高分子材料结构课件
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（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。
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
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。
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。
(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。
（2）共聚物结构单元顺序： 二元共聚物单体的连接方式
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。
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
O —C—O—
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
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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—
如有机硅树脂、有机硅橡胶等。
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 ）
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。
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。
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
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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。
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
iLeabharlann Baidu
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。
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
（2）结构模型： 大分子无规线团 + 排列比较规整的大分子链折叠区。
（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
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）
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。
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
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。
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。
(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。
（2）共聚物结构单元顺序： 二元共聚物单体的连接方式
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。
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
O —C—O—
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
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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—
如有机硅树脂、有机硅橡胶等。
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 ）
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。
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。
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
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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。
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
iLeabharlann Baidu
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。
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
（2）结构模型： 大分子无规线团 + 排列比较规整的大分子链折叠区。
（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。
2020/8
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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
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）