第一章_高分子材料性能学
高分子聚合物的结构特点与性能
第一章 高分子聚合物的结构特点与性能
⑵高分子材料的结构
高分子链：由一种或几种简单的低分子有机化合物以共价键重复连接 而成。
单体：凡是可以聚合生成大分子链的低分子化合物叫做单体。 例：氯乙烯（CH2＝CHCl）就是聚氯乙烯的单体。 反应式：n（CH2一CHCl）→ CH2一CHCl n 大分子链还可以由两种或两种以上单体共同聚合而成（形成共聚物）。
名称
内容
链结构
一级结构 （近程结构）
结构单元的化学组成 键接方式 构型、几何形状（线形，支化，网状等） 共聚物的结构
二级结构
高分子的大小（分子质量及其分布）
（远程结构） 高分子的形态（高分子链的柔性）
三级结构（聚集态结构、 晶态 聚态结构、超分子结构） 非晶态 取向态
第一章 高分子聚合物的结构特点与性能
第一章 高分子聚合物的结构特点与性能
1．2 聚合物的热力学性能 1.2.1聚合物分子运动单元的多重性 运动单元：可以是侧基、链节、链段 和整个分子链。 高分子运动主要包括四种类型。 ⑴分子链的整体运动： ⑵链段的运动： ⑶链节、支链和侧基的运动：
⑷晶态聚合物的晶区内也存在分子运
动
第一章 高分子聚合物的结构特点与性能
第一章 高分子聚合物的结构特点与性能 ②具有交联网络结构 交联网络结构高聚物既不能被溶剂溶解，也不能通 过加热使其融融。 高分子聚合物的结构对性能的影响： 线型高聚物：具有可溶性和可熔性，成型后性质不 变，可多次成型（热塑性聚合物） 体型高聚物：成型前是可溶和可熔的，成型后变成 既不溶解又不熔融的固体，所以不能再次成型。（热 固性聚合物）
第一章 高分子聚合物的结构特点与性能
⒈高分子链结构特点： 远程结构：又称二级结构，是指单个高分子的大小、 形态、链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。
01第一章材料的性能
四、冲击韧性
是指材料抵抗冲击载荷
作用而不破坏的能力。
指标为冲击 韧性值ak(通 过冲击实验
测得)。
冲击实验
缺口试样在摆锤 摆动过程中弯曲 断裂，由摆锤的 高度差(h-h’)， 可以求出摆锤所 失去的能量，即 样品断裂所吸收 的能量；用上述 能量除以试样缺 口处的原始截面 积，规定为冲击 韧性k。
塑性指标与塑性加工特别是冷加工性能有关
金箔
一克黄金可以打制成约0.5平方米的纯金箔，厚度为0.12m。
说明： ① 用断面收缩率表示塑性比伸长率更接近真实变形。 ② 直径d0 相同时，l0， 。只有当l0/d0 为常数时，塑 性值才有可比性。 当l0=10d0 时，伸长率用 表示；
当l0=5d0 时，伸长率用5 表示，显然5>
五、导电性 与导热性类似，用电阻率或电导率表示 银，铜，铝电阻率小 玻璃和陶瓷电阻率则很大
六、磁性
根据在磁场中的行为材料有以下分类： 抗磁性材料 顺磁性材料 软磁材料 加磁场时易磁化，外磁场去 掉后，磁性基本消失---纯铁，硅钢片。 铁磁性材料
硬磁材料
加磁场时易磁化，去掉外磁场 后，长期保持较高磁性---钕铁硼。
第一章 材料的性能
使用性能：材料在使用 过程中所表现的性能。
神 舟 一 号 飞 船
包括力学性能、物理性
能和化学性能。
工艺性能：材料在加工
过程中所表现的性能。
包括铸造、锻压、焊接、
热处理和切削性能等。
第一节 材料的力学性能
一、弹性和刚度 二、强度与塑性 三、硬度 四、冲击韧性 五、疲劳 六、断裂韧性
一般，材料熔点越高，高温下保持高 强度能力越强。
三、热膨胀性
线膨胀系数----物体在温度升高一度时 某一方向长度的变化 精密机械要求线膨胀系数小 可以利用热膨胀特性制造温控阀 热膨胀使材料在加热和冷却过程中产生 热应力
高分子材料性能学
第一章------第五章1.力学性能：指高聚物受外力作用时的形变行为及其抗破损的性能，它包括弹性、塑性、强度、蠕变、松弛和硬度等。
2.应变（形变）：当材料受到外力作用时，它所处的条件又不能产生惯性移动时，其几何形状会发生变化，这种变化就称为应变。
3.应力：定义单位面积上的附加内力为应力，其数值与单位面积上所受的外力相等。
Pa在切应力作用下发生切应变，在正应力作用下材料发生拉伸或压缩形变。
4.对各向同性的材料有三种基本类型的形变：简单切变、均匀压缩、简单拉伸。
5.弹性模量：常简称为模量，是单位应变所需应力的大小，是材料刚性的表征。
杨氏模量的倒数称为拉伸柔量，切变模量的倒数称为切变柔量，本体模量的倒数称为可压缩度。
6.泊松比：υ=横向应变/轴向应变7.高分子材料分子热运动的特点：（1）运动单元和模式的多重性：从运动单元来说，可以分为链节运动、链段运动、侧基运动、支链运动、晶区运动以及整个分子链运动等。
从运动方式来说，有键长、键角的变化，有侧基、支链、链节的旋转和摇摆运动，有链段绕主链单键的旋转运动，有链段的跃迁和大分子的蠕动等。
（2）大分子运动的时间依赖性：高分子材料从一种平衡状态通过分子运动而转变到另一种平衡状态是需要时间的，这种时间演变过程称作松弛过程，所需时间称松弛时间。
（3）分子运动的温度依赖性：一般规律是温度升高，各运动单元热运动能力增强，同时由于热膨胀，分子间距增加，材料内部自由体积增加，有利于分子运动，使松弛时间缩短。
8.A-玻璃态B-过渡区（玻璃化转变温度）C-高弹态D-过渡区（粘流转变区）E-粘流态Tb-脆化温度Tg-玻璃化温度Tf-粘流温度9.交联聚合物由于分子链间存在交联化学键，限制了整链运动，因此其特点是不溶、不熔。
10.在拉伸过程中，高分子链的运动经过以下阶段：（1）弹性形变（2）强迫高弹形变（3）塑性形变（永久形变）（凡是弹性变形都是可逆变形）、11.能弹性：由内能变化为主导致的弹性变形称为能弹性；熵弹性：由熵变化为主导致的弹性称为熵弹性。
材料性能学全部复习资料
第一章材料单向静拉伸的力学性能1、各种材料的拉伸曲线：曲线1:淬火、高温回火后的高碳钢曲线2:低碳钢、低合金钢曲线3:黄铜曲线4:陶瓷、玻璃等脆性材料曲线5:橡胶类高弹性材料曲线6:工程塑性2、拉伸曲线的变形过程：拉伸开始后试样的伸长随力的增加而增大。
在P点以下拉伸力F合伸长量ΔL呈直线关系。
当拉伸力超过F p后，曲线开始偏离直线。
拉伸力小于F e时，试样的变形在卸除拉力后可以完全恢复，因此e点以内的变形为弹性变形。
当拉伸力达到F A后，试样便产生不可恢复的永久变形，即出现塑性变形。
在这一阶段的变形过程中，最初试样局部区域产生不均匀的屈服塑性变形，曲线上出现平台式锯齿，直至C点结束。
接着进入均匀塑性变形阶段。
达到最大拉伸力F b时，试样再次出现不均匀塑性变形，并在局部区域产生缩颈。
最后在拉伸力Fk处，试样断裂。
在整个拉伸过程中变形可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形及不均匀塑性变形四个阶段。
3、金属、陶瓷及高分子材料性能的差异及机制1）、弹性变形：a、金属、陶瓷或结晶态的高分子聚合物：在弹性变形范围内，应力和应变之间可以看成具有单值线性关系，且弹性变性量都较小。
橡胶态的高分子聚合物：在弹性变形范围内，应力和应变之间不呈线性关系，且变性量较大。
b、材料产生弹性变性的本质：构成材料的原子（离子）或分子自平衡位置产生可逆位移的反映。
金属、陶瓷类晶体材料：处于晶格结点的离子在力的作用下在其平衡位置附近产生的微小位移。
橡胶类材料：呈卷曲状的分子链在力的作用下通过链段的运动沿受力方向产生的伸展。
2）、塑性变形：a、金属材料的塑性变形机理：晶体的滑移和孪生i、滑移：金属晶体在切应力作用下，沿滑移面和滑移方向进行的切变过程。
滑移面和滑移反向的组成成为滑移系。
滑移系越多，金属的塑性越好，但滑移系的多少不是决定塑性好坏的唯一因素。
金属晶体的滑移面除原子最密排面外，还受到温度、成分和预先变形程度等的影响。
塑变宏观特征：单晶体的滑移塑变微观特征: 原子面在滑移面上滑移,并非某原子面的整体运动,而是借助位移运动来实现,结果出现滑移台阶。
第一章 高分子材料基础知识
第一章高分子材料基础知识第一节.高分子材料的基本概念一、高分子材料的结构1.高分子的含义：高分子材料是以高分子化合物为主要成分（适当加入添加剂）的材料。
高分子化合物：1.天然：松香、石蜡、淀粉2.合成：塑料、合成橡胶、合成纤维高分子化合物都是一种或几种简单低分子化合物集合而成为分子量很大的化合物，又称为高聚物或聚合物。
通常分子量>5000 高分子材料没有严格界限<500 低分子材料如：同为1000的多糖（低），石蜡（高）一般高分子化合物具有较好的弹性、塑性及强度二、高分子化合物的组成：高分子化合物虽然分子量很大，但化学组成比较简单。
都是由一种或几种简单的低分子化合物聚合而成。
即是由简单的结构单元以重方式相连接。
例：聚乙烯由乙烯聚合而成{ }概念：单体——组成高分子化合物的低分子化合物链节——大分子链由许许多多结构相同的基本单元重复连接构成，组成大分子链的这种结构单元称为链节。
聚合度——链节的重复次数。
n↑导致机械强度↑熔融粘度↑流动性差，不利于成型加工。
n要严格控制。
三、高分子的合成：加聚反应、缩聚反应①加聚反应：指一种或几种单体，打开双键以共价键相互结合成大分子的一种反应例如：乙烯→聚乙烯（均聚）②分类：均聚：同种单体聚合共聚：两种或两种以上单体聚合（非金属合金丁二烯+苯乙烯→丁苯橡胶二元共聚三元共聚ABS：丙烯脂：耐腐蚀表面致密丁二烯：呈橡胶韧性苯乙烯：热塑加工）特点：反应进行很快链节的化学结构和单体的相同反应中没有小分子副产物生成②缩聚反应：指一种或几种单体相互混合儿连接成聚合物，同时析出（缩去）某种低分子物质的反应。
例：尼龙（聚酰胺）氨基酸，缩去一个水分子聚合而成。
特点：由若干步聚合反应构成，逐步进行。
链节化学结构与单体不完全相同，反应中有小分子副产物生成。
总结：目前80%的高分子材料由加聚反应得到。
四、聚合物的分类与命名①按聚合物分子的结构分类a．碳链聚合物：这一类聚合物分子主链是由碳原子一种元素所组成{ }侧基有多种，主要是聚烯烃、聚二烯烃（橡胶）b. 条链聚合物，器结构特点是除碳原子外，还有氧、氮、硫原子。
高分子材料_第一章_绪论汇总.
8
高分子材料
《高分子材料》
讲授内容及课时分配
第一章 绪论……………………..（4h） 第二章 通用塑料……………....（6h）
第三章 工程塑料…………..……(6h)
第四章 合成纤维………………. （6h） 第五章 橡胶………………………（6h） 第六章 涂料和粘合剂…………..（4h） 第七章 功能高分子材料………….（4h）
5
高分子材料
人造器官组织
在 体 内 的 分 解 过 程
缓 释 长 效 阿 斯 匹 林
6
高分子化学
【光致变色高分子 】螺苯并吡喃类衍生物是一类典型的光 致变色化合物，将其引入纤维素类聚合物分子链上，用这种 聚合物仿制的纤维就具有光致变色功能。变色反应式如下：
共轭链变 化引起颜 色变化
通过上述反应实现了人们的服装可以随光线强弱变化而变化。
第八章 高分子共混和复合材料..（4h）
9
教学目标：通过本课程的学习，应使学生了解常 用的高分子材料，掌握各种高分子材料的结构、 性能及使用要求，在实践中会选用合适的材料， 并初步具有工艺实践的能力。 教学要求：熟悉各种合成高分子材料，如塑料、 橡胶、纤维、涂料、胶粘剂以及功能高分子材料， 如离子交换树脂、离子选择性薄膜等的种类与性 能及应用。 重点与难点：各种合成高分子材料的结构、性能 及应用。 考核：平时30％ 考试70％
14
1940年 英国人T. R. Whinfield合成出聚酯纤维 （PET）。 1940年代 Peter Debye 发明了通过光散射测定高 分子物质分子量的方法。 1948年 Paul Flory 建立了高分子长链结构的数学 理论。 1953年 德国人Karl Ziegler与意大利人Giulio Natta分别用金属络合催化剂合成了聚乙烯与聚丙 烯。
第1章 高分子聚合物结构特点与性能
牛顿流体的流变方程式为 非牛顿流体。
不服从牛顿流动规律的流动称为非牛顿型流动，具有这种流动行为的液体称为
K n 1 a a K n 1
1.3 聚合物的流变学性质
1.3.2 假塑性液体的流变学性质及其影响因素 1．假塑性液体的流变学性质
当n＜１时，这种黏性液体称为假塑性液体。
对于假塑性流体而言，当流体处于中等剪切速率区域时，流体变形和流动所 需的切应力随剪切速率而变化，并呈指数规律增大；流体的表观黏度也随剪切 速率而变化，呈指数规律减小。这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化”。
1.3 聚合物的流变学性质
1.3.2 假塑性液体的流变学性质及其影响因素 2．影响假塑性液体流变性的主要因素 （１） 聚合物本身的影响 支链程度越大，黏度就越高，则熔体的流动性就越低。 聚合物的相对分子质量较大时，宏观上表现为熔体的表观黏度加大。 聚合物中的相对分子质量分布越宽，聚合物的熔体黏度就越小，熔体流动性就 越好，但成型的塑件性能并不理想。 尽量使用相对分子质量分布较窄的材料。
1.4 聚合物成型过程中的物理化学变化
1.4.1 聚合物在成型过程中的物理变化 1．聚合物的结晶
聚合物一旦发生结晶，则其性能也将随之产生相应变化：
• • • • • • • • 聚合物密度增加； 使聚合物的拉伸强度增大； 冲击强度降低； 弹性模量变小； 聚合物的软化温度和热变形温度提高； 使成型的塑件脆性加大； 表面粗糙度值增大； 塑件的透明度降低甚至丧失。
1.1.2 高聚物的结构特点
图1.1 高聚物的结构示意图
1.1 高分子聚合物分子的结构特点
1.1.2 高聚物的结构特点 1．高分子链结构特点 2．高聚物的聚集态结构特点 （1）聚集态结构的复杂性 （2）具有交联网络结构
药用高分子材料学
药用高分子材料学第一章绪论1、药用高分子材料指的是药品生产和制造加工过程中使用的高分子材料，包括作为药物制剂成分之一的药用辅料与高分子药物以及药物接触的包装贮运的高分子材料。
2、高分子材料在药剂学中的作用①增强和扩大主药的作用和疗效，降低毒副作用②改变药物的给药途径，提高生物利用度③调控主药的体内外释放速率与释药规律④可逆性改变人体局部生理功能，以利于药物吸收⑤改变主药的理化性质，使之更适合药效发挥⑥增强主药的稳定性，掩盖主药的不良味道及减少刺激性第二章高分子的结构、合成和化学反应1、高分子的特性：①具有很大的分子作用力②可发生相当大的可逆力学形变③在溶剂中表现出溶胀特性2、单体单元：聚合物分子结构中由单个单体分子生成的最大的单元结构。
3、单体：形成结构单元的小分子化合物，是合成聚合物的原料。
4、聚合度（DP）:代表重复单元数。
即分子式中的n。
5、均聚物：由一种单体聚合而成的高分子。
6、共聚物：由两种或两种以上的单体聚合而成的聚合物。
7、高分子的分类：①有机高分子：完全由碳原子或由C、0、N、S、P等在有机物中常见的原子组成。
有主链纯为碳原子构成的碳链高分子和主链中含有C及0、N、S、P等原子的杂链高分子。
②元素有机高分子：主链不含C原子，主要由Si、B、Al等原子构成，侧链是含C有机基团。
③无机高分子：主链和侧链都不含C原子。
8、高分子结构按其研究单元不同分为高分子链结构（即分子内结构：近程结构和远程结构）和高分子聚集态结构两大类。
9、近程结构：分子链中较小范围的结构状态，包括高分子结构单元的化学组成和键接方式、空间排列以及支化和交联等，是高分子的微管结构，而且与结构单元有着直接的链子，又称为一次结构或化学结构。
10、均聚物结构单元的键接顺序：完全对称的单体只有一种键接方式，不对称的取代结构的单体形成高分子链时有三种不同的键接顺序--头-头键接、尾-尾键接、头-尾键接（带取代基的碳原子叫做头，不带取代基的碳原子叫做尾）11、共聚物的序列结构：含M1、M2 两种单体的共聚物分子链的结构单元有一下4种典型的排列方式：无规共聚物（无规排列）、交替共聚物（严格交替）、嵌段共聚物（一段较长的M!和另一段较长的MJ、接枝共聚物（主链由M t构成，支链由M2构成）12、高分子链的构型（1 ）旋光异构若每一个链节中有一个不对称碳原子，每个链节就有两个旋光异构单元存在，它们组成的高分子链就有 3 种键接方式：全同立构---全部由一种旋光异构单元键接而成的高分子间同立构---由两种旋光异构单元交替键接成的高分子无规立构---两种旋光异构单元完全无规则键接成的高分子（2）几何异构由于双键不能内旋转而引起的异构现象综上，分子链中结构单元的空间排列是规整的，称为有规立构高分子（包括旋光异构和几何异构）13、高分子链的远程结构---是指整个分子范围内的结构状态，又称二次结构。
材料性能学重点
第一章材料单向静拉伸的力学性能1、名词解释:银纹：银纹是高分子材料在变形过程中产生的一种缺陷，由于它的密度低，对光线的反射能力很高，看起来呈银色，因而得名。
银纹产生于高分子材料的弱结构或缺陷部位。
超塑性：材料在一定条件下呈现非常大的伸长率(约1000％)而不发生缩颈和断裂的现象，称为超塑性。
晶界滑动产生的应变εg在总应变εt中所占比例一般在50％～70％之间，这表明晶界滑动在超塑性变形中起了主要作用。
脆性断裂：材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变形，没有明显的预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程，因而具有很大的危险性。
韧性断裂：材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观塑性变形的断裂过程。
韧性断裂时一般裂纹扩展过程较慢，而且消耗大量塑性变形能。
解理断裂：在正应力作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂称为解理断裂。
(解理台阶、河流花样和舌状花样是解理断口的基本微观特征。
) 剪切断裂：剪切断裂是材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。
(微孔聚集型断裂是材料韧性断裂的普通方式。
其断口在宏观上常呈现暗灰色、纤维状，微观断口特征花样则是断口上分布大量“韧窝”。
)4、试述韧性断裂与脆性断裂的区别，为什么说脆性断裂最危险?应力类型，塑性变形程度、有无预兆、裂纹扩展快慢。
5、断裂强度σc与抗拉强度σb有何区别?若断裂前不发生塑性变形或塑性变形很小，没有缩颈产生，材料发生脆性断裂，则σc=σb。
若断裂前产生缩颈现象，则σc与σb不相等。
6、格里菲斯公式适用哪些范围及在什么情况下需要修正?格里菲斯公式只适用于含有微裂纹的脆性固体，如玻璃、无机晶体材料、超高强钢等。
对于许多工程结构材料，如结构钢、高分子材料等，裂纹尖端会产生较大塑性变形，要消耗大量塑性变形功。
因此，必须对格里菲斯公式进行修正。
第二章材料单向静拉伸的力学性能1、应力状态软性系数；τmax和σmax的比值称为，用α表示。
α越大，最大切应力分量越大，表示应力状态越软，材料越易于产生塑性变形。
第一章 高分子材料学
第一章高分子材料学1.成型时的取向产生的原因及形式有哪几种？取向对高分子材料制品的性能有何影响？流动取向：在熔融成型或浓溶液成型中，高分子化合物的分子链、链段或其它添加剂，沿剪切流动的运动方向排列。
（2分）拉伸取向：高分子化合物的分子链、链段或微晶等受拉伸力的作用沿受力方向排列。
分为单向拉伸和双向拉伸。
（2分）高分子材料经拉伸取向后，拉伸强度、弹性模量、冲击强度、透气性等增加。
（2分）高分子材料的成型加工性能有哪些，其含义是什么？答：成型加工性能是指可挤压性，可模塑性，可延展性和可纺性。
含义分别是：材料受挤压作用变形时，获取和保持形状的能力；材料在温度和压力作用下产生形变和模具中模制成型的能力；材料在一个或两个方向上受到压延或拉伸的形变能力；材料通过成型而形成连续固态纤维的能力。
1.有利于结晶性的高分子链结构特点有哪些？答：①链结构简单，重复结构单元较小，相对分子质量适中；②主链上不带或只带极少的支链；③主链化学对称性好，取代基不大且对称；④规整性好；⑤高分子链的刚柔性及分子间作用力适中。
2.影响聚合物熔体剪切粘度的因素有哪些。
答：影响因素包括：剪切速率，温度，压力，分子结构（相对分子量，相对分子质量分布，支化），添加剂（增塑剂、润滑剂、填充剂）。
1.影响高分子化合物取向的因素。
8分（1）高分子化合物的结构。
链结构简单，柔性大，相对分子质量较低的高分子化合物有利于取向，也容易解取向；结晶性高分子取向结构稳定性优于非晶态高分子；复杂结构的高分子化合物取向较难，但解取向也难，当施加较大应力拉伸取向后结构稳定性也好。
（2）低分子化合物。
增塑剂、溶剂等低分子化合物，使高分子化合物的的T g、T f降低，易于取向，取向应力和温度显著下降，但同时解取向能力也变大。
(2分)（3）温度。
取向和解取向都与分子链的松弛有关，温度升高，取向和解取向均变容易，但两者速度不同，高分子材料的有效取向取决于这两种过程的平衡条件。
高分子物理知识重点(第一章)
第一章1 高分子链近程结构和远程结构的主要内容，并能举例说明各自对性能的影响?一次（近程）结构：是构成高分子链的最基本微观结构，包括化学组成、构造、构型和共聚物的序列结构。
近程结构：直接影响Tm、ρ、溶解性、粘度、粘附性二次（远程）结构：大分子链的大小（分子量、均方旋转半径和均方末端距）和形态（高分子链的构象、柔性与刚性）远程结构:（小分子没有，大分子独有）：赋予高分子链柔性，致使聚合物有高弹性。
2 构象、构型、柔顺性、链段、自由连接链、等效自由连接链等基本概念?构型（configuration）是指分子中由化学键所固定的原子、原子团在空间的排列。
构象（conformation）可定义为由于单键的内旋转而产生的大分子在空间的不同形状。
构象与构型区别:构型的改变一定要通过化学键的破坏和重组（近程结构）.构象的改变不设计化学键的破坏,在外力作用下很容易改变,不管在外力作用下高分子链呈现什么固定的形态或形状都属于构象的范畴.（远程结构）所谓柔顺性，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。
高分子链能形成的构象数越多，柔顺性越大。
高分子的柔顺性是高分子材料的性能不同于小分子物质的主要原因。
把由若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元，称为“链段”。
自由连接链（freely jointed chain)：即键长l固定，键角q不固定，内旋转自由的理想化模型（即不考虑键角限制和内旋转位垒障碍）。
将一个原来含有n个键长为l、键角θ固定、旋转不自由的键组成的链，视为一个含有Z个长度为b的链段组成的等效自由连接链。
3 何谓高斯链？高斯链与自由结合链的差别？高斯链的本质特征是什么？在什么条件下高分子链呈现为高斯链？即具有高斯链的形态。
1）将一个原来含有n个键长为l、键角θ固定、旋转不自由的键组成的链，视为一个含有Z个长度为b的链段组成的等效自由连接链，其分布符合高斯分布函数，故称作这种高分子链称为“高斯链”。
高分子结构与性能名词解释
高分子结构与性能名词解释高分子结构与性能名词解释第一章高分子的链结构1、化学组成：高分子中结构单元或重复单元的所含的原子种类与数量。
按化学组成的不同，高分子可分为——碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子、无机高分子、梯形高分子和双螺旋高分子。
2、侧基：主链上的取代基团。
3、端基：聚合物主链两端的基团，主要来自单体、引发剂、溶剂或分子量调节剂，其化学性质与主链很不相同。
4、线型高分子：高分子链呈线型，没有支链或交联。
5、支化：在缩聚反应中存在三官能团单体，或在加聚反应中，如自由基聚合存在链转移反应，或二烯烃聚合物上的双键活化，或在射线辐射下，则都可能形成枝状的非线形结构高分子，称为支化。
6、支化度：以支化点密度或两相邻支化点之间的连平均相对分子质量来表示支化的程度。
7、交联：高分子链之间借助于多官能团单体的反应或某种助剂（如硫、过氧化物等）将大分子链之间通过支链或化学键键接形成三维空间网络结构的过程。
8、键接结构：结构单元在分子链中的连接方式。
9、构型：分子中通过化学键所固定的原子或基团在空间的相对位置和排列。
10、几何异构：双烯类单体1,4 –加成聚合的高分子主链上存在双键，由于取代基不能绕内双键旋转，因而内双键上的基团在双键两侧排列的方式不同而有顺式（cis）构型和反式（trans）构型之分，称为几何异构。
11、旋光异构：饱和碳氢化合物分子中由于存在不同取代基的不对称碳原子，形成两种互为镜像关系的构型，表现出不同的旋光性，分别用d和l表示。
12、全同立构：如果将聚合物分子链拉成平面锯齿状，每一结构单元的取代基可以全部位于平面的一侧，即高分子链全部由一种旋光异构的结构单元组成，称为全同立构。
13、间同立构：结构单元的取代基交替位于平面的两侧，即高分子链由两种旋光异构的结构单元交替键接而成，称为间同立构。
14、规整度：规整度用来表示有规立构的程度，可用聚合物中全同立构和间同立构的总的百分含量来表示。
第一章高分子材料的基础知识
2、大分子链的立体构型（同分异构）
构型：是指分子链中由化学键所固定的原子在空间的几何排 列。这种排列是化学稳定的，要改变分子构型必须经过化学 键的断裂和重建。
由构型不同而形成的异构体有两类： ①旋光异构体
②几何异构体
①旋光异构体
正四面体的中心原子（如C、Si、P、N）上四个取代 基或原子如果是不对称的，则可能产生异构体。 结构单元为—CH2C*HR—的高分子，每一链节有两种旋 光异构体。假如高分子全部由一种旋光异构体单元组成，称 为全同立构；由两种旋光异构体交替间接，称为间同立构； 两种旋光异构体完全无规键接时，称为无规立构。 立体异构体之间的性能差别很大。例如：全同立构聚苯 乙烯能结晶，熔点240 ℃，而无规立构聚苯乙烯不能结晶， 软化点仅为80 ℃。 全同立构和间同立构聚合物统称为“等规聚合物”
CH O O ( Si C CH O) n
O ( CH )
O
C ( CH )
聚酯涂料
有机硅橡胶
√主链含有芳杂环时，内旋转难，链柔性差
CH3 O C CH3 O
O C
聚苯 聚碳酸酯PC
√主链中含有孤立C＝C双键时，链柔顺性好， 如：聚丁二烯等橡胶
－CH2－CH＝CH－CH2－CH＝CH－CH2－
√主链中含有共轭双键时，则只有刚性无柔性，如：聚乙炔
只有当化合物的分子量达到一定数值，产生了量变到质变的飞跃， 即在物理、机械等性能具有与低分子化合物有较大差别时，才能称 为高分子化合物，方可作为高分子材料在工程上应用。
高分子化合物分子量的分散性
高分子化合物及大多数天然高分子化合物则是各种长度不同、分子量 不同、化学组成相同的同系高分子混合物，即高分子化合物总是由不 同大小的分子组成。这一现象称为高分子化合物分子量的多分散性。
高分子课件(第一章)
远程结构
高分子的大小（分子量 极其排布） 高分子的形态（刚柔性 ）
28
2.高分子的聚集态结构
晶态结构 非晶态结构 取向态结构 液晶态结构 织态结构（高次结构）
第三层次结构
29
高分子的链结构：又称一级结构，它表明单个高分子链 中原子或基团的集合排列，即分子内结构。
近程结构：第一层次结构，指单个高分子内一个或几个 结构单元的化学结构和立体化学结构。
高聚物：重复单元数较多，增减几个单元不影响其物理性 质。
低聚物：重复单元数较少增减几个单元对其物理性质有显 著影响，或分子中仅有少数几个重复单元，其性质无显著 的高分子特性，类同于一般低分子化合物。
∴ 高分子化合物是不同大小分子量的同系混合物，以高 聚物为主体，含有少量低聚物，在总体上表现出高分子物 理-力学性能。也称聚合物。
分子量：104～106，原子数103～105个。 高分子与低分子是以相对分子量区别：
大于10000→高分子； 1500～10000中等分子化合物； 小于1000～1500低分子。
3
高分子的巨大分子量和它的特殊结构，所以具 备低分子没有的一系列独特的物理-力学性能：
力学性能
形变性能：弹性、粘性、粘弹性 断裂性能：强度、韧性
远程结构：第二层次结构，指单个高分子的大小和在空 间所存在的各种形态和构象。
高分子的聚集态结构：又称二级结构，是高分子整体的 结构，指单位体积内许多大分子链间的排列堆砌方式， 即分子间结构。
30
※ 高分子的链结构（一级结构）是反映高分子各种特 性的主要结构层次，直接影响聚合物的某些特性，如 熔点、密度、溶解性能、黏附性、黏度等。 ※ 高分子的聚集态结构决定聚合物制品使用性能的主 要因素。
高分子材料学
结晶温度： Tg< T < Tm
T>Tm 分子热运动自由能大于内能，难以形成有序结构。 T<Tg 链段运动被冻结，不能分子发生重排和形成结晶。
2 结晶与性能 ①结晶对力学性能的影响 ②密度 ③结晶度对阻隔性能的影响：
随着结晶度增加，透水性、透氧性变小。
④光学性质：物质的折光率与密度有关。
两相并存的聚合物--呈乳白色，不透明 结晶度减少时--透明性增加 完全非晶的聚合物--透明
PC PA POM ABS PET
特种工程塑料
导电、导磁、感光、压电等材料 ►共混型特种塑料合金 ①塑料共混 PE/PA-降低PA吸水性 PE/PC-改善PC耐应力开裂 ②橡塑共混 NR/PS-改善PS脆性 NBR/PVC-改善耐油、耐热及冲击性 ③塑料与其他材料共混 ：可制成导电、导磁、增强、 耐热耐磨、减震等材料 ►共混制特种塑料合金的目的 ①提高塑料自身物理机械性能、电性能 ②改善耐老化性及环境应力开裂性能 ③改善某些塑料的成型工艺性能 ④废物回用，防污染，降低成本
含氯，极性，双键不易活动。 耐老化、耐油，但耐低温性下降。
CI
2 端基 端基的产生：引发剂的残基 链终止方式 链转移 未反应的残留官能团 端基对聚合物性能的影响： ①热性能-对熔点的影响 ②光热稳定性：PVC--不饱和端基引发脱HCI POM--降解从端基开始 ③利用端基对聚合物改性和功能化 PP-g-MAH与PA6的-NH2端基反应
4 热性能 脆化温度Tc 使用温度 热塑 50-90C° 玻璃化温度Tg 热固100-200C° 流动（粘流）温度Tf 晶性聚合物熔点温度Tm 分解温度Td 5 电性能 一般比玻璃、陶瓷好 ► 介电常数及介质损耗小可减少电能消耗 ► 体积电阻及表面电阻大是理想绝缘材料 ► 某些塑料不受频率影响，用于雷达、电视等高频技术中 6 稳定性能 ► 耐化学腐蚀性：耐酸、碱、溶剂、油类 ► 耐光化性：光、热、射线等会使塑料老化变形，须加防 老剂阻缓其老化 ► 收缩性：收缩率绝对值较大且易波动
第1节 高分子材料概述
第一章塑胶材料知识第一节高分子材料概述高分子材料是由一种或多种简单低分子化合物（单体）聚合而成的聚合物（或高聚物）。
顾名思义，“高分子”是指材料的分子量很大，通常几万到数百万。
高分子材料虽然分子量很大，但组成并不复杂，主要是由C、H、O、N、P、S等原子以共价键方式组成的大分子链。
按其主链所包含原子的种类，可分为：①碳链高分子化合物，主链全部为碳原子，如聚乙烯烃、聚四氟乙烯等。
②杂链高分子化合物，主链除碳原子外，还可有O、N、P、S等元素，如聚酯、聚醚、聚酰胺等。
③元素有机聚合物，主链是由Si、Ti、Al、B等原子和O原子构成，侧基一般为有机基团，如有机硅树脂、有机硅橡胶等。
用来合成聚合物的原料称之为单体，是一些稳定存在的、简单的低分子化合物，如聚乙烯(PE)是由许多乙烯分子(CH2=CH2)合成的，聚氯乙烯(PVC)是由氯乙烯分子(CH2=CHCl)合成的。
高分子材料有许多金属和陶瓷材料不具备的优点，如原料丰富、成本低廉，它们大多可以从石油、天然气或煤中提取；密度小；化学稳定性好，一般对酸、碱和有机溶剂均有良好的抗蚀性能；有良好的电绝缘性能；有优良的耐磨、减摩和自润滑性；能吸振和减小噪声；优良的光学性能等。
一、高分子材料的合成反应：由单体聚合形成高分子化合物的反应称为聚合反应，可以分为加聚反应和缩聚反应二类。
1.1 加聚反应：加聚反应是指由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应。
让我们以乙烯形成聚乙烯为例来说明。
加聚反应开始是有条件的，如加压、升温或添加引发剂。
如添加H2O2就可以使乙烯单体中碳、碳原子间双键破坏，形成链节。
一旦反应开始就会自发进行下去，这是由于链节聚合放出的能量大于破坏双键所需能量。
当单体的供应耗竭时，或链的活性消失，如一个活性链端吸引了一个引发基，反应就会终止。
可以通过控制引发剂的数量来控制链的长度，引发剂添加少，链就会长得较长。
加聚反应可以是用一种单体，也可以用几种不同的单体。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
U S f l T ,V l T ,V
材料在等温、等容条件下发生弹性回复的驱动力由内能变 化和熵变两部分组成。
38
高分子材料ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能学
弹性变形的特点 1)可逆性：去掉外力后变形消失 弹性变形都是可逆变形 2).金属、陶瓷或结晶态高聚物：应力-应变线性 关系，弹性变形量都较小
●线型非晶态高聚物的形变-温度曲线
A-玻璃态
形变%
A B
C
D E
B-过渡区
C-高弹态
D-过渡区
Tb Tg
T/℃
Tf
E-黏流态
Tb-脆化温度；Tg-玻璃化温度；Tf-黏流温度
30
高分子材料性能学
●线型非晶态高聚物的三种物理状态的对比
三种物理 状态
玻璃态 Tb～Tg 高弹态 Tg～Tf 黏流态
运动单元
加工工艺、成型 结构与性能关系 材料的使用性能 材料的分类与应用
实际 应用
7
高分子材料性能学
三、材料性能的概念
1.材料在给定外界物理刺激下产生的响应行为或 表现 2.表征材料响应行为发生程度的参数，即性能 指标（如模量、强度等）
8
高分子材料性能学
四、材料性能的划分
性 能 划 分 力学性能：弹性、塑性、硬度、韧度、强度 物理性能：热学、磁学、电学、光学 耐环境性能：耐腐蚀性、老化、抗辐照性
正切值定义为切应变γ
A0
F
F
剪切应变：
γ tanθ
F 剪切应力： A0
22
高分子材料性能学
（3）均匀压缩
材料受到的是围压力（流体静压力）P。发生体积形
变，体积由V0缩小至V。
压缩应变：
A0
V 0V V V V0 V0
23
高分子材料性能学
1.1.2 弹性模量 单位应变所需应力的大小，是材料刚性的表征。模量 的倒数称为柔量，是材料容易形变程度的一种表征。 拉伸模量（杨氏模量）E： 剪切模量（刚性模量）G： 压缩模量（本体模量）K：
9
高分子材料性能学
力学性能：材料在外加载荷作用下或载荷与环境 联合作用下所表现的行为—变形和断裂。即材料 抵抗外载引起变形和断裂的能力。 变形能力 弹性、塑性 韧性 硬度 强度
力 材料脆性 学 性 力学性能 能 材料软硬程度 表 征 材料抵抗外力能力
10
高分子材料性能学
11
高分子材料性能学
五、材料性能的四个方面
υ与E和G之间有如下关系式：E = 2G(1+ υ) 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。
26
高分子材料性能学
单轴取向高分子材料
2个杨氏模量：
El为纵向杨氏模量 Et为横向杨氏模量
3).橡胶态的高聚物：应力-应变不呈线性关系，
且变形量较大
39
高分子材料性能学
弹性变形的力学性能指标
（1）弹性模量：是单位应变所需应力的大小，物理意义是 产生100 %弹性变形所需的应力。 （2）比例极限σp：是保持应力与应变成正比关系的最大应力， 即在应力-应变曲线上刚开始偏离直线时的应力
p
19
高分子材料性能学
（1）简单拉伸
外力F是垂直于截面积的大小相等、方向相反并
作用于同一直线上的两个力.
F
A0
A
拉伸应变：
l
l l0 l l0 l0
l0 l
拉伸应力：
F
F A0
20
高分子材料性能学
真应力-真应变
真应力： 真
F A
真应变: 真 0
真
dl l d ln l0 l l0
弹性模量较大，约109~1010Pa。 形变小，机械性能随温度变化不大
5
高分子材料性能学
二、 材料的四要素
成分/结构、制备/工艺、性质和使用性能
成分/结构、制备/工艺 决定固有性质
性质决定使用性能
使用性能决定材料 的用途
6
高分子材料性能学
高分子科学各课程间的联系
成分/结构、制备 高分子化学 聚合反应工程 理论 和物质 高分子成型与加工 基础 高分子物理 高分子材料性能学 高分子材料 实用 价值
O e
a c d b H
反弹性后效
卸载时应变落后于应力
44
高分子材料性能学
（2） 粘弹性
定义：材料在外力作用下弹性和粘性两种变形机理 同时存在的一种力学行为 粘性：液体或溶体内质点间或流层间因相对运动而 产生的内摩擦力以反抗相对运动的性质。
特征：应变对应力的响应不是瞬时完成的，需要通过 一个驰豫过程，卸载不留残余变形；应力和应变的关系与 时间有关。
14
高分子材料性能学
八、本课程的学习方法
预备知识：材料力学、高分子材料科学基础、 高分子物理 学习方法：性能的基本概念——物理本质—— 影响因素——性能指标的工程意义—— 指标的测试与评价
理论联系实际、重视实验
15
高分子材料性能学
八、参考书目
1. 2. 3. 4. 5. 《材料性能学》王从曾主编，北京工业大学出版社，2001年 《材料性能学》张帆等主编，上海交通大学出版社，2009年 《高分子物理》何曼君等主编，复旦大学出版社，2001年 《高分子物理》金日光等主编，化学工业出版社，2007年 《高聚物的力学性能》何平笙编著，中国科学技术大学出版社， 2008年 6. 《高分子材料强度及破坏行为》傅政编，化学工业出版社， 2005年 7. 《高分子材料强度学》朱锡熊等编，浙江大学出版社，1992 年 8. 《高分子概论》代丽君等主编，化学工业出版社，2006年 9. 《高分子材料概论》吴奇晔等编，机械工业出版社，2004年 10. 《近代高分子科学》张邦华等编，化学工业出版社，2006年
的能力
失效：材料在载荷与环境作用下服役，无法抵抗变形和断裂， 失去其预定的效能而损坏。 常见的三大失效形式：磨损、腐蚀、断裂
18
高分子材料性能学
1.1 力学性能的基本指标
1.1.1 应力与应变 当材料受到外力作用，它所处的条件又不能产生
惯性移动时，其几何形状和尺寸会发生变化，这种变
化就称为应变，亦可称为形变。 定义单位面积上的附加内力为应力。
e
e
e 1 ae e e 2 2E
2
提高弹性比功的方法： 提高σe 降低E（提高弹性极限应变εe）
o
e
橡胶低E和高弹性应变—高弹性 比功
41
高分子材料性能学
非理想弹性 理想弹性行为：
E
（1）.应变-应力线性 （2）.应力和应变同相位 （3）.应变是应力的单值函数
E
G
KP
V
24
高分子材料性能学
泊松比
材料在拉伸时，不仅有轴向伸长，同时有横向收缩。 横向应变对轴向应变之比称为泊松比，以ν 表示
m0 横向应变 l 轴向应变 l0 m
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.
25
高分子材料性能学
宏观表征：表征材料性能的参数，如强度、硬度 微观本质：材料的性能是材料内部结构因素在一定 外界作用下的综合反映 影响因素：内因（材料结构），外因（温度等） 性能测试：测试原理、设备、方法
12
高分子材料性能学
六、高分子材料性能学的主要内容
高分子材料的常规力学性能 （6课时） 高分子材料的高弹性与粘弹性 （5课时） 高分子材料的断裂 （5课时） 高分子材料的力学强度 （5课时） 高分子材料的疲劳性能 （3课时）
28
高分子材料性能学
1.2 高分子材料的分子运动和力学状态转变
1.2.1 高分子材料的分子运动特点 （1）运动单元和模式的多重性 （2）分子运动的时间依赖性 （3）分子运动的温度依赖性
xt x0 e
oe
t /
E / RT
29
高分子材料性能学
1.2.2 高分子材料的力学状态及转变
高分子材料的非理想弹性行为：
滞弹性、粘弹性、内耗
42
高分子材料性能学
非理想弹性变形 （1）滞弹性 材料在快速加载或卸载后，随时间的延长 而产生的附加弹性应变的性能，又称弹性后效。
弹簧 薄膜传感器
动画引自九江学院杜大明《材料科学基础》ppt
43
高分子材料性能学
滞弹性示意图
A
B
正弹性后效
加载时应变落后于应力
33
高分子材料性能学
1.3 高分子材料的拉伸行为
哑铃状试件
L0=5.65A01/2 或11.3A0 1/2
34
高分子材料性能学
1.3.1 线型非晶态高聚物的应力-应变曲线
e-弹性极限点
y -屈服点
σ
b y
应变软化 应变硬化 冷拉 p-比例极限 p-比例极限 b -断裂点
e
p
p e y
16
高分子材料性能学
第1章 高分子材料的常规力学性能
17
高分子材料性能学
力学性能：高分子材料抵抗变形和断裂的能力
弹性:材料在外力作用下保持和恢复固有形状和尺寸的能力
塑性:是材料在外力作用下发生不可逆的永久变形的能力
强度:是材料对变形和断裂的抗力 寿命:是指材料在外力的长期或重复作用下抵抗损伤和失效
高分子材料性能学
彭 志 平
材料科学与工程学院A323
高分子材料性能学
绪
一、材料分类
金属材料 无机非金属材料 高分子材料