第7章+高分子材料的结构特征s1
高分子材料的结构特点和力学性能分析
或在单体聚合过程中在二维或三维空间交联形成空 间网络，分子彼此固定。----热稳定性高。酚醛、 环氧、聚脂等树脂的最终产物属此结构。
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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。
t
0, t
0 ,
0 t0
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橡胶在张力作用下的应力松弛曲线
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有机玻璃在玻璃化温度附近的模量－时间关系
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动态粘弹现象
• 动态粘弹现象是指在交变应力或交变应变作 用下，高聚物材料的应力与应变的关系就会 呈现出滞后现象。
• 所谓滞后现象，是指应变随时间的变化一直 跟不上应力随时间的变化。
• 数均分子量，重均分子量
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高分子化合物(高聚物)的特征
• 一种高分子化合物是许多结构和性质相类似而聚合度 不完全相等的高分子的混合物- 同系聚合物。
• 高分子化合物是不同分子量的同系聚合物。高分子化 合物的分子量只能用平均分子量来表示。
• 具有长链。根据分子链的形状不同，高分子化合物又 分为线型的、支链型的和体型的等几种结构
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线性弹性的特点
• 变形小，可逆变形，变形瞬间发生，与时间无 关。
• 变形时内能增加，恢复时放出能量，在整个变 形和回复过程中无能量损失。
• 玻璃态材料低于玻璃化温度时，小变形时符合
线弹性。交联聚合物高于玻璃化温度时仍符合
线弹性。
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玻璃化温度Tg
高分子材料结构特点及形成原因
高分子材料的结构特点及形成原因刘海翔103511072摘要：简单综述了高分子材料的结构特点，包括高分子链结构、晶体结构和微区结构等，同时简要阐述这些结构特点是如何形成的。
关键字：高分子材料；结构特点高分子材料也称为聚合物材料，它是以聚合物为基体组分的材料，除基本组分聚合物之外，为获得具有各种实用性能或改善其成型加工性能，一般还有各种添加剂。
高分子材料之所以成为聚合物材料是由于高分子材料一般是由大量小分子化合物在一定条件下发生聚合反应，当聚合分子量达到一定值时，聚合物的性质显著改变，从而具备单独小分子化合物不可能具有的特殊性质。
因此，高分子材料目前已被广泛应用于各个领域。
影响物质性能的因素有很多，其中最重要的是化学组成和结构特点。
很显然，由不同的小分子聚合而成的聚合物具有不同的结构和性质。
对高分子材料而言，决定其性质的主要是其结构特点，原因是高分子材料由无数小分子通过一定的形式结合在一起的过程中有多种结合方式，而不同的结合方式势必会影响到材料的性质。
大多数高分子材料均具有以下结构特点：高分子材料的链结构，高分子链通常由103到105个结构单元构成；由于高分子链聚集形态的不同导致高分子材料不同的晶体结构；由于各种添加剂的加入，会使得高分子材料的局部结构发生改变，类似于普通晶体的掺杂特性。
高分子的链结构高分子链结构是指单个高分子化合物分子的结构，链结构主要包括高分子链的组成与结构和高分子链的分子量与构象。
高分子链的组成是由聚合单体决定的，通常对某一种高分子材料而言，单体的组成并不是研究的主要对象。
即使高分子链具有相同的组成，材料的性能也可能不同，这可能与高分子链的形态有关。
图１展示了常见的分子链形态。
图1.高分子链的多种形态以聚乙烯为例，高分子链的组成都是以CH2=CH2为结构单元，但是当聚合条件不一样时，聚合产物分为高密度聚乙烯和低密度聚乙烯。
高密度聚乙烯的高分子链呈线性结构，支链较少，因而结晶度高，具有较好的热塑性和较高的强度；低密度聚乙烯虽以线性支链为主，但存在较多的长短支链，因而结晶度较低，具有质轻、性柔、耐冲击等特性。
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。
高分子材料的结构特点和性能
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。
高分子材料的性能就是其内部结构和分子运动的具体内容充分反映。
掌控高分子材料的结构与性能的关系，为恰当挑选、合理采用高分子材料，提升现有高分子材料的性能，制备具备选定性能的高分子材料提供更多可信的依据。
高分子材料的高分子链通常就是由103~105个结构单元共同组成，高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的涌入态结构构成了高分子材料的特定结构。
因而高分子材料除具备高分子化合物所具备的结构特征(如同分后异构体、几何结构、转动异构)外，还具备许多特定的结构特点。
低分子结构通常分成链结构和涌入态结构两个部分。
链结构就是指单个高分子化合物分子的结构和形态，所以链结构又可以分成近程和远程结构。
近程结构属化学结构，也表示一级结构，包含链中原子的种类和排序、替代基和端基的种类、结构单元的排序顺序、支链类型和长度等。
远程结构就是指分子的尺寸、形态，链的轻柔性以及分子在环境中的构象，也表示二级结构。
涌入态结构就是指高聚物材料整体的内部结构，包含晶体结构、非晶态结构、价值观念态结构、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)高分子链的共同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。
高分子材料材料的结构
3.粘流态
❖ 温度继续上升到粘流温度Tf以上，分子动能增加到整个分子 链都可以移动的时候，整个体系成为可以流动的粘稠液体， 这时的状态称为粘流态。这时给以外力，分子间产生滑动而 变形。除去外力后，不能恢复原状，这种变形称为核性流动 变形或塑性变形。如果将温度降低到Tf以下，形状就被固定 下来；利用高聚物的这种特性，进行某些高聚物的加工塑造 成型。
时称为无规立构。下图是三类不同旋光异构体的示意图。
❖ （2）几何异构：烯类高分子主链上存在双键。由于取代基 不能绕双键旋转，因而内双键上的基团在双键两侧排列的方 式不同而有顺式构型和反式构型之分，称为几何异构体。 以聚1,4-丁二烯为例，有顺1,4和反1,4两种几何异构体。
❖ 反式结构重复周期为0.51nm（下图b），比较规整，易于结 晶，在室温下是弹性很差的塑料；
聚四氟乙烯结构对称，易结晶。相对而言，氯化聚乙烯由于 大分子链的对称性被打乱，结晶能力降低。 ❖ 等规高聚物结晶能力强。 ❖ 缩聚物都能结晶。
2.温度 温度是影响聚合物结晶的最主要的外界因素。温度决
定晶核生成速率和结晶成长速率的大小。当这两个速率都 较大且配合适当时，结晶速率才能达到最大值，高聚物才 容易结晶。例如,天然橡胶的最佳结晶温度为20℃左右。
3.应力 应力可使大分子链按力的方向取向排列，增加有序度，
有利于结晶。例：涤纶在80℃－100℃条件下结晶缓慢，对 其进行拉伸，其结晶速率可提高1000倍。
非晶态高分子化合物力学性能
❖ 非晶态高分子化合物中，由于长分子链及其柔顺性 的不同，常具有三种力学性能不同的状态：玻璃态、 高弹态、粘流态。
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。
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。
【知识解析】高分子的结构与性质-完整版课件
典例详析
解析：根据题意可知，甲为热塑性高分子材料，乙为热固性高分子材料，故甲可能 是线型高分子材料也可能是支链型高分子材料，乙一定是网状高分子材料，C项符合 题意。
再见
作用力弱
状结构
结构模型
高分子的结构与性质
性质 举例
续表
线型结构
支链型结构
网状结构
受热后不能软化或熔融，
加热能熔融，冷却后固 柔软度和溶解度较线型
不能反复熔化，只能一
化，可溶于某些溶剂中， 高分子的大，软化温度、
次加工成型；不溶于一
具有高弹性，硬度和脆 密度和强度比线型结构
般溶剂，没有弹性，硬
度较小
高分子的结构与性质
高分子有线型、支链型和网状结构，它们的结构特点及性质如表所示：
线型结构
支链型结构
网状结构
支链型结构与线型结构 一般由多官能团单体相
由许多链节相互连成一 类似，但在主链上存在 互作用，使主链与主链
结构特点 条长链，且大多数呈卷 较多长短不一的支链， 之间以共价键相连接，
曲状
分子排列松散，分子间 形成三维空间的立体网
Байду номын сангаас
的更低
度和脆度较大
低压法聚乙烯
高压法聚乙烯
碱催化下制备的酚醛树 脂
典例详析
例4－17 有甲、乙两种高聚物，甲能溶于有机溶剂，加热可熔融；乙不溶于任何溶剂，加热 不会变软或熔融，则下列叙述错误的是（ C ） A．高聚物甲可能具有弹性，而高聚物乙没有弹性 B．高聚物甲可能是线型高分子材料 C．高聚物甲一定是网状高分子材料 D．高聚物乙一定是网状高分子材料
工程材料-高分子材料的结构与性能
聚酰亚胺层压 板
聚合物 ⑷ 按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚
合物和元素有机聚合物
2. 高分子化合物的命名
大多数采用习惯命名法，在单体 前面加“聚”字；或在原料名称 后加“树脂”二字，如酚醛树脂 等。
二、高分子材料的结构
（一）、高分子链的结构 (分子内结构)
1. 高分子链结构单元的化学组成 在元素周期表中只有ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA
高聚物呈玻璃态的 最高温度称玻璃化 温度，用Tg表示。 用于这种状态的材 料有塑料和纤维。
线型非晶态高聚物的温度-变形曲线
2 高弹态：温度高于Tg，分子活动能力增加，受力时 产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。
3 粘流态：由于温度高，分子活动能力很大，在外力 作用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分
中部分非金属、亚金属元素才能形成高分 子链。
2. 高分子链的形状 按照大分子链的几何形状，可将高分子化合物
分为线型结构、支链型结构和体 热塑性材料。支链型结构近于线型结构 。体 型结构高聚物硬度高，脆性大，无弹性和塑性， 是热固性材料。
（二）高分子的聚集态结构 (分子间结构) 固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子
子材料的加工态， 大分子链开始发 生粘性流动的温 度称粘流温度， 用Tf表示。
线型非晶态高聚物的温度-变形曲线
（二）其它类型高聚物的力学状态
分为一般分子量和很大分子量两种情况。一般分子 量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在 Tm 以下与非晶态的玻璃相似，高于Tm 则进入粘流 态。分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。
链节。
聚乙烯分子链
（二）高分子化合物的聚合
1 加聚反应
由一种或多种单体相互加成，或由环状 化合 物开环相互结合成聚合物的反应。
高分子化学与物理基础（第二版）第7章高分子的结构（可编辑）
高分子化学与物理基础（第二版）第7章高分子的结构第7章高分子的结构1高分子的近程结构2高分子的远程结构3高分子链的均方末端距4高分子的分子间作用力与聚集态5高分子的晶态结构第7章高分子的结构6高分子的结晶度与物理性能7 高分子的结晶行为和结晶动力学8高分子的非晶态结构9高分子的取向态结构1 0高分子的液晶态结构1 1高分子共混体系的聚集态结构第7章高分子的结构高分子的结构决定了其物理性能。
通过对高分子的结构以及分子运动的研究,发现高分子结构与性能之间的内在联系,就能够从性能的角度指导高分子的合成和高分子材料的成型加工,使高分子材料更好地满足实际应用的要求。
因此,研究高分子结构是高分子设计和材料设计的重要基础。
7.1 高分子的近程结构1高分子的化学组成2结构单元的键接方式3高分子链的构造---线型、支化和交联4共聚高分子的组成与结构5高分子链的构型7.1.1 高分子的化学组成7.1.1.1 碳链高分子这类高分子的共同特点是可塑性较好,化学性质比较稳定,不易水解,但是力学强度一般,而且由于碳氢键和碳碳键的键能较低,高分子的耐热性较差。
7.1.1.2 杂链高分子该类高分子一般由逐步聚合反应或者开环聚合得到。
相对于碳链高分子,它们的耐热性和强度明显提高,但是由于主链上含有官能团,容易发生水解、醇解和酸解等副反应,化学稳定性较差。
7.1.1 高分子的化学组成7.1.1.3 元素有机高分子元素有机高分子一方面保持了有机高分子的可塑性和弹性,另一方面还具有无机物的优良热稳定性,因此可以在一些特殊的场合使用。
缺点是强度较低。
7.1.1.4 无机高分子分子链(包括主链和侧基)完全由无机元素组成,不含碳原子。
例如聚硫、聚硅等。
这类高分子的耐高温性能优异,但同样存在强度较低的问题。
7.1.2 结构单元的键接方式高分子链一般由结构单元通过共价键重复连接而成。
例如a-烯烃双烯类单体聚合时结构单元的键接方式会更加复杂。
如2-氯丁二烯的自由基聚合有三种加成方式。
高分子材料的定义、结构与性能(ppt 16页)
一 高分子材料的定义、合成与结构
1 高分子材料：以相对分子质量大于5000的高分子化合物为主 要组成的材料。 加成聚合（加聚）
2 高分子化合物的合成： 缩和聚合（缩聚）
低分子化合物 → 大分子链 → 高分子化合物→高分子材料
3 高分子链对性能的影响 （1）高分子链形态（按几何形态分） 线型高分子链 支化型高分子链 体型 （网型、交联型）
应用：矿井的运输带，电缆包皮，输送腐蚀介质的管道，耐热运 输带，也是制造耐燃橡胶的主要材料。
（3） 特种合成橡胶
丁腈橡胶：突出优点是耐油性好。
应用：→ 制作耐油制品，如油箱、油封、输油管等；
硅橡胶：突出优点是耐高温和低温，抗老化性能好，无毒 无味；
应用:航空中的密封件，或食品机械中零件，医用中的人造 心脏和人造血管。
阿安普罗克特在写作中我只是对我看到的现实做出描述我每天都很忙碌写剧本谈生意我认可现实同时要自己填头苦干我的心情不错根据常识一个人怀抱梦想做出计划并眼看着梦想在奋斗中慢慢变成现实时他至少应该是较振作较乐观的吧如果失去梦想人类将会怎样
第七章 高分子材料
了解高分子材料的含义及合成方法 了解高分子链与高分子材料的性能的关系 熟悉高分子材料的性能特点 熟悉高分子材料的分类及其典型应用
3、高分子材料老化 老化的根本原因：高分子链的交联和裂解。 性能恶化的表现：失去弹性、出现龟裂、变应、变软、变粘、 变色等；
4 降解困难，对环境不友好。
三 常用的高分子材料
1 塑料：以合成树脂为主要成分的合成材料。
2 （1）成分： 合成树脂 + 添加剂 （填充剂、增塑剂、稳定 剂等）
3 （2）分类：
氟橡胶：突出优点是耐腐蚀性很好，耐热性也好。
应用：主要用于国防科技中，如航天飞行器、导弹的高级 密封件，减振元件等。
第7章高分子材料的结构特征s1
HH
CC
C
C
CC
CC
CC
C
C
H H HH H
HH H
H
反式-1，4-聚丁二烯
• 结构与性质:
顺式-1,4聚丁二烯，由于分子链与分子链 之间的距离较大，在室温下是一种弹性 很好的橡胶；而反式-1,4聚丁二烯，则 由于分子链的结构比较规整，容易结晶， 在室温下的弹性也比较差，只能做塑料 使用。
(3 )构造异构 (a ) 单烯类单体形成聚合物的键接方式 对于不对称的单烯类单体，例如CH2=CHR，在聚合时就有可 能有头-尾键接和头-头(或尾-尾)键接或不规则键接三两种方式
d型
l型
• 物质的旋光性:
• 如果两个正交的偏振片之间放入某种 物质，并以单色光透过。那么，在检偏 振片背后就可以看到明亮的视场，但只 要把检偏振片向左或向右旋转一定角度， 又会使明亮的视场消失。上述事实说明 某种物质具有使偏振面旋转的本领，我 们称具有这种本领的物质为"天然旋光物 质"，如：石英，朱砂，石油，糖溶液等。
•
由于两种单体无规则地排列改变了结
构单元的相互作用，也改变了分子间的相互
作用，因此在溶液性质、结晶性质、力学性 质方面和均聚物有明显不同。
• 例1： PE (聚乙烯) ，PP(聚丙烯).是塑料， • 但 乙烯—丙烯无规则共聚的产物为橡胶。
• 例2： PTFE（聚四氟乙烯）是塑料，不能熔 融加工，但四氟乙烯与六氟丙烯共聚物是热 塑性的塑料。
杂链高分子 分子主链上除碳原子以外，还含有氧、氮、硫等二种或 二种以上的原子并以共价键相连接而成。由缩聚反应和 开环聚合反应制得。 例如：聚酯、聚醚、聚酰胺、聚砜。
尼龙—66
聚碳酸酯
高分子结构特点
高分子的结构特点：高分子是由许许多多结构单元组成的，每一结构单元相当于一个小分子，相互间以化学键连接高分子的分子量很大且有多分散性高分子主链有一定的内旋转自由度，从而赋予主链一定的柔性，由于分子热运动，链的形状不断改变结构单元间的Van de walls力非常重要交联可以使高分子的性能发生很大变化高分子的聚集态有晶态和非晶态之分，晶态比小分子的有序度低，非晶态比小分子的有序度高•高分子各结构层次之间既有区别又有联系•高分子结构是包括各个层次的综合概念，高分子的性能也是各个层次结构对性能贡献的综合表现•高分子结构层次繁多、复杂，给其性能调节和改善带来机会–合成：一次结构–加工：二、三次结构–配混：高次结构碳链高分子这类高聚物不易水解，易加工，易燃烧，易老化，耐热性较差。
杂链高分子•这类聚合物是由缩聚反应或开环聚合而成的，因主链带极性，易水解，醇解或酸解•优点：耐热性好，强度高•缺点：易水解•这类聚合物主要用作工程塑料元素有机高分子主链无C，但侧基含有机取代基这类高聚物的特点是具有无机物的热稳定性，有机物的弹性和塑性。
但强度较低。
无机高分子全部由非C原子构成梯型聚合物梯形聚合物的特点：热稳定性好，因为受热时链不易被打断，即使几个链断了，只要不在同一个梯格中不会降低分子量。
支化对聚合物性能的影响：结晶性、柔顺性、硬度、密度、熔点等短支链——规整性、结晶度、密度、熔点等长支链——主要影响溶解性能和熔体性能交联交联：不溶、不熔一般使强度、热稳定性提高热固性树脂、硫化橡胶均为交联高分子材料橡胶的硫化饱和烃类聚合物的交联通过自由基(如：辐射交联)分子的立体构型不同，导致材料性能差异PS：等规PS：规整度高，能结晶，T m=240 ︒C ，不易溶解无规PS：软化点80 ︒C ，溶于苯PP：等规PP：T m=175 ︒C ，坚韧可纺丝，也可作工程塑料无规PP：性软，无实际用途立构规整是聚合物结晶的必要条件吗？共聚物往往可改善高聚物某种使用性能：PMMA分子中的酯基有极性，使分子与分子间的作用力比PS大，所以流动性差，不易注塑成型。
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可塑性好、容易成型加工、易燃烧、易老化、一般为通用 塑料。来源丰富、价廉、产量大、用途广。
杂链高分子 分子主链上除碳原子以外，还含有氧、氮、 硫等二种或二种以上的原子并以共价键相连接而成。由 缩聚反应和开环聚合反应制得。 例如：聚酯、聚醚、聚酰胺、聚砜。
尼龙—66 聚碳酸酯 耐热性好、强度较高，多为工程塑料 带有极性，易水解和酸解。
元素有机高分子 主链不含碳原子，而由硅、磷、锗、 铝、钛、砷、锑等元素以共价键结合而成，侧基含有有 机基团。 如: 有机硅橡胶 。 聚二甲基硅氧烷
CH3 CH3 CH3 Si O Si Si O CH3 CH3 CH3
优点具有无机物的热稳定性和有机物的弹塑性。
无机高分子 主链不含碳原子，而由硅、磷、锗、铝、 钛、砷、锑等元素以共价键结合而成，侧基也不含有机 基团。
• ⑵共聚物中单体的连接方式（以AB两种 单体共聚为例） 共聚物的概念： 指有两种以上单体单元所组成的聚合物。 （二聚物、三聚物、四聚物、五聚物－－ －－－－－） 对于共聚物，以A、B二单体构成的二元共聚为 例：根据单体聚合的位置不同分成： 无规则共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物和接 枝共聚物。
聚苯乙烯|PS
(聚丁烯PB)
顺式 PB( 聚丁烯 )在常温下是一种橡胶，而不是 硬质塑料，两者是不相容的，因此SBS具有两
相结构： PB 易形成连续的橡胶相， PS易形成
微区分散区树脂中，它对 PB 起着交联的作用，
PS是热塑性的，在高温下能流动。
（3）接枝共聚（graft）
• ABS树脂是丙烯腈A、丁二烯B和苯乙烯S的三 元共聚物，共聚方式上无规与接枝共聚相结 合。 • ABS兼有三种组分的特性： • A：有—CN基，使聚合物耐化学腐蚀，提高 抗胀强度和硬度； • B： 使聚合物呈现橡胶态韧性，提高抗冲； • S： 的高度流动性好，便于加工成型，而 且可以改善制品光洁度。
(2) 几何异构(顺反异构) 在1,4加聚的双烯类聚合物中，主链含有双键。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，即可形成顺式、反式两种构型，它们称作几何异 构体。 双键上基团在双键一侧的为顺式，在双键两侧的为反 式。
聚合物的构型的测定方法： 有X射线衍射法（WAXD）、核磁共振谱（NMR）、红 外光谱法（IR）等。
•全同立构(或等规立构)：当取 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(或间规立构)：取代 基相间的分布于主链平面的二 侧或者说两种旋光异构单元交 替键接。 •无规立构：当取代基在平面 两侧作不规则分布或者说两种 旋光异构体单元完全无规键接 时。
•全同立构和间同立构高聚物称作有规立构聚 合物。 •高聚物中含有全同和间同立构的总的百分数 称为等规度。
§7.1.2 结构单元的连接方式
⑴聚合物单体的连接方式
1)头-尾连接： 2)头-头或尾-尾连接：
3)无规则连接：
• 由结构单元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，大多是头-尾键接的。
• 举例1：PVC（聚氯乙烯）
• 影响因素：催化剂，单体性质，温度， 杂质等，关键是受能量，位阻的因素的 影响。 • 原则： 1. 能量体系最稳定有利； • 2. 位阻最小有利。 • 结论：头—尾结构最有利（实验证明的 确如此）
• 例1： PE (聚乙烯) ，PP(聚丙烯).是塑料， • 但 乙烯—丙烯无规则共聚的产物为橡胶。
• 例2： PTFE（聚四氟乙烯）是塑料，不能熔 融加工，但四氟乙烯与六氟丙烯共聚物是热 塑性的塑料。
• （2）嵌段共聚（block） • AAAAAA-BBBBB-AAAAA-BBBBBBB• 例如用阴离子聚合法制得的SBS树 脂（如做鞋底的“牛筋底”热塑性丁苯 橡胶 ）就是苯乙烯与丁二烯的嵌聚共聚 物，其分子链的中段是聚丁二烯（顺 式），两端是聚苯乙烯。
碳链高分子 分子链全部由碳原子以共价键相连接而组成， 多由加聚反应制得。 如：聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚丙 烯腈(PAN)。
聚乙烯
H H H H H H C C C C C C H H H H H H
H H C C H CH3
聚丙烯
H H C C H CH3 H H C C H CH3
（2）支链高分子特点： 原则上，支链高分子的化学性能特点与线状高分子相似， 但是对材料的物理性能有显著的影响： 支链高分子堆砌松散、密度低、结晶度低，因而硬度、 强度、耐热性、耐腐蚀性等也随之降低，但是透气性 增加。 支链高分子也能够溶于适当的溶剂中，并且加热能够熔融。 支链的长短对高分子性能的影响有较大的不同： 短支链使高分子链之间的距离增大，有利于活动，流动度 好；但是长支链则阻碍高分子的流动，影响结晶，降 低弹性。
d 型 l 型
• 物质的旋光性: • 如果两个正交的偏振片之间放入某种 物质，并以单色光透过。那么，在检偏 振片背后就可以看到明亮的视场，但只 要把检偏振片向左或向右旋转一定角度， 又会使明亮的视场消失。上述事实说明 某种物质具有使偏振面旋转的本领，我 们称具有这种本领的物质为"天然旋光物 质"，如：石英，朱砂，石油，糖溶液等。
•※由于内消旋或外消旋作用，即使等规度很 好的高分子也没有旋光性。 •自由基聚合 无规立构聚合物。 •配位聚合 有规立构聚合物。
• 结构与性能： 全同立构的聚苯乙烯结构比较规整，易 结晶，熔点为240℃，而无规立构的聚 苯乙烯结构不规整，不容易结晶，其软 化温度为80℃， 全同立构的或间同立构的聚丙烯结构比较 规整，容易结晶，可以纺丝成纤维，或 作塑料，而无规立构的聚丙烯却是一种 橡胶状的弹性体，除非经过特殊处理， 基本上没有使用的意义。
(3 )构造异构
(a ) 单烯类单体形成聚合物的键接方式
对于不对称的单烯类单体，例如CH2=CHR，在聚合时就有可 能有头-尾键接和头-头(或尾-尾)键接或不规则键接三两种方式 头-尾：
头-头或尾-尾：
(b )双烯类单体形成聚合物的键接方式
双烯类单体在聚合过程中有1,2加成、3,4加成和1,4加成，键接结构 更为复杂，以异戊二烯为例： 1,2加成：构造异构
§7.1.3 高分子链的几何形状
线型 支链型 高分子链的几何形状 网型 梯型 体型 梳型 蓖型 星型
线型
支链型
星型
梳型
蓖型
网型
梯型
体型
线状高分子材料的特点：
大分子链之间没有任何化学键合，因此它 们柔软，有弹性，在加热或外力的作用 下，分子链之间可产生相互位移，加工 性能较好，在适当的溶剂中溶解，可以 抽丝，也可以成膜，并可热塑成各种形 状的制品，故也称为热塑性高分子。 产品如：无支化的聚乙烯、定向聚丙烯等
ห้องสมุดไป่ตู้
合成高分子的单体都必须至少具有双官能基团的结构： （三种基本的基团类型）
按化学组成不同聚合物可分成下列几类：
碳链高分子：主链（链原子）完全由C原子组成。
杂链高分子：主链原子除C外，还含O,N,S等杂原子。
元素有机高分子： 主链原子不含碳元素，侧链含有机取代基。 无机高分子：主链上不含碳元素，也不含有机取代基。
• （3）网状（交联）高分子 指高分子链之间通过化学键合形成的三 维空间网状结构。
§7.1.4 高分子链的构型
构型(Configuration) 分子中由化学键所固定的原子在 空间的几何排列。这种排列是稳定的，要改变构型必须经 过化学键的断裂和重组。 全同立构 间同立构 旋光异构 无规立构 高分子的 构型 几何异构 反式构型 顺式构型 头-头结构 头-尾结构
• • • • •
⑵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：
• （1）无规共聚（random） • ——两种单体无规则地平行联结 • ABAABABBAAABABBAAA • 由于两种单体无规则地排列改变了结 构单元的相互作用，也改变了分子间的相互 作用，因此在溶液性质、结晶性质、力学性 质方面和均聚物有明显不同。
第7章 高分子材料的结构特征
近程结构 高分子链的 结构 远程结构
结构单元的化学组成 结构单元的构型 分子链的构造 共聚物的序列结构 高分子链的形态
(构象)
一级结构
高 聚 物 的 结 构
高分子的大小
(分子量及分布)
二级结构
聚集态结构
晶态结构 非晶态结构 取向态结构 液晶态结构 织态结构
三级结构
高分子结构的特点（与小分子物质相比）
几何异构（顺式、反式）
H
H C C＝C H H H H C H H C H H C＝C
H
H C H H C C＝C H H H C H
顺式-1，4-聚丁二烯
H H HH H C C H H H C H H H H C C H C H H H
C
C H H C
C
C
C
反式-1，4-聚丁二烯
• 结构与性质: 顺式-1,4聚丁二烯，由于分子链与分子链 之间的距离较大，在室温下是一种弹性 很好的橡胶；而反式-1,4聚丁二烯，则 由于分子链的结构比较规整，容易结晶， 在室温下的弹性也比较差，只能做塑料 使用。
构造异构
(1) 旋光异构 (空间立构) 饱和碳氢化合物分子中的碳，以4个共价键与4个原子或 基团相连，形成一个正四面体，当4个基团都不相同时， 该碳原子称作不 对称碳原子，以C*表示，这种有机物 能构成互为镜影的两种异构体，表现出不同的旋光性， 称为旋光异构体。 特征：结构上具有镜像关系； 性能上具有旋光特性。
如: 聚二硫化硅。 聚二硫化硅 S Si S S Si S Si S S