高分子聚合物结构特点与性能
高分子材料的结构特点和性能
高分子材料的性能是其内部结构和分子运动的具体反映。
掌握高分子材料的结构与性能的关系，为正确选择、合理使用高分子材料，改善现有高分子材料的性能，合成具有指定性能的高分子材料提供可靠的依据。
高分子材料的高分子链通常是由103~105个结构单元组成，高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。
因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外，还具有许多特殊的结构特点。
高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。
链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可分为近程和远程结构。
近程结构属于化学结构，也称一级结构，包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。
远程结构是指分子的尺寸、形态，链的柔顺性以及分子在环境中的构象，也称二级结构。
聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况，统称为三级结构。
1. 近程结构(1) 高分子链的组成高分子是链状结构，高分子链是由单体通过加聚或缩聚反应连接而成的链状分子。
高分子链的组成是指构成大分子链的化学成分、结构单元的排列顺序、分子链的几何形状、高聚物分子质量及其分布。
高分子链的化学成份及端基的化学性质对聚合物的性质都有影响。
通常主要是指有机高分子化合物，它是由碳-碳主链或由碳与氧、氮或硫等元素形成主链的高聚物，即均链高聚物或杂链高聚物。
高密度聚乙烯(HDPE)结构为－[CH2CH2]n－，是高分子中分子结构最为简单的一种，它的单体是乙烯，重复单元即结构单元为CH2CH2 ，称为链节，n为链节数，亦为聚合度。
聚合物为链节相同，集合度不同的混合物，这种现象叫做聚合物分子量的多分散性。
聚合物中高分子链以何种方式相连接对聚合物的性能有比较明显的影响。
对于结构完全对称的单体(如乙烯、四氟乙烯)，只有一种连接方式，然而对于CH2=CHX或CH2=CHX2类单体，由于其结构不对称，形成高分子链时可能有三种不同键接方式：头-头连接，尾-尾连接，头-尾连接。
第1章 高分子聚合物的特性
讨论：
§1.3 聚合物的流变学性质 a a K n1
n＝1时， a K 这意味着非牛顿流体变为牛顿 流体，所以，n值可以用来反映非牛顿也体偏离牛顿流体 性质的程度。 n≠1时 ，绝对值∣1－n∣越大，流体的非牛顿性越强， 剪切速率对表观粘度的影响越强。 其中n＜1时，称为假塑性液体。（在注射成型中，除 了热固性聚合物和少数热塑性聚合物外，大多数聚合物熔 体均有近似假塑性液体流变学的性质） n＞1时，称为膨胀性液体。（属于膨胀性液体的主要 是一些固体含量较高的聚合物悬乳液）
§1.3 聚合物的流变学性质
流体在管道内流 动时的流动状态：层 流和湍流。
层流（黏性流动或流 线流动）特征：流体的质 点沿着平行于流道轴线的 方向相对运动，与边壁等 距离的液层以同一速度向 前移动，不存在任何宏观 的层间质点运动，所有质 点的流线均相互平行。
湍流（紊流）特征：流体 的质点除向前运动外，还在主 流动的横向上作不规则的任意 运动，质点的流线呈紊乱状态。
玻璃态
变 形 程 度
高弹态
粘流态
E
1 2
m
（熔点）
温度
b
g
f
d
（脆化温度） （玻璃化温度） （粘流温度） （热分解温度）
1—线型无定形聚合物；2—线型结晶聚合物
§1.2 聚合物的热力学性能
玻璃态：
塑料处于温度 g 以下的状态，为坚硬的固体， g 是大多数塑件的使用状态。 称为玻璃化温度，是 多数塑料使用温度的上限。
要综合考虑生产的经济性、设备和模具的可靠性 及制件的质量等因素，确保成型工艺能有最佳的 注射压力和注射温度。
(4)助剂对粘度影响
为了保证使用性能或加工需要，多数聚合物都 要添加一些助剂才能使用。聚合物中添加助剂后， 大分子间的相互作用力、熔体黏度都将发生改变。 如，增塑剂降低粘度，提高流动性。
高分子材料的结构与力学性能研究
高分子材料的结构与力学性能研究高分子材料是一类重要的工程材料，具有广泛的应用领域。
它们的性能很大程度上取决于其结构与力学性能之间的关系。
因此，对高分子材料的结构与力学性能进行深入研究是十分必要的。
一、高分子材料的结构高分子材料的结构是指其中分子的组成和排列方式。
其主要由聚合物链的排列方式、分子量分布以及分子内外力结构等因素决定。
首先，聚合物链的排列方式对高分子材料的性能有显著影响。
一种常见的排列方式是线性结构，即聚合物链呈直线排列。
这种结构能够使高分子材料更加柔软、可拉伸，并具有较高的延展性。
相反，如果聚合物链呈无规则状或高度交织状排列，则高分子材料的强度和硬度会明显提升。
其次，分子量分布也是高分子结构的重要方面。
分子量分布越广，高分子材料的性能越稳定。
这是因为分子量越大，高分子材料的强度和硬度越高。
然而，如果分子量分布过窄，容易导致性能不均匀，从而影响材料的应用。
最后，分子内外力结构对高分子材料的结构和性能同样起着关键作用。
分子内的键长、键角和二面角等结构参数决定了高分子材料的刚性和柔软性。
而分子之间的力结构包括范德华力、静电力和氢键等，可以影响材料的粘合性和熔融性。
二、高分子材料的力学性能高分子材料的力学性能包括强度、硬度、韧性以及流变性等方面。
这些性能与材料的结构密切相关。
首先，强度是衡量材料抵抗外力破坏能力的重要指标。
高分子材料的强度主要取决于其内部的结构以及分子内外的各种力作用。
一般来说，高分子材料强度较低，但具有较好的拉伸性能和延展性。
其次，硬度是衡量材料抵抗表面刮擦、磨损和压缩的能力。
高分子材料的硬度主要由分子链的排列方式和分子量分布来决定。
线性排列和较窄的分子量分布会导致高分子材料较好的硬度。
韧性是衡量材料断裂前出现塑性变形的能力。
高分子材料的韧性与其延展性有关，而延展性又与聚合物链的排列方式和分子结构有关。
流变性是指高分子材料在外力作用下的变形行为。
它与材料的粘弹性和塑性变形有关。
常用高分子聚合物性质和特点介绍以及常用高分子聚合物名字缩写
丙烯腈－丁二烯－苯乙烯三元共聚物(ABS)Acrylonitrile-Butadiene-Styrene Terpolymer主要特点：●较好的抗冲强度和一定的耐磨性。
●耐寒性能良好，石油温度范围－40～100℃。
●良好的耐油性、耐水性和化学稳定性。
●电性能良好，其绝缘性很少受温度、湿度的影响。
●具有良好的模塑性，能着色、能电镀、能粘结。
●无毒，无臭，不透水但略透水蒸气。
●不足之处是耐气候性差，耐紫外线、耐热性不高。
主要用途：ABS用途广泛，主要用于汽车、飞机零件、机电外壳、空调机、电冰箱内衬打字机、照相机壳，电视机壳安全帽，天线放大器、车灯以及板、管、棒等。
制造方法：共聚: 将丁二烯/丙烯腈乳液加入到苯乙烯/丙烯腈乳液中，然后沉淀聚合。
接枝共聚: 将苯乙烯和丙烯腈加入到聚丁二烯乳液中。
然后搅拌加热，加入水溶性引发剂进行聚合。
这样得到的接枝共聚ABS相对与共聚得到的ABS冲击强度大，但刚性和硬度低。
ABS的强度很高，密度小，用它来制造汽车部件，如保险杠，可以降低油耗，减少污染。
ABS的强度高是因为丙烯腈上的腈基有很强的极性，会相互聚集从而将ABS分子链紧密结合在一起。
同时，具有橡胶性能的聚丁二烯使ABS具有良好的韧性。
尼龙 (Nylon)Polyamide尼龙是最常见的人造纤维。
1940年用尼龙织造的长统丝袜问世时大受欢迎，尼龙从此一举成名。
此后在二战期间，尼龙被大量用于织造降落伞和绳索。
不过尼龙最初的用途是制造牙刷的刷毛。
尼龙属于聚氨酯，在它的主链上有氨基。
氨基具有极性，会因氢键的作用而相互吸引。
所以尼龙容易结晶，可以制成强度很高的纤维。
尼龙分尼龙6,6、尼龙6、尼龙1010等。
其实尼龙6和尼龙6,6，区别不大。
之所以两种都生产，只是因为杜邦公司发明尼龙6,6后申请了专利所以其它的公司为了生成尼龙，才发明出尼龙6来。
尼龙的优点与不足：Advantages and Limitations of NylonsMechanical PropertiesGood combination of mechanical properties- fatigue and creep strength, stiffness, toughness and resilience- only slightly inferior to polyacetals. Limitations are that all nylons absorb or give up moisture to achieve equilibrium with ambient conditions- moisture acts as a plasticizer and decreases tensile and creep strength and stiffness and increases impact strength and the dimensions of the component. The effect is most serious in thin-sectioned components. Because nylons depend upon moisture for impact performance, embrittlement can occur in desiccated air.WearGood abrasion resistance (ability to absorb foreign particles) and self lubricating properties are responsible for the widespread use in gears and bearings.Thermal PropertiesSuitable for prolonged service temperatures of 80-100C and this can be increased to 140 C with heat stabilized grades. Limitation is that thermal expansion varies with temperature and moisture content.Electrical PropertiesGood commercial insulator but electrical properties are greatly influenced by moisture content and/or temperature increase.EnvironmentalAll nylons are resistant to fuels, oils, fats and most other technical solvents such as aliphatic and aromatic hydrocarbons, chlorinated hydrocarbons, esters, ketones and alcohols. All have good alkali resistance. Limitations are that all nylons are attacked by strong mineral acids, acetic acid and dissolved phenols. Some types aredissolved by formic acid. UV attacks un-stabilized nylons causing embrittlement in a comparatively short period.Food and medicineCan be used in contact with most food stuffs at room temperature and sterilized by steam or infra-red radiation. Fillers- Wide range of fillers and additives to improve specific properties and reduce limitations of unmodified materials, e.g glass fibre filler greatly reduces effects of moisture on dimensions and properties compared with unfilled materials.ProcessingMost material types are available in grades suitable for injection, blow and rotational moulding and extrusion, with additional possibilities of fluid bed coatings, sintering and casting for special grades. The latter (casting for monomer) is particularly useful for producing large stress-free sections in small economical batches. Most nylons can be readily machined using techniques akin to those used for the light alloys. Nylons can be joined with adhesives, induction bonding and ultrasonic welding. Limitations are that nylons have a sharply defined melting point and high shrinkage values occur on moulding thick sections. Nylons are crystalline; this results in longer cycle times in moulding. Conditioning for moulding is frequently necessary.发明尼龙的故事不同种类尼龙的用途聚丙烯腈(PAN)Polyacrylonitrile玻璃化温度: 85o C. 熔点: 317oC.无定型态密度(25o C): 1.184 g/cm 3. 腈纶是我们日常生活中最常见的化学合成纤维之一。
高分子聚合物结构特点与性能
塑料成料的结构特点、物 理状态、热力学曲线与加工适应性、流变性质、熔体弹性、 加热与冷却、成型过程的物理与化学变化等。 目的与要求 (1)掌握聚合物的结构类型与物理状态。 (2)了解聚合物的流变方程，并会定性应用分析。 (3)掌握聚合物成型过程中的物理与化学变化。 (4)了解聚合物熔体的弹性及残余应力。
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1）线型聚合物的物理特性具有弹性和塑性，在适当的溶剂 中可溶解，当温度升高时，则软化至熔化状态而流动，可 以反复成型，这样的聚合物具有热塑性。 2）体型聚合物的物理特性是脆性大、弹性较高和塑性很低， 成型前是可溶和可熔的，而一经硬化成型后，就成为不溶 不熔的固体，即使在再高的温度下（甚至被烧焦碳化）也 不会软化，因此，又称这种材料具有热固性。
2．聚合物的流变方程
1）牛顿流动规律 流体在管道内流动时，可呈现层流和湍流两种不同的流动状态。
层流也称为“黏性流动”，当流速很小时，流体分层流动，互不混合， 称为层流。其特征是流体的质点沿着平行于流道轴线方向相对运动，与边壁 等距离的液层以同一速度向前移动，不存在任何宏观的层间质点运动，因而 所有质点的流线均相互平行。 湍流又称“紊流”，当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中 有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流 体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生。其特征是流体的质 点除向前运动外，还在主流横向上作无规则的任意运动，质点的流线呈紊乱 状态。
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(2)熔体破裂： 指当一定熔融指数的聚合物在恒温下通过喷嘴口时当 流速超过某一数值时，熔体表面即发生横向裂纹。
高分子的结构和性能的关系
高分子的结构和性能的关系高分子的结构和性能的关系高分子化合物分子的大小对化学性质影响很小，一个官能团，不管它在小分子中或大分子中，都会起反应。
大分子与小分子的不同，主要在于它的物理性质，而高分子之所以能用作材料，也正是由于这些物理性质。
下面简要讨论高分子的结构与物理性能的关系。
一、高分子的两种基本结构及其性能特点高分子的分子结构可以分为两种基本类型:第一种是线型结构，具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物。
第二种是体型结构，具有这种结构的高分子化合物称为体型高分子化合物。
此外，有些高分子是带有支链的，称为支链高分子，也属于线型结构范畴。
有些高分子虽然分子链间有交联，但交联较少，这种结构称为网状结构，属体型结构范畴。
在线型结构(包括带有支链的)高分子物质中有独立的大分子存在，这类高聚物的溶剂中或在加热熔融状态下，大分子可以彼此分离开来。
而在体形结构(分子链间大量交联的)的高分子物质中则没有独立的大分子存在，因而也没有相对分子质量的意义，只有交联度的意义。
交联很少的网状结构高分子物质也可能被分离的大分子存在(犹如一张张"鱼网"仍可以分开一样)。
应该指出，上述两种基本结构实际上是对高分子的分子模型的直观模拟，而分子的真实精细结构除了少数(如定向聚合物)外，一般并不清楚。
两种不同的结构，表现出相反的性能。
线型结构(包括支链结构)高聚物由于有独立的分子存在，故具有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，硬度和脆性较小的特点。
体型结构高聚物由于没有独立大分子存在，故没有弹性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶胀，硬度和脆性较大。
因此从结构上看，橡胶只能是线型结构或交联很少的网状结构的高分子，纤维也只能是线型的高分子，而塑料则两种结构的高分子都有。
二、高分子化合物的聚集状态高聚物的性能不仅与高分子的相对分子质量和分子结构有关，也和分子间的互相关系，即聚集状态有关。
同属线型结构的高聚物，有的具有高弹性(如天然橡胶)，有的则表现出很坚硬(如聚苯乙烯)，就是由于它们的聚集状态不同的缘故。
高分子聚合物的结构特点与性能
1.1 高分子聚合物的结构特点 （研究高分子结构-性能关 系）
1.2 聚合物的热力学性能（研究形变－温度的关系） 1.3 聚合物的流变学性质（研究变形－流动的关系）研究 高分子聚合物的结构的意义 1.4 聚合物熔体在成型过程中的流动状态高分子材料定义 （研究流动方程） 1.5 聚合物成型过程中的物理化学变化高分子材料的结构
链节：大分子链中的重复结构单元叫链节， CH2一CHCl 聚合度：大分子链中链节的重复次数称为聚合度。n即为聚合度。 大分子链长：聚合度越高，分子链越长， 链节数越多。聚合度反映了大分子链的长短
第一章 高分子聚合物的结构特点与性能
1.1高分子聚合物的结构特点（研究高分子结构-性能关系 ）
⑴高分子链结构特点与性能：
第一章 高分子聚合物的结构特点与性能
1.2.2聚合物的热力学性能
1．非晶态高聚物的热力学性能
(2)三种力学状态 ①玻璃态：当θb＜θ＜θg时，高 聚物呈玻璃态符合虎克定律；是塑料和 纤维使用状态。 ②高弹态：θg＜θ＜θf时 从玻璃态转入了能自由运动的高弹 态，是橡胶的使用状态 ③粘流态：θf＜θ＜θd时 从而使高聚物成为流动的粘液，进 行成型加工
第一章 高分子聚合物的结构特点与性能
⑵高聚物的聚集态结构特点
⒉）高聚物的聚集态结构 ②链状结构与聚集态结构关系： 线型高聚物：按结晶度可分为晶态和部分晶态两类， 体型高聚物：只能为非晶态（玻璃态） ③结晶度：用来表示聚合物中结晶区域所占的比例，聚合物结晶度 变化的范围很宽，一般从30％～80％ ； 影响聚合物结晶的因素：内部结构的规整性（主链上带有的侧基体 积小，对称性高）；外部的浓度、溶剂、温度等。结构越规整，越容易 结晶，反之则越不容易，成为无定型聚合物。
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）
第1章高分子聚合物结构特点与性能
第1章高分子聚合物结构特点与性能高分子聚合物是由大量重复单元组成的大分子化合物。
它们具有独特的结构特点和性能，广泛应用于各个领域。
本章将介绍高分子聚合物的结构特点和性能。
一、高分子聚合物的结构特点1.1高分子链结构高分子聚合物的基本结构是由大量重复单元组成的链状结构。
这些单元可以是相同的，也可以是不同的。
高分子链的长度可以从几百到几百万个单元不等。
高分子链的长度和结构直接影响着高分子的性质和用途。
1.2高分子链的立体构型高分子链通常有不同的立体构型，如头尾排列、无序连续、有序排列等。
立体构型对高分子的物理性质和化学性质有重要影响。
有序排列的高分子链通常具有较高的晶澈度和熔点，而无序排列的高分子链则通常具有较低的晶澈度和熔点。
1.3二维和三维结构高分子聚合物可以形成二维或三维结构。
在二维结构中，高分子链通过静电相互作用或氢键相互作用形成具有一定结构的层状排列。
在三维结构中，高分子链通过包容物或交联等方式形成网络状结构。
这些二维和三维结构对高分子聚合物的力学性能和化学性质有重要影响。
二、高分子聚合物的性能2.1物理性能高分子聚合物通常具有较高的柔韧性、弹性和导电性能。
这些性能使得高分子聚合物在各个领域中被广泛应用，如塑料制品、橡胶制品和电子器件等。
2.2化学性能高分子聚合物通常具有较高的化学稳定性和耐酸碱性。
它们不容易与常见的溶剂、酸和碱发生反应，具有较好的耐腐蚀性。
同时，高分子聚合物还可以通过化学修饰来改变其性质和用途。
2.3热性能高分子聚合物通常具有较低的热导率和较高的热膨胀系数。
这使得高分子聚合物在高温条件下容易熔化和变形。
为了提高高分子聚合物的热性能，通常需要添加填充剂或进行交联改性。
2.4力学性能高分子聚合物的力学性能通常由其分子量、分子结构、取向和交联等因素决定。
高分子聚合物通常具有较低的弹性模量、较高的延展性和拉伸强度。
为了提高高分子聚合物的力学性能，可以通过增加分子量、调整分子结构和进行交联改性等方式进行改善。
高分子聚合物结构特点与性能
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2）恒温下，能抽丝获制成薄膜，也就是说，高分子 材料会出现高度的各向异性；
• 3）高聚物在溶剂中能表现出溶胀特性，并形成居于 固体和液体之间的一系列中间体系；
26
吹塑成型受力：拉伸力
27
压缩成型受力：剪切力-静压力
28
（1）成型中熔体受力分析：
• 液体在平直圆管内受切应力而发生 流动的形式：
• 1)层流：液体的流动是按许多彼此 平行的流层进行的，同一层之间的 各点的速度彼此相同。如果增大流 动速度，使其超过一定的临界值， 则流动即转为紊流（湍流）。
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体型聚合物的物理状态
• 高度交联的体型聚合物(热固性树脂)由于分子运动阻 力很大，一般随温度发生的力学状态变化较小，所以 通常不存在粘流态甚至高弹态，即遇热不熔，高温时 则分解。
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1.3 聚合物的流变学性质
• 1.3.1 牛顿流动定律 • 1.3.2 指数流动定律 • 1.3.3 假塑性液体的流变学性质 • 1.3.4 影响聚合物流变性质的因素 • 1.3.5 热塑性和热固性聚合物流变行为
• 1）分子量的大小：聚合物的高分子含有很多原子数、相对分子质 量很高，分子是很长的巨型分子，使得聚合物在热力学的性能、 流变学的性质、成型过程的流动行为和物理化学变化等方面有着 它自身的特性。聚合物相对分子质量一般都大于104，但相对分子 质量的大小还不足以表达分子的结构特性。
• 2）高分子化合物具有多分散性： • 概 念：因同一聚合物体系内各个大分子的相对分子质量会因聚合
即：
用切应变γ代替dx/dr，式（2.2）可改写为：
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
高分子材料的微观结构与物理性能研究
高分子材料的微观结构与物理性能研究引言：高分子材料是由大量重复单元结构组成的大分子化合物，其具有独特的物理和化学性质。
研究高分子材料的微观结构与物理性能之间的关系，对于优化材料性能、设计新材料具有重要意义。
一、高分子材料的微观结构高分子材料的微观结构是由聚合物链的排列方式和交联情况决定的。
主要有线性、支化和交联三种结构类型。
1. 线性结构线性高分子材料的聚合物链呈直线排列，没有交联点。
这种结构常见于聚乙烯、聚丙烯等材料中。
由于没有交联点的存在，线性高分子材料具有良好的可加工性和可拉伸性。
2. 支化结构支化高分子材料的聚合物链在聚合物链的主链上分支出若干侧链。
这种结构常见于聚苯乙烯、聚醚硫醚等材料中。
由于支化结构可以减少聚合物链的晶界区域，提高材料的柔韧性和热稳定性。
3. 交联结构交联高分子材料的聚合物链通过共价键交联形成三维网络结构。
这种结构常见于硅橡胶、聚氨酯等材料中。
由于交联结构的存在，材料具有较高的强度和耐热性。
二、高分子材料的物理性能高分子材料的微观结构直接影响其物理性能。
常见的物理性能包括力学性能、热性能、电性能等。
1. 力学性能高分子材料的力学性能包括强度、韧性、硬度等指标。
微观结构决定了材料的晶化程度、晶粒大小等因素，从而影响了材料的力学性能。
例如，线性高分子材料由于没有交联点，往往具有较高的韧性；而交联高分子材料由于其网络结构的存在，具有较高的强度。
2. 热性能高分子材料的热性能主要包括熔融温度、热变形温度等指标。
微观结构中的晶粒大小、晶化程度等因素影响了材料的热性能。
一般来说，材料中晶粒越大、晶化程度越高，其熔融温度和热变形温度越高。
3. 电性能高分子材料的电性能主要包括导电性、介电性等指标。
微观结构中的电荷分布和电子运动情况影响了材料的电性能。
对于具有共轭结构的高分子材料，可以实现电荷的输运和电子的共享，从而具有较好的导电性能。
三、微观结构与物理性能的关系高分子材料的微观结构对其物理性能具有非常重要的影响。
高分子材料结构决定了其性能和用途
高分子材料结构决定了其性能和用途高分子材料是由大量相同或不同的单体组成的聚合物，它们具有很强的延展性和可塑性。
这些材料的性能和用途很大程度上取决于其结构。
高分子材料的结构包括分子链的长度、分子间的交联度以及分子内的取向等方面。
首先，高分子材料的分子链长度对其性能有重要影响。
分子链越长，材料的延展性和柔韧性就越好。
这是因为长链分子之间的相互作用力更为复杂，相互之间的滑移能力更强，从而使材料更具有弹性和可塑性。
例如，在聚乙烯中，长链分子使得材料具有很高的延展性，可用于制造薄膜和塑料袋等产品。
其次，分子链的交联度也决定了高分子材料的性能和用途。
当分子链之间存在交联点时，材料的硬度和强度会增加。
这是因为交联点可以增加材料的空间网状结构，从而提高了其力学性能。
例如，热固性塑料如环氧树脂和聚氨酯就是通过交联反应形成的，因此具有很高的耐热性和机械强度，常用于制造复杂的零件和耐用的涂料。
此外，高分子材料的分子取向也对其性能有显著影响。
分子在聚合过程中的取向程度会影响到材料的强度、刚度和导热性能。
例如，高密度聚乙烯由于分子链的高度取向性，使得材料更为致密，硬度和强度更高，适用于制造水管和容器。
而线性低密度聚乙烯由于分子链的较低取向性，使得材料更具有柔韧性和抗冲击性，适用于制造塑料袋和包装薄膜。
除了以上结构因素外，高分子材料的形态结构也对其性能和用途产生重要影响。
例如，高分子材料可以分为无序非晶态和有序结晶态两种形态。
在非晶态下，高分子材料通常具有较高的延展性和透明度，适用于制造各种膜和透明材料。
而在结晶态下，高分子材料具有更高的强度和刚度，适用于制造坚固的构件和工程塑料。
总之，高分子材料的结构决定了其性能和用途。
分子链的长度、分子间的交联度、分子内的取向以及形态结构等因素都对高分子材料的力学性能、热性能、光学性能等产生重要影响。
了解和掌握这些结构与性能之间的关系，可以为设计和合成高性能的高分子材料提供指导，并拓展其在各个领域的应用前景。
高分子材料的结构与性能
拉伸强度
表示高分子材料抵抗拉伸应力的能力， 与分子链的取向和结晶度有关。
疲劳性能
描述高分子材料在循环应力作用下的 耐久性，与材料的交联密度和分子链 的柔性有关。
热性能
热稳定性
指高分子材料在高温下的稳定性，与其耐热性和热分解温度有关。
热膨胀系数
描述高分子材料受热膨胀的程度，与分子链的刚性和结晶度有关。
详细描述
高分子材料最显著的特点是其高分子量和长 链结构，这使得它们具有较高的弹性和可塑 性。此外，高分子链的柔性和多分散性也赋 予了高分子材料多种性能，如耐高温、耐腐 蚀、绝缘、光学透明等。这些特性使得高分 子材料在许多领域都有广泛的应用，如塑料
、橡胶、纤维、涂料和粘合剂等。
02
高分子材料的结构
分子链结构
填充改性可以降低聚合物的成本、提高力学性能、增强阻隔性能等。填充改性常 用的方法有直接填充、表面处理填充和共混填充等。填充改性后的高分子材料在 汽车、航空航天、建筑等领域得到广泛应用。
增强改性
增强改性是指通过加入增强剂或增强材料，提高聚合物的 力学性能和耐热性能。常用的增强剂或增强材料包括玻璃 纤维、碳纤维、有机纤维等。
高分子材料的分类
总结词
高分子材料可以根据其来源、结构、性能和应用进行分类。
详细描述
根据来源，高分子材料可以分为天然高分子和合成高分子。天然高分子来源于自然界，如纤维素、蛋 白质和天然橡胶等；合成高分子则是通过化学反应人工合成的，如聚乙烯、聚丙烯和合成橡胶等。
高分子材料的特性
总结词
高分子材料具有许多独特的物理和化学性质 ，如高分子量、链柔性和多分散性等。
增强改性的方法包括内嵌增强、纤维增强和交织增强等。 增强改性后的高分子材料具有优异的力学性能和耐热性能 ，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材或化学方法改 变高分子材料表面的性质，以提高其 附着力、抗老化性能和抗腐蚀性能等 。
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。
聚合物材料的结构和性能研究
聚合物材料的结构和性能研究聚合物材料是指由单体经过聚合反应形成的高分子化合物，具有许多种类和广泛的应用领域。
随着科学技术的不断发展，对聚合物材料的性能和结构研究越来越深入，对于提高材料的性能和开发新材料具有重要意义。
一、聚合物的结构聚合物的结构对于材料的性能有着决定性的影响。
从宏观上来看，聚合物材料一般是由线性、支化、交联和网状四种结构组成。
其中，线性结构是指聚合物链呈直线状排列；支化结构是指聚合物链呈分支状排列；交联结构是指聚合物链之间通过交联作用连接在一起；网状结构是指聚合物链互相连接形成一个三维网状结构。
从微观结构来看，聚合物的化学结构和形态也会对材料的性能产生影响。
例如，在聚合物链的化学结构方面，聚合物可以分为有机聚合物和无机聚合物两大类。
在形态方面，可以分为均聚物和共聚物。
其中，均聚物是指由同一种单体聚合而成的聚合物，而共聚物则是由两种或两种以上不同的单体聚合而成的聚合物。
二、聚合物的性能聚合物材料的性能包括力学性质、热学性质、光学性质、电学性质、气体渗透性和水合性等方面。
其中，力学性质是指聚合物材料对力的响应能力和承受力的极限能力。
对于高分子材料而言，力学性质是其中最为重要的性质之一。
在热学性质方面，聚合物材料的热稳定性能和耐热性能对于材料的应用也具有重要的意义。
在光学性质方面，聚合物材料主要表现为透明或半透明和不同颜色的吸光特性。
在电学性质方面，聚合物材料常常用来制作电池、电容器、传感器等电子器件。
气体渗透性是聚合物材料在化学工业、环保等方面被广泛应用的领域之一，而水合性也对于有机高分子材料的制备具有重要的影响。
三、聚合物材料的研究方向随着社会科技的发展，聚合物材料的研究方向也发生了明显的变化。
目前，聚合物材料的研究重点已经从传统的结构与性能关系研究转向功能化、加工性能改善和绿色可持续发展方向。
在功能化方面，科学家们正在努力研制具有特定功能的聚合物材料，例如具有生物相容性、耐磨性、阻燃性、自修复性等特点的聚合物材料。
高分子凝聚态结构及聚合物性能概述
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动态热机械分析
利用动态热机械分析仪测定聚合物在 交变应力作用下的动பைடு நூலகம்力学性能和阻 尼特性。
光学性能评估手段
透光率测试
通过透光率测试仪测定 聚合物的透光率，评估 其透明度和光学质量。
折射率测定
利用折射仪测定聚合物 的折射率，研究其光学
性质和光传播行为。
光泽度评估
通过光泽度计测定聚合 物的光泽度，评估其表 面光洁度和反射性能。
其他相互作用
如离子键、金属配位键等， 也可在特定高分子体系中 存在。
结晶、非晶与取向结构
结晶结构
高分子链在三维空间中有序排列形成 的结构，具有明确的晶胞和晶格参数。
非晶结构
取向结构
高分子链在一定方向上优先排列形成的结构 ，如纤维状和片状结构等。这种结构对高分 子材料的力学性能和光学性能等具有重要影 响。
纤维材料具有优良的力学性能、化学稳定性和耐磨性，部分 纤维还具有较好的耐热性和电绝缘性。
应用领域
纤维材料广泛应用于纺织、造纸、复合材料等领域，如聚酯 纤维(PET)用于制作衣物、床上用品等，碳纤维(CF)用于制作 高性能复合材料、体育器材等。
05 聚合物加工过程中结构与 性能关系
加工工艺对聚合物结构影响
多尺度研究方法的融合
将宏观、介观和微观尺度的研究方 法相结合，揭示高分子凝聚态结构 和性能关系的多尺度特征。
跨学科的交叉融合
高分子科学与物理学、化学、生物 学等学科的交叉融合将推动高分子 凝聚态结构及聚合物性能研究向更 深层次发展。
功能导向的高分子材料设计
根据特定应用场景的需求，设计具 有特定功能的高分子材料，如自修 复、形状记忆、智能响应等。
高聚物的结构与性能要点解析
(2)侧基---取代基
①取代基极性 极性取代基将增加分子内的相互作用，使内旋转困难。侧
基的极性越大，相互作用越强，单键内旋转越困难，分子链柔 顺性越差。
分子主链上极性取代基的密度越大，其内旋转越困难，柔 性也越差。
50
②取代基的体积 空间位阻效应：对于非极性取代基， 取代基的体积
越大, 内旋转越困难, 柔性越差。 ③取代基的对称性
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(4)支链和交联
短支链会阻碍单键内旋转，使高分子链柔顺性减小。但增大 分子链之间的距离，削弱了分子间的相互作用，提高高分子链的 柔顺性起主导作用，所以短支链对链柔性有一定改善作用；长支 链则阻碍单键内旋转起主导作用，导致柔顺性下降。
交联时，交联点附近的单键内旋转便受到很大的阻碍，分子 链的柔顺性减小。不过，当交联点的密度较低，交联点之间的链 足够长时，交联点间的距离大于链段长度，仍然能表现出相当的 柔性。如含硫2－3％的橡胶，对链的柔顺性影响不大。随着交联 密度的增加，交联点之间的链长缩短，链的柔顺性便迅速减小。 交联点密度足够高时，高分子可能完全失去柔顺性。如交联度达 到一定程度的橡胶（含硫30%以上），因不能旋转而变成硬橡胶。
例：塑料制品、橡胶制品等冬天硬、夏天软。聚苯乙烯，室 温下链的柔顺性差，聚合物可作为塑料使用，但加热至一定 温度时，也呈现一定的柔性。顺式聚1，4－丁二烯，室温时 柔顺性好可用作橡胶，但冷却至－120℃，却变得硬而脆。
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②外力 外力作用时间长（作用速度缓慢），柔性容易显示；
外力作用时间短（外力作用速度快），高分子链来不及通 过内旋转而改变构象，柔性无法体现出来，分子链表现刚 性。
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③ 嵌段共聚
— A—A — A—A—B — B—B—A—A — A—