2第二章 高分子材料学.
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第二章 高分子材料学
1
绪论
高分子材料的性质决定了其应用价值和
应用领域
性质是由构成该材料的高分子化合物的
分子结构 及其 聚集状态 和组成该材料的 各种成份之间的混合程度决定的
其制品的特性、结构与性能之间的关系
高分子材料学就是研究高分子化合物及
2
塑料材料的应用
由日用品到汽车及航天工程，由 建筑绝缘至包装，由医学技术至光学 器件，由农业生产到体育休闲等各个 领域，都可以看到塑料制品。
聚二氯一氮化磷
20
聚二硫化硅
这一类高分子由于元素的成键能力较 差,得到的高聚物分子量比较低，而且容 易水解，强度也比较差
耐热性、硬度非常高
21
构成高分子化合物共价键的键能大小，决定了主链断裂的 难易、成型时的稳定性和使用时的耐候性等，也与氧化、臭 氧化、水解等降解性有关。 通常主链断裂的可能性较小，而氧化、臭氧化、水解等反 应并存引起的降解断裂较容易。 范德华力和氢键是高分子化合物分子间的作用力，虽然不 大，但对高分子化合物及其制品的影响是很大的如拉伸强度、 弹性模量等机械性能和Tg、Tm等的热性能。
塑料材料的分类
1 按来源分类
(1)缩聚物 (2)加聚物 (3)逐步加成物
塑料材料的分类
2按树脂的受热后的性能表现分类
(1)热固性塑料
(2)热塑性塑料
3按树脂的应用分类
(1)通用塑料
(2)工程塑料
橡胶材料的分类
(1)通用橡胶
(2)特种橡胶
化纤材料的分类
(1)杂链纤维
(2)碳链纤维
聚合物制造方法的影响
Polysulfone
17
Rubber
主要是通过缩合聚合或开环聚合反应制备 耐热性和强度性能都比纯粹的碳链高聚物要 高一些，可以作为工程塑料
主链带有极性，容易水解、醇解或者酸解
18
元素有机高分子
CH3 CH3 －(Si－O－ Si－O)n－ CH3 CH3
构成的元素种类及其连接方式
24
立构规整性
等规立构
由一种旋光异构单元键接而成
间规立构
由两种旋光异构单元交替键接而成
25
立构规整性
无规立构
二种旋光异构单元完全无规键接而成
26
立构规整性的影响
聚合物的立构规整性好，分子排列有序，有利
于结晶 高结晶度导致高熔点、高强度、高耐溶剂性 如：无规PP，非结晶聚合物，蜡状粘滞体，用 途不大 全同PP和间同PP，是高度结晶材料，具有高 强度、高耐溶剂性，用作塑料和合成纤维 全同PP的Tm为175 ℃，可耐蒸汽消毒，比重 0.90
3.乳液聚合聚氯乙烯 热稳定性和电绝缘性能差
13
影响高分子材料性能的化学因素
构成的元素种类及其连接方式 立构规整性 共聚物组成 端基 支化与交联
14
碳链高分子
构成的元素种类及其连接方式
主链全为－C－C－，加聚反应所得碳链高分子
－(CH2－CH2)n－ －(CH2－CH)n－ CH3 Polyethylene Polypropylene (PE) (PP)
15
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；
16
杂链高分子
构成的元素种类及其连接方式
• 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) • • －(CH2－O－)n－ －(CH2－CH2－S－S)n－ POM
• （3）交通运输： • 主要用于汽车、轮船的零部件及装修上（比强度 大） • （4）电气工业： • 电线、电缆、录音机、录像机、电视机等 • （5）化学工业： • 塑料容器和管道、耐腐蚀
（6）仪表工业： 制造辅件 （7）建筑工业： 化学建材，代替木材，水泥砖瓦，
（8）航空材料：
飞机上用塑料件，减轻重量 （9）国防与尖端工业： 卫星、火箭及原子能工业中做烧蚀材料、耐腐蚀材 料，武器中做零部件，塑料地雷，隐身飞机
—— 主链含 Si 、 P 、 Se 、 Al 、 Ti 等，但不含碳原子，
称为元素有机高分子。
R －(Ti－O－)n－ R
这一类高聚物耐热性能都比较好，但成本比较高。
19
无机高分子： 这种高分子主链上不含碳原子，也不含有 机取代基，是纯粹由其他元素组成的高分子。
Si
S
S
Si
S
S
Cl －(P=N)－ Cl
(1 ) 农业 ①薄膜：地膜、大棚膜：育苗，蔬菜，养殖 ②管材和管件：灌溉，自来水供水 ③网箱养殖，育苗，运动草皮，沙漠绿化 （2）包装：用途广泛 ① 包装容器，代替金属、陶瓷、玻璃、木材等 ② 保鲜软装罐头、果汁、化装品 ③ 防震：PS、PU、PE泡沫塑料 ④ 日常包装：袋，编织袋，捆扎绳，打包带
27
立构规整性的测定源自文库
根据聚合物的物理性质进行测定
结晶、比重、熔点、溶解行为 化学键的特征吸收
28
共聚物组成
无规共聚物
－AABABBABAA－ ——非结晶性橡胶，薄膜 ——75％的丁二烯和25％的苯乙烯共聚得 到丁苯橡胶 CH2=CH-CH=CH2+C6H5-CH=CH2 → -[CH2-CH=CH-CH2-CH(C6H5)-CH2]-n
按比分子凝聚能表示的这种分子力大致数值为： 橡胶小于 8KJ/mol 硬质塑料在 8-21KJ/mol之间 纤维则大于 21KJ/mol 上述性能受刚性分子链的缠结行为和结晶性能的影响。
构成的元素种类及其连接方式
引入芳基和共轭双键体系可提高链段的刚 性、增加分子间作用力
提高结构规整性和结晶度可以提高力学性 能、热性能和稳定性
1.高压法聚乙烯
反应温度高，产物密度低 2.中压法聚乙烯 支链较少，分子等规度较高 3.低压法聚乙烯 支链少，分子等规度高 4.线性低密度聚乙烯 短小而规整的支链，超低密度
12
聚合物制造方法的影响
1.本体聚合聚氯乙烯
透明性、电绝缘性能优良，分子量分布较宽
2.悬浮聚合聚氯乙烯
存在分散剂形成的皮膜，热稳定性变差
29
共聚物组成
有嵌段的无规共聚物
——耐寒性薄膜 • 乙烯含量一般不超过 20% ，在分子链中呈无规则排列， 可起到阻止共聚物结晶作用，使结晶度降低，玻璃化温 度降低，但透明性、柔软性和光泽度提高 嵌段共聚物的化合物 • －AAAABBBBBBBAAAA— • 耐冲击的PP制品 • 顺丁二烯(M=4104)，苯乙烯(M=1.5104)得到热塑性 丁苯橡胶，这种材料在120℃为熔融体，可以进行注塑成 型
1
绪论
高分子材料的性质决定了其应用价值和
应用领域
性质是由构成该材料的高分子化合物的
分子结构 及其 聚集状态 和组成该材料的 各种成份之间的混合程度决定的
其制品的特性、结构与性能之间的关系
高分子材料学就是研究高分子化合物及
2
塑料材料的应用
由日用品到汽车及航天工程，由 建筑绝缘至包装，由医学技术至光学 器件，由农业生产到体育休闲等各个 领域，都可以看到塑料制品。
聚二氯一氮化磷
20
聚二硫化硅
这一类高分子由于元素的成键能力较 差,得到的高聚物分子量比较低，而且容 易水解，强度也比较差
耐热性、硬度非常高
21
构成高分子化合物共价键的键能大小，决定了主链断裂的 难易、成型时的稳定性和使用时的耐候性等，也与氧化、臭 氧化、水解等降解性有关。 通常主链断裂的可能性较小，而氧化、臭氧化、水解等反 应并存引起的降解断裂较容易。 范德华力和氢键是高分子化合物分子间的作用力，虽然不 大，但对高分子化合物及其制品的影响是很大的如拉伸强度、 弹性模量等机械性能和Tg、Tm等的热性能。
塑料材料的分类
1 按来源分类
(1)缩聚物 (2)加聚物 (3)逐步加成物
塑料材料的分类
2按树脂的受热后的性能表现分类
(1)热固性塑料
(2)热塑性塑料
3按树脂的应用分类
(1)通用塑料
(2)工程塑料
橡胶材料的分类
(1)通用橡胶
(2)特种橡胶
化纤材料的分类
(1)杂链纤维
(2)碳链纤维
聚合物制造方法的影响
Polysulfone
17
Rubber
主要是通过缩合聚合或开环聚合反应制备 耐热性和强度性能都比纯粹的碳链高聚物要 高一些，可以作为工程塑料
主链带有极性，容易水解、醇解或者酸解
18
元素有机高分子
CH3 CH3 －(Si－O－ Si－O)n－ CH3 CH3
构成的元素种类及其连接方式
24
立构规整性
等规立构
由一种旋光异构单元键接而成
间规立构
由两种旋光异构单元交替键接而成
25
立构规整性
无规立构
二种旋光异构单元完全无规键接而成
26
立构规整性的影响
聚合物的立构规整性好，分子排列有序，有利
于结晶 高结晶度导致高熔点、高强度、高耐溶剂性 如：无规PP，非结晶聚合物，蜡状粘滞体，用 途不大 全同PP和间同PP，是高度结晶材料，具有高 强度、高耐溶剂性，用作塑料和合成纤维 全同PP的Tm为175 ℃，可耐蒸汽消毒，比重 0.90
3.乳液聚合聚氯乙烯 热稳定性和电绝缘性能差
13
影响高分子材料性能的化学因素
构成的元素种类及其连接方式 立构规整性 共聚物组成 端基 支化与交联
14
碳链高分子
构成的元素种类及其连接方式
主链全为－C－C－，加聚反应所得碳链高分子
－(CH2－CH2)n－ －(CH2－CH)n－ CH3 Polyethylene Polypropylene (PE) (PP)
15
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；
16
杂链高分子
构成的元素种类及其连接方式
• 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) • • －(CH2－O－)n－ －(CH2－CH2－S－S)n－ POM
• （3）交通运输： • 主要用于汽车、轮船的零部件及装修上（比强度 大） • （4）电气工业： • 电线、电缆、录音机、录像机、电视机等 • （5）化学工业： • 塑料容器和管道、耐腐蚀
（6）仪表工业： 制造辅件 （7）建筑工业： 化学建材，代替木材，水泥砖瓦，
（8）航空材料：
飞机上用塑料件，减轻重量 （9）国防与尖端工业： 卫星、火箭及原子能工业中做烧蚀材料、耐腐蚀材 料，武器中做零部件，塑料地雷，隐身飞机
—— 主链含 Si 、 P 、 Se 、 Al 、 Ti 等，但不含碳原子，
称为元素有机高分子。
R －(Ti－O－)n－ R
这一类高聚物耐热性能都比较好，但成本比较高。
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无机高分子： 这种高分子主链上不含碳原子，也不含有 机取代基，是纯粹由其他元素组成的高分子。
Si
S
S
Si
S
S
Cl －(P=N)－ Cl
(1 ) 农业 ①薄膜：地膜、大棚膜：育苗，蔬菜，养殖 ②管材和管件：灌溉，自来水供水 ③网箱养殖，育苗，运动草皮，沙漠绿化 （2）包装：用途广泛 ① 包装容器，代替金属、陶瓷、玻璃、木材等 ② 保鲜软装罐头、果汁、化装品 ③ 防震：PS、PU、PE泡沫塑料 ④ 日常包装：袋，编织袋，捆扎绳，打包带
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立构规整性的测定源自文库
根据聚合物的物理性质进行测定
结晶、比重、熔点、溶解行为 化学键的特征吸收
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共聚物组成
无规共聚物
－AABABBABAA－ ——非结晶性橡胶，薄膜 ——75％的丁二烯和25％的苯乙烯共聚得 到丁苯橡胶 CH2=CH-CH=CH2+C6H5-CH=CH2 → -[CH2-CH=CH-CH2-CH(C6H5)-CH2]-n
按比分子凝聚能表示的这种分子力大致数值为： 橡胶小于 8KJ/mol 硬质塑料在 8-21KJ/mol之间 纤维则大于 21KJ/mol 上述性能受刚性分子链的缠结行为和结晶性能的影响。
构成的元素种类及其连接方式
引入芳基和共轭双键体系可提高链段的刚 性、增加分子间作用力
提高结构规整性和结晶度可以提高力学性 能、热性能和稳定性
1.高压法聚乙烯
反应温度高，产物密度低 2.中压法聚乙烯 支链较少，分子等规度较高 3.低压法聚乙烯 支链少，分子等规度高 4.线性低密度聚乙烯 短小而规整的支链，超低密度
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聚合物制造方法的影响
1.本体聚合聚氯乙烯
透明性、电绝缘性能优良，分子量分布较宽
2.悬浮聚合聚氯乙烯
存在分散剂形成的皮膜，热稳定性变差
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共聚物组成
有嵌段的无规共聚物
——耐寒性薄膜 • 乙烯含量一般不超过 20% ，在分子链中呈无规则排列， 可起到阻止共聚物结晶作用，使结晶度降低，玻璃化温 度降低，但透明性、柔软性和光泽度提高 嵌段共聚物的化合物 • －AAAABBBBBBBAAAA— • 耐冲击的PP制品 • 顺丁二烯(M=4104)，苯乙烯(M=1.5104)得到热塑性 丁苯橡胶，这种材料在120℃为熔融体，可以进行注塑成 型