第三章高分子材料的結構與性能

1、高分子材料的結構特點與性能,高聚物結構,高分子的一級結構示意圖,遠程結構,一級結構（二次結構）,=,高分子的二級結構示意圖,聚集態(tài)結構,二級結構（三次結構）,=,高分子的近程結構,一、高分子鏈的化學結構（1）碳鏈高分子概念：分子主鏈由C原子由共價鍵相連而成，大多由加聚反應制得。例子：常見的有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。特點：分子量高，不易水解，易燃燒，易老化，耐熱性較差。,一級結構,（2）雜鏈高

2、分子概念：除C以外，主鏈上還含有O、N、S、Si等原子，多由縮聚反應或開環(huán)聚合反應制得。例子：聚酯、聚酰胺、酚醛樹脂、聚甲醛、聚砜等。特點：分子量較低，一般主鏈帶有極性，較易水解，耐熱性和力學強度較C鏈高分子高，多用作工程塑料。,（3） 元素高分子概念：主鏈中含有Si、P、Ge、Al、Ti、As、Sb等元素，或主鏈全由這些元素構成。例子：,二、高分子的鏈接結構概念：鍵接結構是指結構單元在高分子鏈中的聯(lián)結方式，它也是影響性能的

3、重要因素之一。（1）單烯類單體(CH2＝CHR),（2）共聚物的序列結構,三、結構單元的空間排列（構型）,天然橡膠：順式 高彈體,古塔波膠：反式 硬晶體 無彈性,聚異戊二烯,立體構型,四、鏈的鍵合,一、概念☆遠程結構：是關于整個高分子鏈的結構，主要指高分子的大?。ㄏ鄬Ψ肿淤|(zhì)量及其分布）和大分子部分或整鏈在空間呈現(xiàn)的各種幾何構象，包括分子鏈的質(zhì)量和構象兩個方面?！钸h程：指沿分子鏈方向上，考察的距離較遠。,高分子的遠程結構,（1

4、）分子量：①分子量大 ②多分散性，分子量不均一,（2）鏈的柔順性：,聚合物凝聚態(tài)結構,概念 凝聚態(tài)：指由大量原子或分子以某種方式（結合力）聚集在一起，能夠在自然界相對穩(wěn)定存在的物質(zhì)形態(tài)。,二級結構,——聚集態(tài)結構：決定高聚物本體性能的主要因素——高分子材料是由許許多多高分子鏈（相同或不同的）以不同方式排列或堆砌而成的聚集體,固態(tài)高分子材料按分子鏈排列的有序性，分：——結晶態(tài)結構：分子鏈按照三維有序的方式聚集在一起形成的；—

5、—非晶態(tài)（無定型態(tài)）結構：分子鏈取無規(guī)線團構象，雜亂無序地交疊在一起形成的；——取向態(tài)結構：在外場作用下，分子鏈沿一維或二維方面局部有序排列形成的。,相應的高分子材料，則有：——結晶高分子材料：以晶態(tài)為主的高分子材料；——非晶（無定形）高分子材料：非晶態(tài)或以非晶態(tài)占絕對優(yōu)勢的高分子材料； 結晶高分子材料在高溫下（超過熔點）也會熔融，變?yōu)闊o規(guī)線團的非晶態(tài)結構。,一、非晶態(tài)結構,☆概念：是指玻璃態(tài)、橡膠態(tài)、粘流態(tài)（或熔融態(tài)）及

6、結晶高聚物中非晶區(qū)的結構?！钐攸c：分子排列無長程有序，對X- 射線衍射無清晰點陣圖案。,二、晶態(tài)結構——晶態(tài)結構的研究對象　單個晶粒的大小、形狀以及它們的聚集方式。,——聚合物晶態(tài)結構模型 聚合物晶態(tài)結構模型的中心問題是晶體中大分子鏈的堆砌方式，基本模式有兩種：①纓狀膠束模型：由非晶態(tài)結構的無規(guī)線團模型衍生出來的→結晶中存在許多膠束和膠束間區(qū)域，膠束是結晶區(qū)，膠束間是非晶區(qū)→解釋晶區(qū)與非晶區(qū)之間的強力結合而形成具有優(yōu)良力學性能

7、的結構等→更適合于低結晶度及中等結晶度的情況 ；,②折疊鏈模型：從局部有序的非晶態(tài)結構模型衍生出來的→晶體中，大分子鏈是以折疊的形式堆砌起來的→適合于結晶度較高的情況。但高結晶度存在以下缺陷：a.點缺陷：如空出的晶格位置和在縫隙間的原子、鏈端、側基等；b.位錯：主要是螺型位錯和刃型位錯；c.二維缺陷：如折疊鏈表面；d.鏈無序缺陷：如折疊點、排列改變等；e.非晶態(tài)缺陷：即無序范圍較大的區(qū)域。,規(guī)則的近鄰折疊,疏松的近鄰折疊,無規(guī)

8、的近鄰折疊,宏觀或亞微觀結構?。ńY晶形態(tài)）,單晶球晶串晶樹枝狀晶纖維狀晶,,聚合物的結晶形態(tài),（1）單晶（折疊鏈晶片型單晶）（稀溶液）：各向異性，有一定外形，長程有序,空心棱錐型聚乙烯單晶立體形狀示意圖,（2）球晶（較濃的溶液）——球晶（樹枝晶）：從熔體冷卻或從濃溶液中結晶時，在不存在應力或流動的情況下形成。由無數(shù)徑向發(fā)射的折疊鏈晶片按結晶規(guī)律長在一起的球形多晶聚集體。——大?。褐睆綆资翈装傥⒚??！绊懀簩Ω叻肿硬?/p>

9、料的性能，尤其是力學性能有很大影響。,球晶生長的共同條件是含有雜質(zhì)的粘稠體系,從熔體生長的等規(guī)聚苯乙烯球晶的偏光顯微鏡照片,（3）纖維狀晶（伸直鏈晶體）和串晶（攪拌下）—在特定的環(huán)境中,如在高溫高壓條件下結晶，或在高速拉伸（105m/min）和快速淬火下紡絲→可能得到纖維狀的伸直鏈晶體?！熘辨溇w含量為10%的聚乙烯纖維，抗拉強度達480MPa；—串晶力學性能較高。,三、取向態(tài)結構—聚合物的取向：鏈段、整個大分子鏈以及晶粒

10、在外力場作用下沿一定方向排列的現(xiàn)象?！∠騿卧合鄳逆湺巍⒋蠓肿渔溂熬Я??！∠蚪Y構（orientation）：由大分子鏈取向所形成的聚集態(tài)結構。,——非晶態(tài)聚合物的取向①大尺寸取向（分子鏈取向）：指大分子鏈作為整體是取向的，整個分子鏈沿外場方向平行排列，但鏈段未必都取向→取向慢，解取向也慢；②小尺寸取向（鏈段取向）：指鏈段沿外場方向平行排列，但整個大分子鏈并未取向，其可能是雜亂的→取向快，解取向也快。,——解取向：取向過程

11、是分子在外場作用下的有序化過程，外場除去后，分子熱運動又會重新回復無序化，即解取向。,,非晶高分子材料的取向狀態(tài)在熱力學上是一種非平衡態(tài),——結晶聚合物的取向⊕結晶聚合物在外場作用下，除了發(fā)生非晶區(qū)的分子鏈或鏈段取向外，還有晶粒的變形、取向排列問題。,⊕取向結果：①微絲結構 ②伸直鏈晶體,四、共混態(tài)結構（織態(tài)結構）——高分子共混材料（polymer blend）：又稱高分子合金（polymer alloy），指兩種或兩種以