高分子材料的结构特点和性能精选. - 副本
高分子化合物的结构与性质
高分子化合物的结构与性质高分子化合物是由许多重复单元组成的大分子化合物。
它们具有多样的结构和性质，对人类生活和工业生产有着重要的影响。
本文将探讨高分子化合物的结构与性质，以及它们在不同领域的应用。
一、高分子化合物的结构高分子化合物的结构可以分为线性结构、支化结构和交联结构。
1. 线性结构线性结构是指高分子化合物中重复单元的排列方式呈线性排列的结构。
例如，聚乙烯是一种常见的线性高分子化合物，其重复单元CH2-CH2在空间中呈直线排列。
2. 支化结构支化结构是指高分子化合物中分支侧链与主链相连的结构。
由于分支的存在，分子间的空间障碍增加，使得高分子化合物具有更复杂的结构和特殊的性质。
聚丙烯是一种具有支化结构的高分子化合物。
3. 交联结构交联结构是指高分子化合物中分子间通过交联键连接在一起的结构。
这种结构使得高分子化合物具有更强的稳定性和力学性能。
举例来说，橡胶就是一种具有交联结构的高分子化合物。
二、高分子化合物的性质高分子化合物的性质主要包括力学性能、热性能、电性能和化学稳定性等。
1. 力学性能高分子化合物具有较低的密度和较高的拉伸强度，具有良好的柔韧性和拉伸性能。
不同的结构和分子链排列方式会对力学性能产生显著影响。
2. 热性能高分子化合物的热性能与其结晶度和熔点有关。
晶态高分子化合物通常具有更高的熔点和较低的热膨胀系数，而无定形高分子化合物具有较低的熔点和较高的热膨胀系数。
3. 电性能高分子化合物可以是良好的电绝缘体，也可以是导电材料。
用于制备电缆绝缘层和电子元件封装材料的特殊高分子化合物必须具有良好的电绝缘性能。
4. 化学稳定性高分子化合物的化学稳定性受结构、官能团和环境等因素的影响。
在酸碱、氧化剂和溶剂等条件下，高分子化合物可能发生降解、断裂或溶解等反应。
三、高分子化合物的应用高分子化合物在各个领域都有广泛的应用。
1. 塑料制品高分子化合物中的塑料是最常见的应用之一。
聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等常见塑料在日常生活和工业生产中广泛使用，用于制造包装材料、建筑材料、电子产品外壳等。
高分子材料的结构及其性能PPT(36张)
B、高弹性 随着温度的升高，当T＞Tg 时，分子的动能增加，使链段的自由旋转成为可能，此时，试
样的形变明显增加，在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，称为高弹态。 高弹态时，弹性模量显著降低，外力去除后，变形量可以回复，有明显的时间依赖性。由
如图16-7，在间同立构高聚物中， 原子或原子团会交替分布在主链两侧； 在全同立构高聚物中，原子或原子团 则全部排列在主链同一侧；而在无规立构高聚物中，主链两侧原子分布是随机的。
这种化学成分相同，但由于不对称取代基沿分子主链分布不同的现象，就叫做 高分子的立体异构现象。
2、大分子链的构象及柔性 高聚物结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子，共价键的特点是键能
2、单体 高分子化合物是由低分子化合物通过聚合反应获得。
组成高分子化合物的低分子 化合物称作单体。所以我们经 常说，高分子化合物是由单体 合成的，单体是高分子化合物 的合成原料。如图16-2，聚乙 烯是由乙烯（CH2＝CH2）单 体聚合而成的。 高分子化合物的相对分子质 量很大，主要呈长链形，因此 常称作大分子链或者分子链。 大分子链极长，可达几百纳米以上，而截面一般小于1nm。
物，简称高聚物材料，是以高分子化合物为主要组分的有机 材料，可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料包括如蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡 胶、淀粉和蛋白质等。 人工合成高分子材料包括如塑料、合成橡胶、胶粘剂和涂料 等。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
一、高聚物的基本概念 1、高聚物和低聚物 高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量在5000
高分子材料的化学结构与性能研究
高分子材料的化学结构与性能研究一、高分子材料概述高分子材料是指由大量重复单元构成的聚合物材料，其由于其结构及其特殊的加工性能与应用性能，已经成为了现代工业领域不可或缺的一部分。
高分子材料是现代科技和工业的支柱之一，在航空、航天、军工、轻工、电子、能源、建材、医疗、农业等众多领域都有不可或缺的应用。
二、高分子材料的分类1.按原料分类：1）化学合成高分子材料2）天然高分子材料2.按聚合方式分类：1）加成聚合生产的高聚物2）缩聚聚合生产的高聚物3.按性质分类：1) 热塑性高分子材料2) 热固性高分子材料3) 弹性体和弹性塑料三、高分子材料的化学结构特点1.高分子材料的重复单元以共价键结合形成线性或交联大分子结构。
2.高分子材料可以由同种或不同种单元按照不同的排列方式组成聚合物，形成多种结构和形态的高分子材料。
3.高分子材料中，由于构建大分子骨架的共价键间距离和角度比单体分子间相对较远和不规则，共价键中的电子云分布也较为松散，因此高分子材料在一定程度上表现出特殊的物理性质。
4.高分子材料受外界环境的影响很大，如温度、湿度等变化会导致材料性能发生变化。
四、高分子材料的性能高分子材料的性能涉及到其物理、化学两个方面。
1.物理性能高分子材料的物理性质主要包括：力学性能、热学性能、电学性能、光学性能。
2.化学性能高分子材料的化学性能主要包括：化学稳定性、耐热性、阻燃性、化学惰性。
其中耐热性、阻燃性和化学稳定性为高分子材料中最重要的性能。
五、高分子材料的改性1.添加剂改性利用添加剂改善高分子材料的性能，增加材料的稳定性和机械强度等。
主要有填料、增强剂、光稳定剂等。
2.复合改性在高分子材料中添加其他材料，增强高分子材料的性能优化。
3.表面改性在材料表面形成新的功能性组分，提高表面性能和应用功能。
4.结构改性通过改善聚合物结构，提高物理性能、化学稳定性等。
六、高分子材料的前景和发展趋势1.绿色化从环保的角度出发，开发绿色高分子材料，降低环境影响。
高分子材料的结构及其性能
高分子材料的结构及其性能1. 引言高分子材料是由大量重复单元构成的大分子化合物，具有重要的工程应用价值。
其结构和性能之间的关系对于材料科学和工程领域的研究至关重要。
本文将介绍高分子材料的结构特点，并探讨其与性能之间的关系。
2. 高分子材料的结构高分子材料的结构可以分为线性结构、支化结构、交联结构以及共聚物结构等。
不同结构的高分子材料具有不同的特点和应用领域。
线性结构是最简单的高分子材料结构，由一条长链构成，链上的重复单元按照一定的顺序排列。
线性结构的高分子材料具有较高的可拉伸性和延展性。
2.2 支化结构支化结构在线性结构的基础上引入了支链，可以增加高分子材料的分子间距离，提高其熔融性和热稳定性。
支化结构的高分子材料常用于塑料制品的生产。
2.3 交联结构交联结构是指高分子材料中分子之间通过共价键形成网络结构。
交联结构的高分子材料具有较高的强度和硬度，常用于橡胶制品的生产。
共聚物是指由两种或两种以上不同单体按照一定比例聚合而成的高分子化合物。
共聚物结构的高分子材料具有多种物化性质的综合优点，广泛应用于各个领域。
3. 高分子材料的性能高分子材料的性能与其分子结构密切相关，主要包括力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等。
3.1 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。
线性结构的高分子材料通常具有较高的延展性和可拉伸性，而交联结构的高分子材料则具有较高的强度和硬度。
3.2 热学性能高分子材料的热学性能包括熔点、热膨胀系数、导热系数等指标。
分子结构的不同会对高分子材料的热学性能产生显著影响，如支化结构的高分子材料通常具有较低的熔点和较高的热膨胀系数。
3.3 电学性能高分子材料的电学性能主要包括导电性和介电性能。
共聚物结构的高分子材料常具有较高的导电性，而线性结构的高分子材料则通常具有较好的介电性能。
3.4 光学性能高分子材料的光学性能指材料对光的吸收、透过性和反射性等特性。
不同结构的高分子材料在光学性能上也会有所差异，如支化结构的高分子材料通常具有较高的透光性。
高分子化合物的结构与功能性材料
高分子化合物的结构与功能性材料高分子化合物在当今科学和工业领域扮演着重要的角色。
其特殊的化学结构赋予了高分子化合物独特的性质和功能。
这些性质和功能使得高分子化合物成为制备功能性材料的理想选择。
本文将介绍高分子化合物的结构特点以及其在功能性材料方面的应用。
一、高分子化合物的结构特点高分子化合物由长链状或网状的聚合物组成。
其分子量通常非常大，可达到数百到数百万。
高分子化合物是由重复的基本单元通过化学键连接而成，这些基本单元称为单体。
高分子的结构可以被分为线性、支化、交联和网络结构等类型。
线性结构的高分子是由一个个单体按照特定顺序连接而成的。
支化结构的高分子在链上有分支结构，增加了分子的空间体积以及分子间的相互作用力。
交联结构的高分子由可相互连接的链段交联形成，使其具有优良的机械性能和热稳定性。
网络结构的高分子具有三维网络结构，使其拥有良好的强度和刚性。
二、高分子化合物的功能性材料应用1. 高分子复合材料高分子复合材料是将高分子基质与其他材料（如纳米颗粒、纤维增强材料等）进行物理或化学改性而制备而成的材料。
高分子基质作为载体具有良好的可加工性和成型性，而添加的成分则赋予其特定的性能和功能。
例如，将单壁碳纳米管添加到高分子基质中，可以显著提高复合材料的导电性和力学强度。
高分子复合材料在航空航天、汽车工业等领域具有广泛的应用。
2. 高分子薄膜高分子薄膜是一种非常薄的高分子薄片，其厚度通常在纳米到微米级别。
高分子薄膜可用于制备光学、电子和生物传感器等高性能装置。
通过控制高分子的结构和制备工艺，可以调节薄膜的光学、电学等性质。
例如，聚苯乙烯薄膜具有良好的透明性和电绝缘性能，在显示器件和太阳能电池中得到广泛应用。
3. 高分子生物材料高分子化合物可以被用于制备生物材料，用于仿生组织工程、药物缓释、假肢等领域。
将高分子材料与细胞或生物体相容性良好的支架结构相结合，可以实现组织修复和再生。
例如，聚丙烯酸与羟基磷灰石复合材料可用于骨组织修复，其多孔结构和生物活性促进了新骨组织的生长。
高分子材料的结构与性能
高分子材料的结构与性能高分子材料是指由聚合物制成的材料，聚合物是由单体分子在化学反应中结合形成的长链分子。
高分子材料具有良好的物理、化学、力学和电子性能，广泛用于制造塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂等材料。
在高科技领域中，高分子表现出了许多非凡的性能特征，比如强度高、稳定性强、抗氧化、耐腐蚀。
本文将探讨高分子材料的结构与性能。
一、高分子材料的结构1.1 分子结构高分子材料是由巨分子组成的，而巨分子则是由很多分子链状连接而成的。
它们具有极高的分子质量，分子量一般在10万到100亿之间。
分子结构的简单性质（如平面或立体）对其物理性质有很大影响。
例如，苯并芘（BP）是一种由苯（B）和芘（P）连接而成的分子，它们的分子结构决定了BP材料的密度、强度和稳定性。
由于BP的共轭结构和分子链的高度结晶性，它是一种非常优秀的聚合物材料。
然而，这种材料易于光氧化和生物降解，导致其应用范围受到限制。
1.2 分子排列高分子材料分子的排列方式也决定了其性能。
高分子材料有不同的排列方式，主要包括层状排列，链状排列，聚集态等。
层状排列的材料（例如石墨烯）具有优良的导电和导热性能，链状排列的材料（例如聚丙烯）具有良好的韧性和可塑性而且内部结构没有多余的杂质和空隙，因此有很好的电气性能和高温稳定性。
1.3 聚合度聚合度是指分子链中单体单位的数目，它对高分子物质的物理和化学性质有重要影响。
聚合度较小的分子链通常很容易断裂，但与此同时，它们也更容易流动。
聚合度较大的分子链则更难流动，更难断裂，但表现了较高的强度和稳定性。
若聚合度过高，会导致过浓的材料或粘稠的物质成为一种过筛子现象，因此在工业应用中需要合理控制聚合度。
二、高分子材料的性能2.1 强度和韧性高分子材料的强度和韧性是决定其性能的重要因素。
高分子材料的强度通常表示为杨氏模量和硬度，直接影响到其耐腐蚀性、热稳定性和维持形状的能力。
韧性则是一个材料在受到冲击负载时不易断裂的能力，母材料的应力值和形状极限是材料韧性的主要影响因素。
高分子材料的结构与性质
高分子材料的结构与性质高分子材料是一类由大量重复单元组成的大分子化合物。
这些重复单元通过共价键或其他化学键相连，形成长链或网络结构。
高分子材料的结构与性质密切相关，它们的结构决定了它们的物理、化学以及力学性能。
本文将探讨高分子材料的结构与性质之间的关系。
1. 高分子的化学结构高分子材料的化学结构可以分为线性结构、支化结构和交联结构三种。
1.1 线性结构线性结构的高分子材料由直链或分支较少的链状分子构成。
它们的链状结构使得分子之间的间距较大，容易流动。
因此，线性高分子材料具有良好的可塑性和可加工性。
然而，由于链状结构的易滑动性，线性高分子材料的强度和刚性相对较低。
1.2 支化结构支化结构的高分子材料具有较多的侧基或支链。
支化结构的引入可以增加分子之间的交联点，增强高分子材料的强度和刚性。
同时，支化结构还可以减缓分子链的运动，提高高分子材料的熔点和玻璃化转变温度。
支化结构的高分子材料在保持流动性的同时，还具有较高的强韧性和抗拉强度。
1.3 交联结构交联结构是高分子材料中的三次结构，通过交联点将多个线性或支化的高分子链连接在一起，形成一个三维网络结构。
交联结构的高分子材料具有优异的机械性能，高强度、高耐磨性和高温稳定性。
然而，交联结构的高分子材料通常较脆硬，不易加工。
2. 高分子的物理性质高分子材料的物理性质主要包括熔点、玻璃化转变温度和热胀缩性。
2.1 熔点高分子材料的熔点取决于其结晶性和分子量。
结晶性较高的高分子材料通常具有较高的熔点，因为结晶部分的分子排列更加有序，分子之间的相互作用更强。
另外，分子量较高的高分子材料由于分子间的范德华力较强，也会导致较高的熔点。
2.2 玻璃化转变温度玻璃化转变温度是高分子材料从玻璃态转变为橡胶态的临界温度。
玻璃化转变温度与高分子材料的结构和分子量密切相关。
结晶度较高的高分子材料通常具有较高的玻璃化转变温度，因为结晶区域的链状排列限制了链段的运动。
另外，分子量较大的高分子材料由于分子间的交联较多，也会导致较高的玻璃化转变温度。
化学中的高分子结构与性能
化学中的高分子结构与性能高分子是由大分子结构单元组成的材料，具有重量轻、强度高、化学稳定性强等特点，在各种领域得到了广泛应用。
高分子材料的性能取决于其结构和组成，下面将着重介绍高分子结构与性能之间的关系。
1. 高分子的结构高分子结构是指由大分子结构单元构成的分子链或网络结构。
大分子结构单元可以是单体，也可以是多个单体合成而成的共聚物或共价交联聚合物。
高分子材料的结构可以从分子量、分子形态和分子排列等方面来描述。
1.1 分子量分子量是高分子结构的一个重要参数。
分子量越大，高分子材料的物理力学性能越好。
例如，聚合物的拉伸强度是与分子量的平方根成正比的。
高分子材料的流动性和热性能也与分子量有关。
一般来说，分子量大的高分子材料的流动性较差，热稳定性和耐用度较高。
1.2 分子形态高分子的形态可以分为线性、支化、交联和网状等。
线性聚合物是由线性链段组成的，具有较大的分子量和晶化度。
支化聚合物的分子链上存在支链，分子量较小，但具有较好的物理力学性能。
交联聚合物是由多个不同的线性链连接而成的，形成了一个固定的空间结构，具有良好的横向性能和高耐热性能。
网状聚合物是交联聚合物的一种，其分子链形成了一个3D网络，具有较高的耐用性和化学稳定性。
1.3 分子排列高分子材料中，聚合物链的排列顺序对材料的性能有一定影响。
在共聚物中，单体的交替共聚会使聚合物链的排列成为均匀的随机顺序。
而若是聚合物链排列成为有序体系，则性能也会有所改变。
例如，具有一定结晶度的聚丙烯材料具有优异的强度和硬度性能。
而聚丙烯被设计为无法结晶是为了提高材料的柔韧性和针对特定应用的物化性质。
2. 高分子的性能高分子材料具有许多优秀的性能，如重量轻、耐用、良好的热稳定性和化学稳定性，以及良好的物理力学性能。
这与高分子的结构密切相关。
2.1 重量轻由于高分子材料具有大分子量，因此具有比相同体积的金属或陶瓷材料更轻的重量。
由于其重量轻，高分子材料在制备各种产品时可以提供更高的兼容性和易操作性。
高分子材料的结构特点和性能
高分子材料是由相对分子质量比一般有机化合物高得多的高分子化合物为主要成分制成的物质。
一般有机化合物的相对分子质量只有几十到几百，高分子化合物是通过小分子单体聚合而成的相对分子质量高达上万甚至上百万的聚合物。
巨大的分子质量赋予这类有机高分子以崭新的物理、化学性质：可以压延成膜；可以纺制成纤维；可以挤铸或模压成各种形状的构件；可以产生强大的粘结能力；可以产生巨大的弹性形变；并具有质轻、绝缘、高强、耐热、耐腐蚀、自润滑等许多独特的性能。
于是人们将它制成塑料、橡胶、纤维、复合材料、胶粘剂、涂料等一系列性能优异、丰富多彩的制品，使其成为当今工农业生产各部门、科学研究各领域、人类衣食住行各个环节不可缺少、无法替代的材料。
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。
高分子材料的分子结构与性质
高分子材料的分子结构与性质高分子材料是一种广泛应用的材料，它们通常由许多重复的基本单元组成。
这些基本单元通过化学键连接到一起，形成了巨大的分子。
高分子材料不仅应用于常见的日用品、建筑材料等领域，也在医学、电子、光学等领域具有广泛的应用。
了解高分子材料的分子结构与性质，能够更好地理解和应用它们。
高分子材料分子结构的基本特征是分子链的长且具有分支，这些分支共同构成了高分子的三维结构。
由于高分子链的长度有限，因此它们通常具有一定的弯曲。
此外，高分子链上的官能团（如羟基、胺基、醇基等）能够与其它高分子链或小分子相互作用，形成水分子、氢键、离子键等作用力。
这些作用力决定了高分子材料的物理、化学性质和应用特性。
高分子材料分子结构的另一个基本特征是分子链的分子量。
通常情况下，分子量越高，高分子材料的特性越优越，如强度、高温稳定性、电性能等。
高分子材料的分子量可通过各种不同的手段进行测量，例如光散射法、凝胶渗透色谱法等。
高分子材料的化学结构种类也非常丰富，不同的化学结构会对高分子材料的性质产生重要影响。
例如，每个单元中分别包含持有共价键和非持有共价键的共轭聚合物比其非共轭聚合物更光电活性强。
这是因为共轭结构存在较强的分子内共振，从而增强了分子中的电子转移。
高分子材料的化学结构可通过各种不同的化学反应进行修饰，例如选择性臂化、双键卡口杂化等。
高分子材料的物理、化学性质和应用特性主要由分子结构和组织结构决定。
例如，聚乙烯的分子链中含有大量的氧原子，导致其在高温下容易分解。
与此不同，聚丙烯的分子链中不含氧原子，具有更好的耐高温性能和化学稳定性。
因此，聚丙烯是一种重要的应用领域应用于高温设备的材料。
高分子材料的组织结构对其性能有着极为显著的影响。
高分子材料可经过拉伸、压缩、模塑、注塑等过程进行形成。
组织结构受温度、流场、非均匀性等因素的影响，并与高分子材料的分子结构和化学结构相辅相成。
高分子材料的组织结构还与其加工条件相关，例如加热速率、加热时间、压力等。
第章高分子材料的结构与性能高分子材料的结构与性能
产生原因： 电介质中微量杂质引起的漏导电流 电介质在电场中极化取向时，极化取向与外加电场有相
位差而产生的极化电流损耗（主要原因）
对非极性聚合物：极性杂质（主要原因） 小于 10-4
极性聚合物：5×10-3 – 10-1
(4) 介电强度
状态。
（2）热氧化 热和氧综合作用的结果 热加速氧化 氧化物的分解 主链断裂的自动氧化过程 (氢过氧化物) 活性中心（自由基）
解决方案： •抗氧剂：仲芳胺、阻碍酚类、苯醌、叔胺和硫醇等。 •热稳定剂：金属皂类、学物质的作用，聚合物链产生化学变化而 使性能变坏的现象。 聚酯、聚酰胺的水解 酸、碱洗液对实验服的腐蚀
高弹态
粘流态
温度
Tg
Tf
第二节 高分子材料的物理性能
基本物性
由材料的基本性能决定，结构不敏感参数，包括 密度、比热容、折光指数、介电常数等
结构敏感性能：
对材料的结构缺陷十分敏感，如 导电性、介电损耗、塑性、脆性等。
1、热性能
（1）热导率 热量扩散快慢的一种量度。
外加热能影响物质平面上原子及分子的振动振幅， 该热能以一定的速率向对面方向扩散。
聚合物材料：靠分子间力结合，导热性较差。 λ≅ 0.3 W.m-1.K-1，与实验值接近。
聚合物热导率变化的一般规律：
（1）主价键结合时传热快，次价键时慢 （2）结晶聚合物的热导率稍高一些 （3）非晶聚合物λ∝M，沿分子链传递比分子间容易 （4）加入低分子的增塑剂，λ↓ （5）热导率随温度波动，不超过 10％ （6）取向导致λ各向异性：沿取向方向增大，横向减小
介电常数大的聚合物带正电，小的带负电，序列如下：
高分子材料的结构与性质
高分子材料的结构与性质高分子材料是一类由重复单元构成的大分子化合物，具有广泛的应用领域。
它们的结构和性质之间存在着密切的关系，对于理解和控制高分子材料的性能具有重要意义。
一、高分子材料的结构高分子材料的结构可以分为线性结构、支化结构和交联结构三种。
线性结构的高分子材料由一条连续的链状分子构成，例如聚乙烯和聚丙烯。
支化结构的高分子材料在主链上存在侧链，这些侧链可以分散主链上的应力，提高材料的柔韧性和耐热性，例如聚四氟乙烯。
交联结构的高分子材料中，分子之间通过共价键或物理交联形成三维网络结构，这种结构使材料具有较高的强度和刚性，例如硅橡胶。
除了结构的不同，高分子材料的分子量也会对其性质产生影响。
高分子材料的分子量一般用聚合度来表示，聚合度越高，分子量越大，相应的材料性能也会有所提高。
高分子材料的分子量可以通过聚合反应的条件和聚合物化学方法进行调控。
二、高分子材料的性质高分子材料的性质主要包括力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等。
其中，力学性能是高分子材料最基本的性质之一。
高分子材料的力学性能包括强度、韧性和刚度等指标。
强度是指材料抵抗外部应力的能力，韧性是指材料在受到外力作用时发生塑性变形的能力，刚度是指材料抵抗变形的能力。
不同的高分子材料在力学性能上存在差异，这与其结构和分子量有关。
热学性能是指高分子材料在不同温度下的性能表现。
高分子材料的热学性能主要包括熔点、玻璃化转变温度和热膨胀系数等。
熔点是指高分子材料从固态转变为液态的温度，玻璃化转变温度是指高分子材料从玻璃态转变为橡胶态的温度。
热膨胀系数是指高分子材料在温度变化时的膨胀程度。
热学性能的差异也与高分子材料的结构和分子量有关。
电学性能是指高分子材料在电场作用下的性能表现。
高分子材料的电学性能主要包括导电性、介电常数和介电损耗等。
导电性是指高分子材料导电的能力，介电常数是指高分子材料在电场中储存电能的能力，介电损耗是指高分子材料在电场中损耗电能的能力。
高分子材料的结构与性能
纤维种类：合成纤维和天然 纤维
纤维材料：高分子材料的重 要应用领域之一
纤维工业的发展历程：从天 然纤维到合成纤维的演变
高分子材料在纤维工业中的应 用：提高纤维性能、降低生产
成本
高分子材料在涂 料工业中的应用 广泛，如合成树 脂、颜料、溶剂 等。
高分子材料可以 提高涂料的粘附 性、耐久性和抗 腐蚀性，从而提 高涂层的性能。
原理：利用聚合物之 间的相容性、相分离 等作用，使共混物形 成独特的微观结构， 从而改善材料的性能。
方法：包括机械共混 、溶液共混、乳液共 混等，可根据不同需 求选择合适的方法。
应用：广泛应用于塑 料、橡胶、涂料等领 域，可提高材料的力 学性能、耐热性能、 抗老化性能等。
定义：通过添加填充剂来改善高分子材料的性能 目的：降低成本、提高力学性能、增强耐磨性等 填充剂种类：无机物、有机物、纳米材料等 应用领域：塑料、橡胶、涂料等
定义：将两种或多种 聚合物通过物理或化 学方法混合，形成具 有优异性能的新型高 分子材料。
目的：改善单一聚 合物的性能，提高 材料的综合性能， 满足不同应用需求。
方法：共混、合金 化、互穿网络等。
应用：广泛应用于 汽车、电子、包装 、医疗等领域。
高分子材料的应用
简介：高分子材料在塑料工业中的应用广 泛，包括包装材料、建筑材料、医疗器械 等领域。
高分子材料的性能
高分子材料具有较高的弹性模量，能够承受较大的拉伸和压缩应力。 高分子材料通常具有较好的抗冲击性能，能够吸收能量并减轻冲击力对材料的破坏。 高分子材料的粘弹性使得材料在受力过程中会发生形变，同时能量会被吸收或释放。 高分子材料的疲劳性能较弱，容易发生疲劳断裂。
热稳定性：高分 子材料在高温下 的稳定性
高分子材料的结构、物理状态及性能PPT课件( 30页)
二、大分子链的键接方式
1.聚合物中聚氯乙烯单体的连接方式
1)头-尾连接：
2)头-头或尾-尾连接： 3)无规则连接：
2.共聚物中单体的连接方式（以AB两种单体共聚为例）
1)无规则共聚：—ABBABBABAABAA—
2)交替共聚： —ABABABABABAB—
3)嵌段共聚: —AAAABBAAAABB— 4)接枝共聚：
举例
聚氯乙烯等烯类聚合 物
酚醛树脂、环氧树脂
—C—C—C—C—
—C—C—O—C— —C—C—N— —C—C—S— —O—Si—O—Si— O—
第二节 高分子化合物的结构
高分子化合物的性能与其大分子链的结构密切相关。 一、大分子链结构的化学组成
在元素周期表中只有ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA中部分非金属、 亚金属元素（如N、C、B、O、P、S、Si、Se等）才能形成大 分子链。由于高聚物中常见的C、H、O、N等元素均为轻元素， 所以高分子材料具有密度小的特点。
类别 热塑性塑料
热固性塑料
碳链聚合物 杂链聚合物
元素有机聚 合物
特点
加热软化或熔融，而冷却固化 的过程可反复进行的高聚物， 它们是线型高聚物
加热成型后不再熔融或改变的 聚合物 主链除碳外，还有其它元素原 子的聚合物
主链由氧和其它元素原子组成 的聚合物
1.玻璃态 Tb<T<Tg时，由于温度低，分子热运动能力很 弱，高聚物中的整个分子链和键段都不能运动，只有键长和 键角可作微小变化，此时分子链的状态称为玻璃态。 在这 种状态下使用的材料是塑料和纤维。
2.高弹态 Tg<T<Tf时，由于温度较高，分子活动能力较 大，因此高聚物可以通过单键的内旋转而使键段不断运动， 但尚不能使整个分子链运动，此时分子链呈卷曲状态称高弹 态（橡胶态）。在这种状态下使用的高聚物是橡胶。
药用高分子材料 - 副本
1
（一） 来源
由低分子量聚乙二醇、（氢化）蓖麻油酸和甘油形 成的一种非离子型表面活性剂。氧乙烯链节个数 35-60
聚氧乙烯35蓖麻油：1mol蓖麻油与35-40mol 环氧乙烷
聚氧乙烯40蓖麻油：1mol蓖麻油与40-45mol 环氧乙烷
聚氧乙烯60蓖麻油：1mol蓖麻油与60mol环 氧乙烷
聚氧乙烯蓖麻油衍生物分子中同时具有疏水的脂肪 酸酯和亲水的氧乙烯链，故有很强的表面活性。0.1％ 聚氧乙烯35蓖麻油水溶液和0.1％聚氧乙烯40氢化蓖 麻油水溶液的表面张力分别为40.9mNm/m和
43mNm/m,
6
在水中的临界胶团浓度分别为0.009％和0.039％。由该 类物质实际上是多种成分的混合物，达到完全的正吸附 或形成胶团（即在溶液中达到稳定平衡）需要较长时间。
液体药剂：广泛用作增溶剂、乳化剂和润湿剂, 适合口服
外用液体药剂：增溶剂和乳化剂
气雾剂：改进气雾剂中药物在水相中的溶解度
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抛射剂：改善抛射剂在水相中的溶解性 栓剂及化妆品：基质成分 做动物饲料 内服制剂：推荐使用氢化蓖麻油衍生物，蓖麻油衍 生物略有不适臭味 不同类型型号蓖麻油的应用： 聚氧乙烯35蓖麻油主要作为乳化剂和增溶剂应用， 特别适用于含有挥发油、脂溶性维生素和其他疏水性物 质的水溶液产品的制备。P215 用法
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（三） 性质
2种主要的聚氧乙烯蓖麻油衍生物的一些物理 性质见表5-11
5
ห้องสมุดไป่ตู้ 1、性状 聚氧乙烯35蓖麻油是淡黄色粘稠状液体，微有异臭，
加热到26℃时完全液化且为澄清液体。聚氧乙烯40氢 化蓖麻油为白色半固体糊状物，30℃时液化。水溶液 微有异臭和异味。聚氧乙烯60氢化蓖麻油在室温下为
第一章 3高分子材料的结构特点和力学性能PPT课件
高分子化合物基本性能（一）
质轻 密度一般在0.9-2.2g/cm3之间，平均约为 铝的1/2，钢的1/5，混凝土的1/3，与木材相近。
比强度高 其强度与表观密度之比接近甚至超 过钢材。---长链型的高分子化合物分子与分子 之间的接触点很多，相互之间的作用力很大； 同时，分子链是蜷曲的，互相纠缠在一起。
非线性弹性的特点
形变量大； 变形完全能恢复，但不是瞬间恢复，需要
一定时间； 时间依赖性；应变随时间而增长，并达到
一个平衡值； 在非线性模式中讨论的是平衡时的应力应
变关系，已无时间依赖性。
非线性弹性的特点
小应变时符合线性弹性,但弹性模量很低, 约为0.1-1MPa。比玻璃态聚合物的弹性 模量低3-4个数量级。
非线性粘性流动
流动特性与聚合物分子结构有关。存在两种现象。 1、粘度随应变速率增大而下降-----假塑性----可逆性。
适用于大多数聚合物溶液。 2、粘度随剪切速率的增大而上升。这种性质称为膨
胀性，也称为剪切稠化 。
粘弹性
高聚物的粘弹性是指高聚物材料不 仅具有弹性材料的一般特性，同时 还具有粘性流体的一些特性 。
材料受到围压力P的作用，形状不变，体 积发生改变。
P
V V0
拉伸变形
F
l0
F
张应变：
1
l l0 l0
l l0
拉伸应力： F / A0
泊松比的定义
材料在伸长或压缩时，伴有横向收缩或膨胀。 横向变形与轴向变形之比定义为泊松比。
2 1
形变性能分类（液体---固体） 线性弹性
高分子结构与性能精华版
第一章链结构1聚合物：是不同聚合度分子的聚集体,是指宏观的物体。
而高聚物指分子量很高的聚合物，属聚合物的一部分。
高分子、大分子：单个的孤立分子，由许多小分子单体聚合而成。
2.物理缠结：无数根高分子链共享一个扩张体积, 链与链间互相围绕穿透,运动受到缠结点的限制。
产生物理缠结的条件：1. 刚性分子链不发生物理缠结；2. M(分子量)大于M c (临界分子量) ，M小于M c不发生物理缠结。
化学交联：高分子链之间通过化学键或链段连接成一个空间网状的结构，可限制高分子链的在轮廓方向的运动。
3高分子链以不同程度蜷曲的特性称为柔性。
两个可旋转单键之间的一段链，称为链段。
链段是分子链上最小的独立运动单元。
链段长度b愈短，柔性愈好。
4分子构造：一维、合成高分子多为线形，如HDPE、PS、PVC、POM；二维、环形高分子；三维、三维交联高分子、ß-环糊精、纳米管。
5支化高分子：无规（树状）、疏形和星形。
无规、不同长度的支链沿着主链无规分布。
如LDPE。
疏形、一些线性链沿着主链以较短的间隔排列而成。
如苯乙烯采用阴离子聚合。
星形、从一个核伸出三个或多个臂（支链）的高分子。
如星形支链聚苯乙烯。
6链结构鉴别：红外光谱与拉曼光谱区别：红外活性与振动中偶极矩变化有关，而拉曼活性与振动中诱导偶极矩变化有关。
红外光谱为吸收光谱，拉曼光谱为散射光谱。
红外光谱鉴别分子中存在的基团、分子结构的形状、双键的位置以及顺、反异构等结构特征。
拉曼光谱在表征高分子链的碳-碳骨架结构上较为有效，也可测定晶态聚合物的结晶度和取向度。
核磁共振谱研究共聚物中共聚体的化学结构较有效，核磁共振发法是研究高聚物链内单个原子周围环境最有效的结构研究方法，共振吸收强度比例于参加共振吸收核的数目。
7超支化聚合物的性质1低粘度较低的粘度意味着其分子间链缠结较少。
2较好的溶解性3热稳定性和化学反应性。
第二章高聚物的凝聚态结构1高聚物非晶态指非晶高聚物的玻璃态，高弹态以及所有高聚物的熔融态。
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高分子材料是由相对分子质量比一般有机化合物高得多的高分子化合物为主要成分制成的物质。
一般有机化合物的相对分子质量只有几十到几百，高分子化合物是通过小分子单体聚合而成的相对分子质量高达上万甚至上百万的聚合物。
巨大的分子质量赋予这类有机高分子以崭新的物理、化学性质：可以压延成膜；可以纺制成纤维；可以挤铸或模压成各种形状的构件；可以产生强大的粘结能力；可以产生巨大的弹性形变；并具有质轻、绝缘、高强、耐热、耐腐蚀、自润滑等许多独特的性能。
于是人们将它制成塑料、橡胶、纤维、复合材料、胶粘剂、涂料等一系列性能优异、丰富多彩的制品，使其成为当今工农业生产各部门、科学研究各领域、人类衣食住行各个环节不可缺少、无法替代的材料。
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。
如下所示：头-头(尾-尾)连接为：头-尾连接为：这种由于结构单元之间连接方式的不同而产生的异构体称为顺序异构体。
一般情况下，自由基或离子型聚合的产物中，以头-尾连接为主。
用来作为纤维的高聚物，一般要求分子链中单体单元排列规整，使聚合物结晶性能较好，强度高，便于抽丝和拉伸。
(2) 高分子链的形态如果在缩聚过程中有三个或三个以上的官能度的单体存在，或是在加聚过程中有自由基的链转移反应发生，或是双烯类单体第二键被活化等，则单体单元的键接顺序通常有无规、交替、嵌段和接枝之分，能生成支化的或交联的高分子。
支化高分子又有星型、梳型和无规支化之分，如图5.2-1所示，它们的性能也有差别。
支化若进一步发展，随着聚合度进一步加大，则形成体型的立体网状结构。
高分子链可以按其几何形状分为以下三种：(a)线型分子链，由许多链节组成的长链，通常是卷曲为团状，这类高聚物有较高的弹性、塑性好、硬度低，是典型的热塑性材料的结构。
(b)支链型分子链，在主链上带有支链，这类高聚物的性能和加工都接近线型分子链高聚物。
线型和支链型高分子加热可熔化，也可溶于有机溶剂，易于结晶，因此可反复加工成型，称作“热塑性树脂”。
合成纤维和大多数塑料都是线型分子。
(c)体型分子链，分子链之间有许多链节互相交联，这类高聚物的硬度高、脆性大、无弹性和塑性，这种形态也称为网状结构。
体型高分子不溶于任何溶剂，也不能熔融，所以只能以单体或预聚状态进行成型，一旦受热固化便不能再改变行状，称作“热固性树脂”。
热固性树脂树脂虽然加工成型比较复杂，但具有较好的耐热和耐蚀性能，一般硬度也比较高。
(3) 高分子链的构型构型是指分子中由化学键所固定的原子或取代基在空间的几何排列。
也就是表征分子中最近邻原子间的相对位置，这种原子排列非常稳定，只有使化学键断裂和重组才能改变构型。
构型不同的异构体有旋光异构和几何异构两类。
旋光异构是有机物能构成互为镜影的两种异构体，表现出不同的旋光性。
例如饱和氢化物中的碳构成一个四面体，碳原子位于四面体中心，4个基团位于四面体的顶点，当4个基团都不相同时，位于四面体中心的碳原子称为不对称原子，用C*表示，其特点是C*两端的链节不完全相同。
有一个C*存在，每一个链节就有两个旋光异构体。
根据它们在高分子链中的链接方式，聚合物链的立体构成分为三种，如图5.2-2所示：(a)全同立构，全部由一种旋光异构单元链接；(b)间同立构，由两种旋光异构单元交替链接；(c)无规立构，两种旋光异构单元完全无规链接。
如果把主链上的碳原子排列在平面上，则全同立构链中的取代基R都位于平面同侧，间同立构中的R交替排列在平面的两侧，无规立构中的R在两侧任意排列。
无规立构通过使用特殊催化剂可以转换成有规立构，这种聚合方法称为定向聚合。
旋光异构会影响高聚物材料的性能，例如，全同立构的聚苯乙烯，其结构比较规整，能结晶，软化点为240℃；而无规立构的聚苯乙烯结构不规整，不能结晶，软化点只有80℃。
又如，全同或间同立构的聚丙烯，结构也比较规整，容易结晶，为高度结晶的聚合物，熔点为160℃，可以纺丝制成纤维即丙纶，而无规立构的聚丙烯是无定形的软性聚合物，熔点为75℃，是一种橡胶状的弹性体。
通常由自由基聚合的高聚物大都是无规立构的，只有用特殊的催化剂进行定向聚合才能合成有规立构的高分子。
全同立构和间同立构的高分子都比较规整，有时又通称为等规高分子，所谓等规度是指高聚物中含全同立构或间同立构高分子所占的百分数。
另一种异构体是几何异构，由于聚合物内双键上的基团在双键两侧排列的方式不同，分为顺式和反式构型。
例如聚丁二烯利用不同催化系统，可得到顺式和反式构型，前者为聚丁橡胶，后者为聚丁二烯橡胶，结构不同，性能就不完全相同。
2. 远程结构远程结构包括分子的大小与形态，链的柔顺性及分子在各种环境中的构象。
分子量是高分子大小的量度，但高分子的分子量只有统计意义，只能用统计平均值来表示，如数均分子量Mn和重均分子量Mw。
因为高分子化合物不同于低分子化合物，其聚合过程比较复杂，使生成物的分子量有一定的分布，即分子量具有“多分散性”，不是均一的。
要清晰地表明分子的大小，必须用分子量分布。
分子量分布可以表明聚合物中各个组分的相对含量W(M)与分子量M的关系，如图5.2-3所示。
横坐标是分子量为的相对含量。
图中分子量的微分分布曲线的宽度表明分子量的分散度，即分子量的均一性；峰值表示高分子的平均大小。
聚合度也是表征高分子大小的参数，它是指高分子中所含的重复单元的数目，其值与分子量成正比。
聚合度也具有统计平均意义。
分子量和分子量分布是影响材料性能的重要因素。
实验表明，聚合物的分子量或聚合度达到某一数值后，才能显示出有实用价值的机械强度，称为临界聚合度。
高聚物的聚合度对机械强度的影响如图5.2-4所示。
由图可知，不同极性聚合物的聚合度对机械强度的影响不同，强极性聚合物的临界聚合度均为40，非极性聚合物为80，弱极性聚合物则介于二者之间。
由图中还可以看出，对高聚物分子量的控制，要综合考虑高聚物的使用性能和加工性能。
因为高聚物的分子量越大，机械强度越高。
但分子量增加后，分子间的相互作用力也增强，导致高温流动粘度增加，使加工成型变得困难。
分子量分布对高分子材料的加工和使用也有明显影响，一般来说，分子量分布窄一些有利于加工控制和使用性能的提高，例如合成纤维和塑料。
但有的聚合物却恰恰相反，例如天然橡胶，经过塑炼使分子量降低、分布变宽才能克服原来的加工困难，便于加工成型。
(2) 高分子链的构象及柔顺性高分子链的主链都是以共价键连接起来的，它有一定的键长和键角。
如C-C键的键长为154pm，键角为109°28′。
高分子在运动时C-C单键在保持键长和键角不变的情况下可绕轴任意旋转，这就是单键的内旋转，如图5.2-5所示。
单键内旋转的结果，使原子排列位置不断变化，而高分子链很长，每个单键都在内旋转，且频率很高(室温下乙烷分子可达1011～1012Hz)，这必然造成高分子的形态瞬息万变。
这种由单键内旋转引起的原子在空间占据不同位置所构成的分子链的各种形象称为高分子链的构象。
高分子链的空间形象变化频繁、构象多，就像一团任意卷在一起的钢丝一样，对外力有很大的适应性，受力时可表现出很大的伸缩能力。
高分子这种能由构象变化获得不同卷曲程度的特性称为高分子链的柔顺性。
高分子链的柔顺性与单链内旋转难易程度有关。
分子结构对链的柔顺性有明显的影响，其中主链结构、侧基和链的长度都起作用。
C-C键上总带有其他原子或基团，这些原子和基团之间存在着一定的相互作用，阻碍了单键的内旋转；另外，单键的内旋转是彼此受到牵制的，一个键的运动往往要牵连到邻近键的运动；所以大分子链运动往往是以相连接的有一定长度的链段运动来实现。
链段是指具有独立运动能力的链的最小部分，它一般包括十几到几十个链节，这样大分子链就可以看作是若干能独立运动的链段所组成。
通常大分子链柔顺性越大链段越短，柔顺性越小链段越长。
高分子链的柔顺性是高聚物许多性能不同于低分子物质的主要原因。
尤其对高聚物的弹性和塑性有重要影响。
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