材料科学基础基本第三章 高分子材料的结构
《材料科学基础》名词解释
《材料科学基础》名词解释第一章材料结构的基本知识1、晶体材料的组织：指材料由几个相(或组织单元)组成，各个相的相对量、尺寸、形状及分布。
第二章材料的晶体结构1、空间点阵：将理想模型中每个原子或原子团抽象为纯几何点，无数几何点在三维空间规律排列的阵列2、同素异构：是指有些元素在温度和压力变化时，晶体结构发生变化的特性3、离子半径：从原子核中心到其最外层电子的平衡距离。
4、离子晶体配位数：在离子晶体中，与某一考察离子邻接的异号离子的数目称为该考察离子的配位数。
5、配位数：晶体结构中任一原子周围最近邻且等距离的原子数6、致密度：晶体结构中原子体积占总体积的百分数；第三章高分子材料的结构1、聚合度：高分子化合物的大分子链是出大量锥告连成的。
大分子链中链节的重复次数叫聚合度2、官能度：指在一个单体上能和别的单体发生键合的位置数目3、加聚反应：由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应；4、缩聚反应：由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出(缩去)某种低分子物质(如水、氨、醉、卤化氢等)的反应；5、共聚：由两种或两种以上的单休参加聚合而形成聚合物的反应。
第四章晶体缺陷1、晶体缺陷：实际晶体中与理想的点阵结构发生偏差的区域；2、位错密度：晶体中位错的数量，是单位体积晶体中所包含的位错线总长度；3、晶界：同一种相的晶粒与晶粒的边界；4、晶界内吸附：少量杂质或合金元素在晶体内部的分布是不均匀的，它们常偏聚于晶界，称这种现象为晶界内吸附；第五章材料的相结构及相图1、固溶体：当合金相的晶体结构保持溶剂组元的晶体结构时，这种相就称为一次固溶体或端际固溶体，简称固溶体。
2、拓扑密堆积：如两种不同大小的原子堆积，利用拓扑学的配合规律，可得到全部或主要由四面体堆垛的复合相结构，形成空间利用率很高、配位数较大(12、14、15、16等)一类的中间相，称为拓扑密堆积。
3、电子浓度：固溶体中价电子数目e与原子数目之比。
4、间隙相：两组元间电负性相差大，且/1≤0.59具有简单的晶体结构的中间相5、间隙化合物：两组元间电负性相差大，且/≥0.59所形成化合物具有复杂的晶体结构。
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
材料科学基础 (3)
材料科学基础高分子材料的结构G A O F E N Z I C A I L I A O D E J I E G O U高分子链的结构高分子链的结构高分子链的结构：单个高分子链的结构。
高分子链结构近程结构远程结构结构单元化学组成结构单元键接方式结构单元键接顺序结构单元立体结构支化与交联高分子大小高分子形态化学结构结构单元的化学组成1 碳链高分子主链全部由碳原子组成聚乙烯聚丙烯2 杂链高分子主链上以碳原子为主，但存在其它原子，如O、N、S、P 等杂原子。
主链上的苯环也看作为杂原子。
聚乙二醇尼龙-63 元素有机高分子聚二甲基硅氧烷主链上没有碳原子，一般由Si、B、N、P和O等原子组成，但侧链上一般含有有机基团。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）结构单元在高分子链中的连接方式和顺序有很多变化。
以单烯类为例：头—尾头尾头尾头—头头头尾尾尾—尾头头尾尾双烯类单体聚合时，情况较复杂。
如丁二烯聚合过程中有1，2-加成、3，4-加成和1，4-加成之区别。
1,3-丁二烯1, 2-加成1, 4-加成可能有头—尾、头—头、有顺式和反式等构型。
尾—尾三种键合方式。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）多种单体共聚无规共聚物(random copolymer)交替共聚物(alternating copolymer)嵌段共聚物(block copolymer)接枝共聚物(graft copolymer)二元共聚物单体的连接方式a)无规共聚物；b)交替共聚物；c)嵌段共聚物；d)接枝共聚物（黑球代表一种重复单元，白球代表另一种重复单元）结构单元的立体结构结构单元由化学键构成的空间排布。
分子链组成相同，取代基位置不同，可具有不同的立体异构。
1 全同立构取代基X同侧，结构规整度高，容易结晶。
2 间同立构取代基X相间，结构规整度高，容易结晶。
3 无规立构取代基X无规，结构规整度低，不易结晶。
材料科学基础第三章 高分子材料的结构
(3)无规立构 取代基X无规 不易结晶
20
三、高分子链的几何形状
线型
线
交联形 网形 e) f)
21
四、高分子链的构象及柔顺性
1、高分子链的构象：由于单键内旋转引起的原子在空间据不同位 置所构成的分子链的各种形象。
结构。从而具有较高硬度、刚度和脆性，不能再 改变其形状。 • 塑性加工只能在网状结构形成前进行。
43
3、橡胶 • 线型分子链之间有少量交联(在C的主链上大约几百
个C原子中有一个C原子与 S原子共价结合)，因而 具有高弹性。 • Tg＜＜室温；相对分子质量大，链段长，柔性好； 不结晶或结晶度很小；硫化处理，产生少量交联 （加硫过多，交联太强，变硬脆失去弹性）
分子链的排列和堆积结构
14
一、高分子链的化学组成 1、碳链高分子：主链全部由C原子以共价键联结而
成的高分子链 如：-C-C-C-C-或-C-C=C-C- （侧基可以各种各样） 2、杂链高分子：主链中除C原子外，还有其它原子
的高分子链 如：-C-C-O-C-C、-C-C-N-C-C-
杂原子能大大改变聚合物的性能。如：O原子增强链 的柔性，提高聚合物的弹性。
39
（2） 缺点 • 弹性模量低 • 强度低 • 热性能差 • 易蠕变、应力松弛
• 易老化 降解—强度↓，弹性↓ 交联—变硬，变脆
40
二、高分子材料的性能与结构的关系
通常将高分子材料分为： • 热塑性塑料 • 热固性塑料 • 橡胶
41
1、热塑性塑料 • 线型链状结构。 • 线型分子链之间以二次键结合。加热至 Tg以上温
柔顺性
• 主链含孤立双键时，柔顺性较好 • 主链含芳杂环时，因芳杂环不能旋转，柔顺性很差，
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4.作为塑料使用的高分子，在室温使用应处在（ A．高弹态 B．玻璃态 C．黏流态
1/3
）。[上海交通大学 2007 研]
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【答案】B
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5．聚乙烯高分子材料中 C-H 化学键属于（ A．氢键 B．离子键 C．共价健 【答案】C
3/3
）。[华中科技大学 2007 研]
6．最难以形成非晶态结构的是（ ）。[上海交通大学 2005 研] A．陶瓷 B．金属 C．聚合物 【答案】B
7．高分子材料是否具有柔顺性主要决定于（ 研]
A．主链链节 B．侧基 C．侧基内的官能团或原子 【答案】A
）的运动能力。[华中科技大学 2007
8．高分子材料存在丌同构象的主要原因是主链上的碳原子可以（ 学 2005 研]
三、名词解释 热塑性和热固性高分子材料 [吉林大学 2010 研] 答：高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、 涂料、胶黏剂和高分子基复合材料等。高分子材料按其性能可分为热塑性和热固性高分子材 料，其中，热塑性高分子材料可溶、可熔；热固性高分子材料丌溶、丌熔。利用加热和溶解 的方法可将热固性和热塑性材料分辨出来，常用的识别高分子材料的简便方法有经验法、燃 烧法、溶解法、仪器分析法等。
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第 3 章 高分子材料的结构
பைடு நூலகம்
一、选择题
1．高分子的主链结构对单键内旋转有重要影响。下列最易单键内旋转的主链结构是 （ ）。[上海交通大学 2006 研]
A．Si-O 键 B．C-C 键 C．C-O 键 【答案】A
2．高分子非晶态的无规线团模型中，分子链总和在溶液中一样，呈无规线团状，线团 之间是无规则缠结，在分子链间存在额外空隙，即所谓的自由体积。高分子非晶态中（ ）。 [浙江大学 2006 研]
3-2 第三章 高分子材料的结构20120425
第三章 高分子材料的结构
五、化学性能 一般塑料、橡胶都具有良好的化学稳定性，耐酸、碱和 大气腐蚀。 如常用的硬聚氯乙烯，耐浓硫酸、浓盐酸和碱的侵蚀， 聚四氯乙烯具有极好的化学稳定性，可以耐沸腾王水 （HCl：HNO3=2：1）腐蚀。 但聚酯类、聚酰胺类塑料在酸、碱作用下会水解，聚碳 酸酯溶于四氯化碳有机溶剂。因此选用塑料、橡胶作耐蚀 零件或制品时，除考虑其化学稳定性（如耐蚀性）外还应 注意其抗溶剂性。
第3.3节 高分子的聚集态结构
第三章 高分子材料的结构
第3.3节 高分子的聚集态结构
硅片上高分子薄膜结构
聚乙烯PE的球晶显微组织
第三章 高分子材料的结构
第3பைடு நூலகம்3节
二、结晶度 聚合物中晶区部分所占的质量分数或体积分数称为聚合 物的结晶度。典型的聚合物的结晶度为50~95%。 结晶度大小与高分子链的结构和聚合物的结晶能力有关 。
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。
第三章 高分子材料的结构
玻 璃 态
（3）热性能特点 低耐热性：由于高分子链受热时易发生链段运动或分子链移动， 易导致材料软化或熔化，故聚合物的耐热性差。 塑料耐热温度，通常100℃以下，聚苯醚可达150℃。 橡胶通常Tf越高，使用温度越高，耐热性越好。 低导热性：高分子材料内部无自由电子，且分子链相互缠绕在 一起，受热时不易运动，故导热性差，约为金属材料导热性的 0.1—0.001倍，如塑料的导热系数0.84~2.5kJ/（m· ℃），金属 h· 10~330 kJ/（m· ℃）。 h· 高的线膨胀系数：线膨胀系数是指材料样品温度每升高1℃的 时伸长率。高分子材料的线膨胀系数为金属材料的3~10倍
材料科学基础第3章高分子材料的结构.
5、按反应机理分类： 6、按高分子材料
连锁反应机理、
分子链形状：
逐步聚合反应机理； 线型、
加聚物与缩聚物； 支化型、
均聚物与共聚物； 星型、
梳型、
梯型、
交联型。
第二节 高分子链的结构及构象
主链上带有侧链的高分子材料。 3、交联高分子材料
在交联高分子材料中，相邻线型高分子材料 链被共价键在很多位置上连结在一起。
4、网状高分子材料
三官能单体单元，即有三个活性共价键的单体， 形成三维网状。
四、高分子链的构象及柔顺性
1.高分子链的构象 2.高分子链的柔顺性
图3-6 单键内旋 示意图
1.高分子链的构象
（4）无机高分子 材料
大分子主链完全由碳原子组成，绝大部分烯类、二烯类高分子 材料属于这一类。如：PE，PP，PS，PVC。 大分子主链中除碳原子外，还有O、N、S等杂原子。 如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚。
大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、P 等原子 组成，侧基则由有机基团组成。如：硅橡胶
醚
酸
己二酸
-OH
乙酸
醛
戊二醛
COH
甲醛
芳香族碳氢 苯乙烯 化合物
苯酚
一、高分子材料的分类
1、 按来源：
天然高分子、 合成高分子、 半合成高分子材料；
2、高分子材料按用途分类
塑料 产量最大，与国民经济、人民生活关系密切， 橡胶 故称为“三大合成材料”
纤维
涂料 涂料是涂布于物体表面能结成坚韧保护膜的 涂装材料
只能是非晶态高聚物，处于高弹态； Tg是使用的下限温度，Tg应低于室温 70℃以上；Tf 是使用的上限温度； 大部分纤维是晶态高聚物，Tm应高于室 温150℃以上； 也有非晶态高聚物，分子排列要有一定 规则和取向；
材料科学基础教案 第三章 高分子材料的结构PPT课件
图3-10 高分子材料的几种非晶态结构模型 a)无规线团模型 b)折迭链缨状胶粒模型
11924D
13
第三节 高分子的聚集态结构
2.局部有序结构模型
图3-11 聚合物的Hosemann模型
11924D
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第三节 高分子的聚集态结构
三、聚合物的结晶度与玻璃化温度 1.结晶度 2.分子结构对结晶能力的影响
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
Thinking In Other People‘S Speeches，Growing Up In Your Own Story 讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
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7
第二节 高分子链的结构及构象
三、高分子链的几何形状
图3-5 高分子链的结构形态 a)线型 b)支化 c)梳形 d)星形 e)交联 f)体型
11924D
8
第二节 高分子链的结构及构象
四、高分子链的构象及柔顺性 1.高分子链的构象 2.高分子链的柔顺性
11924D
图3-6 单键内旋示意图
9
第二节 高分子链的结构及构象
11924D
25
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
26
Thank You
11924D
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第四节 高分子材料的性能与结构
表3-1 基本的高分子材料
11924D
18
第四节 高分子材料的性能与结构
石德珂材料科学填空题
《材料科学基础》填空题第一章材料结构的基本知识1.原子核外电子的分布与四个量子数有关，且服从下述两个基本原理：泡利不相容原理和最低能量原理2.原子结合键中一次键（强健）有离子键、共价键、金属键：二次键（弱健）有范德瓦尔斯键、氢键、离子晶体和原子晶体硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。
3.金属晶体导电性、导热性、延展性好，熔点较高。
4.能量最低的结构称为稳态结构或平衡态结构，能量相对较高的结构则称为亚稳态结构;5.材料的稳态结构与亚稳态结构由热力学条件和动力学条件共同决定;第二章材料的晶体结构1、晶体结构中基元就是化学组成相同、空间结构相同、排列取向相同、周围环境相同的基本单元2、简单立方晶胞中（100）、（110）、（111）晶面中，面间距最小的是（111）面，最大的是（100）面；3、晶面族｛100｝包含（100）（010）（001）及平行（100K010K001）等晶面；4、（100），（210），（110），⑵0）等构成以［001］为晶带轴的晶带;（010,（011），（101），（110）等构成以［111］为晶带轴的晶带；5、晶体宏观对称元素只有1，2, 3, 4, 6, 1，m，等8种是基本的6、金属中常见的晶体结构有面心立方、体心立方、密排六方三种；7、金属密堆积结构中的间隙有四面体间隙和八面体间隙两种类型8、面心立方晶体中1个晶胞内有生个八面体间隙，E个四面体间隙。
9、陶瓷材料是以离子键、共价键以及离子键和共价键的混合键结合在一起；10、硅酸盐的基本结构单元是硅酸根四面体:11、SiO2中主要化学键为共价键与离子与：12、硅酸盐几种主要结构单元是岛状结构单元、双四面体结构单元、环状结构单元以及链状结构单元、层状结构单元；13、离子晶体中决定正负离子堆积方式的两因数是：电荷大小，满足电中性；正负离子的相对大小;14、陶瓷材料的组成相有玻璃相、气相和结晶相(a) (b>15、上图为离子晶体中稳定和不稳定的配位图形，—为不稳定配位图形第三章高分子材料的结构1. 1.按照聚合物热行为可将聚合物分为热固性塑料和一热塑性塑料一两类。
材料科学基础课后习题答案讲解
《材料科学基础》课后习题答案第一章材料结构的基本知识4. 简述一次键和二次键区别答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。
其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。
一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。
二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。
二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。
6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？答：材料的密度与结合键类型有关。
一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。
相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。
共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。
9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。
答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。
即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。
两相组织是指具有两相的组织。
单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。
晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。
单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。
等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。
对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。
如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。
如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。
材料科学基础高分子材料结构
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2.高分子链的远程结构 影响柔顺性的因素
外部因素 温度越高，热运动越大，分子内旋转 自由，分子链越柔顺 外力作用快，大分子来不及运动，则 表现出刚性
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二、高分子的聚集态结构
概念：
结晶态：高分子按三维有序的方式聚集在一起 非晶态：分子链杂乱无序的排列在一起 取向态：分子链一维或二维出现有序排列的结构 液晶态：高聚物在液态下呈现有序排列 织态：将两种或两种以上的高聚物混合在一起形 成的聚集态结构
碳链高分子中，C-H键极性最小，分子链具有 很大的柔顺性 杂链高分子中C-O、C-N、Si-O都比C-C更容易 旋转，故尼龙、聚酯、聚氨酯等都是柔性键，耐 低温性能好，聚氨酯耐低温性能最好
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2.高分子链的远程结构
影响柔顺性的因素
内部因素 Si-O比C-O 、C-C更易内旋转，故聚硅氧在低温 下分子链仍能活动，是优良的耐寒橡胶 主链上有芳环或杂环则柔顺性差，刚度大，耐热 性好 取代极性小，体积小，同一位置的取代基数量少， 则大分子链的柔顺性好，刚度小
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1.高分子链间作用力
主价力：大分子链上原子间的作用力为共价键 次价力 分子链间的作用力为范德瓦尔斯键和氢
键
由于高分子链很长，次价力往往占主导地位， 故高分子破坏时常常是化学键（共价键）的断 裂
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1.高分子链间作用力
范德华力和氢键： 非键合原子或基团之间以及分子之间的相互作
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1.高分子链的近程结构
全是由一种旋光异构单元键接而成（全同立 构）——取代基全在主链平面的一侧
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高分子材料的结构与组织通用课件
涂料与粘合剂
涂料是一种覆盖在物体表面的高分子材料，具有 装饰和保护作用。
粘合剂是一种能够将不同材料粘合在一起的物质 ，广泛应用于制造和维修领域。
常见的涂料和粘合剂包括聚氨酯漆、环氧树脂粘 合剂等。
功能高分子材料
功能高分子材料是一种具有特殊 性能的高分子材料，如导电性、
磁性、生物活性等。
功能高分子材料在电子设备、生 物医学、传感器等领域有广泛应
高分子材料的结构与组织通 用课件
• 高分子材料概述 • 高分子材料的结构 • 高分子材料的组织 • 高分子材料的性能 • 高分子材料的应用
01
高分子材料概述
高分子材料的定义
总结词
高分子材料是由大量重复单元组成，且每个单元之间通过共价键连接的材料。
详细描述
高分子材料是由大量重复单元组成，这些单元通常是通过聚合反应得到的。这 些单元之间通过共价键连接，形成长链结构。这些长链结构赋予高分子材料独 特的物理和化学性质。
橡胶材料具有优良的耐磨性、耐油性 和耐老化性能。
橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶，合 成橡胶如丁苯橡胶、顺丁橡胶等。
纤维
高分子纤维是一种强度高、质量 轻的材料，广泛应用于纺织、航
空航天、军事等领域。
常见的纤维包括尼龙纤维、聚酯 纤维、聚丙烯纤维等。
高分子纤维在纺织品制造中也有 广泛应用，如运动服、防护服等
聚集态结构
描述高分子材料在不同温度和压力下的聚集态形式。
高分子材料在不同的温度和压力条件下可以形成不同的聚集态结构，包括晶态、非晶态、取向态等。这些聚集态结构对高分 子材料的性能具有重要影响，如机械性能、热性能、光学性能等。
结晶结构
描述高分子材料的结晶结构和结晶度对性能的影响。
材料科学基础 高分子材料结构
3
6.1 高分子结构的基本概念
五、 高分子材料的命名
按其化学组成来命名 热塑性高分子材料，常在单体前加“聚”
聚乙烯，聚甲醛
由两种或两种以上单体聚合而成的高分子， 可在单体后加“共聚物”
腈丁苯共聚物
热固性高分子材料在单体后加“树脂”
酚醛树脂
用高分子材料的商品名和习惯名 以结构为基础的系统命名(IUPAC)
6 高分子材料结构
6.1
6.2
高分子结构的基本概念
高分子的结构
1
6.1 高分子结构的基本概念
一、单体
链节 二、链节：组成高分子材料的结构单元 三、聚合度：大分子链的链节数
2
6.1 高分子结构的基本概念
四、相对分子质量M
相对分子质量:M=m×n , 其中(m)为链节相对分子质 量，(n)为聚合度。 同一高聚物因其聚合度不同，大分子链的长短各异， 其分子量也就各不相同。因此高分子化合物的相对 分子质量是一个平均值。 分子量越大，强度和硬度高，而塑性、弹性和韧性 低，加工成型性变差 分子量分布宽，材料流动性好，易加工，制品表面 光滑；反之则强度高，力学性能好
电气仪表
歧管接头
减振橡胶
塑料
我们一般称为“塑料”的物质是一个包括很多材料的 大家族，全部由合成树脂组成，这就是聚合物。 它们的大部分具有强度高和重量轻的特性，导电、导 热性很差，具有抗化学和大气腐蚀的作用， 易于塑造成形。 塑料被广泛使用的主要原因之一就是因为它有最后的 这一特点。 用塑料可在短时间制成形状复杂的产品，与金属生产 相比，塑料加工更简单、更经济。
与金属材料相比工程塑料的优点
源自工程塑料 容易加工； 生产效率高； 节约能源； 绝缘性能好； 质量轻，比重约1.0～1.4，比铝轻一半，比 钢轻3/4； 比强度高；具有突出耐磨、耐腐蚀性等， 是良好的工程机械更新换代产品。
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3、 按主链结构
（1）碳链高分 子材料 （2）杂链高分 子材料
（3）元素有机 高分子材料 （4）无机高分 子材料
大分子主链完全由碳原子组成，绝大部分烯类、二烯类 高分子材料属于这一类。如：PE，PP，PS，PVC。
大分子主链中除碳原子外，还有O、N、S等杂原子。 如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚。
大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、P 等原子组成，侧基则由有机基团组成。如：硅橡胶
第三章 高分子材料的结构
第一节 第二节 第三节 第四节
高分子材料概述 高分子链的结构及构象 高分子的聚集态结构 高分子材料的性能与结构
第一节 概述
自然界中出现的天然高分子材料来自植物、动物和矿物。这些材料包括木材、橡 胶、棉花、羊毛、皮革、丝绸、沥青、地蜡等。一些天然高分子材料例如蛋白质、酶、 淀粉和纤维素的分子结构，从有机小分子合成角度出发开发制备大量高分子高分子材 料成为可能。许多有用的塑料、橡胶和纤维材料都是合成高分子材料。由于合成高分 子材料的出现，材料领域发生了巨大的革命。合成材料生产比较便宜，而且可以进行 一定程度的控制得到相对于自然物质优越的性质。合成高分子材料在很多应用场合， 代替了金属、水泥、陶瓷和木材。
-164 -88.6 -42.1 -0.5 36.1 69.0 235/1mmHg 243/0.3mmHg 分解
200碳聚乙烯
脆性固体
分解
2000碳聚Байду номын сангаас烯
坚韧塑料
分解
熔点（℃）
66 81 104 106 110
族系 醇 醚 酸 醛
芳香族碳氢化合物
典型的单体 乙二醇、丙三醇 烷基乙烯基醚
己二酸 戊二醛 苯乙烯
表3-2 一些常 用的碳 氢基团
表3-1 部分烷烃化合物的分子结构和组成
名称
组成
室温下的外观
沸点（℃）
甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 己烷 30碳聚乙烯 40碳聚乙烯 120碳聚乙烯
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C30H62 C40H82
气体 气体 气体 气体 液体 液体 软蜡状 软蜡状 蜡状固体
大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、P 等 原子组成，侧基也没有碳原子的有机基团组成。如：二氧化硅等。
4、 按反应机理分类： 连锁反应机理、 逐步聚合反应机理； 加聚物与缩聚物； 均聚物与共聚物；
5、 按高分子材料分子链形状：
线型、 支化型、 星型、 梳型、 梯型、 交联型。
2.空间构型
3D1.tif
三、高分子链的几何形状
图3-5 高分子链的结构形态 a)线型 b)支化 c)梳形 d)星形 e)交联 f)体型
一）、线型高分子材料
线型高分子材料是指单个的链中单体单元首尾相接形成的高分子材料。
二）、支化高分子材料
主链上带有侧链的高分子材料，称为支化高分子材料。
三）、交联高分子材料
大多数高分子材料都来源于有机物，多数有机物质是碳氢化合物，是 由碳和氢组成的。他们内部分子的连接的键是共价键。每个碳原子由 四个电子可以参与共价键，而每个氢原子只有一个成键电子。当每个 键合原子都贡献一个电子时一个单键共价键才能存在，。两个碳原子 间的双键和三键分别涉及到共享2个和3个电子对。每个分子的共价键 都很强，但分子间只有弱的氢键和范德华键，因此这些碳氢化合物有 着相对低的沸点。不过，沸点随相对分子质量的增高而上升。
在交联高分子材料中， 相邻线型高分子材料链 被共价键在很多位置上 连结在一起，如图9-7c 所示。
四）、网状高分子材料
三官能单体单元，即有三 个活性共价键的单体，形 成三维网状，被称为网状 高分子材料。
图9-7分子结构示意图 a）线型 b）支化 c）交联 d）网状（三维）
四、高分子链的构象及柔顺性
第二节 高分子链的结构及构象
一、高分子链的化学组成
图3-4 高分子链构象
图3-5单个高聚物链分子由于键旋 转而存在大量随机的弯曲和缠绕
图3-6碳数100的链构象模拟图
二、结构单元的键接方式和构型 1.键接方式
图3-３ 二元共聚物单体的连接方式 a)无规共聚 b)交替共聚 c)嵌段共聚 d)接枝共聚 (黑球代表一种重复单元，白球代表另一种重复单元)
1.无序结构模型
图3-10 高分子材料的几种非晶态结构模型 a)无规线团模型 b)折迭链缨状胶粒模型
2.局部有序结构模型
图3-11 聚合物的Hosemann模型
三、聚合物的结晶度与玻璃化温度
图3-12 有结晶倾向的聚合物由熔点冷却时比体积与温度的关系 A—液态 B—液态(有某些弹性反应) C—过冷液体(橡胶态) D—玻璃态
E—微晶在过冷液体的基体中 F—微晶在玻璃基体中 G—完全晶态
第四节 高分子材料的性能与结构
一、序列结构
高分子链的微结构复杂。在高分子链中，结构单元的化学组成相同时，连接方式和空 间排列也会不同。对于有不止一个侧基或侧原子的高分子材料，其侧基排列的不得规 整度和对称性对性能有显著的影响。 多数高分子材料是首尾构型为主；通常在头头构型的R基团间会出现极性相斥。 具有取代基的乙烯基单体可能存在头－尾或头－头或尾－尾连接。有取代基的碳原子 为头，无取代基的碳原子为尾。
材料”
只能是非晶态高聚物，处于高弹态； 涂胶TT料粘gf 是是是剂使使涂是用用布指的的于具下物有上限体 良限表好温温面的度度能粘，；结合T成性g应坚能低韧，于保可室护将温膜两的种70涂相℃装同以材或上料不；相同的物体
粘接在一起的连接材料
功大能部高分分纤子维是是指在晶高态分高子聚主物链，和T侧m应枝上高带于有室反温应1性50功℃能以基上团；，并 具也有有可非逆晶或态不高可逆聚的物物，理分功子能排或列化要学有活性一的定一规类则高和分取子向；
1.高分子链的构象 2.高分子链的柔顺性
图3-6 单键内旋示意图
图3-7 柔性高分子链的末端距和链段示意图
第三节 高分子的聚集态结构
一、晶态聚合物的结构
1.缨状胶束结构模型
图3-8 缨状胶束结构模型 a)未受外力拉伸 b)受外力拉伸
2.折迭链结构模型
图3-9 折迭链结构模型
二、非晶态聚合物的结构
结构 -OH -O--OH COH
代表物质 甲醇
二甲基醚 乙酸 甲醛 苯酚
高分子材料的分类
天然高分子、 1、 按来源： 合成高分子、
半合成高分子材料；
2、 按用途
表9-4高分子材料按应用温度分类
塑料
塑料 橡胶
橡纤维胶
涂料 胶粘剂
功纤能维高
分子
晶态高聚物表，9-处3 高于分部子分材结料晶按态用，途T分m类是使用的上限温度； 产非量晶最态大高，聚与物国民，经处济于、玻人璃民态生，活T关g是系使密切用，的故上称限为温“度三；大合成