【2017年整理】材料科学基础-4.ppt

第四章 高聚物的分子结构 与分子集聚态结构;§4.1 高聚物的合成;; 碳链高分子 杂链高分子 元素有机高分子 芳杂环高分子;1. 碳链高分子： 主链全部由碳原子组成（有共价键连接而成） 由加成反应得到：例如：PE、PP、PVC、PS、MMA。 特点：不溶于水，可塑性（可加工性）但耐热性差。;3. 元素有机高分子： 主链中不含碳，含有Si、P、Ti、Al等元素， 特点：具有无机物的热稳定性，有机物的弹性和塑性。;§4.2 高分子内与高分子之间的相互作用;分子间的作用力包括范德华力和氢键。 范德华力包括静电力、诱导力和色散力： 静电力是极性分子间的引力。极性分子永久偶极之间的静电相互作用的大小与分子偶极的大小和定向程度有关—定向程度高，则静电力大；温度升高，静电力减小。极性高聚物分子间的作用力主要是静电力。 诱导力是极性分子的永久偶极与它在其他分子上引起的诱导偶极之间的相互作用力。 色散力是分子瞬时偶极之间的相互作用力。非极性高聚物中的分子间作用力主要是色散力。;内聚能（cohesive energy）： 把1mol的液体或固体分子移到其分子引力范围之外所需要的能量。;内聚能密度（cohesive energy density）： 单位体积的内聚能 CED= ?E/Vm Vm－－摩尔体积; 当CED290J/m3,非极性聚合物分子间主要是色散力，较弱；再加上分子链的柔顺好，使这些材料易于变形实于弹性－－橡胶 当CED420J/m3,分子链上含有强的极性基团或者形成氢键，因此分子间作用力大，机械强度好，耐热性好，再加上分子链结构规整，易于结晶取向－－纤维 当CED在290~420J/m3,分子间作用力适中－－塑料;§4.3 高分子链的近程结构;二、高分子结构单元键接方式;§4.3 高分子链的近程结构;;三、构型(Configuration);1. 线形高分子（linear polymer） ： 分子长链可以蜷曲成团。线形的分子间没有化学建键结合，在受热或者受力的情况下分子间可以相互移动，因此线型高聚物可以在适当的溶剂中溶解，加热时可以熔融，易于加工成型。;支化与交联的性能差异: 支化的高分子可以溶解;交联的高分子不溶解,在交联度不大的情况下溶胀,不熔融的 热固性塑料和硫化橡胶都是交联高分子;PE种类;c* 不对称碳原子 镜影对称 （1）全同立构 （2）间同立构 （3）无规立构 2.几何异构; 顺聚异戊二烯低温性能好 (Tg= -110 ℃）弹性大，滞后生热低、压缩变形小、耐磨性能优良、老化性能好；但 拉伸应力、硬度、拉伸强度、撕裂强度较差。;立体异构：（旋光异构）;全同立构：;;;Cis-顺式;用钴、镍和钛 催化系统可以得到顺式构型含量大于94％的顺丁橡胶。用钒和醇烯催化剂可以得到反式聚丁二烯;四、共聚物的链结构;四、共聚物的链结构 按结构单元在分子链内排列方式的不同分为;不同类型的共聚物，它们的性能也不相同，因此常用该法来对某种材料改性;;c. 丁苯橡胶;氟涂料的开发（“需要－性能设计－结构设计－合成工艺设计－合成”典型实例）;Sketch map of fluoro-chain segments rearrange in the fluoro-materials：在溶液中含氟共聚物的大分子链呈线型、自然卷曲线型;形成涂料膜的含氟共聚物的大分子链（分析结构与性能的关系）;氟涂料的性能和效果;5. 端基End Group ： 端基对polymer的力学性能没有影响，但对热稳定性影响最大，要提高耐热性，一般要对高分子链进行封端。;§4.4 高分子链的远程结构;常用的统计平均分子量有以下几种：;（2）重均分子量 ： 在一个高聚物体系中，各种大小分子的重量分数与其相应的分子量相乘，所得的各个乘积的总和，定义为重均分子量。 ; 二、高分子的形状 高分子链的柔性与结构之间的关系： （1）主链结构的影响 （2）取代基的影响 （3）氢键的影响 （4）交联的影响 ; 高分子具有链状结构。没有外力作用，不可能自动伸直，而是蜷曲起来，使大分子采取各种形态，例如，伸直链、折叠链、螺旋形、无规线团等。 Why?大分子链有蜷曲的倾向？;一、高分子链内旋转;;定义：是指分子中的原子或原子团由于C－C单键内旋转而形成的空间排布(位置、形态)。;②特点：构型是稳定的，要改变构型必须通过化学键的断裂或重组。构象是通过单键的内旋转实现的(热运动)，是不稳定的，具有统计性。由统计规律知道，大分子链蜷曲的几率最大，呈