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1、第四节 高分子材料的结构与性能本讲稿第一页，共十四页 （一）、高分子化合物的组成（一）、高分子化合物的组成（一）、高分子化合物的组成（一）、高分子化合物的组成l l由简单的结构单元重复连接而成。由简单的结构单元重复连接而成。由简单的结构单元重复连接而成。由简单的结构单元重复连接而成。如由乙烯合成聚乙如由乙烯合成聚乙如由乙烯合成聚乙如由乙烯合成聚乙烯烯烯烯:CH:CH2 2=CH=CH2 2+CH+CH2 2=CH=CH2 2+-CH-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH2 2-,CH2CH2 nl l可简写成可简写成 n CH2=CH2 。l l组成聚合物的低分子化合物称
2、为组成聚合物的低分子化合物称为组成聚合物的低分子化合物称为组成聚合物的低分子化合物称为单体单体单体单体。l l聚合物的分子为很长的链条，称为聚合物的分子为很长的链条，称为聚合物的分子为很长的链条，称为聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链大分子链大分子链大分子链。CH2CH2 nl l大分子链中重复结构单元大分子链中重复结构单元(如聚乙烯中如聚乙烯中 )称为称为链链节节。聚乙烯分子链聚乙烯分子链本讲稿第二页，共十四页（二）高分子化合物的聚合（二）高分子化合物的聚合l l1 加聚反应 由一种或多种单体相互加成，或由环状由一种或多种单体相互加成，或由环状 化合化合物开环相互结合成聚合物的反应。物开
3、环相互结合成聚合物的反应。l l2 缩聚反应 由一种或多种单体互相缩合生成聚合物，同时由一种或多种单体互相缩合生成聚合物，同时析出其他低分子化合物析出其他低分子化合物(如水、氨、醇、卤化氢等如水、氨、醇、卤化氢等)的的反应。反应。本讲稿第三页，共十四页（三）高分子化合物的分类及命名（三）高分子化合物的分类及命名1 1、高分子材料的分类、高分子材料的分类、高分子材料的分类、高分子材料的分类l l 按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。l l 按聚合物反应类型分为加聚物
4、和缩聚物。按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物。按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物。按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物。l l 按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物聚合物聚合物聚合物 l l 按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物合物和元素有机聚合物合物和元素有机聚合物合物和元素有机聚合物 本讲稿第四页，共十四页2.2.高分子化
5、合物的命名高分子化合物的命名 大多数采用习惯命名法，在单体大多数采用习惯命名法，在单体大多数采用习惯命名法，在单体大多数采用习惯命名法，在单体前面加前面加前面加前面加“聚聚聚聚”字；或在原料名称后字；或在原料名称后字；或在原料名称后字；或在原料名称后加加加加“树脂树脂树脂树脂”二字，如酚醛树脂等。二字，如酚醛树脂等。二字，如酚醛树脂等。二字，如酚醛树脂等。本讲稿第五页，共十四页二、高分子材料的结构二、高分子材料的结构（一）、高分子链的结构（一）、高分子链的结构(分子内结构分子内结构)1.高分子链结构单元的化学组成高分子链结构单元的化学组成 l l在元素周期表中只有在元素周期表中只有AA、AA、
6、AA、AA中部分非金属、亚金属元素才能形成高分子中部分非金属、亚金属元素才能形成高分子链。链。本讲稿第六页，共十四页2.高分子链的形状高分子链的形状l l按照大分子链的几何形状，可将高分子化合物按照大分子链的几何形状，可将高分子化合物按照大分子链的几何形状，可将高分子化合物按照大分子链的几何形状，可将高分子化合物分为线型结构、支链型结构和体型结构。分为线型结构、支链型结构和体型结构。分为线型结构、支链型结构和体型结构。分为线型结构、支链型结构和体型结构。l l线型结构高聚物的弹性、塑性好，硬度低，是线型结构高聚物的弹性、塑性好，硬度低，是线型结构高聚物的弹性、塑性好，硬度低，是线型结构高聚物的
7、弹性、塑性好，硬度低，是热塑性材料。支链型结构近于线型结构热塑性材料。支链型结构近于线型结构热塑性材料。支链型结构近于线型结构热塑性材料。支链型结构近于线型结构 。体型。体型。体型。体型结构高聚物硬度高，脆性大，无弹性和塑性，结构高聚物硬度高，脆性大，无弹性和塑性，结构高聚物硬度高，脆性大，无弹性和塑性，结构高聚物硬度高，脆性大，无弹性和塑性，是热固性材料。是热固性材料。是热固性材料。是热固性材料。本讲稿第七页，共十四页（二）高分子的聚集态结构（二）高分子的聚集态结构（二）高分子的聚集态结构（二）高分子的聚集态结构 (分子间结构分子间结构分子间结构分子间结构)l l固态高聚物分为晶态和非晶态两
8、大类，晶态为分子固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子链排列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。链排列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。链排列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。链排列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。l l一个大分子链可以穿一个大分子链可以穿一个大分子链可以穿一个大分子链可以穿过几个晶区和非晶区。过几个晶区和非晶区。过几个晶区和非晶区。过几个晶区和非晶区。晶区熔点、密度、强度、晶区熔点、密度、强度、晶区熔点、密度、强度、晶区熔点、密度、强度、硬度、刚性、耐热性、硬
9、度、刚性、耐热性、硬度、刚性、耐热性、硬度、刚性、耐热性、化学稳定性高，而弹性、化学稳定性高，而弹性、化学稳定性高，而弹性、化学稳定性高，而弹性、塑性、冲击强度下降。塑性、冲击强度下降。塑性、冲击强度下降。塑性、冲击强度下降。本讲稿第八页，共十四页三、高分子材料的力学状态三、高分子材料的力学状态（一）线型非晶态高分子材料的力学状态（一）线型非晶态高分子材料的力学状态（一）线型非晶态高分子材料的力学状态（一）线型非晶态高分子材料的力学状态 l l1 1 玻璃态：玻璃态：玻璃态：玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下，低温下，链段不能运动。在外力作用下，低温下，链段不能运动。在外力作用下，低温
10、下，链段不能运动。在外力作用下，只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。l l高聚物呈玻璃态的高聚物呈玻璃态的高聚物呈玻璃态的高聚物呈玻璃态的最高温度称玻璃化温最高温度称玻璃化温最高温度称玻璃化温最高温度称玻璃化温度，用度，用度，用度，用T Tg g表示。表示。表示。表示。用于用于用于用于这种状态的材料有塑这种状态的材料有塑这种状态的材料有塑这种状态的材料有塑料和纤维。料和纤维。料和纤维。料和纤维。线型非晶态高聚物的温度线型非晶态高聚物的温度-变形曲线
11、变形曲线 本讲稿第九页，共十四页l l2 2 高弹态：高弹态：高弹态：高弹态：温度高于温度高于温度高于温度高于T Tg g，分子活动能力增加，受力时，分子活动能力增加，受力时，分子活动能力增加，受力时，分子活动能力增加，受力时产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。l l3 3 粘流态：粘流态：粘流态：粘流态：由于温度高，分子活动能力很大，在外力由于温度高，分子活动能力很大，在外力由于温度高，分子活动能力很大，在外力由于温度高，分子活动能力很大，在外力作用下，
12、大分子链可以相对滑动。粘流态是高分作用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分作用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分作用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分子材料的加工子材料的加工态，大分子链开态，大分子链开始发生粘性流动始发生粘性流动的温度称粘流温的温度称粘流温度，用度，用Tf表示。表示。线型非晶态高聚物的温度线型非晶态高聚物的温度-变形曲线变形曲线 本讲稿第十页，共十四页（二）其它类型高聚物的力学状态（二）其它类型高聚物的力学状态（二）其它类型高聚物的力学状态（二）其它类型高聚物的力学状态l l分为一般分子量和很大分子量两种情况。分为一般分子量和很大分子量两种情况。分为一般分子量和很大
13、分子量两种情况。分为一般分子量和很大分子量两种情况。一般分子一般分子一般分子一般分子量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在 T Tmm 以下与非晶态的玻璃相似，高于以下与非晶态的玻璃相似，高于以下与非晶态的玻璃相似，高于以下与非晶态的玻璃相似，高于T Tm m 则进入粘流态。则进入粘流态。则进入粘流态。则进入粘流态。分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。l l部
14、分结晶高聚物在非部分结晶高聚物在非部分结晶高聚物在非部分结晶高聚物在非晶区晶区晶区晶区T Tg g与晶区与晶区与晶区与晶区T T m m 间间间间,非非非非晶区柔性好晶区柔性好晶区柔性好晶区柔性好,晶区刚性晶区刚性晶区刚性晶区刚性好好好好,处于韧性状态处于韧性状态处于韧性状态处于韧性状态,即皮即皮即皮即皮革态。革态。革态。革态。线型晶态高聚物线型晶态高聚物的温度的温度-变形曲线变形曲线 本讲稿第十一页，共十四页四、四、高分子材料的性能特点高分子材料的性能特点（一）高分子材料的力学性能特点（一）高分子材料的力学性能特点l l1.1.低强度和较高的比强度低强度和较高的比强度l l2.2.高弹性和低
15、弹性模量高弹性和低弹性模量l l3.3.粘弹性粘弹性l l4.4.高耐磨性高耐磨性本讲稿第十二页，共十四页（二）高分子材料的物化性能特点（二）高分子材料的物化性能特点l l1.1.高的绝缘性高的绝缘性l l2.2.低耐热性低耐热性l l3.3.低导热性低导热性l l4.4.高热膨胀性高热膨胀性l l5.5.高化学稳定性高化学稳定性本讲稿第十三页，共十四页（三）高分子材料的老化及防止（三）高分子材料的老化及防止老化现象老化现象l l高分子材料在长期储存和使用过程中，由于受氧、高分子材料在长期储存和使用过程中，由于受氧、高分子材料在长期储存和使用过程中，由于受氧、高分子材料在长期储存和使用过程中，由于受氧、光、热、机械力、水蒸气及微生物等外因的作用，光、热、机械力、水蒸气及微生物等外因的作用，光、热、机械力、水蒸气及微生物等外因的作用，光、热、机械力、水蒸气及微生物等外因的作用，使性能逐渐退化，直至丧失使用价值的现象。使性能逐渐退化，直至丧失使用价值的现象。使性能逐渐退化，直至丧失使用价值的现象。使性能逐渐退化，直至丧失使用价值的现象。防止老化措施防止老化措施l l(1)(1)改变高聚物结构改变高聚物结构l l(2)(2)添加防老剂添加防老剂l l(3)(3)表面处理表面处理聚酰亚胺层压板聚酰亚胺层压板本讲稿第十四页，共十四页