高分子物理课件:1-2节a(第一章).ppt
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- 高分子 物理 课件 第一章
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1、表表1-1 高分子的结构层次及其研究内容高分子的结构层次及其研究内容l不同的共聚物组成对材料性能的影响各不同的共聚物组成对材料性能的影响各不相同。无规共聚物的性质与均聚物差不相同。无规共聚物的性质与均聚物差别很大。例如别很大。例如PE、PP均为塑料,而其共均为塑料,而其共聚物则是橡胶(乙丙橡胶);聚物则是橡胶(乙丙橡胶);PTFE是不是不能熔融加工的塑料、而其与六氟丙烯的能熔融加工的塑料、而其与六氟丙烯的共聚物则是热塑性塑料共聚物则是热塑性塑料l 塑料与橡胶的区别塑料与橡胶的区别l为了改善高聚物的性能,为了改善高聚物的性能,往往采取共聚往往采取共聚,使,使产物兼有几种均聚物的优点。产物兼有几种
2、均聚物的优点。l如如:PMMA是塑料,性能与是塑料,性能与PS类似,但由于类似,但由于酯酯基极性强,高温流动性差,不能注塑成型基极性强,高温流动性差,不能注塑成型,如,如果与少量果与少量St共聚共聚,则可以明显,则可以明显改善高温流动性改善高温流动性;lABS树脂是树脂是AN、Bu、St的共聚物,兼具三者特的共聚物,兼具三者特点,点,AN使之耐化学腐蚀、提高抗张强度和硬度;使之耐化学腐蚀、提高抗张强度和硬度;Bu使之具有橡胶的韧性,提供抗冲击强度;使之具有橡胶的韧性,提供抗冲击强度;St提供高温流动性,便于加工,并改善制品外观。提供高温流动性,便于加工,并改善制品外观。因此,因此,ABS是性能
3、优良的热塑性塑料。是性能优良的热塑性塑料。1.2.3 支化与交联支化与交联一、线形:直线易卷曲, 可伸缩 特点:一般高分子都是线型的,在受热或受力情况下分子间可一般高分子都是线型的,在受热或受力情况下分子间可以互相移动,以互相移动,可以溶解和熔融,易于加工成型可以溶解和熔融,易于加工成型。1.2.3 支化与交联支化与交联一、线形:直线易卷曲, 可伸缩 特点:柔顺,易结晶, 密度较高一般高分子都是线型的,在受热或受力情况下分子间可一般高分子都是线型的,在受热或受力情况下分子间可以互相移动,可以溶解和熔融,易于加工成型。以互相移动,可以溶解和熔融,易于加工成型。二、支链: 星形 梳形 无规支化 树
4、枝状 交联l特点:特点:结晶度和密度较低,强度下降结晶度和密度较低,强度下降l支化高分子的化学性质与线形分子相似,支化高分子的化学性质与线形分子相似,但支化对于物理机械性能有时影响很大,但支化对于物理机械性能有时影响很大,如如LDPE(高压聚乙烯)(高压聚乙烯),由于支化破坏,由于支化破坏了结晶,机械强度低,常被用于薄膜;了结晶,机械强度低,常被用于薄膜;而而HDPE(低压聚乙烯)(低压聚乙烯),线型分子,线型分子,结晶度高,硬度高,可做瓶、管、棒等。结晶度高,硬度高,可做瓶、管、棒等。 1.2.4 构型构型(Configuration) 构型:由化学键所固定的原子或基团在空 间的几何排布 特
5、点:一、旋光异构体:主链为饱和碳氢化合物、含不 对称碳(*C) 按基团不同排布分类 1、全同立构: pp, x-CH31.3.1 高分子尺寸高分子尺寸一、分子量:一、分子量:Mw, Mn, Mz, M, (g/mol, 道尔顿) 范围:合成高分子 5000107 天然高分子 104108二、聚合度 P=M/M0l1)分子量分子量:高聚物的分子量只具有统计平均意义。l2)分子量分布分子量分布能够更清晰细致地表明分子的大小。下图是分子量分布的微分分布曲线,根据这种图,不仅可以得到平均分子量,还可以知道分子量的分散程度,即,分子量的分布宽度。l 分子量及其分布对高分子材料性能的影响分子量及其分布对高
6、分子材料性能的影响 1、聚合物的分子量或聚合度达到一定数值后,才能显示适用的机械强度,这一数值称为临界聚临界聚合度合度。一般介于40-80之间,因聚合物极性而异。在临界聚合度以上,聚合物的机械强度随聚合度增长而增强,当聚合度大于200-250后,机械强度的增长趋势延缓,达到600-700时,产物的机械强度将趋于某一极限值。 在实际应用中,分子量增加,分子间的作用力也增加,使共聚物的高温粘度增加,给加工成型带来困难。因此分子量也不宜过大。l 2、分子量分布对产品机械性能也有很、分子量分布对产品机械性能也有很大影响。对于合成纤维和塑料来说,希大影响。对于合成纤维和塑料来说,希望分子量分布窄一些,可
7、提高产品强度望分子量分布窄一些,可提高产品强度和机械性能。而对于橡胶则希望分子量和机械性能。而对于橡胶则希望分子量分布宽一些,低分子量部分使加工时的分布宽一些,低分子量部分使加工时的粘度低,而且起增塑剂的作用,便于加粘度低,而且起增塑剂的作用,便于加工成型。例如天然橡胶平均分子量很大,工成型。例如天然橡胶平均分子量很大,加工很困难,加工时,常需要加工很困难,加工时,常需要塑炼塑炼,使,使分子量降低,分布变宽。分子量降低,分布变宽。高分子链的一端到高分子链的一端到 另一端的直线距离平方的平均值另一端的直线距离平方的平均值对于非线型高分子链又应该如何表征其分子尺寸呢对于非线型高分子链又应该如何表征
8、其分子尺寸呢? ?四、均方旋转半径四、均方旋转半径 S2:高分子链的质量:高分子链的质量 中心到链上每个单元距离平方的平均值中心到链上每个单元距离平方的平均值 h2= 6S2 (无规线团)iiiiimSmS/22l1、高分子的主链虽然很长,但通常并不是伸直的,它、高分子的主链虽然很长,但通常并不是伸直的,它可以蜷曲起来,使分子采取各种形态,对于柔性分子,可以蜷曲起来,使分子采取各种形态,对于柔性分子,一般呈无规线团状。一般呈无规线团状。l2、高分子的蜷曲是由于高分子链上、高分子的蜷曲是由于高分子链上单键的内旋转单键的内旋转造成造成的。的。l3、单键的内旋转不是完全自由的,因为原子之间存在、单键
9、的内旋转不是完全自由的,因为原子之间存在相互作用相互作用 一、一、构象构象:单键内旋转造成高分子在空间的各种形态(内旋:单键内旋转造成高分子在空间的各种形态(内旋转异构体)转异构体) 特点:特点:1、构象数很大。构象数、构象数很大。构象数=2N-3 2、内旋转异构体不能分离、内旋转异构体不能分离 3、链柔顺性、链柔顺性总的来说,高分子链有五种构象,即总的来说,高分子链有五种构象,即无规线团无规线团(random coil)、)、伸直链伸直链(extended chain)、)、折叠链折叠链(folded chain)、)、锯齿链锯齿链(zigzag chain)和)和螺旋链螺旋链(helica
10、l chain)。)。 注意注意前三者是前三者是整个整个高分子链的形态,而后两者是若干链节组高分子链的形态,而后两者是若干链节组成的成的局部局部的形态,因而会有重叠,如伸直链可以由锯齿形组的形态,因而会有重叠,如伸直链可以由锯齿形组成也可以由螺旋形组成。成也可以由螺旋形组成。l构造(构造(construction)、构型()、构型(configuration)、构象)、构象(conformation)的区别)的区别由于高分子链中近邻原子上连有基团(至少有氢原子),由于高分子链中近邻原子上连有基团(至少有氢原子),单链内旋转要克服一定的单链内旋转要克服一定的能垒能垒。从势能图(图。从势能图(图1
11、1)上)上可见,反式(可见,反式(trans)能量最低,是最稳定的状态,旁式)能量最低,是最稳定的状态,旁式(ganshe)次之,顺式()次之,顺式(cis)能量最高。反式用)能量最高。反式用t表示,表示,旁式有两种,记为旁式有两种,记为g和和g。例:例:聚乙烯分子链在晶相中即采用全反式(即聚乙烯分子链在晶相中即采用全反式(即tttttt)的构象,称锯齿形构象。的构象,称锯齿形构象。当侧基较大时,如聚丙烯取全反式构象仍会拥挤,当侧基较大时,如聚丙烯取全反式构象仍会拥挤,因而聚丙烯采取因而聚丙烯采取t和和g交替排列(即交替排列(即tgtgtg或或tg tg tg)的构象,称螺旋形构象。聚丙烯的一
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