工程材料学第8章高分子材料

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1、第八章高分子材料内容提要：本章介绍高分子材料的结构与性能。常用材料的结构特征、性能特点及其应用领域和制品等。学习目标熟悉常用工程塑料的特性、应用及制品。了解合成纤维、橡胶和胶粘剂的性能特点和用途。了解高分子材料的结构与性能。高分子物质分天然和人工合成两大类。天然高分子物质有:蚕丝、羊毛、纤维素、橡胶以及存在于生物组织中的淀粉、蛋白质等。工程上的高分子物质：主要是人工合成的各种有机材料，塑料、合成纤维、涂料、胶粘剂等。第一节高分子材料概述一基本概念1.高分子化合物高分子化合物是指分子量很大的化合物。它们的分子量都在几千、几万、几十万或几百万以上，甚至趋于无穷，但是，高分子物质和低分子物质之间

2、并没有严格的界限。Ѳ把分子量小于500的称为低分子化合物；Ѳ大于5000的为高分子化合物。工程上认为，高分子化合物具有较好的强度、塑性和弹性等力学件能，而低分子化合物没有这些性能。所以，只有分子量达到了使机械零件能具有工程意义的化合物，才可认是工程用高分子化合物或高分子材料。2.单体能组成高分子化合物的低分子化合物叫做单体，高分子化合物的分子量虽很高，但化学组成并不复杂。它的每个分子都是由一种或几种较简单的低分子一个个连接起来而组成的。3.链节：大分子链：高分子化合物的分子很大，主要呈长链形，因此常称大分子链或分子链。链节：组成大分子链的这种特定结构单元叫做链节。大分子链极长，长度可达几千埃以

3、上，而截面一般只有几埃，是由许许多多结构相同的基本单元重复连接构成的。4.聚合度大分子链中链节的重复次数即叫做聚合度。高分子化合物的大分链由大量链节连成。所以，一个大分子链的分子量M，是它的链节的分子量m和聚合度n的乘积，即M=n×m。聚合度反映了大分子链的长短和分子量的大小。5.多分散性高分子化合物由大量大分子链组成，各个大分子链的链节数不相同．长短不一样，分子量不相等。高分子化合物中各个分子的分子量不相等的现象叫做分子量的多分散性。多分散性在低分子化合物中是不存在的，它是高分子化合物的一大特点。高分子化合物的多分散性，决定了它的物理——机械性能的大分散度。二、高分子材料的合成高分了化合物的

4、合成，就是把低分子化合物(单体)聚合起来形成高分子化合物的过程。其所进行的反应称为聚合反应。所以，高分子化合物也叫做聚合物或者高聚物。最常用的聚合反应有加成聚合反应(简称加聚反应)和缩合聚合反应(简称缩聚反应)两种。1.加聚反应指一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应。其生成物叫加聚物。因反应没有副产物，加聚物具有向其单体相同的成分。加聚反应的单体必须具有不饱和键，并能形成两个或两个以上的新键，以便在加热、光照或化学引发剂的作用下，打开不饱和键，成两个或两个以上的新键，使单体通过单键一个一个地连接起来，成为一条很长的大分子链。如果形成的新键只有一个，则单体不能加聚成高聚物，而只能成二聚物，

5、或者低聚物。2．缩聚反应缩聚反应是指一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出（缩去）某种低分子物质(如水、氨、醇、卤化氢等)的反应。所生成的聚合物叫缩聚物，其成分和单体不同。缩聚反应比加聚反应复杂得多。三聚合物的命名国际上曾提出过聚合物的命名方法，但至今并未被广泛地采用。现在流行着各种各样的命名方法，比较惯用的有以下几种：(1).根据聚合物的化学结构命名以聚合物链节的化学组成和结构来命名。(2)根据聚合物的原料单体命名以合成聚合物的低分子原料单体为基础来命名。对于加聚类聚合物，在其链节所含单体前加一“聚”字来取名，例如，聚对苯二甲酸乙二醇、聚苯乙烯、聚甲醛等。对于缩聚类以及某些共聚类聚合

6、物，在其低分子原料之后习惯加“树脂”二字命名。例如，酚类和酸类的聚合物称酚醛树脂。（3）采用商品名称和代表符号有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯）、电木(酚醛塑料)、电玉(脲醛塑料)、涤纶(或的确良、聚酯纤维)、晴纶(或人造羊毛、聚丙烯纤维）、维纶（或维尼龙、聚乙烯醇纤维）、锦纶（或尼龙、聚酰胺纤维），丙纶（聚丙烯）、氯纶(聚氯乙烯)等。虽然各个国家或厂家称呼不统一，但是应用却极广。不少聚合物常用其英文名称的第一个字母表达。例如PS代表聚苯乙烯，PVC代表聚氯乙烯，EVA代表聚乙烯等。四、高分子材料的结构高聚物的结构主要包括两个微观层次1．大分子链的结构：近程结构：指单个高分子结构单元

7、的化学组成、键接方式和立体构型等；远程结构：指分子的大小和构象等。2．高分子的聚集态结构：指高聚物的分子间结构形式，如晶态、非晶态、取向结构和织态结构等。大分子链的结构1.大分子链的化学组成主要是碳、氢、氧，碳是形成大分子链的主要元素。其他还有氮、氯、氟、硼、硅、硫等元素。2.大分子链的形态大分子链有线型、支链型和体型(或网型)等三类。(1)线型分子链各链节以共价链连接成线型长链分子，其直径小于1