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1、10.3 有机高分子材料,本节主要内容 1.高分子基本概念2.高分子化合物的结构3.高分子化合物的性能,10.3.1 高分子化合物概述,（1）基本概念高分子化合物相对分子量特别大的一类化合物，简称高分子或聚合物,链节重复的结构单元聚合度链节的数目单体合成高分子所用的低分子原料,低分子化合物 高分子化合物原子数目：几个几十个 几千几万或几十万相对分子质量：1000 104 106分子大小：较小 很大，长度 102104nm,高分子的相对分子量,Mr=nm n聚合度 m 链节的分子量,例：聚氯乙烯 m=62 当 n=2500 则 Mr=2500 62=155000,1）高分子的相对分子质量指平均相
2、对分子质量 如：聚苯乙烯 相对分子质量：1030万 氯丁橡胶 相对分子质量：1012万2）聚合物的强度及加工性能与其相对分子质量密切相关。,（2）高分子化合物的分类及命名,1）分类,2）聚合物的命名,聚合物有系统命名法和通俗命名法，主要采用通俗命名法。天然高分子，一般按来源和性质有专有名词。如纤维素、蛋白质等。合成高分子，是在单体名称前冠以“聚”字。由两种单体缩聚而成的聚合物，如果结构比较复杂或不太明确，往往在单体名称后加上“树脂”二字来命名。,聚合物的通俗名称、商品名称及简写代号,10.3.2 高分子化合物的结构,长链型：支链型：,（1）高分子链的结构,许多链节相互连成一个很长的分子链。特点
3、：1）分子链柔顺，易卷曲。2）弹性好，塑性好，硬度、脆性较小。3）具有溶、熔性，易于加工。如：合成纤维、聚乙烯、聚丙烯、聚酯等。,体 型：线型或支链型之间以化学键交联而成。,特点：1）具有空间网状结构 2）弹性、塑性差，硬度、脆性较大。3）不具有溶、熔性。如：酚醛树脂、环氧树脂、离子交换树脂等。,（2）高分子链的柔顺性,高分子链的柔顺性高分子链中各单键自由旋转,使高分子链 具有强烈卷曲的倾向的特性。,内旋转示意图,影响高分子链柔顺性的因素：1）与链段长短有关 链段具有独立运动能力的链的最小部分。链段短，高分子链的柔顺性大；链段长，高分子链的柔顺性差。2）与链的结构有关,高分子链的结构对高分子链
4、柔顺性的影响,1）主链结构的影响主链全部由单键组成，柔顺性好。如：SiOSiO COCO CCCC主链中含有孤立双键时，分子链的柔顺性大，比不含双键时更好。例：聚异戊二烯橡,孤立双键,CH=CHCH=CHCH=CH,共轭双键,CH=CHCH2CH=CHCH2,主链含一定数目的芳杂环时，分子链的柔顺性差。,主链含有共轭双键时，分子链的柔顺性差，呈现出极大的刚性。,聚苯乙炔,2）侧基性质对高分子链柔顺性的影响,侧基极性的影响,侧基大小的影响,侧基对称性的影响,晶区结构模型同一种高分子化合物可以兼有晶态和非晶体两种结构。根据晶区结构模型，在结晶高分子中存在着若干所谓晶区，在晶区中间还存在所谓非晶区。
5、在晶区，分子链有规则而紧密地排列，非晶区，分子链蜷曲和无规则的堆砌。,（3）高分子化合物的力学状态,1）结晶度 高分子中，晶区部分所占的质量分数 通常，结晶高分子的结晶度只有50%80%,2）温度形变曲线,玻璃态：整个高分子链和链段均被冻结。形变很小普弹形变。,高弹态：整个高分子链不能移动，但链段可以自由转动。形变很大高弹性变。,粘流态：链段和整个高分子链均可以移动。流动形变是不可逆粘流形变。,两个转变温度：,玻璃化温度 Tg 由玻璃态转变到高弹态的温度 粘流化温度 Tf 由高弹态转变到粘流态的温度 塑料：Tg室温，Tg是其使用的上限温度;作塑料的高聚物Tg要高；Tf 不要太高，TgTf 范围
6、不要太大。例：聚苯乙烯 Tg=100 Tf=135 橡胶：Tg室温，Tg是其使用的下限温度，作橡胶的高聚物Tg要低；Tf 较高,TgTf 范围要求宽。例：天然橡胶 Tg=-73 Tf=122,10.3.3 高分子化合物的性能,2）结晶度的影响 在结晶区内分子链排列紧密有序，可使分子链之间的作用力增大，机械强度也随之增高。3）极性的影响 高聚物分子链中含有极性基团或链间能形成氢键时，都可因增加分子链之间的作用力而提高其机械强度。,4）主链结构的影响主链含苯环等的高聚物，其强度和刚性比含脂肪族主链的高聚物的要高。,（1）机械性能1）相对分子质量的影响 高聚物的平均相对分子质量(或平均聚合度)的增大
7、，有利于增加分子链间的作用力，可使拉伸强度与冲击强度等有所提高。但当相对分子质量超过一定的数值后，不但拉伸强度变化不大，而且会使Tf升高而不利于加工。,（2）电学性能,1）非极性高分子（链节结构对称的高分子）对直流电和交流电的绝缘性能均很好。例：聚四氟乙烯中，CF键虽有相当大的极性，但由于整个链节结构的对称，使键的极性相互抵消，所以聚四氟乙烯是非极性高聚物，可用作高频率的电绝缘材料(电介质)。,2）极性高分子（链节结构不对称的高分子）对直流电是绝缘的，但对交流电而言，极性高聚物由于极性基团或极性链节会随着交变电场的方向发生周期性的取向，具有一定的导电性。例：聚氯乙烯,3）含共轭双键的高分子 例：聚乙炔 CH=CHCH=CHCH=CHn,（3）高分子化合物的老化与防老,老化是指高聚物及其材料在加工、贮存和使用过程中，长期受化学和物理(热、光、电、机械等)以及生物(霉菌)因素的综合影响，发生裂解或交联，导致性能变坏的现象。例如，塑料制品变脆、橡胶龟裂、纤维泛黄、油漆发粘等。,1）交联反应在分子链之间形成化学键，使大分子从线型结构 转变成体型结构的过程。,3）裂解反应（降解反应）指大分子断链变为小分子的过程。例：橡胶氧化裂解,
