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,第一节高分子材料概述,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。,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。,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,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,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。,数均相对分子质量重均相对分子质量,平均相对分子质量：,上页,下页,小结,高分子材料的主要组分是有机高分子化合物。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。,下页,上页,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。,聚合反应,加聚反应：指由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应。,缩聚反应：单体指由一种或多种相互混合而连接成聚合物，同时析出某种低分子物质的反应。,下页,上页,三、高分子材料的分类,下页,下页,返回,第二节高分子链的结构及构象,高分子结构的层次,高分子链结构单元化学组成,高分子链结构链接方式,碳链高分子：CCCCC,杂链高分子：CCOCC,元素有机高分子：OSiOSiO,头尾连接,头头连接,尾尾连接,高分子链结构单元空间构型,合同立构,间同立构,无规立构,下页,上页,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。,下页,上页,高分子链的构象及柔顺性,构象由于绕CC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,聚合物晶态结构,缨壮胶束结构,折迭链结构,下页,返回,上页,下页,上页,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.,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：,（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。,下页,上页,返回,第四节高分子材料的性能与结构,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。,下页,上页,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。,下页,上页,高分子材料,热塑性材料热固性材料橡胶,热塑性材料：具有线型结构，故具有较好的弹性、塑性，易于加工成型和反复使用。,热固性材料：由于成型时线型分,下页,上页,橡胶：由于在成型分子链间形成了少量交联，因而具有较高的弹性。,子链间产生严重交联而形成了三维网状结构，因而具有较高的硬度和弹性模量，但弹性低，脆性大，材料不能进行塑性加工和反复使用。,下页,上页,三、改变高分子材料性能的途径1、改变结晶度。2、改变侧