高分子物理 -小结

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高分子物理实验报告

高分子物理实验报告

高分子物理实验报告高分子物理实验报告引言:高分子物理是研究高分子材料的结构、性质和行为的学科。

本实验旨在通过实验方法,对高分子材料的一些基本性质进行探究,以加深对高分子物理的理解。

实验一:高分子材料的熔融流动性材料:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)方法:将PE和PP分别切成小块,放入两个不同的容器中,通过加热使其熔化,观察其流动性。

结果:PE在加热后迅速熔化,并呈现出较大的流动性,而PP则需要较高的温度才能熔化,且流动性较小。

结论:高分子材料的熔融流动性与其分子结构有关,分子链间的相互作用力越强,熔融温度越高,流动性越小。

实验二:高分子材料的拉伸性能材料:聚酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)方法:将PET和PVC分别切成薄片状,用拉力试验机进行拉伸测试,记录其拉伸强度和断裂伸长率。

结果:PET具有较高的拉伸强度和断裂伸长率,而PVC的拉伸强度较低,断裂伸长率也较小。

结论:高分子材料的拉伸性能与其分子链的排列方式、分子量以及交联程度等因素有关,分子链越有序,交联程度越高,拉伸强度越大,断裂伸长率越小。

实验三:高分子材料的热稳定性材料:聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)方法:将PS和PC分别切成小块,放入热风箱中进行热稳定性测试,记录其质量损失。

结果:PS在高温下易分解,质量损失较大,而PC在相同条件下质量损失较小。

结论:高分子材料的热稳定性与其分子链的稳定性有关,分子链越稳定,热稳定性越好,质量损失越小。

实验四:高分子材料的玻璃化转变温度材料:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇(PVA)方法:将PMMA和PVA分别切成小块,通过差示扫描量热法(DSC)测试其玻璃化转变温度。

结果:PMMA的玻璃化转变温度较高,而PVA的玻璃化转变温度较低。

结论:高分子材料的玻璃化转变温度与其分子链的自由度有关,分子链越自由,玻璃化转变温度越低。

结论:通过以上实验,我们可以看到不同高分子材料在熔融流动性、拉伸性能、热稳定性和玻璃化转变温度等方面表现出不同的特性。

高分子物理

高分子物理

高分子物理
高分子物理学是研究高分子材料性能及其与结构、环境及其他因素之间关系的物理学分支,它是关于构造与性能两大领域的结合。

1、高分子材料构造:高分子材料的构造是物理性能的基石,同一种高分子材料的性能会因为构造不同而有所变化,因此,评价高分子材料的构造非常重要,常用的构造检测方法有X射线衍射、核磁共振及其他分子动力学技术。

2、高分子材料性能:高分子材料的性能包括力学性能、热学性能、结晶性能、电学性能、功能性能等,其物理性能分析主要有测力学弹性模量、拉伸应力应变曲线;热性能包括热能指标,冷热冲击開裂剪切、冷热变形流变性等;结晶性能包括熔融流动性、熔融离合程度、结晶度等;电学性能主要包括导电性测试和介电性测试;功能性能主要包括光学、光机电、抗菌、吸附等。

3、高分子材料与其他因素的关系:高分子材料与外界环境之间是十分重要的,外界环境可能包括多种温度、湿度、日光照射、化学物质的存在的情况,这些因素都可能对高分子材料的性能产生影响,因此,了解高分子材料与此类因素之间的关系也至关重要。

高分子物理学是实现高分子构造与性能关系评价及科学应用的理论和实践基础,它为创新高分子材料及其应用开发提供了依据。

其主要目标是从结构的角度指导和开发高性能高分子材料。

高分子物理学的研究有助于高分子材料的开发,这些材料具有更高的力学性能、抗热稳定性、耐久性等性能,例如可在科学研究中应用于生物材料或太空设计。

高分子物理学还研究高分子材料和其他材料之间的相互作用,比如金属和塑料之间的相互作用,其模拟及评价能力为众多现代材料复合技术的应用建立了原理基础。

同时,它也能指导高分子材料(如石油基材料)的合成,优化其制备过程和性能,整合材料到机器和系统中,。

高分子物理实验总结

高分子物理实验总结

实验一熔体流动速率的测定塑料熔体流动速率(MFR):是指在一定温度和负荷下,塑料熔体每10min通过标准口模的质量。

实验原理:一定结构的塑料熔体,若所测得MFR愈大,表示该塑料熔体的平均分子量愈低,成型时流动性愈好。

但此种仪器测得的流动性能指标是在低剪切速率下获得的,不存在广泛的应力-应变速率关系。

因而不能用来研究塑料熔体粘度与温度,粘度与剪切速率的依赖关系,仅能比较相同结构聚合物分子量或熔体粘度的相对数值。

(1)为什么要分段取样?答:分段取样取平均值能使实验结果更精确,且利于去除坏点,减小试验误差。

(2)哪些因素影响实验结果?举例说明。

答:①标准口模内径的选择不同的塑料应选择不同的口模内径,否则实验误差较大。

②实验温度物料的形态与温度有关,不同的温度下,物料的熔体流动速率不同。

③负荷不同负荷下,压力不同则影响样条质量。

实验二扫描电子显微镜观察物质表面微观结构背散射电子背散射电子是被固体样品中的原子核反弹回来的一部分入射电子,其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。

背散射电子来自样品表层几百纳米的深度范围,被散射电子系数可用л=KE m表示,式中,K,m均为与原子序数有关的常数。

因此,它的产额能随样品原予序数增大而增多.所以不仅能用作形貌分折,而且可以用来显示原子序数衬度,定性地用作成分分析。

二次电子在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的样品的核外电子叫做二次电子。

二次电子的能量较低,一般都不超过8×10-19J(50ev),大多数二次电子只带有几个电子伏能量,因此二次电子逃逸深度一般只在表层5-10nm深度范围内。

二次电子发射系数与入射电子和样品表面法线夹角а的关系可用σа=σ/cosа表示,可见样品的棱角、尖峰等处会产生较多的二次电子,因此,二次电子对样品的表面形貌十分敏感,能非常有效的显示样品的表面形貌。

二次电子的产额和原子序数之间役有明显的依赖关系。

所以不能用它来进行成分分折。

高分子材料的分子结构与物理性质

高分子材料的分子结构与物理性质

高分子材料的分子结构与物理性质高分子材料作为一种重要的工业原料,在各个行业都有广泛的应用。

它可以用于制造塑料、橡胶、纤维等产品,具有很好的物理性能和机械性能,同时还能够通过改变分子结构来改变其特性。

本文将从高分子材料的分子结构和物理性质两个方面进行讨论。

一、高分子材料的分子结构高分子是由单体分子通过聚合反应组成的。

他们通常由大量的重复单元组成,有一条或多条聚合主链,辅助链和横向连接等支链。

高分子的分子结构对其物理性质有着重要的影响。

1.聚合度和分子量聚合度和分子量是高分子材料分子结构最基本也是最重要的参数。

聚合度通常指的是单个聚合物中单体数量的总和,分子量则是聚合物中所有单体分子的相对分子质量。

分子量越大,聚合物的物理性质越好,强度越高,同时也容易受到热量的影响。

2.分子结构高分子材料的分子结构通常包括线性、支化和交联三种形式。

线性分子结构的高分子只有一条主链,分子量较小,物理性能一般。

支化分子结构的高聚物具有分子链的分支结构,分子量较大,物理性能好,但热稳定性较差。

交联分子结构的高分子具有大量交联点,具有非常强的物理性能和热稳定性,但是也往往是刚性的。

3.结晶度结晶度是聚合物分子结构的另一个重要参数,这个参数直接决定了材料的物理性质。

结晶度高的高聚物材料具有优异的刚性和强度,但是也比较易于碎裂,结晶度并不高的高聚物材料则更具有一定的难燃性和柔韧性。

二、高分子材料的物理性质高分子材料的物理性质涵盖了它的各个领域,包括机械性能、热性能、电性能、光学性能和界面性能等方面。

下面我们将逐一介绍。

1.机械性能高分子材料的机械性能是评价其物理性质的关键指标之一。

高聚物材料的受力性能和耐磨性都较好,但是吸水性和腐蚀性较强。

与金属材料相比,高分子材料的刚性和强度略微逊色,但是也有不同领域的应用。

2.热性能高分子材料的热性能是由其聚合度和分子结构所决定的。

不同的聚合物材料具有不同的熔点和滑动温度,其热形变温度和热稳定性也会影响其应用范围和适用场景。

高分子物理学

高分子物理学

高分子物理学高分子物理学是研究高分子物质的物理性质及其相互作用的学科。

高分子物质广泛存在于自然界和工业中,如塑料、橡胶、纤维素等,因此高分子物理学的研究对于材料科学和工程领域具有重要意义。

一、高分子物理学简介高分子物理学是物理学的一个分支,主要研究高分子物质的物理性质及其内部结构、动力学行为和相互作用。

高分子物质通常由数个重复单元组成,分子量较大,其性质与低分子物质有很大差异。

高分子物理学的研究对象包括高分子材料的结构、力学性能、热力学性质、电学性质等。

二、高分子物理学的研究方法高分子物理学研究常用的方法包括理论计算、实验研究和数值模拟。

理论计算是通过建立高分子物理学模型,运用物理学原理和数学方法,对高分子物质的性质进行定量描述和预测。

实验研究是通过设计合适的实验方案,利用物理学实验仪器和设备对高分子物质的性质进行测量和分析。

数值模拟是运用计算机技术,通过数值计算和模拟实验,对高分子物质的性质进行模拟和预测。

三、高分子物理学的重要性高分子物理学的研究对于材料科学和工程领域有重要意义。

高分子材料广泛应用于塑料、橡胶、纤维素等领域,对于改善人类生活和推动社会经济发展起到了重要作用。

高分子物理学的研究可以为高分子材料的设计、合成和应用提供理论依据和技术支持。

研究高分子物质的内部结构和性质有助于优化材料的性能,并开发出新型的高分子材料。

同时,高分子物理学的研究还可以揭示高分子物质的物理本质和行为规律,为其他学科的发展提供新的思路和方法。

四、高分子物理学的应用领域高分子物理学的研究成果在工程和科学领域得到了广泛应用。

在材料工程领域,高分子物理学的研究成果使得高分子材料的性能得到提升,如增加抗拉强度、耐磨性、耐候性等,满足不同领域的需求。

在能源领域,高分子物理学的研究有助于开发新型的高分子电池材料、储能材料等,为能源存储和转换提供解决方案。

在生物医学领域,高分子物理学的研究为生物材料的设计和制备提供了理论指导,如生物可降解材料、药物载体等。

高分子物理知识点

高分子物理知识点

高分子物理知识点高分子物理是研究聚合物分子在物理场中的行为和性质的学科。

聚合物是由一些单体分子通过化学键结合而成的巨大分子,其分子量多数达到百万或以上。

高分子物理的研究范围主要包括聚合物的物理结构、热力学性质、电学性质、机械性质、输运性质、光学性质等方面。

一、聚合物的物理结构聚合物的物理结构是指聚合物高分子链的构象状态。

聚合物高分子链的构象状态受到其化学结构、聚合反应的条件、处理温度等多种因素的影响。

根据高分子链形态的不同,可将聚合物的物理结构分为直线型、支化型和交联型。

1. 直线型聚合物物理结构直线型聚合物是高分子链结构较为简单、规则的聚合物。

它通常由一根直线型链构成,其中的结构单元重复出现,链端没有分支或交联结构。

高分子的线密度、分子量和分子结构对其物理性质有很大的影响。

2. 支化型聚合物物理结构支化型聚合物指非直线型、分子链有分支结构的聚合物。

分支结构对于聚合物的物理性质有很大的影响,由于支化结构的存在,使得聚合物高分子链的平均距离更大,聚合物的分子间距离变大,导致其性能发生变化。

支化型聚合物化学结构和分支类型的不同,会对聚合物的物理性质产生巨大的影响。

3. 交联型聚合物物理结构交联型聚合物是由互相交联的高分子链构成的聚合物。

它们通常具有三维结构,分子间有交联点连接。

交联型聚合物的物理性质比支化型聚合物更为复杂。

不同交联密度、交联桥、交联方式等会对其物理性质产生很大的影响。

二、热力学性质聚合物的热力学性质主要包括相变、热力学函数、相平衡、玻璃化转变等方面。

1. 相变相变是指物质从一个物理状态到另一个物理状态的变化。

聚合物相变通常指聚合物高分子间和高分子和外界环境间的相变。

聚合物的相变通常与聚合物的物理结构、温度和压强等相关。

2. 热力学函数热力学函数是描述物质宏观性质的基本物理量,它包括熵、焓、自由能等,具体热力学函数的选择取决于所研究的问题和体系。

3. 相平衡聚合物在不同温度和压强下处于不同的相态平衡中,可以通过研究相平衡来揭示聚合物的热力学性质。

高分子物理知识点

高分子物理知识点

高分子物理知识点1.高分子结构:高分子是由重复单元组成的长链分子。

高分子的结构包括主链结构、支链结构、交联结构等。

主链的物理结构对高分子材料的性能有重要影响。

2.高分子分子量:高分子的分子量对其性能有重要影响。

分子量越大,高分子材料的力学性能和热稳定性往往越好。

常用的衡量高分子分子量的指标有相对分子质量、平均相对分子质量和聚合度等。

3.高分子链的构象:高分子链的构象指高分子链在空间中的排列方式。

构象对高分子材料的物理性质和加工性能等有重要影响。

高分子链的构象可以是线形的、螺旋形的、交替形的等。

4.高分子的玻璃转变温度:玻璃转变温度是高分子从玻璃态转变为橡胶态的临界温度。

高分子的物理性质在玻璃转变温度附近发生剧烈变化。

玻璃转变温度对高分子材料的应用范围和使用条件有重要影响。

5.高分子的熔融温度:熔融温度是高分子从固态转变为液态的临界温度。

高分子的熔融温度对其加工工艺和热稳定性有重要影响。

6.高分子的热膨胀系数:热膨胀系数是衡量高分子材料在温度变化下体积变化的指标。

高分子的热膨胀系数对其尺寸稳定性和热应力分析有重要影响。

7.高分子的力学性能:高分子材料具有较低的弹性模量和较高的塑性变形能力。

其力学性能包括拉伸强度、弹性模量、断裂韧性等。

8.高分子的热性能:高分子材料的热稳定性、热导率和热膨胀系数等热性能对高分子材料的加工和应用有重要影响。

9.高分子的光学性能:高分子材料的透明度、折射率、发光性质等光学性能对于光学器件和光学材料的应用具有重要意义。

10.高分子的电学性能:高分子材料具有较低的电导率和较高的介电常数。

高分子的电学性能对于电介质材料和电子器件的应用有重要影响。

以上仅是高分子物理学的一些知识点,该领域的研究内容非常广泛和复杂。

高分子材料是现代工程和科学领域中的重要材料,了解高分子物理学的知识,对于高分子材料的设计、合成、应用和性能改善都具有重要意义。

(完整版)高分子物理详细重点总结

(完整版)高分子物理详细重点总结

名词解释:1. 时间依赖性:在一定的温度和外力作用下,高聚物分子从一种平衡态过渡到另一种平衡态需要一定的时间2. 松弛时间τ :橡皮由ΔX(t)恢复到ΔX(0)的 1/e 时所需的时间3. 松弛时间谱:松弛过程与高聚物的相对分子质量有关,而高聚物存在一定的分子量分布,因此其松弛时间不是一个定值,而呈现一定的分布。

4. 时温等效原理:升高温度或者延长观察时间(外力作用时间)对于聚合物的分子运动是等效的,对于观察同一个松弛过程也是等效的。

5. 模量:材料受力时,应力与应变的比值6. 玻璃化温度:为模量下降最大处的温度。

7. 自由体积:任何分子的转变都需要有一个自由活动的空间 ,高分子链活动的空间8. 自由体积分数(f):自由体积与总体积之比。

9. 自由体积理论:当自由体积分数为 2.5%时,它不能够再容纳链段的运动,链段运动的冻结导致玻璃化转变发生。

10. 物理老化:聚合物的某些性质随时间而变化的现象11. 化学老化:聚合物由于光、热等作用下发生的老化12. 外增塑:添加某些低分子组分使聚合物 T g 下降的现象13. 次级转变或多重转变: Tg 以下,链段运动被冻结,存在需要能量小的小尺寸运动单元的运动14. 结晶速率:物品结晶过程进行到一半所需要时间的倒数15. 结晶成核剂:能促进结晶的杂质在结晶过程中起到晶核的作用16. 熔融:物质从结晶态转变为液态的过程17. 熔限:结晶聚合物的熔融过程,呈现一个较宽的熔融温度范围18. 熔融熵S m :熔融前后分子混乱程度的变化19. 橡胶: 施加外力时发生大的形变,外力除去后可以恢复的弹性材料20. 应变: 材料受到外力作用而所处的条件使其不能产生惯性移动时 ,它的几何形状和尺寸将发生变化21. 附加应力:可以抵抗外力的力22. 泊松比:拉伸实验中材料横向应变与纵向应变比值的负数23. 热塑性弹性体:兼有橡胶和塑料两者的特性,在常温下显示高弹,高温下又能塑化成型24. 力学松弛:聚合物的各种性能表现出对时间的依赖性25. 蠕变:在一定的温度下和较小恒应力的持续作用下,材料应变随时间的增加而增大的现象26. 应力松驰:在恒定温度和形变保持不变条件下,聚合物内部应力随时间的增加而逐渐衰减的现象27. 滞后:聚合物在交变应力作用下形变落后于应力变化的现象28. 力学损耗或者内耗:单位体积橡胶经过一个拉伸 ~ 回缩循环后所消耗的功29. 储存模量 E’:同相位的应力与应变的比值30. 损耗模量 E”:相差 90 度相位的应力振幅与应变振幅的比值31. Boltzmann 叠加原理:聚合物的力学松弛行为是其整个历史上各松弛过程的线性加和32. 应变软化:随应变增大,应力不再增加反而有所下降33. 银纹屈服:聚合物受到张应力作用后,由于应力集中产生分子链局部取向和塑性变形,在材料表面或内部垂直于应力方向上形成的长 100 、宽 10 、厚为 1 微米左右的微细凹槽或裂纹的现象34. 裂纹:由于分子链断裂而在材料内部形成的空隙,不具有强度,也不能恢复。

高分子物理知识点总结

高分子物理知识点总结

构象:具有一定组成和构型的高分子链通过单键的内旋转而形成的分子中的原子在空间的排列。

柔性:高分子链中单键内旋的能力;高分子链改变构象的能力;高分子链中链段的运动能力;高分子链自由状态下的卷曲程度。

链段:两个可旋转单键之间的一段链,称为链段影响柔性因素:1支链长,柔性降低;交联度增加,柔顺性减低。

2一般分子链越长,构象数越多,链的柔顺性越好。

3分子间作用力越大,聚合物分子链所表现出的柔顺性越小。

分子链的规整性好,结晶,从而分子链表现不出柔性。

控制球晶大小的方法:1控制形成速度;2采用共聚方法,破坏链的均一性和规整性,生成较小的球晶;3外加成核剂,可获得小甚至微小的球晶。

聚合物的结晶形态:1单晶:稀溶液,慢降温,螺旋生长2球晶:浓溶液或熔体冷却3树枝状晶:溶液中析出,低温或浓度大,分子量大时析出;4纤维状晶:存在流动场,分子量伸展,并沿流动方向平行排列;5串晶:溶液低温,边结晶边搅拌;6柱晶:熔体在应力作用下冷却结晶;7伸直链晶:高压下融融结晶,或熔体结晶加压热处理。

结晶的必要条件:1内因:化学结构及几何结构的规整性;2外因:一定的温度、时间。

结晶速度的影响因素:1温度——最大结晶温度:低温有利于晶核形成和稳定,高温有利于晶体生长;2压力、溶剂、杂质:压力、应力加速结晶,小分子溶剂诱导结晶;3分子量:M 小结晶速度块,M 大结晶速度慢;熔融热焓∆H m :与分子间作用力强弱有关。

作用力强,∆H m 高熔融熵∆S m :与分子间链柔顺性有关。

分子链越刚,∆S m 小聚合物的熔点和熔限和结晶形成的温度T c 有一定的关系:结晶温度Tc 低(< Tm ),分子链活动能力低,结晶所得晶体不完善,从而熔限宽,熔点低; 结晶温度Tc 高(~ Tm ),分子链活动力强,结晶所得晶体更加完善,从而熔限窄,熔点高。

取向:在外力作用下,分子链沿外力方向平行排列。

聚合物的取向现象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿特定方向的择优排列。

高分子物理总结

高分子物理总结

第三章 高聚物的分子运动3.1 高聚物的分子热运动1. 高分子热运动的特点1. 运动单元的多重性。

除了整个分子的运动(即布朗运动)外还有链段、链节、侧基、支链等的运动(称微布朗运动).2. 运动时间的依赖性。

高分子热运动是一个松驰过程。

在外场作用下物体从一种平衡状态通过分子运动过渡到另一种平衡状态是需要时间的,这个时间称为松弛时间,记作τ./0t x x e τ-= 当t=τ时, 10x x e -=式中0x 是外力未除去时塑料丝增加的长度,x (t)是外力除去后,在t 时间内测出塑料丝增加的长度,τ为常数。

因而松驰时间定义为: x 变到等于0x 的1e -时所需要的时间.它反映某运动单元松弛过程的快慢.由于高分子运动单元有大有小, τ不是单一值而是一个分布,称为”松弛时间谱”.3. 分子运动的温度依赖性. 温度对高分子的热运动有两方面的作用:①使运动单元活化。

②温度升高使高聚物发生体积膨胀。

升高温度加快分子运动,缩短松驰时间,即有/0E RT e ττ= 式中E 为活化能, 0τ为常数.如果高聚物体系的温度较低,运动单元的松驰时间τ就较长,因而在较短时间内将观察不到松驰现象;但是如果温度升高,缩短了运动单元的松驰时间τ,就能在较短的时间内观察到松驰现象。

2. 高聚物的力学状态和热转变在一定的力学负荷下,高分子材料的形变量与温度的关系式称为高聚物的温度-形变曲线(或称热机械曲线)①线型非晶态高聚物的温度-形变曲线.线形非晶态聚合物的形变-温度曲线玻璃态:链段运动被冻结,此时只有较小的运动单元如链节、侧基等的运动,以及键长键角的变化,因而此时的力学性质与小分子玻璃差不多,受力后变形很小(0.01%~0.1%),且遵循胡克定律,外力除后立即恢复.这种形变称为普弹形变.玻璃态转变:在3~5℃范围内几乎所有的物理性质都发生突变,链段此时开始运动,这个转变温度t 称为玻璃态转变温度(T g ).高弹态:链段运动但整个分子链不产生移动.此时受较小的力就可发生很大的形变(100%~1000%),外力除去后可完全恢复,称为高弹形变.高弹态是高分子所特有的力学状态.流动温度:链段沿作用力方向的协同运动导致大分子的重心发生相对位移,聚合物呈现流动性,转变温度称为流动温度(T f ).粘流态:与小分子液体的流动相似,聚合物呈现粘性液体状,流动产生了不可逆变形.②交联高聚物的温度-形变曲线 交联度较小时,存在T g , 但T f 随交联度增加而逐渐消失.交联度较高时, T g 和T f 都不存在.③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T m .当结晶度不高(X c <40%)时,能观察到非晶态部分的玻璃化转变,即有T g 和T m 两个转变.相对分子质量很大的晶态高聚物达到T m 后,先进入高弹态,在升温到T g 后才会进入粘流态,于是有两个转变.④增塑聚合物的温度-形变曲线 加入增塑剂一般使聚合物的T g 和T f 都降低,但对柔性链和刚性链,作用有所不同.对柔性链聚合物, T g 降低不多而T f 降低较多,高弹区缩小;对刚性链聚合物, T g 和T f 都显著降低,在增塑剂达到一定浓度时,由于增塑剂分子与高分子基团间的相互作用,使刚性链变为柔性链,此时T g 显著降低而T f 降低不大,即扩大了高弹区,称”增弹作用”,这点对生产上极为有用(如PVC 增塑后可作为弹性体用).3. 高聚物的松驰转变及其分子机理在T g 以下,链段是不能运动了,但较小的运动单元仍可运动,这些小运动单体从冻结到运动的变化过程也是松弛过程,称为次级松弛。

高分子物理知识点

高分子物理知识点

⾼分⼦物理知识点第1章⾼分⼦的链结构1.写出聚氯丁⼆烯的各种可能构型。

2.构象与构型有何区别?聚丙烯分⼦链中碳—碳单键是可以旋转的,通过单键的内旋转是否可以使全同⽴构聚丙烯变为间同⽴构聚丙烯?为什么?答:(1)区别:构象是由于单键的内旋转⽽产⽣的分⼦中原⼦在空间位置上的变化,⽽构型则是分⼦中由化学键所固定的原⼦在空间的排列;构象的改变不需打破化学键,⽽构型的改变必须断裂化学键。

(2)不能,碳-碳单键的旋转只能改变构象,却没有断裂化学键,所以不能改变构型,⽽全同⽴构聚丙烯与间同⽴构聚丙烯是不同的构型。

3.为什么等规⽴构聚丙⼄烯分⼦链在晶体中呈31螺旋构象,⽽间规⽴构聚氯⼄烯分⼦链在晶体中呈平⾯锯齿构象?答(1)由于等归⽴构聚苯⼄烯的两个苯环距离⽐其范德华半径总和⼩,产⽣排斥作⽤,使平⾯锯齿形(…ttt…)构象极不稳定,必须通过C-C键的旋转,形成31螺旋构象,才能满⾜晶体分⼦链构象能最低原则。

(2)由于间规聚氯⼄烯的氯取代基分得较开,相互间距离⽐范德华半径⼤,所以平⾯锯齿形构象是能量最低的构象。

4.哪些参数可以表征⾼分⼦链的柔顺性?如何表征?答:(1)空间位阻参数(或称刚性因⼦),值愈⼤,柔顺性愈差;(2)特征⽐Cn,Cn值越⼩,链的柔顺性越好;(3)连段长度b,b值愈⼩,链愈柔顺。

5.聚⼄烯分⼦链上没有侧基,内旋转位能不⼤,柔顺性好。

该聚合物为什么室温下为塑料⽽不是橡胶?答:这是由于聚⼄烯分⼦对称性好,容易结晶,从⽽失去弹性,因⽽在室温下为塑料⽽不是橡胶。

6.从结构出发,简述下列各组聚合物的性能差异:(1)聚丙烯睛与碳纤维;(2)⽆规⽴构聚丙烯与等规⽴构聚丙烯;(3)顺式聚1,4-异戊⼆烯(天然橡胶)与反式聚1,4-异戊⼆烯(杜仲橡胶)。

(4)⾼密度聚⼄烯、低密度聚⼄烯与交联聚⼄烯。

7.⽐较下列四组⾼分⼦链的柔顺性并简要加以解释。

第2章聚合物的凝聚态结构1.名词解释凝聚态,内聚能密度,晶系,结晶度,取向,⾼分⼦合⾦的相容性。

高分子化学知识点总结

高分子化学知识点总结

高分子化学知识点总结高分子化学是一门研究高分子材料的合成、结构、性质、加工和应用的学科,其内容涉及有机化学、物理化学、材料科学等多个学科领域。

下面是关于高分子化学的一些常见知识点的总结。

1. 高分子的定义和分类:高分子是由多个结构相似的重复单元组成的巨大分子。

根据高分子的来源可以分为天然高分子和合成高分子;按照化学结构可以分为线性高分子、支化高分子、网络高分子和共聚高分子等。

2. 高分子的合成方法:高分子合成方法主要包括聚合反应和缩聚反应。

聚合反应是指在单体之间发生共价键的形成,从而形成高分子;缩聚反应是指两个或多个单体通过失去一个小分子而结合成高分子。

3. 高分子的聚合反应:聚合反应可以分为自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合和离子聚合等几种类型。

其中,自由基聚合是最常见的一种聚合反应,其原理是利用自由基引发剂引发单体之间的自由基反应,从而形成高分子。

4. 高分子的物理性质:高分子的物理性质受到其分子结构的主导。

常见的高分子物理性质包括玻璃化转变温度、熔融温度、热膨胀系数、力学性能等。

另外,高分子的物理性质还与其分子量、分子量分布、聚合度和晶形等因素有关。

5. 高分子的结构性质:高分子的结构性质是指高分子链的空间构型和排列方式。

高分子的结构性质直接影响其力学性能、热学性能和电学性能等。

常见的高分子结构性质包括晶体结构、无规共聚物和嵌段共聚物等。

6. 高分子的应用:高分子材料是一类重要的工程材料,广泛应用于塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂、管材、包装材料、电子材料、医疗材料等领域。

高分子材料具有重量轻、力学性能好、耐高温、绝缘性能好等优点。

7. 高分子的改性:由于高分子的一些性能和应用方面的限制,科学家通过添加助剂、共混物、交联等方式对高分子进行了改性。

改性可以改变高分子的力学性能、热学性能、电学性能等,并且使其能够满足特定应用的要求。

8. 高分子的可持续发展:随着环境问题的日益突出,高分子化学也在朝着可持续发展的方向发展。

高分子化学与物理总结

高分子化学与物理总结
12.能进行阴离子聚合的单体可分为哪四类:带吸电子基团的 烯类单体、带有共轭取代基的烯类单体、部分环氧化合物及环 硫化合物、羰基化合物。 13.阴离子聚合的两个特征:1、活性聚合;2、高分子的分子 量分布非常窄。 14.阴离子聚合的动力学特点:快引发,慢增长,无终止。 15.阴离子聚合催化剂分为哪两种:阴离子型 、路易斯酸型
物分为(无规共聚)(交替共聚)(嵌段共聚)(接枝共 聚)。
(13) 高分子链构型包括(几何异构)和(旋光异构)。 (2)高分子运动的特点 运动单元多重性 、分子运动的时间依赖性、 分子运动的温度依赖性。 (3)分子运动的运动单元包括 分子链整体运动、链段运动、链节、侧 基和支链、晶区内的分子运动。 (6) 玻璃化转变温度的测定方法有 膨胀计方法、差热分析或示差扫描 量热方法、静态和动态力学分析方法、核磁共振方法。 (7) 调节玻璃化转变温度的方法 增塑、共聚、改变分子量、交联等。 (14)熔体流动中的弹性效应包括 法向应力效应、挤出膨胀效应、不 稳定流动和熔体破裂。 (15)当口模是圆形时,用膨胀比B表征挤出膨胀效应强弱,膨胀比B=
的。(2)断裂能:将冲击强度为2KJ/m2作为临界指标,试样 的冲击强度小于该数值为脆性断裂,否则为韧性断裂。(3) 断裂面形状:脆性断裂通常断裂面光滑,而韧性断裂则试样断 面粗糙并且有外延的形变。
2. 同其他固体材料相比,橡胶材料具有哪些特点? 答:(1)小应力下产生大形变并且弹性模量小:弹性形变可 高达1000%且在去除外力后又几乎能完全回复,而一般材料小 于1%;橡胶的高弹性模量约为105Pa,而通常固体材料的弹性 模量约为109~1011Pa。(2)具有热弹性效应:在橡胶弹性体 被拉伸是放出热量,温度升高;回缩的时候吸收热量,温度降 低。(3)弹性体的高弹形变是一个松弛过程(具有时间依赖 性):高弹形变和回复是通过链段运动实现的,需克服分子间 的作用力,因此其应力—应变行为与温度和时间都有密切的关 系。

高分子物理_1

高分子物理_1

4.高分子链的构型 高分子链的构型
构型(configuration)是分子中由化学键所固定的原子在空间的排列。 构型不同的异构体有旋光异构(optical isomerism)和几何异构(cis-trans isomerism)(顺反异构) (1)旋光异构是由于手性碳原子上的基团的不同排列而产生的异构现象。 由高分子链中旋光异构单元的排列方式不同而出现三种构型:
3.高分子链的几何形状 高分子链的几何形状
(1)线型高聚物 一般的烯烃类聚合物,未硫化的橡胶,双官能团的缩聚物。 特点:可溶、熔融 、热塑性。 (2)支化高分子(branched macromolecule) 支化按照支链的长短可以分成: 长链支化 (long-chain branching) 短链支化(short-chain branching)
全同(Tm) PS PMMA PP 240 160 176(单斜) 间同 / >200 176(正交) 无规 80 / 橡胶(无定型)
当高分子的结构单元中手性碳原子不止一个时, 如: C*HX-C*HY 将形成更为复杂的旋光异构体,即双全同立构、叠同双全 同立构和双间同立构。
如:
CH(CO2R)CH(CH3)
反式(trans-)
H 0.48nm H C C H C C H
H C H C
n
CH3
聚1,4 - 丁二烯
聚异戊二烯 聚异戊二
(3)广泛应用的合成纤维
O O
n
NH(CH2)6NHC(CH2)4C
尼龙66 尼龙66
CH2CH CN
O C O
n
聚丙稀腈
C OCH2CH2O
n
聚对苯二甲酸乙二醇酯
(4)电学材料
CH2CF2

高分子材料的化学与物理性质

高分子材料的化学与物理性质

高分子材料的化学与物理性质高分子材料是现代化学工业中非常重要的一类材料。

由于其独特的分子结构和物理性质,高分子材料在各种领域都有广泛的应用。

比如,聚合物材料用于制备塑料、橡胶、纤维等物质,在医疗、电子、航空等领域中也有很多应用。

那么,高分子材料的化学和物理性质是什么?了解这些特性有什么意义?接下来我们深入探讨。

一、高分子材料的化学性质高分子材料的化学性质与其分子结构有关。

高分子材料通常是由重复的单体分子组成的巨大分子,这样的分子结构决定了高分子材料具有独特的化学特性和反应规律。

首先,高分子材料可以进行链延长反应。

链延长是指通过加入新的单体结构,使高分子链继续增长,形成更长的高分子链的反应。

这个过程通常是通过自由基反应、阳离子反应和阴离子反应来实现的。

例如,聚乙烯是由乙烯单体分子通过自由基反应逐渐递增而成的。

其次,高分子材料还可以进行聚合反应。

聚合反应是指仅仅在特定的反应条件下,使单体分子链之间的化学键键合成,以形成高分子链的过程。

聚合反应是一种常见的高分子化学反应,其反应方式受热量、光强、催化剂和其他环境因素的影响,不同的聚合条件可以产生不同的聚合体。

最后,高分子材料还可以进行交联反应。

交联反应是指在高分子材料中引入交联的反应性物质,从而形成高分子材料内部的三维结构。

这种交联化学反应可以通过光固化、热固化和辐射固化等多种方法实现。

交联反应可以使高分子材料具有更高的稳定性和强度,并改善其耐化学性和耐热性等性能。

二、高分子材料的物理性质高分子材料的物理性质影响着材料在各个领域中的应用。

高分子材料常常表现出典型的高分子性质,如高分子链的柔性、分子排列和相互作用等。

首先,高分子材料具有重量轻、强度高和断裂韧性好等性质。

这些性质使高分子材料被广泛应用于轻型结构、柔性设备和耐磨设备等领域。

其次,高分子材料具有良好的电学和热学性能。

例如,聚苯乙烯的介电常数非常低,它的耐热性和耐腐蚀性也很好。

聚乙烯在高温下具有较高的电绝缘性能,因此被广泛应用于电线电缆绝缘层。

高分子物理

高分子物理

1.高分子分子量大,且由结构单元组成1.结构单元可以是一种也可以是多种结构单元间由共价键联接结构单元可以形成线型分子,支化分子,网状分子2.高分子链可弯曲有柔性(因主链有内旋转的自由度)3.高分子间范德华相互作用(分子间力)特别显著4.高分子若存在交联,其力学性质发生很大变化,即不溶解、不熔融5.高分子的聚集态有晶态与非晶态,其晶态有序性比小分子晶体低,非晶态有序程度比小分子高6.高分子加工需加入填料、各种助剂、色料等,形成织态结构2.交联与支化有本质区别:支化(可溶,可熔,有软化点)交联(不溶,不熔,可膨胀)3.高分子链呈蜷曲状的原因!由于热运动,分子的构象在时刻改变着,故高分子链的构象是统计性的,且由统计规律可知,分子链呈伸直构象的几率极小,呈蜷曲构象的几率较大。

4.构象与构型的区别构象构型产生单键内旋转化学键确定结构属于远程结构属于近程结构形式随热运动不断改变一旦生成就稳定不变2.高分子结晶的特点晶胞由链段组成------聚合物晶胞由一个或多个高分子链段构成。

高分子链各向异性,没有立方晶系。

结晶不完善,结构复杂,晶区、非晶区及中间结构共存。

3.如何控制球晶的大小1.控制形成速度:将熔体急速冷却(在较低的温度范围),生成较小的球晶;缓慢冷却,则生成较大的球晶。

2.采用共聚的方法:破坏链的均一性和规整性,生成较小球晶。

3 .外加成核剂:可获得小甚至微小的球晶。

球晶的生长异相成核与生长1.由溶液中的杂质,添加剂、容器壁或其他第三组分为晶核生长的球晶。

2成核数目只与杂质数目有关。

3球晶从中心一点向外发散状生。

4.高分子在结晶中的构象?在晶态高分子中,高分子长链为满足排入晶格的要求,一般都用比较伸的构象,彼此平等排列,使位能最低,才能在结晶中作规整的紧密堆积。

平面锯齿形和螺旋是结晶高分子链的两种典型构象。

◆由聚合物分子本身形成的晶核。

◆一般聚合物分子在溶液中处于结晶和溶解的动态平衡之中,随溶液温度的降低或溶剂的挥发,当达到饱和溶液的浓度时,聚合物分子形成大于一定尺寸的聚集体,这种聚集体不能再溶解于溶液中,称晶核。

高分子物理总结

高分子物理总结

第三章 高聚物的分子运动3.1 高聚物的分子热运动1. 高分子热运动的特点1. 运动单元的多重性。

除了整个分子的运动(即布朗运动)外还有链段、链节、侧基、支链等的运动(称微布朗运动).2. 运动时间的依赖性。

高分子热运动是一个松驰过程。

在外场作用下物体从一种平衡状态通过分子运动过渡到另一种平衡状态是需要时间的,这个时间称为松弛时间,记作τ./0t x x e τ-= 当t=τ时, 10x x e -=式中0x 是外力未除去时塑料丝增加的长度,x (t)是外力除去后,在t 时间内测出塑料丝增加的长度,τ为常数。

因而松驰时间定义为: x 变到等于0x 的1e -时所需要的时间.它反映某运动单元松弛过程的快慢.由于高分子运动单元有大有小, τ不是单一值而是一个分布,称为”松弛时间谱”.3. 分子运动的温度依赖性. 温度对高分子的热运动有两方面的作用:①使运动单元活化。

②温度升高使高聚物发生体积膨胀。

升高温度加快分子运动,缩短松驰时间,即有/0E RT e ττ= 式中E 为活化能, 0τ为常数.如果高聚物体系的温度较低,运动单元的松驰时间τ就较长,因而在较短时间内将观察不到松驰现象;但是如果温度升高,缩短了运动单元的松驰时间τ,就能在较短的时间内观察到松驰现象。

2. 高聚物的力学状态和热转变在一定的力学负荷下,高分子材料的形变量与温度的关系式称为高聚物的温度-形变曲线(或称热机械曲线)①线型非晶态高聚物的温度-形变曲线.线形非晶态聚合物的形变-温度曲线玻璃态:链段运动被冻结,此时只有较小的运动单元如链节、侧基等的运动,以及键长键角的变化,因而此时的力学性质与小分子玻璃差不多,受力后变形很小(0.01%~0.1%),且遵循胡克定律,外力除后立即恢复.这种形变称为普弹形变.玻璃态转变:在3~5℃范围内几乎所有的物理性质都发生突变,链段此时开始运动,这个转变温度t称为玻璃态转变温度(T g).高弹态:链段运动但整个分子链不产生移动.此时受较小的力就可发生很大的形变(100%~1000%),外力除去后可完全恢复,称为高弹形变.高弹态是高分子所特有的力学状态.流动温度:链段沿作用力方向的协同运动导致大分子的重心发生相对位移,聚合物呈现流动性,转变温度称为流动温度(T f).粘流态:与小分子液体的流动相似,聚合物呈现粘性液体状,流动产生了不可逆变形.②交联高聚物的温度-形变曲线 交联度较小时,存在T g , 但T f 随交联度增加而逐渐消失.交联度较高时, T g 和T f 都不存在.③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T m .当结晶度不高(X c <40%)时,能观察到非晶态部分的玻璃化转变,即有T g 和T m 两个转变.相对分子质量很大的晶态高聚物达到T m 后,先进入高弹态,在升温到T g 后才会进入粘流态,于是有两个转变.④增塑聚合物的温度-形变曲线 加入增塑剂一般使聚合物的T g 和T f 都降低,但对柔性链和刚性链,作用有所不同.对柔性链聚合物, T g 降低不多而T f 降低较多,高弹区缩小;对刚性链聚合物, T g 和T f 都显著降低,在增塑剂达到一定浓度时,由于增塑剂分子与高分子基团间的相互作用,使刚性链变为柔性链,此时T g 显著降低而T f 降低不大,即扩大了高弹区,称”增弹作用”,这点对生产上极为有用(如PVC 增塑后可作为弹性体用).3. 高聚物的松驰转变及其分子机理在T g 以下,链段是不能运动了,但较小的运动单元仍可运动,这些小运动单体从冻结到运动的变化过程也是松弛过程,称为次级松弛。

(完整版)高分子物理重要知识点

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高分子物理重要知识点第一章高分子链的结构1。

1高分子结构的特点和内容高分子与低分子的区别在于前者相对分子质量很高,通常将相对分子质量高于约1万的称为高分子,相对分子质量低于约1000的称为低分子。

相对分子质量介于高分子和低分子之间的称为低聚物(又名齐聚物).一般高聚物的相对分子质量为104~106,相对分子质量大于这个范围的又称为超高相对分子质量聚合物。

英文中“高分子"或“高分子化合物”主要有两个词,即polymers和Macromolecules.前者又可译作聚合物或高聚物;后者又可译作大分子。

这两个词虽然常混用,但仍有一定区别,前者通常是指有一定重复单元的合成产物,一般不包括天然高分子,而后者指相对分子质量很大的一类化合物,它包括天然和合成高分子,也包括无一定重复单元的复杂大分子.与低分子相比,高分子化合物的主要结构特点是:(1)相对分子质量大,由很大数目的结构单元组成,相对分子质量往往存在着分布;(2)主链有一定的内旋自由度使分子链弯曲而具有柔顺性;(3)高分子结构不均一,分子间相互作用力大;(4)晶态有序性较差,但非晶态却具有一定的有序性.(5)要使高聚物加工成为有用的材料,需加入填料、各种助剂、色料等。

高分子的结构是非常复杂的,整个高分子结构是由不同层次所组成的,可分为以下三个主要结构层次(见表1-1):表1—1高分子的结构层次及其研究内容由于高分子结构的如上特点,使高分子具有如下基本性质:比重小,比强度高,弹性,可塑性,耐磨性,绝缘性,耐腐蚀性,抗射线。

此外,高分子不能气化,常难溶,粘度大等特性也与结构特点密切相关.1.2高分子链的近程结构高分子链的化学结构可分为四类:1.碳链高分子,主链全是碳以共价键相连:不易水解2.杂链高分子,主链除了碳还有氧、氮、硫等杂原子:由缩聚或开环得到,因主链由极性而易水解、醇解或酸解3.元素有机高分子,主链上全没有碳:具有无机物的热稳定性及有机物的弹性和塑性4.梯形和螺旋形高分子:具有高热稳定性由单体通过聚合反应连接而成的链状分子,称为高分子链。

高分子物理知识点总结

高分子物理知识点总结

高分子物理知识点总结高分子物理是研究高分子物质物理性质的科学。

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高分子物理知识点总结高分子链的构型有旋光异构和几何异构两种类型。

旋光异构是由于主链中的不对称碳原子形成的,有全同、间同和无规三种不同的异构体(其中,高聚物中全同立构和间同立构的总的百分数称为等规度。

)。

全同(或等规)立构:取代基全部处于主链平面的一侧或者说高分子全部由一种旋光异构单元键接而成间同立构:取代基相间地分布于主链平面的两侧或者说两种旋光异构单元交替键接无规立构:取代基在平面两侧作不规则分布或者说两种旋光异构单元完全无规键接几何异构是由于主链中存在双键而形成的,有顺式和反式两种异构体。

构象:原子或原子基团围绕单键内旋转而产生的空间分布。

链段:把若干个键组成的一段链作为一个独立运动的单元链节(又称为重复单元):聚合物中组成和结构相同的最小单位高分子可以分为线性、支化和交联三种类型。

其中支化高分子的性质与线性高分子相似,可以溶解,加热可以熔化。

但由于支化破坏了高分子链的规整性,其结晶能力大大降低,因此支化高分子的结晶度、密度、熔点、硬度和拉伸强度等,都较相应的线性高分子的低。

交联高分子是指高分子链之间通过化学键形成的三维空间网络结构,交联高分子不能溶解,只能溶胀,加热也不能熔融。

高分子链的构象就是由单键内旋转而形成的分子在空间的不同形态。

单键的内旋转是导致高分子链呈卷曲构象的根本原因,内旋转越自由,卷曲的趋势就越大。

这种不规则的卷曲的高分子构象称为无规线团。

高分子链的内旋转并不是完全自由的,有键角和空间位阻的限制。

自由结合链的内旋转没有键角和位垒限制;自由旋转链有键角限制,但没有空间位阻的限制。

自由结合链和自由旋转链都是假想的理想链,实际中是不存在的。

实际的高分子链既不是自由结合链,也不是自由旋转链,但可以看作是一个等效的自由结合链。

柔顺性:高分子链能够改变其构象的性质末端距:线性高分子的一端到另一端的距离内聚能:克服分子间的作用力,把1mol液体或者固体移到其分子间的引力范围之外所需要的能量(单位体积内的内聚能则称为内聚能密度)聚合物在不同的条件下结晶,可以形成不同的形态。

高分子化学与物理基础知识点

高分子化学与物理基础知识点

高分子化学与物理基础知识点
1. 高分子的定义和分类
高分子是由许多重复单元通过共价键连接而成的大分子。

根据来源,高分子可分为天然高分子和合成高分子;根据性能和用途,高分子可分为塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂等。

2. 高分子的结构
高分子的结构包括一级结构(近程结构)和二级结构(远程结构)。

一级结构指的是高分子链中原子的化学组成和排列方式,如头尾结构、顺反异构等;二级结构指的是高分子链的形态,如伸直链、螺旋链、折叠链等。

3. 高分子的合成
高分子的合成方法包括加聚反应、缩聚反应、开环聚合等。

其中,加聚反应是通过单体分子间的加成反应形成高分子的方法;缩聚反应是通过单体分子间的缩合反应形成高分子的方法。

4. 高分子的物理性能
高分子的物理性能包括力学性能、热性能、电性能、光学性能等。

其中,力学性能是高分子材料最重要的性能之一,包括拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等。

5. 高分子的溶液性质
高分子在溶液中的性质包括溶解过程、溶剂选择、分子量测定等。

高分子的溶解过程一般分为溶胀和溶解两个阶段;溶剂选择要考虑高分子的极性、分子量、溶液的黏度等因素。

以上是高分子化学与物理的一些基础知识点,希望对你有所帮助。

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高分子物理小结(1~5章)2011年5月注:仅供高分子物理学习补充绪论至今高分子科学诺贝尔奖获得者•H. Staudinger (德国):把“高分子”这个概念引进科学领域,并确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系(1953年诺贝尔奖)•K.Ziegler (德国): G.Natta (意大利) : 乙烯、丙烯配位聚合(1963年诺贝尔奖)•P. J. Flory (美国): 聚合反应原理、高分子物理性质与结构的关系(1974年诺贝尔奖)。

•H. Shirakawa白川英树(日本), Alan G. MacDiarmid (美国), Alan J. Heeger (美国) :对导电聚合物的发现和发展(2000年诺贝尔奖)。

•de Gennes(法国):软物质、普适性、标度、魔梯。

我国高分子的科学发展我国高分子研究起步于50年代初,唐敖庆于1951年,发表了首篇高分子科学论文。

长春应化所1950年开始合成橡胶工作(王佛松,沈之荃);冯新德50年代在北京大学开设高分子化学专业。

何炳林50年代中期在南开大学开展了离子交换树脂的研究。

钱人元于1952年在应化所建立了高分子物理研究组,开展了高分子溶液性质研究。

钱保功50年代初在应化所开始了高聚物粘弹性和辐射化学的研究。

徐僖50年初成都工学院(四川大学)开创了塑料工程专业。

王葆仁1952年上海有机所建立了PMMA、PA6研究组。

第一章高分子链的结构高分子结构的主要特点:高聚物的结构是非常复杂的,与低分子相比有如下几个特点:1)高分子链是由数目很大(103~105数量级)的结构单元所组成的。

2)一般高分子的主链都有一定的内旋转自由度,可以使主链弯曲而具有柔性。

3)高分子结构的不均一性。

4)高分子之间的相互作用力对其聚集态结构和物理性能有着十分重要的影响。

5)高聚物的聚集态有晶态和非晶态之分。

6)高聚物材料的织态结构对高聚物材料的性能有着重要的影响。

1.1 组成和构造1.1.1 结构单元的化学组成碳链高分子主要通过加成反应制备.这一类高分子的特点:优点:(1)大多数都具有好的可塑性;(2)通常来讲加工成型比较容易;(3)原料来源比较丰富,成本低;缺点:(1)大多数都容易燃烧;(2)耐热性比较差;(3)容易老化。

杂链高分子:主链除碳原子以外,还有其他原子,如:氧、氮、硫等存在,同样以共价键相连接。

由于主链是由两种以上的不同原子组成,所以称为杂链高分子(hetero chain polymer)。

如: PA、PET、PBT、POM、PC等,由缩聚和开环反应制得。

-(CH2-O)n-Acetals (Polyether) (POM)-(CH2-CH2-S-S)n- Polysulfone Rubber这一类高聚物主要是通过缩合聚合或者开环聚合反应制备。

特点是耐热性和强度性能都比纯粹的碳链高聚物要高一些。

通常可以作为工程塑料。

但因主链带有极性,容易水解、醇解或者酸解。

1.1.2 高分子链的构型构型(configuration)是指分子中由化学键所固定的原子在空间的排列。

1.1.2.1 旋光异构具有四个不同取代基的C原子(不对称C原子,asymmetric carbon atom)在空间有两种可能的互不重叠的排列方式,成为互为镜像的两种异构体(isomer),并表现出不同的旋光性,称为旋光异构体。

1.1.2.2 几何异构主链上有双键•几何异构(顺反异构)–成因:1,4加聚的双烯类聚合物中,由于主链双键的碳原子上的取代基不能绕双键旋转,当组成双键的两个碳原子同时被两个不同的原子或基团取代时,即可形成顺反两种构型,它们称作几何异构体。

1.1.2.3 键接异构1,2 addition 1,1 addition支化,交联的表征支化度的表征•支化因子G:支化高分子链的均方半径与线形高分子链的均方半径之比值;•支化度:以支化点密度或两相邻支化点之间的链的平均分子量来表示支化的程度,称支化度。

•交联度:用相邻两个交联点之间的链的平均分子Mc 来表示。

支联度越大,Mc越小。

•交联点密度:交联的结构单元占总结构单元的分数,即每一结构单元的交联几率。

线型、支化、网状分子的性能差别•线型分子:可溶,可熔,易于加工,可重复应用,一些合成纤维,“热塑性”塑料(PVC,PS等属此类);•支化分子:一般也可溶,但结晶度、密度、强度均比线型差;•网状分子:不溶,不熔,耐热,耐溶剂等性能好,但加工只能在形成网状结构之前,一旦交联为网状,便无法再加工,“热固性”塑料(酚醛、脲醛属此类).1.1.4 共聚物的序列结构统计(无规)共聚物Statistical (Random) copolymer,Poly(A-ran-B)交替共聚物Alternating copolymer, Poly(A-alt-B)嵌段共聚物 Poly(A-block-B)接枝共聚物 Poly(A-graft-B)不同序列结构在共聚物中的应用ABS第二节高分子链的构象1.2 构象由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化叫做构象(conformation)。

分子热运动就足以使之实现,各种构象之间转换速度极快,因而构象是不稳定的。

高分子链的柔顺性(flexibility)范德华力是存在于分子间的一种作用力,它比化学键弱得多。

一般来说,某物质的范德华力越大,则它的熔点、沸点就越高。

对于组成和结构相似的物质,范德华力一般随着相对分子质量的增大而增强。

1.2.1 高分子链的内旋转构象高分子的构象:由于单键的内旋转而产生的分子在空间的不同形态。

链段 高分子链中的第i 个键离第一个键越远,其空间位置的任意性越大,两者空间位置的相互关系越小,可以想象从第i+1个键起,其空间位置的取向与第一个键完全无关,因此高分子链可看作是由多个包含i 个键的段落自由连接组成,这种段落称为链段。

高分子链柔顺性的实质•高分子的柔顺性的实质就是大量单键的内旋转造成的。

 极端情况:当高分子链上每个键都能完全自由旋转(自由连接链),“链段”长度就是键长——理想的柔性链。

当高分子链上所有键都不能内旋转——理想的刚性分子,“链段”长度为链长。

单个高分子链的特征• 1 运动单元为链段而非链节链段的组成是随机的、长度的分布是随机的,但在一定条件下平均长度是一定的.• 2 分子链为无规线团(分子链会卷曲).• 3 不同分子的内旋转阻力不同,柔顺性也是不同的.1.2.2 高分子链的柔顺性高分子链能够通过单键内旋转作用改变其构象的性质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。

•高分子链的柔顺性(flexibility of polymer chain):指高分子链能改变其构象的性质。

•对实际高分子而言,内旋转的单键数目愈多,内旋转受阻愈小,构象数愈大,链段愈短,相应的柔顺性越好。

•由于热运动的缘故,高分子链构象时刻在改变,因而构象具有统计意义。

动态柔顺性指在外界条件作用下,分子链从一种平衡态构象向另一种平衡态转变的难易程度,取决于位能曲线上反式与旁式构象之间转变的位垒μΔb。

μΔb小,反式与旁式间的转变快,分子链柔性好。

由于分子内旋转是导致分子链柔顺性差别的根本原因,而高分子链的内旋转又受其分子结构的制约,因而分子链的柔顺性与其分子结构密切相关。

分子结构(内因)对链的柔顺性影响•分子结构对链的柔顺性有很大影响,这就是为什么实际生活中我们接触到的高聚物有橡胶、塑料之分。

•(1).主链结构(backbone/main chain structure)a.主链单键不同,柔性不同.b.主链上含有孤立双键(isolated double bond).c.当含有共轭双键(conjugated double bond).d.当主链含有芳杂环结构.(2). 侧基(side-chain)/取代基(极性和位阻效应)a.结构单元中只具有单个取代基时,取代基极性越大,分子间相互作用力大,内旋转阻力大,柔顺性差。

b.一般来说,极性取代基比例越大,柔顺性越差。

c. 极性取代基多少和位置对柔顺性有影响,d. 对于非极性取代基而言,基团体积大,位阻效应大,柔顺性差。

(3). 支化与交联(branching and crosslinking)(4). 分子链长短(5). 分子间作用力(intermolecular force)•分子间作用力上升,聚合物中分子链所表现出来的柔顺性小。

•当单个分子链柔顺性相近时:•分子间作用力:能形成氢键>极性主链>非极性主链•聚合物柔性:能形成氢键<极性主链<非极性主链(6).结晶能力(分子链的规整性)•分子链愈规整,结晶能力愈强,高分子结晶后,由于晶格束缚,链柔性表现不出来,聚合物呈现刚性。

外界因素(外因)对链柔性的影响(1). 温度(temperature):影响高分子链柔性最重要的外因。

T上升,分子热运动加剧,构象数增加,柔顺性好,在低温时冲击强度(impact strength)差,升高温度,冲击强度上升。

(2). 外力(force)•外力作用速度慢,柔性容易显示。

•外力作用速度快,高分子链来不及通过内旋转改变构象,柔性无法体现出来,材料表现僵硬。

(3). 溶剂(solvent)•除刚性很大的棒状大分子外,柔性链分子在溶液,均呈线团状无规卷曲。

•链柔顺性与材料柔顺性1.2.3 高分子链的构象统计高分子链的分子尺寸的表征均方末端距的计算•计算方法– a. 几何计算法:将化学键作为向量,从而将整个分子链抽象成为大小相等的、首尾相连的向量群。

– b. 统计计算法:将高分子链抽象成为“三维空间无规行走”模型,计算末端距的几率分布函数。

•高分子链的处理方法–遵循由简单到复杂、由抽象到实际的过程。

a. 几何计算法:自由连接链freely jointed chain假定分子是由足够多的不占有体积的化学键自由结合而成,内旋转时没有键角限制和位垒障碍,其中每个键在任何方向取向的几率都相等,这种链称为自由连接链,也称为自由结合链。

自由旋转链freely rotating chain假定分子链中每一个键都可以在键角所允许的方向自由转动,不考虑空间位阻对转动的影响,称这种链为自由旋转链。

b. 统计计算法:均方末端距的统计计算等效自由结合链•将高分子链看成由Z 个长度为b 的链段所组成, 即该高分子链为大量链段自由连接而成, 称之为等效自由连接链.链段长度 b若以等效自由连接链描述分子尺寸,则链愈柔顺,链段愈短,因此链段长度也可以表征链的柔顺性。

链段长度b 愈大,柔性差。

1.2.4 结晶高分子中分子链的构象熔体和溶液中的构象 晶体中的构象熔体和溶液中的构象 平面锯齿形无规线团 螺旋形无规线团,并部分保留螺旋形第二章 高分子的凝聚态结构范德华力与氢键 分子间的作用力包括范德华力(静电力、诱导力、色散力)和氢键。

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