高分子材料的结构特点和性能

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高分子材料的结构及其性能PPT(36张)

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态。 此时,只有比链段更小的结构单元如链节、侧基等能够运动。 受外力作用时,只能使主链的键长和键角有微小的改变,外力去除后形变能迅速回复,这 是一种普弹性状态。
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

高分子材料的特点

高分子材料的特点

高分子材料的特点
高分子材料是由长链分子构成的材料,具有以下特点:
1. 分子量大:高分子材料的分子量通常在千到百万级别。

由于分子量大,高分子材料具有较高的强度和刚度,能够承受较大的外部力和变形。

2. 高分子材料具有较低的密度:由于高分子材料的分子结构具有空隙,所以其密度较低。

这使得高分子材料在实际应用中起到轻量化的作用,例如航天器和汽车等领域。

3. 高分子材料具有良好的耐腐蚀性:高分子材料由于具有惰性和非极性等特性,因此具有良好的耐腐蚀性。

它们可以耐受酸碱溶液、溶剂和氧化剂等常见的腐蚀介质。

4. 高分子材料具有较高的绝缘性能:由于高分子材料的分子结构中存在大量的非极性键和空隙,所以它们具有较高的绝缘性能。

这使得高分子材料在电气和电子领域中得到广泛应用。

5. 高分子材料具有较好的加工性:高分子材料一般可以通过热塑性和热固性两种不同的方法进行加工。

在加工过程中,高分子材料可以通过挤压、注塑、吹塑等方法制备成各种形状复杂的产品。

6. 高分子材料具有良好的可塑性和可变性:高分子材料的分子结构较为灵活,可以通过控制化学结构和加工工艺等方法来调节其物理和化学性质。

这使得高分子材料具有很好的可塑性和
可变性,可以根据实际需要来设计和制备各种特定性能的材料。

总之,高分子材料具有分子量大、密度低、耐腐蚀、绝缘、加工性好、可塑性和可变性等特点,因此在各个领域都有广泛的应用。

例如,高分子材料在汽车工业中用于制造轻量化部件、在医疗领域中用于制造生物医用材料、在建筑领域中用于制造隔热材料等。

高分子材料的特点使得它们具有广阔的发展前景。

高分子材料的结构及其性能

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。

高分子材料的分子结构与物理性质

高分子材料的分子结构与物理性质

高分子材料的分子结构与物理性质高分子材料作为一种重要的工业原料,在各个行业都有广泛的应用。

它可以用于制造塑料、橡胶、纤维等产品,具有很好的物理性能和机械性能,同时还能够通过改变分子结构来改变其特性。

本文将从高分子材料的分子结构和物理性质两个方面进行讨论。

一、高分子材料的分子结构高分子是由单体分子通过聚合反应组成的。

他们通常由大量的重复单元组成,有一条或多条聚合主链,辅助链和横向连接等支链。

高分子的分子结构对其物理性质有着重要的影响。

1.聚合度和分子量聚合度和分子量是高分子材料分子结构最基本也是最重要的参数。

聚合度通常指的是单个聚合物中单体数量的总和,分子量则是聚合物中所有单体分子的相对分子质量。

分子量越大,聚合物的物理性质越好,强度越高,同时也容易受到热量的影响。

2.分子结构高分子材料的分子结构通常包括线性、支化和交联三种形式。

线性分子结构的高分子只有一条主链,分子量较小,物理性能一般。

支化分子结构的高聚物具有分子链的分支结构,分子量较大,物理性能好,但热稳定性较差。

交联分子结构的高分子具有大量交联点,具有非常强的物理性能和热稳定性,但是也往往是刚性的。

3.结晶度结晶度是聚合物分子结构的另一个重要参数,这个参数直接决定了材料的物理性质。

结晶度高的高聚物材料具有优异的刚性和强度,但是也比较易于碎裂,结晶度并不高的高聚物材料则更具有一定的难燃性和柔韧性。

二、高分子材料的物理性质高分子材料的物理性质涵盖了它的各个领域,包括机械性能、热性能、电性能、光学性能和界面性能等方面。

下面我们将逐一介绍。

1.机械性能高分子材料的机械性能是评价其物理性质的关键指标之一。

高聚物材料的受力性能和耐磨性都较好,但是吸水性和腐蚀性较强。

与金属材料相比,高分子材料的刚性和强度略微逊色,但是也有不同领域的应用。

2.热性能高分子材料的热性能是由其聚合度和分子结构所决定的。

不同的聚合物材料具有不同的熔点和滑动温度,其热形变温度和热稳定性也会影响其应用范围和适用场景。

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。

高分子材料性能

高分子材料性能

高分子材料性能高分子材料是一类由大量重复单元组成的聚合物材料,具有许多优异的性能,广泛应用于工业、建筑、医疗等领域。

其性能特点主要包括力学性能、热学性能、电学性能、光学性能和耐化学性能等方面。

首先,高分子材料的力学性能表现出较高的强度和韧性。

由于其分子链结构的柔韧性和交联结构的稳定性,使得高分子材料具有较好的抗拉伸、抗压缩和抗弯曲等力学性能。

比如聚乙烯、聚丙烯等塑料材料具有较高的强度和韧性,广泛应用于塑料制品制造领域。

其次,高分子材料的热学性能也备受关注。

高分子材料具有较低的热导率和较高的热膨胀系数,使得其在热绝缘和热膨胀方面表现出良好的性能。

例如聚四氟乙烯具有优异的耐高温性能,被广泛应用于制造高温耐腐蚀的管道、阀门等产品。

另外,高分子材料的电学性能也是其重要特点之一。

许多高分子材料具有较好的绝缘性能和介电性能,被广泛应用于电气绝缘材料和电子器件的制造。

例如聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料材料在电气绝缘领域有着重要的应用。

此外,高分子材料的光学性能也备受关注。

许多高分子材料具有良好的透明性和光学均匀性,被广泛应用于光学器件、光学镜片、光学膜等产品的制造。

例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等材料在光学领域有着重要的应用。

最后,高分子材料的耐化学性能也是其重要特点之一。

许多高分子材料具有良好的耐腐蚀性能和耐化学介质性能,被广泛应用于化工设备、管道、容器等产品的制造。

例如聚丙烯、聚乙烯等塑料材料在化工领域有着重要的应用。

总之,高分子材料具有多种优异的性能,广泛应用于各个领域。

随着科学技术的不断发展,高分子材料的性能将会不断得到提升,为人类社会的发展进步做出更大的贡献。

高分子材料的特点

高分子材料的特点

高分子材料的特点
高分子材料是一类具有特殊结构和性能的材料,其主要特点包括分子量大、结
构多样、性能丰富、加工性好等。

下面将从这几个方面详细介绍高分子材料的特点。

首先,高分子材料的分子量通常都非常大,一般在千到百万之间。

这是因为高
分子材料是由大量重复单元组成的,这些重复单元通过共价键或者物理吸附力相互连接而成。

因此,高分子材料的分子量往往比较大,这也决定了高分子材料的独特性能。

其次,高分子材料的结构非常多样化。

高分子材料可以通过改变单体的种类、
摩尔比、反应条件等途径来合成,因此可以得到各种不同结构的高分子材料。

这种多样性使得高分子材料可以具有不同的性能和用途,从而满足不同领域的需求。

另外,高分子材料的性能非常丰富。

高分子材料可以具有很高的强度和硬度,
也可以具有很好的柔韧性和延展性,甚至还可以具有导电性、光学性能等特殊性能。

这种丰富的性能使得高分子材料在各个领域都有广泛的应用,比如塑料制品、橡胶制品、纤维材料等。

此外,高分子材料的加工性也非常好。

高分子材料可以通过热压、注塑、挤出、吹塑等多种加工工艺来加工成各种形状的制品。

而且高分子材料的加工成本低,生产效率高,因此在工业生产中得到了广泛的应用。

综上所述,高分子材料具有分子量大、结构多样、性能丰富、加工性好等特点。

这些特点使得高分子材料在各个领域都有着广泛的应用前景,也为高分子材料的研究和开发提供了广阔的空间。

随着科学技术的不断进步,相信高分子材料在未来会有更加广阔的发展前景。

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高分子材料是由相对分子质量比一般有机化合物高得多的高分子化合物为主要成分制成的物质。

一般有机化合物的相对分子质量只有几十到几百,高分子化合物是通过小分子单体聚合而成的相对分子质量高达上万甚至上百万的聚合物。

巨大的分子质量赋予这类有机高分子以崭新的物理、化学性质:可以压延成膜;可以纺制成纤维;可以挤铸或模压成各种形状的构件;可以产生强大的粘结能力;可以产生巨大的弹性形变;并具有质轻、绝缘、高强、耐热、耐腐蚀、自润滑等许多独特的性能。

于是人们将它制成塑料、橡胶、纤维、复合材料、胶粘剂、涂料等一系列性能优异、丰富多彩的制品,使其成为当今工农业生产各部门、科学研究各领域、人类衣食住行各个环节不可缺少、无法替代的材料。

高分子材料的性能是其内部结构和分子运动的具体反映。

掌握高分子材料的结构与性能的关系,为正确选择、合理使用高分子材料,改善现有高分子材料的性能,合成具有指定性能的高分子材料提供可靠的依据。

高分子材料的高分子链通常是由103~105个结构单元组成,高分子链结构和许许多多高分子链聚在一起的聚集态结构形成了高分子材料的特殊结构。

因而高分子材料除具有低分子化合物所具有的结构特征(如同分异构体、几何结构、旋转异构)外,还具有许多特殊的结构特点。

高分子结构通常分为链结构和聚集态结构两个部分。

链结构是指单个高分子化合物分子的结构和形态,所以链结构又可分为近程和远程结构。

近程结构属于化学结构,也称一级结构,包括链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、结构单元的排列顺序、支链类型和长度等。

远程结构是指分子的尺寸、形态,链的柔顺性以及分子在环境中的构象,也称二级结构。

聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构,包括晶体结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等有关高聚物材料中分子的堆积情况,统称为三级结构。

1. 近程结构(1) 高分子链的组成高分子是链状结构,高分子链是由单体通过加聚或缩聚反应连接而成的链状分子。

高分子链的组成是指构成大分子链的化学成分、结构单元的排列顺序、分子链的几何形状、高聚物分子质量及其分布。

高分子链的化学成份及端基的化学性质对聚合物的性质都有影响。

通常主要是指有机高分子化合物,它是由碳-碳主链或由碳与氧、氮或硫等元素形成主链的高聚物,即均链高聚物或杂链高聚物。

高密度聚乙烯(HDPE)结构为-[CH2CH2]n-,是高分子中分子结构最为简单的一种,它的单体是乙烯,重复单元即结构单元为CH2CH2 ,称为链节,n为链节数,亦为聚合度。

聚合物为链节相同,集合度不同的混合物,这种现象叫做聚合物分子量的多分散性。

聚合物中高分子链以何种方式相连接对聚合物的性能有比较明显的影响。

对于结构完全对称的单体(如乙烯、四氟乙烯),只有一种连接方式,然而对于CH2=CHX或CH2=CHX2类单体,由于其结构不对称,形成高分子链时可能有三种不同键接方式:头-头连接,尾-尾连接,头-尾连接。

如下所示:头-头(尾-尾)连接为:头-尾连接为:这种由于结构单元之间连接方式的不同而产生的异构体称为顺序异构体。

一般情况下,自由基或离子型聚合的产物中,以头-尾连接为主。

用来作为纤维的高聚物,一般要求分子链中单体单元排列规整,使聚合物结晶性能较好,强度高,便于抽丝和拉伸。

(2) 高分子链的形态如果在缩聚过程中有三个或三个以上的官能度的单体存在,或是在加聚过程中有自由基的链转移反应发生,或是双烯类单体第二键被活化等,则单体单元的键接顺序通常有无规、交替、嵌段和接枝之分,能生成支化的或交联的高分子。

支化高分子又有星型、梳型和无规支化之分,如图5.2-1所示,它们的性能也有差别。

支化若进一步发展,随着聚合度进一步加大,则形成体型的立体网状结构。

高分子链可以按其几何形状分为以下三种:(a)线型分子链,由许多链节组成的长链,通常是卷曲为团状,这类高聚物有较高的弹性、塑性好、硬度低,是典型的热塑性材料的结构。

(b)支链型分子链,在主链上带有支链,这类高聚物的性能和加工都接近线型分子链高聚物。

线型和支链型高分子加热可熔化,也可溶于有机溶剂,易于结晶,因此可反复加工成型,称作“热塑性树脂”。

合成纤维和大多数塑料都是线型分子。

(c)体型分子链,分子链之间有许多链节互相交联,这类高聚物的硬度高、脆性大、无弹性和塑性,这种形态也称为网状结构。

体型高分子不溶于任何溶剂,也不能熔融,所以只能以单体或预聚状态进行成型,一旦受热固化便不能再改变行状,称作“热固性树脂”。

热固性树脂树脂虽然加工成型比较复杂,但具有较好的耐热和耐蚀性能,一般硬度也比较高。

(3) 高分子链的构型构型是指分子中由化学键所固定的原子或取代基在空间的几何排列。

也就是表征分子中最近邻原子间的相对位置,这种原子排列非常稳定,只有使化学键断裂和重组才能改变构型。

构型不同的异构体有旋光异构和几何异构两类。

旋光异构是有机物能构成互为镜影的两种异构体,表现出不同的旋光性。

例如饱和氢化物中的碳构成一个四面体,碳原子位于四面体中心,4个基团位于四面体的顶点,当4个基团都不相同时,位于四面体中心的碳原子称为不对称原子,用C*表示,其特点是C*两端的链节不完全相同。

有一个C*存在,每一个链节就有两个旋光异构体。

根据它们在高分子链中的链接方式,聚合物链的立体构成分为三种,如图5.2-2所示:(a)全同立构,全部由一种旋光异构单元链接;(b)间同立构,由两种旋光异构单元交替链接;(c)无规立构,两种旋光异构单元完全无规链接。

如果把主链上的碳原子排列在平面上,则全同立构链中的取代基R都位于平面同侧,间同立构中的R交替排列在平面的两侧,无规立构中的R在两侧任意排列。

无规立构通过使用特殊催化剂可以转换成有规立构,这种聚合方法称为定向聚合。

旋光异构会影响高聚物材料的性能,例如,全同立构的聚苯乙烯,其结构比较规整,能结晶,软化点为240℃;而无规立构的聚苯乙烯结构不规整,不能结晶,软化点只有80℃。

又如,全同或间同立构的聚丙烯,结构也比较规整,容易结晶,为高度结晶的聚合物,熔点为160℃,可以纺丝制成纤维即丙纶,而无规立构的聚丙烯是无定形的软性聚合物,熔点为75℃,是一种橡胶状的弹性体。

通常由自由基聚合的高聚物大都是无规立构的,只有用特殊的催化剂进行定向聚合才能合成有规立构的高分子。

全同立构和间同立构的高分子都比较规整,有时又通称为等规高分子,所谓等规度是指高聚物中含全同立构或间同立构高分子所占的百分数。

另一种异构体是几何异构,由于聚合物内双键上的基团在双键两侧排列的方式不同,分为顺式和反式构型。

例如聚丁二烯利用不同催化系统,可得到顺式和反式构型,前者为聚丁橡胶,后者为聚丁二烯橡胶,结构不同,性能就不完全相同。

2. 远程结构远程结构包括分子的大小与形态,链的柔顺性及分子在各种环境中的构象。

分子量是高分子大小的量度,但高分子的分子量只有统计意义,只能用统计平均值来表示,如数均分子量Mn和重均分子量Mw。

因为高分子化合物不同于低分子化合物,其聚合过程比较复杂,使生成物的分子量有一定的分布,即分子量具有“多分散性”,不是均一的。

要清晰地表明分子的大小,必须用分子量分布。

分子量分布可以表明聚合物中各个组分的相对含量W(M)与分子量M的关系,如图5.2-3所示。

横坐标是分子量为的相对含量。

图中分子量的微分分布曲线的宽度表明分子量的分散度,即分子量的均一性;峰值表示高分子的平均大小。

聚合度也是表征高分子大小的参数,它是指高分子中所含的重复单元的数目,其值与分子量成正比。

聚合度也具有统计平均意义。

分子量和分子量分布是影响材料性能的重要因素。

实验表明,聚合物的分子量或聚合度达到某一数值后,才能显示出有实用价值的机械强度,称为临界聚合度。

高聚物的聚合度对机械强度的影响如图5.2-4所示。

由图可知,不同极性聚合物的聚合度对机械强度的影响不同,强极性聚合物的临界聚合度均为40,非极性聚合物为80,弱极性聚合物则介于二者之间。

由图中还可以看出,对高聚物分子量的控制,要综合考虑高聚物的使用性能和加工性能。

因为高聚物的分子量越大,机械强度越高。

但分子量增加后,分子间的相互作用力也增强,导致高温流动粘度增加,使加工成型变得困难。

分子量分布对高分子材料的加工和使用也有明显影响,一般来说,分子量分布窄一些有利于加工控制和使用性能的提高,例如合成纤维和塑料。

但有的聚合物却恰恰相反,例如天然橡胶,经过塑炼使分子量降低、分布变宽才能克服原来的加工困难,便于加工成型。

(2) 高分子链的构象及柔顺性高分子链的主链都是以共价键连接起来的,它有一定的键长和键角。

如C-C键的键长为154pm,键角为109°28′。

高分子在运动时C-C单键在保持键长和键角不变的情况下可绕轴任意旋转,这就是单键的内旋转,如图5.2-5所示。

单键内旋转的结果,使原子排列位置不断变化,而高分子链很长,每个单键都在内旋转,且频率很高(室温下乙烷分子可达1011~1012Hz),这必然造成高分子的形态瞬息万变。

这种由单键内旋转引起的原子在空间占据不同位置所构成的分子链的各种形象称为高分子链的构象。

高分子链的空间形象变化频繁、构象多,就像一团任意卷在一起的钢丝一样,对外力有很大的适应性,受力时可表现出很大的伸缩能力。

高分子这种能由构象变化获得不同卷曲程度的特性称为高分子链的柔顺性。

高分子链的柔顺性与单链内旋转难易程度有关。

分子结构对链的柔顺性有明显的影响,其中主链结构、侧基和链的长度都起作用。

C-C键上总带有其他原子或基团,这些原子和基团之间存在着一定的相互作用,阻碍了单键的内旋转;另外,单键的内旋转是彼此受到牵制的,一个键的运动往往要牵连到邻近键的运动;所以大分子链运动往往是以相连接的有一定长度的链段运动来实现。

链段是指具有独立运动能力的链的最小部分,它一般包括十几到几十个链节,这样大分子链就可以看作是若干能独立运动的链段所组成。

通常大分子链柔顺性越大链段越短,柔顺性越小链段越长。

高分子链的柔顺性是高聚物许多性能不同于低分子物质的主要原因。

尤其对高聚物的弹性和塑性有重要影响。

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