文档介绍：第九章高分子材料
第一节概述
一、高分子材料的基本概念
高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。常称聚合物或高聚物。
高分子化合物的分子量一般>104 。
高分子化合物有天然的,也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。
1、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- ,
[ CH2–CH2 ]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。
[ CH2–CH2 ]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
2 、高分子材料的分类
⑴按用途分塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。
⑵按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物。
⑶按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物
⑷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
二、高分子材料的结构
1、大分子链的结构
⑴大分子链的柔顺性
大分子链主链共价键有一定键长和键角,保持键长和键角不变时单键可任意旋转,称单键的内旋转。
内旋转使大分子链卷曲成各种不同形状,对外力有很大的适应性,这种特性称为大分子链的柔顺性。
柔顺性与单键内旋转的难易程度有关。
⑵大分子链的形状
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。
2、高分子的聚集态结构
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。
三、高分子材料的力学状态
1、线型非晶态高分子材料的力学状态
⑴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
⑵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。
⑶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
2、线型晶态高分子材料的力学状态
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