《材料科学基础》课件——第二章 材料的结构第八节第九节.pptxVIP

第二章 材料的结构;;高分子材料结构;一、高分子链结构 1、近程结构 （1）结构单元的化学组成 ①碳链高分子：多数由加聚反应制得，如聚乙 烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚 丙烯腊、聚异戊二烯、聚氯乙烯等。优点：可塑 性好，容易加工成型。缺点：耐热性较差，容易 燃烧和老化。 ②杂链高分子：主链中除C外还有N、O、S等，;共价键相连。如聚酯、聚酰胺、聚甲醛、聚苯 醚、聚砜等，都是由缩聚反应合成。优点：机械 强度高和有较高的耐热性。缺点：因有极性基 团，所以容易水解。 ③元素有机高分子：主链不含C，由Si、Al、 P、Ti等和O组成，侧链是有机基团。优点：高 耐热性和耐磨性，高弹性和可塑性。如有机硅。 ④无机高分子：主链不含C及有机基团。缺点：成链能力弱，相对分子质量不高，易水解。;（2）结构单元的链接方式 ①均聚物结构单元顺序 缩聚键接方式是确定的；加聚中单体的键接顺序就不同。单烯类： ;双烯，除以上三种外还依双键开启位置不同有： 键接方式对其性能影响很大，如头—尾键接 的聚乙烯醇能与甲醛综合成维尼纶，而头—头键 接的则不能缩醛化。;②共聚物的序列结构 排列方式不同，高分子性能有很大差异，如;(3)分子链的几何形状 ①线型:自由状态是无规则线团,在外力作用下得锯齿形；链间没有化学键连接。特点：柔软、有弹性，受热分子链间会产生位移。能溶于适当溶剂、可拉丝、成膜、反复热塑，属热塑性高分子。 如无支化的聚乙烯、定向聚丙烯、无支化的顺式 1，4—丁二烯、天然橡胶及缩聚物(聚酯、尼龙等)等;②支链：短—流动性好，链间间距大；长—阻碍高分子流动，影响结晶，降低弹性。能在溶剂中溶解，受热熔融，密度低，结晶度低，硬度、强度、耐热性、耐腐蚀性等降低。;③交朕：链间通过支化或化学键连接成三维网状结构。不溶、只能溶胀。 形成交朕高分子的途径：有3个官能团单体的缩 聚；在线型高分子中加交朕剂；使高聚物产生活 性而交朕。如热固性塑料(酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯 等)和硫化后的橡胶 ;（4）高分子链的构型 由化学键所固定的原子??空间的几何排列，如：; 双烯单体定向聚合可得有规立构聚合物。还 有顺反式几何异构体，如在钴、镍和钛催化体系 中丁二烯单体主要进行1，4加成聚合，得到顺 式构型的含量大于94％的顺丁橡胶， 用钒或醇烯催化剂制得的聚丁二烯，主要是反式;（5）端基 量少，直接响高聚物的性能，特别是热稳 定性。 键的断裂可以从端基开始．如聚甲醛的 羟端基、碳酸酯的羟端基和酰氯端基都是造成这 些高聚物在高温下热降解的因素．通过封端，可 提高材料的耐热性。 ;2、远程结构 （1）高分子大小：具有多分散性，用平均相对分子质量来表征。;数均相对分子质量：以数量为统计权重 重均相对分子质量：以质量为统计权重;Z均相对分子质量：以Z值为统计权重，Z=WiMi 粘均相对分子质量：以稀溶液粘度法测得; 多分散性指数： 相对分子质量与性能的关系：越大，机械强度愈 大，粘度愈高，加工成型愈困难；分布对加工和 使用也有显著影响。;高分子材料结构;（2）高分子链的柔顺性 单键为σ键可内旋转，由内旋转而产生的分 子在空间的不同形态称为构象，高分子链呈蜷曲 构象，内旋转越自由，蜷曲趋势就越大。 柔顺性：高分子链能改变其构象的性质。柔顺性大小取决于分子内旋转的受阻程度，主链结构、侧基、链的长短等都对柔顺性有影响。 链段：主链上两个相邻的可内旋转单键间的分子段，这段距离就是链段长度。链段长度愈大，柔性愈小。;二、高分子的聚集态结构—超分子结构 晶态、非晶态、取向态 高分子液晶：在液态下分子呈现有序排列 织态结构：两种或两种以上高聚物用化学或物理方法混合在一起形成的聚集态结构，既共混物结构。 1、高分子间的作用力：范德华力和氢键。只有固态和液态，没有气态。 作用力大小：内聚能密度 Ec愈小，柔顺性好，易变形，富弹性；反之，机械强度好和耐热性。;2、高聚物的结晶 （1）结晶形态： 单晶：在极稀溶液（ω=0.01%~0.1%）中缓慢结晶，薄片状，厚度为10nm左右，大小几个μm几十个μm甚至更大。 球晶：从浓溶液中析出或熔体冷却，不存在应力或流动情况下结晶，D=0.5~100 μm。 纤维状晶体：溶液流动同时被拉伸、被剪切时结晶形成。 串晶：在生成纤维状晶体过程中,搅拌形成,是以纤维状晶体作脊纤维，附上一些折叠片晶形成;（2）结晶晶胞：一条分子链可穿过几个晶胞，大分子方向和晶胞主轴方向一致（c轴） 等同周期：相同结构单元重复出现的周期值。 在c轴方向、原子间化???键合，其他两方向 只分子间力，存在各向异性；除不存在立方晶系 外，其它6种晶系都存在。 （3）结晶速率： 结晶温度：熔点~玻璃化温度 结晶过程：成核、生长 结晶类型：异相成核，