第八章第八章 聚合物的结构和性能聚合物的结构和性能高分子物理：采用物理手段描述高分子体系高分子物理：采用物理手段描述高分子体系涉及的物理概念：空间、时间、温度、力、电场、磁场、光涉及的物理概念：空间、时间、温度、力、电场、磁场、光一、高分子材料的结构一、高分子材料的结构 包括单个高分子的链结构及多个高分子链的凝聚态结构包括单个高分子的链结构及多个高分子链的凝聚态结构 描述高分子体系组成单元在空间的静态分布描述高分子体系组成单元在空间的静态分布二、高分子材料的分子运动二、高分子材料的分子运动 包括高分子运动的微观方式及其宏观效应包括高分子运动的微观方式及其宏观效应 描述高分子体系组成单元在空间的运动状态描述高分子体系组成单元在空间的运动状态三、高分子材料的性能三、高分子材料的性能 包括力学、流动、电学、热学、光学和溶液性能等包括力学、流动、电学、热学、光学和溶液性能等 描述高分子体系对力、电磁场等各种外部刺激的响应行为描述高分子体系对力、电磁场等各种外部刺激的响应行为高分子材料的结构课件1 高分子材料的结构高分子材料的结构高分子材料的结构课件1.1 单个高分子的链结构单个高分子的链结构一、高分子链在三维空间的排布一、高分子链在三维空间的排布构象构象为什么高分子链有蜷曲的倾向？原因：高分子链中单键的内旋转为什么高分子链有蜷曲的倾向？原因：高分子链中单键的内旋转 单键的内旋转使高分子链内原子在空间的排列方式不断改变而取不同的构象。单键的内旋转使高分子链内原子在空间的排列方式不断改变而取不同的构象。 在高分子链中，每个化学键可取反式、旁式两种实际构象。构象间可相互转化。在高分子链中，每个化学键可取反式、旁式两种实际构象。构象间可相互转化。单键数目越多，所取构象越多，链越柔顺。单键数目越多，所取构象越多，链越柔顺。若干个链节组成的能独立运动的小单元称作若干个链节组成的能独立运动的小单元称作 链段。链段。高分子材料的结构课件二、影响高分子链柔性的因素二、影响高分子链柔性的因素(一一)主链结构主链结构1.单键构成的高分子链内旋转位阻小，具很大柔性。单键构成的高分子链内旋转位阻小，具很大柔性。单键类型不同，柔性不同。单键类型不同，柔性不同。柔性：柔性： SiOSi CH2CH2O CH2CH22.具有共轭双键的高分子链不能内旋转，是刚性高分子。具有共轭双键的高分子链不能内旋转，是刚性高分子。3.含非共轭双键的高分子链的柔性优于单键高分子链。含非共轭双键的高分子链的柔性优于单键高分子链。高分子材料的结构课件(二二)取代基影响取代基影响1.非极性取代基非极性取代基 a.使主链间距离使主链间距离,分子间作用力分子间作用力,柔性柔性( (聚异丁烯）聚异丁烯） b.空间位阻空间位阻,内旋转能力内旋转能力,柔性柔性 （聚苯乙烯）（聚苯乙烯）2.极性取代基极性取代基 a.分子间作用力分子间作用力，柔性，柔性 b.极性基团近程排斥力极性基团近程排斥力，柔性，柔性 极性：极性：PAN PVC PE 柔性：柔性：PAN PVC PET PC5.支化破坏链对称性、规整性，结晶能力下降支化破坏链对称性、规整性，结晶能力下降 结晶能力：高压聚乙烯结晶能力：高压聚乙烯 低压聚乙烯低压聚乙烯结晶度结晶度 结晶度以测定方法来表征：结晶度以测定方法来表征： x-射线结晶度、密度结晶度、射线结晶度、密度结晶度、 红外结晶度红外结晶度 高分子材料的结构课件四、高分子的液晶态四、高分子的液晶态 固态向液态转化过程中存在的中间态液体固态向液态转化过程中存在的中间态液体形成液晶必须具备的条件：形成液晶必须具备的条件：1.分子链必须是刚性或比较刚性的聚合物，在溶液中分子分子链必须是刚性或比较刚性的聚合物，在溶液中分子链呈棒状或近乎棒状的构象链呈棒状或近乎棒状的构象液晶原液晶原2.分子链上必须含有对位苯撑、强极性基团、可高度极化分子链上必须含有对位苯撑、强极性基团、可高度极化的基团和可形成氢键的基团的分子的基团和可形成氢键的基团的分子稳定液晶原之间的稳定液晶原之间的有序排列有序排列3.液晶的流动性要求分子结构上含有一定的柔性部分液晶的流动性要求分子结构上含有一定的柔性部分4.对于胆甾型高分子液晶，分子结构中应含有光学活性因对于胆甾型高分子液晶，分子结构中应含有光学活性因素（如含不对称碳原子）素（如含不对称碳原子）液晶类型（按形成条件分类）：液晶类型（按形成条件分类）： 热致型热致型升高温度，在某一温度范围内形成液晶升高温度，在某一温度范围内形成液晶 溶致型溶致型靠溶剂溶解分散，在一定浓度范围内形成液晶靠溶剂溶解分散，在一定浓度范围内形成液晶高分子材料的结构课件根据分子排列的形式和有序性不同，液晶可分为根据分子排列的形式和有序性不同，液晶可分为 （a）近晶型）近晶型 棒状分子排列成层状结构，分子可棒状分子排列成层状结构，分子可 在本层内移动，不能往来于各层间。在本层内移动，不能往来于各层间。 粘滞性大粘滞性大（b）向列型）向列型 棒状分子平行排列，重心排列无序，棒状分子平行排列，重心排列无序， 在外力作用下可沿流动方向取向，并在流动在外力作用下可沿流动方向取向，并在流动 取向中相互穿越。取向中相互穿越。 流动性大流动性大（c）胆甾型）胆甾型 长而扁平的棒状分子平行排列成层状长而扁平的棒状分子平行排列成层状 结构，层内分子排列类似向列型，相邻层中结构，层内分子排列类似向列型，相邻层中 分子链排列方向有一角度扭转，层层累加而分子链排列方向有一角度扭转，层层累加而 形成螺旋面结构。形成螺旋面结构。 螺距螺距胆甾型液晶的一个重要参数：胆甾型液晶的一个重要参数： 两个分子取向相同的分子层之间的距离两个分子取向相同的分子层之间的距离 高分子材料的结构课件五、高分子的取向态五、高分子的取向态 取向度取向度 f 1/2 (3cos21) 13/2 sin2 检定取向度的实验方法：检定取向度的实验方法： X-射线衍射、光双折射、红外二向色性、射线衍射、光双折射、红外二向色性、 小角光散射小角光散射高分子材料的结构课件六、高分子的非晶态六、高分子的非晶态1.两相球粒模型（折叠链缨状胶束粒子模型）两相球粒模型（折叠链缨状胶束粒子模型） A.有序区（有序区（2- 4nm) 粒子相粒子相 B.粒界区（粒界区（1- 2nm) C.粒间相（粒间相（1- 5nm)2.无规线团模型（无规线团模型（Flory)高分子材料的结构课件七、高分子的多相共混结构七、高分子的多相共混结构高分子合金高分子合金 两种性质不同的聚合物复合得到的多组分材料两种性质不同的聚合物复合得到的多组分材料 共混聚合物中，最有实际意义的是由一个分散相和一个连续共混聚合物中，最有实际意义的是由一个分散相和一个连续相组成的两相体系共混物相组成的两相体系共混物1.分散相软分散相软连续相硬连续相硬 橡胶增韧塑料橡胶增韧塑料2.分散相硬分散相硬连续相软连续相软 热塑性弹性体热塑性弹性体SBS3.分散相软分散相软连续相软连续相软 天然橡胶与合成橡胶共混天然橡胶与合成橡胶共混4.分散相硬分散相硬连续相硬连续相硬 聚乙烯改性聚碳酸酯聚乙烯改性聚碳酸酯高分子材料的结构课件