高分子材料结构课件

高分子的聚集态结构取决于高分子间的作用力。 高分子链之间以范德瓦尔斯键或氢键结合，键虽弱， 但因分子链很长，故链间总作用力为各链节作用力与
聚合度之积，因而大大超过链内共价键。
无定形高聚物结构和晶态高聚物示意图
1、无定形高聚物的结构(非晶态)
（1）无定形聚合物是很普遍的。 即使在结晶高聚物中，也包含有非晶区。
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2、高分子链的远程结构
2.1 高分子的大小
1)分子量大
大分子链中的重复结构单元称之为“链节”。 组成大分子链时，链节的数目（n）叫聚合度。 高分子的分子量：M=m×n
M----高分子的分子量 n----高分子的聚合度 m----链节的分子量
2)多分散性
分子量10万的聚乙烯， 可能是由分子量2万－20万大小不同的聚乙烯分子 组成的。
2）间同立构：取代基R相间地分布在主链的两侧。
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一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3）无规立构：取代基R在主链的两侧不规则的分布。
有规立构（全同立构、间同立构）聚合物的结晶度 和熔点较高，不易溶解。
材料科学基础
Fundamentals of Materials Science
任课教师：付 华
第二章 材料的结构
第一节 晶体学基础 第二节 常见的晶体结构 第三节 固溶体的晶体结构 第四节 金属间化合物的晶体结构 第五节 硅酸盐结构 第六节 非晶态固体结构 第七节 高分子材料结构
第七节 高分子材料结构 （Polymer Structures）
（2）支链型高分子：
在主链上带有支链。 性能和加工都接近于线型 高分子，属于热塑性高聚物。 高压聚乙烯(PEF) 在溶剂中溶解，加热溶解，密度降低，
结晶度降低，硬度低，耐热性降低。
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一、高分子材料概述
☺高分子是由一种或者多种单体，通过聚合反应形成
的相对分子质量很大的有机化合物，它是相对于 低分子而言。 •高分子化合物是塑料、 橡胶、胶粘剂等非金属 材料的总称。
多种多样的高分子材料
高分子材料形成过程
石油、天然气、煤炭等 裂解 单体
聚合
加工
高分子聚合物
高分子材料
高分子材料结构
如有机硅树脂、有机硅橡胶等。
(4) 无机高分子
主链纯粹由其它 元素构成。
这类元素的成链 能力较弱，分子量 低，易水解， 在研究中。
二硫化硅
聚二氯 一氮化磷
1.2 高分子链结构单元的键接方式
（1）均聚物结构单元顺序：
头-尾连接 结构最规整、 强度最高。
（wenku.baidu.com）共聚物结构单元顺序： 二元共聚物单体的连接方式
O —C—O—
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（3）元素有机聚合物
主链是由Si、 Ti、 Al、 B等原子和O原子构成， 侧基一般为有机基团： —O—Si—O—Si—O—
1.3 高分子链的几何形状
（1）线型高分子 （2）支链型高分子 （3）交联高分子
(网状)
（1）线型高分子：
由许多链节组成的长链， 通常是卷曲成线团状。
特点：弹性、塑性好，硬度低，是热塑性高聚物。 聚乙烯、聚氯乙烯等烯类。
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柔性大分子链末端距和链段示意图
在常见的三大类主链结构中：
①柔顺性以Si-O键最好，C-O键次之，C-C键最差。
②主链中含有芳香环时，它不能自旋， 柔顺性很低， 刚性较好，能耐高温。
③主链中含有孤立双键时，双键本身不能自旋， 但两C原子各减少一个侧基或氢原子，使非键合基团 或原子间距增大，单键内旋阻力减小，柔顺性增大。
④取代基的极性强弱/体积/分布对柔顺性有影响。 极性取代基使分子间作用力增大，内旋受阻， 柔顺性降低。
二、高分子材料的聚集态结构（超分子结构）
高分子链之间的几何排列和堆砌结构，也称为 超分子结构，是在加工成型过程中形成的。
非晶态结构 晶态结构：三维有序 取向结构 分子链在一维或二维有序排列的结构 液晶态结构 高聚物在液态下分子有序排列 共混物（织态）结构
（3）体型(网状)高分子：
链节交联，呈三维网状结构。 硬度高、脆性大、无弹性和塑性，是热固性高聚物。 酚醛树脂、环氧树脂等。
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1.4 空间构型
原子在空间的几何排列。 1）全同立构：取代基R在主链的同一侧。
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2.2 高分子链的构象
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。
柔顺性取决于分子内旋转的受阻程度。
2.3 高分子链的柔顺性
高分子链能改变其构象、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键内旋转难易程度有关。
大分子的卷曲程度是用其 两个端点间的直线距离― 末端矩h来衡量。(动画） 末端矩越短，卷曲越厉害。
高分子链结构
聚集态结构
近程结构
远程结构
链节的化学组成、 分子链的
链接方式、
长短、形状
立体构型等
与构象
晶态、非晶态、 取向态结构、 液晶态结构、 织态结构等
（2）杂链聚合物
主链除碳外，还有O、N、P、S等其它元素。如： —C—C—O—C—， —C—C—H—C— —C—C—S—C— 聚酯（聚醚、聚酰胺 ）
各种分子量的大分子链 的重量是不同的。
3)平均分子量
常用统计平均分子量的表示
（1） 数均分子量
NiMi
按分子数的统计平均，定义为： M n
i
Ni
i
式中：Mi：第i组分子的单分子质量； Ni：第i组分子的分子数。
（2）重均分子量 按重量的统计平均，定义为：
Wi M i M w i
Wi
i
式中：Wi：第i组分子的总质量。