第七章有机高分子化合物及高分子材料

第七章有机高分子化合物及高分子材料第1页，共55页，2023年，2月20日，星期一高分子材料第2页，共55页，2023年，2月20日，星期一第3页，共55页，2023年，2月20日，星期一7.1有机高分子化合物的基本概念高聚物—链节相同而聚合度不同的混合物特定结构单元多次重复，如:1.高聚物的组成—CH2—CH2—n—CH2—CH2—（）n重复次得乙烯(链节)

聚合度

聚乙烯(高聚物)第4页，共55页，2023年，2月20日，星期一1、聚合度不同—混合物2、分子量只具有平均意义，常用数均摩尔质量表示。第5页，共55页，2023年，2月20日，星期一2.高聚物分子的几何形状线型线型（有支链）体型(网状)第6页，共55页，2023年，2月20日，星期一体型(网状)结构大分子被化学键交联起来，不易蜷曲。制品无弹性和塑性（热固性）。线型结构分子易蜷曲。制品有弹性(热塑性)第7页，共55页，2023年，2月20日，星期一3高聚物的结构和性能⑴高聚物的相对分子质量很大—无气态。⑵高分子链中有许多C-C键，此单键可按分子链的柔顺性。数可能(构象)——高高分子的形状便有无键角自由旋转。因此，第8页，共55页，2023年，2月20日，星期一高聚物的聚集态有高聚物整体无序，但在小区域内有序：晶态、非晶态、取向态。第9页，共55页，2023年，2月20日，星期一高聚物中晶区多称结晶度大。“两相结构”模型：晶态高聚物中有链段的非晶区。排列整齐的晶区和链段卷曲而又互相缠绕高聚物的聚集态除晶态和非晶态外，还有取向态结构。是高聚物沿拉伸方向发生有序的排列出现的。第10页，共55页，2023年，2月20日，星期一4.高聚物的物理状态

线性、非晶态高聚物恒压下的形变-温Tg—玻璃化温度Tf—粘流化温度玻璃态高弹态粘流态度曲线：第11页，共55页，2023年，2月20日，星期一

分子动能大。大分子可运动，具有流⑴粘流态：T>Tf

是高聚物的工艺状态；动性和可塑性，不会复原，属塑性变形。以温度为标，高聚物可分为三种物理状态：

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分子动能不大，大分子不动，链段可物柔软，有弹性。是橡胶的使用状态。去外力，分子复原。属高弹形变。高聚动。受外力，大分子或蜷曲或伸展；除⑵高弹态：Tf>T>Tg

第13页，共55页，2023年，2月20日，星期一

温度低，动能小。大分子不能运动，只⑶玻璃态：T<Tg

弹形变。是塑料的使用状态。位置固定。受外力，只产生微小变形—普能振动；链段也不能运动。分子的形态和第14页，共55页，2023年，2月20日，星期一5.高聚物的性能⑴基本性能：轻、弹、塑、绝缘、耐蚀。⑵机械性能：聚合度n大，强度大。⑶电性能：无电子、离子，多是绝缘体。

但极性基团在电场中会周期性取向，产生位静电，因绝缘而不易消除。移电流，使其具有导电性。高聚物经摩擦而带第15页，共55页，2023年，2月20日，星期一⑷溶解性：相似相溶①溶胀—溶剂分子进入高分子链，使链距②溶解—溶胀到使高分子链彼此分离，分其溶解过程可分为溶胀、溶解两步：增大，体积增大。溶解前的膨胀；子进入溶剂，形成溶液。第16页，共55页，2023年，2月20日，星期一高聚物的老化1.高聚物的老化—受内外因素影响，使的现象。高聚物性能破坏，以至丧失使用价值第17页，共55页，2023年，2月20日，星期一⑴外观变化—粘、软、硬、脆、龟裂、变2.老化的特征：⑵物化性能—相对分子质量及分布、溶解形、失光、变色、剥落、斑点。寒性的下降或丧失。度、密度、透光率、透气性、耐热、耐⑶机械性能—拉伸强度、硬度、耐磨性的下降。第18页，共55页，2023年，2月20日，星期一⑷电性能—绝缘性的破坏。

上述变化并不同时出现。老化是不可逆转的。3老化的实质—高聚物的降解和交联。⑴降解

—聚合度降低的过程。分为：①氧化降解

—在O2或O3作用下，生成过氧化物，再分解；第19页，共55页，2023年，2月20日，星期一②水解

—在H+或OH-催化下，与水反应③热裂解

—受热使主链断裂，或成单体，④机械裂解

—由于机械力而使高聚物裂而降解。代基成小分子。或成小分子，也可能消去取发生自由基反应。解。也可能形成自由基，第20页，共55页，2023年，2月20日，星期一⑴

热氧老化；4老化的分类：5防老化的主要方法：⑴

防老剂：抗氧剂、光稳定剂、热稳定⑵

光(紫外)氧老化。的破坏作用。剂。能防止、抑制、延缓光、热、氧第21页，共55页，2023年，2月20日，星期一⑵物理防护：防护层。⑶改性：改变结构，提高耐老化性能。

高聚物：塑料、橡胶、纤维PVC热收缩膜聚丙烯纤维硅橡胶绝缘子如:共混、共聚、交联、增强。第22页，共55页，2023年，2月20日，星期一

塑料塑料—具有塑性的高聚物。一、按加工工艺分为：1热塑性塑料分子链属线型结构（包括含有支链的）聚酰胺）、聚酯等。醛(POM)、氟塑料、ABS、尼龙（PA可以多次反复进行。例如聚乙烯、聚甲塑料加热后会软化，冷却后变硬，并且第23页，共55页，2023年，2月20日，星期一线型结构高聚物，在固化剂的作用成2热固性塑料会再软化。例如：酚醛树脂、环氧塑料等。型，后就转化为网状结构。冷却后就不二、按使用情况分为：1通用塑料指产量大，用途广，价格低，一般只能作为非结构材料使用的一类塑料。第24页，共55页，2023年，2月20日，星期一通常指聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、全部塑料的大多数。酚醛塑料和氨基塑料等6个品种，产量占聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、PPPS酚醛PEPVC氨基第25页，共55页，2023年，2月20日，星期一聚酯、聚苯醚、氟塑料、环氧树脂等。2工程塑料尼龙POM氟塑料换热器指机械性能较好，可以代替金属，可以作为结构材料使用的一类塑料。例如聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜、第26页，共55页，2023年，2月20日，星期一ABS（丙烯氰-丁二烯-苯乙烯共聚物）特点：质硬，刚而韧。热塑用途：汽车部件，电器零结构：件，电器外壳，纺织器材。耐油，耐热。不透水，耐蚀，耐磨，性塑料。无毒无味，x=y=z=2第27页，共55页，2023年，2月20日，星期一部分ABS制品饰件机箱安全帽第28页，共55页，2023年，2月20日，星期一聚碳酸酯（PC）特点：线型结构,热塑性塑耐热耐寒性好，耐稀酸结构：碱；耐氧化剂。绝缘性能优异，不吸水透光率高，冲击强度高，料。无毒，无味，无臭，第29页，共55页，2023年，2月20日，星期一用途：代替金属木材玻璃；做电器部件、人工内脏。汽车部件；防护玻璃，安全帽，包装薄膜、异型管灯罩多层装饰板第30页，共55页，2023年，2月20日，星期一第31页，共55页，2023年，2月20日，星期一

塑料的加工成型第32页，共55页，2023年，2月20日，星期一

压塑、热塑、注塑、挤塑、吹塑第33页，共55页，2023年，2月20日，星期一橡胶—在室温下具有显著高弹性能的高聚物

天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯：

橡胶但是，天然橡胶产量很少。第34页，共55页，2023年，2月20日，星期一

许多合成树脂的性能与橡胶相差甚远。性能的树脂。需要仿照天然橡胶的结构来合成具有橡胶第35页，共55页，2023年，2月20日，星期一顺丁橡胶特点：弹性好，耐磨耐寒，优于天然橡应用：85-90%用于制造轮胎，也用于三结构：胶。抗张强度低，抗湿滑性不良。缘制品，胶鞋。角皮带，减振器；耐热胶管，绝第36页，共55页，2023年，2月20日，星期一顺丁橡胶制品:第37页，共55页，2023年，2月20日，星期一硅橡胶特点：线型聚硅醚，具有良好柔顺性。防油、水，不易老化；电绝缘性好，用途：制耐高、低温制品，绝缘制品，医结构：无毒、无味、透气。耐候、防振。稳定性、弹性好。耐高、低温。疗卫生制品。第38页，共55页，2023年，2月20日，星期一硅橡胶仿真人耐热硅橡胶电缆第39页，共55页，2023年，2月20日，星期一

纤维细长柔韧的物质称纤维，如：结构特点是：中有极性基团，易形成局部结晶区，保证纤维的强度；分子中排列不整齐部分为无定型区。其链可运动，使纤维有弹性。线型结构，链直，排列整齐，支链少。分子绵、毛、丝、麻等。第40页，共55页，2023年，2月20日，星期一聚酰胺纤维（尼龙锦纶PA）特点：“强而韧”，柔顺性用途：绳索，帘子线，渔结构：纤维。好。耐磨性最好的带，降落伞，袜子。网，飞行服，运输尼龙66第41页，共55页，2023年，2月20日，星期一“尼龙绳”是这样得到的：第42页，共55页，2023年，2月20日，星期一尼龙纤维制品：尼龙布伸缩风管热气球、吊装带伸缩编织网管尼龙纤维抛光轮第43页，共55页，2023年，2月20日，星期一聚酯纤维（涤纶的确良）特点：极性分子,分子间力用途：衣料，薄膜，渔网，结构：热性好耐水,耐磨。差“挺拔不皱”，耐大,强度高，柔顺性救生圈，绝缘材料。第44页，共55页，2023年，2月20日，星期一聚酯纤维过滤筒聚酯纤维吊装带聚酯纤维聚酯纤维吸音板第45页，共55页，2023年，2月20日，星期一竹木的启示——复合材料向大自然学习第46页，共55页，2023年，2月20日，星期一增强材料基体材料竹子木材=

木质素+纤维骨骼

=

骨胶+磷酸盐轮胎

=橡胶+链子线混凝土

=

水泥+砂石

常见的复合材料第47页，共55页，2023年，2月20日，星期一1定义：由两种以上物理和化学性质不

复合材料2组成：基体材料（金属或高聚物）；3类型：纤维增强复合材料（增强材料是材料是粒子)夹层复合材料。纤维）粒子改性复合材料(增强增强材料（纤维、粒子）。多相固体材料。同的物质组合起来得到的一种第48页，共55页，2023年，2月20日，星期一

增强材料和增强作用包括：玻璃纤维，陶瓷纤维，合成纤维，1.纤维增强材料作用：承受载荷，传递和分散应力，提高金属丝。强度。“玻璃钢”就是纤维增强复合材料：第49页，共55页，2023年，2月20日，星期一组成：以树脂为基体（环氧树脂，酚醛玻璃纤维增强塑料——玻璃钢以玻璃纤维为增强材料。树脂，不饱和聚酯树脂，有机硅）。第50页，共55页，2023年，2月20日，星期一玻璃钢泵体的制作：第51页，共55页，2023年，2月20日，星期一包括：机械力（钉、钩、铆），3.复合材料界面结合力包括：SiO2、CaCO3、CaSO4

石棉、碳黑、2.粒子增强材料作用：阻止基体位错，提高强度，降低成分子间力，氢键，化学键。陶土；本。第52页，共55页，2023年，2月20日，星期一轮胎实际上是橡胶和纤维的复合材料：第53页，共55页，2023年，2月20日，星期一

人们向大自然学习了很多知识和技术，人们又在这种学习的基础