第八章_有机高分子案例

大小。一般当∣δ1－δ2∣＜2.0～3.1时，高聚物溶解。而对 于非极性晶态高聚物只有在温度为0.9Tm时，才能用溶度 参数判断。
溶剂化的原则：强极性和高结晶高聚物，只有用强亲电、
亲核作用的溶剂或形成氢键的溶剂才能溶解。
第二节 高分子工程材料
高分子工程材料 包括塑料、合成 纤维、橡胶和胶 粘剂等。本节主 要介绍工程上常 用的高分子工程 材料。
一、工程塑料
塑料是在玻璃态下使用的高分子材料。在一定温度、压力下
可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。
1、工程塑料概述
(1)塑料的组成
塑料是以树脂为主要成分
(40~100%)，加入各种添加剂。
塑
树脂是塑料的主要成分，对塑
料 制
料性能起决定性作用。
品
➢添加剂是为改善塑料某些性能而加入的物质。 填料主要起增强作用； 增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性； 固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构； 稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命； 润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上, 使制品光亮；
(4)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.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。 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。
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。粘流态是高分子材料的加工
件下的绝缘材料。
密封件
聚四氟乙烯管
聚四氟乙烯零件
(3)耐蚀用塑料
➢耐蚀用塑料主要有聚四氟乙烯、
氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。
➢氯化聚醚的化学稳定性仅次于聚
四氟乙烯，但工艺性比聚四氟乙 烯好，成本低。在化学工业和机 电工业获得广泛应用，如化工设 备零件、管道、衬里等。
氯化聚醚防腐蝶阀
(4)耐高温件用塑料
特种橡胶
各种橡胶中，耐热性能较好的是氟橡胶和硅橡胶。
例如 CF2CF(CF3)-CH2CF2 n(俗称Viton)和
Si(CH3)2
O
，
n
它们能在 200 ~ 300℃下使用，硅橡胶甚至可在 425℃时短时间使
用。硅橡胶还耐低温，在 -60℃时仍保持弹性。耐低温性能较好的
还有顺丁橡胶。氟橡胶不怕酸、碱、燃料油，耐热，可在不同条
➢有聚砜(PSF)、聚苯醚
(PPO)、聚酰亚胺(PI)及氟 塑料等。
聚砜的热稳定性高是其
聚酰亚胺层压板
最突出的特点。使用温度达150～174℃。用于机械设备等
工业。
聚苯醚具有良好的综合性能，用于机电等方面。 聚酰亚胺在260℃下可长期使用。主要用于特殊条件下使用
的精密零件。
(5)热固性塑料
热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物。
如耐高温、耐腐蚀的塑料，这类 塑料产量少，价格贵，只用于特 殊需要的场合。
热固性塑料制品
聚乙烯
聚丙烯
通
热
聚苯乙烯
用
塑 性
塑
聚氯乙烯
料
塑
PMMA
料
ABS
聚四氟乙烯
工
聚甲醛
程
聚碳酸酯
塑 料
聚醚
聚砜
(3) 塑料的性能特点
优点：
相对密度小(一般为0.9～
2.3)；耐蚀构对柔顺性的影响：
1、主链结构： 主链含有C-O、C-N、Si-O键其内旋转均比C-C键容易； ❖主链上含有孤立的双键比仅有单键时更加柔顺； 主链中共轭双键因π电子云的重叠而不能产生内旋转为刚性
链，如聚乙炔、聚苯等； 主链中引入苯环、杂环，柔性减小，即使在高温下分子链也
不易产生内旋转，这是耐高温聚合物的结构特征。 2、侧基： 侧基极性越强，数目越多，柔顺性越差； ❖非极性侧基，体积越大，空间位阻越大，链的刚性增大 侧基的对称性使链间距离增大，相互作用力减小，柔性增大 3、氢键：分子内或分子间氢键使分子链的刚性增加。
原因：其非晶部分在溶剂中发生溶剂化作用放热，放出的热量 足以使结晶部分熔化，进而聚合物溶解。
2）溶剂的选择
极性相似的原则： △Gm = △H m - T△Sm ， △Sm ＞0。
对于非极性高聚物： △H m ＞0，升高温度溶解可自发进行。 对于极性高聚物： △H m ＜0，溶解过程可自发进行。
溶度参数相近的原则：溶度参数反映了分子间相互作用力
以高聚物的商品名或代号命名。如尼龙6，PA-6
三、高分子材料的结构
1、大分子链的结构
(1)大分子链的柔顺性 大分子链主链共价键有一
定键长和键角，保持键长和键 角不变时单键可任意旋转，称 单键的内旋转。
内旋转使大分子链卷曲成各种不同形状，对外力有很大的适
应性，这种特性称为大分子链的柔顺性。
柔顺性与单键内旋转的难易程度有关。
性能： 耐油性好，拉伸强度大，耐热性好；缺点是电绝缘性、
耐寒性差，塑性低、难加工。
用途： 用作机械上的垫圈以及制备收音机和汽车等需要耐油的零件。
乙丙橡胶
结构式:
CH2 CH2 CH CH2 n
CH3
性能： 分子无双键存在，故耐热、耐氧化、耐老化性好，使用温度高。
用途： 制造耐热胶管、垫片、三角胶带、输送带、人力车胎等。
2、常用合成橡胶
合成橡胶按用途和用量分为： 通用橡胶：用于制作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封
装置等； ❖特种胶橡：用于高低温、强腐蚀、强辐射等特殊环境下工作的
橡胶制品。
轮胎
胶管
密封圈
丁苯橡胶
结构式:
CH2 CH CH CH2 x CH2 CH y
性能： 耐水，耐老化性能，特别是耐磨性和气密性好。缺点是不
聚丙烯具有优良的综合性能，可制造各种机械零件。 ABS塑料 “坚韧、质硬、刚性” ，应用广泛。
PE波纹管
PP方向盘
PS管 ABS阀门
(2) 摩擦传动零件用塑料
尼龙管件
➢ 包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚
碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。
聚酰胺又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性好，广
2)聚合物的强度及加工性能与其平均相对分子质量密切相关。
如：用于合成纤维的分子量在几万以下，以免堵塞纺丝孔，分
子量分布窄；塑料的分子量在几万～十几万之间，分子量分布
较宽。
二、高聚物的分类和命名 1.分类
(1)按用途分：塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、 涂料等。
(2)按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物。
(3)按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热 固性聚合物。
缺点：
刚性差(为钢铁材料的1/100～1/10)，强度低；耐热性差、热
膨胀系数大（是钢铁的10倍）、导热系数小(只有金属的
1/200~1/600)；蠕变温度低、易老化。
2、常用工程塑料 (1) 一般结构用塑料
包括聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)
和ABS塑料等。
酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制成。
广泛用于制作各种电讯器材和电木制品（如插座、开关等）， 耐热绝缘部件及各种结构件。
电器配件
二、合成橡胶
橡胶是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。
1、橡胶的组成和性能特点 工业用橡胶由生胶和橡胶配合剂组成。生胶无配合
剂并未经硫化。橡胶配合剂有硫化剂、硫化促进剂、 防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、着色剂等。 橡胶最大的特点是高弹性。橡胶有储能、耐磨、隔 音、绝缘等性能。
(2)大分子链的形状 ➢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、
支链型结构和体型结构。
➢线型结构高聚物的弹性、塑性好，硬度低，是热塑性材料。
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。
2、高分子的聚集态结构
➢固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子链排列规
4）主链结构的影响
主链含苯环等的高聚物，其强度和刚性比含脂肪族主链的高聚物的要高。
3、高聚物的溶解性能
1）高聚物的溶解过程
非晶态高聚物：从溶胀到溶解。 交联高聚物：只能溶胀不能溶解。 非极性晶态高聚物：升温至聚合物的熔点附近，使晶态转
化为非晶态，才能逐渐溶解。
极性晶态高聚物：只要溶剂选择得当，可以常温溶解。
件下使用。硅橡胶也是特种绝缘橡胶。
三、纤维
纺织纤维包括天然纤维和化学纤维两大类。
1、化学纤维的种类：
人造纤维：是由天然高分子物质经化学处理而制得的。主要
是粘胶纤维：以天然纤维素材料分离提纯得到90～95%纤维 素含量的浆料，经浓碱处理、与CS2反应得到纤维素黄原酸 钠，再溶于NaOH后纺丝。
着色剂用于塑料制品着色。

其他的还有发泡剂、催化剂、
添
加
阻燃剂、抗静电剂等。
剂
(2)塑料的分类
➢按树脂受热时行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。
➢按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。 ➢通用塑料产量大、价格低、用途广。
➢工程塑料力学性能高，耐热、耐蚀性能好。
➢特种塑料是指具有某些特殊性能
态，大分子链开始 发生粘性流动的温
线型非晶态高聚物的温度-变形曲线