材料科学基础 第２版 教学课件 作者 石德珂 西安交通大学 主编 1 第三章 高分子材料的结构.pptVIP

第三章　高分子材料的结构 第一节　高分子材料概述第二节　高分子链的结构及构象第三节　高分子的聚集态结构第四节　高分子材料的性能与结构 第一节 概述 自然界中出现的天然高分子材料来自植物、动物和矿物。这些材料包括木材、橡胶、棉花、羊毛、皮革、丝绸、沥青、地蜡等。一些天然高分子材料例如蛋白质、酶、淀粉和纤维素的分子结构，从有机小分子合成角度出发开发制备大量高分子高分子材料成为可能。许多有用的塑料、橡胶和纤维材料都是合成高分子材料。由于合成高分子材料的出现，材料领域发生了巨大的革命。合成材料生产比较便宜，而且可以进行一定程度的控制得到相对于自然物质优越的性质。合成高分子材料在很多应用场合，代替了金属、水泥、陶瓷和木材。 大多数高分子材料都来源于有机物，多数有机物质是碳氢化合物，是由碳和氢组成的。他们内部分子的连接的键是共价键。每个碳原子由四个电子可以参与共价键，而每个氢原子只有一个成键电子。当每个键合原子都贡献一个电子时一个单键共价键才能存在，。两个碳原子间的双键和三键分别涉及到共享2个和3个电子对。每个分子的共价键都很强，但分子间只有弱的氢键和范德华键，因此这些碳氢化合物有着相对低的沸点。不过，沸点随相对分子质量的增高而上升。 110 分解 坚韧塑料 2000碳聚乙烯 106 分解 脆性固体 200碳聚乙烯 104 分解 蜡状固体 120碳聚乙烯 81 243/0.3mmHg 软蜡状 C40H82 40碳聚乙烯 66 235/1mmHg 软蜡状 C30H62 30碳聚乙烯 69.0 液体 C6H14 己烷 36.1 液体 C5H12 戊烷 -0.5 气体 C4H10 丁烷 -42.1 气体 C3H8 丙烷 -88.6 气体 C2H6 乙烷 -164 气体 CH4 甲烷 熔点（℃） 沸点（℃） 室温下的外观 组成 名称 苯酚 苯乙烯 芳香族碳氢化合物 甲醛 COH 戊二醛 醛 乙酸 -OH 己二酸 酸 二甲基醚 -O-- 烷基乙烯基醚 醚 甲醇 -OH 乙二醇、丙三醇 醇 代表物质 结构 典型的单体 族系 表3-1 部分烷烃化合物的分子结构和组成 表3-2 一些常用的碳氢基团 高分子材料的分类 1、 按来源： 天然高分子、 合成高分子、 半合成高分子材料； 2、 按用途 功能高分子是指在高分子主链和侧枝上带有反应性功能基团，并具有可逆或不可逆的物理功能或化学活性的一类高分子 功能高分子 胶粘剂是指具有良好的粘合性能，可将两种相同或不相同的物体粘接在一起的连接材料 胶粘剂 涂料是涂布于物体表面能结成坚韧保护膜的涂装材料 涂料 纤维 橡胶 产量最大，与国民经济、人民生活关系密切，故称为“三大合成材料” 塑料 表9-3 高分子材料按用途分类 大部分纤维是晶态高聚物，Tm应高于室温150℃以上； 也有非晶态高聚物，分子排列要有一定规则和取向； 纤维 只能是非晶态高聚物，处于高弹态； Tg是使用的下限温度，Tg应低于室温70℃以上； Tf 是使用的上限温度； 橡胶 晶态高聚物，处于部分结晶态，Tm是使用的上限温度； 非晶态高聚物，处于玻璃态，Tg是使用的上限温度； 塑料 表9-4高分子材料按应用温度分类 3、 按主链结构 （1）碳链高分子材料 （2）杂链高分子材料 （4）无机高分子材料 （3）元素有机高分子材料 大分子主链完全由碳原子组成，绝大部分烯类、二烯类高分子材料属于这一类。如：PE，PP，PS，PVC。 大分子主链中除碳原子外，还有O、N、S等杂原子。 如：聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚醚。 大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、P 等原子组成，侧基则由有机基团组成。如：硅橡胶 大分子主链中没有碳原子，主要由Si、B、Al、O、N、S、P 等原子组成，侧基也没有碳原子的有机基团组成。如：二氧化硅等。 4、 按反应机理分类： 连锁反应机理、 逐步聚合反应机理； 加聚物与缩聚物； 均聚物与共聚物； 5、 按高分子材料分子链形状： 线型、 支化型、 星型、 梳型、 梯型、 交联型。 图3-4 高分子链构象 图3-5单个高聚物链分子由于键旋转而存在大量随机的弯曲和缠绕 图3-6碳数100的链构象模拟图 第二节　高分子链的结构及构象 一、高分子链的化学组成 图3-３　二元共聚物单体的连接方式a)无规共聚　b)交替共聚　c)嵌段共聚　d)接枝共聚(黑球代表一种重复单元，白球代表另一种重复单元) 二、结构单元的键接方式和构型1.键接方式 3D1.tif 2.空间构型 图3-5　高分子链的结构形态a)线型　b)支化　c)梳形　d)星形　e)交联　f)体型 三、高分子链的几何形状 图9-7分子结构示意图 a）线型 b）支化 c）交联 d）网状（三维） 一）、线