[课外阅读]什么是分子的高度取向?
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第二章名词解释1.凝聚态:根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分为固体、液体、气体。
2.单分子链凝聚态:大分子特有现象,高分子最小单位。
3.内聚能:1mol凝聚体汽化时需要的能量,△E = CE =△HV-RT(△HV——摩尔蒸发热,RT——汽化时做膨胀功)4.晶胞:晶体结构中具有周期性排列的最小单位。
5.晶系:晶体按其几何形态的对称程度。
ler指数:是一种特殊的,以结晶学单胞三条棱为坐标系时确定的指数。
7.单晶:晶体的整体在三维方向上由同一空间格子组成。
8.球晶:浓溶液中析出或熔体中析出,在不存在应力的条件下,形成圆球形的晶体。
9.片晶厚度:结晶聚合物的长周期与结晶度的乘积。
10.结晶度:试样中结晶部分所占的质量分数或体积分数。
11.高分子链的缠结:高分子链之间形成物理交联点,构成网络结构,使分子链的运动受到周围分子的羁绊和限制。
12.聚合物液晶:一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后,表观上失去了固体物质的刚性,具有流动性,结构上仍保持有序结构,表现各向异性,成为固体-液体过渡状态。
13.溶致液晶:一种包含溶剂化合物在内的两种或多种化合物形成的液晶。
14.热致液晶:加热液晶物质时,形成的各向异性熔体。
15.液晶晶型:向列相(N相):完全没有平移有序手征性液晶(胆甾相,手征性近晶相)层状液晶(近晶A,近晶C )一维平移有序盘状液晶相(向列相ND)16.取向:在某种外力作用下,分子链或其他结构单元沿着外力作用方向择优排列的结构取向度:f=1/2(3cos2θ-1)(θ:分子链主轴与取向方向之间的夹角,称为取向角)17.双折射:一条入射光线产生两条折射光线的现象。
18.相容性:共混物各组分彼此相互容纳,形成宏观均匀材料的能力。
19.多组分聚合物:多组分聚合物又称高分子合金,指该体系中存在两种或两种以上不同的聚合物组分,不论组分之间是否以化学键相互连接。
20.自组装:基本结构单元(分子,纳米材料,微米或更大尺度的物质)自发形成有序结构的一种技术。
高分子物理重点1、结晶度、晶粒尺寸、片晶厚度⑴结晶度:试样中结晶部分所占的质量分数或者体积分数。
⑵测定方法:(测试方法不同,结晶度也不同)①密度法:依据是分子链在晶区规整堆砌,故晶区密度大于非晶区密度ρc>ρa。
试样密度可用密度梯度管进行实测,晶区和非晶区的密度分别认为是聚合物完全结晶和完全非结晶时的密度。
完全结晶的密度即晶胞密度。
完全非结晶的密度可以从熔体的比体积-温度曲线外推到被测温度求得,也可以把熔体淬火,以获得完全非结晶的试样后进行实测。
②X-射线分析法:测定晶态聚合物结晶度的依据是总的相干散射强度等于晶区和非晶区相干散射强度之和。
③量热法:根据聚合物熔融过程中的热效应来测定结晶度的方法。
(=聚合物试样的熔融热/100%结晶试样的熔融热)当温度在聚合物的熔点和玻璃化温度之间,结晶聚合物的非晶区处于橡胶弹性平台区。
此时,结晶度高,材料拉伸强度、模量、硬度高,断裂伸长率减小,冲击强度稍有下降。
而温度在Tg以下时,结晶聚合物的非晶区处于玻璃态区,结晶度增加,材料脆性增大。
两相并存的晶态聚合物通常呈乳白色、不透明。
当结晶度减小时,透明度增加。
此外,结晶度达40%以上的晶态聚合物,其最高使用温度是结晶熔点Tm,热性能优于非晶聚合物或轻度结晶的聚合物。
结晶度高低还影响材料的耐溶剂性,气体、蒸气或液体的渗透性,化学反应活性等。
⑶晶粒尺寸:(利用X射线衍射曲线测定)⑷片晶厚度l:定义为长周期内结晶部分的厚度,l=l’ X c。
长周期l’是晶态聚合物中,相邻片晶中心的间距,包括结晶部分和非晶部分。
Xc是试样的结晶度。
2、聚合物的取向结构⑴概念:高分子的取向是指在外力(拉伸、牵引、挤出)作用下,其大分子链、链段或结晶高分子中的晶体结构沿外力作用方向择优排列的结构。
⑵取向机理:①非晶态聚合物:取向条件(温度、拉伸速度等)不同其取向单元也不同。
在适当温度时,拉伸可以链段取向,即链段沿外场方向平行排列,但整个分子链的排列仍然是杂乱的。
高分子物理_课程期中考试题参考答案[1]高分子物理课程期中考试题参考答案一、名词解释(每小题2分,共16分)1. 取向取向是指非晶高聚物的分子链段或整个高分子链,结晶高聚物的晶带、晶片、晶粒等,在外力作用下,沿外力作用的方向进行有序排列的现象。
2. 柔顺性高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性。
3. 链段由于分子内旋受阻而在高分子链中能够自由旋转的单元长度。
是描述柔性的尺度。
4. 内聚能密度把1mol的液体或固体分子移到其分子引力范围之外所需要的能量为内聚能。
单位体积的内聚能称为内聚能密度,一般用CED表示。
5. 溶解度参数内聚能密度的平方根称为溶解度参数,一般用δ表示。
6. 等规度等规度是高聚物中含有全同立构和间同立构总的百分数。
7. 结晶度结晶度即高聚物试样中结晶部分所占的质量分数(质量结晶度)或者体积分数(体积结晶度)。
8.液晶在熔融状态下或溶液状态下,仍然部分保持着晶态物质分子的有序排列,且物理性质呈现各向异性,成为一种具有和晶体性质相似的液体,这种固液之间的中间态称为液态晶体,简称为液晶。
二.选择题(每小题2分,共16分)1.测量重均分子量可以选择以下哪种方法: DA.粘度法B.端基滴定法C.渗透压法D.光散射法2. 下列那种方法可以降低熔点:B、D 。
A. 主链上引入芳环;B. 降低结晶度;C. 提高分子量;D. 加入增塑剂。
3.多分散高聚物下列平均分子量中最小的是 AA、nM B、wM D、MM C、z4. 聚合物在溶液中通常呈 C 构象。
A.锯齿形B.螺旋形C.无规线团D.梯形5. 一般来说,那种材料需要较高程度的取向 B 。
A.塑料B.纤维C.橡胶D.粘合剂6. 测量数均分子量,不可以选择以下哪种方法: B 。
A .气相渗透法B .光散射法C .渗透压法D .端基滴定法7. 在聚合物结晶的过程中,有体积 B 的变化。
A 、膨胀B 、收缩C 、不变D 、上述情况都有可能8. 聚合物处于高弹态时,其分子运动的主要单元是 B 。
分子取向度
分子取向度是指在薄膜或涂层等薄层材料中,分子的排列方向对物理
性质和化学性质的影响程度。
分子取向度可通过多种方式来实现,例
如施加拉伸应力、调节蒸镀速度等。
分子取向度在现代材料科学中起着至关重要的作用。
在聚合物、液晶
等材料中,分子的排列方式会直接影响材料的机械性能、光学性能、
电学性能等方面。
因此,精确控制分子排列方式可以实现对各项性质
的优化,从而提高材料的性能和应用价值。
针对分子取向度的研究已经成为材料科学领域的热门课题之一。
在实
践中,科学家们利用不同的方法去实现分子的有序排列,例如生长晶体、利用模板等方法。
其中,拉伸应力法是经过充分研究后最为成熟
的一种方法。
通过施加不同方向的拉伸应力,可以使分子有规律地排
列在薄膜中。
为了实现更加精确的分子取向控制,科学家们还在探索
新的方法和材料。
除了应用于工业和科研领域,分子取向度还有着诸多研究意义。
例如,研究在晶格或薄膜中的分子排列方式可以提供对物质的结构和性质的
更深层次理解。
同时,研究分子取向度也可以为材料物理、化学基础
以及其他交叉学科的研究提供基础数据。
综上所述,分子取向度是现代材料科学研究中的一个重要问题。
通过对分子取向度的深入研究和探索,科学家们可以获得精确的分子控制方法,为新材料的研究开辟新的方向,同时还能够拓展学科的研究范围。
因此,分子取向度的研究将会在材料科学的不断发展中起着至关重要的作用。
高分子物理重点1、结晶度、晶粒尺寸、片晶厚度⑴结晶度:试样中结晶部分所占的质量分数或者体积分数。
⑵测定方法:(测试方法不同,结晶度也不同)①密度法:依据是分子链在晶区规整堆砌,故晶区密度大于非晶区密度ρc>ρa。
试样密度可用密度梯度管进行实测,晶区和非晶区的密度分别认为是聚合物完全结晶和完全非结晶时的密度。
完全结晶的密度即晶胞密度。
完全非结晶的密度可以从熔体的比体积-温度曲线外推到被测温度求得,也可以把熔体淬火,以获得完全非结晶的试样后进行实测。
②X-射线分析法:测定晶态聚合物结晶度的依据是总的相干散射强度等于晶区和非晶区相干散射强度之和。
③量热法:根据聚合物熔融过程中的热效应来测定结晶度的方法。
(=聚合物试样的熔融热/100%结晶试样的熔融热)当温度在聚合物的熔点和玻璃化温度之间,结晶聚合物的非晶区处于橡胶弹性平台区。
此时,结晶度高,材料拉伸强度、模量、硬度高,断裂伸长率减小,冲击强度稍有下降。
而温度在Tg以下时,结晶聚合物的非晶区处于玻璃态区,结晶度增加,材料脆性增大。
两相并存的晶态聚合物通常呈乳白色、不透明。
当结晶度减小时,透明度增加。
此外,结晶度达40%以上的晶态聚合物,其最高使用温度是结晶熔点Tm,热性能优于非晶聚合物或轻度结晶的聚合物。
结晶度高低还影响材料的耐溶剂性,气体、蒸气或液体的渗透性,化学反应活性等。
⑶晶粒尺寸:(利用X射线衍射曲线测定)⑷片晶厚度l:定义为长周期内结晶部分的厚度,l=l’ X c。
长周期l’是晶态聚合物中,相邻片晶中心的间距,包括结晶部分和非晶部分。
Xc是试样的结晶度。
2、聚合物的取向结构⑴概念:高分子的取向是指在外力(拉伸、牵引、挤出)作用下,其大分子链、链段或结晶高分子中的晶体结构沿外力作用方向择优排列的结构。
⑵取向机理:①非晶态聚合物:取向条件(温度、拉伸速度等)不同其取向单元也不同。
在适当温度时,拉伸可以链段取向,即链段沿外场方向平行排列,但整个分子链的排列仍然是杂乱的。
高分子物理试题库一、名词解释取向:取向是指非晶高聚物的分子链段或整个高分子链,结晶高聚物的晶带、晶片、晶粒等,在外力作用下,沿外力作用的方向进行有序排列的现象。
特性粘度柔顺性:高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性。
链段:由于分子内旋受阻而在高分子链中能够自由旋转的单元长度。
是描述柔性的尺度。
内聚能密度:把1mol 的液体或固体分子移到其分子引力范围之外所需要的能量为内聚能。
单位体积的内聚能称为内聚能密度,一般用CED 表示。
溶解度参数:内聚能密度的平方根称为溶解度参数,一般用δ表示。
等规度:等规度是高聚物中含有全同立构和间同立构总的百分数。
结晶度结晶度即高聚物试样中结晶部分所占的质量分数(质量结晶度)或者体积分数(体积结晶度)。
液晶:在熔融状态下或溶液状态下,仍然部分保持着晶态物质分子的有序排列,且物理性质呈现各向异性,成为一种具有和晶体性质相似的液体,这种固液之间的中间态称为液态晶体,简称为液晶。
聚电解质溶液脆性断裂时温等效原理零切黏度应力松弛银纹 粘弹性 表观粘度 应力 应变 弹性模量 柔量 泊松比 冲击强度 强迫高弹形变 增塑作用 内增塑作用 外增塑作用 蠕变 动态粘弹性 静态粘弹性 滞后 内耗 牛顿流体 假塑性流体 膨胀性流体 宾汉流体二.选择题1. 测量重均分子量可以选择以下哪种方法: DA .粘度法B .端基滴定法C .渗透压法D .光散射法2. 下列那种方法可以降低熔点: B D 。
A. 主链上引入芳环;B. 降低结晶度;C. 提高分子量;D. 加入增塑剂。
3. 多分散高聚物下列平均分子量中最小的是 AA 、n MB 、w MC 、z MD 、M4. 聚合物在溶液中通常呈 C 构象。
A .锯齿形B .螺旋形C .无规线团D .梯形5. 一般来说,那种材料需要较高程度的取向 B 。
A .塑料B .纤维C .橡胶D .粘合剂6. 测量数均分子量,不可以选择以下哪种方法: B 。
A .气相渗透法B .光散射法C .渗透压法D .端基滴定法7. 在聚合物结晶的过程中,有体积 B 的变化。
1、构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的排列。
要改变构型,必须经过化学键的断裂与重组。
2、构象是指由于单键的内旋转而产生的分子中原子的空间位置上的变化。
3、链段:聚合物分子链的一部分(或一段),是高分子链运动的基本结构单元。
4、高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能称为高分子链的柔顺性。
5、等规度:全同或间同立构单元所占的百分数。
6、均方末端距:末端距: 线型高分子链的一端至另一端的直线距离。
用一向量(h)表示.。
均方末端距用来表示高分子的尺寸。
7,等效自由连接链:将含有n 个键长为l 、键角θ固定、旋转不自由的键组成的链视为一个含有Z 个长度为b 的链段组成的可以自由旋转的链,称为等效自由连接链。
特性粘度:高分子在c →0时,单位浓度的增加对溶液的增比浓度或相对粘度对数的贡献。
其数值不随溶液浓度的大小而变化,但随浓度的表示方法而异。
第二章晶系:根据晶体的特征对称元素所进行的分类。
取向:聚合物的取向是指在某种外力作用下,分子链或其他结构单元沿着外力作用方向的择优排列。
高分子合金的相容性:两种或两种以上高分子,通过共混形成微观结构均一程度不等的共混物所具有的亲和性。
1、凝聚态:物质的物理状态,是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分的,通常包括固体、液体和气体。
高分子的凝聚态是指高分子链之间的几何排列和堆砌状态,包括固体和液体。
2、内聚能密度:单位体积的内聚能,CED = ∆E/Vm 。
内聚能是克服分子间作用力,把1mol 液体或固体分子移至分子引力范围之外所需的能量。
3、球晶:高聚物从熔体或浓溶液中结晶时生成的一种常见的结晶形态。
4、结晶度:试样中结晶部分所占的质量分数(质量结晶度xcm)或者体积分数(体积结晶度xcv)。
5、一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后,表观虽然变成了具有流动性的液体物质,但结构上仍然保持着晶体结构特有的一维或二维有序排列,形成一种兼有部分晶体和液体性质的过渡状态,这种中间状态称为液晶态。
分子取向力发生在极性分子与极性分子之间。
由于极性分子的电性分布不均匀,一端带正电,一端带负电,形成偶极。
因此,当两个极性分子相互接近时,由于它们偶极的同极相斥,异极相吸,两个分子必将发生相对转动。
这种偶极子的互相转动,就使偶极子的相反的极相对,叫做“取向”。
这时由于相反的极相距较近,同极相距较远,结果引力大于斥力,两个分子靠近,当接近到一定距离之后,斥力与引力达到相对平衡。
这种由于极性分子的取向而产生的分子间的作用力,叫做取向力。
在极性分子和非极性分子之间以及极性分子和极性分子之间都存在诱导力。
在极性分子和非极性分子之间,由于极性分子偶极所产生的电场对非极性分子发生影响,使非极性分子电子云变形(即电子云被吸向极性分子偶极的正电的一极),结果使非极性分子的电子云与原子核发生相对位移,本来非极性分子中的正、负电荷重心是重合的,相对位移后就不再重合,使非极性分子产生了偶极。
这种电荷重心的相对位移叫做“变形”,因变形而产生的偶极,叫做诱导偶极,以区别于极性分子中原有的固有偶极。
诱导偶极和固有偶极就相互吸引,这种由于诱导偶极而产生的作用力,叫做诱导力。
同样,在极性分子和极性分子之间,除了取向力外,由于极性分子的相互影响,每个分子也会发生变形,产生诱导偶极。
其结果使分子的偶极矩增大,既具有取向力又具有诱导力。
在阳离子和阴离子之间也会出现诱导力。
非极性分子之间也有相互作用。
粗略来看,非极性分子不具有偶极,它们之间似乎不会产生引力,然而事实上却非如此。
例如,某些由非极性分子组成的物质,如苯在室温下是液体,碘、萘是固体;又如在低温下,N2、O2、H2和稀有气体等都能凝结为液体甚至固体。
这些都说明非极性分子之间也存在着分子间的引力。
当非极性分子相互接近时,由于每个分子的电子不断运动和原子核的不断振动,经常发生电子云和原子核之间的瞬时相对位移,也即正、负电荷重心发生了瞬时的不重合,从而产生瞬时偶极。
而这种瞬时偶极又会诱导邻近分子也产生和它相吸引的瞬时偶极。
[课外阅读]什么是分子的高度取向?高聚物指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达10^4~10^6)化合物。
例如聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯分子结构单元-CH2CHCl-重复连接而成,因此-CH2CHCl-又称为结构单元或链节。
由能够形成结构单元的小分子所组成的化合物称为单体,是合成聚合物的原料。
聚氯乙烯可缩写成:-[CH2CH]-|nCln代表重复单元数,又称聚合度,聚合度是衡量高分子聚合物的重要指标。
聚合度很低的(1~100)的聚合物称为低聚物,只有当分子量高达10^4~10^6(如塑料、橡胶、纤维等)才称为高分子聚合物。
由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物,如上述的聚氯乙烯、聚乙烯等。
由两种以上单体共聚而成的聚合物则称为共聚物,如氯乙烯-醋酸乙烯共聚物等。
发展简史人类利用天然聚合物的历史久远,直到19世纪中叶才跨入对天然聚合物的化学改性工作,1839年C.Goodyear发现了橡胶的硫化反应,从而使天然橡胶变为实用的工程材料的研究取得关键性的进展。
1870年J.W.Hyatt用樟脑增塑硝化纤维素,使硝化纤维塑料实现了工业化。
1907年L.Baekeland报道了合成第一个热固性酚醛树脂,并在20世纪20年代实现了工业化,这是第一个合成塑料产品。
1920年H.Standinger提出了聚合物是由结构单元通过普通的共价键彼此连接而成的长链分子,这一结论为现代聚合物科学的建立奠定了基础。
随后,Carothers把合成聚合物分为两大类,即通过缩聚反应得到的缩聚物和通过加聚反应得到的加聚物。
20世纪50年代K.Ziegler和G.Natta发现了配位聚合催化剂,开创了合成立体规整结构聚合物的时代。
在大分子概念建立以后的几十年中,合成高聚物取得了飞速的发展,许多重要的聚合物相继实现了工业化。
聚合物的分类可以从不同的角度对聚合物进行分类,如从单体来源、合成方法、最终用途、加热行为、聚合物结构等。
(1)按分子主链的元素结构,可将聚合物分为碳链、杂链和元素有机三类。
碳链聚合物大分子主链完全由碳原子组成。
绝大部分烯类和二烯类聚合物属于这一类,如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。
杂链聚合物大分子主链中除碳原子外,还有氧、氮、硫等杂原子。
如聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚硫橡胶等。
工程塑料、合成纤维、耐热聚合物大多是杂链聚合物。
元素有机聚合物大分子主链中没有碳原子,主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成,但侧基却由有机基团组成,如甲基、乙基、乙烯基等。
有机硅橡胶就是典型的例子。
元素有机又称杂链的半有机高分子,如果主链和侧基均无碳原子,则成为无机高分子。
(2)按材料的性质和用途分类,可将高聚物分为塑料、橡胶和纤维。
橡胶通常是一类线型柔顺高分子聚合物,分子间次价力小,具有典型的高弹性,在很小的作用力下,能产生很大的形变(500%~1000%),外力除去后,能恢复原状。
因此,橡胶类用的聚合物要求完全无定型,玻璃化温度低,便于大分子的运动。
经少量交联,可消除永久的残余形变。
以天然橡胶为例,Tg低(-73℃),少量交联后,起始弹性模量小(35000N/cm2)和抗张强度(>35000N/cm2)都很高。
纤维用聚合物带有某些极性基团,以增加次价力,并且要有高的结晶能力。
拉伸可提高结晶度。
纤维的熔点应在200℃以上,以利于热水洗涤和熨烫,但不宜高于300℃,以便熔融纺丝。
该聚合物应能溶于适当的溶剂中,以便溶液纺丝,但不应溶于干洗溶剂中。
工业中常用的合成纤维有聚酰胺(如尼龙-66、尼龙-6等)、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯腈等。
塑料是以合成或天然聚合物为主要成分,辅以填充剂、增塑剂和其他助剂在一定温度和压力下加工成型的材料或制品。
其中的聚合物常称做树脂,可为晶态和非晶态。
塑料的行为介于纤维和橡胶之间,有很广的范围,软塑料接近橡胶,硬塑料接近纤维。
软塑料的结晶度由中到高,Tm、Tg有很宽的范围,弹性模量(15000~350000N/cm2)、抗张强度(1500~7000N/cm2)、伸长率(20%~800%)都从中到高。
聚乙烯、聚丙烯和结晶度中等的尼龙-66均属于软塑料。
硬塑料的特点是刚性大、难变形。
弹性模量(70000~350000N/cm2)和抗张强度(3000~8500N/cm2)都很高,而断裂伸长率很低(0.5%~3%)。
这类塑料用的聚合物都具有刚性链,属无定型。
塑料按其受热行为也可分为热塑性塑料和热固性塑料。
依塑料的状态又可细分为模塑塑料、层压塑料、泡沫塑料、人造革、塑料薄膜等。
聚合物的结构聚合物的结构可分为链结构和聚集态结构两大类。
(1)分子链结构链结构又分为近程结构和远程结构。
近程结构包括构造与构型,构造指链中原子的种类和排列、取代基和端基的种类、单体单元的排列顺序、支链的类型和长度等。
构型是指某一原子的取代基在空间的排列。
近程结构属于化学结构,又称一级结构。
远程结构包括分子的大小与形态、链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象。
远程结构又称二级结构。
链结构是指单个分子的形态。
近程结构对聚合物链的重复单元的化学组成一般研究得比较清楚,它取决于制备聚合物时使用的单体,这种结构是影响聚合物的稳定性、分子间作用力、链柔顺性的重要因素。
键接方式是指结构单元在高聚物中的联结方式。
在缩聚和开环聚合中,结构单元的键接方式一般是明确的,但在加聚过程中,单体的键接方式可以有所不同,例如单烯类单体(CH2=CHR)在聚合过程中可能有头-头、头-尾、尾-尾三种方式:对于大多数烯烃类聚合物以头-尾相接为主,结构单元的不同键接方式对聚合物材料的性能会产生较大的影响,如聚氯乙烯链结构单元主要是头-尾相接,如含有少量的头-头键接,则会导致热稳定性下降。
共聚物按其结构单元键接的方式不同可分为交替共聚物、无规共聚物、嵌段共聚物与接枝共聚物几种类型。
同一共聚物,由于链结构单元的排列顺序的差异,导致性能上的变化,如丁二烯与苯乙烯共聚反应得丁苯橡胶(无规共聚物)、热塑性弹性体SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物)和增韧聚苯乙烯塑料。
结构单元原子在空间的不同排列出现旋光异构和几何异构。
如果高分子结构单元中存在不对称碳原子(又称手性碳),则每个链节就有两种旋光异构。
它们在聚合物中有三种键接方式:若聚合物全部由一种旋光异构单元键接而成,则称为全同立构;由两种旋光异构单元交替键接,称为间同立构;两种旋光异构单元完全无规时,则称为无规立构。
分子的立体构型不同对材料的性能会带来影响,例如全同立构的聚苯乙烯结构比较规整,能结晶,熔点为240℃,而无规立构的聚苯乙烯结构不规整,不能结晶,软化温度为80℃。
对于1,4-加成的双烯类聚合物,由于内双键上的基团在双键两侧排列的方式不同而有顺式构型与反式构型之分,如聚丁二烯有顺、反两种构型:其中顺式的1,4-聚丁二烯,分子链与分子链之间的距离较大,在常温下是一种弹性很好的橡胶;反式1,4-丁二烯分子链的结构也比较规整,容易结晶,在常温下是弹性很差的塑料。
远程结构(1)高分子的大小:对高分子大小的量度,最常用的是分子量。
由于聚合反应的复杂性,因而聚合物的分子量不是均一的,只能用统计平均值来表示,例如数均分子量和重均分子量。
分子量对高聚物材料的力学性能以及加工性能有重要影响,聚合物的分子量或聚合度只有达到一定数值后,才能显示出适用的机械强度,这一数值称为临界聚合度。
(2)高分子的内旋转:高分子的主链很长,通常并不是伸直的,它可以卷曲起来,使分子呈现各种形态,从整个分子来说,它可以卷曲成椭球状,也可伸直成棒状。
从分子局部来说,它可以呈锯齿状或螺旋状,这是由单键的内旋转而引起的分子在空间上表现不同的形态。
这些形态可以随条件和环境的变化而变化。
(3)高分子链的柔顺性:高分子链能够改变其构象的性质称为柔顺性,这是高聚物许多性能不同于低分子物质的主要原因。
主链结构对聚合物的柔顺性有显着的影响。
例如,由于Si-O-Si键角大,Si-O的键长大,内旋转比较容易,因此聚二甲基硅氧烷的柔性非常好,是一种很好的合成橡胶。
芳杂环因不能内旋转,所以主链中含有芳杂环结构的高分子链的柔顺性较差,具有耐高温的特点。
侧基极性的强弱对高分子链的柔顺性影响很大。
侧基的极性愈弱,其相互间的作用力愈大,单键的内旋转困难,因而链的柔顺性差。
链的长短对柔顺性也有影响,若链很短,内旋转的单链数目很少,分子的构象数很少,必然出现刚性。
聚集态结构聚集态结构是指高聚物分子链之间的几何排列和堆砌结构,包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构以及织态结构。
结构规整或链次价力较强的聚合物容易结晶,例如,高密度聚乙烯、全同聚丙烯和聚酰胺等。
结晶聚合物中往往存在一定的无定型区,即使是结晶度很高的聚合物也存在晶体缺陷,熔融温度是结晶聚合物使用的上限温度。
结构不规整或链间次价力较弱的聚合物(如聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等)难以结晶,一般为不定型态。
无定型聚合物在一定负荷和受力速度下,于不同温度可呈现玻璃态、高弹态和黏流态三种力学状态(见下图)。
玻璃态到高弹态的转变温度称玻璃化温度(Tg),是无定型塑料使用的上限,橡胶使用的是下限温度。
从高弹态到黏流态的转变温度称黏流温度(Tf),是聚合物加工成型的重要参数。
当聚合处于玻璃态时,整个大分子链和链段的运动均被冻结,宏观性质为硬、脆、形变小,只呈现一般硬性固体的普弹形变。
聚合物处于高弹态时,链段运动高度活跃,表现出高形变能力的高弹性。
当线型聚合物在黏流温度以上时,聚合物变为熔融、黏滞的液体,受力可以流动,并兼有弹性和黏流行为,称黏弹性。
聚合熔体和浓溶液搅拌时的爬杆现象,挤出物出口模时的膨胀现象以及减阻效应等,都是黏弹行为的具体表现。
其他如聚合物的蠕变、应力松弛和交变应力作用下的发热、内耗等均属黏弹行为。
聚合物的生产天然聚合物多从自然植物经物理或化学方法制取,合成聚合物由低分子单体通过聚合反应制得。
聚合方法通常有本体(熔融)聚合、溶液聚合、乳液聚合和悬浮聚合等,依据对聚合物的使用性能要求可对不同的方法进行选择,如带官能团的单体聚合常采用溶液或熔融聚合法。
研究聚合过程的反应工程学科分支称为聚合反应工程学。
聚合物加工成各种制品的过程,主要包括塑料加工、橡胶加工和化学纤维纺丝,这三者的共性研究体现为聚合物流变学。
聚合物的性能高弹形变和黏弹性是聚合物特有的力学性能。
这些特性均与大分子的多层次结构的大分子链的特殊运动方式以及聚合物的加工有密切的关系。
聚合物的强度、硬度、耐磨性、耐热性、耐腐蚀性、耐溶剂性以及电绝缘性、透光性、气密性等都是使用性能的重要指标。