33高分子材料.ppt

1高分子的結(jié)構(gòu)與物性 高聚物的結(jié)構(gòu)從不同的層面來(lái)討論 可分為四級(jí) 一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)就是從鏈節(jié)的角度來(lái)搞清高分子的 鏈節(jié)的化學(xué)結(jié)構(gòu) 化學(xué)成分是什么 高聚物的命名就是反映這種化學(xué)成分 鏈節(jié)的空間結(jié)構(gòu) 空間原子排列的方式的差異 鏈節(jié)的連接方式 共聚物 無(wú)規(guī)共聚物 ABAABBBBA交替共聚物 ABABABAB嵌段共聚物 AAAABBBBBBAAA接枝共聚物 ABAAB CCC B 二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)是研究高分子主鏈原子間的化學(xué)鍵的旋轉(zhuǎn)和鏈段熱運(yùn)動(dòng)的 鍵可以旋轉(zhuǎn) 越容易旋轉(zhuǎn) 材料就越柔韌 PMA的Tg為281K PMMA的Tg為378K 主鏈上存在剛性芳香環(huán)時(shí) 鍵不易旋轉(zhuǎn) 顯著增加Tg 酚醛樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂的分子量幾千 即為硬脆固體 雙鍵不能自由旋轉(zhuǎn) 與之相鄰的單鍵更易旋轉(zhuǎn) 材料更柔韌 聚異戊二烯和聚氯丁二烯是橡膠 聚氯乙烯是塑料 三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)即高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 高聚物除由結(jié)晶體和無(wú)定形體外 還有介于二者之間的介晶體 包括液晶 三級(jí)結(jié)構(gòu)受材料成型時(shí)的壓力 溫度和成型條件影響 線(xiàn)型結(jié)構(gòu)的高聚物分為晶態(tài)高聚物和非晶態(tài)高聚物 或者兩者共存 體型結(jié)構(gòu)的高聚物 由于分子鏈間有大量的交聯(lián) 分子鏈不可能產(chǎn)生有序排列 因而都是非晶態(tài)的 四級(jí)結(jié)構(gòu) 主要用于生物高分子其他高分子是在外力作用下 分子鏈沿外力方向擇優(yōu)排列的結(jié)構(gòu) 纖維生產(chǎn)采用牽伸工藝 薄膜采用雙向拉伸工藝高分子的一 二級(jí)結(jié)構(gòu)取決于合成時(shí)的化學(xué)反應(yīng) 三級(jí)結(jié)構(gòu)由次價(jià)力決定 四級(jí)結(jié)構(gòu)是在外力作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng) 2高分子材料的主要性能 1 溶解性高分子分子量大 溶解時(shí)需要先大量吸收溶劑 體積膨脹 即 溶脹 階段 溶劑分子不斷向內(nèi)擴(kuò)散 外表面的高分子溶解 新的表面又逐漸被溶劑化而溶解 最終形成均勻的高分子溶液 高分子溶解是一個(gè)緩慢的過(guò)程 選擇溶劑的規(guī)則是 相似相溶 定量的理論是比較溶解度參數(shù) 液體或固體各自分子之間的吸引力足夠強(qiáng)時(shí) 才能使它們保持液體或固體的狀態(tài) 液體或固體分子間的這種吸引力用內(nèi)聚能來(lái)表示 內(nèi)聚能密度是在零壓力下單位體積的液體變成氣體的氣化熱 溶解度參數(shù)即內(nèi)聚能密度開(kāi)平方 溶解度參數(shù)相近原則 通常 1 2 3 1時(shí) 就估計(jì)能夠溶解 聚氯乙烯的 19 8 J cm 3 1 2 環(huán)己酮 20 3 兩者相溶 聚氯乙烯 19 8 不能溶于辛烷 15 5 和甲醇 29 7 順丁橡膠 17 6 苯和環(huán)己烷 分別為18 8和17 0 所以苯和環(huán)已烷都能很好地溶解順丁橡膠 溶解度參數(shù)相近原則適用于非極性分子混合時(shí)的體系 溶劑化作用是高分子和溶劑分子上的基團(tuán)能夠相互吸引或形成氫鍵 從而促進(jìn)聚合物的溶解 2 機(jī)械性能高分子的分子量很大 它與小分子有許多差異 乙烷是氣體 丁烷施加壓力就成為液體 汽油是C7 C8的烷烴 液體 石蠟是固體 約C30的烷烴 而要獲得一定的機(jī)械強(qiáng)度 就要求分子量更大 機(jī)械強(qiáng)度主要影響因素有 1 平均相對(duì)分子質(zhì)量的增大 有利于增加分子鏈間的作用力 2 極性取代基或鏈間能形成氫鍵時(shí) 能增加分子鏈之間的作用力而提高其強(qiáng)度 拉伸強(qiáng)度 聚氯乙烯 含極性基團(tuán) Cl 聚乙烯 3 適度交聯(lián)有利于增加分子鏈之間的作用力 如聚乙烯交聯(lián)后 沖擊強(qiáng)度可提高3 4倍 4 在結(jié)晶區(qū)內(nèi)分子鏈排列緊密有序 可使分子鏈之間的作用力增大 機(jī)械強(qiáng)度也隨之增高 機(jī)械強(qiáng)度 高結(jié)晶聚乙烯 低結(jié)晶聚乙烯 5 主鏈含苯環(huán)或側(cè)鏈引入芳環(huán) 雜環(huán)取代基等的高聚物 其強(qiáng)度和剛性比含脂肪族主鏈的高聚物的要高 強(qiáng)度 芳香尼龍 如芳綸 1313 普通尼龍 3 電性能高分子材料中一般沒(méi)有自由電子或離子 屬于絕緣體 由于材料中的極性基團(tuán)或極性鏈節(jié)在交流電的作用下 受到交變電場(chǎng)的反復(fù)作用 絕緣性將受到破壞 高聚物的極性越小 其絕緣性越好 聚四氟乙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 例 試比較下列高聚物的電絕緣性 非極性高聚物分子鏈節(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)的高聚物 如聚乙烯 聚四氟乙烯等 極性高聚物分子鏈節(jié)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)的高聚物 如聚氯乙烯 聚酰胺等 分子的極性可用相對(duì)介電常數(shù) 衡量 通常非極性高聚物的 2 弱極性或中等極性高聚物的 2 4 強(qiáng)極性高聚物的 4 表7 2常見(jiàn)高聚物的相對(duì)介電常數(shù) 高頻電絕緣材料只含C H F元素 沒(méi)有其他極性基團(tuán) 而且結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng) 如聚乙烯 聚四氟乙烯 中頻電絕緣材料無(wú)極性基團(tuán) 但結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng) 聚苯乙烯 聚異戊二烯等 中頻電絕緣材料或低頻電絕緣材料有極性基團(tuán) 且結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng) 聚氯乙烯 聚酰胺 尼龍 酚醛樹(shù)脂等 塑料是一類(lèi)在常溫下具有固定的形狀和強(qiáng)度 在高溫下具有可塑性的高分子材料 通用塑料 聚乙烯 PE 聚丙烯 PP 聚氯乙烯 PVC 聚苯乙烯 PS ABS樹(shù)脂 有機(jī)玻璃 PMMA 工程塑料機(jī)械強(qiáng)度好 可替代金屬材料 尼龍 PA 聚碳酸酯 PC 聚酯 PET 塑料的主要用途 包裝和建筑材料包裝材料 塑料薄膜 中空容器 編織袋 泡沫塑料等 建筑材料塑料門(mén)窗 板材 管道 橡膠橡膠是一類(lèi)具有高彈性的高分子材料 拉伸時(shí)能伸長(zhǎng)到原長(zhǎng)的幾倍 拉力撤除后又能恢復(fù)到原來(lái)的尺寸 橡膠分為天然橡膠和合成橡膠 生活中的雨衣 膠鞋 熱水袋 球類(lèi) 玩具 輸液管等也是用橡膠制成的 橡膠的彈性 柔軟性 耐磨性 絕緣性和阻隔性都十分優(yōu)良 用途十分廣泛 在工業(yè)上 主要用于制備各種輪胎 50 以上 此外 傳送帶 馬達(dá)皮帶 自動(dòng)扶梯把手 印刷用的膠輥 電纜電線(xiàn)的絕緣護(hù)套及勞保產(chǎn)品等也都由橡膠制造 纖維人類(lèi)使用天然纖維的歷史已有好幾千年 蠶絲是我們的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn) 天然纖維的生產(chǎn)也受到自然環(huán)境的限制 合成纖維的出現(xiàn)是在20世紀(jì)30年代 1938年第一個(gè)化學(xué)纖維廠投產(chǎn) 生產(chǎn)尼龍 66 此后腈綸 滌綸等先后研制成功 合成纖維占工業(yè)纖維的100 和民用纖維的50 最主要的合成纖維有三種 滌綸 聚酯纖維 是最挺括的纖維 錦綸 尼龍 6 最結(jié)實(shí)耐磨的纖維 腈綸 聚丙烯腈纖維 最耐曬的纖維 制備纖維的聚合物須具備如下條件 很好的防絲性性 較高的強(qiáng)度 較好的耐熱性 較好的手感 吸濕性 染色性 抗腐蝕和抗霉變性 涂料是一種液態(tài)或粉末狀態(tài)能均勻涂覆在物體的表面并形成堅(jiān)韌保護(hù)膜的材料 涂料具有保護(hù) 裝飾 色彩標(biāo)志作用 涂料的主要組分有 成膜物 溶劑 顏料和填料 助劑等 綠色環(huán)保已成為涂料發(fā)展的主題 涂料 凡能把同種的或不同種的固體材料表面連接在一起的物質(zhì)統(tǒng)稱(chēng)為膠粘劑 如自行車(chē)補(bǔ)胎用的膠水 信封封口用的糨糊等 膠粘劑一般都包含以下幾種組分 基料 固化劑 溶劑 以及其他助劑 膠粘劑 熱固性高分子膠粘劑 如用于木材的脲醛樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂 用于船體 水壩補(bǔ)漏或飛機(jī) 導(dǎo)彈等粘接的環(huán)氧樹(shù)脂 用于粘接塑料 皮革等的聚氨酯等 橡膠膠粘劑 如補(bǔ)車(chē)胎的膠水 房屋建筑防水密閉用的硅橡膠密封膠 壓敏膠粘劑 如包裝封口用的壓箱帶 作文具用的壓敏膠帶 商場(chǎng)的壓敏標(biāo)簽等 四分子吸收光譜 分子內(nèi)部既可以發(fā)生電子躍遷 分子中相鄰的原子之間可以發(fā)生振動(dòng) 分子自身還可以轉(zhuǎn)動(dòng) 電子躍遷 電子能級(jí)