工程材料 高分子材料的结构与性能

1、工程材料 高分子材料的结构与性能第1页，共14页，2022年，5月20日，4点7分，星期三 （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- , CH2CH2 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。 CH2CH2 n大分子链中重复结构单元(如聚乙烯中 )称为链节。 聚乙烯分子链第2页，共14页，2022年，5月20日，4点7分，星期三（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

2、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。第3页，共14页，2022年，5月20日，4点7分，星期三（三）高分子化合物的分类及命名1、高分子材料的分类 按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。 按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物。 按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物 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 第4页，共14页，2022年，5月20日，4点7分，星期三2. 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。第5页

3、，共14页，2022年，5月20日，4点7分，星期三二、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A、A、A、A中部分非金属、亚金属元素才能形成高分子链。第6页，共14页，2022年，5月20日，4点7分，星期三2. 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。第7页，共14页，2022年，5月20日，4点7分，星期三（二）高分子的聚集态结构 (分子间

4、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。 第8页，共14页，2022年，5月20日，4点7分，星期三三、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 第9页，共14页，2022年，5月20日，4点

5、7分，星期三2 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 第10页，共14页，2022年，5月20日，4点7分，星期三（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

6、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 第11页，共14页，2022年，5月20日，4点7分，星期三四、 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. 高耐磨性第12页，共14页，2022年，5月20日，4点7分，星期三（二）高分子材料的物化性能特点1. 高的绝缘性2. 低耐热性3. 低导热性4. 高热膨胀性5. 高化学稳定性第13页，共14页，2022年，5月20日，4点7分，星期三（三）高分子材料的老化及防止老化现象高分子材料在长期储存和使用过程中，由于受氧、光、热、机械力、水蒸气及微生物