高分子研究方法第0章绪论

长安大学材料学院许培俊聚合物现代研究方法绪论

Introduction天然高分子合成高分子蛋白质DNARNA纤维素淀粉天然橡胶……在适当条件下人工合成的大分子MacromolecularCompoundPolymer

高分子Macromolecule

（大分子）1.1高分子的基本概念

高分子的定义由原子或原子团（结构单元）以共价键形式连结而成的大分子量（一般为104～106）同系混合物。可缩写成1.2高分子的基本特征

特征1.高分子的分子量很大高分子的许多特殊性质均与其分子量很大有关

高分子的溶液性质：难溶，甚至不溶，溶解过程往往要经过溶胀阶段高分子溶液粘度比同浓度的小分子高得多高分子之间的作用力大，只有液态和固态，不能气化固态聚合物具有一定的力学强度，可抽丝、能制膜1.2高分子的基本特征

特征2.组成简单、结构有规

组成高分子的原子数目虽然成千上万，但所涉及的元素种类却十分有限，以C、H、O、N四种非金属元素最为普遍，S、Cl、F、Si也存在于一些高分子中。

高分子的主链多由重复结构单元以共价键形式相连接单键双键三键在高分子中几乎不存在1.2高分子的基本特征

特征3.分子形态多样化

线型高分子

(Linear)

其长链可能比较伸展，也可能卷曲成团，取决于链的柔顺性和外部条件，一般为无规线团；适当溶剂可溶解，加热可以熔融，即可溶可熔；可由仅含2个官能团的单体（包括单烯类单体、环状单体）聚合而成。支链高分子

(Branched)支链的长短和数量可不同；适当溶剂可溶解，加热可以熔融，即可溶可熔;有的是在线型高分子形成后人为地通过反应接枝(Grafting)上去的；有的则是在聚合过程中自然形成的，如：聚合过程中向聚合物的链转移与大分子单体共聚体型高分子(Crosslinkednetwork)整个高分子已键合成一个整体，已无单个大分子而言；可以看成是线型或支链高分子以化学键交联（Crosslinking）而成；交联程度浅的,受热可软化，适当溶剂可溶胀；交联程度深的,既不溶解,又不熔融，即不溶不熔。交联前交联后SnSnSnSnSnSnSn橡胶硫化星型高分子(Star)StarPolymer树状高分子(Dendrimer)

分子量多分散性的定义

高分子不是由单一分子量的化合物组成，而是由分子量不等的同系物的混合物，存在一定的分布或多分散性。高分子的分子量不均一的特性，即为分子量的多分散性。

特征4.分子量具有多分散性（Polydispersity）1.2高分子的基本特征分子量分布是影响聚合物性能的因素之一分子量过高的部分使聚合物强度增加，但加工成型时塑化困难

低分子量部分使聚合物强度降低，但易于加工不同用途的聚合物应有其合适的分子量分布:

纤维 分子量分布宜窄塑料 居中橡胶 分子量分布较宽

特征5：高分子的结构复杂①高分子的链式结构：高分子是由成千上万个（103—105

数量级）相当于小分子的结构单元组成的。②高分子链的柔顺性：高分子链中单键的内旋转，可以使主链弯曲而具有柔性。③高分子链之间的作用力很大，互相之间可以发生交联。④高分子凝聚态结构的复杂性：晶态、非晶态，球晶、串晶、单晶、伸直链晶等。其聚集态结构对高分子材料的物理性能有很重要的影响。⑤高分子材料中常有一些添加剂，使分子结构复杂化。一级结构二级结构高分子的链结构聚集态结构晶态结构非晶态结构取向态结构液晶态结构织态结构高聚物的结构高聚物的结构特点三级结构近程结构远程结构Chemicalcomposition化学组成Configuration构型Architecture构造Sequentialstructure共聚物的序列结构Microstructure高分子的结构(近程结构)Size分子大小（分子量及分布）Shape分子形态（构象）Morphology高分子的形态(远程结构)Polymerchainstructure高分子链结构Themicrostructureandmorphologyofsinglepolymerchain.单个高分子链的结构和形态。高分子的链结构

高分子的链结构是指单个高分子链的结构与形态,包括两个结构层次上的内容:一次结构(近程结构):是构成的最基本微观结构，包括其组成和构型。（可以理解为与链节有关的结构）二次结构(远程结构):大分子链的空间结构(构象)以及链的柔顺性等。（可以理解为与整条链有关的结构）

高分子的聚集态结构高分子的聚集态结构，是指高聚物材料整体的内部结构，即高分子链与链之间的排列和堆砌结构。分子通过次价键力聚集在一起，形成了特定聚集态结构：固态、液态和气态。高分子分子量大，分子间的作用力也大，因此只有固态和液态两种。聚集态结构分类：固态聚合物结晶态聚合物及无定型态（即非晶态聚合物）粘流态聚合物即为液态聚合物

结晶态（crystalline）特点：高分子可以结晶，但不能达到100％，即结晶高分子多处于晶态和非晶态两相共存状态。高分子结晶能力与内因（大分子结构规整性、分子柔性和分子间力）和外因（取向、温度等）有关。熔融温度或称熔点（Tm）是结晶高分子的热转变温度。由于高分子结晶存在缺陷，并有分子量分布等原因，结晶高分子的熔点通常有一范围。无定型态（非晶态）（amorphous）高分子可以是完全的非晶态非晶态高分子的分子链处于无规线团状态。这种缠结、混杂的状态也可能存在着一定程度的有序性。非晶态高分子没有熔点，在比热容-温度曲线上有一转折点，此点对应的温度称为玻璃化转变温度，用Tg表示。非晶态高分子的温度-比容曲线

将一非态晶高聚物试样，施一恒定外力，记录试样形变随温度的变化，可得到温度形变曲线或热机械曲线。非晶态高分子的温度-形变曲线高聚物结构和性能测定方法1结构测定方法1.1一级结构（分子结构）：红外、紫外、拉曼、核磁、色质联用、X射线衍射、电子能谱1.2

二级结构（分子量及其分布）：粘度法、凝胶渗透色谱1.3

三级结构（聚集态结构）结晶度：X射线衍射、电子衍射、热分析取向：双折射法、X射线衍射2转变与松弛的测定转变：高聚物从某种分子运动状态改变到另一种平衡模式分子运动的状态松弛时间：外力是高聚物从一个平衡状态通过分子运动到另一个状态需要的时间。松弛现象使高聚物力学性能出现粘弹性。高聚物转变与性能测定热性能：DTA、DSC、TGA力学性能：DMA体积变化：膨胀计法、折射系数法电磁效应：介电松弛、核磁共振3高聚物性能的测定力学性能：万能力学实验机、应力松弛仪、蠕变仪、摆捶冲击、落球冲击、动态力学分析、疲劳测试粘流行为：熔融指数仪、旋转粘度计、流变仪电学性能：介电常数、击穿电压、介电损耗角正切热性能：DSC、TGA、热膨胀系数、导热系数、阻燃其它性能：老化性能、密度、透光度、吸湿计高分子材料的时代石器时代原始公社制

50万-10000-4000

年前，黄帝，尧舜禹铜器时代奴隶制