纤维化学及物理复习提纲整理

纤维化学及物理复习提纲

第一章 高分子化学基础

1. 基本概念：

高分子化合物（高聚物）：从化学组成来看，这类物质的分子是由成千上万的原子以共价键相互连接而成的。分子尺寸很大，其长度一般在103 Å～105 Å之间，分子量一般在104～106之间。这类物质的分子常称为大分子、高分子、聚合物或高聚物 （通常把合成高分子化合物所用的低分子原料称为“单体”而相应的高分子化合物则称为“聚合物”(Polymer)或“高聚物”。）

单体：通常把合成高分子化合物所用的低分子原料称为“单体”(monomer)。

聚合度：大分子链上基本结构单元的数目就称为聚合度(通常以DP表示)，即组成一个大分子的链节数目。

链节：构成大分子链的基本结构单元称为结构单元(structural unit)或重复单元(repeating unit)。由于重复单元是组成大分子链的基本单位，所以又称为链节。

单体的官能度：(f )单体的官能度，指在反应体系中实际能起反应的单体的官能团数(或单体参加反应时能形成新键的数目)。

官能团：官能团，是决定有机化合物的化学性质的原子或原子团。常见官能团碳碳双键、碳碳叁键、羟基、羧基、醚键、醛基、羰基等。

聚合反应：由低分子单体合成聚合物的反应 缩聚反应：缩聚反应是具有两个或两个以上官能度的单体分子间经过多步缩合，逐步形成高分子量的聚合物的反应，反应过程中常伴随着析出某些低分子物(水、醇、氯化氢等)。

反应程度：式中 —由于N0－N是达到平衡时已反应的官能团数，所以 是平衡时已反应的官能团占起始官能团的分数。通常称为“反应程度”，以p表示: P =

加聚反应：不饱和乙烯类单体及环状化合物通过自身的加成聚合反应生成高聚物的反应

阳离子聚合：增长离子为阳离子，阳离子聚合，是由链引发、链增长和链终止三个基元反应构成。

自由基聚合：自由基聚合－是指链增长反应的活性中心是自由基的反应。

定向聚合反应：凡是形成立构规整聚合物为主的聚合过程都叫做定向聚合(Stereospecific或Stereoregular polymerization)。凡是链结构具有高度立构规整性的聚合物都称作定向聚合物。

2.高聚物及其单体的分子结构、命名和分类。

答：结构：碳链、杂链、元素、有机聚合物 命名：（1）习惯命名：1 由一种单体合成的高分子，其习惯命名是在对应的单体名称前加一个聚字。 由两种单体合成的聚合物，有的只要再两种单体名称前面加词尾树脂，有的加词尾共聚物。 普遍采用的商品名称。（2）系统命规则：1）确定结构重复单元。2）.排好结构单元中次级单元00NNN00NNN00NNN的次序，有取代基 的部分或所连的侧基元素最少的写在首。3）.按小分子有机化合物的 IUPAC 命名规则给结构单元命 名并加上括号4）在结构前面冠聚字 分类：1 按来源分类：天然和合成 棉麻毛丝（天然）涤纶、锦纶（合成） 按高分子性能分类：结构材料和功能材料塑料、橡胶、纤维 热固性：指模压成型后，再受热不能软化，不能进行多次热模压（酚醛树脂）

3.高聚物的基本特征。

答：与低聚物相比，高分子化合物具有分子量大、分子量有多分散性、结构有多样性等基本特征，表现 在热性能、力学性能和溶液性质上有其自己的特点。一般交联聚合物在受热时不熔化，当温度足够高时 就分解；线型聚合物加热到一定温度后就软化，进而熔融；还有些在熔融时就分解（1）具有很高的分子 量（2）多分散性：结构多分散性和分子量多分散性

4.高聚物分子量的多分散性。

高分子化合物实质上是化学组成相同而分子量大小不同的同系物的混合物。高聚物的这种分子量的多样性称为高分子化合物的“多分散性”。通常将 / 的比值称为多分散性系数，用其表示分子量分布宽度。

5.高聚物分子量的统计平均方法（数均、重均、粘均）、表达式和计算，数均、重均、粘均分子量之间的关系，分子量分布的宽窄如何表征，分子量多分散性系数。分子量分级方法。

数均分子量：按聚合物中不同分子量的分子数目平均的统计平均wMnM的统计平均分子量称数均分子量(2)重均分子量：按聚合物中不同分子量的分子重量平均的统计平均分子量 粘均分子量：根据高分子溶液的粘度测定出来的分子量表征分子量分布宽度可用分散系数（d= ）也可以用积累分布质量分布曲线和微分重量分布曲线。通常将 的比值称为多分散性指数，用其表示分子量分布宽度，质范围2—50，比值越小，聚合物的多分散性越小，相反越大。低分子组分越多，则性能下降。

6.高聚物的分类；高分子物的几何形状与性能之间的关系。

答：按照分子的几何形状，将大分子归纳为线型、支链型和交联型。大分子的几何形状和聚合物的物理 性能密切相关。线型和支链型聚合物能溶解、熔融；网状聚合物由于分子链间存在化合键的交联，所以 既不溶解也不熔融

7.高聚物分子量常用的测试方法（端基法、粘度法）。

（1）化学方法——端基分析法——利用高聚物端基反应特性来进行测定，如-COOH、-NH2、-OH （2）光学方法——光散射法（3）热力学方法——沸点升高法，冰点降低法，蒸汽压下降法，渗透法。

（4）动力学方法——粘度法——高分子溶液粘度大，其溶液流动慢。

（5）其他方法——凝胶渗透色谱。

8.缩聚反应单体类型及缩聚反应的反应历程和特点，并举例。

答：参加反应的单体必须带有两个或两个以上能起缩合反应的官能团，如-OH~-COOH，-OH~-COOR 单体的反应能力决定于单体所带官能团的活性，以合成聚酯的缩聚反应为例，由羧酸衍生物和醇的反应都能得到酯，但羧酸衍生物不同，则反应能力不同，其反应能力依下列顺序递减：酰氯>酸酐>酸>酯 单体的官能度缩聚反应分为三步1）链的开始：部分低分子原料相互作用，链开始形成 2）链的增长：链的增长是按逐步方式进行的。增长链与原料低分子间的连续作 用促使分子链增长，两个链之间的相互作用也能致使链的增 3）链的终止：理论上反应可以进行到所有能反应的基团的耗尽，实际上有很多的原因能引起链的终止： 介质粘度的增高，排除生成的水或其他的低分子物困难3 原料的用量并非严格的等当量比，在长链分子两端带有与过量组分相同的官能团。

9.缩聚反应平衡方程，说明反应平衡常数，当量比，单官能度分子的含量对平均聚合度的影响规律。

答：对于一个可逆平衡反应来说，通常用平衡常数来描述反应到达平衡时正逆反应进行的程度。K 值越大， 表明达到平衡时的生成物浓度乘积越大，余留反应物的浓度乘积越小。 经过试验发现，同系列的官能团化合物，当分子链长达到一定的值后，官能团的反应能力与分子链无关。 “不同大小的分子上的相同官能团具有相同的反应能力”，“官能团的反应能力与所在的分子链长无关”，就 是弗洛利得“等活性原则”。

10.自由基聚合反应的反应历程和特点，并举例。

答：自由基聚合是指链增长的活性中性的自由基反应；（1） 反应速度快（2）产物分子量高。 自由基聚合反应历程： （1）链的引发：形成自由基的过程称为链的引发反应 a:引发剂均裂成一对初级自由基R即:I—>2R b：初级自由基与单体加成，生成单体自由基：R+M—>RM （2）链的增长:链引发产生的单体自由基不断地和单体分子结合生成链自由基如此反复的过程。 （3）链的终止（歧化和偶合）：链自由基失去活性，形成稳定聚合物大分子的反应过程

11.共聚物组成微分方程。

第二章 高分子物理基础

1、基本概念

构型：共价键化合物分子中各原子在空间的相对位置和排列叫做构型。

构象：由于单键内旋转而产生的分子中各原子在空间的不同排列形式和分布。

链段：主链上两个相邻的可内旋转的分子段。或主链上能独立运动的最小单元。

聚集态结构：具有一定构象的高分子链通过范德华力或氢键的作用，聚集成一定规则排列的情况。

超分子结构：超分子结构是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，组成复杂的、有组织的聚集体，保持一定的完整性，使它具有明确的微观结构和宏观特性。

结晶度：是指结晶高分子中，晶区部分所占的质量或体积百分率。

取向度：高聚物材料的取向程度用取向函数f来表征。 22sin231)1cos3(21f弹性模量：材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。弹性模量的单位是达因每平方厘米。“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量，是一个统称，表示方法可以是“杨氏模量”、“体积模量”等。一般地讲，对弹性体施加一个外界作用，弹性体会发生形状的改变（称为“应变”），“弹性模量”的一般定义是：应力除以应变。

玻璃化温度：非晶态高分子的高弹态与玻璃态之间相互转化温度为玻璃化温度，以Tg表示。高分子从玻璃态向高弹态转变时，链段开始运动的温度。

蠕变：指在一定的温度和较小的恒定外力作用下，高分子的形变随时间的增加而逐渐增大的现象。

应力松弛：在一定温度、保持形变不变的情况下，随时间延长，应力不断衰减的现象，叫应力松弛（stress relaxation）。

强迫高弹形变：这种形变是链段受外力强迫产生的，除去外力后，试样并不恢复原状。这种形变称强迫高弹形变。其本质是高弹形变。又因这是在外力作用下，强制玻璃态的高分子发生的高弹性形变，所以这种性质叫做强迫高弹性。

溶胀：溶剂分子的渗入增大了大分子之间的距离，使高分子的体积膨胀，这种现象称为溶胀

晶胞参数：为了描述晶胞的不同性质，采用六个晶胞参数来表示晶体的大小和形状。平行六面体的三边之长(或称晶轴长度)为a、b、c，三个夹角为α、β、γ。 内聚能密度：内聚能密度是单位体积的内聚能，用CED表示

2、大分子链柔顺性产生的原因及其表示方法;。分析影响大分子链柔顺性的因素

原因：大分子的长链结构、分子内单键的内旋转。

表示方法：1、均方末端距 ↑—— 柔顺性↓

2、“链段”长度 链段越短，柔顺性越大

影响大分子链柔顺性的因素：

1. 主链结构(backbone structure)

(1) 若主链全部由单键组成，链的柔顺性较好。

例如：聚乙烯、聚丙稀等。

不同的单键，柔性也不同，其顺序如下：

—Si—O— > —C—O— > —C—C—

(2) 主链含有孤立双键时，大分子的柔顺性较好。

(3)如果主链为共轭双键，则分子呈刚性。主链含有芳杂环结构时，分子链的柔顺性差，

2. 取代基

极性基：(1)取代基的极性大，相互作用力大，柔顺性差。 (2)取代基的比例越大，即数量多，则分子链内旋转越困难，柔顺性越差。

非极性基：(1)直接连接在主链上：基团体积越大，柔顺性越差。

(2)不直接连接在主链上：基团体积越大，分子间距越大，分子间作用力越小柔顺性越大。

3. 分子间的作用力（如氢键）： 分子间作用力越大，柔顺性越小。 2h2h