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1、工程材料高分子材料的结构与性能第1页，本讲稿共14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由由由由简简简简单单单单的的的的结结结结构构构构单单单单元元元元重重重重复复复复连连连连接接接接而而而而成成成成。如如如如由由由由乙乙乙乙烯烯烯烯合合合合成成成成聚聚聚聚乙乙乙乙烯烯烯烯:CHCH2 2=CH=CH2 2+CH+CH2 2=CH=CH2 2+-CH-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH2 2-CH-CH2 2-,CH2CH2 nl可简写成可简写成 n CH2=CH2 。l组成聚合物的低分子化合物称为组成聚合物的低
2、分子化合物称为单体单体。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，称为大分子链大分子链。CH2CH2 nl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第2页，本讲稿共14页（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 化合物开环相化合物开环相互结合成聚合物的反应。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，同时析出其他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低分子化合物(如水、氨、醇、卤化氢
3、等如水、氨、醇、卤化氢等)的反应。的反应。第3页，本讲稿共14页（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聚合按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合按聚
4、合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物物物物 l l 按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚合物和元按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚合物和元按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚合物和元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素有机聚合物素有机聚合物素有机聚合物 第4页，本讲稿共14页2.2.高分子化合物的命名高分子化合物的命名 大多数采用习惯命名法，在单体前面大多数采用习惯命名法，在单体前面大多数采用习惯命名法，在单体前面大多数采用习惯命名法，在单体前面加加加加“聚聚聚聚”字；或在原料名称后加字；或在原料名称后加
5、字；或在原料名称后加字；或在原料名称后加“树树树树脂脂脂脂”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。第5页，本讲稿共14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、AA、AA中部分非金属、亚金属元素才能形成高分中部分非金属、亚金属元素才能形成高分子链。子链。第6页，本讲稿共14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，
6、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。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。体型结构高聚物硬度高，脆性大，无弹性和塑性，型结构高聚物硬度高，脆性大，无弹性和塑性，是热固性材料。是热固性材料。第7页，本讲稿共14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大类，晶态为分子链排固态高聚物分为晶态和
7、非晶态两大类，晶态为分子链排固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子链排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。列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。l一个大分子链可以穿过一个大分子链可以穿过几个晶区和非晶区。几个晶区和非晶区。晶晶区熔点、密度、强度、区熔点、密度、强度、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、塑性、冲击强度下降。塑性、冲击强度下降。第8页，本讲稿共14页三、高分子材料的力学状态三、高分子材料的
8、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，只发生低温下，链段不能运动。在外力作用下，只发生低温下，链段不能运动。在外力作用下，只发生低温下，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。大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。l高聚物呈玻璃态的高聚物呈玻璃态的最高温度称玻璃化最高温度称玻璃化温度，
9、用温度，用Tg表示。表示。用用于这种状态的材料有于这种状态的材料有塑料和纤维。塑料和纤维。线型非晶态高聚物的温度线型非晶态高聚物的温度-变形曲线变形曲线 第9页，本讲稿共14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，受力时产生很，分子活动能力增加，受力时产生很，分子活动能力增加，受力时产生很，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。大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。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
10、高，分子活动能力很大，在外力作由于温度高，分子活动能力很大，在外力作由于温度高，分子活动能力很大，在外力作由于温度高，分子活动能力很大，在外力作用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分子材料的加工态，子材料的加工态，大分子链开始发大分子链开始发生粘性流动的温生粘性流动的温度称粘流温度，度称粘流温度，用用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 第10页，本讲稿共14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
11、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。一般分子量的一般分子量的一般分子量的一般分子量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在 T Tm m 以下以下以下以下与非晶态的玻璃相似，高于与非晶态的玻璃相似，高于与非晶态的玻璃相似，高于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
12、态。分子量分子量分子量分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。很大的晶态存高聚物在高弹态。很大的晶态存高聚物在高弹态。很大的晶态存高聚物在高弹态。l部分结晶高聚物在非部分结晶高聚物在非晶区晶区Tg与晶区与晶区T m 间间,非晶区柔性好非晶区柔性好,晶区刚晶区刚性好性好,处于韧性状态处于韧性状态,即皮革态。即皮革态。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 第11页，本讲稿共14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.高弹性和低弹性模量高弹性和低弹
13、性模量l l3.3.粘弹性粘弹性l l4.4.高耐磨性高耐磨性第12页，本讲稿共14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第13页，本讲稿共14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
14、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)(1)(1)改变高聚物结构改变高聚物结构改变高聚物结构改变高聚物结构l l(2)(2)(2)(2)添加防老剂添加防老剂添加防老剂添加防老剂l l(3)(3)(3)(3)表面处理表面处理表面处理表面处理聚酰亚胺层压聚酰亚胺层压板板第14页，本讲稿共14页