第四章高分子材料
4第四章 高分子材料的配方设计
沉入水底的为聚氯乙烯（聚乙烯的密度小于水，聚氯乙烯的密度
大于水；常温时分别约为0.92g/cm3和1.4g/cm3）
28
4．聚苯乙烯（PS）
特点：
无色、无味、无毒、无嗅，具有光泽的透明固 体。 相对密度为1.04—1.09。 刚度和表面硬度较大，尺寸稳定性好，着色容 易。
29
4．聚苯乙烯（PS）
10
三氧化二锑 8
配方的组成
23
聚氯乙烯的配方
单位：质量份
30
鞋底：
SBS 100 PS 50 ——改性剂、提高强度、耐磨性、耐撕裂 CaCO3 20 ——降低成本、提高耐磨性、拉伸强度、硬度 防老剂 SP 1.0 抗氧剂164 1.0 7#机油 35 ——软化剂 ZnSt 0.5 ——稳定剂、润滑剂 着色剂 2
22
23
24
3.聚氯乙烯(PVC)
特点：
聚氯乙烯的分子链中存在极性氯原子,增大了分子间的作用 力,阻碍了单链内旋,减小了分子链间距离,所以刚度、强度 和硬度均比聚乙烯高。质硬、耐老化性好。 优点：具有轻质、防水、防潮隔热、保温、防潮、阻燃、 施工简便等。规格、色彩、图案繁多，极富装饰性，可应 用于居室内墙和吊顶的装饰，是塑料类材料中应用最为广 泛的装饰材料之一。 缺点：怕火，不耐高温，在较热的环境中工作容易变形。
高分子制品设计
婴儿奶瓶 ——无毒，耐热，热传导性低，透明 塑料拖鞋 ——轻便，耐磨，柔软，便宜 药用胶囊 ——软胶囊 ——硬胶囊
17
高分子制品设计
婴儿勺 ——无毒，耐热，热传导性低 饮料瓶 ——无毒，轻便，不易渗漏，便宜 塑料花盆 ——耐老化，强度较高，耐湿
功能高分子材料第四章《光敏高分子材料》预习题(一)
1. 哪些结构或基团具有光敏活性？(1)具有光敏活性的结构有：PN 结、羰⾮那烯-2,3-⼆腈⻣架、树脂等；(2)具有光敏活性的基团有：偶氮基、重氮基、叠氮基、烯基、⾁桂酰基、⾁桂叉⼄酰基、苄叉苯⼄酮基、苯⼄烯基吡啶基、α-苯基⻢来酰亚胺基、丙烯酸酯基、卟啉类低聚物（⽐如⾎卟啉、原卟啉、铁卟啉等）、呫吨类染料（⽐如荧光素、曙红、藻红、玫瑰红等）、⼀些特定的醌类化合物（⽐如苝醌类 PQP）等。
2. 光化学反应包括哪些反应？光化学反应范围很⼴，分为化合、分解、氧化、还原等化学反应，主要有光合作⽤和光解作⽤两种，其次还有光交联、光聚合、光氧化还原、光⼆聚、光分解、光异构化反应等。
(1)有机合成中的光化学反应有机合成中常⻅的光化学反应有光氧化反应、光还原反应、光聚合反应和光取代反应等。
①光氧化反应是在光照射、光敏剂作⽤下，有机物分⼦与氧繁盛的加成反应。
②光还原反应是在光催化下，有机物分⼦从供氧体中抽取氢分⼦⽽发⽣的还原反应。
③光聚合反应是单体分⼦借光的引发（或⽤光敏剂）活化成⾃由基⽽进⾏的连锁聚合。
④光取代反应常⻅的是脂肪烃的光滤代制氯代烃。
(2)环境化学中的光化学反应环境化学中的光化学反应主要有光氧化反应、光降解反应和光氧-微⽣物降解反应。
①光氧化降解反应是在光作⽤下，氧化将有机物分⼦如芳醛、芳醇和芳烃氧化为氢过氧化物。
②光氧-微⽣物降解反应需要具有光敏基团或易与微⽣物作⽤的结构。
3. 感光⾼分⼦应具备哪些性能？(1)图像特性：感光度，分光感光度，解像⼒，反差，显影性，S/N ⽐，光照时空⽓的影响；(2)涂层特性：粘着性，膜厚均⼀性，尺⼨稳定性，柔软性，⽓孔，易成膜性，耐药品性，耐电镀性，耐热性，耐⽓候性，耐刷性，印刷油墨粘附性 ；(3)化学特性：保存稳定性，组成均⼀性，不纯物含量，⽓味，安全性，易得性，可加⼯性，经济性⽔分含量，废料处理简单。
清华大学工程材料第五版第四章
二、按使用范围分类
1. 通用塑料 应用范围广、生产量大的塑料品种。 聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚烯烃、酚醛塑料 2. 工程塑料 和氨基塑料等，产量约占塑料总产量的四分之 综合工程性能(机械性能、耐热耐寒性能、 三以上。 耐蚀性和绝缘性能等)良好的各种塑料。
如聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯和 ABS等。 3. 耐热塑料 能在较高温度（100 ℃～200 ℃）工作。 聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、有机硅树 脂、环氧树脂等。
七、氨纶 化学名称为聚氨酯纤维，商品名称为氨纶。 由聚酯、芳香族二异氰酸酯聚合，用脂肪族二 胺交联而成。 1、特点 ●高弹性。伸长600%～750%时，回弹率达 95％以上。 2、应用 用作运动衣、游泳衣。与涤纶混纺后，制 作夏季衣服。
4.3
合成橡胶
橡胶 具有极高弹性的高分子材料。
●性能特点 弹性变形量可达100％～1000％，而且回 弹性好，回弹速度快。 橡胶还有一定的耐磨性，很好的绝缘性和 不透气、不透水性。
聚酰胺的应用： 制造耐磨耐蚀零件，如轴承、齿轮、
尼龙轴套
尼龙拉杆
7. 聚碳酸酯(PC) 聚碳酸酯誉称"透明金属"， ●具有优良的综合性能。冲击韧性和延 性突出，在热塑性塑料中是最好的；弹性模 量较高，不受温度的影响； ●抗蠕变性能好，尺寸稳定性高； ●透明度高，可染成各种颜色； ●吸水性小； ●绝缘性能优良，在10 ℃～130 ℃间介 电常数和介质损耗近于不变。
有机玻璃顶棚
二、热固性塑料 1. 酚醛塑料(PE) 由酚类和醛类缩聚合成酚醛树脂,再加入 添加剂而制得。一般为热固性塑料。 ●具有一定的机械强度和硬度, 耐磨性好； ●绝缘性良好, 耐热性较高，耐蚀性优良。 ●缺点是性脆，不耐碱。
酚醛塑料的应用：
高分子物理——第四章 非晶态高聚物ppt课件
（三）、高弹态（橡胶态）
力学特征：ε大，约100 ～1000%，且可逆，具有高 弹性，称为高弹态，为聚合物特有的力学状态。模量 E进一步降低—聚合物表现出橡胶行为
分子运动：链段运动
热运动 T↑，链段运动能力↑，ε↑
外力
蜷曲
伸长
T↑，大分子链柔性↑，回复力↑
高弹形变是链段运动使分子发生伸展
卷
曲的宏观表现。回复力↑（抵抗形变）与流动性
主价力（键合力、化学键）
共价键：由原子的价电子自旋配对所形成的键。 C—C（键长、键角、键能） 特点：不离解、不导电、具饱和性和方向性 类型：σ键（电子云分布轴对称）、π键（对称面）
离子键：由正负离子间的静电相互作用形成的键。 金属键：由金属原子的价电子和金属离子晶格之间的相互作用
形成的
次价力（此作用力的大小决定了分子结构，特别是聚集态结构）
⑴ 静电力（取向力，偶极力） 极性分子、永久偶极间
其大小同
偶极矩
↑而↑
定向程度 有关 ↑而↑
T
↑而↓
它是极性分子间的主要作用力
12～21KJ/mol
⑵ 诱导力 永久偶极与由它引起的诱导偶极间 极性分子之间或极性分子与非极性分子间 6～12KJ/mol
⑶ 色散力 是分子瞬时偶极之间的相互作用力 存在于一切分子中（极性或非极性），具加和
4、晶区的分子运动：晶区缺陷的运动、 晶型转变、晶区的局部松驰、折叠链的“手 风琴式”运动。
2，3，4都是小尺寸运动，或者微布朗运动
在上述运动单元中，对聚合物的物理和力 学性能起决定性作用的、最基本的运动单元， 只有1、2两种，而整链运动是通过各链段协同 运动来实现的，因此链段运动最为重要，高分 子材料的许多性能都与链段运动有直接关系。
材料化学-第四章高分子材料化学习题及答案
第四章高分子材料化学习题：1、高聚物相对分子质量有哪些测试方法？分别适用于何种聚合物分子，获得的相对分子质量有何不同？(10分)答：测定高聚物相对分子质量的方法：渗透压、光散射、粘度法、超离心法、沉淀法和凝胶色谱法等。
这些方法中，有些方法偏向于较大的聚合物分子，有的方法偏向于较小的聚合物分子。
聚合物相对分子质量实际是指它的平均相对分子质量。
(1)数均相对分子质量( Mn ) 采用冰点降低、沸点升高、渗透压和蒸气压降低等方法测定的数均相对分子质量，即总质量除以样品中所含的分子数。
(2)质均相对分子质量( Mω) 采用光散射等方法测定质均相对分子质量。
(3)粘均相对分子质量( Mη) 采用粘度法测定粘均相对分子质量。
2、详述高分子聚合物的分类及各自的特征并举例。
(20分)答：高分子化合物常以形状、合成方法、热行为、分子结构及使用性能进行分类。
1、按高聚物的热行为分类(1) 热固性高聚物高聚物受热变成永久固定形状的高聚物(有些不需加热)。
不可再熔融或再成型。
结构：加热时，线型高聚物链之间形成永久的交联，产生不可再流动的坚硬体型结构，继续加热、加压只能造成链的断裂，引起性质的严重破坏。
利用这一特性，热固性高聚物可作耐热的结构材料。
典型的热固性高聚物有环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、聚氨酯等。
(2) 热塑性高聚物熔融状态下使它成型(塑化)，冷却后定型，但是可以再加热又形成一个新的形状，可以多次重复加工。
结构：没有大分子链的严重断裂，其性质也不发生显著变化，称为热塑性高聚物。
根据这一特性，可以用热塑性高聚物碎屑进行再生和再加工。
聚乙烯、聚氯乙烯、ABS树脂、聚酰胺等都属于热塑性高聚物。
2、按高聚物的分子结构分类(1) 碳链高聚物大分子主链完全由碳原于组成，绝大部分烯类聚合物属于这一类。
如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯等。
(2) 杂链高聚物大分子主链中除碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子。
如聚醚、聚酯、聚硫橡胶等。
高分子材料加工工艺学 第四章 聚丙烯纤维
据NTH 公司称，1997 年以来，世界范围内 许可的PP 新增产能的55%都是采用 Novolen 气相工艺，今后气相工艺还将有 逐步增加的趋势。 目前，世界上气相法PP 生产工艺主要有BP 公司的Innovene 工艺、智索公司的Chisso 工艺、联碳公司的Unipol 工艺、BASF 公 司的Novolen 工艺、住友化学公司的 Sumitomo 工艺以及Basell 公司开发的 Spherizone 工艺等。
(1) Spherizone 工艺 Spherizone 工艺采用的是Basell 公司开发 的多区循环反应器（MZCR）技术，是目前 世界上最新颖、最先进的聚丙烯生产工艺。 其工艺流程如图1所示。 Spherizone 工艺采用的特殊设计的环型反 应器由两个反应区组成，聚合物颗粒在多区 循环反应器的两个不同反应区之间循环。在 上升反应区，聚合物颗粒被单体气流以流态 化的形式向上带走。在反应器的顶部，聚合 物颗粒进入下降反应区，在重力作用下聚合 物颗粒沉降到反应器底部，然后又被送到上 升反应区，重复上述反应循环。
高分子材料加工 工艺学
第四章 丙烯纤维
第四章 聚丙烯纤维
聚丙烯纤维在我国简称丙纶。 1954年Ziegler和Natta发表了等规聚丙烯的制造专
利，即Ziegler-Natta催化剂，于l 957年意大利 Montefibre公司实现了聚丙烯纤维的工业化生产。 以后英国、美国相继开始生产等规聚丙烯短纤维。
1. 丙烯的聚合工艺
聚丙烯生产工艺按聚合类型可分为淤浆法、 溶液法、本体法、气相法和本体-气相法组 合工艺5 大类。近年来，气相和本体工艺的 比例逐年增加，界各地在建和新建的PP 生 产装置将基本上采用气相工艺和本体工艺， 尤其是气相工艺的快速增加正挑战居世界第 一位的Spheripol 工艺（本体-气相法组合工 艺）。
第四章 高分子耐腐蚀材料
第四章高分子耐腐蚀材料一、耐腐蚀材料的基本概念物体如金属、混凝土、木材等受周围环境介质的化学作用或电化学作用而破坏坏的现象称为腐蚀。
耐腐蚀材料(a nt i c or r o s i o n m at e ri a l)，能耐各种酸、碱、盐类和有侵蚀性气体腐蚀作用的材料的统称。
使用于建筑、汽车、船舶等领域的防腐蚀工程及容器、管道的防腐蚀衬里施工。
耐腐蚀材料根据其耐腐蚀程度划分等级。
各国有多种定级的方法。
从使用角度一般划分为三级：(1)耐蚀级。
材料经腐蚀作用后，其基本物理力学性能不变或变化很小，可以保证工程使用。
(2)尚耐蚀级。
材料经腐蚀作用后，其物理力学性能有不同程度的下降，但尚能满足工程使用要求。
(3)不耐蚀级。
材料经腐蚀作用后，物理力学性能变化很大，不能满足工程使用要求。
耐腐蚀材料用于建筑物和构筑物的防腐保护，根据腐蚀条件可采用三种不同方式：(1)作单一防腐蚀保护层。
(2)作复合防腐蚀保护层。
(3)整体结构防腐。
二、耐腐蚀衬里材料耐腐蚀衬里材料，即敷设在经受腐蚀介质侵蚀的容器、设备及管道的表面上以构成防腐保护层的耐腐蚀材料。
常用的有耐腐蚀橡胶衬里、块材衬里、塑料衬里和玻璃钢衬里材料。
在电力、石油化工、冶金、核电、煤炭、矿山、建筑、制药等行业，耐蚀型管道、阀门和泵衬里材料有着广泛的应用，尤其在输送含灰渣颗粒的腐蚀性液体及颗粒废液混合物流体等腐蚀与磨损共存工况下运行的各种管道，需求量特别大，对其耐磨耐蚀性能提出了新的要求。
1、塑料衬里塑料具有优良的防腐蚀性能及较好的机械性能，是最重要的防腐蚀材料种类，能广泛运用于管道、阀门、泵等腐蚀件衬里。
如图1所示。
图1 (a)阀门塑料衬里（b）泵塑料衬里（1）氟塑料衬里聚四氟乙烯（PTFE）塑料具有优异的耐高、低温性，长期使用温度为-100℃～250℃，优异的耐腐蚀性，能耐各种酸、碱、盐和有机溶剂、强氧化剂等，是解决氢氟酸，高温稀硫酸，各种有机酸，盐酸加有机溶剂等老大难腐蚀问题的理想材料。
高分子材料加工原理(第四章)
从动态实验不仅能表征粘弹流体的频率依赖性 粘度，而且能表征其弹性。测定值是复数粘度。
* () i ()
( )
G ( )
G ( ) ( )
——非牛顿流体粘性的表征 ——弹性的表征
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
（3）可预示某些聚合物流体的可纺性
d lg a d 1 / 2
2 10
结构黏度指数▣可用来表 征聚合物浓溶液结构化的 程度。▣越大，表明聚合 物流体的结构化程度越大。
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
②切力增稠的原因： 增加到某数值时，流体中有新的结构的形成。 大多数胀流型流体为多分散体系，固体含量较多，且浸润 性不好。静止时，流体中的固体粒子堆砌得很紧密，粒子 间空隙小并充满了液体，这种液体有一定的润滑作用。 较低时，固体粒子就在剪切力的作用下发生了相对滑 当 动，并且能够在原有堆砌密度大致保持不变的情况下，使 得整个悬浮体系沿力的方向发生移动，这时候表现为牛顿 流动； 增加到一定值时，粒子间碰撞机会增多，阻力增大； 当 同时空隙增大，悬浮体系总体积增加，液体已不能再充满 空隙，粒子间移动时的润滑作用减小，阻力增大，所以 a 增大。
点；
3、掌握聚合物流体切力变稀的原因；
本节作业
1、P118-1（1、2、3、5、9）、2、4、7
第一节 聚合物流体的非牛顿剪切粘性
【教学内容导读】 流体的粘性和牛顿粘性定律 非牛顿流体的流动行为及粘性表征
影响聚合物流体剪切粘性的因素
【课时安排】4课时
高分子化学第四章
RiM1 RiM2 R11 = k11[M1][M1] R12 = k12[M1 ][M2] R21 = k21[M2 ][M1] R22 = k22[M2][M2] Rt11 = kt11[M1]2 Rt12 = kt12[M1][M2] Rt22 = kt22[M2]2
19
将丁二烯与苯乙烯无规共聚，可得到丁苯 橡胶；而将同样的单体进行嵌段共聚，则可 得到SBS热塑性弹性体。
12
第四章 自由基共聚合
（2）增加聚合物品种 某些单体不能均聚，但能与其他单体共聚，从而增 加了聚合物的品种。 例如马来酸酐是1, 2取代单体，不能均聚。但与苯 乙烯或醋酸乙烯能很好共聚，是优良的织物处理剂和 悬浮聚合分散剂。 1, 2-二苯乙烯也不能均聚，但能与马来酸酐共聚， 产物严格交替。
O
CH
C O CH C O
CH
C O CH C O
]n
O
CH C
]n
5
第四章 自由基共聚合
（3）嵌段共聚物 由较长的M1链段和较长的M2链段构成的大分 子，每个链段的长度为几百个单体单元以上。
M1M1M1M1M1M1M1 M2M2M2M2M2M2
嵌段共聚物中的各链段之间仅通过少量化学键 连接，因此各链段基本保持原有的性能，类似于不 同聚合物之间的共混物。
2 1
28
第四章 自由基共聚合
4.2.3 共聚物组成曲线（F1——f1关系曲线） 1. 竞聚率的意义 竞聚率是单体自身增长（均聚）和交叉增长 （共聚）的速率常数的比值，因此， r1 = 0，表示k11 = 0，活性端基不能自聚； r1 = 1，表示k11 =k12，活性端基加上两种单体难 易程度相同；
高分子物理第四章
0
12
3, Ｚ均分子量 Zi M i mi
按Ｚ量统计平均分子量，定义为：
用加和表示
zi M i
mi
M
2 i
wi
M
2 i
M z i
zi
i
i
mi M i
wi M i
i
i
i
用连续函数表示
m(M )M 2dM
Mz
0
0 m(M )MdM
超离心沉降法才能得到
13
4, 黏均分子量
用溶液黏度法测得的平均分子量为黏均分子量，定义为：
光散射法 Light scattering method, SAXS, SANS
黏度法 Viscosimetry，超速离心沉淀 Ultracentrifugal sedimentation method 及扩散法 Diffusion
质谱法，凝胶渗透色谱法 Gel permeation chromatography (GPC)
教学内容
第一节 聚合物分子量的统计意义 多分散性、 平均分子量种类 、多分散系数
第二节 聚合物分子量的测定方法 端基分析法、溶液依数性法、渗透压法、气相渗透法、黏度法
第三节 聚合物分子量分布的测定方法 分子量分布的研究方法、分子量分布的表示方法、分子量 分布的数据处理、GPC
1
教学目的：
通过本章的学习，全面理解和掌握各种统计平均分子量和分子量分布 的意义、表达式和分析测试方法及测试基本原理。
热力学方法 Thermodynamics
method
散射方法 Scattering method
动力学方法 Dynamic method
其它方法 Other method
新型高分子材料第四章——光导电性高分子材料
聚丙烯腈热解反应式为：
这种因添加了电子受体或电子给体而提高电导 率的方法称为“掺杂”。
23
4.1.2 结构型导电高分子
掺杂指在纯净的半导体材料中加入少量具有不同价
态的第二种物质，以改变材料中空穴和自由电子的 分布状态。 掺杂的作用：在聚合物的空轨道中加入电子或从占 有轨道中拉走电子，从而改变原有 电子能带的能级，
6
几种导电高分子的掺杂情况
格 er
艾伦-G-麦克迪尔米德 Alan G. MacDiarmid
白川英树 Hideki Shirakawa
7
4.1.1 概述
目前，对结构型导电高分子的导电机理、聚合物 结构与导电性关系的理论研究十分活跃。应用性研究 也取得很大进展，如用导电高分子制作的大功率聚合 物蓄电池、高能量密度电容器、微波吸收材料、电致 变色材料，都已获得成功。
减小能带间的能级差，产生能量居中的半充满能带，
使自由电子迁移阻力降低。
24
从化学角度看，掺杂的实质是一个氧化-还原过程， 即掺杂过程导致高分子链发生了电子得失：
氧化
.
A
I2
p-型导电体
阳离子自由基（极化子）
还原
Li n-型导电体
25
Li +
阴离子自由基（极化子）
4.1.2 结构型导电高分子
掺杂剂
新型高分子材料
王玉海
化学与环境学院材料科学研究所
1
第四章 光导电性高分子材料
结构型导电高分子
导电高分子材料
复合型导电高分子 超导高分子材料
内容 发光高分子材料
电致发光高分子材料
2
4.1 导电高分子材料
按照导电性能物质可分为绝缘体、半导体、导体和 超导体四类：
第四章 纤维(高分子材料)
四、纤维的加工（一）纤维的加工方法
生产工序
原料的制备
纺丝熔体或溶液的制备
纺丝
后加工
纺丝是纤维生产过程的核心工序，对纤维的结构及性能 有重要影响。 根据纺丝前原料的状态的不同，将纺丝分为熔体纺丝和 溶液纺丝。 溶液纺丝中，由于凝固机理不同，又分为湿法纺丝和干 法纺丝。[纺丝方法] 象聚乙烯、聚丙烯、聚己内酰胺和聚对苯二甲酸乙二醇 酯的熔点低于它们的热分解温度，可以进行熔体纺丝。 而聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚乙烯醇的熔点与热分解温度 接近，甚至高于热分解温度，纤维素及其衍生物观察不到熔 点，只能采用溶液纺丝。
（二）合成纤维
1. 聚酰胺纤维（酰胺纤维、尼龙、锦纶）（Polyamide fiber ） （1）含义：由熔融的聚酰胺树脂抽丝而成。 （2）品种：按原料中C原子的不同有： ①聚己内酰胺纤维（尼龙-6、锦纶、卡普纶） ②聚庚酰胺纤维（尼龙-7）③聚壬酰胺纤维（尼龙-9） ④聚w-氨基十一酰纤维（绚丽尼龙-11） ⑤聚酰胺-66纤维⑥ 聚酰胺-1010纤维 ⑦聚酰胺-610纤维 （3）特性：具有强度、弹性高，耐摩擦、冲击、疲劳，电 绝缘性好。耐碱而不耐酸，耐热和耐光较差，保暖性差，易 皱折，对氧化剂、化学腐蚀性尚好。不发霉、不怕虫蛀。 （4）用途：织造袜子和衣料，也用于制造帘子线，渔网， 绳索，传送带，降落伞等。
一、纤维的分类
1.按长度分 2.按来源分 3.按材质分 连续纤维，如聚酯长丝、真丝、单丝。 一定长度的纤维：长纤维（如羊毛），短纤维（如棉花）。
二、纤维的主要性能指标
1、纤度 2、捻度 用来表示纤维粗细程度的概念。有定长制和定重制两种衡 3、断裂强度 量方法。 捻度是指单位长度（cm）纱线上纤维缠绕的圈数，用捻数 表示。 4、断裂伸长率ε（延伸度） 常用相对强度来表示化学纤维的断裂强度，即纤维在连续 定长制是指用一定长度的纤维所具有的重量来表示纤维 5、弹性模量（初始模量或杨氏模量） 增加负荷的作用下，直到断裂所能承受的最大负荷与纤维的纤 指纤维或试样在拉伸至断裂长度比原来增加的百分数。 的粗细，单位有特数tex和旦数denier两种。 度的比值，单位如N/tex、N/denier等。 6、回弹率 特数是指1000m长纤维或纱线在公定回潮率时所具有质 指纤维受拉伸到伸长率为原长的1%时所需的应力。它表 量的克数。 7、吸湿性 征了纤维对小形变的抵抗能力。弹性模量的大小取决于聚合物 将纤维拉伸至产生一定伸长后撤去负荷，经一定时间 旦数则指9000m长的纤维或纱线在公定回潮率时所具有 的化学结构以及分子间相互作用力的大小，也与纤维的取向度 （30~60s，视测试器而定），测定纤维弹性回缩后的剩余伸长， 指在标准温度和湿度（20±3℃、相对湿度65%+3%）条 质量的克数。 和结晶度有关。 可回复的弹性伸长与总伸长之比称为回弹率。 件下纤维的吸水率。一般用回潮率R或含湿率M表示。 旦数与特数之间的关系为:1den=9tex。 定重制用一定质量的纤维或纱线所具有的长度来衡量纤 吸湿性低的纤维容易产生静电，不但给加工带来困难， 旦数和特数越大，表示纤维越粗。 维粗细程度，单位为支数，支数越大，表示纤维越细。 而且使织物附尘和沾污。另外，吸湿性差的纤维制成织物， 支数分为公制和英制。公制是在公定回潮率时每克（毫 不易吸收人体排出的潮分，使人有闷热和潮湿的感觉。 克）纤维所具有的长度米（毫米）数。 公支数 = 纤维的长度m（mm）/纤维重量g（mg）
高分子材料科学基础-第四章
z 阳离子型：通常是一些胺盐和季铵盐。 z 非离子型：聚乙烯醇，聚环氧乙烷等。
乳液聚合最常使用的是阴离子型乳化剂，而非离子型乳化剂一般用做 辅助乳化剂与阴离子型乳化剂配合使用以提高乳液的稳定性。
乳化剂的组成
例：硬脂酸钠(sodium stearate)：C17H35COONa
浊点是非离子型乳化剂水溶液随温度升高开始分 相时的温度；在使用非离子型乳化剂时，聚合温度应 在其浊点以下。
4.5.3 乳液聚合机理
4.5.3.1 聚合前单体和乳化剂状态
z 大部分乳化剂形成胶束 胶束内增溶有一定量单体
直径约 4 ~5 n m， 数目为1017－1018个/ cm3
增溶胶束
z 大部分单体分散成液滴
PS
LDPE
工艺过程要点
第一阶段预聚合至10%的转化率，然后浇模分段升温，最 后脱模成板材或者型材。
第一阶段在80-85℃下预聚合，转化率控制在33-35%，然 后送入特殊聚合反应器内在100-220℃温度递增的条件下聚合， 最后熔体挤出造粒。
选用管式或釜式反应器进行连续聚合，控制单程转化率为 15-30%，然后熔体从气相中分离出来，挤出造粒，未反应单体 经精制后循环使用。
直径约 1000 n m， 数目为1010－1012个/ cm3
单体液滴是提供 单体的仓库
z 极少量单体和少量乳化剂以分子分散状态溶解在水中
乳化剂
单体
少量在水相中
大部分形成胶束
小部分增溶胶束内
部分吸附于单体液滴 大部分在单体液滴内
引发剂
大部分在水中
5
4.5.3.2 乳液聚合场所
高分子材料研发管理制度
高分子材料研发管理制度第一章总则第一条为规范高分子材料研发管理，提高研发效率和质量，促进科技创新，本制度制定。
第二条适用范围：本制度适用于公司内所有涉及高分子材料研发的部门和人员。
第三条本制度的实施目标是明确高分子材料研发的工作职责、研发流程、研发标准，保障研发项目的质量和进度，提高公司的市场竞争力。
第四条高分子材料研发管理应遵循科学、严谨、规范、创新的原则，确保研发工作的顺利开展。
第五条高分子材料研发管理应积极推动科研成果的转化和应用，以提升公司的核心竞争力。
第六条公司应建立科学的高分子材料研发管理制度，确保研发工作的顺利进行。
第二章高分子材料研发管理机构第七条公司设立高分子材料研发部门，负责公司高分子材料研发工作的组织和管理。
第八条高分子材料研发部门的职责包括：制定高分子材料研发规划、方案；组织实施研发项目；开展科研成果转化和应用。
第九条高分子材料研发部门应设立研发项目管理岗位，负责项目的立项、实施、考核等工作。
第十条高分子材料研发部门设立质量管理岗位，负责研发项目的进度和质量把控。
第十一条公司设立高分子材料研发管理委员会，由公司高层领导及相关技术人员组成，负责研发工作的决策和指导。
第十二条高分子材料研发部门应建立科研团队，包括技术人员、研究生等，根据项目需求不断优化团队结构。
第十三条公司应加强与高校、科研院所等机构的合作，建立联合研发机制，共同推动科研成果的转化和应用。
第三章高分子材料研发管理流程第十四条公司在相关领域的研发项目应遵循科学、系统、规范、创新的原则开展。
第十五条高分子材料研发项目应依据公司战略规划和市场需求确定。
第十六条高分子材料研发项目由研发部门负责项目立项，编制项目立项申请书，报公司领导批准。
第十七条项目立项申请书应包括项目的背景、目的、内容、预期效益、技术路线、研发周期、预算等内容。
第十八条项目实施过程中，应建立严密的项目管理机制，包括项目计划、进度把控、技术监督、质量管理等。
第4章 高分子材料的强度
高分子材料性能学
表4-6 双轴取向和未取向塑料薄膜的比较
高聚物及状态 性能
拉伸强度，MPa 断裂伸长率，％
PS
未取向 双轴取向
34～62 1～3.6
48～82 8～18
PMMA
未取向 双轴取向
52～69 5～15
55～76 25～50
32
高分子材料性能学
6 温度与形变速率的影响
➢温度升高，材料屈服强度明显降低，对断裂强度 影响较小. ➢拉伸速率提高屈服强度上升.
分离的异物
微空洞 填料粒子 结晶区域 （相容性差）
微区 边界
层间区 （无定型区）
可能导致聚合物强度下降的微观结构细节示意图
20
高分子材料性能学
4.3 高聚物的主要力学强度
张应力 拉伸强度
拉伸模量
高聚物的 力学强度
弯曲力矩
压应力 循环应力
冲击
抗弯强度
抗压强度 疲劳强度 冲击强度
弯曲模量
21
高分子材料性能学
8
高分子材料性能学
当应力增大到临界值 c ，使
U f
U 'a
U
' b
0
且链断裂速率超过逆向（键再生）速率，主价键断裂。
据化学反应动力学理论，键断裂频率（ν）为
0 exp U ab c / RT
试样实现破裂的时间 (t f ) t f 1/ v
t f t0 exp U ab c / RT
E
Ex hp
理论强度
1/ 2
th
EG0 2hp
大多数固体材料的理论E间的关系：
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4.1.4 聚合反应简介
Initiation of a polyethylene
4.1.4 聚合反应简介
The condensation reaction for 6,6-Nylon
3 聚合反应
尼龙（Nylon）
卡罗瑟斯（1896-1937）美国有机化学家
3 聚合反应
加聚反应
单体具有不饱和键（双键或三键）； 反应分三步构成：
链引发、链增长、链终止；
引发剂（催化剂）
高分子材料的分类
(一) 按照聚合物的来源分类
天然高分子材料 棉、毛 织物；木材、麻 纸 改性的天然高分子材料 如：纤维素 硝基纤维素 合成高分子材料
小分子原料经化学反应和聚合方法合成。 如：聚乙烯、聚氯乙烯、氯丁橡胶、……
改性合成高分子材料
聚合物经化学、物理方法改性。
高分子材料的分类
形 成 高 分 子 的 方 法
Fig.3.11 Classification scheme of the methods of preparation of polymers
3 聚合反应
缩聚反应
官能团之间的反应； 有低分子副产物生成; 线性缩聚反应 非线性缩聚反应 线型结构聚合物 支化、交联结构聚合物
.
2 聚合物的分子量
数均摩尔质量 按分子数统计平均 — Mn = ∑ NiMi / ∑Ni = ∑ xiMi
Ni：分子量为Mi的聚合物的摩尔数 xi ：分子量为M— Mw = ∑ wiMi / ∑ wi = ∑ fiMi wi：分子量为Mi的聚合物的质量
共聚物（copolymer）
1 定义
例：几个常用的聚合物的分子结构式：
聚乙烯
H C H 乙 H C H 烯
聚氯乙烯
H C H C
聚丙烯
H C H 丙 H C CH3 烯
Cl H 氯 乙 烯
Fig.4.2 Three ways to represent the structure of polyethylene: (a) a solid three-dimensional model, (b) a three-dimensional “space” model, and (c) a simple two-dimensional model.
偶合终止
歧化终止
材料学概论
第 4 部分：高分子材料
4.1 概述 4.1.3 高分子化合物的结构与性能
1. 聚合物的结构
★一般高聚物的结构层次
链节的化学组成 链节连接方式 伸直链 无规线团 折叠链 螺旋链 无规线团圆球 通心粉体 缨状胶束 折叠链高分子晶体 螺旋绞链 其他
一次结构（高分子的链结构）
通常指104以上分子量的分子。 macromolecule polymer 大分子 聚合物
聚合物：由许多相同的、简单的组成单元 通过共价键重复连接而成。
4.1.2高分子化合物的合成
1 定义
按重复单元数多少： 高聚物（high polymer） 低聚物（oligomer） 按聚合单体数： 均聚物（homopolymer）
二次结构（高分子链的形态）
三次结构（聚集态结构）
1. 聚合物的结构
高分子链结构 分子内作用
高分子链的化学组成 重复单元的连接方式
聚合物的结构
重复单元的空间排列方式 高分子链的几何形状 共聚物高分子链的序列结构
聚集态结构 分子间作用
非晶态 结晶态 液晶态
1. 聚合物的一次结构
1 定义
单一高分子链：
弯曲(twist)、 缠结(kink)、 卷曲(coil)
相邻高分子链间： 相互缠绕(intertwine)
3.1.1 定义
分子链的相关术语：
主链 链节（重复单元） 侧基（取代基）
3.1.1 定义
分子链的相关术语：
支链（侧链）
主链
2. 聚合物的分子量
两个基本特点：分子量大；分子量多分散性。 分子量只具有统计意义。
1939年 尼龙
1869年 赛璐珞
1909年 电木
1989年 发光聚合物
高分子科学领域 Nobel 奖获得者：
"for his discoveries in the field of macromolecular chemistry"
1953年，H. Staudinger（1881 - 1965）
.
2 聚合物的分子量
all synthetic polymers have a distribution of chain lengths (ie when we synthesize a polymer we end up with a bunch of chains of different length, ranging from the very short to the very long).
2000年：
Hideki Shirakawa （1936 -）
Alan J. Heeger Alan （1936 -）
G. MacDiarmid （1927 -）
"for the discovery and development of conductive polymers"
优势
◆
◆
原料丰富;
重复单元的连接方式
H C H C 单体 R
H C H
H H C C
H C R
Molecular Weight Range Molecular Weight Range (g/mol) (g/mol)
Mean Mi (g/mol)
xi xi
0.05 0.05 0.16 0.16 0.22 0.22 0.27 0.27 0.20 0.20 0.08 0.08
xiMi
375
7,500 12,500 17,000 22,500 27,500 32,500 37,500
常用的摩尔平均质量（简称分子量）有四种：
数均摩尔质量；
质均摩尔质量；
Z 均摩尔质量； 粘均摩尔质量
— — — — Q ＝ Mw / Mn Xw / Xn
分子量的多分散性 分子量分布的宽窄 分子量多分散性指数 重均聚合度 数均聚合度
.
2 聚合物的分子量
2 聚合物的分子量
(二) 按照聚合物的主链结构分类
碳链聚合物材料
聚合物主链完全由碳原子组成。
如：聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、……
杂链聚合物材料
聚合物主链中除碳外，还有氧、氮、硫等杂原子。 如：聚酰胺、聚酯、聚醚、……
元素有机聚合物材料
聚合物主链中没有碳原子，主要由硅、硼等原子 组成，侧链为有机基团。如：有机硅、……
高分子材料的分类
碳 链 高 分子 ： H C H H C
n
H C Cl
H C H
n
F C F
F C F
n
.
聚苯 乙烯 聚 氯 乙 烯 聚四氟乙烯
杂 链 高 分子 ： H N H C H
6
元
H N H 尼龙6 6 CO C H
6
素
有
机 R
高 Si O
分
子
：
CO
n
n
R
.
有机硅聚合物
高分子材料的分类
©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.
4.1.4 聚合反应简介
Termination of polyethylene chain growth: (a) the active ends of two chains come into close proximity, (b) the two chains undergo combination and become one large chain, and (c) rearrangement of a hydrogen atom and creation of a double covalent bond by disproportionation cause termination of two chains.
chain by chain-growth may involve (a) producing free radicals from initiators such as benzoyl peroxide, (b) attachment of a polyethylene repeat unit to one of the initiator radicals, and (c) attachment of additional repeat units to propagate the chain.
2003.
高俊钢、李源勋，《高分子材料》，北京：化学工业出版社， 2002. 顾雪蓉、陆云，《高分子科学基础》，北京：化学工业出版社， 2003.
4.1 高分子材料概述
高分子材料：
以高分子化合物或以高分子化合物为主，辅
以各种添加剂和填料等物质经加工而成的材料。
1971年 kevlar 1839年 硫化橡胶
2000