材料科学基础(第06章高分子材料结构).pptVIP

第6章 高分子材料结构 6.1 高分子结构的基本概念 6.2 高分子的结构 6.1 高分子结构的基本概念 高分子结构包括高分子链结构和聚集态结构两方面。链结构又分近程结构和远程结构。 近程结构属于化学结构，又称一级结构。 远程结构又称二级结构，是指单个高分子的大小和形态、链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。 6.1 高分子结构的基本概念 6.1.1 高分子链的近程结构 链结构单元的化学组成：简单小分子化合物（单体）通过聚合反应连接而成的链状分子，称为高分子链，高分子中重复结构单元称为链节，链节的数目称为聚合度。 分子结构：一般高分子都是线性的，分子链长可以蜷曲成团，也可以伸展成直线。 共聚物的结构：由两种或两种以上单体单元所组成的高分子称为共聚物。不同的共聚物结构，对材料性能的影响也各不相同。 高分子链的构型：链的构型是指分子中由化学键所固定的几何排列，这种排列是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重组。构型不同的异构体有旋光异构和几何异构两种。 6.1 高分子结构的基本概念 1.3.2 高分子链的远程结构 高分子的大小：高分子的相对分子质量不是均一的，它实际上是由结构相同、组成相同但相对分子质量大小不同的同系高分子的混合物聚集而成。低聚物转向高分子时，强度有规律地增大。但增长到一定的相对分子质量后，这种依赖性又变得不明显了，强度逐渐趋于一极限值。 高分子的内旋转构象：单键是由δ电子组成，线型高分子链中含有成千上万个δ键。由于分子上非键合原子之间的相互作用，内旋转一般是受阻的，即旋转时需要消耗一定的能量。高分子链的内旋转也像低分子一样，因受链上的原子或基团的影响不是完全自由的。它既表现出一定的柔性，又表现出一定的刚性。 6.1 高分子结构的基本概念 6.1.2 高分子链的远程结构 3.影响高分子链柔性的主要因素： 高分子链能够改变其构象的性质称为柔性。 主链结构的影响：主链结构对高分子链的刚柔性的影响起决定性的作用。 取代基的影响：取代基团的极性、取代基沿分子链排布的距离、取代基在主链上的对称性和取代基的体积等对高分子链的柔性均有影响。 交联的影响：当高分子之间以化学键交联起来时，交联点附近的单键内旋转便受到很大的阻碍。 6.1 高分子结构的基本概念 6.1.3 高分子材料的命名 按化学组成 按商品名和习惯名 以结构为基础的系统命名法：确定重复单元；排好重复单元中次级单元的次序；给重复单元命名；在重复单元前面加一个“聚”字。 6.2 高分子的结构 6.2.1 聚合物的晶体形态聚合物聚集态结构分为晶态结构和非晶态（无定形）结构两种类型，且有两个不同于低分子物质聚集态的明显特点： 聚合物晶态总是包含一定量的非晶相； 聚合物聚集态结构不但与大分子链本身的结构有关，而且还强烈地依赖于外界条件，如温度对结晶过程有很大影响，应力也可加速结晶。 6.2 高分子的结构 6.2.1 聚合物的晶体形态 主要有单晶、片晶、球晶、树枝状晶、孪晶、纤维状晶和串晶等。 球晶是高分子多晶体的一种主要形式，它可以从浓溶液或熔体冷却结晶时获得。当它的生长不受阻碍时其外形呈球状。其直径通常在0．5至100μm之间，大的甚至可达cm数量级。较大的球晶（5μm以上）很容易在光学显微镜下观察到。球晶的光学特征是可以在偏光显微镜下观察到黑十字消光图案（即Matese Cross）。 当结晶温度较低或溶液浓度较大，或相对分子质量过大时，高分子从溶液析出结晶时不再形成单晶，棱角处倾向于在其余晶粒前头向前生长变细变尖，更增加树枝状生长的倾向，最终形成树枝状晶。 6.2 高分子的结构 6.2.1 聚合物的晶体形态 6.2 高分子的结构 6.2.1 聚合物的晶体形态 6.2 高分子的结构 6.2.1 聚合物的晶体形态 1) 樱状微束模型 2) 折叠链模型 3) 伸直链模型 4) 串晶的结构模型 5) 球晶的结构模型 6) Hosemann模型 6.2 高分子的结构 6.2.1 聚合物的晶体形态 6.2 高分子的结构 6.2.2 聚合物晶态结构的模型 图6.51 聚乙烯分子的形态和在晶胞中的排列 6.2 高分子的结构 6.2.2 聚合物晶态结构的模型 图6.52 纤维素葡萄糖单元在晶胞中的排列 6.2 高分子的结构 6.2.2 聚合物晶态结构的模型 图2.53 尼龙类的结晶结构示意图 6.2 高分子的结构 6.2.2 聚合物晶态结构的模型 图2.54 聚氯乙稀的结晶结构 6.2 高分子的结构 6.2.2 聚合物晶态结构的模型 图2.55 聚丙烯分子的形态和在细胞中的排列 6.2 高分子的结构 6.2.3 聚合物晶体的晶胞结构 * *