结构与性能(聚合物部分)整理
聚合物材料结构与性能分析
聚合物材料结构与性能分析随着科技的不断发展，聚合物材料在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。
聚合物材料被广泛应用在塑料制品、涂料、胶水、纺织品、电力电缆、医疗器械、汽车零部件、航空航天工程等领域中，成为了工业化生产的主要材料之一。
为了更好地研究聚合物材料的性能，需要深入了解其结构。
一、聚合物材料的结构聚合物材料的结构可以分为线性、支化和交联三种形态。
其中，线性聚合物是由一种或者几种单体按照化学键的方式以链状排列而成，分子量较小；支化聚合物是通过在线性聚合物中引入支链而形成的，支链数量影响聚合物的分子量；交联聚合物是聚合物分子之间通过交联点相互连接形成的，具有较高的强度和硬度。
聚合物材料的结构对其性能具有较大的影响。
线性聚合物因分子之间的顺序排列有序，故具有较强的延展性和柔软性，但同时也很脆弱。
与之相比，支化聚合物分子之间存在交叉和支链，增加了分子间的空间间隙，分子不易移动，故其延展性和柔软性较差，但抗拉强度和耐磨性等方面表现出了优异的性能。
交联聚合物由于分子之间的连接非常紧密，形成了三维连通结构，具有优异的耐热性、耐压性和耐化学腐蚀性等方面性能。
二、聚合物材料的性能聚合物材料的性能可分为物理性能和化学性能两个方面。
1. 物理性能聚合物材料的物理性能包括密度、硬度、热膨胀率、热导率、电导率等方面。
其中，密度是聚合物材料中分子的堆积情况，影响材料的重量和容积比例；硬度是指材料表面对受力的抵抗力，硬度越大，耐磨性和耐刮性也越强；热膨胀率是指在温度变化下材料的长度、面积或体积变化程度；热导率是指在导热过程中单位时间内的热通量和面积比例；电导率则是指电流通过单位长度材料的电阻大小。
2. 化学性能聚合物材料的化学性能包括耐酸碱性、耐热性、阻燃性、耐紫外线性等方面。
其中，耐酸碱性是指聚合物材料在酸碱介质中稳定性和抗腐蚀性；耐热性是指材料在高温环境下变形程度和防止氧化剥蚀的能力；阻燃性是指材料在火灾中的燃烧速度和发出有害气体的程度；耐紫外线性是指材料对紫外线的抵抗程度。
聚合物结构与性能
量分数虽大，因为其分子量较大，所以其摩尔分
数较小，对 PET 大分子链的规整性破坏不大， 再 加上柔性的PEG对PET分子的增塑作用，从而使得 在一定条件下所得 PET 纤维的结晶度反而加大。 (在5%-10%时的反常现象)
4.1.3影响结晶度大小的因素 (1) 影响wc的链结构因素 一般说来，高聚物分子链的结构越简单，侧基的 体积越小，分子链越柔顺，结晶速率越快，可达到 的最大结晶度也越大。结晶速率与结晶度的经验关 系：lnυmax∝wc lnυmax ≈ 0.2093Xc-12.56 例如， PE比PET的链结构即简单又规整，结晶速率 快，PE的wc可达80％以上，PET的wc 一般在50％左 右。
0.60 0.55 0.50 0.45 0.40
drawn PET fibers
wc
0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280
0
as-spun fibers
T ( C)
Fig. Effects of annealing and drawing on degree of crystallinity
4.1.2 Relationships between properties and crystallinity degree 4.1.2 结晶度与性能的关系
(1) 增强的性质
1. melting temperature (Tm) 2. tensile strength (a) 3. hardness
4.1 Degree of crystallinity
聚合物的结构与性能
O Tg (oC)
CH3 C CH3
聚碳酸酯
150
COO
H3C O
H3C 聚苯醚 220
第11页/共16页
第六章聚合物的结构与性能
b. 侧基或侧链： 侧基的极性越强，数目越多，Tg越高，如：
CH2 CH CH3
聚丙烯
CH2CH Cl
聚氯乙烯
CH2CH OH
聚乙烯醇
CH2CH CN
聚丙烯腈
Tg (oC) -18
在一定的外力和温度条件下，聚合物从一种平衡状态通过分子热运动达到相 应的新的平衡状态需要克服运动时运动单元所受到的大的内摩擦力，这个克服内 摩擦力的过程称为松弛过程。松弛过程是一个缓慢过程。
第6页/共16页
第六章聚合物的结构与性能
（3）聚合物的分子运动与温度有关： 温度升高作用有两：增加能量；使聚合物体积膨胀，扩大运动空间。
第六章聚合物的结构与性能
玻
璃
态
பைடு நூலகம்
形 变
I
橡胶态
III
II
温度
随着温度的升高，形变逐渐增大，当温度升高到某一程度时，形变发生突变， 进入区域II，这时即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当 外力除去后，形变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢 复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。
并可通过共聚物组成来连续改变共聚物的Tg。 嵌段共聚物和接枝共聚物：若两组分相容只表现出一Tg，若两组分不相容，表
现两Tg。
第14页/共16页
第六章聚合物的结构与性能
共混： 两组分相容：均相体系，只有一个Tg，介于两组分Tg之间； 两组分不相容：出现相分离，具有两个Tg，其值分别接近两组分Tg； 两组分部分相容：相容性愈好，共混物的两个Tg愈接近。
聚合物的结构与性能知识讲解
聚合物的结构与性能
（2）球晶
聚合物结晶最常见的结晶形态，是一种圆球状的晶体，尺 寸较大，一般是由结晶性聚合物从浓溶液中析出或由熔体冷却 时形成的。球晶在正交偏光显微镜下可观察到其特有的黑十字 消光或带同心圆的黑十字消光图象。
6.2 高分子的聚集态结构
高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构， 它是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构。
聚合物的结构与性能
虽然高分子的链结构对高分子材料有显著影响，但由 于聚合物是有许多高分子链聚集而成，有时即使相同链结 构的同一种聚合物，在不同加工成型条件下，也会产生不 同的聚集态，所得制品的性能也会截然不同，因此聚合物 的聚集态结构对聚合物材料性能的影响比高分子链结构更 直接、更重要。
差；如：
C2 H CH H
C2 HCH C3 H
C2 H CH
柔 顺 性 ： 聚 乙 烯 > 聚 丙 烯
> 聚 苯 乙 烯
聚合物的结构与性能
对称性侧基，可使分子链间的距离增大，相互作用减弱， 柔顺性大。侧基对称性越高，分子链柔顺性越好。如：
CH2 CH CH3
CH3 CH2C
CH3
柔顺性： 聚丙烯 < 聚异丁烯
（1）主链结构 当主链中含C-O，C-N，Si-O键时，柔顺性好。 这是因为O、N原子周围的原子比C原子少 ，内旋转的
位阻小；而Si-O-Si的键角也大于C-C-C键，因而其内旋转 位阻更小，即使在低温下也具有良好的柔顺性。 如：
聚合物的结构与性能
O COC
聚 酯
OH CNC
聚 酰 胺
第一篇第一章聚合物结构与性能
2 粘度法 溶液的粘度一方面与聚合物的分子量有关，却也决定 于聚合物分子的结构、形态和在溶剂中的扩散程度。因此 该法为相对方法。 一、粘度的定义 流体流动时，可以设想有无数个流动的液层，由于液 体分子间相互摩擦力的存在，各液层的流动速度不同。单 位面积液体的粘滞阻力为ζ，切变速度为ξ，那么粘度为 η= ζ/ ξ 即流速梯度为1秒-1、面积为1厘米2的两层液体间的内摩 擦力。其单位为泊（厘泊）： 1P=100cP=1gs-1cm-1=0.1kg s-1m-1 =0.98(Ns2m-1) s-1m-1 =0.98Nm-2s=0.98Pa·s≈1Pa·s 以上所定义的粘度是绝对粘度。对于高分子溶液，我们感 兴趣的是高分子进入溶液后引起的粘度变化，一般采用以 下几种参数：
1
端基分析 聚合物的化学结构明确,每个高分子链末端有一个或 x个可以用化学方法分析的基团，那么一定重量试样中 端基的数目就是分子链数目的x倍。所以从化学分析的 结果就可以计算分子量。 M= xw/n w为试样重量，n为被分析端基的摩尔数。 注意： • 该法要求聚合物结构必须明确。 • 分子量越大，单位重量试样中可分析基团的数目越少， 分析误差越大，故此法只适于分析分子量较小的聚合物， 可分析分子量的上限为2×104左右。 • 一般用于缩聚物。加聚反应产物分子量较大，且一般无 可供化学分析的基团，应用较少。 • 还可用于分析聚合物的支化情况，但要与其他方法配合 才行。 • 数均分子量。
第一篇 聚合物加工的理论基础
• • • • 聚合物的结构 聚合物的流变性质(聚合物的分子运动） 材料的力学性能 聚合物加工过程的物理和化学变化
第一章 聚合物的构
• 聚合物的结构 • 高分子的链结构与高分子的柔顺性 • 高分子的聚集态结构
第一章 聚合物的结构
聚合物结构与性能
1、分析HIPS结构组成、加工原理、结构特点与性能高抗冲聚苯乙烯，是将少量聚丁二烯接技到聚苯乙烯基体上。
具有“海岛结构”，基体是塑料，分散相是橡胶 .具有诸多的特性 :①耐冲击聚苯乙烯为热塑性树脂；②无臭、无味、硬质材料、成形后尺寸安定性良好；③有优秀的高介电性绝缘性；④为非晶质低吸水性材料；⑤其光泽性良好易于涂装。
2、分析ABS结构组成、结构特点、性能ABS树脂是丙烯酸、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。
共聚的方式是无规共聚与接枝共聚相结合：它可以是以丁苯橡胶为主链，将苯乙烯、丙烯腈接在支链上；也可以是丁腈橡胶为主链，将苯乙烯接在支链上；也可以以苯乙烯-丙烯腈的共聚物为主链，将丁二烯和丙烯腈接在支链上等等。
ABS三元接枝共聚物兼有三种组分的特性。
其中丙烯腈有氰基，能使聚合物耐化学腐蚀，提高制品的抗张强度和硬度；丁二烯能使聚合物呈现橡胶状的韧性，这是材料抗张强度增强的主要因素；苯乙烯的高温流动性能好，便于加工成型，且可改善制品的表面光洁度，是一种性能优良的热塑性塑料。
3、聚合物的增韧增强增韧：①橡胶增韧，如通过橡胶增韧苯乙烯-丙烯腈共聚物树脂，制备性能优良的ABS工程塑料。
②刚性无机填料增韧，如纳米碳酸钙粒子增韧高密度聚乙烯。
③热塑性塑料增韧，如热塑性塑料增韧双马来酰亚胺树脂。
④液晶聚合物增韧，如热致性液晶聚合物增韧环氧树脂。
增强：添加无机纳米粒子如TiO2、SiO2、Al2O3、CaCO3 等和橡胶纳米粒子以及蒙脱土等片状硅酸盐等形成聚合物基纳米复合材料；添加纤维状填料如碳纤维、石墨纤维、硼纤维和单晶纤维-晶须或短玻璃纤维等。
4、PE结构、材料的加工原理聚乙烯的分子是长链线型结构或支结构，为典型的结晶聚合物。
在固体状态下，结晶部分与无定型共存。
结晶度视加工条件和原处理条件而异，一般情况下，密度高结晶度就越大。
LDPE结晶度通常为55 %-- 65%，HDPE结晶度为80%-90%。
高密度聚乙烯通常使用Ziegler-Natta聚合法制造，其特点是分子链上没有支链，因此分子链排布规整，具有较高的密度。
聚合物中的分子结构与性能
聚合物中的分子结构与性能聚合物是一种由大量相同或类似分子（称为“单体”）通过共价化学键连接而成的高分子化合物。
聚合物的性质取决于分子结构，因此分子结构对聚合物的性能有着非常重要的影响。
本文将介绍聚合物中的分子结构与性能之间的关系。
一、线性聚合物与支化聚合物聚合物可以根据分子结构的形态分为线性聚合物和支化聚合物。
线性聚合物的分子链是直线型的，通常具有规则、连续的结构，例如聚丙烯和聚乙烯。
支化聚合物的分子链上会有分支或侧链，这些分支可以与主链结合，使分子形状多样化。
支化聚合物通常比线性聚合物更容易形成有序晶体结构，因此在物理性能、热稳定性和耐化学腐蚀性方面具有优势。
例如，聚乙烯可支化使其具有更高的耐热性和耐化学腐蚀性能。
二、分子量分布对聚合物性能的影响聚合物的分子量也会直接影响其性能。
分子量分布对聚合物的分子结构和性能有着直接的影响。
聚合物可分为单分散聚合物和多分散聚合物。
单分散聚合物的分子量分布非常狭窄。
由于它们的分子量比较统一，因此它们的物理性质、力学性能和加工工艺都非常稳定和可预测。
多分散聚合物的分子量分布范围较广。
由于它们的分子量和分子结构不均匀，使其在加工和使用方面有一定的不确定性。
因此，控制聚合物分子量分布是制备高品质聚合物的重要环节之一。
三、共聚物结构与性能共聚物是同时使用两种或两种以上不同单体制成的高分子化合物。
共聚物的分子结构和性能取决于各单体之间的相互作用。
共聚物可以分为随机共聚物、交替共聚物和嵌段共聚物。
随机共聚物是指不同单体按随机顺序聚合而成的高分子化合物。
交替共聚物是交替聚合两种或多种不同单体而成的高分子化合物。
嵌段共聚物是指在高分子链中不同单体按均匀方式排列并形成相同长度的片段。
共聚物具有比单一组分聚合物更多样化的化学和物理性能，可以通过合理选择单体组合，来调节其性能。
例如，丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯可以聚合成随机共聚物，由于甲基侧链比乙基侧链更大，制得的共聚物可以具有更高的玻璃化转变温度和更好的玻璃稳定性。
聚 合 物 的 结 构 与 性 能
共聚物结构中的序列问题
为描述共聚物的序列结构，常用的参数有各单体单 元的平均序列长度和嵌段数R。例如下面共聚物分 子： A B AA BBB A BB AA BBBB AAA B 其中A单体9个，A序列为5段，B单体11个，B序列 为5段（短划表示序列）。 嵌段R的含义是指在100个单体单元中出现的各种嵌 段的总和。R与平均序列长度的关系是： —— —— R 200/( LA n LB n) 上例中R=50；当R为100时，表明是交替共聚；对 于嵌段共聚物，当分子无限长时，R的极限为0；无 规共聚物的R介于这两者之间。因此——R愈大愈富 有交替性，R愈小愈富有嵌段性。
这种由结构单元间的联结方式不同所产生的异构体称为 顺序异构体。
实验证明，在自由基或离子型聚合的产物中，大多数是 头——尾键接的。
支化与交联
线形高聚物可以在适当溶剂中溶解，加热可以熔 融，易于加工成型； 支化对物理机械性能的影响有时相当显著： 支化程度越高，支链结构越复杂，影响高分子材 料的使用性能越大；支化点密度或两相临支化点 之间的链的平均分子量来表示支化的程度，称为 支化度。 高分子链之间通过支链联结成一个三维空间网型 大分子时即成为交联结构。所谓交联度，通常用 相邻两个交联点之间的链的平均分子量 来表示。 _ 交联度越大， 越小。 Mc
第 四 章
聚合物的结构
聚 合 物 的 结 构 与 性 能
聚合物是由许多单个的高分子链聚集而成，因而其结构有 两方面的含义：（1）单个高分子链的结构；（2）许多高分子 链聚在一起表现出来的聚集态结构。可分为以下几个层次： 聚 合 物 的 结 构 一级结构 近程结构 二级结构 远程结构 结构单元的化学组成、连接顺序、 立体构型，以及支化、交联等 高分子链的形态（构象）以及 高分子的大小（分子量）
聚合物的结构与性能
对应用做材料的高分子来说，关心的不是具体构型(左旋 或右旋)，而是构型在分子链中的异同，即全同(等规)、间 同或无规。
聚合物的结构与性能
Isotactic 全同立构
Syndiotactic 间同立构
Atactic 无规立构
结构规整 较规整 不规整
等规度(tacticity): 全同或间同立构单元所占的百分数
非反应性：－CH3、－OCH3， 如聚甲醛受热降解从端羟基开始，必须进行酯化或醚化以封端。
HO-CH2-O-CH2-O-CH2 CH3O-CH2-O-CH2-O-CH2
-O-CH2-O-CH2-OH 酯化
-O-CH2-O-CH2-OCH3
聚合物的结构与性能
反应性：－OH、－COOH、－NH2， 可进一步反应合成复杂结构
聚合物的结构与性能
一、（单根）高分子链的结构
高分子链结构的特点
●既简单又复杂； ●长而柔； ●分子量大而不均匀
聚合物的结构与性能
1.一级结构
1）.化学组成
结构术语
主链
支链
聚合物的结构与性能
端基
侧基
➢ 主链
(A) 碳链高分子
主链全部由碳原子组成
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
聚乙烯
聚合物的结构与性能
有机氟高分子的化学特性：
最好的化学稳定性： 高抗紫外线性、高耐候性、高耐化学性、高耐老化性 特异的表面性能—表面能最低： 拒水性好、拒油性好、耐沾污性好 理想的生物稳定性和生物相容性： 优异的光学性能： 可有低折射率、高透明性 优异的电学性能：
低介电常数、高绝缘性 有机氟高分子材料被誉为“有机材料之王”。
聚合物结构与性能
一、名词解释（5个）聚合物分子（高聚物分子，通常简称为高分子）：(1)这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓的单体单元或链节) (2)并且只有一种或少数几种链节(3)这些需要的链节多重重复重现。
长周期：在纤维轴方向片晶和非晶能重复出现的最短距离，即片晶和非晶的平均厚度之和 缚结分子：连结至少两个晶体的分子。
初期结晶：是指液态或气态初步形成晶体的过程预先成核：晶核预先存在，成核速率与时间无关。
二、概念的区别与联系（4对）1、微构象与宏构象微构象：分子中的一小部分由于一个或数个键的内旋转所引起的构象。
宏构象：表示在单键周围的原子和原子基团的旋转产生的空间排列。
2、玻璃化转变温度与熔融温度玻璃化转变温度：非晶态聚合物或部分结晶聚合物中非晶相发生玻璃化转变所对应的温度。
熔融温度：晶体物质由固态向液态转变时固液两相共存的温度。
3. 应力与应变应力：受力物体截面上内力的集度，即单位面积上的内力。
应变：物体内任一点因各种作用引起的相对变形。
4、质量结晶度与体积结晶度质量结晶度：X-射线被高聚物中原子散射的强度与原子所处的状态无关，原子的聚集状态只决定衍射线的位置与形状，不影响总强度。
因此可以认为非晶部分的质量与结晶部分的质量之比，等于非晶部分的衍射强度与结晶部分的衍射强度之比。
即(m m m a a c c I I I ∝∝∝,,)。
理论上，只要知道晶区和非晶区衍射的X 射线的总强度，就可计算结晶度。
在实际工作中，只能在一定的角度范围收集衍射强度数据，无法收集到样品衍射或散射X 射线的总强度。
这样，在所收集的数据中，晶区或非晶区对衍射强度的贡献可能偏高或偏低。
所以，应加入比例常数 即c a ca I I k m m =，a c c a c c x c kI I I m m m w +=+=,，式中， K 为比例常数。
体积结晶度： 用X-射线衍射法体积结晶度。
根据微原纤结构模型即可测得结晶度L Dx c =,φ式中，D 为晶片厚度，L 为长周期。
聚合物材料的结构与性能研究
聚合物材料的结构与性能研究随着现代科技的不断发展和进步，聚合物材料作为一种新型材料的研究和应用也越来越受到人们的关注。
本文将从聚合物材料的结构和性能两个方面来探讨它的研究进展。
一、聚合物材料的结构研究1.1 分子构成和结构聚合物材料所用的单体分子可以是甲基丙烯酸酯、丙烯腈、苯乙烯、苯乙二烯等，它们通过聚合反应形成分子链的方式连结在一起。
而聚合物的分子结构对其材料的力学性能、物理化学性能等均有着非常重要的影响。
1.2 分子链结构聚合物材料的分子结构丰富多态，包括线性、支化、交联、星状以及嵌段共聚物等各种不同的结构形态。
其中，线性聚合物的结构最为简单，分子链呈直线状，不分枝；支化聚合物分子链中含有分枝，支化度越高，链的长度就越短；交联聚合物分子间通过交联作用形成网络结构，具有优异的力学性能和热稳定性；星状聚合物呈三维空间结构，具有优异的溶剂性和稳定性。
1.3 超分子结构超分子结构是指聚合物材料中诸如晶体、胶束、微胶囊、膜等颗粒形态或器件结构的形成，大大影响聚合物材料的性能。
二、聚合物材料的性能研究2.1 力学性能聚合物材料的力学性能包括强度、韧性、硬度、弹性模量、屈服点等指标。
聚合物的力学性能受材料自身结构、聚合度、聚合反应、后处理等因素影响。
2.2 光学性能聚合物材料的光学性能表现为吸收、发射、自旋、电子转移等方面的特性。
聚合物中分子极性高，易受光电场影响，表现出较好的非线性光学性质。
2.3 热学性能聚合物材料的热学性能表现为热膨胀、热导率、热容、玻璃化转变温度等物理性质。
聚合物的热学性能受分子量、分子结构、加工工艺等多重因素影响。
2.4 生物相容性聚合物材料在生物医学领域的应用需考虑其对生物组织的相容性以及吸附生物分子的能力。
生物相容性因材料的分子结构、大小、形态、表面化学、力学性质等都有着非零关联系续。
总的来说，聚合物材料的研究是一个复杂而有意义的课题。
结构和性能的研究是相辅相成的，在聚合物材料的开发、应用和改进过程中起着重要作用。
聚合物材料的结构与性能
聚合物材料的结构与性能聚合物材料是指由单体聚合而成的大分子有机化合物，它具有很多优异的性质和广泛的应用领域，如塑料、纤维、涂料、胶黏剂等。
其中，聚合物材料的结构对其性能具有极其重要的影响，本文将从聚合物基础结构、拓扑结构、化学结构三方面来探讨聚合物材料的结构与性能。
聚合物基础结构聚合物材料的基础结构分为线性聚合物、支化聚合物、交联聚合物和其它结构材料。
线性聚合物，就是由一条长链组成的聚合物，它拥有极高的延展性和柔韧性，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。
线性聚合物的结构越规则，其性能就越稳定、耐久。
支化聚合物是在线性聚合物上引入支链的结构，支链的引入能改善聚合物的特性，如增强其耐热、抗氧化和耐寒性。
支化聚合物具有良好的弹性、韧性和可加工性，如聚丙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物等。
交联聚合物是通过交联剂将线性聚合物交联成三维网络结构，使其具有更强的力学性能，如聚氯丁二烯橡胶、聚氨酯泡沫等。
交联聚合物还可通过交联剂的不同组合，调节其硬度、弹性和耐久性等性能，其性能更加多变和可定制化。
其他结构材料包括固体聚合物、液晶聚合物、高分子共价键网络材料等。
这些结构材料的特点和应用比较独特和特殊，但它们都具有聚合物材料独有的柔性、可塑性和设计性等特点。
聚合物拓扑结构聚合物材料的拓扑结构是指其它多重基元的组合方式，包括线性、支化、平面、星形、环状、螺旋等几何形状。
不同的聚合物结构具有不同的物理、化学和力学性质，如韧性、刚度、柔韧性、可加工性、分子分布、链分布等。
线性结构的聚合物是最基本和最常见的结构，在其它结构中也普遍存在。
线性结构聚合物的物理性质可通过PEG和PEG-PEO均聚物、PEG和PEG-g-PEO共聚物体系中的模拟来更好地理解。
支化聚合物中，平面和星形结构在抗拉强度和刚度方面比较优异，而三分子分岔的树枝聚合物具有良好的可加工性、熔体黏度和流动性。
环状聚合物具有特殊的结构和性能，如导电性、功能性、生物相容性能。
聚合物材料的结构与性能分析
聚合物材料的结构与性能分析一、聚合物材料的基本概念和结构聚合物是一类由许多小分子单元组成的大分子化合物，具有多种性质，如强度、硬度、柔韧性和耐用性等，可以应用于各种领域，例如电子、医药、材料科学和纺织品等。
聚合物的结构由氢键、静电作用和范德华力等相互作用力所决定，其中最常见的聚合物有：线性聚合物、分支聚合物、交联聚合物和共聚聚合物。
其中，线性聚合物的分子链呈直线状，是由相同或不同的单体按照一定的顺序结合形成的。
例如，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等都是线性聚合物。
分支聚合物的分子链在聚合过程中出现了分支点，导致分子链变得不规则或多面体。
例如，高密度聚乙烯、聚偏二氯乙烯、聚碳酸酯等都是分支聚合物。
交联聚合物是由两个或多个线性聚合物交叉连接而成，分子链形成空间网络。
例如，聚氨酯、聚丙烯酰胺凝胶、聚酰亚胺等都是交联聚合物。
共聚聚合物是由两个或多个不同的单体按照一定的比例结合形成的，分子链呈分支和交联的结构。
例如，苯乙烯-丁二烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等都是共聚聚合物。
二、聚合物材料的性能分析聚合物材料的性能分析是研究聚合物材料特性和性能的过程，包括物理性质、力学性质、化学性质和热学性质等。
1. 物理性质聚合物材料物理性质包括密度、折射率、吸水率、透明度、能量水平等指标。
这些指标经常是描述聚合物材料的基本性质和应用过程中需要考虑的专业参数。
2. 力学性质弹性模量（E）和拉伸强度（σm）是识别聚合物材料的力学性质的关键指标。
弹性模量是衡量材料对外部力的抗性，而拉伸强度是测量材料在拉伸压缩条件下的最大强度。
3. 化学性质化学性质是指聚合物材料与其他物质相互作用的能力，例如与溶剂、酸或碱进行反应的能力。
聚合物材料的化学性质通常由分子结构、原子组成和基团相互作用影响。
4. 热学性质热学性质是指聚合物材料在通过加热和冷却来改变密度和体积时，出现的性质。
这些性质包括热膨胀系数、热导率和热膨胀等。
三、聚合物材料的应用领域由于聚合物材料的特殊性质，使其可以应用于许多领域，例如：1. 医学领域聚合物材料可用于医疗器械、人工心脏瓣膜、骨接合和缝合等。
聚合物结构与性能1
2-3 氢键
分子间或分子内均可形成，是极性很强的X—H键上的氢 原子与另外一个键上的电负性很大的原子Y上的孤对电子 相互吸引而形成的一种键（X—H…Y），具有方向性和饱 和性。
氢键也可归入范德华力； 氢键的键能一般在13～29kJ/mol； 键长为：2.4～3.2 埃。
聚酰胺、聚胺酯和生物大分子中氢键起着重要的作用。
当 r < r0 时，分子间作用力呈现为完全的斥力。 范德华力作用能为 2—8 kJ/mol，比化学键小1～2个数量级， 但其平衡距离较长。
原子和基团的范德华半径（埃）
H 1.2 CH3 2.0 C6H6 1.85 N 1.5 P 1.9 O 1.40 S 1.85 F 1.35 Cl 1.80
n
这类高聚物不易水解，易加工，易燃烧，易老化， 耐热性较差。
2. 杂链高分子
分子主链由两种或两种以上原子如：O，N， S，C等以共价键相连的高分子，如：
CH2
O
n
聚甲醛
O O R O C R'
O C n 聚酯
O NH R NH C R'
O C 聚氨酯 n
CH3 O C CH3
O
O S
O
O
聚合物的结构和性能
Structures and Properties of Polymers
教材：
《聚合物的结构和性能》马德柱 等编，科学出版
社，1999年，第二版
参考书：
《高分子物理》何曼君 等编，复旦大学出版社， 1990年修订版
《高聚物的结构与性能》，陈平、唐传林 编，化
学工业出版社，2005年7月，第一版 《高分子物理》刘凤岐、汤心颐编，高等教育出 版社，2004年第二版
聚合物结构与性能
聚合物结构与性能聚合物是由一种或多种单体分子经聚合反应形成的巨大分子链。
它们在自然界和人工合成中广泛存在，并且在许多领域中都有重要的应用。
聚合物的结构对其性能具有关键影响。
在本文中，我们将讨论聚合物结构与性能之间的关系，并举例说明它们在不同应用中的作用。
首先，聚合物的结构受到单体分子的类型和链的排列方式的影响。
单体分子的结构决定了聚合物的基本化学性质，如溶解度、化学稳定性等。
例如，聚乙烯是由乙烯单体聚合而成的线性聚合物，具有良好的化学稳定性和机械性能，广泛用于塑料制品的制造。
另一方面，丙烯腈和丙烯酸单体共聚合生成的聚丙烯腈-丙烯酸共聚物具有较高的气体渗透性，适用于膜分离和半导体行业。
其次，链的规则排列方式对聚合物的性能产生重要影响。
聚合物可以采用直链、支链或交联结构。
直链聚合物通常具有较低的熔点和玻璃化转变温度，并且易于加工成纤维和薄膜。
支链聚合物的分枝结构可以增加分子间的交叉作用，提高聚合物的机械强度和耐热性。
例如，聚丙烯可以通过引入丙烯酸甲酯单体来制备聚酯，其中酯基分子作为分枝点，提高了聚合物的强度和热稳定性。
交联聚合物是通过交联剂将聚合物链交联在一起形成的三维网络结构，具有优异的强度、硬度和耐用性，广泛应用于胶粘剂、涂料和橡胶制品中。
此外，聚合物的分子量和分子量分布也对其性能产生重要的影响。
高分子量的聚合物通常具有较高的强度和刚性，但是加工性能较差。
相比之下，低分子量的聚合物容易溶解和加工，但其力学性能较低。
分子量分布越窄，聚合物的性能越均匀，反之则性能差异较大。
因此，在聚合反应过程中，控制反应条件以获得所需的分子量和分子量分布是至关重要的。
最后，聚合物的结晶性和玻璃化转变温度也对其性能产生重要影响。
结晶性聚合物具有有序的结晶区域，具有较高的刚性和强度，也具有较低的渗透性。
玻璃化转变温度是聚合物从玻璃态（高强度、高刚性）转变为橡胶态（高延展性、高韧性）的临界温度。
这种转变对聚合物的工程应用至关重要，例如在低温环境下，玻璃化转变温度较低的聚合物通常更具韧性。
高分子聚合物结构与性能
高分子聚合物结构与性能高分子聚合物是由许多重复单元通过化学键连接形成的巨大分子。
它们在人类社会中发挥着重要的作用，广泛应用于塑料、橡胶、纤维和膜等领域。
高分子聚合物的结构和性能紧密相关，对于理解和应用这些材料至关重要。
在本文中，我们将探讨高分子聚合物的结构特点以及它们如何影响材料的性能。
第一部分：高分子聚合物的结构高分子聚合物的结构通常由四个方面来描述：聚合度、分子量分布、链结构和侧链。
1. 聚合度聚合度是指聚合物中重复单元的数量。
聚合度高，即重复单元数量多的聚合物通常具有更大的分子量。
聚合度可以影响聚合物的物理性质，如溶解性、熔点和力学性能。
2. 分子量分布分子量分布描述了聚合物样品中分子量的分布情况。
分子量分布可以分为窄分子量分布和宽分子量分布。
窄分子量分布表示聚合物样品中分子量接近的程度，而宽分子量分布意味着分子量差异较大。
3. 链结构高分子聚合物可以存在不同的链结构，包括直线链、支化链和交联链等。
直线链是聚合物中重复单元直接相连的链结构，而支化链和交联链则有额外的支链或交联单元。
4. 侧链聚合物的侧链是指与主链相连的额外分支。
侧链的类型和长度可以对聚合物的性能产生重要影响。
例如，具有疏水性侧链的聚合物可能表现出更好的疏水性能。
第二部分：高分子聚合物的性能高分子聚合物的性能受其结构的影响。
下面将讨论结构对热性能、力学性能和光学性能的影响。
1. 热性能高分子聚合物通常具有较低的熔点和玻璃化转变温度。
聚合度高和交联度高的聚合物通常具有较高的熔融温度。
热性能对于聚合物在高温环境下的应用具有重要意义。
2. 力学性能高分子聚合物的力学性能是其在受力作用下的表现。
聚合度和交联度对力学性能有重要影响。
聚合度高的聚合物往往具有更高的拉伸强度和耐磨性。
3. 光学性能高分子聚合物的光学性能与其透明度和折射率相关。
聚合物中杂质的存在可能会导致光学性能下降。
聚合物的结构变化可以改变其在光的传输和反射方面的性能。
结论高分子聚合物的结构和性能紧密相连。
聚合物的结构与性能
聚合物取向方法Hale Waihona Puke 纤维 熔融挤出的管材和棒材
第八章 聚合物的结构与性能
2.3.1 聚合物的取向方式
单轴取向(Uniaxial Orientation)
纤维纺丝 薄膜的单 向拉伸
第八章 聚合物的结构与性能
双轴取向 (Biaxial Orientation)
一般在两个垂直方向施加外力。如薄膜双轴拉伸，使 分子链取向平行薄膜平面的任意方向。在薄膜平面的 各方向的性能相近，但薄膜平面与平面之间易剥离。
（9-7）
~ P 、M、 分别为电介质的摩尔极化率、分子量和密度， 式中: N0 为阿佛加德罗常数。对非极性介质，此式称Clausius-
Mosotti方程；对极性介质，此式称Debye方程。
根据上式，我们可以通过测量电介质介电系数 求得分 子极化率 。另外实验得知，对非极性介质，介电系数 2 与介质的光折射率n的平方相等， n ，此式联系着介质 的电学性能和光学性能。
熔融指数：是在一定温度和负荷下，于十分钟内从一定 直径和长度的标准毛细管中挤出的聚合物熔体的重量克 数。
第八章 聚合物的结构与性能
4.聚合物的力学性能
4.1玻璃态和晶态聚合物的力学性能 （1）张应力 （2）切应力 4.1.1玻璃态聚合物的屈服和断裂 4.1.2晶态聚合物的拉伸
4.1.3影响高分子材料强度的因素
第八章 聚合物的结构与性能
5.2导电高分子材料 导电高分子的研究和应用是近年来高分子科学最重要 的成就之一。 1974年日本白川英树等偶然发现一种制备聚乙炔自支 撑膜的方法，得到聚乙炔薄膜不仅力学性能优良，且有明 亮金属光泽。 而后MacDiarmid、Heeger、白川英树等合作发现聚 乙炔膜经过 AsF5、I 2等掺杂后电导率提高13个数量级，达 3 到 10 S · ，成为导电材料。 cm 1 这一结果突破了传统的认为高分子材料只是良好绝缘体 的认识，引起广泛关注。
聚 合 物 的 结 构 与 性 能
第四章
聚合物的结构
聚合物的结构与性能
聚合物是由许多单个的高分子链聚集而成，因而其结构有 两方面的含义：（1）单个高分子链的结构；（2）许多高分子 链聚在一起表现出来的聚集态结构。可分为以下几个层次： 聚 合 物 的 结 构 链结构 一级结构 近程结构 二级结构 远程结构 结构单元的化学组成、连接顺序、 立体构型，以及支化、交联等 高分子链的形态（构象）以及 高分子的大小（分子量）
II. 高分子的柔顺性
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。 ①静态柔顺性：又称为平衡态或热力学柔性，是指高分子链 处在较稳定状态时的卷曲程度。 ②动态柔顺性：指在外界条件的影响下，从一种构象向另一 种构象转变的容易程度，这是一个速度过程，又称动力学柔 性。 高分子的柔性是静态柔性和动态柔性的综合效应 。
极性聚合物 非极性聚合物
100
200
300
400
500
聚 合 度
高聚物的分子量愈大， 则机械强度愈大。然而， 高聚物分子量增加后， 分子间作用力也增强， 使高聚物的高温流动粘 度增加，给加工成型带 来困难。高聚物的分子 量应兼顾使用和加工两 方面的要求。
机 械 强 度
分子量和分子量分布是影响材料性能的因素之一。
高聚物的特点（与小分子物质相比）
高分子是由很大数目（103——105 数量级）的结构单 元组成的，每一个结构单元相当于一个小分子 一般高分子的主链都有一定的内旋转自由能，可 以使主链弯曲而具有柔性 高分子结构具有不均一性 各结构单元间的相互作用对其聚集态结构和物理 性能有很重要的影响 高分子聚集态有晶态和非晶态之分，且晶态存在 很多缺陷
- 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)。
高聚物结构与性能一、高聚物的分子结构概念：1大分子(macromolecule)；是由大量原子组成的，具有相对高的分子质量或分子重量2聚合物分子(polymer molecule)；也叫高聚物分子，通常简称为高分子，它意味着：(1) 这些部分是由相对低分子质量的分子衍生的单元(所谓的单体单元或链节)；(2) 并且只有一种或少数几种链节；(3) 这些需要的链节多重重复重现3星形大分子(star macromolecule)；从一个公共的核伸出三个或多个臂(支链)的分子若从一个公共的核伸出三个或多个臂(支链)则称为星型高分子则称为星型高分子4共聚物(copolymer)；由两种或两种以上不同单体经聚合反应而得的聚合物5共聚物分子(copolymer molecule)；6构型(configuration)；是指分子中通过化学键所固定的原子的空间排列7构象(conformation)；构象指一个分子中，不改变共价键结构，仅单键周围的原子放置所产生的空间排布（由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为~）8链段(macromolecular segments)；高分子链上对应于伸直长度和柔性与该高分子链相同的自由连结链内一个统计单元的一段分子链9高分子链的柔性(flexibility of polymer chain), 高分子链在绕单键内旋转自由度，内旋转可导致高分子链构象的变化，因为伴随着状态熵增大，自发地趋向于蜷曲状态，这种特性就称为高分子链柔性10聚合度(degree of polymerization); 指聚合物大分子中重复结构单元的数目11侧基(side group)；连接在有机物碳链上的取代基12端基(end group)；聚合物分子链端的基团13无规共聚物(random copolymer)；具有Bernoullian序列统计的统计聚合物（聚合物中组成聚合物的结构单元呈无规排列）14嵌段共聚物(block copolymer)；由通过末端连接的均匀序列的嵌段组成的共聚物（聚合物由较长的一种结构单元链段和其它结构单元链段构成）15统计共聚物(statistic copolymer)；通过聚合反应的统计处理给出单体单元在共聚物分子中的序列16交替共聚物(alternating copolymer)单体单元A和单体单元B在共聚物分子中交替分布二、高聚物的晶态结构概念：1晶胞；与晶格向对应的晶体结构叫晶胞。
可看成晶体的最小重复单元。
2晶面指数；对于每种晶面组根据对坐标轴的关系给予一定的符号，称为晶面指数。
3晶系；六个晶胞参数组成的平行六面体可有七种类型，每种类型称为一种晶系，4球晶；在不存在外力和流动的情况下，高聚物从浓溶液浓溶液析出或从熔体冷却结晶时，都倾向于生成比单晶更为复杂的多晶聚集体，最常见的呈球状，称为球晶。
5树枝状晶；由片晶或纤维状晶体组成的树状结晶体。
6折叠链晶体；晶片中的分子链以垂直于晶片平面的方向来回折叠的晶体，7伸直链晶体；高温高压的结晶条件下生成的晶体8缨状胶束模型(缨状微胞模型)(fringed-micelle model); 一个分子链可以同时穿越若干个晶区和非晶区的模型,在晶区中分子链互相平行排列,在非晶区中分子链互相缠结呈卷曲无规排列。
9缚结分子;连接至少两个不同的晶体的分子;10等同周期(identity spacing)高聚物分子中，与主链中心轴平行的方向为晶胞的主轴，其重复的周期称为等同周期三、根据结晶条件的差异，聚乙烯可得到不同的结晶形态。
请简述下面各形态的结构特征及获得该形态的条件。
(1). 单晶(片晶) 在稀溶液中结晶可生成片晶(lamellae)(2). 球晶在不存在外力和流动的情况下，高聚物从浓溶液中或熔体冷却过程中结晶，都倾向于生成球晶。
①光学性质optical property在正交偏光显微镜下，球晶呈现特有的黑十字消光图形。
有的从黑十字中心向外有一系列黑白交替的同心圆，叫做消光环。
②片晶的扭曲结构，分子链与径向垂直。
(3). 伸直链片晶 一般在高温高压的结晶条件下生成伸直链晶体，聚乙烯必须在压力大于3Kb 时才能生成伸直链晶体， ① 分子链方向的晶片厚度几乎等于全伸直分子链的长度；② 厚度的大小与分布与高聚物的分子量分布相对应；③ 伸直链晶体被认为是热力学上最稳定的形式。
(4). 串晶 在一定的应力场作用下可生成串晶。
（5）折叠连：极稀的聚乙烯二甲苯溶液中用极缓慢的冷却速度培育成功大约50mm 的PE 单晶体。
厚度约100A ，电子衍射有敏锐的衍射点，表面是单晶体。
由电子衍射推测，分子链的方向垂直于晶片平面。
三、结晶高聚物超分子结构参数概念：1结晶度(degree of crystallinity)、结晶高聚物一般是部分结晶的，结晶的量的多少用结晶度这一概念来表示。
2取向度(degree of orientation)、指高聚物中的取向单元(分子链、构造单元、链段、 微晶、微纤等)沿参考方向(如纤维中的纤维轴向)平行排列的程度。
根据取向单元择优取向的方向可分为单轴取向与双轴取向。
3单轴取向、高分子材料(纤维或薄膜)只沿一个方向拉伸，高分子链或链段或微晶某个晶轴倾向于沿着与拉伸方向平行排列。
4双周取向、高聚物薄膜材料如果沿着它的平面纵横两个方向拉伸，高分子链倾向于与薄膜平面平行的方向排列，而在此平面内分子链的排列方向是无规的5晶粒尺寸(crystallite)、晶粒的尺寸是指晶粒的平均尺寸，包括晶粒的纵向尺寸、横向尺寸、晶粒体积。
6长周期(long spacing)长周期是指在纤维轴方向片晶和非晶能重复出现的最短距离，即片晶和非晶的平均厚度之和。
四、什么是超分子结构？超分子结构参数有哪些？用简述或图示法说明用X-射线图确定超分子结构参数的基本原理。
超分子结构：高分子链之间通过强的或弱的相互作用所形成的聚集体。
结构参数：1.结晶度 2. 取向度 3 .晶粒尺寸 4.长周期X-射线可测定质量结晶度和体积结晶度。
假设：X-射线被高聚物中原子散射的强度与原子所处的状态无关，原子的聚集状态只决定衍射线的位置与形状，不影响总强度。
因此可以认为非晶部分的质量与结晶部分的质量之比，等于非晶部分的衍射强度与结晶部分的衍射强度之比。
a a I m =c m w =理论上，只要知道晶区和非晶区衍射的X 射线的总强度，就可根据上式计算结晶度。
在实际工作中，只能在一定的角度范围收集衍射强度数据，无法收集到样品衍射或散射X 射线的总强度。
这样，在所收集的数据中，晶区或非晶区对衍射强度的贡献可能偏高或偏低。
所以，应在上式中加入比例常数式中， K 为比例常数。
晶区的衍射强度Ic 和非晶区的散射强度Ia 则表示在一定角度范围内收集到的X 射线衍射的积分强度。
对有些高聚物，晶区和非晶区对衍射强度的贡献集中在一定的角度范围内，可近似取K 值为1。
为计算方便，有时用衍射峰的面积代替积分强度。
主要计算方法有：作图法，Ruland 法（考虑晶格畸变的影响），拟合分峰法(Hindeleh)，回归线法(1) 晶峰和非晶峰可以分开的样品 (作图法)(2) 非晶峰和晶峰重叠的样品 (Hindeleh, Farrow, Ruland, 回归线法)四、高聚物的热转变概念：1玻璃化转变温度(glass transition temperature)、非晶态高聚物从玻璃态到高弹态的转变时的温度即为tg2熔融温度(melt temperature)、结晶高聚物没有一确定的熔融温度，它的熔融在较宽的温度范围内发生，一般将结晶高聚物完全熔融时的温度称为3均相成核、是指在结晶过程中由结晶材料本身的分子或链段的热运动形成的晶核 4异相成核、是指分子或链段在结晶材料中的异物上做有序排列而形成的晶核， 5预先成核、是指晶核预先存在，成核速率与时间无关6散现成核、是指成核速率是时间的函数，在整个结晶期间晶核数目随时间增加 7初期结晶、8二次结晶(secondary crystallization)、一次成核是指晶核在三维空间形成，形成的表面全是新的 c a c a I I k m m =ac c a c c x c kI I I m m m w +=+=,9结晶过程(crystallization)、指结晶后期发生在初晶结构下不完善的部位，或是发生在初始结晶残留下的非晶区内的结晶现象10应力松弛(stress relaxation)、粘弹性材料在总应变不变的条件下，由于试样内部的粘性应变(或粘塑性应变)分量随时间不断增长，使回弹应变分量随时间逐渐降低，从而导致变形恢复力（回弹应力）随时间逐渐降低的现象蠕变(creep)固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象五、概述结晶高聚物从低温到高温升温时，可能发生的热转变，其相应温度的名称；并给出转变的分子运动解释。
晶态聚合物的温度-形变曲线. 一般相对分子质量的晶态聚合物只有一个转变，即结晶的熔融，转变温度为熔点Tm.当结晶度不高(Xc<40%)时，能观察到非晶态部分的玻璃化转变，即有Tg和Tm两个转变.相对分子质量很大的晶态高聚物达到Tm后，先进入高弹态，在升温到Tg后才会进入粘流态，于是有两个转变.五、高聚物的力学性能概念：1应力：就是指单位面积上所受的力的大小。
2应变：就是变形量与原来的尺寸的比值。
3应力松驰(stress relaxtion):就是在固定的温度和形变下，聚合物内部的应力随时间增加而逐渐减弱的现象。
4蠕变(creep):就是在一定温度和较小的恒定应力下，聚合物形变随时间而逐渐增大的现象。
5杨氏模量(初始模量)：高聚物属于粘弹体，但就纤维而言，当应变小于1%时，它的应力应变关系基本符合Hook定律，此时的模量通常称为初始模量（拉伸的模量称为杨氏模量）六、绘出玻璃态聚合物纤维在单轴拉伸时的应力–应变曲线，并指出从应力应变曲线可获得的参数；简述影响高分子材料强度的各种因素。
简单讨论高聚物的化学结构、超分子结构和测试条件对材料力学性能的的影响。
其中：σb断裂强度，σy屈服强度，εb断裂伸长率，εy屈服伸长率。
因素：化学结构，相对分子质量，支化和交联，结晶和取向，应力集中物包括裂缝、银纹、杂质等缺陷在受力时成为应力集中处，添加剂，外力作用速率和温度。
影响：（1）化学结构链刚性增加的因素(比如主链芳环、侧基极性或氢键等)都有助于增加强度，极性基团过密或取代基过大，阻碍着链段的运动，不能实现强迫高弹形变，反而会使材料较脆。
（2）超分子结构结晶度对力学性能的影响；晶粒尺寸的影响，一般晶粒的长经比大，材料的模量高。
晶须对复合材料有很好的增强效果；取向度的影响；织态结构的影响。
（3）测试条件许多测试和使用条件都影响到纤维的实验强度，其中湿度、温度、速度这三项是最重要的影响因素。