材料学概论4-高分子材料.pdf

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高分子材料生产技术（加工）发展趋势
研究在加工工程中材料结构的演变，通过反应性 加工实现预期的材料结构；
与辐照、力化学、电磁振荡等物理技术结合，建 立高效、清洁的聚合物加工新方法；
聚合物纳米材料的制备和加工新技术；
加工过程中定量化，计算机模拟、工程优化、结 构预测的研究；
加工过程和材料结构变化的在线检测，可视化研 究；
废弃高分子材料回收利用技术等。
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高分子材料环境要求方面
绿色化技术：制备易于解聚、降解、可循环再生 利用的高分子材料。
发展热塑性、无毒高分子材料：采用物理交联替 代化学交联，改善材料的热塑性、加工流变性， 为材料使用后的回收加工创造条件。
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4.2聚合物的结构与性能
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4.1.3聚合物的分类
①按大分子主链结构分类：
碳链、杂链和元素有机高分子
举例—O)n
元素有机高分子
CH3 (Si—O)n CH3
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4.1.3聚合物的分类
②按聚合物的热行为分类： 热塑性聚合物、热固性聚合物 ③按性能和用途分类： 橡胶、纤维、塑料、粘合剂、涂料、
4.2.1 高分子的结构
高分子的结构：包括高分子链的结构和聚集态结 构这两方面。
高分子链的结构：分子链的近程结构和远程结构， 近程结构主要指高分子链的化学结构，远程结构 主要是指高分子链的构象、形态和分子量。
聚集态结构：大分子之间的几何排列。
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大分子链的近程结构
（1）大分子链的化学组成 按照主链的化学组成，可分为碳链大分子、 杂链大分子、元素有机大分子等。 （2）结构单元的连接方式
功能高分子
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4.1.4聚合反应
加成聚合：
nM
（M）n
缩合聚合反应：
nMN+nPQ （MP）n+nNQ
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4.1.5 高分子材料的成型加工
高分子材料的成型加工是将高分子材料 转变成所需形状和性质的实用材料或制 品的工程技术。
通常是使固体状态（粉状或粒状）、糊 状或溶液状态的高分子化合物熔融或变 形，经过模具形成所需的形状，并保持 其已经取得的形状，最终得到制品的工 艺过程。
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，则往往在单体 名称后面加上“树脂”二字来命名。
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4.1.2聚合物材料的命名
聚合物的结构特征来命名，它是以该类
材料中所有品种所共有的特征化学单元
为基础的。如聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、
聚砜等。
—NHCO—
—COO—
许多合成橡胶是由两种或两种以上单体
[CH2—CH]n R
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大分子链的近程结构
（3）结构单元的空间排列方式 ①几何异构
CH==CH CH2
CH2
CH2
顺式
CH2
CH==CH
CH CH2 CH CH2
反式
CH2 CH CH2 CH
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大分子链的近程结构
②旋光异构
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大分子链的近程结构
聚合的共聚物，常从共聚单体中各取一
字，后附“橡胶”二字来命名。
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4.1.2聚合物材料的命名
②商品名称或专利商标名称是由材 料制造商命名的，突出所指的是商 品或品种。
③习惯名称是沿用已久的习惯叫法。 如聚酰胺类的习惯名称为尼龙，聚 对苯二甲酸乙醇酯的习惯名称为涤 纶等。
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4.1.6高分子材料的的发展趋势
高分子材料工业：高分子化工工业、 高分子加工工业。
高分子化工工业占石油化工工业的比 重：60%~70%
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高分子材料科学发展趋势
高性能化：要求材料的机械性能和耐热性、耐久 性、耐腐蚀性能进一步提高。 高功能化：各种功能高分子的开发、研究，已经 取得了很大的进展。 复合化：聚合物基复合材料。 精细化：电子信息技术要求所用的原材料及的加 工技术，向高纯、精细、功能化方向发展。 智能化：智能材料是使材料本身带有生物所具有 的高级功能。
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高分子材料生产技术(合成)发展趋势
综合利用原料，节省资源、能源，降低污染； 强化生产，简化工艺，实现连续化、自动化和 最佳化； 降低成本，提高产品质量。 高分子合成已开始进入分子设计阶段，即根据 高分子的性能要求，研究聚合原理，选择合适 的原料，对传统聚合方法进行改进，研究新的 合成方法，探索合成工艺条件，合成出预定结 构的聚合物。
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4.1.1聚合物材料的基本概念
聚合物的分子量：M=n·M0 低分子化合物分子量：<500 高分子化合物分子量：> 104 聚合物分子量：104 ~106
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4.1.2聚合物材料的命名
①化学名称根据大分子链的化学结构而 确定的。
以单体或假想单体名称为基础，前面冠 以“聚”字，就成为聚合物名称。
构象是由分子内部热运动而产生的，是一 种物理结构。
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大分子链的远程结构
（3）大分子链的柔顺性 由于分子的内旋转，在自然状态下，大分
子链以卷曲状态存在，这时相应的构象数 最多。
在外力作用下，大分子链可以伸展开来， 构象数减少，当外力除去后，大分子链又 回复到原来的卷曲状态，这就是大分子链 的柔顺性。
4. 高分子材料
材料与化学学院
4.1 概述
4.1.1聚合物材料的基本概念
聚合物：也称高分子，是由成百上千个原 子组成的大分子构成的。
大分子是由一种或多种小分子通过主价键 一个接一个地连接而成的链状或网状分子。
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4.1.1聚合物材料的基本概念
高分子化合物的分子式： A—M—M······M—B 高分子的通式： [M]n [M]：结构单元或重复单元，又称为链节。 n：聚合度（常以DP表示）。
（4）大分子链骨架的几何形状
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大分子链的远程结构
（1）分子内旋转
C－C，C－N， C－O，Si－O σ 电子组成的σ键 同σ键连接的两个原子可以 相对旋转
大分子的内旋转
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大分子链的远程结构
（2）构象 在分子内旋转作用下，大分子链具有很大
的柔曲性，可采取各种可能的形态，每种 形态所对应原子及链的空间排列称为构象。