工程材料第四节 高分子材料的结构与性能 (2).ppt

第四节 高分子材料的结构与性能 一、高分子材料的基本概念 高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。常称聚合物或高聚物。 高分子化合物的分子量一般104 。 高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。 （一）、高分子化合物的组成 由简单的结构单元重复连接而成。如由乙烯合成聚乙烯: CH2=CH2+CH2=CH2+???→-CH2-CH2-CH2-CH2- ???, [ CH2–CH2 ]n 可简写成 n CH2=CH2→ 。 组成聚合物的低分子化合物称为单体。 聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链。 [ CH2–CH2 ]n 大分子链中重复结构单元(如聚乙烯中 )称为链节。 聚乙烯分子链 （二）高分子化合物的聚合 1 加聚反应 由一种或多种单体相互加成，或由环状 化合物开环相互结合成聚合物的反应。 2 缩聚反应 由一种或多种单体互相缩合生成聚合物，同时析出其他低分子化合物(如水、氨、醇、卤化氢等)的反应。 （三）高分子化合物的分类及命名 1、高分子材料的分类 ⑴ 按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。 ⑵ 按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物。 ⑶ 按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物 ⑷ 按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物 2. 高分子化合物的命名 大多数采用习惯命名法，在单体前面加“聚”字；或在原料名称后加“树脂”二字，如酚醛树脂等。 二、高分子材料的结构 （一）、高分子链的结构 (分子内结构) 1. 高分子链结构单元的化学组成 在元素周期表中只有ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA中部分非金属、亚金属元素才能形成高分子链。 2. 高分子链的形状 按照大分子链的几何形状，可将高分子化合物分为线型结构、支链型结构和体型结构。 线型结构高聚物的弹性、塑性好，硬度低，是热塑性材料。支链型结构近于线型结构 。体型结构高聚物硬度高，脆性大，无弹性和塑性，是热固性材料。 （二）高分子的聚集态结构 (分子间结构) 固态高聚物分为晶态和非晶态两大类，晶态为分子链排列规则的部分，而排列不规则的部分为非晶态。 一个大分子链可以穿过几个晶区和非晶区。晶区熔点、密度、强度、硬度、刚性、耐热性、化学稳定性高，而弹性、塑性、冲击强度下降。 三、高分子材料的力学状态 （一）线型非晶态高分子材料的力学状态 1 玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下，只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。 高聚物呈玻璃态的最高温度称玻璃化温度，用Tg表示。用于这种状态的材料有塑料和纤维。 线型非晶态高聚物的温度-变形曲线 2 高弹态：温度高于Tg，分子活动能力增加，受力时产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。 3 粘流态：由于温度高，分子活动能力很大，在外力作用下，大分子链可以相对滑动。粘流态是高分 子材料的加工态，大分子链开始发生粘性流动的温度称粘流温度，用Tf表示。 线型非晶态高聚物的温度-变形曲线 （二）其它类型高聚物的力学状态 分为一般分子量和很大分子量两种情况。一般分子量的高聚物在低温时，链段不能活动，变形小，在 Tm 以下与非晶态的玻璃相似，高于Tm 则进入粘流态。分子量很大的晶态存高聚物在高弹态。 部分结晶高聚物在非晶区Tg与晶区T m 间,非晶区柔性好,晶区刚性好,处于韧性状态,即皮革态。 线型晶态高聚物的温度-变形曲线 四、 高分子材料的性能特点 （一）高分子材料的力学性能特点 1. 低强度和较高的比强度 2. 高弹性和低弹性模量 3. 粘弹性 4. 高耐磨性