工程材料学第8章 高分子材料

(3) 体型(网型或交联型) 体型(网型或交联型) 分子链在线型或支链型分子链之间, 分子链在线型或支链型分子链之间, 沿横向通 过链节以共价键连接起来, 形成的三维(空间) 过链节以共价键连接起来, 形成的三维(空间)网 状大分子。 状大分子。
大分子链的形态
3、大分子链的构象 、
高聚物最大的特点是弹性极好。 高聚物最大的特点是弹性极好。 原因：分子链非常长， 原因：分子链非常长，很容易任意卷曲 成无规线团；分子链的键可自由旋转； 成无规线团；分子链的键可自由旋转； 单键的内旋： 单键的 内旋：每一个单键可以围绕其相 内旋 邻单键按一定角度进行旋转。 邻单键按一定角度进行旋转。大部分高 聚物如聚乙烯、聚丙烯、 聚物如聚乙烯、聚丙烯 、等的主链完全 单键组成。 由 C-C单键组成 。 每个单键都有一定的 单键组成 键长和键角， 键长和键角 ，并且能在保持键长和键角 不变的情况下任意旋转。 不变的情况下任意旋转 。这就是单键的 内旋。 内旋。
Hale Waihona Puke 第一节 高分子材料概述高分子物质分天然和人工合成两大类。 高分子物质分天然和人工合成两大类。 天然高分子物质有:蚕丝、羊毛、纤维素、 天然高分子物质有:蚕丝、羊毛、纤维素、橡胶以及存 在于生物组织中的淀粉、蛋白质等。 在于生物组织中的淀粉、蛋白质等。 工程上的高分子物质： 工程上的高分子物质：主要是人工合成的各种有机材 塑料、合成纤维、涂料、胶粘剂等。 料，塑料、合成纤维、涂料、胶粘剂等。
2.单体 2.单体
能组成高分子化合物的低分子化合物叫做单体， 能组成高分子化合物的低分子化合物叫做单体，高分子 化合物的分子量虽很高，但化学组成并不复杂。 化合物的分子量虽很高，但化学组成并不复杂。它的每个 分子都是由一种或几种较简单的低分子一个个连接起来而 组成的。 组成的。
3.链节： 链节：
大分子链：高分子化合物的分子很大，主要呈长链形， 大分子链 ： 高分子化合物的分子很大 ， 主要呈长链形 ， 因此常称大分子链或分子链。 因此常称大分子链或分子链。 链节： 组成大分子链的这种特定结构单元叫做链节。 链节 ： 组成大分子链的这种特定结构单元叫做链节 。 大分子链极长，长度可达几千埃以上， 大分子链极长，长度可达几千埃以上，而截面一般只有几 是由许许多多结构相同的基本单元重复连接构成的。 埃，是由许许多多结构相同的基本单元重复连接构成的。
（3）采用商品名称和代表符号
有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯） 有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）、 电木(酚醛塑料) 电木(酚醛塑料)、 电玉(脲醛塑料) 电玉(脲醛塑料)、 涤纶(或的确良、聚酯纤维) 涤纶(或的确良、聚酯纤维)、 晴纶(或人造羊毛、聚丙烯纤维） 晴纶(或人造羊毛、聚丙烯纤维）、 维纶（或维尼龙、聚乙烯醇纤维）、 维纶（或维尼龙、聚乙烯醇纤维） 锦纶（或尼龙、聚酰胺纤维） 锦纶（或尼龙、聚酰胺纤维）， 丙纶（聚丙烯） 氯纶(聚氯乙烯) 丙纶（聚丙烯）、氯纶(聚氯乙烯)等。
第八章 高分子材料
内容提要： 内容提要：
本章介绍高分子材料的结构与性能。 本章介绍高分子材料的结构与性能。常用材料的结构特 性能特点及其应用领域和制品等。 征、性能特点及其应用领域和制品等。
学习目标
熟悉常用工程塑料的特性、应用及制品。 熟悉常用工程塑料的特性、应用及制品。 了解合成纤维、橡胶和胶粘剂的性能特点和用途。 了解合成纤维、橡胶和胶粘剂的性能特点和用途。 了解高分子材料的结构与性能。 了解高分子材料的结构与性能。
虽然各个国家或厂家称呼不统一，但是应用却极广。 虽然各个国家或厂家称呼不统一，但是应用却极广。 不少聚合物常用其英文名称的第一个字母表达。例如PS代表聚苯乙烯，PVC代表 不少聚合物常用其英文名称的第一个字母表达。例如PS代表聚苯乙烯，PVC代表 PS代表聚苯乙烯 聚氯乙烯，EVA代表聚乙烯等。 聚氯乙烯，EVA代表聚乙烯等。 代表聚乙烯等
1. 加聚反应
指一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应。 指一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应 。 其 生成物叫加聚物。因反应没有副产物， 生成物叫加聚物 。 因反应没有副产物 ， 加聚物具有向其单体相 同的成分。加聚反应的单体必须具有不饱和键， 同的成分 。 加聚反应的单体必须具有不饱和键 ， 并能形成两个 或两个以上的新键，以便在加热、光照或化学引发剂的作用下， 或两个以上的新键 ， 以便在加热 、 光照或化学引发剂的作用下 ， 打开不饱和键，成两个或两个以上的新键， 打开不饱和键 ， 成两个或两个以上的新键 ， 使单体通过单键一 个一个地连接起来，成为一条很长的大分子链。 个一个地连接起来 ， 成为一条很长的大分子链 。 如果形成的新 键只有一个，则单体不能加聚成高聚物，而只能成二聚物， 键只有一个 ， 则单体不能加聚成高聚物 ， 而只能成二聚物 ， 或 者低聚物。 者低聚物。
C-C单键的内旋示意 图 单键的内旋示意 单键的内旋
大分子链的构象： 大分子链的构象：由于单键内旋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， 置所构成的分子链的各种形象，即称为大分子链的构象。
4．大分子链的柔顺性
大分子能由构象变化获得不同卷曲程度的特性即为大分子 链的柔顺性。 链的柔顺性。
单链为纯C-C键时，内旋完全自由，大分子链的柔顺件最好，但实际上 单链为纯C 键时，内旋完全自由，大分子链的柔顺件最好， 键上总带有其它的原子或基团。 C-C 键上总带有其它的原子或基团 。 在相邻链节中这类非直接键合的原 于或基团之间，存在有一定的近程相互作用，使内旋受到阻碍， 于或基团之间，存在有一定的近程相互作用，使内旋受到阻碍，所以实 际的内旋都是受阻内旋。受阻程度越大，可能有的构象数越小， 际的内旋都是受阻内旋。受阻程度越大，可能有的构象数越小，则分子 键的柔顺性越低。 键的柔顺性越低。
2．缩聚反应
缩聚反应是指一种或多种单体相互混合而连接成聚合物， 缩聚反应是指一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同 时析出（缩去）某种低分子物质(如水、 卤化氢等) 时析出 （ 缩去 ） 某种低分子物质 ( 如水 、 氨 、 醇 、 卤化氢等 )的 反应。所生成的聚合物叫缩聚物，其成分和单体不同。 反应 。 所生成的聚合物叫缩聚物 ， 其成分和单体不同 。 缩聚反 应比加聚反应复杂得多。 应比加聚反应复杂得多。
高分子的聚集态 结构
高分子材料的聚集状态有三种： 高分子材料的聚集状态有三种： ●晶态：分子链在空间规则排列。 晶态：分子链在空间规则排列。 ●部分晶态：分子链在空间部分规则排列。 部分晶态：分子链在空间部分规则排列。 ●非晶态：分子链在空间无规则排列，亦称玻璃态。 非晶态：分子链在空间无规则排列，亦称玻璃态。 通常线型聚合物在一定条件下可以形成晶态或部分晶态。 通常线型聚合物在一定条件下可以形成晶态或部分晶态。 体型聚合物为非晶态(或玻璃态 。 体型聚合物为非晶态 或玻璃态)。 或玻璃态 获得完全晶态的聚合物很困难，大多数聚合物都是部分晶态或完全非晶态。 获得完全晶态的聚合物很困难，大多数聚合物都是部分晶态或完全非晶态。
二、高分子材料的合成 高分了化合物的合成， 高分了化合物的合成，就是把低分子化合 物(单体)聚合起来形成高分子化合物的过程。 单体)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。所以， 其所进行的反应称为聚合反应。所以，高分子 化合物也叫做聚合物或者高聚物。最常用的聚 化合物也叫做聚合物或者高聚物。 合反应有加成聚合反应(简称加聚反应) 合反应有加成聚合反应(简称加聚反应)和缩合 加聚反应 聚合反应(简称缩聚反应)两种。 缩聚反应 聚合反应(简称缩聚反应)两种。
4.聚合度 4.聚合度
大分子链中链节的重复次数即叫做聚合度。 大分子链中链节的重复次数即叫做聚合度。 高分子化合物的大 分链由大量链节连成。所以，一个大分子链的分子量 ， 分链由大量链节连成。所以，一个大分子链的分子量M，是它的 链节的分子量m和聚合度 的乘积 链节的分子量 和聚合度n的乘积，即M=n×m。聚合度反映了大 和聚合度 的乘积， × 。 分子链的长短和分子量的大小。 分子链的长短和分子量的大小。
三 聚合物的命名
国际上曾提出过聚合物的命名方法，但至今并未被广泛地采用。 国际上曾提出过聚合物的命名方法，但至今并未被广泛地采用。现在流 行着各种各样的命名方法，比较惯用的有以下几种： 行着各种各样的命名方法，比较惯用的有以下几种： (1).根据聚合物的化学结构命名 根据聚合物的化学结构命名 以聚合物链节的化学组成和结构来命名。 以聚合物链节的化学组成和结构来命名。 (2)根据聚合物的原料单体命名 以合成聚合物的低分子原料单体为基础来命名。对于加聚类聚合物，在 以合成聚合物的低分子原料单体为基础来命名。对于加聚类聚合物， 其链节所含单体前加一“ 其链节所含单体前加一“聚”字来取名， 字来取名， 例如，聚对苯二甲酸乙二醇、聚苯乙烯、聚甲醛等。 例如，聚对苯二甲酸乙二醇、聚苯乙烯、聚甲醛等。对于缩聚类以及某 些共聚类聚合物，在其低分子原料之后习惯加“树脂”二字命名。例如， 些共聚类聚合物，在其低分子原料之后习惯加“树脂”二字命名。例如， 酚类和酸类的聚合物称酚醛树脂。 酚类和酸类的聚合物称酚醛树脂。
5.多分散性
高分子化合物由大量大分子链组成，各个大分子链的链节数不相 高分子化合物由大量大分子链组成， 长短不一样，分子量不相等。 同．长短不一样，分子量不相等。高分子化合物中各个分子的分 子量不相等的现象叫做分子量的多分散性。 子量不相等的现象叫做分子量的多分散性。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。 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 机械性能的大分散度。 物的多分散性，决定了它的物理——机械性能的大分散度。 机械性能的大分散度
大分子链的结构
1. 大分子链的化学组成 主要是碳、 碳是形成大分子链的主要元素。 主要是碳、氢、氧，碳是形成大分子链的主要元素。 其他还有氮、 硫等元素。 其他还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等元素。 2. 大分子链的形态 大分子链有线型、支链型和体型(或网型)等三类。 大分子链有线型、支链型和体型(或网型)等三类。 (1) 线型分子链 各链节以共价链连接成线型长链分子， 各链节以共价链连接成线型长链分子，其直径小 纳米，而长度可达几百甚至几千纳米， 于1纳米，而长度可达几百甚至几千纳米，像一 根长线，呈卷曲状或线团状。 根长线，呈卷曲状或线团状。 (2) 支链型分子链 在主链的两侧以共价链连接相当数量的长短不一的 支链, 其形状有树枝形、梳形、线团形。 支链, 其形状有树枝形、梳形、线团形。