屈服强与结晶的关系实用教案

1、1第一节第一节 高分子材料高分子材料(cilio)概述概述高分子材料的基本概念高分子材料的合成(hchng)高分子材料的分类第1页/共52页第一页，共52页。2一、高分子材料的基本概念1、高分子化合物 由一种或多种简单(jindn)低分子化合物聚合而成的相对分子量大于5000的化合物，又称聚合物或高聚物。如，聚乙烯： CH2CH2CH2第2页/共52页第二页，共52页。32、单体 构成(guchng)高分子链的低分子化合物。如：聚乙烯的单体：CH2=CH2 聚氯乙烯的单体：CH2=CHCl3、链节 高分子链中的重复结构单元。如：聚乙烯结构式：-CH2-CH2-n -CH2-CH2-为链节。第3

2、页/共52页第三页，共52页。44、聚合度 高分子链中链节的重复次数。5、官能(gunnng)度 一个单体上能与别的单体发生键合的位置数目。如：聚乙烯单体( CH2CH2 )的官能(gunnng)度为2, 是双官能(gunnng)的单体第4页/共52页第四页，共52页。5单体分子的官能度决定着高分子的结构单官能的单体: 可作为链聚合的终止剂双官能的单体: 只能(zh nn)聚合为链状结构, 形成 热塑性塑料，有较低的强度三官能的单体: 可聚合为三维网状结构, 有更高的强度第5页/共52页第五页，共52页。6、多分散性 高分子化合物中各个分子的相对(xingdu)分子质量不相等的 现象。 多分散

3、性决定了高分子材料的物理和力学性能的分散性。7、平均分子量 数均分子量： 重均分子量：i=1-; Ni-相对(xingdu)分子质量为Mi的分子在聚合物中所占的分子分数。一般情况下，用重均分子量表征聚合物比用数均分子量更恰当。/MnNiMiNi2/MwNiMiNiMi第6页/共52页第六页，共52页。7二、高分子材料的合成1、加聚反应：由一种或多种单体(dn t)相互加成而连接成聚合物的反应。其生成物叫加聚物。第7页/共52页第七页，共52页。82、缩聚反应：由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，同时析出(xch)某种低分子物质的反应，生成缩聚物和副产品。如：对苯二甲酸脂+乙二醇聚酯纤维+甲

4、醇第8页/共52页第八页，共52页。9三、高分子材料的分类按聚合反应的类型(lixng)按高分子的几何结构按聚合物的热行为第9页/共52页第九页，共52页。10热塑性聚合物 线型或支链型分子结构，加热软化，可制成一定形状，冷却(lngqu)变硬；再加热仍软化和成型。热固性聚合物 网状或体型分子结构，初热变软，可制成一定形状，加入固化剂后硬化定型，重复加热不软化。第10页/共52页第十页，共52页。11四、高分子化合物的命名和常见四、高分子化合物的命名和常见(chn jin)类型类型黑板(hibn)例题1第11页/共52页第十一页，共52页。12第二节第二节 高分子链的结构高分子链的结构(jig

5、u)及构象及构象高分子链的化学组成(z chn)结构单元的键接方式和构型高分子链的几何形状高分子链的构象及柔顺性第12页/共52页第十二页，共52页。13第13页/共52页第十三页，共52页。14一、高分子链的化学组成1、碳链高分子：主链全部(qunb)由C原子以共价键联结而成的高分子链如：-C-C-C-C-或-C-C=C-C- （侧基可以各种各样）2、杂链高分子：主链中除C原子外，还有其它原子的高分子链如：-C-C-O-C-C、-C-C-N-C-C-杂原子能大大改变(gibin)聚合物的性能。如：O原子增强链的柔性，提高聚合物的弹性。第14页/共52页第十四页，共52页。153、元素有机(y

6、uj)高分子：主链一般由无机元素和有机(yuj)元素原子组成，侧基一般为有机(yuj)基团如：-O-Si-O-Si-O-第15页/共52页第十五页，共52页。16二、结构单元的键接方式(fngsh)和构型1、键接方式(fngsh) 以乙烯型为例第16页/共52页第十六页，共52页。17多种单体(dn t)共聚无规共聚(gngj)，a)交替共聚(gngj)，b)嵌段共聚(gngj)，c)接枝共聚(gngj)，d)（黑球（黑球(hi qi)代表一种重复单元，代表一种重复单元，白球代表另一种重复单元）白球代表另一种重复单元）第17页/共52页第十七页，共52页。18各种连接方式主要受能量和空间阻碍两

7、个因素所控制，即聚合时力求使能量体系最稳定和所受的空间阻碍最小。2、空间构型由化学键所固定的空间排列称为分子链的构型。 即使分子链组成相同，但由于取代基所处的位置不同(b tn)，也有不同(b tn)的立体异构。第18页/共52页第十八页，共52页。19(1)全同立构取代(qdi)基X同侧容易结晶(2)间同立构取代(qdi)基X相间容易结晶(3)无规立构取代基X无规不易(b y)结晶第19页/共52页第十九页，共52页。20三、高分子链的几何三、高分子链的几何(j h)形状形状线型线团(xin tun)形 支化形 梳形 星形 a) b) c) d)交联形 网形 e) f)体型(txng)第20

8、页/共52页第二十页，共52页。211、高分子链的构象：由于单键内旋转引起(ynq)的原子在空间据不同位置所构成的分子链的各种形象。单键的内旋转：每一个单键围绕其相邻单键按一定角度进行的旋转运动。四、高分子链的构象四、高分子链的构象(u xin)及柔顺性及柔顺性第21页/共52页第二十一页，共52页。222、高分子链的柔顺性：由构象变化而获得的 不同卷曲程度(chngd)的特性。 柔顺性的度量第22页/共52页第二十二页，共52页。233、影响高分子链柔顺(rushn)性的主要因素（1）主链结构主链全由单键组成，柔顺(rushn)性最好碳链高分子，杂链高分子，元素有机高分子主链含孤立双键时，柔

9、顺(rushn)性较好主链含芳杂环时，因芳杂环不能旋转，柔顺(rushn)性很差，但刚性好，能耐高温柔顺柔顺(rushn)性性第23页/共52页第二十三页，共52页。24（2）侧基性质(xngzh)侧基的极性：极性越大，柔顺性越差侧基的体积：体积越大，柔顺性越差侧基分布的对称性：对称分布，柔顺性较好聚异丁烯聚丙烯好于好于第24页/共52页第二十四页，共52页。25第三节第三节 高分子的聚集高分子的聚集(jj)态结构态结构晶态聚合物的结构( jigu)非晶态聚合物的结构( jigu)聚合物的结晶度与玻璃化温度第25页/共52页第二十五页，共52页。26高分子的聚集态结构：又称超分子结构，指聚合物

10、本体中分子链的排列和堆积结构。即使具有相同结构的同一聚合物，在不同加工成型和后处理条件下，也会产生不同的聚集状态，从而使制品具有不同的性能，因此，聚集态结构对性能的影响更为直接和重要固态(gti)聚合物的聚集态结构分为晶态和非晶态（无定型）两种第26页/共52页第二十六页，共52页。27一、晶态聚合物的结构一、晶态聚合物的结构(jigu)1、缨状胶束结构模型(mxng) 早期的模型(mxng)，现已被替代第27页/共52页第二十七页，共52页。282、折叠链结构模型（目前(mqin)最成功的模型）第28页/共52页第二十八页，共52页。291、无序结构(jigu)模型二、非晶态聚合物的结构二、

11、非晶态聚合物的结构(jigu)无规线团无规线团(xin tun)模型模型第29页/共52页第二十九页，共52页。302、局部有序结构(jigu)模型折叠链缨状胶粒模型粒子(lz)相粒间相粒子(lz)相第30页/共52页第三十页，共52页。31半晶态聚合物的霍斯曼（Hosemann）模型(mxng)第31页/共52页第三十一页，共52页。三、聚合物的结晶(jijng)度与玻璃化温度1、结晶(jijng)度：晶态聚合物中结晶(jijng)的程度 /() 100%WcccafWWW/() 100%VcccafVVV第32页/共52页第三十二页，共52页。33测定结晶度的方法：常用(chn yn)密度

12、法()/()vcacaf例题(lt)：P82第33页/共52页第三十三页，共52页。342、分子结构对结晶能力(nngl)的影响体型聚合物： 不易结晶，为非晶态第34页/共52页第三十四页，共52页。353、玻璃化温度 Tg（1） 无定型聚合物的三种物理(wl)状态粘流态： 分子链可动高弹态： 链段可动玻璃态： 链段也不可动第35页/共52页第三十五页，共52页。36（2） 玻璃化温度(wnd) Tg高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度，指无定型聚合物（包括结晶型聚合物中的非结晶部分(b fen)）由玻璃态向高弹态或者由后者向前者的转变温度第36页/共52页第三十六页，共52页。37第四节第四节

13、高分子材料高分子材料(cilio)的性能的性能与结构与结构高分子材料的主要(zhyo)性能特点高分子材料性能与结构的关系改变高分子材料性能的途径第37页/共52页第三十七页，共52页。38一、高分子材料一、高分子材料(cilio)的主要性能特点的主要性能特点1、 优点原料(yunlio)丰富、成本低密度小，1g / cm3化学稳定性好、耐腐蚀，如聚四氟乙烯耐磨性好，很大的、或很小的摩擦系数电绝缘性好绝热性好良好的光学性能，如有机玻璃第38页/共52页第三十八页，共52页。39（2） 缺点弹性模量低强度低热性能差易蠕变、应力松弛(sn ch)易老化第39页/共52页第三十九页，共52页。40二、

14、高分子材料二、高分子材料(cilio)的性能与结构的的性能与结构的关系关系通常将高分子材料分为(fn wi)：热塑性塑料热固性塑料橡胶第40页/共52页第四十页，共52页。411、热塑性塑料线型链状结构。线型分子链之间以二次键结合。加热至 Tg以上温度时，二次键破坏，分子链很容易运动，表现出一定弹性和粘性(zhn xn)流动，可改变其形状。温度 0.75Tg-1.0Tg，钢硬，只能发生弹性变形； 1.0Tg，先后发生皮革状、橡胶状的粘弹性变形；温度再升高，发生粘性(zhn xn)流动，可加工成型。第41页/共52页第四十一页，共52页。422、热固性塑料体型结构。加热加压成型后，分子链之间强烈

15、交联，成网状结构。从而具有较高硬度、刚度和脆性，不能再改变(gibin)其形状。塑性加工只能在网状结构形成前进行。第42页/共52页第四十二页，共52页。433、橡胶线型分子链之间有少量交联(在C的主链上大约几百个C原子中有一个(y )C原子与 S原子共价结合)，因而具有高弹性。Tg室温；相对分子质量大，链段长，柔性好；不结晶或结晶度很小；硫化处理，产生少量交联（加硫过多，交联太强，变硬脆失去弹性）第43页/共52页第四十三页，共52页。44三、改变高分子材料性能的途径热塑性塑料能最大程度(chngd)地改变材料的结构与性能。改变热塑性塑料性能（主要限于力学性能）的主要途径：1、改变结晶度结晶

16、度增加强度、弹性模量、密度、尺寸稳定性提高，塑性、吸湿性降低。第44页/共52页第四十四页，共52页。452、改变侧基的性质侧基原子团尺寸增大（尤其产生(chnshng)苯环结构上），单键旋转困难，不易改变构象，刚性链程度增强强度、模量提高，塑性减低。柔性链刚性链第45页/共52页第四十五页，共52页。46 例如：聚乙烯聚苯乙烯，侧链：HC6H5,弹性模量：9384-23460MPa62560-78200MPa伸长率：100-600%1.5-2.0%3、改变主链的结构(jigu)聚烯烃类高分子主链：C-C键；甲醛：引入C-O键，刚性增大。第46页/共52页第四十六页，共52页。474、共聚（“合金化”）共聚：由两种或两种以上的单体参加聚合而形成聚合物的反应。是高分子材料的主要(zhyo)“合金化”方式。第47页/共52页第四十七页，共52页。48如：ABS塑料（共聚丙烯腈（A）-丁二烯（B）-苯乙烯（S）丙烯腈（A）+苯乙烯（S）线性共聚物（SAN塑料）材料的基体；丁二烯（B） +苯乙烯（S）线性共聚物（BS橡胶）呈颗粒状分布于SAN基体中；聚苯乙烯的缺点：脆性大、耐热性差；ABS共聚物：将聚苯乙烯的优点得到保持，同时丙烯腈提高了耐热、耐蚀性；丁二 烯提高弹性和韧性。ABS特点： “硬、韧、刚”用途：齿轮(chln)，轴承，管道，壳体第48