第章高分子材料的结构与性能
高分子材料的结构及其性能PPT(36张)
B、高弹性 随着温度的升高，当T＞Tg 时，分子的动能增加，使链段的自由旋转成为可能，此时，试
样的形变明显增加，在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，称为高弹态。 高弹态时，弹性模量显著降低，外力去除后，变形量可以回复，有明显的时间依赖性。由
如图16-7，在间同立构高聚物中， 原子或原子团会交替分布在主链两侧； 在全同立构高聚物中，原子或原子团 则全部排列在主链同一侧；而在无规立构高聚物中，主链两侧原子分布是随机的。
这种化学成分相同，但由于不对称取代基沿分子主链分布不同的现象，就叫做 高分子的立体异构现象。
2、大分子链的构象及柔性 高聚物结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子，共价键的特点是键能
2、单体 高分子化合物是由低分子化合物通过聚合反应获得。
组成高分子化合物的低分子 化合物称作单体。所以我们经 常说，高分子化合物是由单体 合成的，单体是高分子化合物 的合成原料。如图16-2，聚乙 烯是由乙烯（CH2＝CH2）单 体聚合而成的。 高分子化合物的相对分子质 量很大，主要呈长链形，因此 常称作大分子链或者分子链。 大分子链极长，可达几百纳米以上，而截面一般小于1nm。
物，简称高聚物材料，是以高分子化合物为主要组分的有机 材料，可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料包括如蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡 胶、淀粉和蛋白质等。 人工合成高分子材料包括如塑料、合成橡胶、胶粘剂和涂料 等。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
一、高聚物的基本概念 1、高聚物和低聚物 高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量在5000
高分子聚合物的结构特点与性能
1.1 高分子聚合物的结构特点 （研究高分子结构-性能关 系）
1.2 聚合物的热力学性能（研究形变－温度的关系） 1.3 聚合物的流变学性质（研究变形－流动的关系）研究 高分子聚合物的结构的意义 1.4 聚合物熔体在成型过程中的流动状态高分子材料定义 （研究流动方程） 1.5 聚合物成型过程中的物理化学变化高分子材料的结构
链节：大分子链中的重复结构单元叫链节， CH2一CHCl 聚合度：大分子链中链节的重复次数称为聚合度。n即为聚合度。 大分子链长：聚合度越高，分子链越长， 链节数越多。聚合度反映了大分子链的长短
第一章 高分子聚合物的结构特点与性能
1.1高分子聚合物的结构特点（研究高分子结构-性能关系 ）
⑴高分子链结构特点与性能：
第一章 高分子聚合物的结构特点与性能
1.2.2聚合物的热力学性能
1．非晶态高聚物的热力学性能
(2)三种力学状态 ①玻璃态：当θb＜θ＜θg时，高 聚物呈玻璃态符合虎克定律；是塑料和 纤维使用状态。 ②高弹态：θg＜θ＜θf时 从玻璃态转入了能自由运动的高弹 态，是橡胶的使用状态 ③粘流态：θf＜θ＜θd时 从而使高聚物成为流动的粘液，进 行成型加工
第一章 高分子聚合物的结构特点与性能
⑵高聚物的聚集态结构特点
⒉）高聚物的聚集态结构 ②链状结构与聚集态结构关系： 线型高聚物：按结晶度可分为晶态和部分晶态两类， 体型高聚物：只能为非晶态（玻璃态） ③结晶度：用来表示聚合物中结晶区域所占的比例，聚合物结晶度 变化的范围很宽，一般从30％～80％ ； 影响聚合物结晶的因素：内部结构的规整性（主链上带有的侧基体 积小，对称性高）；外部的浓度、溶剂、温度等。结构越规整，越容易 结晶，反之则越不容易，成为无定型聚合物。
第一章 高分子材料基础知识
第一章高分子材料基础知识第一节.高分子材料的基本概念一、高分子材料的结构1.高分子的含义：高分子材料是以高分子化合物为主要成分（适当加入添加剂）的材料。
高分子化合物：1.天然：松香、石蜡、淀粉2.合成：塑料、合成橡胶、合成纤维高分子化合物都是一种或几种简单低分子化合物集合而成为分子量很大的化合物，又称为高聚物或聚合物。
通常分子量>5000 高分子材料没有严格界限<500 低分子材料如：同为1000的多糖（低），石蜡（高）一般高分子化合物具有较好的弹性、塑性及强度二、高分子化合物的组成：高分子化合物虽然分子量很大，但化学组成比较简单。
都是由一种或几种简单的低分子化合物聚合而成。
即是由简单的结构单元以重方式相连接。
例：聚乙烯由乙烯聚合而成{ }概念：单体——组成高分子化合物的低分子化合物链节——大分子链由许许多多结构相同的基本单元重复连接构成，组成大分子链的这种结构单元称为链节。
聚合度——链节的重复次数。
n↑导致机械强度↑熔融粘度↑流动性差，不利于成型加工。
n要严格控制。
三、高分子的合成：加聚反应、缩聚反应①加聚反应：指一种或几种单体，打开双键以共价键相互结合成大分子的一种反应例如：乙烯→聚乙烯（均聚）②分类：均聚：同种单体聚合共聚：两种或两种以上单体聚合（非金属合金丁二烯+苯乙烯→丁苯橡胶二元共聚三元共聚ABS：丙烯脂：耐腐蚀表面致密丁二烯：呈橡胶韧性苯乙烯：热塑加工）特点：反应进行很快链节的化学结构和单体的相同反应中没有小分子副产物生成②缩聚反应：指一种或几种单体相互混合儿连接成聚合物，同时析出（缩去）某种低分子物质的反应。
例：尼龙（聚酰胺）氨基酸，缩去一个水分子聚合而成。
特点：由若干步聚合反应构成，逐步进行。
链节化学结构与单体不完全相同，反应中有小分子副产物生成。
总结：目前80%的高分子材料由加聚反应得到。
四、聚合物的分类与命名①按聚合物分子的结构分类a．碳链聚合物：这一类聚合物分子主链是由碳原子一种元素所组成{ }侧基有多种，主要是聚烯烃、聚二烯烃（橡胶）b. 条链聚合物，器结构特点是除碳原子外，还有氧、氮、硫原子。
高分子材料的结构与性能
高分子材料的结构与性能高分子材料是指由聚合物制成的材料，聚合物是由单体分子在化学反应中结合形成的长链分子。
高分子材料具有良好的物理、化学、力学和电子性能，广泛用于制造塑料、橡胶、纤维、涂料、粘合剂等材料。
在高科技领域中，高分子表现出了许多非凡的性能特征，比如强度高、稳定性强、抗氧化、耐腐蚀。
本文将探讨高分子材料的结构与性能。
一、高分子材料的结构1.1 分子结构高分子材料是由巨分子组成的，而巨分子则是由很多分子链状连接而成的。
它们具有极高的分子质量，分子量一般在10万到100亿之间。
分子结构的简单性质（如平面或立体）对其物理性质有很大影响。
例如，苯并芘（BP）是一种由苯（B）和芘（P）连接而成的分子，它们的分子结构决定了BP材料的密度、强度和稳定性。
由于BP的共轭结构和分子链的高度结晶性，它是一种非常优秀的聚合物材料。
然而，这种材料易于光氧化和生物降解，导致其应用范围受到限制。
1.2 分子排列高分子材料分子的排列方式也决定了其性能。
高分子材料有不同的排列方式，主要包括层状排列，链状排列，聚集态等。
层状排列的材料（例如石墨烯）具有优良的导电和导热性能，链状排列的材料（例如聚丙烯）具有良好的韧性和可塑性而且内部结构没有多余的杂质和空隙，因此有很好的电气性能和高温稳定性。
1.3 聚合度聚合度是指分子链中单体单位的数目，它对高分子物质的物理和化学性质有重要影响。
聚合度较小的分子链通常很容易断裂，但与此同时，它们也更容易流动。
聚合度较大的分子链则更难流动，更难断裂，但表现了较高的强度和稳定性。
若聚合度过高，会导致过浓的材料或粘稠的物质成为一种过筛子现象，因此在工业应用中需要合理控制聚合度。
二、高分子材料的性能2.1 强度和韧性高分子材料的强度和韧性是决定其性能的重要因素。
高分子材料的强度通常表示为杨氏模量和硬度，直接影响到其耐腐蚀性、热稳定性和维持形状的能力。
韧性则是一个材料在受到冲击负载时不易断裂的能力，母材料的应力值和形状极限是材料韧性的主要影响因素。
第1章 高分子聚合物结构特点与性能
牛顿流体的流变方程式为 非牛顿流体。
不服从牛顿流动规律的流动称为非牛顿型流动，具有这种流动行为的液体称为
K n 1 a a K n 1
1.3 聚合物的流变学性质
1.3.2 假塑性液体的流变学性质及其影响因素 1．假塑性液体的流变学性质
当n＜１时，这种黏性液体称为假塑性液体。
对于假塑性流体而言，当流体处于中等剪切速率区域时，流体变形和流动所 需的切应力随剪切速率而变化，并呈指数规律增大；流体的表观黏度也随剪切 速率而变化，呈指数规律减小。这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化”。
1.3 聚合物的流变学性质
1.3.2 假塑性液体的流变学性质及其影响因素 2．影响假塑性液体流变性的主要因素 （１） 聚合物本身的影响 支链程度越大，黏度就越高，则熔体的流动性就越低。 聚合物的相对分子质量较大时，宏观上表现为熔体的表观黏度加大。 聚合物中的相对分子质量分布越宽，聚合物的熔体黏度就越小，熔体流动性就 越好，但成型的塑件性能并不理想。 尽量使用相对分子质量分布较窄的材料。
1.4 聚合物成型过程中的物理化学变化
1.4.1 聚合物在成型过程中的物理变化 1．聚合物的结晶
聚合物一旦发生结晶，则其性能也将随之产生相应变化：
• • • • • • • • 聚合物密度增加； 使聚合物的拉伸强度增大； 冲击强度降低； 弹性模量变小； 聚合物的软化温度和热变形温度提高； 使成型的塑件脆性加大； 表面粗糙度值增大； 塑件的透明度降低甚至丧失。
1.1.2 高聚物的结构特点
图1.1 高聚物的结构示意图
1.1 高分子聚合物分子的结构特点
1.1.2 高聚物的结构特点 1．高分子链结构特点 2．高聚物的聚集态结构特点 （1）聚集态结构的复杂性 （2）具有交联网络结构
高分子材料的结构与性能
拉伸强度
表示高分子材料抵抗拉伸应力的能力， 与分子链的取向和结晶度有关。
疲劳性能
描述高分子材料在循环应力作用下的 耐久性，与材料的交联密度和分子链 的柔性有关。
热性能
热稳定性
指高分子材料在高温下的稳定性，与其耐热性和热分解温度有关。
热膨胀系数
描述高分子材料受热膨胀的程度，与分子链的刚性和结晶度有关。
详细描述
高分子材料最显著的特点是其高分子量和长 链结构，这使得它们具有较高的弹性和可塑 性。此外，高分子链的柔性和多分散性也赋 予了高分子材料多种性能，如耐高温、耐腐 蚀、绝缘、光学透明等。这些特性使得高分 子材料在许多领域都有广泛的应用，如塑料
、橡胶、纤维、涂料和粘合剂等。
02
高分子材料的结构
分子链结构
填充改性可以降低聚合物的成本、提高力学性能、增强阻隔性能等。填充改性常 用的方法有直接填充、表面处理填充和共混填充等。填充改性后的高分子材料在 汽车、航空航天、建筑等领域得到广泛应用。
增强改性
增强改性是指通过加入增强剂或增强材料，提高聚合物的 力学性能和耐热性能。常用的增强剂或增强材料包括玻璃 纤维、碳纤维、有机纤维等。
高分子材料的分类
总结词
高分子材料可以根据其来源、结构、性能和应用进行分类。
详细描述
根据来源，高分子材料可以分为天然高分子和合成高分子。天然高分子来源于自然界，如纤维素、蛋 白质和天然橡胶等；合成高分子则是通过化学反应人工合成的，如聚乙烯、聚丙烯和合成橡胶等。
高分子材料的特性
总结词
高分子材料具有许多独特的物理和化学性质 ，如高分子量、链柔性和多分散性等。
增强改性的方法包括内嵌增强、纤维增强和交织增强等。 增强改性后的高分子材料具有优异的力学性能和耐热性能 ，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材或化学方法改 变高分子材料表面的性质，以提高其 附着力、抗老化性能和抗腐蚀性能等 。
高分子结构与性能名词解释
高分子结构与性能名词解释高分子结构与性能名词解释第一章高分子的链结构1、化学组成：高分子中结构单元或重复单元的所含的原子种类与数量。
按化学组成的不同，高分子可分为——碳链高分子、杂链高分子、元素有机高分子、无机高分子、梯形高分子和双螺旋高分子。
2、侧基：主链上的取代基团。
3、端基：聚合物主链两端的基团，主要来自单体、引发剂、溶剂或分子量调节剂，其化学性质与主链很不相同。
4、线型高分子：高分子链呈线型，没有支链或交联。
5、支化：在缩聚反应中存在三官能团单体，或在加聚反应中，如自由基聚合存在链转移反应，或二烯烃聚合物上的双键活化，或在射线辐射下，则都可能形成枝状的非线形结构高分子，称为支化。
6、支化度：以支化点密度或两相邻支化点之间的连平均相对分子质量来表示支化的程度。
7、交联：高分子链之间借助于多官能团单体的反应或某种助剂（如硫、过氧化物等）将大分子链之间通过支链或化学键键接形成三维空间网络结构的过程。
8、键接结构：结构单元在分子链中的连接方式。
9、构型：分子中通过化学键所固定的原子或基团在空间的相对位置和排列。
10、几何异构：双烯类单体1,4 –加成聚合的高分子主链上存在双键，由于取代基不能绕内双键旋转，因而内双键上的基团在双键两侧排列的方式不同而有顺式（cis）构型和反式（trans）构型之分，称为几何异构。
11、旋光异构：饱和碳氢化合物分子中由于存在不同取代基的不对称碳原子，形成两种互为镜像关系的构型，表现出不同的旋光性，分别用d和l表示。
12、全同立构：如果将聚合物分子链拉成平面锯齿状，每一结构单元的取代基可以全部位于平面的一侧，即高分子链全部由一种旋光异构的结构单元组成，称为全同立构。
13、间同立构：结构单元的取代基交替位于平面的两侧，即高分子链由两种旋光异构的结构单元交替键接而成，称为间同立构。
14、规整度：规整度用来表示有规立构的程度，可用聚合物中全同立构和间同立构的总的百分含量来表示。
高分子材料的分子结构与性能关系研究
高分子材料的分子结构与性能关系研究引言：高分子材料是一类具有高分子量的大分子化合物，广泛应用于塑料、纺织、医药、能源等诸多领域。
高分子材料的性能主要由其分子结构所决定，因此研究高分子材料的分子结构与性能关系，对于优化材料性能和开发新材料具有重要的意义。
一、高分子材料的分子结构高分子材料由长链状的大分子组成，其分子结构主要包括线性结构、支化结构和交联结构等。
其中，线性结构的高分子材料分子链呈直线排列，原子或基团之间没有交联，因此具有良好的可塑性和流动性。
而支化结构的高分子材料则在分子链上引入支链，可以提高材料的热稳定性和机械强度。
交联结构的高分子材料分子链之间发生共价键的交联，使得材料具有良好的耐热性和机械强度。
二、高分子材料的性能高分子材料的性能主要包括力学性能、热性能、电性能和光学性能等。
力学性能是衡量材料强度、韧性和刚性的指标，与分子链的长度、分子量以及分子结构有关。
通常情况下，具有较长链的高分子材料具有较高的延展性和韧性，而具有较短链的高分子材料则具有较高的刚性和强度。
热性能是衡量材料耐热性和稳定性的指标，其与分子结构中的键的强度和稳定性密切相关。
较长的分子链结构和交联结构可以提高材料的热稳定性，使其能够承受更高的温度和气候条件。
另外，材料的玻璃化转变温度也是研究材料热性能的关键参数，该温度决定材料的结晶程度和分子运动速度。
电性能是指高分子材料在电场中传导电流和存储电荷的能力，与分子链中的电荷转移和排布有关。
部分高分子材料具有良好的导电性能，如聚苯乙烯、聚乙烯等，在电子器件中得到广泛应用。
此外，高分子材料的绝缘性能也是电性能的一个重要指标，与分子链中的极性基团和交联程度有关。
光学性能是研究材料在光学领域应用的重要性能指标，包括透明度、折射率和吸光性等特征。
光学性能与高分子材料分子结构的对称性及分子间的相互作用有关。
例如，具有较长链结构和较低的结晶度的高分子材料通常具有较好的透明度。
三、高分子材料的结构与性能关系研究方法研究高分子材料的结构与性能关系通常通过以下方法进行：1. 分子模拟：通过计算化学方法模拟高分子材料的分子结构和性能，预测材料性能和设计新材料。
第一章高分子材料的基础知识
2、大分子链的立体构型（同分异构）
构型：是指分子链中由化学键所固定的原子在空间的几何排 列。这种排列是化学稳定的，要改变分子构型必须经过化学 键的断裂和重建。
由构型不同而形成的异构体有两类： ①旋光异构体
②几何异构体
①旋光异构体
正四面体的中心原子（如C、Si、P、N）上四个取代 基或原子如果是不对称的，则可能产生异构体。 结构单元为—CH2C*HR—的高分子，每一链节有两种旋 光异构体。假如高分子全部由一种旋光异构体单元组成，称 为全同立构；由两种旋光异构体交替间接，称为间同立构； 两种旋光异构体完全无规键接时，称为无规立构。 立体异构体之间的性能差别很大。例如：全同立构聚苯 乙烯能结晶，熔点240 ℃，而无规立构聚苯乙烯不能结晶， 软化点仅为80 ℃。 全同立构和间同立构聚合物统称为“等规聚合物”
CH O O ( Si C CH O) n
O ( CH )
O
C ( CH )
聚酯涂料
有机硅橡胶
√主链含有芳杂环时，内旋转难，链柔性差
CH3 O C CH3 O
O C
聚苯 聚碳酸酯PC
√主链中含有孤立C＝C双键时，链柔顺性好， 如：聚丁二烯等橡胶
－CH2－CH＝CH－CH2－CH＝CH－CH2－
√主链中含有共轭双键时，则只有刚性无柔性，如：聚乙炔
只有当化合物的分子量达到一定数值，产生了量变到质变的飞跃， 即在物理、机械等性能具有与低分子化合物有较大差别时，才能称 为高分子化合物，方可作为高分子材料在工程上应用。
高分子化合物分子量的分散性
高分子化合物及大多数天然高分子化合物则是各种长度不同、分子量 不同、化学组成相同的同系高分子混合物，即高分子化合物总是由不 同大小的分子组成。这一现象称为高分子化合物分子量的多分散性。
高分子材料结构与性能。
以丁二烯的聚合物为例： 顺式 为弹性体
CH2=CH-CH=CH2
反式为塑料
（2）旋光异构体
碳原子的四个价键形成正 四面体结构，键角都是 109°。
化合物分子中的异构 碳原子与四个不同的原子 相连时，这个化合物的空 间可能有两个不同排列,两 个分子在空间不能重叠它 们并不是同一种化合物。
这种性质称为“手 性”，中心的碳原子称为 “不对称碳原子”。
元素有机大分子
聚丙烯（PP）
CH2—CH—CH 2—CH
CH3
CH3
聚甲醛（POM）
CH2—O—CH 2—O—CH 2—O
2. 结构单元的连接方式
是指结构单元在高分子链中的联结方式（顺序）
完全对称的单体（乙烯，四氟乙烯），只有一种链接方式 带有不对称取代基的单烯类单体（CH2＝CHR）聚合生成高 分子时，结构单元的键接方式则可能有头—头连接、头—尾 连接、尾—尾连接三种不同方式：
成为沿流动方向平行排列的伸展状态，在适当的条件下结晶而 成。分子链取向与纤维轴平行。
聚合物串晶是一种类似于串珠式的多晶体。在切应力作用 下结晶得到串晶。
a
a
b
c
e
d
二、聚合物的晶态结构模型
聚合物晶态结构模型有两种： 缨状胶束模型：认为结晶聚合物中晶区与非晶区互相穿插， 同时存在。在晶区分子链相互平行排列成规整的结构，而在非 晶区分子链的堆砌完全无序。该模型也称两相结构模型。
?1数均分子量?数均分子量被定义为在一个高聚物体系中高聚物的数均分子量被定义为在一个高聚物体系中高聚物的总重量以克为单位除以高聚物中所含各种大小分子的以克为单位除以高聚物中所含各种大小分子的总摩尔数即数均分子量是高聚物体系中各种分子量的数均分子量是高聚物体系中各种分子量的摩尔分数与其相应的分子量的乘积所得的总和
工程材料-高分子材料的结构与性能
聚酰亚胺层压 板
聚合物 ⑷ 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. 高分子化合物的命名
大多数采用习惯命名法，在单体 前面加“聚”字；或在原料名称 后加“树脂”二字，如酚醛树脂 等。
二、高分子材料的结构
（一）、高分子链的结构 (分子内结构)
1. 高分子链结构单元的化学组成 在元素周期表中只有ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA
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
中部分非金属、亚金属元素才能形成高分 子链。
2. 高分子链的形状 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 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。
（二）高分子的聚集态结构 (分子间结构) 固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子
子材料的加工态， 大分子链开始发 生粘性流动的温 度称粘流温度， 用Tf表示。
线型非晶态高聚物的温度-变形曲线
（二）其它类型高聚物的力学状态
分为一般分子量和很大分子量两种情况。一般分子 量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在 Tm 以下与非晶态的玻璃相似，高于Tm 则进入粘流 态。分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。
链节。
聚乙烯分子链
（二）高分子化合物的聚合
1 加聚反应
由一种或多种单体相互加成，或由环状 化合 物开环相互结合成聚合物的反应。
高分子材料的结构和性能关系
高分子材料的结构和性能关系高分子材料是指由多个重复单元通过共价键或者物理吸附的方式连接成为大分子的材料。
在现代工业生产和科技领域，高分子材料的应用非常广泛，包括塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂、化妆品、医疗器械等领域。
高分子材料的结构和性能关系是理解其基本特性和优化设计的基础，而这对于高分子材料的应用和开发具有非常重要的意义。
一、高分子材料的结构类型高分子材料的结构类型非常多样，但是大致可以分为线性高分子、支化高分子和网络高分子三类。
线性高分子通常是由同一种或者不同的单体经过简单的共价键反应而形成的，具有连续的单一结构，因此具有较好的可加工性和柔性。
典型的线性高分子材料包括聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。
支化高分子则是通过在主链上引入支链或者侧链而形成的，这样可以加强材料的分子间相互作用和扭曲程度，从而提高其力学性能和热稳定性。
典型的支化高分子材料包括聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺等。
网络高分子则是由主链和侧链网络交错而形成的，因此具有较强的物理交联和结构稳定性。
典型的网络高分子材料包括硅橡胶、聚氨酯、环氧树脂等。
二、高分子材料的分子结构高分子材料的分子结构是其性质和性能的基础，主要由单体结构、分子量、分子分布等因素决定。
单体结构不同会影响高分子材料的晶型、链转动性等性质，因此单体的选择非常重要。
分子量则是高分子材料物理和化学性质的主要影响因素之一，通常使用分子量分布曲线来描述高分子材料的分子量分布。
分子量分布是指在一定分子量范围内分子的数量分布情况。
例如，单峰分子量分布通常用于制备聚合物的纯度高、分子结构均一的情况，而宽分子量分布（如双峰、多峰分布）则用于调节材料性质、改善加工性能等情况下的制备。
分子分布则是指不同分子链端的单体分布情况，例如，可控/不可控聚合等方式制备的高分子材料其分子分布情况往往不同。
三、高分子材料的物理性质高分子材料的物理性质主要由材料分子间的相互作用和分子结构影响决定的。
各种分子间相互作用方式包括范德华力、电性相互作用、氢键等，其中电性相互作用对高分子材料的物理性质影响最大。
高分子结构与性能精华版
第一章链结构1聚合物：是不同聚合度分子的聚集体,是指宏观的物体。
而高聚物指分子量很高的聚合物，属聚合物的一部分。
高分子、大分子：单个的孤立分子，由许多小分子单体聚合而成。
2.物理缠结：无数根高分子链共享一个扩张体积, 链与链间互相围绕穿透,运动受到缠结点的限制。
产生物理缠结的条件：1. 刚性分子链不发生物理缠结；2. M(分子量)大于M c (临界分子量) ，M小于M c不发生物理缠结。
化学交联：高分子链之间通过化学键或链段连接成一个空间网状的结构，可限制高分子链的在轮廓方向的运动。
3高分子链以不同程度蜷曲的特性称为柔性。
两个可旋转单键之间的一段链，称为链段。
链段是分子链上最小的独立运动单元。
链段长度b愈短，柔性愈好。
4分子构造：一维、合成高分子多为线形，如HDPE、PS、PVC、POM；二维、环形高分子；三维、三维交联高分子、ß-环糊精、纳米管。
5支化高分子：无规（树状）、疏形和星形。
无规、不同长度的支链沿着主链无规分布。
如LDPE。
疏形、一些线性链沿着主链以较短的间隔排列而成。
如苯乙烯采用阴离子聚合。
星形、从一个核伸出三个或多个臂（支链）的高分子。
如星形支链聚苯乙烯。
6链结构鉴别：红外光谱与拉曼光谱区别：红外活性与振动中偶极矩变化有关，而拉曼活性与振动中诱导偶极矩变化有关。
红外光谱为吸收光谱，拉曼光谱为散射光谱。
红外光谱鉴别分子中存在的基团、分子结构的形状、双键的位置以及顺、反异构等结构特征。
拉曼光谱在表征高分子链的碳-碳骨架结构上较为有效，也可测定晶态聚合物的结晶度和取向度。
核磁共振谱研究共聚物中共聚体的化学结构较有效，核磁共振发法是研究高聚物链内单个原子周围环境最有效的结构研究方法，共振吸收强度比例于参加共振吸收核的数目。
7超支化聚合物的性质1低粘度较低的粘度意味着其分子间链缠结较少。
2较好的溶解性3热稳定性和化学反应性。
第二章高聚物的凝聚态结构1高聚物非晶态指非晶高聚物的玻璃态，高弹态以及所有高聚物的熔融态。
第三章高分子材料结构与性能-1
O
O
C ( CH ) C
4
CH ( Si O)n
CH
聚酯涂料
有机硅橡胶
主链含有芳杂环时，内旋转难，链柔性差
e.g： CH3
CH3
CH3
O
O
O
C
CH3
CH3
CH3
PPO
PC
均做耐高温工程材料
O OC
主链中含有孤立C＝C双键时，链柔顺性好，聚丁二烯等橡胶 但含有C＝C＝C及－Ph－Ph－Ph的链柔顺性差，是刚性链
柔顺性：高分子链能够改变其构象的性质
内因：近程结构 影响因素
外因：外界条件、T、外力等
1、链的柔性 独立的运动单元
结构单元 链段
柔顺性
因为存在 独立运动 单元
高分子链本身是一个运动单元
链段：一个单键内旋转牵连着若干个结构单元一起运动， 则这若干个结构单元组成一个链段(50~100)。
柔顺链：假定大分子链上没有任何阻碍或者分子 理 之间没有干扰，单键内旋转完全自由. 想 刚性链：单键内旋转非常困难，旋转带动整个
2. 支化高分子
与线形高分子的化学性质相似，但物理机械性能不同，线形分 子易于结晶，故密度，熔点，结晶度和硬度方面都高于前者。 支化破坏了分子的规整性，故结晶度大大降低。
3. 交联
高分子链之间通过支链连接成一个空间三维网状结构
交联结构的形成条件：若在缩聚反应过程中有三个以上的官能 度的单体存在；或在加聚过程中有自由基的链转移反应；或双 烯类单体中第二键的活化等都能生成的高分子。
<3>高分子链的长短 链越长（分子量有一定限度）,柔性越大.如橡胶分子量, 柔性好
<4>分子间作用力 分子间作用力增大，则柔顺性减小
第三章高分子材料的结构与性能(二)
〔iv〕老化
3.3.2 高弹性
高弹态聚合物最重要的力学性能是其高弹性。
〔1〕高弹性的特点： 〔i〕弹性模量小，形变量很大；〔ii〕弹性模量与绝对温度成正比；
〔iii〕形变时有热效应； 〔iv〕在一定条件下，高弹性表现明显的松弛 现象。 〔2〕高弹性的本质
3.2.4 聚合物的熔体流动
当温度高于非晶态聚合物的Tf、晶态聚合物的Tm时，聚合物变 为可流动的粘流态或称熔融态。热塑性聚合物的加工成型大多是 利用其熔体的流动性能。
3.2.4.1 流动流谱
❖ 流谱：指质点在流动场中的运动速度分布。 ❖ 剪切流动:产生横向速度梯度场的流动 ❖ 拉伸流动:产生纵向速度梯度场的流动
材料在外力作用下发生形变的同时，在其内部还会产生对抗外 力的附加内力，以使材料保持原状，当外力消除后，内力就会使材 料回复原状并自行逐步消除。当外力与内力到达平衡时，内力与外 力大小相等，方向相反。单位面积上的内力定义为应力。
材料受力方式不同，发生形变的方式亦不同，材料受力方式主要有以下 三种根本类型：
自由体积是分子链进行构象转变和链段运动所需的活动空间。
当聚合物冷却时，自由体积逐渐减小，当到达某一温度时， 自由体积收缩到最低值，聚合物的链段运动因失去活动空间而被 冻结，聚合物进入玻璃态。因此自由体积理论认为玻璃化温度就 是使聚合物自由体积到达某一最低恒定临界值时的温度。
Tg的影响因素
〔i〕聚合物的结构：Tg是链段运动刚被冻结的温度，而链段运动 是通过主链单键的内旋转来实现，因此Tg与高分子链的柔顺性相关， 柔顺性好，Tg低，柔顺性差，Tg高。
P
冲击头，以一定速度对试样实 施冲击
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第章第二章高分子材料的结构与性能第一节聚合物的结构第二节高分子材料的物理性能热、电、光、渗透性第三节高分子材料的化学性能化学反应、老化、燃烧特性、力化学性能第一节聚合物的结构1、大分子链的组成和构造结构：近程&远程空间排列方式：几何异构&旋光异构，全同、间规、无规立构几何形状：线型、支链型（星形、梳形、枝形等）、网状、梯形状梯序列结构：交替、嵌段、接枝、无规形态：伸直链、折叠链、螺旋形链、无规线团2、聚合物聚集态结构晶态结构模型：缨状微束模型、折叠链模型液晶态结构：近晶型、向列型、胆甾型取向态结构：单轴&双轴取向，分子&晶粒取向3、聚合物的分子运动及物理状态链段分子运动的特点：多重性、松弛玻璃态高弹态粘流态形变度T g T f 温度第二节高分子材料的物理性能❑基本物性由材料的基本性能决定，结构不敏感参数，包括由材料的基本性能决定结构不敏感参数包括密度、比热容、折光指数、介电常数等❑结构敏感性能：对材料的结构缺陷十分敏感，如对材料的结构缺陷十分敏感如导电性、介电损耗、塑性、脆性等。
1、热性能（1）热导率热量扩散快慢的一种量度。
外加热能影响物质平面上原子及分子的振动振幅，该热能以一定的速率向对面方向扩散。
该热能以定的速率向对面方向扩散λ =C P(ρB)1/2LC-比热容， 密度，热容ρ度PB -体积模量（本体模量，均匀压缩时）L -热振动的平均自由行程（声子），即原子或分子间距离L（声子）即原子或分子间距离金属材料：取决于自由电子的热运动，原子晶格的振动次要：λ∝电导率非金属材料：扩散速率取决于临近原子或分子的结合强度，主价键结合热扩散快，热导率大，良热导体–次价结合–导热性差，热导率小聚合物材料：靠分子间力结合，导热性较差。
与实验值接λ≅ 0.3 W.m-1.K-1，与实验值接近。
聚合物热导率变化的般规律：聚合物热导率变化的一般规律（1）主价键结合时传热快，次价键时慢（2）结晶聚合物的热导率稍高一些（3）非晶聚合物λ∝M，沿分子链传递比分子间容易（4）加入低分子的增塑剂，λ↓（5）热导率随温度波动，不超过10％（）取向导致各向异性：沿取向方向增大，横向减小6λ例PVC伸长300％时，轴向比横向大一倍多。
11（7）微孔聚合物的热导率非常低，0.03W.m-1.K-1左右，随密度下降而减小。
P105 图3-35 各种材料的热导率00101热导率/W·m -1·K -10.010.11101001000软木|||||||||||||木材空气玻璃金刚石无定形铁不锈钢石墨铝石英银铜||||二氧化硅微孔聚合物聚合物热导率：石墨＞石英＞无定型SiO 2＞聚合物＞微孔聚合物问题为什么石墨的热导率大于金刚石？问题：为什么石墨的热导率大于金刚石？为什么冬天摸木头比摸金属暖和？利用微孔聚合物极低的热导率性质，有何用途？（2）比热容CP储存热量大小的一种量度。
定义：单位质量升高或降低所吸收或放出的热量1℃所吸收或放出的热量。
高分子材料的C：化学结构P1～3 kJ·kg-1·K-1。
大于金属和无机材料。
3kJ kg K大于金属和无机材料热膨胀性能（3）热膨胀性能在热的作用下，体积发生改变的能力大小。
聚合物的线膨胀系数在4×10-5～3×10-4 K-1。
大于金属和陶瓷大于金属和陶瓷。
随温度提高而增大，但非温度的线性函数。
P1052、电性能P105 （坐标有误，请改正）P105（坐标有误请改正）聚合物：很好的电器材料电性能：化学结构显微结构影响小（1）电阻率R聚合物的体积电阻率常随充电时间的延长而增大，故规定以充电 1 分钟的值为准。
1分钟的值为准通常的聚合物是电阻率很高的绝缘体，大于108Ω.m。
绝缘体大于导电聚合物：10-4-104Ω.m（PT，PA，PP）（2）介电常数ε电介质-用来隔开电容器极板的物质质介电常数-填充电介质的电容与极板间为真空时的电容之比之间非极性聚合物左右极性聚合物在1～10之间。
非极性聚合物2左右；极性3～9。
介电现象产生的原因：分子极化（a）电子极化，原子极化，速度较快，10-15～10-11s（b）取向极化，与绝对温度成反比，较慢，10-9 s以上（c）界面极化：电荷在非均匀介质界面聚集产生，慢：几分之秒几小时几分之一秒～几小时P106（3）介电损耗在交变电场作用下电介质由于发热而消耗介电损耗-在交变电场作用下，电介质由于发热而消耗的能量产生原因：电介质中微量杂质引起的漏导电流电介质在电场中极化取向时，极化取向与外加电场有相位差而产生的极化电流损耗（主要原因）对非极性聚合物极性杂质要原因对非极性聚合物：极性杂质（主要原因）小于10-4极性聚合物：500极性聚合物：5×10-3–10-1(4) 介电强度电击穿（击穿电压）：电场强度超过临界值时，电介质丧失其绝缘性能。
介电强度（击穿电场强度）：击穿电压/电介质厚度。
上限强度由共价键电离能决定。
聚合物聚合物：1000 MV/m。
热击穿：在强电场下，因温度上升导致聚合物的热破坏而引起的击穿，击穿电压下降。
(5) 静电现象定义：两种物体接触和摩擦时，产生电子转移，个：两种物体接触和摩擦时，产生电子转移，一个带正电，一个带负电。
聚合物高电阻率使之有可能累积大量电荷。
聚合物高电阻率使之有可能累积大量电荷如PAN，1500V的静电压－－非常麻烦的后果。
介电常数大的聚合物带正电，小的带负电，序列如下：问题试述聚合物材料的静电现象及其消除方法静电现象静电现象？消除方法？增加吸湿性能，提高表面导电性两亲性聚合物或表面活性剂处理－织物后整理。
两亲性聚合物或表面活性剂处理织物后整理（6）聚合物驻极体定义：具有被冻结的寿命很长的非平衡偶极矩的电介质。
如PVDF、PET、PC超薄膜：电容器传声隔膜和计算机存储。
极化偶极固定（7）热释电流（TSC）定义：加热驻极体以激发其分子运动，极化电荷被释放出来，产生退极化电流。
–分子机理：聚合物驻极体和热释电流现象相似聚合物的强迫高弹性现象（屈服形变）3. 光性能（1）折射当光从种介质进入另种介质时，由于光在两种介质中当光从一种介质进入另一种介质时由于光在两种介质中的传播速度不同而产生折射现象。
入射角α，折射角β，折射率n sin α/ sin βn=sin/sin与两种介质的性质和光的波长有关对真空的折射率分子的电子结构因辐射的光频电场作用发生形变的程度聚合物：n =1.5 左右，1.34～2.2 间n=15左右13422结构各向同性材料(PMMA), 在光学上各向同性，一个n结晶和其它各向异性材料不同主轴方向结晶和其它各向异性材料，不同主轴方向n不同–双折射分子取向和应力用于研究形变微观机制（2）透明性大多数聚合物不吸收可见光谱范围内（400－800 nm）的辐射，不含结晶、杂质和疵痕时-透明如PMMA，PS等，透过率大于92 %。
材料内部对光的散射–结构的不均匀性聚合物表面或内部有疵痕、裂纹、杂质、填料和结晶时，透明性下降或不透明，厚度越大，透明度越小。
问题：PMMA一般透明，为什么？如要不透明，如何制备？（3）光泽材料表面的光学性能，是表面平滑的种量度，越平材料表面的光学性能，是表面平滑的一种量度，越平滑，越光泽；反射光的能力。
直接反射系数＝反射光强/入射光强表面光泽程度（4）反射透光率：透过光强与入射光强之比T ＝1－2n ＝1.5, T = 92% , 反射光8%（n-1)22（5）内反射（n+1)设光从聚合物射入空气的入射角为α，i ≥1/发生光线在聚合物内全反射若sin α≥ 1/n, 发生内反射，光线在聚合物内全反射。
n ＝1.5, α最小42o C问题：利用内反射特性有哪些应用？请说明聚合物光导管的制备原理（请说明聚合物光导管的制备原理。
（P108）聚合物光导纤维的依据？（光纤到户）4. 渗透性渗透或渗析：液体分子或气体分子从聚合物膜的一侧扩散到其浓度较低的另一侧的现象。
其浓度较低的另侧的现象。
过程：溶解在聚合物膜中→膜中扩散→逸出薄膜溶解度小，扩散的Fick 第一定律：q ＝－D(dc/dz)Atq 透过量，A 面积，t 时间，D 扩散系数，(dc/dz)浓度梯度稳态时，扩散速率J ：DiffusionJ=q/(At)=D/L(C1-C2)渗透系数P ＝DS ，S 溶解度系数正比cg 溶解性越好，渗透系数大，渗透性越好链的柔性增大渗透性提高结晶度大渗透性小链的柔性增大，渗透性提高；结晶度大，渗透性小；非极性气体：引入极性基团，渗透性下降反向渗透：低浓度侧加压，超过渗透压，则由低浓度到高浓度扩散。
反向渗低浓度侧加压超渗压则由低浓度到高浓度扩散反渗透设施的关键：有选择性的膜（半透膜）：透水,不透离子、有机小分子、微生物等足够的外加压力应用：包装、提纯、医学、海水淡化P109水的渗透高含羟基聚合物低非极性PE （非极性，紧密堆砌）PTFE ？第三节高分子材料的化学性能化学因素和物理因素作用下发生的化学反应1.聚合物的化学反应22.高分子材料的老化3.高分子材料的燃烧特性4.高分子材料的力化学性能1. 聚合物的化学反应利用大分子上官能团的化学反应：制备新聚合物、改性、接枝、交联等。
（1）制备新聚合物聚乙烯乙酸酯醇解制PVA甲壳素水解制壳聚糖（2）改性水溶性可交联壳聚糖（3）接枝PLA NH2 PLA-GA-ColPLA-NH2PLA GA Col 聚乳酸纤维（4）交联改性壳聚糖的凝胶化，不饱和聚酯树脂的交联固化等。
聚合物化学反应的特征：（1）反应速率：受扩散影响-聚合物的相态、形态等有关。
（2）分子链上相邻官能团对化学反应影响很大，改变官能团）分子链上相邻官能团对化学反应影响很大改变官能团反应能力，反应进行不完全。
PVC在Zn粉作用下脱氯形成环状结构：86%PVA缩甲醛，制纤维和粘合剂时2.高分子材料的老化老化：使用或储存过程中，性能劣化现象，类似于金属腐蚀。
老化使用或储存过程中性能劣化现象类似于金属腐蚀橡皮筋失去弹性气门嘴老化开裂塑料脚踏板开裂问题：生活中其它的老化现象？（1）光氧化光照下：分子链的断裂取决于光的波长和聚合物的键能聚合物键的离解能：167~586 kJ/mol；UV能量：250~580 kJ/mol可见光下，聚合物呈激发状态，在氧存在下，发生光氧化过程：聚烯烃RH，被激发的C-H键与氧进行作用：RH+O2R· + ·O-OHRHR· + O2R-O-O· RO2H + R· （自动氧化降解过程）水、微量的金属元素（过渡金属及其化合物）-加速光氧化过程解决方案：紫外线吸收剂：如邻羟基二苯甲酮，水杨酸酯类化合物光屏蔽剂：碳黑（猝灭剂），与金属离子鳌合，使催化剂失活 能量转移剂：如镍、钴的络合物，吸收能量消除聚合物的激发状态。