第09章 合成高分子材料

1、1.基本概念 高分子化合物又称高聚物或聚合物，其分子量很大，一般为104106。其分子往往由许多相同的、简单的结构单元，通过共价键重复连接而成。例如，聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯结构单元重复连接而成：结构单元的重复数目n称为“聚合度”。聚合度可由几百至几千，聚合物的分子量为重复结构单元的分子量与聚合度的乘积。由于聚合反应本身及反应条件等方面的原因，合成高分子化合物各个分子的分子量大小是不相同的。通常所讲的高聚物的分子量，是指平均分子量，聚合度也是指平均聚合度。聚合物中分子量大小不一的现象称为高分子化合物分子量的多分散性。一般来说，分散性越大，聚合物的性能越差4.聚合反应由低分子单体合成聚合物的反

2、应叫聚合反应。聚合反应按单体和聚合物在组成和结构上发生的变化，分为加聚反应和缩聚反应两大类。以单体通过加成的方式，聚合形成聚合物的反应称为加聚反应。加聚反应是链式反应。其特点是单体分子具有能够聚合的双键、三键、环状结构等；其中，含双键结构的单体最为广泛，如乙烯、氯乙烯、苯乙烯、丁二烯等。加聚反应按参加反应的单体种类数目，可分为均聚反应和共聚反应，均聚反应是只有一种单体进行的聚合反应，其产物称为均聚物，如聚乙烯、聚氯乙烯等。共聚反应是由两种或两种以上的单体进行的聚合反应，其产物称为共聚物。(1)线型聚合物线型聚合物的大分子链排列成线状主链（如图91a），有时带有支链（如图91b），且线状大分子间

3、以分子间力结合在一起。具有线型结构的聚合物包括全部加聚树脂和部分缩聚树脂。一般来说，具有线型结构的树脂，强度较低，弹性模量较小，变形较大，耐热，耐腐蚀性较差，且可溶可熔。支链型聚合物因分子排列较松，分子间作用力较弱，因而密度、熔点及强度等低于线型聚合物。线型聚合物树脂均为热塑性树脂。2、聚合物的聚集态结构固态聚合物是由大分子链以分子间作用力聚集在一起的。聚集态结构就是指分子链间的排列、堆砌方式和规律。可分为晶态结构、非晶态结构、取向态结构和织态结构等聚集状态。晶态结构的聚合物与低分子量晶体有很大的不同。由于线型高分子难免有弯曲，故聚合物的结晶为部分结晶，即在结晶聚合物中存在“晶区”和“非晶区”

4、，且大分子链可以同时跨越几个晶区和非晶区。晶区所占的百分比称为结晶度。一般来说，结晶度越高，则聚合物的密度、弹性模量、强度、耐热性、折光系数等越高，而冲击韧性、粘附力、断裂伸长率、溶解度等越低。晶态聚合物一般为不透明或半透明状，非晶态聚合物则一般为透明状。体型聚合物只有非晶态结构。取向态结构是指聚合物在一维或二维方向的有序排列结构。事实上，线型高分子链充分伸展时，其长度为其宽度的几百、几千甚至几万倍：在一定条件下，使线型聚合物的分子链沿着特定方向排列称为取向。取向在工业生产中得到了广泛应用。例如在合成纤维生产中，采用热牵引工艺，使分子链取向，可提高纤维的强度和弹性模量。聚乙烯纤维未取向时的抗拉

5、强度约为6080MPa，而取向后的强度可达800MPa。织态结构是指将两种或两种以上的聚合物或不同分子量的同种聚合物混合而得到的材料结构，属非圴相体系统结构。其中，由一个分散相和一个连续相组成的两相共混物应用最多。例如，分散相软，连续相硬的橡胶增韧塑料和分散相硬、连续相软的热塑性弹性体等。3、聚合物的物理状态和特点聚合物的物理状态可根据温度一变形曲线划分，线型非晶态聚合物分为玻璃态、高弹态和粘流态三种物理状态（如图92）。图92 线型非晶态聚合物的变形与温度的关系、聚合物的老化在使用过程中，聚合物会由于光、热、空气（氧和臭氧）等的作用而发生结构或组成的变化，从而出现各种性能劣化现象，如出现变色

6、、变硬、龟裂、发粘、发软、变形、斑点、机械强度降低等但其化学组成并不发生变化。当老化过程以降解为主时，聚合物会出现失去刚性、变软、发粘、出现蠕变等现象。2)聚氯乙烯（PVC）聚氯乙烯树脂（PVC）是氯乙烯通过自由基聚合，用悬浮法，乳液法或本体法制成白色粉未或糊状的树脂。由于PVC树脂链上带有负电性很强的氯原子，使分子链之间产生很大的引力，阻碍了分子链之间的相对滑动，因此，PVC具有良好的耐化学腐蚀性，但质脆而硬，较少弹性。通过添加增塑剂可以改善PVC的柔韧性。在建筑中，硬质聚氯乙烯主要用作天沟、落水管、外墙覆面板、天窗及给排水管。软质聚氯乙烯常加工为片材、板材、型材等，如卷材地板、块状地板、壁

7、纸、防水卷材和止水带等。在PVC中混入大量的碳酸钙制成钙塑料可以提高塑料的硬度、降低成本，用于代替钢材和木材制作塑料门窗、楼梯扶手、地板、天花板和电线套管等，将PVC轻度发泡可以制成塑料地毯和塑料壁纸等。表表9-1 9-1 土工织物合成材料的用途土工织物合成材料的用途分分 类类用用 途途材料类型材料类型透水性的土工材料土工织物排水、反滤、护坡等用合成纤维制成土工网加固垫层、坡，防护植草，排水通道，滤层等用塑料条，带编织或压制而成的网状物土工格栅防冲刷，防流失，用于沙漠或沼泽地筑路，护坡用塑料挤压而成，呈网状，蜂窝状结构土工格室防冲刷，防流失，用于沙漠或沼泽地筑路，护坡用塑料板焊接而成土工模袋灌入混凝土或砂浆，用于护坡、地基处理用合成纤维制成土工袋装入大块石，用于截流，筑堤，防流失用合成纤维制成绳网，绳带等分分 类类用用 途途材料类型材料类型不透水性的土工材料塑料膜用于地下建筑的防水，堤围的加筋材料聚氯乙烯，聚丙烯等制成的膜土工膜用于堤坝，水库，地下建筑。游泳池等的防渗漏用纺织布或无纺布防水处理后制成复合材料多孔泡沫塑料板用于排水通道用聚氨酯制作的开孔型泡沫塑料塑料排水带用于软基处理和排水固结透水性土工织物与聚丙烯等塑料挤压而成复合土工膜用于防止管涌，加筋，排水，增