材料科学基础第三章高分子材料的结构
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
高分子材料的结构及其性能
高分子材料的结构及其性能1. 引言高分子材料是由大量重复单元构成的大分子化合物，具有重要的工程应用价值。
其结构和性能之间的关系对于材料科学和工程领域的研究至关重要。
本文将介绍高分子材料的结构特点，并探讨其与性能之间的关系。
2. 高分子材料的结构高分子材料的结构可以分为线性结构、支化结构、交联结构以及共聚物结构等。
不同结构的高分子材料具有不同的特点和应用领域。
线性结构是最简单的高分子材料结构，由一条长链构成，链上的重复单元按照一定的顺序排列。
线性结构的高分子材料具有较高的可拉伸性和延展性。
2.2 支化结构支化结构在线性结构的基础上引入了支链，可以增加高分子材料的分子间距离，提高其熔融性和热稳定性。
支化结构的高分子材料常用于塑料制品的生产。
2.3 交联结构交联结构是指高分子材料中分子之间通过共价键形成网络结构。
交联结构的高分子材料具有较高的强度和硬度，常用于橡胶制品的生产。
共聚物是指由两种或两种以上不同单体按照一定比例聚合而成的高分子化合物。
共聚物结构的高分子材料具有多种物化性质的综合优点，广泛应用于各个领域。
3. 高分子材料的性能高分子材料的性能与其分子结构密切相关，主要包括力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等。
3.1 力学性能高分子材料的力学性能包括强度、韧性、硬度等指标。
线性结构的高分子材料通常具有较高的延展性和可拉伸性，而交联结构的高分子材料则具有较高的强度和硬度。
3.2 热学性能高分子材料的热学性能包括熔点、热膨胀系数、导热系数等指标。
分子结构的不同会对高分子材料的热学性能产生显著影响，如支化结构的高分子材料通常具有较低的熔点和较高的热膨胀系数。
3.3 电学性能高分子材料的电学性能主要包括导电性和介电性能。
共聚物结构的高分子材料常具有较高的导电性，而线性结构的高分子材料则通常具有较好的介电性能。
3.4 光学性能高分子材料的光学性能指材料对光的吸收、透过性和反射性等特性。
不同结构的高分子材料在光学性能上也会有所差异，如支化结构的高分子材料通常具有较高的透光性。
材料科学基础 (3)
材料科学基础高分子材料的结构G A O F E N Z I C A I L I A O D E J I E G O U高分子链的结构高分子链的结构高分子链的结构：单个高分子链的结构。
高分子链结构近程结构远程结构结构单元化学组成结构单元键接方式结构单元键接顺序结构单元立体结构支化与交联高分子大小高分子形态化学结构结构单元的化学组成1 碳链高分子主链全部由碳原子组成聚乙烯聚丙烯2 杂链高分子主链上以碳原子为主，但存在其它原子，如O、N、S、P 等杂原子。
主链上的苯环也看作为杂原子。
聚乙二醇尼龙-63 元素有机高分子聚二甲基硅氧烷主链上没有碳原子，一般由Si、B、N、P和O等原子组成，但侧链上一般含有有机基团。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）结构单元在高分子链中的连接方式和顺序有很多变化。
以单烯类为例：头—尾头尾头尾头—头头头尾尾尾—尾头头尾尾双烯类单体聚合时，情况较复杂。
如丁二烯聚合过程中有1，2-加成、3，4-加成和1，4-加成之区别。
1,3-丁二烯1, 2-加成1, 4-加成可能有头—尾、头—头、有顺式和反式等构型。
尾—尾三种键合方式。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）多种单体共聚无规共聚物(random copolymer)交替共聚物(alternating copolymer)嵌段共聚物(block copolymer)接枝共聚物(graft copolymer)二元共聚物单体的连接方式a)无规共聚物；b)交替共聚物；c)嵌段共聚物；d)接枝共聚物（黑球代表一种重复单元，白球代表另一种重复单元）结构单元的立体结构结构单元由化学键构成的空间排布。
分子链组成相同，取代基位置不同，可具有不同的立体异构。
1 全同立构取代基X同侧，结构规整度高，容易结晶。
2 间同立构取代基X相间，结构规整度高，容易结晶。
3 无规立构取代基X无规，结构规整度低，不易结晶。
石德珂《材料科学基础》配套题库-名校考研真题(高分子材料的结构)【圣才出品】
4.作为塑料使用的高分子，在室温使用应处在（ A．高弹态 B．玻璃态 C．黏流态
1/3
）。[上海交通大学 2007 研]
圣才电子书
【答案】B
十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
5．聚乙烯高分子材料中 C-H 化学键属于（ A．氢键 B．离子键 C．共价健 【答案】C
3/3
）。[华中科技大学 2007 研]
6．最难以形成非晶态结构的是（ ）。[上海交通大学 2005 研] A．陶瓷 B．金属 C．聚合物 【答案】B
7．高分子材料是否具有柔顺性主要决定于（ 研]
A．主链链节 B．侧基 C．侧基内的官能团或原子 【答案】A
）的运动能力。[华中科技大学 2007
8．高分子材料存在丌同构象的主要原因是主链上的碳原子可以（ 学 2005 研]
三、名词解释 热塑性和热固性高分子材料 [吉林大学 2010 研] 答：高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、 涂料、胶黏剂和高分子基复合材料等。高分子材料按其性能可分为热塑性和热固性高分子材 料，其中，热塑性高分子材料可溶、可熔；热固性高分子材料丌溶、丌熔。利用加热和溶解 的方法可将热固性和热塑性材料分辨出来，常用的识别高分子材料的简便方法有经验法、燃 烧法、溶解法、仪器分析法等。
圣才电子书 十万种考研考证电子书、题库视频学习平台
第 3 章 高分子材料的结构
பைடு நூலகம்
一、选择题
1．高分子的主链结构对单键内旋转有重要影响。下列最易单键内旋转的主链结构是 （ ）。[上海交通大学 2006 研]
A．Si-O 键 B．C-C 键 C．C-O 键 【答案】A
2．高分子非晶态的无规线团模型中，分子链总和在溶液中一样，呈无规线团状，线团 之间是无规则缠结，在分子链间存在额外空隙，即所谓的自由体积。高分子非晶态中（ ）。 [浙江大学 2006 研]
3-2 第三章 高分子材料的结构20120425
第三章 高分子材料的结构
五、化学性能 一般塑料、橡胶都具有良好的化学稳定性，耐酸、碱和 大气腐蚀。 如常用的硬聚氯乙烯，耐浓硫酸、浓盐酸和碱的侵蚀， 聚四氯乙烯具有极好的化学稳定性，可以耐沸腾王水 （HCl：HNO3=2：1）腐蚀。 但聚酯类、聚酰胺类塑料在酸、碱作用下会水解，聚碳 酸酯溶于四氯化碳有机溶剂。因此选用塑料、橡胶作耐蚀 零件或制品时，除考虑其化学稳定性（如耐蚀性）外还应 注意其抗溶剂性。
第3.3节 高分子的聚集态结构
第三章 高分子材料的结构
第3.3节 高分子的聚集态结构
硅片上高分子薄膜结构
聚乙烯PE的球晶显微组织
第三章 高分子材料的结构
第3பைடு நூலகம்3节
二、结晶度 聚合物中晶区部分所占的质量分数或体积分数称为聚合 物的结晶度。典型的聚合物的结晶度为50~95%。 结晶度大小与高分子链的结构和聚合物的结晶能力有关 。
温度
随着温度的升高，形变逐渐增大，当温度升高到某一程度 时，形变发生突变，进入区域II，这时即使在较小的外力作 用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变 又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能 恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。
第三章 高分子材料的结构
玻 璃 态
（3）热性能特点 低耐热性：由于高分子链受热时易发生链段运动或分子链移动， 易导致材料软化或熔化，故聚合物的耐热性差。 塑料耐热温度，通常100℃以下，聚苯醚可达150℃。 橡胶通常Tf越高，使用温度越高，耐热性越好。 低导热性：高分子材料内部无自由电子，且分子链相互缠绕在 一起，受热时不易运动，故导热性差，约为金属材料导热性的 0.1—0.001倍，如塑料的导热系数0.84~2.5kJ/（m· ℃），金属 h· 10~330 kJ/（m· ℃）。 h· 高的线膨胀系数：线膨胀系数是指材料样品温度每升高1℃的 时伸长率。高分子材料的线膨胀系数为金属材料的3~10倍
材料科学基础第3章高分子材料的结构.
5、按反应机理分类： 6、按高分子材料
连锁反应机理、
分子链形状：
逐步聚合反应机理； 线型、
加聚物与缩聚物； 支化型、
均聚物与共聚物； 星型、
梳型、
梯型、
交联型。
第二节 高分子链的结构及构象
主链上带有侧链的高分子材料。 3、交联高分子材料
在交联高分子材料中，相邻线型高分子材料 链被共价键在很多位置上连结在一起。
4、网状高分子材料
三官能单体单元，即有三个活性共价键的单体， 形成三维网状。
四、高分子链的构象及柔顺性
1.高分子链的构象 2.高分子链的柔顺性
图3-6 单键内旋 示意图
1.高分子链的构象
（4）无机高分子 材料
大分子主链完全由碳原子组成，绝大部分烯类、二烯类高分子 材料属于这一类。如：PE，PP，PS，PVC。 大分子主链中除碳原子外，还有O、N、S等杂原子。 如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚。
大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、P 等原子 组成，侧基则由有机基团组成。如：硅橡胶
醚
酸
己二酸
-OH
乙酸
醛
戊二醛
COH
甲醛
芳香族碳氢 苯乙烯 化合物
苯酚
一、高分子材料的分类
1、 按来源：
天然高分子、 合成高分子、 半合成高分子材料；
2、高分子材料按用途分类
塑料 产量最大，与国民经济、人民生活关系密切， 橡胶 故称为“三大合成材料”
纤维
涂料 涂料是涂布于物体表面能结成坚韧保护膜的 涂装材料
只能是非晶态高聚物，处于高弹态； Tg是使用的下限温度，Tg应低于室温 70℃以上；Tf 是使用的上限温度； 大部分纤维是晶态高聚物，Tm应高于室 温150℃以上； 也有非晶态高聚物，分子排列要有一定 规则和取向；
材料科学基础教案 第三章 高分子材料的结构PPT课件
图3-10 高分子材料的几种非晶态结构模型 a)无规线团模型 b)折迭链缨状胶粒模型
11924D
13
第三节 高分子的聚集态结构
2.局部有序结构模型
图3-11 聚合物的Hosemann模型
11924D
14
第三节 高分子的聚集态结构
三、聚合物的结晶度与玻璃化温度 1.结晶度 2.分子结构对结晶能力的影响
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
Thinking In Other People‘S Speeches，Growing Up In Your Own Story 讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
27
7
第二节 高分子链的结构及构象
三、高分子链的几何形状
图3-5 高分子链的结构形态 a)线型 b)支化 c)梳形 d)星形 e)交联 f)体型
11924D
8
第二节 高分子链的结构及构象
四、高分子链的构象及柔顺性 1.高分子链的构象 2.高分子链的柔顺性
11924D
图3-6 单键内旋示意图
9
第二节 高分子链的结构及构象
11924D
25
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
26
Thank You
11924D
17
第四节 高分子材料的性能与结构
表3-1 基本的高分子材料
11924D
18
第四节 高分子材料的性能与结构
高分子材料的结构与性质
高分子材料的结构与性质高分子材料是一类由大量重复单元组成的大分子化合物。
这些重复单元通过共价键或其他化学键相连，形成长链或网络结构。
高分子材料的结构与性质密切相关，它们的结构决定了它们的物理、化学以及力学性能。
本文将探讨高分子材料的结构与性质之间的关系。
1. 高分子的化学结构高分子材料的化学结构可以分为线性结构、支化结构和交联结构三种。
1.1 线性结构线性结构的高分子材料由直链或分支较少的链状分子构成。
它们的链状结构使得分子之间的间距较大，容易流动。
因此，线性高分子材料具有良好的可塑性和可加工性。
然而，由于链状结构的易滑动性，线性高分子材料的强度和刚性相对较低。
1.2 支化结构支化结构的高分子材料具有较多的侧基或支链。
支化结构的引入可以增加分子之间的交联点，增强高分子材料的强度和刚性。
同时，支化结构还可以减缓分子链的运动，提高高分子材料的熔点和玻璃化转变温度。
支化结构的高分子材料在保持流动性的同时，还具有较高的强韧性和抗拉强度。
1.3 交联结构交联结构是高分子材料中的三次结构，通过交联点将多个线性或支化的高分子链连接在一起，形成一个三维网络结构。
交联结构的高分子材料具有优异的机械性能，高强度、高耐磨性和高温稳定性。
然而，交联结构的高分子材料通常较脆硬，不易加工。
2. 高分子的物理性质高分子材料的物理性质主要包括熔点、玻璃化转变温度和热胀缩性。
2.1 熔点高分子材料的熔点取决于其结晶性和分子量。
结晶性较高的高分子材料通常具有较高的熔点，因为结晶部分的分子排列更加有序，分子之间的相互作用更强。
另外，分子量较高的高分子材料由于分子间的范德华力较强，也会导致较高的熔点。
2.2 玻璃化转变温度玻璃化转变温度是高分子材料从玻璃态转变为橡胶态的临界温度。
玻璃化转变温度与高分子材料的结构和分子量密切相关。
结晶度较高的高分子材料通常具有较高的玻璃化转变温度，因为结晶区域的链状排列限制了链段的运动。
另外，分子量较大的高分子材料由于分子间的交联较多，也会导致较高的玻璃化转变温度。
第三章-高分子材料的结构
本章内容
1. 高分子材料相关的基本概念 2. 高分子材料的结构 高分子链的结构及构象
高分子的聚集态结构 3. 高分子材料的性能与结构
第一节 高分子材料概述
一、基本概念
1. 高分子化合物：是指由一种或多种简单低分 子化合物聚合而成的相对分子质量很大的化 合物,又称聚合物或高聚物。
1.键接方式
一种单体的加聚形式：
两种或两种以上单体的加聚形式：
2.空间构型
高分子中结构单元由化学键所构成的空间排布称为分子 链的构型。
如 ：乙烯类高分子链的立体异构
三、高分子链的几何形状
高分子链通常呈现线形、支化、交联和体型等形 态，也有星形、梳形、梯形等特殊形态。
交联与支化的本质区别
支化的高分子能够溶解；而交联的高分子是不 溶的，只有当交联度不是太大时才能在溶剂中 溶胀。热固性塑料（酚醛、环氧、不饱和聚酯 等）和硫化的橡胶都是交联的高分子。
重量结晶度
f www w
[ ( )]10% 0
c
c
c
a
体积结晶度
f VVV V
[ ( )]10% 0
c
c
c
a
测定方法：X射线衍射法、密度法、 红外线 光谱法、核磁共振法及量热法等。
重量结晶度 体积结晶度
fc w1a1 1a1c
fV caca
2. 分子结构对结晶能力的影响
ي结构简单、规整度高、对称性好的容易结晶； ي等规聚合物结晶能力强； ي缩聚物都能结晶； ي高分子链的支化不利于结晶。
一级结构 结构单元的化学组成、连接顺序、
聚
链结构
近程结构 立体构型，以及支化、交联等
材料科学基础第三章 高分子材料的结构
22
2、高分子链的柔顺性：由构象变化而获得的 不同 卷曲程度的特性。 柔顺性的度量
末端距 h 均方末端距 h2
容易内旋转的链 →柔性链 不易内旋转的链 →刚性链
23
3、影响高分子链柔顺性的主要因素 （1）主链结构 • 主链全由单键组成，柔顺性最好 • 碳链高分子，杂链高分子，元素有机高分子
柔顺性
42
2、热固性塑料 • 体型结构。 • 加热加压成型后，分子链之间强烈交联，成网状 结构。从而具有较高硬度、刚度和脆性，不能再 改变其形状。 • 塑性加工只能在网状结构形成前进行。
43
3、橡胶 • 线型分子链之间有少量交联(在C的主链上大约几百 个C原子中有一个C原子与 S原子共价结合)，因而 具有高弹性。
2、分子结构对结晶能力的影响 体型聚合物： 不易结晶，为非晶态
结构简单、规整度高、对称性好，有利于结晶 等规（侧基排布规整）聚合物易结晶 缩聚物都能结晶 高分子链的支化不利于结晶
线型聚合物
影响结晶的其他因素 (与金属相似)
35
冷却速度 过冷度 杂质 应力状态
3、玻璃化温度 Tg （1） 无定型聚合物的三种物理状态 • 粘流态： 分子链可动 • 高弹态： 链段可动 • 玻璃态： 链段也不可动
19
(1)全同立构 取代基X同侧 容易结晶
(2)间同立构 取代基X相间 容易结晶
(3)无规立构 取代基X无规 不易结晶
20
三、高分子链的几何形状
线型 体型 交联形 网形 e) f)
线团形 支化形 梳形 星形 a) b) c) d)
21
四、高分子链的构象及柔顺性
1、高分子链的构象：由于单键内旋转引起的原子在空间据不同位 置所构成的分子链的各种形象。 • 单键的内旋转：每一个单键围绕其相邻单键按一定角度进行的旋 转运动。
材料科学基础课后习题答案讲解
《材料科学基础》课后习题答案第一章材料结构的基本知识4. 简述一次键和二次键区别答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。
其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。
一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。
二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。
二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。
6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？答：材料的密度与结合键类型有关。
一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。
相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。
共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。
9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。
答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。
即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。
两相组织是指具有两相的组织。
单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。
晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。
单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。
等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。
对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。
如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。
如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。
高分子材料的结构与性能(三)课件
耐电弧性
指高分子材料在电场作用下的耐电击 穿能力，直接影响电气设备的稳定性 。
静电特性
描述高分子材料在摩擦或接触过程中 产生的静电现象及其对环境的影响。
光学性能
透光性
折射率
衡量高分子材料对光线的透过能力，影响 光学器件的性能。
反映高分子材料对光线的折射能力，影响 光学元件的成像质量。
颜色稳定性
抗紫外线性能
指高分子材料在高温下保持其物理和化学稳 定性的能力。
热导率
衡量高分子材料的导热性能，影响材料的热 量传递效率。
玻璃化转变温度
高分子材料由玻璃态向橡胶态转变的温度点 ，影响材料的力学性能和稳定性。
电性能
电导率
衡量高分子材料的导电能力，决定材 料的电性能。
介电常数
反映高分子材料在电场作用下的极化 程度，影响电容器和绝缘材料的设计 。
力。
拉伸强度
表示高分子材料在拉伸应力下 的最大承载能力。
冲击强度
衡量高分子材料抵抗冲击载荷 的能力，通常以缺口试样在冲 击试验中的最大破坏载荷表示 。
疲劳性能
描述高分子材料在交变应力作 用下的抗疲劳能力，直接影响
材料的耐用性。
热性能
热膨胀系数
表示高分子材料受热膨胀的程度，影响材料 的尺寸稳定性。
耐热性
橡胶
橡胶是一种具有高弹性的高分子材料 ，广泛用于制造轮胎、胶管、密封件 等。
橡胶材料具有优良的耐磨性、耐油性 和耐老化性能。
橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶，合 成橡胶如丁苯橡胶、顺丁橡胶等。
纤维
高分子纤维是一种重要的纺织材 料，广泛应用于服装、家居和产
业领域。
纤维可分为天然纤维和合成纤维 ，合成纤维如涤纶、锦纶、丙纶
高分子材料的结构与组织通用课件
涂料与粘合剂
涂料是一种覆盖在物体表面的高分子材料，具有 装饰和保护作用。
粘合剂是一种能够将不同材料粘合在一起的物质 ，广泛应用于制造和维修领域。
常见的涂料和粘合剂包括聚氨酯漆、环氧树脂粘 合剂等。
功能高分子材料
功能高分子材料是一种具有特殊 性能的高分子材料，如导电性、
磁性、生物活性等。
功能高分子材料在电子设备、生 物医学、传感器等领域有广泛应
高分子材料的结构与组织通 用课件
• 高分子材料概述 • 高分子材料的结构 • 高分子材料的组织 • 高分子材料的性能 • 高分子材料的应用
01
高分子材料概述
高分子材料的定义
总结词
高分子材料是由大量重复单元组成，且每个单元之间通过共价键连接的材料。
详细描述
高分子材料是由大量重复单元组成，这些单元通常是通过聚合反应得到的。这 些单元之间通过共价键连接，形成长链结构。这些长链结构赋予高分子材料独 特的物理和化学性质。
橡胶材料具有优良的耐磨性、耐油性 和耐老化性能。
橡胶可分为天然橡胶和合成橡胶，合 成橡胶如丁苯橡胶、顺丁橡胶等。
纤维
高分子纤维是一种强度高、质量 轻的材料，广泛应用于纺织、航
空航天、军事等领域。
常见的纤维包括尼龙纤维、聚酯 纤维、聚丙烯纤维等。
高分子纤维在纺织品制造中也有 广泛应用，如运动服、防护服等
聚集态结构
描述高分子材料在不同温度和压力下的聚集态形式。
高分子材料在不同的温度和压力条件下可以形成不同的聚集态结构，包括晶态、非晶态、取向态等。这些聚集态结构对高分 子材料的性能具有重要影响，如机械性能、热性能、光学性能等。
结晶结构
描述高分子材料的结晶结构和结晶度对性能的影响。
第03章高分子材料的凝聚态结构PPT课件
作用能量12~21千焦/摩尔，是极性高聚物分子之间的主要作用力。
诱导力
指偶极子-感应偶极子间的相互作用力
极性分子与非极性分子之间
（或者同一分子内极性部分与非极性部分之间）
作用能一般在6~13千焦/摩尔（1.5~3千卡/摩尔）。
色散力
指分子（或单体单元）瞬时偶极矩间的相互作用力
色散力的作用能一般在0.8~8千焦/摩尔（0.2~2千卡/摩尔）。
目的和意义： （1）了解凝聚态结构特征——物理力学性能的关系 （2）掌握凝聚态结构——加工成型条件的关系——指导 生产加工和应用
4
凝聚态结构包括： 晶态结构（crystalline structure） 非晶态结构（non-crystalline structure） 取向结构（oriented structure） 共混物结构（织态结构）（texture structure）
第3节 高分子材料的非晶态结构 3.1 高分子材料的非晶态 3.2 非晶高分子材料的结构模型 第4节 高分子材料的取向态结构 4.1 取向态和取向结构单元 4.2 取向方式 4.3 取向度定义及测量方法 第5节 高分子材料的液晶态结构 5.1 液晶态及其分类 5.2 高分子液晶的结构及性能特点 第6节 多相高分子材料的织态结构 6.1 高分子共聚物的织态结构 6.2 高分子共混物的织态结构 6.3 填充改性高分子材料的织态结构 第7节 高分子材料的软物质特性和多尺度性 7.1 软物质概念和高分子材料的软物质特性 7.2 高分子材料的时空多尺度性
3 School of Polymer Science & Engineering
高分子科学与工程学院
链结构：单个分子的结构和形态。 凝聚态结构：分子群体的结构和形态。指高分子链之间的排列和堆 砌结构。也称为“超分子结构”。
高分子结构.ppt
1-4高分子链的支化与交联
• 大分子链的形式有:
线型（linear） 支化（branching） 网状（network）
1-４-１线型大分子链
• 一般高分子是线型的。它是由含二官能团的反应
物反应的，如前所述的聚氯乙烯和聚酯，分子长 链可以卷曲成团，也可以伸展成直线，这取决于 分子本身的柔顺性及外部条件。
C
C
C
聚 合 C
C
C
环 化 C
C
C
NN N
NNN
NNN
这类聚合物的特点：热稳定性好，因 为受热时链不易被打断，即使几个链 断了，只要不在同一个梯格中不会降 低分子量。
1-2 键接结构
• 1-2-1单烯类(CH2=CHR) （P6 ） • 头-头 • 尾-尾 • 头-尾 • 无规键接
1-2-2 双烯类单体
• 交联点密度：交联的结构单元占总
结构单元的分数，即每一结构单元 的交联几率。
应用：
• 橡胶硫化就是在聚异戊二烯的分子间产生
硫桥
CH3
CH2C CHCH2
S
CH3
CH2C S
CHCH2
S CH2C CHCH2
CH3
应用
• 另外一种交联PE，它是经过辐射交联，使
得软化点和强度均大大提高，大都用于电 气接头，电缆的绝缘套管等
• 优点：耐热性好，强度高 • 缺点：易水解 • 这类聚合物主要用作工程塑料
1-1-3元素高分子
• 分子主链含Si，P， Al， Ti， As， Sb，
Ge等元素的高分子。如硅橡胶：
CH3
Si
O
n
CH3
• 这类高聚物的特点是具有无机物的热
稳定性，有机物的弹性和塑性。但强
大学材料科学基础 第三章高分子材料
三、 高分子材料的分类 1. 按聚合反应的类型分类 (1) 加聚物：单体经加聚合成的高聚物，链节结构 的化学式与单体分子式相同，如前述的聚乙烯，聚 氯乙烯等。 (2) 缩聚物：单体经缩聚合成的高聚物。如酚醛树 脂，是由苯酚和甲醛聚合，缩去水分子形成的聚合 物。
2. 按聚合物的热行为分类 (1) 热塑性聚合物：加热后软化，冷却后又硬化成 型，这一过程随温度变化可以反复进行。聚乙烯、 聚氯乙烯等烯类聚合物都属于此类。 (2) 热固性聚合物：这类聚合物的原料经混合并受 光热或其它外界环境因素的作用下发生化学变化而 固化成型，但成型后再受热也不会软化变形，如酚 醛树脂，环氧树脂等均属这类材料。
第一节 概述 一、高分子材料的基本概念 何谓高分子材料呢？它是指以高分子化合物为 主要成分的所有材料，高分子化合物可以是天然的， 也可以是人工合成的。天然高分子化合物包括作为 生命和食物基础的生物大分子（如蛋白质、DNA、 虫胶、淀粉等）和羊毛、蚕丝、天然橡胶、皮革、 松香及纤维素等，人工合成高分子化合物主要是人 工合成的各种有机材料，如塑料、合成橡胶及合成 纤维等，工程上使用的高分子材料主要是指这类高 分子材料，本章主要对这类材料作一入门介绍。
3 几个基本专用术语 单体－－构成高分子化合物的基本单元。 高分子化合物的分子量虽然很大，但其化学组 成却相对简单。首先，组成高分子化合物的元素主 要是C、H、O、N、Si、S、P等少数几种元素；其 次所有的高分子却是由一种或几种简单的低分子化 合物(单体 )通过共价键连接并不断重复而形成。以 聚乙烯为例，它是由许多低分子乙烯(CH2)单体连 接起来形成大分子链，其中只包含C和H两种元素， 即： nCH2=CH2 → 聚合 → [CH2-CH2]n
2 空间构型（立体异构） 高分子链的构型是指高分子链中原子或原子团 在空间的排列方式。高分子链通常含有不同的取代 基，即使分子链组成相同，但由于取代基所处位置 的不同，使高分子形成不同的立体构型。例如乙烯 类高分子链，若用R代表取代基，通常有以下三种 立体构型： ⑴全同立构：取代基R全部位于主链的一侧。 ⑵无规立构：取代基R在主链两侧作无规律地分布。 ⑶间同立构：取代基R相间分布在主链两侧。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
下页
●聚合物的结晶度与玻璃化温度Tg: 1、结晶度
线型、支化型和交联少的网状高 分子聚合物固化时可以结晶，但由 于分子链运动较困难，不可能完全 的结晶。所谓结晶度就是结晶的程 度。 2、分子结构对结晶能力的影响
线型聚合物的结晶能力受分子 结构等因素的影响：
材料科学基础第三章高分子材料的 结构
（1）结构简单、规整性高、对称性 好的高分子容易结晶。 （2）等规聚合物结晶能力强。 （3）缩聚物都能结晶。 （4）高分子链的支化不利于结晶。
材料科学基础第三章高分子材料的 结构
●聚合度：高分子化合物的大分子链 是由大量链节连成的。大分子链中链 节的重复次数。聚合度反映了大分子 链的长短和相对分子质量的大小。
●官能度：在一个单体上能和别的单 体发生键合的位置的数目。但分子的 官能度决定了高分子的结构。
上页
材料科学基础第三章高分子材料的
结构
合同立构
间同立构 无规立构
●高分子链的几何形状
支化——指链状高分子上出现分支。 交联——指链状高分子之间联接成网络。
上页
材料科学基础第三章高分子材料的 结构
下页
●高分子链的构象及柔顺性
构象——由于绕C—C单键内旋转而成的 空间排列。 柔顺性——有构象变化获得不同卷曲程度 的特性。
第三节 高分子聚集态结构
按聚合反应的 加聚高聚物
类型不同
缩聚高聚物
如聚烯烃等 如酚醛、环氧高聚物
线型高聚物
按高分子的几
何结构
体型高聚物
高分子为线型或支链 型结构
高分子为网状或体型 结构
热塑性高聚物
按高聚物的热
行为
热固性高聚物
线型(或支链)分子结构， 可熔可溶
体型(或网状)分子结构,
不熔不溶 材料科学基础第三章高分子材料的 结构
下页
●单体：凡是可以聚合生成大分子链的 低分子化合物。单体也就是合成聚合物 的起始原料，是化合物独立存在的基本 单元，是单个分子存在的稳定状态。如 聚乙烯的单体是乙烯。
●链节：大分子链中的重复结构单元。 即为聚乙 烯分子链的链节。链节的结构 和成分代表了分子化合物的结构和成分
材料科学基础第三章高分子材料的 结构
上页
返回 材料科学基础第三章高分子材料的 结构
下页
第四节 高分子材料的性ห้องสมุดไป่ตู้与结构
一、高分子材料的主要性能特点
（1）弹性模量和强度都较低，它的力学 性能对温度和时间的变化十分敏感，在 室温下就有明显的蠕变和应力松弛现象。 （2）从液态凝固后多数呈非晶态，加热 到Tg以上温度时，先后发生皮革状、橡 胶状的粘弹性变形，温度再高则发生粘 性流动，材料可在此温度内加工成型。
●多分散性：高分子化合物中各个分子 的相对分子质量不相等的现象。多分散 性在低分子化合物中是不存在的，它是 高分子化合物的一大特点。高分子化合 物的多分散性决定了它的物理和力学性 能的大分散度。
数均相对分子质量 ●平均相对分子质量：
重均相对分子质量
上页
材料科学基础第三章高分子材料的
结构
下页
小结
高分子材料的主要组分是有机高分
●聚合物晶态结构
缨壮胶束结构 折迭链结构
返回
上页 材料科学基础第三章高分子材料的 结构
下页
●聚合物非晶态结构
无序结构 局部有序结构
●玻璃化温度Tg:当一块玻璃冷却到熔点 温度以下时,在某一温度范围内它仍是塑 性的,但冷却到某个温度时，发生玻璃硬 化，此温度即Tg.
上页
材料科学基础第三章高分子材料的 结构
第三章 高分子材料的结构
高分子材料概述 高分子链的结构及构象 高分子的聚集态结构 高分子材料的性能和结构
材料科学基础第三章高分子材料的 结构
第一节 高分子材料概述
一、高分子材料的基本概念
高分子材料是以有机高分子化合物 为主要组分的材料。包括人工合成的和 天然的两大类。
●高分子化合物（聚合物或高聚物）： 有一种或多种简单低分子化合物聚合而 成的相对分子质量很大的化合物。高分 子化合物具有较好的强度、塑性和弹性 等力学性能。
下页
按高聚物 的工艺性 质
按高聚物 的主链结 构
塑料 返回
橡胶 纤维 涂料 胶粘剂 碳链高聚物
有固定形状、热稳定性与机 械性能
具有高弹性，可作弹性及密 封材料
单丝强度高，可用作纺织材 料
涂布于物体表面，可以形成 坚固的防护膜
能将两种物质粘接在一起， 形成牢固的物质
—C—C—C—
杂链高聚物
—C—C—C—；—C—C—
加聚反应：指由一种或多种
单体相互加成而连接成聚合
●聚合反应 物的反应。
缩聚反应：单体指由一种或
上页
多种相互混合而连接成聚合 物，同时析出某种低分子物
下页
质的反应。 材料科学基础第三章高分子材料的 结构
三、高分子材料的分类
分类的原则 类型
特征或举例 下页
按高聚物来源 天然高聚物
如天然橡胶、纤维等
人造及合成高聚物 如聚乙烯等
上页
材料科学基础第三章高分子材料的 结构
下页
（3）高分子材料的主要弱点是容易 老化。老化的原因主要是分子链的结 构发生了降解和交联。内在因素主要 是化学结构、分子链结构和聚集态结 构中的各种弱点。对于橡胶是变脆、 龟裂、变软和发粘；对于塑料是褪色、 失去光泽和开裂。
子化合物。而高分子化合物则是由一种
或多种单体，通过聚合反应形成的相对
分子质量很大的化合物。由于高分子化
合物的相对分子质量存在多分散性，故
通常用以数量或质量为基础的平均相对
分子质量表示。
上页 下页
材料科学基础第三章高分子材料的 结构
二、高分子材料的合成 ●高分子化合物的合成是指把低分子 化合物聚合起来形成高分子化合物的 过程。其所进行的反应称为聚合反应。
N—
元素有机材高料聚科学物基础第结三构章—高O分子—材料S的i—O—Si—O—
第二节 高分子链的结构及构象
●高分子结构的层次
结构单元化学组成 结构单元键接方式
近程结构 结构单元空间立构
支化与交联
高分子链结构
结构单元键接序列
高 聚
远程结构
高分子链尺寸 高分子链的形态
物 结 构 高分子聚集态结构
聚合物非晶态结构 聚合物晶态结构 高分子液晶结构 聚合物取向结构
聚合物多向结构 材料科学基础第三章高分子材料的 结构
●高分子链结构单元化学组成
碳链高分子：—C —C —C —C —C— 杂链高分子：—C —C —O —C —C— 元素有机高分子：—O —Si—O—Si —O—
●高分子链结构链接方式
头—尾连接 头—头连接 尾—尾连接
●高分子链结构单元空间构型
上页 下页 材料科学基础第三章高分子材料的 结构