工程材料 第九章 高分子材料.ppt

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工程材料 第九章 高分子材料

第九章 高分子材料 一、高分子的基本知识 2. 高分子化合物的合成方法 二、高分子材料的结构与性能 3. 高聚物的性能 * * 1. 主要术语及概念 高分子 Polymer molecule, Macromolecule 也叫聚合物分子或大分子,具有高的相对分子量,其结构必须是由多个重复单元所组成,并且这些重复单元实际上或概念上是由相应的小分子衍生而来。 高分子化合物 Polymeric Substance 或称聚合物,是由许多单个高分子(聚合物分子)组成的物质。 相对分子质量≥5000,分子长度102~104nm—高分子化合物 相对分子质量≤500, 分子长度0.1~102nm—低分子化合物 相对分子质量500~5000,只要具有高分子的性能—高分子 单体 Monomer 能够进行聚合反应,并构成高分子基本结构组成单元的小分子 大分子链 通过共价键连接起来的很长链状结构的大分子,通常称为大分子链。 链节 组成大分子链的重复结构单元叫做链节。 -CH2-CH2- 聚合度 Degree of Polymerization,DP 大分子链中链节的重复次数称为聚合度,以下标“n”表示。 相对分子质量 由于高分子化合物的大分子链是由大量的链节组成的,所以每一各大分子链的相对分子质量(M)应该是重复结构单元的相对分子质量(m)与聚合度(n)的乘积,即: M =m×n 多分散性 高分子化合物中各个分子的相对分子质量不相等的现象叫做相对分子质量的多分散性。 平均分子量愈大,则高分子化合物的强度愈高; 若太大,熔融态的粘度大,流动性差,加工困难; 若太小,性能差, 聚苯乙烯,≥25万,性能好;≤10极易粉碎,无应用价值 高分子化合物的合成,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,或是形成高聚物的过程。这个过程的化学反应又称为聚合反应。 根据单体与其生成的聚合物之间在分子组成与结构上的变化把聚合反应分为加聚反应和缩聚反应。 (1) 加聚反应 加聚反应是指聚合产物的重复结构单元的组成与单体相同的聚合反应,其聚合产物称加聚物。 加聚反应主要特点是参加反应的单体一般本身不具活性、但可在光、热、压力或引发剂等的作用下,低分子化合物中的双键打开,并由单键连接,形成大分子的反应。该反应过程中无低分子物质析出。 被引发后的活性单体不断与其他单体连接起来的过程——链增长过程。 加聚反应是高分子合成工业的基础,大约80%高分子化合物是利用加聚反应合成生产的。 聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙稀、合成橡胶 均聚物——由一种单体经加聚方法生成的高分子化合物。 共聚物——由两种或两种以上单体经过加聚反应生成的高分子化合物。 (2) 缩聚反应 缩聚反应是指聚合产物的分子组成比单体分子少若干原子,即在聚合反应过程中伴随有水等小分子副产物生成,其聚合产物称缩聚物。 缩聚反应的单体,一般都是具有两个或两个以上活泼官能团(如羟基-OH、胺基-NH2)的低分子有机化合物。当它们受到热或催化剂的作用时,其官能团相互作用,在分子间形成新的化学键,使低分子化合物逐步结合成大分子高聚物,并生成低分子的析出物。 缩聚反应可分为均缩聚和共缩聚 均缩聚——含有两个或两个以上相同或不同官能团的一种单体进行的缩聚反应。其产物为均缩聚物。 共缩聚——含有不同官能团的两种或两种以上单体缩聚反应。其产物为共缩聚物。 3. 高分子化合物的分类及名称 来 源 天然高分子:自然界天然存在的高分子。 半天然高分子:经化学改性后的天然高分子。 碳链高分子:主链(链原子)完全由C原子组成。 杂链高分子:链原子除C外,还含O,N,S等杂原子。 元素有机高分子:链原子由Si,B,Al,O,N,S,P等杂原子组成。 合成高分子:由单体聚合人工合成的高分子。 主链元素(链原子)组成 分类: 热行为 热塑性高聚物——具有加热时可以软化,冷却时又硬化成形,再加热可再软化,且材料的基本结构和性能不改变的特点,如:烯类高聚物。 热固性高聚物——具有受热时发生化学变化并固化成形,成形后再受热也不会软化变形的特点,如:酚醛树脂、环氧树脂。 按性质和用途可分为:塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂等 1. 大分子链的形态 伸直链(线型分子链)——较好的弹性及热塑性,不仅易于加工、还可反复使用。 带支链型(枝化型)分子链——性能与伸直链高聚物基本相同,也属于线型高聚物。 热软冷硬,可重复成型的工程塑料称为热塑性塑料,分子结构具有线型结构。 网状链(体型或交联型)分子链——在线型或支化型分子链之间, 沿横向通过链节以共价链连接起来, 形成的三维(空间)网状大分子。弹性、塑性低(甚至失去弹性、塑性),硬而脆耐热性、难熔性、热固性好,不能反复使用 Tb为脆化温度 Tg 为玻璃化温

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