高分子材料的结构与性能

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1、第三章高分子材料的结构与性能聚合物的物理、力学和化学性能是其内部结构的具体反映，掌握了聚合物的结构与性能之间的关系，就可为正确选择、合理使用高分子材料，改善高分子材料的性能以及合成具有预期性能的聚合物提供理论依据。本章内容聚合物结构聚合物性能3.1聚合物结构3.1.1大分子链的组成和构造3.1.1.1大分子链的化学组成（1）碳链高分子⊕概念：分子主链由C原子由共价键相连而成，大多由加聚反应制得。⊕例子：常见的有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。⊕特点：分子量高，不易水解，易燃烧，易老化，耐热性较差。这

2、一类高分子主要通过加聚反应制备.这一类高分子的特点:优点：大多数都具有好的可塑性；通常来讲加工成型比较容易；原料来源比较丰富，成本低；缺点：大多数都容易燃烧；耐热性比较差；容易老化；（2）杂链高分子⊕概念：除C以外，主链上还含有O、N、S、Si等原子，多由缩聚反应或开环聚合反应制得。⊕例子：聚酯、聚酰胺、酚醛树脂、聚甲醛、聚砜等。⊕特点：分子量较低，一般主链带有极性，较易水解，耐热性和力学强度较C链高分子高，多用作工程塑料。（3）元素有机高分子概念：主链由Si、P等元素和O组成，侧基为有机取代基。特点：具有无机物的热稳定性

3、，又有有机物的弹塑性，但强度较低。⊕例子：聚二甲基硅氧烷CH3CH3－(Si－O－Si－O)n－CH3CH3这一类高聚物耐热性能都比较好，但成本比较高。3.1.1.2结构单元的连接方式键接结构是指结构单元在高分子链中的联结方式。对于单烯类单体（）在聚合过程中可能的键接方式有头－头键接、尾－尾键接和头－尾键接:例子：维尼纶（聚乙烯醇缩甲醛）A.只有头-尾键接才能缩醛化，头-头键接则不能（-OH很多）;B.-OH使维尼纶缩水;C.-OH分布不规则，强度会下降3.1.1.3结构单元的空间排列方式构型：分子中邻近原子在空间

4、的相对位置和排列，或者说分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。包括旋光异构和几何异构。（1）几何异构几何异构体是由聚合物分子链中双键或环形结构上取代基的构型不同引起的如异戊二烯聚合，1,4-聚合产物有顺式构型反式构型聚异戊二烯反式构型顺式聚异戊二烯（天然橡胶）：等周期为8。1A；分子易内旋转具有弹性；规整性差不易结晶；熔融温度~30C反式聚异戊二烯（古塔波胶）：等周期为4。7A；分子不易内旋转无弹性；规整性好较易结晶；熔融温度~70C聚丁二烯顺式反式弹性体，作橡胶用只作塑料用（2）旋光异构具有四个不同取代基的C原子（

5、不对称C原子，asymmetriccarbonatom)在空间有两种可能的互不重叠的排列方式，成为互为镜像的两种异构体(isomer)，并表现出不同的旋光性，称为旋光异构体。三种键接方式，立体构型（tacticity)：全同立构(isotactic):由一种旋光异构单元键接而成。间同立构(sydiotactic):由两种旋光异构单元交替键接而成。无规立构(atactic):二种旋光异构单元完全无规键接而成。全同和间同立构聚合物统称为有规立构聚合物,如果每个结构单元上含有两个立体异构中心，则异构现象就更加复杂全同立构Isot

6、actic间同立构Syndiotactic无规立构Atactic立构规整性聚合物的性能聚合物的立构规整性影响聚合物的结晶能力聚合物的立构规整性好，分子排列有序，有利于结晶，高结晶度导致高熔点、高强度、高耐溶剂性如：无规PP，非结晶聚合物，蜡状粘滞体，用途不大全同PP和间同PP，是高度结晶材料，具有高强度、高耐溶剂性，用作塑料和合成纤维全同PP的Tm为175℃，可耐蒸汽消毒，比重0.903.1.1.4大分子链骨架的几何形状大分子链骨架线形支链网状梯形1）线型高分子整个分子如同一根长链，这一类高分子很多例如无支链的聚乙烯这类高

7、聚物的主要特点是，由于大分子链之间没有任何化学键连结，因此它们柔软，有弹性，在加热和外力作用下，分子链之间可产生相互位移，并在适当的溶剂中溶解，可以抽丝，也可成膜，并可热塑成各种形状的制品，故常称为热塑性高分子。（2）支链高分子在主链上带有侧链的高分子为支链高分子。短支链使高分子链之间的距离增大，有利于活动，故流动性好；而支链过长则阻碍高分子流动，影响结晶，降低弹性。总的来说，支链高分子堆砌松散，密度低，结晶度低，因而硬度、强度、耐热性、耐腐蚀性等也随之降低，但透气性增加。3）交联高分子高分子链之间的交联作用是通过支链以化

8、学键连接形成的。交联后成为网状结构的大分子，称为交联高分子。一块交联高聚物可看作是一个“大分子”，形状也被固定下来。例如硫化橡胶交联高分子与前述两种高分子在性能上有较大的差别，因为它成为既不溶解也不能熔融的网状结构。因此它的耐热性好，强度高，抗溶剂力强，并且形态稳定。（4）梯形、双螺旋形⊕形状类似“梯子