[自然科学]3第三章.ppt

材料科学基础 高分子部分 提 纲 Ⅰ 概论 一、高分子科学与高分子材料 二、材料组成和结构的基本内容 Ⅱ 高分子化学部分 一、基本概念 二、逐步聚合、自由基聚合、配位聚合 三、聚合物共聚合 四、高分子的化学反应 Ⅲ 高分子物理部分 一、聚合物的结构 二、聚合物的力学状态与转变 三、聚合物现代研究方法 Ⅱ 高分子化学部分 三、聚合物共聚合 四、高分子的化学反应 Ⅲ 高分子物理部分 一、聚合物的结构 1. 高聚物的结构 1.1 一般高聚物的结构层次 高聚物聚集态结构（根据分子排列情况不同分类） 2. 高分子的链结构与形态 ★化学组成: 碳链、杂链等。 ★重复结构单元的连接方式： 均聚物、共聚物等。 ★高分子链的几何形状：线型、支链型、网状、体型等。 ★高分子的立体异构：旋光、几何异构。 (1)柔性 　　是指大分子链有改变分子链形态的能力。 ★分子链的内旋转 (2)链段与柔性 ☆链段的意义 　　 由于分子内旋受阻而在高分子链中能够自由旋转的单元长度。是描述柔性的尺度。 ☆链段与柔性的关系 　　 同一高聚物，高温下，链段短（链段中的链节数量少），则柔性大；低温下，链段长 （链段中的链节数量少），则柔性差。（生活中塑料冬天硬夏天软之原因） 　　 不同高聚物，同一温度下，链段越短，柔性越大；反之，刚性越大。 　　实例：聚异丁烯（链段：20～25个链节）柔性＞聚氯乙烯（链段：75～125个链节）　 (3)影响高分子链柔性的主要因素 ▲主链结构的影响（键长、链角、单键、双键、共轭、苯环） ▲取代基的影响（性质、体积、数量、位置） ▲外界因素对高分子链柔性的影响（温度、增塑剂） 举例： 　　△温度 　　规律：温度高柔性大，温度低柔性差。 　　实例：塑料制品、橡胶制品等冬天硬、夏天软。 　　△增塑剂 　　规律：增塑剂量越大，柔性越大，甚至失去强度。 　　实例：PVC革制品 2.3 高分子的热运动 ★同于小分子的共性 　　 振动　化学键、原子、原子团等的在平衡位置附近的振动、摇摆、颤动等。 转动　化学键、原子、原子团等的在平衡位置附近的转动。 位移　化学键、原子、原子团等离开原平衡位置。 ★不同于小分子的个性 　 (1)链段运动 (2) 整个分子链的运动（重心发生位移） 条件：存在分子间或内的干扰和纠缠时，不能实现整个分子链的运动； 　　　 在溶液和熔融状态下，通过链段一方向的运动可以实现整个分子链的运动。 3、　高聚物的聚集态结构 3.1 分子间的相互作用 范德华力 氢键 氢键是特殊的范德华力，具有方向性和饱和性。 氢键的形成条件是一个电负性强、半径小的原子X与氢原子H形成的共价键(X－H)， 而这个氢原子又与另外一个电负性强、半径小的原子Y以一种特殊的偶极作用结合成氢键(X－H···Y)。 　　 氢键的形成可以是分子内，也可以是分子间。 　　 分子间形成氢的高聚物有聚丙烯酸、聚酰胺等。　 次价力与高聚物的使用 次价力小于4.4×103J/mol的高聚物用作橡胶； 次价力大于2.1×103J/mol的高聚物用作纤维； 次价力介于两者之间的高聚物用作塑料。 次价力的描述 　 内聚能　将一摩尔分子聚集在一起的部能量 　 内聚能密度（CED）　单位体积的内聚能 内聚能密度与高聚物的使用 　内聚能密度小于290J/cm3的高聚物分子间作用力较小，分子链较柔顺，容易变形，具 有较好弹性，一般可以作为橡胶使用；内聚能密度较高的高聚物，分子链较刚性，属于典 型的塑料；内聚能密度大于400J/cm3的高聚物，具有较高的强度，一般作为纤维使用。 3.2 高聚物的结晶形态与结构 (1)高聚物的结晶形态 (2)晶态高聚物的结构 晶态高聚物的结构模型 (3)结晶过程 结晶度 定义：高聚物中结晶部分所占的质量分数或体积分数。 　　测定方法：X-线衍射法、红外光谱法、密度法 (4)影响高聚物结晶的因素 B. 外因 温度 　温度是最主要的外部条件。 　在玻璃化温度与熔融温度之间存在最佳的结晶温度，一般 情况下，最佳的结晶温度为： 4. 非晶高聚物的形态与结构 非晶高聚物的结构是指玻璃态、橡胶态、熔融态及结晶高聚物中的非晶区中的结构。 在非晶高聚物中高分子链的排列为远程有序，近程无序。 5.高聚物的取向态结构 （1） 取向的机理 　　取向是指非晶高聚物的分子链段或整个高分子链，结晶高聚物的晶带、晶片、晶粒等，在外力作用下，沿外力作用的方向进行有序排列的现象。 　　A. 工业取向的方法 　　纤维制品：通过单轴拉伸实现单轴取向。 　　薄膜制品：通过双轴拉伸实现双轴取向。 　　B. 取向