机械工程材料第2版 作者 王章忠 主编 第九章.pptVIP

第一节 概 述 高分子材料是以高分子化合物为主要成分，与各种添加剂配合而形成的材料。高分子化合物是指相对分子质量大于10.4的有机化合物。常见高分子材料的相对分子质量在10.4～10.6之间。严格地讲，高分子化合物和高分子材料的涵义是不同的，但工业上并未严格地区分。 高分子化合物是由大量的大分子构成的，而大分子是由一种或多种低分子化合物通过聚合连接起来的链状或网状的分子。因此高分子化合物又称高聚物或聚合物。由于分子的化学组成及聚集状态不同，故形成性能各异的高聚物。 组成高分子化合物的低分子化合物称为单体。大分子链中的重复单元称为链节，链节的重复数目称为聚合度。一个大分子的相对分子质量（M）是其链节相对分子质量（m）与聚合度（n）的乘积，即M=mn。由于聚合度的不同，因此高分子化合物的相对分子质量是一个平均值。 由低分子化合物合成为高分子化合物的反应称为聚合反应，其方法有加成聚合反应（简称加聚）和缩合聚合反应（简称缩聚）。 高分子化合物的合成方法  由不饱合单体借助于引发剂，在热、光或辐射的作用下活化产生自由基，不饱和键打开，相互加成而连接成大分子链，这种反应称为加聚反应。工业上 80%的高聚物利用加聚反应制备。加聚反应一般按链式反应机理进行，不会停留在中间阶段；聚合物是唯一的反应产物，聚合物的化学组成与所用单体相同。整个反应过程可分为链的引发、链的增长、链的终止和链的转移四个阶段。 高分子化合物的合成方法  若加聚反应的单体为一种，反应称为均聚反应，产品为均聚物；若单体为两种或两种以上，反应称为共聚反应，产品为共聚物。 加聚反应的实施方法有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合四种。 高分子化合物的合成方法  由含有两种或两种以上官能团（可以发生化学反应的原子团，如羟基-OH、羧基-COOH、胺基-NH2等）的单体相互缩合聚合而形成聚合物的反应称为缩聚反应。缩聚反应过程中，会析出水、氨、醇、氯化氢等小分子物质。缩聚反应可停留在中间而得到中间产品。聚合物的化学组成与所用单体不同。 高分子化合物的合成方法  若缩聚反应的单体为一种，反应称为均缩聚反应，产品为均缩聚物；若缩聚反应的单体为多种，反应称为共缩聚反应，产品为共缩聚物。 缩聚反应的实施方法主要有熔融缩聚和溶液缩聚两种。 高分子化合物的结构可分为大分子链结构和聚集态结构。 （一）大分子链结构 1.大分子链的化学组成 不是所有元素都能结合成链状大分子，只有 B、C、N、O、Si、P、S、As等元素才能组成大分子链，大分子的链的组成不同，高聚物的性能也不同。 高分子化合物的结构  2.结构单元的键接方式和链的构型 （1）键接方式 结构单元的键接方式很多，如头-层连接、头-头连接、尾-尾连接、无规共聚、交替共聚、嵌段共聚及接技共聚等。键方式取决于单体的合成反应的性质。 （2）空间构型 空间构型是指大分子链中原子或原子团在空间的排列形式。 高分子化合物的结构  3.大分子链的形状 大分子链的几何形状有线型、支化型和体型（网型或交联型）。 （1）线型分子链 各链节以共价键连接成线型长链，像一根长线，通常呈卷曲或团状。 （2）支化型分子链 在线型大分子主链的两侧有许多长短不一的小支链。 （3）体型分子链 大分子链之间通过支链或化学键连接成一个三维空间网状大分子。 高分子化合物的结构  3.大分子链的形状 具有线型和支化型分子链结构的聚合物称为线型聚合物，这类聚合物具有较高的弹性和热塑性，可反复使用。具有体型分子链结构的聚合物称为体型聚合物，这类聚合物具有较好的耐热性、难溶性、强度和热固性，但弹性、塑性低，易老化，不可反复使用。 高分子化合物的结构  4.大分子链的柔顺性 和其它分子一样，大分子也在不停地热运动。大分子链是由大量原子经共价键连接而成，其中有许多单键，每个单键都可绕邻近单键作旋转（内旋转），从而使大分子链出现不同的空间形象，称为大分子链的构象。大分子链的这种能通过单键内旋改变其构象而获得不同卷曲程度的特性称为柔顺性，这是聚合物材料许多性能不同于其它固体材料的根本原因。 高分子化合物的结构  影响大分子链柔顺性的因素有大分子链的结构、温度、外力、介质等。当大分子链主链全部由单键组成时，分子链的柔顺性最好；当主链中含有芳杂环（如苯环）时，柔顺性差；主链所带侧基的极性不同，柔顺性也不同，侧基极性越强，分子链间作用力越大，单键内旋转越困难，柔顺性越差；当温度