第二章 高分子材料的结构与性能
高分子材料的结构和性能研究
高分子材料的结构和性能研究高分子是由大量分子单元化合而成的材料，是众多材料之中使用最为广泛的一类材料，其中塑料是高分子材料中最常见和应用最广泛的一种。
随着科技的不断发展，人们对高分子材料的研究和应用也越来越深入，对高分子材料的结构和性能进行探究已成为重要的研究方向之一。
一、高分子材料的基本结构和组成高分子材料的基本结构是由大量简单分子单元通过共价键或离子键连接而成的长链分子。
这些长链分子可能包含数千上万个单元，其分子量也可达数百万至数千万不等。
除了长链分子，高分子材料中还可能存在支链分子、交错分子、网状分子等不同的形态。
高分子材料的组成不仅有单一的高分子，还可能由多种高分子组成的共混物或复合材料。
共混物由两种或以上的高分子混合而成，其组分可以均为同质高分子，也可以为不同种类的高分子。
而复合材料则是将高分子与其它材料混合而成，这些材料可以是同种的或不同种的。
复合材料的成分可以按照功能需求进行配比，形成满足不同使用需求的高性能材料。
二、高分子材料的性能及其研究方法高分子材料因其结构特点，在力学、光学、电学、化学、热学等方面表现出一系列独特的性能。
高分子材料的性能取决于分子结构、分子量、结晶度、形态结构、分子力学运动状态等因素。
其中，热性能、机械性能和流变性能等是高分子材料中最为重要和常见的性能。
研究高分子材料的性能需要运用多种方法和技术。
其中，常用的方法包括热分析、质谱分析、核磁共振、傅里叶变换红外光谱、拉伸测试、动态力学分析、热重分析等。
这些方法可以实现对高分子材料的性能进行定量描述，并能够揭示高分子材料的制备过程中的关键因素和作用机理。
三、高分子材料的应用及其发展趋势高分子材料由于其独特的性能和广泛的应用领域，成为了现代工业中不可或缺的材料之一。
塑料制品、纤维、色素、润滑剂、胶粘剂、电线电缆、医疗器械等领域均有广泛应用。
而在新能源、新兴材料、高效催化剂、生物医学领域等新兴领域，高分子材料也取得了许多创新和突破性的进展。
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。
高分子材料的结构与性能研究
高分子材料的结构与性能研究高分子材料是一类重要的材料，具有广泛的应用前景。
在材料科学领域，研究高分子材料的结构与性能是一项重要的课题。
本文将从分子结构、物理性质和应用等方面探讨高分子材料的结构与性能研究。
一、分子结构对高分子材料性能的影响高分子材料的性能与其分子结构密切相关。
分子结构的不同可以导致高分子材料的物理性质和化学性质的差异。
例如，聚合度的不同会影响高分子材料的力学性能和热稳定性。
聚合度较高的高分子材料通常具有较高的强度和较好的耐热性能。
此外，分子结构中的官能团对高分子材料的性能也有重要影响。
不同的官能团可以赋予高分子材料不同的化学性质，例如亲水性、亲油性等。
因此，通过调控分子结构，可以实现对高分子材料性能的调控和优化。
二、高分子材料的物理性质研究高分子材料的物理性质是指其在外界作用下所表现出的性质。
物理性质的研究可以帮助我们了解高分子材料的力学性能、热学性能、光学性能等。
例如，通过拉伸实验可以获得高分子材料的强度、韧性等力学性能指标。
热学性能的研究可以通过热重分析、差示扫描量热法等手段来获得高分子材料的热分解温度、玻璃化转变温度等信息。
光学性能的研究可以通过紫外可见光谱、荧光光谱等手段来获得高分子材料的吸收光谱、发射光谱等信息。
通过对高分子材料的物理性质进行研究，可以深入了解其性能表现和应用潜力。
三、高分子材料的应用研究高分子材料具有广泛的应用前景，涉及到诸多领域。
在材料科学领域，高分子材料被广泛应用于塑料、橡胶、纤维等材料的制备。
通过对高分子材料的结构和性能进行研究，可以开发出具有优异性能的高分子材料，满足不同领域的需求。
在生物医学领域，高分子材料被用于制备生物医用材料，如人工血管、人工关节等。
通过对高分子材料的生物相容性和药物控释性能进行研究，可以开发出安全有效的生物医用材料。
此外，高分子材料还被广泛应用于能源领域、环境保护领域等。
通过对高分子材料的结构与性能的研究，可以为这些领域的发展提供重要的支撑。
高分子材料的结构与性能关系研究
高分子材料的结构与性能关系研究概述：高分子材料是一种由大量分子重复单元构成的化合物，具有广泛的应用领域，如塑料、橡胶、纺织品等。
高分子材料的性能取决于其分子结构，在不同的结构下，材料会表现出不同的性能特点。
因此，研究高分子材料的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意义。
1. 结构与力学性能关系：高分子材料的力学性能是评价其结构性能的重要指标之一。
首先，聚合度是影响高分子材料力学性能的关键因素之一。
聚合度越高，分子量越大，材料的强度和韧性越高。
此外，分子排列的有序程度也会影响力学性能。
例如，在晶体结构较好的材料中，分子平均排列有序，具有较高的强度和硬度。
2. 结构与热学性能关系：高分子材料的热学性能对于其在高温环境下的应用具有重要意义。
分子间键的类型和键强度对热学性能产生影响。
比如，共价键相比于非共价键，更加稳定，在高温环境下表现出较好的稳定性。
此外，分子链的支化程度也会影响材料的热学性能。
支化链的存在会导致分子间的排列松散，使得材料的热传导性能下降。
3. 结构与光学性能关系：高分子材料的光学性能是其在光电子领域应用的关键考虑因素之一。
结构和分子排列对光学性能产生显著影响。
例如，高度有序排列的聚合物材料具有较高的折射率和透明度。
此外，染料分子在高分子材料中的添加也会影响光学性能。
不同种类的染料分子可以通过吸收、散射和发光等过程来调控材料的光学性能。
4. 结构与电学性能关系：高分子材料的电学性能对于其在电子器件领域的应用具有重要意义。
分子链的导电性是影响高分子材料电学性能的关键因素之一。
共轭的分子结构通常具有较好的导电性能，可用于制备导电高分子材料。
此外，材料中的杂质或添加剂也会对电学性能产生影响。
例如，掺杂导电高分子材料可以通过添加导电填料或进行化学掺杂来增强导电性能。
结论：高分子材料的结构与性能之间存在着紧密的关联。
优化高分子材料的结构可以显著改善其力学性能、热学性能、光学性能和电学性能。
材料化学第2章高分子材料的结构
X
CH2
C n
H
有不对称碳原子，所以有旋光异构。
注：对高分子来说，关心不是具体构型（左旋或 右旋），而是构型在分子链中的异同，即：
全同（等规）、间同或无规。
34
c
aC b
高分子链上有 取代基的碳原子 可以看成是不对
d
R RR R R
称碳原子
HHHH
将锯齿形碳链 H 排在一个平面上，
RH
RH
取代基在空间有 不同的排列方式。
以大分子链中的重复单元数目表示，记作 DP
注：重复单元与结构单元的异同：
5
(1) 由一种结构单元组成的高分子
一个高分子如果是由一种单体聚合而成，其重复单 元与结构单元相同。
例如：聚苯乙烯
n CH2 CH 聚合
CH2-CH-CH2-CH-CH2-CH
缩写成
CH2 CH n
n 表示重复单元数，也称为链节数, 在此等于聚合度
(6) 单体单元（monomer unit）: 与单体的化学组成完全相同只是化学结构不同的 结构单元。
4
(7) 聚合度(degree of polymerization): 聚合物分子中，结构单元的数目叫聚合度。 聚合度是衡量高分子大小的一个指标。
有两种表示法：
以大分子链中的结构单元数目表示，记作 xn
2.6 高分子材料的结构
前言 一、定义
1. 高分子化合物 是指分子量很高并由共价键连接的一类化合物 . 又称：高分子化合物、大分子化合物、高分子、
大分子、高聚物、聚合物 Macromolecules, High Polymer, Polymer
分子量：一般高达几万、几十万，甚至上百万， 范围在104～106
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。
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。
化学中的高分子结构与性能
化学中的高分子结构与性能高分子是由大分子结构单元组成的材料，具有重量轻、强度高、化学稳定性强等特点，在各种领域得到了广泛应用。
高分子材料的性能取决于其结构和组成，下面将着重介绍高分子结构与性能之间的关系。
1. 高分子的结构高分子结构是指由大分子结构单元构成的分子链或网络结构。
大分子结构单元可以是单体，也可以是多个单体合成而成的共聚物或共价交联聚合物。
高分子材料的结构可以从分子量、分子形态和分子排列等方面来描述。
1.1 分子量分子量是高分子结构的一个重要参数。
分子量越大，高分子材料的物理力学性能越好。
例如，聚合物的拉伸强度是与分子量的平方根成正比的。
高分子材料的流动性和热性能也与分子量有关。
一般来说，分子量大的高分子材料的流动性较差，热稳定性和耐用度较高。
1.2 分子形态高分子的形态可以分为线性、支化、交联和网状等。
线性聚合物是由线性链段组成的，具有较大的分子量和晶化度。
支化聚合物的分子链上存在支链，分子量较小，但具有较好的物理力学性能。
交联聚合物是由多个不同的线性链连接而成的，形成了一个固定的空间结构，具有良好的横向性能和高耐热性能。
网状聚合物是交联聚合物的一种，其分子链形成了一个3D网络，具有较高的耐用性和化学稳定性。
1.3 分子排列高分子材料中，聚合物链的排列顺序对材料的性能有一定影响。
在共聚物中，单体的交替共聚会使聚合物链的排列成为均匀的随机顺序。
而若是聚合物链排列成为有序体系，则性能也会有所改变。
例如，具有一定结晶度的聚丙烯材料具有优异的强度和硬度性能。
而聚丙烯被设计为无法结晶是为了提高材料的柔韧性和针对特定应用的物化性质。
2. 高分子的性能高分子材料具有许多优秀的性能，如重量轻、耐用、良好的热稳定性和化学稳定性，以及良好的物理力学性能。
这与高分子的结构密切相关。
2.1 重量轻由于高分子材料具有大分子量，因此具有比相同体积的金属或陶瓷材料更轻的重量。
由于其重量轻，高分子材料在制备各种产品时可以提供更高的兼容性和易操作性。
新型高分子材料第二章——高性能高分子PPT课件
2. 热性能
PPS分子的刚性高及规整排列，使其成为结晶性聚合物， 最高结晶度达65%，结晶温度为127℃，Tm为280～290℃， 在空气中的开始分解温度为430～460℃，热稳定性远远优于 PA、PBT、POM及PTFE等工程塑料。经与GF复合增强后， HDT可达260℃，长期使用温度为220～240℃，在热塑性塑 料中是最高的。
全同立构PS（IPS），结晶， 熔点240 ℃
间同立构PS（SPS） ，熔 点270 ℃，
无规立构PS（aPS），无定 形，透明
提高分子的等规度，提高Tg 和Tm
7
分子间氢键
交联
增加分子间的相互作用，提高Tg
8
纤
聚甲醛
维
增
尼龙6
强
尼龙66
对
酚醛树脂
热
聚碳酸酯
变
芳香聚酯
形
温
聚醚醚酮
度
聚苯硫醚
的
聚砜
14
2.2.1 聚苯硫醚
聚苯硫醚（PPS）为对二氯苯和硫化钠为原料制备的，目 前被认为耐热性最佳的聚合物之一。
nNa2S + n Cl
Cl NMP 加热加压
S
+ 2nNaCl
n
PPS为第六大工程塑料和第一大特种工程塑料，属热塑性 结晶树脂。其Tm高达280~290℃，Td＞400℃，与无机填料、 增强纤维以及其它高分子材料复合，可制得各种PPS工程塑 料及合金。
有极好的刚性和强度，其拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹 性模量均列在工程塑料前列。PPS树脂通过纤维增强后， 刚性进一步提高。
良好的抗蠕变性，在高温下的强度保持率远远高于PBT、 PES、PC及其它工程塑料，适宜制作螺丝等紧固件，可解 决因塑料松弛而引起的紧固力下降这一缺点。
《药用高分子材料》教案
《药用高分子材料》教案
050923专用
主讲教师：王旭湖州师范学院生命科学学院化学系
二OO七年九月~二OO八年一月
《》课程说明
一、课程教学目标与要求
药用高分子材料学是将药物制剂学与高分子化学、物理、材料学的有关内容相结合，为适应药剂学发展需要而设置的一门课程。
本教材对药用高分子材料的研究、发展做了系统的介绍，简述了药用高分子材料的理论基础及其在药物制剂中的应用原理，对药用天然高分子及其衍生物、药用合成高分子、高分子药物进行了举例说明，并且在本书最后对药品包装与贮运材料进行了阐述。
本课程要求学生掌握高分子材料的基本理论和药物制剂中常用高分子材料的物理化学性质性能及用途，能够将高分子材料学的基础理论知识，在普通药物制剂、特别是在长效，控释及靶向制剂中应用，从而为药物新剂型的研究与开发奠定基础。
二、其它方面
1. 教学安排
36 学时
2. 考核形式
考查
3. 授课对象
2005级制药工程本科
4. 教学手段
多媒体。
5. 参考教材与参考书目
参考教材：姚日生主编《药用高分子材料》，1版，化学工业出版社，2003年。
参考书籍：郑俊民《药用高分子材料》中国医药科技出版社
陈健海《药用高分子材料与现代药剂》科学出版社
教案序号：01
课程名称：药用高分子材料。
焦剑高分子物理习题答案
焦剑高分子物理习题答案焦剑高分子物理习题答案高分子物理是材料科学中的一个重要分支，研究的是高分子材料的结构、性质和行为。
焦剑高分子物理习题是一本经典的教材，其中包含了大量的习题，可以帮助学生巩固和深入理解高分子物理的知识。
本文将为大家提供焦剑高分子物理习题的答案，希望能对学习者有所帮助。
第一章：高分子物理基础知识1. 什么是高分子物理？高分子物理是研究高分子材料的结构、性质和行为的科学，涉及到高分子材料的分子结构、热力学性质、力学性质、电学性质等方面。
2. 高分子材料的分子结构有哪些特点？高分子材料的分子结构具有长链、高分子量、重复单元等特点。
高分子材料由许多重复单元组成，形成长链状结构。
3. 高分子材料的热力学性质有哪些？高分子材料的热力学性质包括玻璃化转变温度、熔融温度、热膨胀系数等。
这些性质与高分子材料的分子结构和分子间相互作用有关。
4. 高分子材料的力学性质有哪些？高分子材料的力学性质包括弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。
这些性质与高分子材料的分子结构、分子间相互作用以及聚合度有关。
5. 高分子材料的电学性质有哪些？高分子材料的电学性质包括电导率、介电常数、电阻率等。
这些性质与高分子材料的分子结构、分子间相互作用以及电荷传输有关。
第二章：高分子材料的结构与性质1. 高分子材料的结晶性质与非晶性质有何区别？高分子材料的结晶性质是指高分子链在一定条件下形成有序排列的结晶区域，具有较高的熔融温度和机械性能；非晶性质是指高分子链无序排列的状态，具有较低的熔融温度和机械性能。
2. 高分子材料的玻璃化转变温度与熔融温度有何关系？高分子材料的玻璃化转变温度是指高分子链在低温下由玻璃态转变为橡胶态的温度，与高分子材料的分子结构和分子间相互作用有关；熔融温度是指高分子材料由固态转变为液态的温度，与高分子材料的分子结构和分子间相互作用以及分子量有关。
3. 高分子材料的热膨胀系数与温度有何关系？高分子材料的热膨胀系数是指高分子材料在温度变化下长度或体积的变化率，与温度呈正相关关系。
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。
高分子材料的结构与性能关系分析
高分子材料的结构与性能关系分析高分子材料是一类具有大分子结构的材料，其由许多重复单元组成，具有重要的应用价值。
高分子材料的结构与性能之间存在着密切的关系，不同的结构对材料的性能有着不同的影响。
本文将从分子结构、链结构和晶体结构三个方面来分析高分子材料的结构与性能关系。
一、分子结构对高分子材料性能的影响高分子材料的分子结构是指分子中各个原子之间的连接方式和排列方式。
分子结构的不同会直接影响材料的物理性质、力学性能和化学性能。
首先，分子结构的大小和形状对高分子材料的物理性质有着重要的影响。
例如，分子结构中的分支度和分子量大小会影响材料的熔点和玻璃化转变温度。
分支度越高，分子间的空间障碍越大，熔点和玻璃化转变温度就越高。
此外，分子结构的形状也会影响材料的物理性质。
例如，线性高分子材料的熔点通常较低，而具有弯曲结构的高分子材料则可能具有较高的熔点。
其次，分子结构对高分子材料的力学性能有着重要的影响。
高分子材料的力学性能主要包括强度、韧性和刚性等方面。
分子结构中的键的类型和键的数量会直接影响材料的强度。
例如，含有大量键的高分子材料通常具有较高的强度。
此外，分子结构中的交联度和晶化度也会影响材料的力学性能。
交联度越高，材料的韧性和刚性就越好。
晶化度越高，材料的强度和硬度就越高。
最后，分子结构对高分子材料的化学性能也有着重要的影响。
分子结构中的官能团和官能团的位置会决定材料的化学反应性和化学稳定性。
例如，含有氧原子的官能团会使材料具有较好的耐热性和耐候性。
而含有氯原子的官能团则会使材料具有较好的耐腐蚀性。
二、链结构对高分子材料性能的影响高分子材料的链结构是指高分子链的排列方式和连接方式。
链结构的不同会直接影响材料的物理性质、力学性能和热性能。
首先，链结构的排列方式对高分子材料的物理性质有着重要的影响。
例如，链结构中的晶体区域和非晶体区域会影响材料的透明度和光学性能。
晶体区域较多的高分子材料通常具有较好的透明度和光学性能。
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第三节 高分子材料的化学性能
1. 聚合物的化学反应
利用大分子上官能团进行反应－”材料的化学”：
合成、改性、接枝、交联等。
材料学和材料化学研究的一个重要内容。
2.高分子材料的老化
老化：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பைடு நூலகம்
（1）光氧化
例如：纸张长时间光照后 变黄变脆，失去强度。
基本物性：密度、比热容、折光指数、介电常数，由材料的基本 性能决定，结构不敏感参数。 结构敏感性能：导电性、介电损耗、塑性、脆性等，对材料的结 构缺陷十分敏感。
1、热性能
（1）热导率：热量扩散快慢的一种量度。
加热影响原子分子的振动幅度，该振动以一定的速率向对面扩散。
=CP(B)1/2L
CP 比热容， 密度，B 体积模量（本体模量，均匀压缩时） L 热振动的平均自由程＝原子或分子间距离
直接反射系数＝反射光强/入射光强＝R
（6）全反射
4. 渗透性
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外一侧， 这种现象称为渗透或渗析。
过程：溶解于膜中→膜中扩散→逸出薄膜 扩散的Fick第一定律： q＝－D(dc/dz)At Diffusion 稳态时，渗透速率J： J=q/(At)=D/L(C1-C2)=P(C1-C2)
（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～ 3×10-4K-1。大于金属和陶瓷。 随温度增高而增大，非线性变化。
2、 电性能
（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。 通常的聚合物是电阻很高的绝缘体，在 108～1016Ω.m。
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生活中的实例： 腈纶毛衣与皮肤的摩擦带电与放电现象。 塑料薄膜或气球手搓后带电。 梳头时静电。 实用：静电除尘 如何消除静电？ 提高表面导电性，即增加吸湿性能； 两亲性聚合物或表面活性剂处理－织物后整理。 电压与电流：导致人死亡的真正原因是电流。
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 分子运动的特点：多重性、松弛 链段
形 变
玻璃态
高弹态
粘流态
Tg
Tf
温度
第二节 高分子材料的物理性能
金属材料：λ∝电导率＝1/R，原子或晶格振动次要， 主要是电子的运动。 聚合物材料：λ≅0.3W.m-1.K-1，与实验值0.22接近。 靠分子间力结合，导热性较差。
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）结晶聚合物稍高
（3）非晶聚合物λ∝M，沿分子链传递比分子间容易
（4）加入增塑剂，λ↓ （5）取向，各向异性：沿取向方向大
例PVC拉伸300％时，轴向比横向大一倍
（6）微孔聚合物导热率极低，0.03左右 问题：有什么用？
（7）热导率随温度波动，～10％
（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1℃所吸收或放出的热量。 聚合物1～3kJ· -1·-1。大于金属和陶瓷材料。 kg k
（2）力降解
塑炼、破碎、挤出、磨碎等过程中，大分子断链，分子量下降。 分子量下降，分布变窄。如橡胶的塑炼。分子量大的对力的作用更敏感。 产生新的端基和极性基团。 溶解度改变。一般更容易溶解。 可塑性改变。如橡胶。 力结构化（交联）。一般是含有双键或α-次甲基等聚合物。RR’C=CH2 力化学流动。力降解形成分散体（交联网络片断）、流动、新状态下交联。 如马来酸聚酯、酚醛树脂、硫化橡胶等。
氧指数：<22，易燃 22～27，难燃材料，具自熄性
>27，高难燃材料，如PVC、PTFE
（3）阻燃
阻燃的基本原理： 吸收热量； 扑灭• OH自由基； 覆盖隔绝氧气。
阻燃剂： 含卤素、磷化合物，无机填料等 无机、有机阻燃剂
吸热效应：Al(OH)3、10水硼砂； 覆盖效应：磷酸酯类化合物，高温下生成稳定覆盖物；泡沫灭火； 稀释效应：磷酸铵、氯化铵、碳酸铵→CO2、NH3、HCl、H2O等； 转移效应：改变热分解模式，如氯化铵、磷酸铵等，抑制可燃气体产生； 抑制效应：含卤素化合物，捕捉• OH自由基；
作业3：
1、填空： （1）导电聚合物根据导电机理分为________和________两种， 前者包括聚乙炔、聚苯撑等，后者有碳黑填充聚乙烯等。 （2）聚合物的化学反应包括____、____、____、____等四种。 2、名词解释： 热导率、氧指数 3、简答： (1)什么叫高分子材料的老化？高分子老化的原因有哪些？ (2)什么是阻燃？阻燃的机理是怎样的？
（3）力化学合成
力裂解，生成大分子自由基。 聚合物-聚合物：合成接枝、嵌段共聚物。对聚合物共混非常重要，增容。 聚合物-单体：合成接枝、嵌段共聚物，如马来酸酐-天然橡胶，PVC-St等。 聚合物（单体）-填料：化学结合，如PP-磺化木质素共加工-薄膜材料； MMA-SiO2。
作业2：
（d）界面极化：电荷在非均匀介质界面聚集产生，慢：几分之一秒～几小时
（3）介电损耗 ������ 定义：在交变电场作用下，由于发热而消耗的能量，称为介电损耗。 在力学上，与损耗模量相对应。 产生原因： 杂质产生的漏导电流 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）
协同效应：Sb2O3，单独用效果不好，与卤素化合物共用效果好。
4. 力化学性能
定义：在机械力作用下所产生的化学变化。如在塑炼、挤出、破碎、 粉碎等过程中导致的化学变化过程。
（1）力化学过程
大分子在力的作用下键长、键角改变，在形变段上势能增加， 键能减弱，因而进行化学反应的活化能下降。 加速 力化学过程→化学过程、光化学过程、物理化学过程等。 例如：拉伸的橡胶易氧化；拉伸的铁丝易生锈。
q 透过量，A 面积，t 时间，D扩散系数，(dc/dz)浓度梯度
D/L＝P， 渗透系数（Permeability）
D：cm2/s
反渗透：低浓度侧加压，超过渗透压，则由低浓度到高浓度扩散。
在盐水端液面上施加的压力超过渗透压，水分子就会由盐水端向纯水端迁移。 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
多数纯的聚合物，不吸收可见光谱范围内（380－760nm）的辐射，无 生色团，透明；有结晶、杂质和疵痕、裂纹、填料时透明性下降或不透明。
（4）反射 Fresnel关系式 透过光强（无吸收）： T＝1－2R T＝(1－R)2
问题：计算PMMA（n＝1.5）和PS（n＝1.59）的最高透光率。
（5）光泽 材料表面平滑的一种量度，越平滑，越光泽；反射光的能力。
2011年10月10日，中南大学化工 学院实验楼火灾（化学物品存放 不当，操作台漏水引化学剂自燃）
（1）燃烧过程和机理
燃烧三要素：可燃物、空气和热源。 阻燃：材料着火后，其自身的燃烧热不足以使未燃 部分继续燃烧，即不能维持燃烧。 物质燃烧过程： ① 受热，氧化裂解出可燃气体；
② 可燃性气体和氧气混合达到燃点着火燃烧； ③ 燃烧放出的热回馈到物质本身，使物质再裂解。 如此循环反应，产生燃烧现象。
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：将UV转 变成可见或红外光，能量降低。
光屏蔽剂，如碳黑、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，使激发的聚合物消除能量。
（2）热氧化 热＋氧＋聚合物→氢过氧化物
解决方案：
•抗氧剂：仲芳胺、受阻酚、苯醌、叔胺和硫醇。 •热稳定剂：有机锡、金属皂类化合物等。
（3）化学侵蚀
如水解。例如：酸、碱洗液对实验服的腐蚀。 （4）生物侵蚀
虫蛀、发霉、细菌分解等。
不利：材料破坏，失效 有利：消除剩余材料
问题：如何辨证看待聚合物材料的老化？
3.高分子材料的燃烧特性
多数聚合物可燃，如PE、PS、PP、PMMA、EP、SBR、NR、 EPM等。
2010年11月15日上海 胶州路教师公寓大火
1、比较下列材料的热导率，并简单分析原因： （1）金属______聚合物，因为：________________________； （2）无定形二氧化硅______石英，因为：________________； （3）石墨______金刚石，因为：________________________； （4）聚合物______微孔聚合物，因为：__________________。 2、根据聚合物热导率变化的一般规律，用↑和↓表示热导率的变化趋势： 主价键结合____，次价键结合____；结晶聚合物比非晶聚合物____；非晶 聚合物的分子量越大____；沿分子链传递____，分子间传递____；加入增塑 剂____；如发生取向，则沿取向方向____；聚合物中产生大量微孔____。 3、计算PMMA（n＝1.5）和PS（n＝1.59）的最高透光率。 4、聚合物材料的透明性和结晶性之间是怎样的关系？什么情况下结晶的材 料透明？
(4) 介电强度 ������ 电击穿（击穿电压）：电场强度超过临界值时，电解质丧失其绝缘性能。 ������ 介电强度（击穿电场强度）：击穿电压/电解质厚度。 上限强度由共价键电离决定。 ������ 聚合物：1000MV/m。 ������ 热击穿：温度上升，击穿电压下降。 (5)静电现象 定义：两种物体接触和摩擦时，产生电荷转移，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。 如PAN，1500V的静电压－－非常麻烦的后果。