材料科学与工程基础 教学课件 作者 杨庆祥 第九章 高分子材料结构与制备.pptVIP

（1）按分子排列方式分为近晶型、向列型和胆甾型，它们存在一维至二维的有序结构。 （2）按生成方式分为热致性液晶和溶致性液晶，前者通过加热在一定温度范围内（从Tm到清亮点）得到有序熔体，后者在纯物质中不存在液晶相，只有在高于一定浓度的溶液中才能得到。 （3）按介晶元在分子链中的位置可分为主链型液晶和侧链型液晶。液晶有特殊的黏度性质，在高浓度下仍有低黏度，利用这种性质进行“液晶纺丝”，不仅极大改善了纺丝工艺，而且其产品具有超高强度和超高模量，最著名的是称为凯夫拉（kevlar）纤维的芳香尼龙。 * * 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9-1 部分烷烃化合物的分子结构和组成 表9-2 一些常用的碳氢基团 第二节 高分子材料的化学结构与制备方法 一、高分子化合物概念 常用的高分子材料： 相对分子质量一般高达几万、几十万，甚至上百万，范围在104～106 ， 合成高分子材料的起始原料称为单体（Monomer）， 在大分子链中出现的以单体结构为基础的原子团称为结构单元（Structure unit） ，结构单元有时也称为单体单元（Monomer unit） 重复单元(Repeating unit）, 链节(Chain element）。 聚合度（Degree of polymerization）， 聚合度是衡量高分子大小的一个指标。 由无规排列的结构单元由化学键连接组成的，相对分子质量在一万以上的高分子，由一种单体聚合而成的高分子称为均聚物； 由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子则称为共聚物。 图9-1 聚乙烯 （a）单体和链结构的示意图和（b）分子的透视图，给出锯齿型骨架结构。 二、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