm，是结晶高 聚物的主要热转变温度。也是评价聚合物耐热性 能的重要指标。
四、聚合反应(polymerization)
1.按单体和聚合物在组成和结构上发生的变化可分为加 聚反应和缩聚反应两大类。 Carothers, 1920s
Wallace H Carothers, The inventor of nylon
加聚反应（Addition Polymerization) 单体通过加成反应而聚合起来的反应称为加聚反应，
反应产物称为加聚物。
其特征是： 加聚反应往往是烯类单体键加成的聚合反应，无
官能团结构特征，多是碳链聚合物 加聚物的元素组成与其单体相同，仅电子结构有所
的确凉校服
莱卡运动服
4.以“橡胶”作为合成橡胶的词尾，如聚硫橡胶、聚 醚橡胶、硅橡胶
5.天然聚合物都有其专门名称，如蛋白质、纤维素、 淀粉、天然橡胶、脂肪等。
英 文 缩 写 ， 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 ( Poly(methyl methacrylate))，缩写为PMMA。
二、高分子材料的分类
什么是高分子材料？(polymer materials)
高分子材料：高分子化合物（树脂）＋其他添加剂 （助剂）。
高分子材料在口腔医学中有哪些应用？
塑料基托和塑料牙
藻酸盐印模材料
硅橡胶印模材料
硅橡胶义鼻
复合树脂
聚乳酸可吸收材料
源自文库
高分子材料在工业和生活中的应用
高分子材料在航天与 航空工业领域的应用
高分子材料在汽车工业领域的应用
非晶态高分子没有熔点，在比容-温度曲线上有 一转折点，此点对应的温度称为玻璃化转变温度。
Tg的测量：将一非晶态高聚物试样，施一恒定 外力，记录试样的形变随温度的变化，可得到温度 形变曲线或热机械曲线
形 玻璃态 变
高弹态
粘流态
Tg
Tf
非晶态高聚物的温度形变曲线
晶态结构聚合物
高聚物可以高度结晶，但不能达到100％，即 结晶高聚物可处于晶态和非晶态两相共存的状态
均聚物(homopolymer)：由一种单体聚合而成的高分 子。
共聚物(copolymer)：由两种或两种以上的单体聚合 而成的高分子。 例如：聚甲基丙烯酸甲酯为均聚物
例如：丁苯橡胶为共聚物 ----( CH2--CH=CH--CH2 -)x--(-CH2--CH-y)--n--
聚合物的命名
1. 由一种单体合成的，以单体名称为基础， 在前面 加“聚”字
结构为基础的原子团。
n 表示重复单元数，在此等于聚合度（degree of polymerization）
聚合度是衡量高分子的分子量大小的一个指标。 分子量的大小对高分子材料的性能有重大的影响。
以聚硅氧烷为例 分子量低，为可流动液体，硅油 分子量中等，为粘稠状树脂，硅树脂 分子量高，为有弹性的橡胶，硅橡胶
乙烯 丙烯 氯乙烯
甲基丙烯酸甲酯
聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯
2.由两种单体合成的，取两种单体简名，在后面加“树 脂” 、“橡胶”二字
如 苯酚 甲醛
酚醛树脂
丁二烯 苯乙烯
丁苯橡胶
3.商品名 我国习惯以“纶”作为合成纤维的后缀 涤纶 聚对苯二甲酸乙二醇酯（聚酯）纤维 氨纶 聚氨基甲酸酯纤维
高分子化合物分天然高分子和合成高分子。
天然高分子有DNA、淀粉、脂肪等。 合成高分子有合成塑料、合成橡胶、合成纤维等。
部分高分子和低分子化合物分子量的比较
低分子化合物
名称
硫酸钙
氧化锌
乙醇
甲基丙烯 酸甲酯 乳糖
M 136.1 81.38 46.05 100.1
90.08
高分子化合物
天然
合成
名称
M(×104) 名 称 M(×104)
OH
CH2 O
CH2
H2C
H2C
HO
HO
CH2
HO
CH2
HO CH2
OH
CH2 O
CH2
CH 2 OH
OH CH2
CH2 O CH2
HO CH2
HO
高分子的聚集态结构
高分子的聚集态结构，是指高聚物材料整体的 内部结构，即高分子链与链之间的排列和堆砌结构。 分为：非晶态结构和晶态结构。
非晶态结构聚合物和力学状态 高聚物可以是完全的非晶态 非晶态高聚物的分子链处于无规线团状态 这种缠结、混杂的状态存在着一定程度的有序
Short Chain Branching
Long Chain Branching
交联型高分子的特点
交联程度浅的, 受热可软化，适当溶剂可溶胀
交联程度深的, 形成三维网状，既不溶解, 又不熔 融，即不溶不熔
OH
CH 2
* * OH CH 2
OH
OH
+ CCHH2 2O
CH2
CH2
* OH
CH2