高分子材料结构.doc

1、8 高分子材料结构8.1 高分子材料及相关的基本概念高分子材料主要是由高分子化合物组成， 高分子化合物通常由一种或几种低分子化合物聚合而成，又称高聚物。与之相关的基本概念有：单体：通过聚合反应形成高分子材料的低分子化合物， 主要有：烷类（甲烷、乙烷、丙烷）、烯类（乙烯）、炔类（乙炔）等碳水化合物以及醇、醚、酸、醛、芳香烃等。链节：高分子材料中的重复结构单元。聚合度： 高分子中的链节数目。分子量： 为链接分子量与聚合度的乘积。聚合反应：包括加聚反应（反应过程无副产物）和缩聚反应（反应过程产生低分子化合物）。高分子材料中的高分子链，按照化学成分的不同，可分为以下几类：a）碳链高分子：大分子主链全部

2、由碳原子构成；b）杂链高分子：大分子主链中除了碳原子外，还包含O、N、 S、 P 等。c）元素有机高分子：大分子主链无碳原子，主要由Si、 O、N、Al 、 B、P等原子构成，且侧链为有机取代基；d）元素无机高分子：大分子主链无碳原子，且侧链无有机取代基。8.2 高分子材料结构8.2.1 高分子链的结构高分子链的结构包括空间构型、构象和形态。（1）空间构型：指高分子链中原子或原子团在空间的排列方式， 即链结构。当分子链的侧基为氢原子时， 只有一种链结构。 当分子链侧基包含其它原子或原子团时，根据其在分子链中占据位置的不同，可分为：全同立构（其它原子或原子团只占据分子链的一侧） 、间同立构（其它

3、原子或原子团相间占据分子链的两侧）和无规立构（其它原子或原子团无规律地分布在分子链的两侧） 。图 2.41 高分子链的三种空间构型a：全通立构；b：简同立构； c：无轨立构（2）构象： 以单键连接的原子由于热运动，两个原子可以在保持键角、键长不变的前提下作相对旋转， 称为单键内旋， 由此而产生的高分子链的空间形态称为高分子链的构象。 高频率的单键内旋可以随时改变高分子链的构象， 是线性分子链在空间呈卷曲状。 在拉力作用下， 卷曲状的分子链可以伸展拉直， 外力除去后又缩回到原来的卷曲状， 从而使高分子具有柔性。 实际高分子链都带有不同形式和大小的侧基， 很难发生单键内旋， 而是以几个单键为一个独

4、立单元进行内旋转，形成链段运动。链段越短，数目越多，则高分子越柔软。高分子的柔性主要受构成单键的元素、分子链的侧基或支链、链节数、温度等的影响。图 2.42 高分子链的构象（3）形态： 有线型、支化型、交联型和网络型。前两者分子链构成的聚合物统称为线性聚合物，具有高弹性和热塑性，又称为热塑性聚合物，如涤纶、尼龙、生胶等。后两者构成的聚合物称为体型聚合物，具有较高的强度和热固性，又称为热固性聚合物，如酚醛塑料、环氧树脂等。图 2.43 高分子链的形态8.2.2 高分子的聚集态高分子材料是由高分子化合物通过分子间力 （范德华力、氢键）聚集而成的。按照高分子链排列的有序程度， 高分子聚集态有晶态、 非晶态和混合态三种。 对于混合态，可用结晶区域所占的百分数表示聚合物的结晶程度，称为结晶度。图 2.44 高分子的聚集态a 和 b：晶态结构； c：混合态； d：非晶态高聚物结晶度的影响因素有冷却速度、 单体复杂程度、 高分子链形态和高分子链的空间构型等。 一般冷却越慢、 单体越简单则对成性越好； 侧基原子或原子团极性越大，越容易结晶。高分子材料的结晶度对性能的影响如下表所示。表2.5高分子材料的结晶度与性能的关系聚集态晶态非晶态混合态分子链特点规则排