工程材料 高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能

1、工程材料 高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能第1頁，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)7分，星期三 （一）、高分子化合物的組成由簡單的結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成。如由乙烯合成聚乙烯: CH2=CH2+CH2=CH2+-CH2-CH2-CH2-CH2- , CH2CH2 n可簡寫成 n CH2=CH2 。 組成聚合物的低分子化合物稱為單體。聚合物的分子為很長的鏈條，稱為大分子鏈。 CH2CH2 n大分子鏈中重復(fù)結(jié)構(gòu)單元(如聚乙烯中 )稱為鏈節(jié)。 聚乙烯分子鏈第2頁，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)7分，星期三（二）高分子化合物的聚合1 加聚反應(yīng) 由一種或多種單體相互加成，或由環(huán)狀 化合物開環(huán)相互結(jié)合成聚

2、合物的反應(yīng)。2 縮聚反應(yīng) 由一種或多種單體互相縮合生成聚合物，同時析出其他低分子化合物(如水、氨、醇、鹵化氫等)的反應(yīng)。第3頁，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)7分，星期三（三）高分子化合物的分類及命名1、高分子材料的分類 按用途分塑料、橡膠、纖維、膠粘劑、涂料等。 按聚合物反應(yīng)類型分為加聚物和縮聚物。 按聚合物的熱行為分為熱塑性聚合物和熱固性聚合物 按主鏈上的化學(xué)組成分為碳鏈聚合物、雜鏈聚合物和元素有機(jī)聚合物 第4頁，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)7分，星期三2. 高分子化合物的命名 大多數(shù)采用習(xí)慣命名法，在單體前面加“聚”字；或在原料名稱后加“樹脂”二字，如酚醛樹脂等。第5頁

3、，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)7分，星期三二、高分子材料的結(jié)構(gòu)（一）、高分子鏈的結(jié)構(gòu) (分子內(nèi)結(jié)構(gòu))1. 高分子鏈結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成 在元素周期表中只有A、A、A、A中部分非金屬、亞金屬元素才能形成高分子鏈。第6頁，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)7分，星期三2. 高分子鏈的形狀按照大分子鏈的幾何形狀，可將高分子化合物分為線型結(jié)構(gòu)、支鏈型結(jié)構(gòu)和體型結(jié)構(gòu)。線型結(jié)構(gòu)高聚物的彈性、塑性好，硬度低，是熱塑性材料。支鏈型結(jié)構(gòu)近于線型結(jié)構(gòu) 。體型結(jié)構(gòu)高聚物硬度高，脆性大，無彈性和塑性，是熱固性材料。第7頁，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)7分，星期三（二）高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) (分子間

4、結(jié)構(gòu))固態(tài)高聚物分為晶態(tài)和非晶態(tài)兩大類，晶態(tài)為分子鏈排列規(guī)則的部分，而排列不規(guī)則的部分為非晶態(tài)。一個大分子鏈可以穿過幾個晶區(qū)和非晶區(qū)。晶區(qū)熔點(diǎn)、密度、強(qiáng)度、硬度、剛性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性高，而彈性、塑性、沖擊強(qiáng)度下降。 第8頁，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)7分，星期三三、高分子材料的力學(xué)狀態(tài) （一）線型非晶態(tài)高分子材料的力學(xué)狀態(tài) 1 玻璃態(tài)：低溫下，鏈段不能運(yùn)動。在外力作用下，只發(fā)生大分子原子的微量位移，產(chǎn)生少量彈性變形。高聚物呈玻璃態(tài)的最高溫度稱玻璃化溫度，用Tg表示。用于這種狀態(tài)的材料有塑料和纖維。 線型非晶態(tài)高聚物的溫度-變形曲線 第9頁，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)

5、7分，星期三2 高彈態(tài)：溫度高于Tg，分子活動能力增加，受力時產(chǎn)生很大彈性變形。用于這種狀態(tài)高聚物是橡膠。3 粘流態(tài)：由于溫度高，分子活動能力很大，在外力作用下，大分子鏈可以相對滑動。粘流態(tài)是高分子材料的加工態(tài)，大分子鏈開始發(fā)生粘性流動的溫度稱粘流溫度，用Tf表示。 線型非晶態(tài)高聚物的溫度-變形曲線 第10頁，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)7分，星期三（二）其它類型高聚物的力學(xué)狀態(tài)分為一般分子量和很大分子量兩種情況。一般分子量的高聚物在低溫時，鏈段不能活動，變形小，在 Tm 以下與非晶態(tài)的玻璃相似，高于Tm 則進(jìn)入粘流態(tài)。分子量很大的晶態(tài)存高聚物在高彈態(tài)。部分結(jié)晶高聚物在非晶區(qū)Tg與晶

6、區(qū)T m 間,非晶區(qū)柔性好,晶區(qū)剛性好,處于韌性狀態(tài),即皮革態(tài)。 線型晶態(tài)高聚物的溫度-變形曲線 第11頁，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)7分，星期三四、 高分子材料的性能特點(diǎn)（一）高分子材料的力學(xué)性能特點(diǎn)1. 低強(qiáng)度和較高的比強(qiáng)度2. 高彈性和低彈性模量3. 粘彈性4. 高耐磨性第12頁，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)7分，星期三（二）高分子材料的物化性能特點(diǎn)1. 高的絕緣性2. 低耐熱性3. 低導(dǎo)熱性4. 高熱膨脹性5. 高化學(xué)穩(wěn)定性第13頁，共14頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)7分，星期三（三）高分子材料的老化及防止老化現(xiàn)象高分子材料在長期儲存和使用過程中，由于受氧、光、熱、機(jī)械力、水蒸氣及微生物