化学有机高分子材料PPT课件
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104 ~ 106 很大，长度 102~104nm
组成： 聚氯乙烯
nCH2=CH → ···—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—···
Cl
Cl
Cl
Cl
简写：—CH2—CH—n Cl
链节——重复的结构单元 聚合度——链节的数目 单体——合成高分子所用的低分子原料
高分子的相对分子量
Mr = n×m
CH3
孤立双键 —CH=CH—CH2—CH=CH—CH2—
共轭双键 —CH=CH—CH=CH—CH=CH—
主链含一定数目的芳杂环时，分子链的柔顺性差。
主链含有共轭双键时，分子链的柔顺性差， 呈现出极大的刚性。 聚苯乙炔
—CH=C—CH=C——
n
2）侧基性质对高分子链柔顺性的影响
侧基极性的影响
—CH2—CH2—n ＞ —CH2—CH— n
2）温度—形变曲线
玻璃态： • 整个高分子链和链段均被冻结。 • 形变很小——普弹形变。
高弹态： • 整个高分子链不能移动，但链段可以自由转动。 • 形变很大——高弹性变。
粘流态： • 链段和整个高分子链均可以移动。 • 流动形变是不可逆——粘流形变。
两个转变温度：
玻璃化温度 Tg ——由玻璃态转变到高弹态的温度 粘流化温度 Tf ——由高弹态转变到粘流态的温度
10.3.2 高分子化合物的结构
（1）高分子链的结构 长链型：
支链型：
许多链节相互连成一个很长的分子链。 特点：1）分子链柔顺，易卷曲。
2）弹性好，塑性好，硬度、脆性较小。 3）具有溶、熔性，易于加工。 如：合成纤维、聚乙烯、聚丙烯、聚酯等。
体 型：线型或支链型之间以化学键交联而成。
特点：1）具有空间网状结构 2）弹性、塑性差，硬度、脆性较大。 3）不具有溶、熔性。
高分子链的结构对高分子链柔顺性的影响
1）主链结构的影响
主链全部由单键组成，柔顺性好。 如：—Si—O—Si—O— ＞ —C—O—C—O— ＞ —C—C—C—C—
主链中含有孤立双键时，分子链的柔顺性大， 比不含双键时更好。 例：聚异戊二烯橡
CH3
│
—CH2—C=C—CH2—
＞
│
H
n
—CH2—CH— │n
由两种单体缩聚而成的聚合物，如果结构 比较复杂或不太明确，往往在单体名称后 加上“树脂”二字来命名。
聚合物的通俗名称、商品名称及简写代号
通俗名称
聚氯乙烯 聚丙烯
丙烯腈-丁二烯-苯乙 烯 聚对苯二甲酸乙二 酯 聚甲基丙烯酸甲酯
商品名称
氯纶
丙纶 ABS树脂 涤纶
有机玻璃
聚苯乙烯
聚苯乙烯
简写代号
PVC PP ABS PET PMMA PS
如：酚醛树脂、环氧树脂、离子交换树脂等。
（2）高分子链的柔顺性
高分子链的柔顺性——高分子链中各单键自由旋转, 使高分子链 具有强烈卷曲的倾向的特性。
影响高分子链柔顺性的因素： 1）与链段长短有关
链段——具有独立运动能力的链的最小部分。 链段短，高分子链的柔顺性大； 链段长，高分子链的柔顺性差。 2内）旋与转链示的意结图 构有关
3）极性的影响
高聚物分子链中含有极性基团或链间能形成氢键时，都可因增加分 子链之间的作用力而提高其机械强度。
10.3.3 高分子化合物的性能
（1）机械性能 1）相对分子质量的影响
高聚物的平均相对分子质量(或平均聚合度)的增大，有利于增加分 子链间的作用力，可使拉伸强度与冲击强度等有所提高。但当相对分子质 量超过一定的数值后，不但拉伸强度变化不大，而且会使Tf升高而不利于 加工。
2）结晶度的影响
在结晶区内分子链排列紧密有序，可使分子链之间的作用力增大， 机械强度也随之增高。
塑料：Tg＞室温， Tg是其使用的上限温度;
作塑料的高聚物Tg要高； Tf 不要太高， Tg—Tf 范围不要太大。 例：聚苯乙烯 Tg = 100℃ Tf = 135 ℃
橡胶： Tg＜室温， Tg是其使用的下限温度，
作橡胶的高聚物Tg要低； Tf 较高, Tg—Tf 范围要求宽。 例：天然橡胶 Tg = -73 ℃ Tf = 122 ℃
n——聚合度 m ——链节的分子量
例： 聚氯乙烯
m = 62
当 n = 2500
则 Mr = 2500 ×62 = 155000
1）高分子的相对分子质量——指平均相对分子质量 如：聚苯乙烯 相对分子质量：10~30万 氯丁橡胶 相对分子质量：10~12万
2）聚合物的强度及加工性能与其相对分子质量密切相关。
按聚合物的热 热塑性聚合物：加热变软，冷却变硬。
行为分类
热固性聚合物：加热时，其化学结构发生变化，形成
不溶解、不熔化的固体。
2）聚合物的命名
聚合物有系统命名法和通俗命名法，主要 采用通俗命名法。
天然高分子，一般按来源和性质有专有名 词。如纤维素、蛋白质等。
合成高分子，是在单体名称前冠以“聚” 字。
Байду номын сангаас
（2）高分子化合物的分类及命名
1）分类
按材料的性能 塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂、功能高分子等。 和用途分类
按聚合物分子 碳链聚合物：大分子主链全部由碳原子组成。如，聚
结构分类
乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
杂链聚合物：大分子主链上除碳原子外，还有氧、硫、
氮等元素。如，聚酯、聚醚、聚酰胺、聚胺酯
元素有机聚合物：大分子主链上没有碳原子，由硅、 硼、铝、氧、氮、硫等元素组成，但侧基由有机基团 组成。如，有机硅橡胶、有机硅树脂。
10.3 有机高分子材料
本节主要内容
1.高分子基本概念 2. 高分子化合物的结构 3.高分子化合物的性能
10.3.1 高分子化合物概述
（1）基本概念
高分子化合物——相对分子量特别大的一类化合物，简称高分子或聚合物
低分子化合物
原子数目： 几个~几十个
相对分子质量： ＜1000
分子大小：
较小
高分子化合物 几千~几万或几十万
Cl
＞ —CH2—CH— n
CN
侧基大小的影响
—CH2—CH—
n
侧基对称性的影响
CH3 —CH2—C——
n CH3
＞
—CH2—CH—
n CH3
（3）高分子化合物的力学状态 1）结晶度
——高分子中，晶区部分所占的质量分数 通常，结晶高分子的结晶度只有50%~80%
晶区结构模型
•同一种高分子化合物可以兼有晶态和非晶体两 种结构。 •根据晶区结构模型，在结晶高分子中存在着若 干所谓晶区，在晶区中间还存在所谓非晶区。 •在晶区，分子链有规则而紧密地排列，非晶区， 分子链蜷曲和无规则的堆砌。
组成： 聚氯乙烯
nCH2=CH → ···—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—···
Cl
Cl
Cl
Cl
简写：—CH2—CH—n Cl
链节——重复的结构单元 聚合度——链节的数目 单体——合成高分子所用的低分子原料
高分子的相对分子量
Mr = n×m
CH3
孤立双键 —CH=CH—CH2—CH=CH—CH2—
共轭双键 —CH=CH—CH=CH—CH=CH—
主链含一定数目的芳杂环时，分子链的柔顺性差。
主链含有共轭双键时，分子链的柔顺性差， 呈现出极大的刚性。 聚苯乙炔
—CH=C—CH=C——
n
2）侧基性质对高分子链柔顺性的影响
侧基极性的影响
—CH2—CH2—n ＞ —CH2—CH— n
2）温度—形变曲线
玻璃态： • 整个高分子链和链段均被冻结。 • 形变很小——普弹形变。
高弹态： • 整个高分子链不能移动，但链段可以自由转动。 • 形变很大——高弹性变。
粘流态： • 链段和整个高分子链均可以移动。 • 流动形变是不可逆——粘流形变。
两个转变温度：
玻璃化温度 Tg ——由玻璃态转变到高弹态的温度 粘流化温度 Tf ——由高弹态转变到粘流态的温度
10.3.2 高分子化合物的结构
（1）高分子链的结构 长链型：
支链型：
许多链节相互连成一个很长的分子链。 特点：1）分子链柔顺，易卷曲。
2）弹性好，塑性好，硬度、脆性较小。 3）具有溶、熔性，易于加工。 如：合成纤维、聚乙烯、聚丙烯、聚酯等。
体 型：线型或支链型之间以化学键交联而成。
特点：1）具有空间网状结构 2）弹性、塑性差，硬度、脆性较大。 3）不具有溶、熔性。
高分子链的结构对高分子链柔顺性的影响
1）主链结构的影响
主链全部由单键组成，柔顺性好。 如：—Si—O—Si—O— ＞ —C—O—C—O— ＞ —C—C—C—C—
主链中含有孤立双键时，分子链的柔顺性大， 比不含双键时更好。 例：聚异戊二烯橡
CH3
│
—CH2—C=C—CH2—
＞
│
H
n
—CH2—CH— │n
由两种单体缩聚而成的聚合物，如果结构 比较复杂或不太明确，往往在单体名称后 加上“树脂”二字来命名。
聚合物的通俗名称、商品名称及简写代号
通俗名称
聚氯乙烯 聚丙烯
丙烯腈-丁二烯-苯乙 烯 聚对苯二甲酸乙二 酯 聚甲基丙烯酸甲酯
商品名称
氯纶
丙纶 ABS树脂 涤纶
有机玻璃
聚苯乙烯
聚苯乙烯
简写代号
PVC PP ABS PET PMMA PS
如：酚醛树脂、环氧树脂、离子交换树脂等。
（2）高分子链的柔顺性
高分子链的柔顺性——高分子链中各单键自由旋转, 使高分子链 具有强烈卷曲的倾向的特性。
影响高分子链柔顺性的因素： 1）与链段长短有关
链段——具有独立运动能力的链的最小部分。 链段短，高分子链的柔顺性大； 链段长，高分子链的柔顺性差。 2内）旋与转链示的意结图 构有关
3）极性的影响
高聚物分子链中含有极性基团或链间能形成氢键时，都可因增加分 子链之间的作用力而提高其机械强度。
10.3.3 高分子化合物的性能
（1）机械性能 1）相对分子质量的影响
高聚物的平均相对分子质量(或平均聚合度)的增大，有利于增加分 子链间的作用力，可使拉伸强度与冲击强度等有所提高。但当相对分子质 量超过一定的数值后，不但拉伸强度变化不大，而且会使Tf升高而不利于 加工。
2）结晶度的影响
在结晶区内分子链排列紧密有序，可使分子链之间的作用力增大， 机械强度也随之增高。
塑料：Tg＞室温， Tg是其使用的上限温度;
作塑料的高聚物Tg要高； Tf 不要太高， Tg—Tf 范围不要太大。 例：聚苯乙烯 Tg = 100℃ Tf = 135 ℃
橡胶： Tg＜室温， Tg是其使用的下限温度，
作橡胶的高聚物Tg要低； Tf 较高, Tg—Tf 范围要求宽。 例：天然橡胶 Tg = -73 ℃ Tf = 122 ℃
n——聚合度 m ——链节的分子量
例： 聚氯乙烯
m = 62
当 n = 2500
则 Mr = 2500 ×62 = 155000
1）高分子的相对分子质量——指平均相对分子质量 如：聚苯乙烯 相对分子质量：10~30万 氯丁橡胶 相对分子质量：10~12万
2）聚合物的强度及加工性能与其相对分子质量密切相关。
按聚合物的热 热塑性聚合物：加热变软，冷却变硬。
行为分类
热固性聚合物：加热时，其化学结构发生变化，形成
不溶解、不熔化的固体。
2）聚合物的命名
聚合物有系统命名法和通俗命名法，主要 采用通俗命名法。
天然高分子，一般按来源和性质有专有名 词。如纤维素、蛋白质等。
合成高分子，是在单体名称前冠以“聚” 字。
Байду номын сангаас
（2）高分子化合物的分类及命名
1）分类
按材料的性能 塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂、功能高分子等。 和用途分类
按聚合物分子 碳链聚合物：大分子主链全部由碳原子组成。如，聚
结构分类
乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。
杂链聚合物：大分子主链上除碳原子外，还有氧、硫、
氮等元素。如，聚酯、聚醚、聚酰胺、聚胺酯
元素有机聚合物：大分子主链上没有碳原子，由硅、 硼、铝、氧、氮、硫等元素组成，但侧基由有机基团 组成。如，有机硅橡胶、有机硅树脂。
10.3 有机高分子材料
本节主要内容
1.高分子基本概念 2. 高分子化合物的结构 3.高分子化合物的性能
10.3.1 高分子化合物概述
（1）基本概念
高分子化合物——相对分子量特别大的一类化合物，简称高分子或聚合物
低分子化合物
原子数目： 几个~几十个
相对分子质量： ＜1000
分子大小：
较小
高分子化合物 几千~几万或几十万
Cl
＞ —CH2—CH— n
CN
侧基大小的影响
—CH2—CH—
n
侧基对称性的影响
CH3 —CH2—C——
n CH3
＞
—CH2—CH—
n CH3
（3）高分子化合物的力学状态 1）结晶度
——高分子中，晶区部分所占的质量分数 通常，结晶高分子的结晶度只有50%~80%
晶区结构模型
•同一种高分子化合物可以兼有晶态和非晶体两 种结构。 •根据晶区结构模型，在结晶高分子中存在着若 干所谓晶区，在晶区中间还存在所谓非晶区。 •在晶区，分子链有规则而紧密地排列，非晶区， 分子链蜷曲和无规则的堆砌。