高分子部分-1

1、材料科学与工程基础,FUNDAMENTALS OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING,目录,高分子材料的结构、性能和制备,物质结构基础,绪论,金属材料的结构、性能和制备,无机非金属材料的结构、性能和制备,复合材料的结构、性能和制备,1 高分子材料的组成和结构 2 高分子材料的性能特征 3 高分子材料的制备,高分子材料的结构、性能和制备,1 高分子材料的组成和结构,1 高分子材料的组成和结构,1 高分子材料的组成和结构,1.1高分子材料组成和结构的基本特征,（1）分子量大和分子量分布,（2）高分子链多种形态,（3） 分子间力：范德华力，部分化学键， 分子内共价键

2、,（4） 组成与结构的多层次性,1 高分子材料的组成和结构,1.2 高分子链结构,1.2.1 大分子链的组成,组成元素,有机 C N O 无机 Si P S 元素有机 As Se,大分子链的类型,碳链高分子：碳原子以共价键相连接。PE、PP等。,杂链高分子：C、O、N、S等，主链由两种或多种原子构成。POM、PC等,元素有机高分子：主链不含碳原子，由Si、B、P等元素 和O元素组成，侧链上含有有机取代基团。,无机高分子：主链既不含碳原子，也不含有机取代基，纯粹由其他元素构成。,梯形和螺旋高分子：高分子的主链不是一条单链，而是像“梯子”和“双股螺旋”结构的高分子。,1 高分子材料的组成和结构,1

3、.2.2 结构单元及键接方式和键接序列,1 高分子材料的组成和结构,单体分子结构完全对称，键接方式只有一种。PE等。,单体分子结构不对称，键接方式有三种： 头-头，头-尾，尾-尾。,均聚物,共聚物,无规共聚,交替共聚,嵌段共聚,接枝共聚,两种结构单元按一定比例无规则地交替键 接形成高分子链。,两种结构单元有规则地交替键接形成高分子链。,具有一定长度的两种均聚链段彼此无规则的键接成高分子链。,两种结构单元分别构成主链和支链，形成支链高分子。,ABS,Acrylonitrile-Butadiene-Styrene,-CH2-CH=CH-CH2-,Chemical resistance, high

4、tensile strength and hardness,Rubberlike elasticity. High impact resistance,Good formability,Styrene-Butadiene-Styrene,-CH2-CH=CH-CH2-,Hard,Hard,Soft,SBS,Application of SBS,SBS,Poly(styrene-butadiene-styrene), or SBS, is a hard rubber, which is used for things like the soles of shoes, tire treads, a

5、nd other places where durability is important.,1 高分子材料的组成和结构,1.2.3 空间立体构型,全同立构 高分子链上每一个不对称碳原子都具有相同构型，或d构型，或l构型。如果把高分子 主链拉成平面锯齿形，则取代基排 布于主链平面的同侧。,间同立构 高分子链上相邻的不对称碳原子交替出现d和l构型，取代基配交替排布于高 分子主链平面的两侧。,无规立构 高分子链上每一个不对称碳原子的构型是无规分布的，取代基R无规排布于高 分子主链平面的两侧。,1 高分子材料的组成和结构,1.2.3 支化和交联,线型聚合物,支化聚合物,交联聚合物,网状聚合物,整个分

6、子犹如一根线型长链，可能比较舒展，也可能卷曲成团。,高分子链上带有一些长短不一的支链的高分子。,通过支链或化学键相接所形成的三维网状结构的大分子。,相邻的高分子链通过化学键链接起来。,Ultra-high molecular weight polyethylene UHMWPE 超高分子量聚乙烯,Hip and knee total joint replacements are shown as illustrations on this skeleton.,高分子量 103-107 多分散性,1 高分子材料的组成和结构,1.3 高分子链的分子量与分子量分布,1.3.1高分子分子量的特征,1

7、高分子材料的组成和结构,1.3.2 高分子材料的平均分子量,测试手段：GPC,1 高分子材料的组成和结构,数均分子量,重均分子量,粘均分子量,Z均分子量,数均聚合度,重均聚合度,下图是聚氯乙烯的分子量分布图。计算：1）数均分子量；2）数均聚合度；3）重均分子量,1 高分子材料的组成和结构,例题,Solution: a),b),(1) PVC单体单元的分子量,(2) 数均聚合度,c),重均分子量,1.3.3 高分子链的分子量分布,多分散系数,支化 d2530（PE） 线型 d 1.031.05,1 高分子材料的组成和结构,1.4 高分子链的聚集态结构,1 高分子材料的组成和结构,1.4.1 非晶

8、态结构,（1）无规线团模型（Flory，1949） 非晶固体中每一根高分子链都采取无规线团构象 各大分子链间可以相互贯通，可以相互缠结， 但不存在局部有序，整个非晶固体是均相的 （2）非晶结构局部有序折叠链缨状胶粒模型 非晶态聚合物中存在一定程度的局部有序； 两相：粒子相、粒间相,1.4.2 晶态结构,晶胞,聚合物晶胞由一个或若干个高分子链的链段构成， 不能形成立方晶系。,结晶链的构象,长程有序排列。构象主要有平面锯齿、螺旋形构象、 伸直链构象、滑移面构象等。,高分子链的堆砌,缨状胶束模型和折叠链模型,缨状胶束模型,存在许多胶束和胶束间区域，前者为结晶区， 后者为非结晶区。,折叠链模型,大分子

9、链以折叠的形式堆砌起来。,插线板模型,上述两种模型的融合。,1 高分子材料的组成和结构,1.4.2 晶态结构,结晶模型,樱状胶束模型,折叠链模型,结晶形态,1 高分子材料的组成和结构,单晶 物质内部的短程有序性和长程有序性贯穿 整个晶体，最完整的一种晶体结构。多从线型高分 子的稀溶液中培养得到。,多晶 由许多个取向不同的晶粒组成，不具有多面体的规则外形。多从线型高分子的浓溶液和熔体中 培养得到。,球晶 具有球形界面、内部组织复杂的多晶体，由 扭曲的晶片构成。以核为起点，球形对称地长起来。,串晶：具有伸直链结构的中心轴 周围间隔地生长着由折叠链构成的片晶,1 高分子材料的组成和结构,聚合物晶体的特点,1） 绝大多数情况下高分子链以链段排入晶胞中。,2） 聚合物只能部分结晶，产生许多畸变。结晶度。,3） 熔点不完全确定，结晶速率较慢（除PE）。,4） 聚合物晶体形态多样。,1 高分子材料的组成和结构,1 高分子材料的组成和结构,