材料科学基础第三章 高分子材料的结构
- 格式:pptx
- 大小:1.44 MB
- 文档页数:51
高分子材料的结构及其性能1. 引言高分子材料是由大量重复单元构成的大分子化合物,具有重要的工程应用价值。
其结构和性能之间的关系对于材料科学和工程领域的研究至关重要。
本文将介绍高分子材料的结构特点,并探讨其与性能之间的关系。
2. 高分子材料的结构高分子材料的结构可以分为线性结构、支化结构、交联结构以及共聚物结构等。
不同结构的高分子材料具有不同的特点和应用领域。
线性结构是最简单的高分子材料结构,由一条长链构成,链上的重复单元按照一定的顺序排列。
线性结构的高分子材料具有较高的可拉伸性和延展性。
2.2 支化结构支化结构在线性结构的基础上引入了支链,可以增加高分子材料的分子间距离,提高其熔融性和热稳定性。
支化结构的高分子材料常用于塑料制品的生产。
2.3 交联结构交联结构是指高分子材料中分子之间通过共价键形成网络结构。
交联结构的高分子材料具有较高的强度和硬度,常用于橡胶制品的生产。
共聚物是指由两种或两种以上不同单体按照一定比例聚合而成的高分子化合物。
共聚物结构的高分子材料具有多种物化性质的综合优点,广泛应用于各个领域。
3. 高分子材料的性能高分子材料的性能与其分子结构密切相关,主要包括力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等。
3.1 力学性能高分子材料的力学性能包括强度、韧性、硬度等指标。
线性结构的高分子材料通常具有较高的延展性和可拉伸性,而交联结构的高分子材料则具有较高的强度和硬度。
3.2 热学性能高分子材料的热学性能包括熔点、热膨胀系数、导热系数等指标。
分子结构的不同会对高分子材料的热学性能产生显著影响,如支化结构的高分子材料通常具有较低的熔点和较高的热膨胀系数。
3.3 电学性能高分子材料的电学性能主要包括导电性和介电性能。
共聚物结构的高分子材料常具有较高的导电性,而线性结构的高分子材料则通常具有较好的介电性能。
3.4 光学性能高分子材料的光学性能指材料对光的吸收、透过性和反射性等特性。
不同结构的高分子材料在光学性能上也会有所差异,如支化结构的高分子材料通常具有较高的透光性。
材料科学基础高分子材料的结构G A O F E N Z I C A I L I A O D E J I E G O U高分子链的结构高分子链的结构高分子链的结构:单个高分子链的结构。
高分子链结构近程结构远程结构结构单元化学组成结构单元键接方式结构单元键接顺序结构单元立体结构支化与交联高分子大小高分子形态化学结构结构单元的化学组成1 碳链高分子主链全部由碳原子组成聚乙烯聚丙烯2 杂链高分子主链上以碳原子为主,但存在其它原子,如O、N、S、P 等杂原子。
主链上的苯环也看作为杂原子。
聚乙二醇尼龙-63 元素有机高分子聚二甲基硅氧烷主链上没有碳原子,一般由Si、B、N、P和O等原子组成,但侧链上一般含有有机基团。
有缘学习更多+谓ygd3076或关注桃报:奉献教育(店铺)结构单元在高分子链中的连接方式和顺序有很多变化。
以单烯类为例:头—尾头尾头尾头—头头头尾尾尾—尾头头尾尾双烯类单体聚合时,情况较复杂。
如丁二烯聚合过程中有1,2-加成、3,4-加成和1,4-加成之区别。
1,3-丁二烯1, 2-加成1, 4-加成可能有头—尾、头—头、有顺式和反式等构型。
尾—尾三种键合方式。
有缘学习更多+谓ygd3076或关注桃报:奉献教育(店铺)多种单体共聚无规共聚物(random copolymer)交替共聚物(alternating copolymer)嵌段共聚物(block copolymer)接枝共聚物(graft copolymer)二元共聚物单体的连接方式a)无规共聚物;b)交替共聚物;c)嵌段共聚物;d)接枝共聚物(黑球代表一种重复单元,白球代表另一种重复单元)结构单元的立体结构结构单元由化学键构成的空间排布。
分子链组成相同,取代基位置不同,可具有不同的立体异构。
1 全同立构取代基X同侧,结构规整度高,容易结晶。
2 间同立构取代基X相间,结构规整度高,容易结晶。
3 无规立构取代基X无规,结构规整度低,不易结晶。
第1章材料科学概述1 简要说明材料与物质的区别。
2 举例说明材料的主要类别。
3 举例说明功能材料与结构材料。
4 举例说明材料的特征性能与功能物性。
5 简要说明相变及其类型。
6 举例简要说明材料的性能—结构—加工工艺之间的相互关系。
7 简要说明金属材料的塑性形变与位错及滑移运动间的关系。
8 写出锗、碳和氧原子的电子结构。
9 假设晶体的格点是等体积硬球,试证明体心结构和面心立方结构的堆砌因子分别为0.68及0.74。
10 证明滑移形变时的分剪切应力τ1遵从Schmid定律:τ1=σcosφcosλ,且在λ=45o的方向上τ1最大,式中为滑移方向与作用力之间的夹角, 为滑移面法线和作用力之间的夹角。
第2章高分子材料的制备反应1 写出聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯和尼龙-6,6的分子式。
2 写出以下单体的聚合方式,并写出单体和聚合物的名称(1) CH2=CHCl(2) CH2=C(CH3)2(3) HO(CH2)5COOH(4) NH2(CH2)6NH2 + HOOC(CH2)4COOH3 下列烯类单体适于何种聚合:自由基聚合、阳离子聚合或阴离子聚合?并说明理由。
(1) CH2=CHCl(2) CH2=CCl2(3) CH2=CHCN(4) CH2=C(CN)2(5) CH2=CHCH3(6) CH2=C(CH3)2(7) CH2=CHC6H5(8) CF2=CF2(9) CH2=C(CH3)—CH=CH24 以偶氮二异丁腈为引发剂,写出氯乙烯聚合历程中各基元反应式。
5 对于双基终止的自由基聚合,设每一大分子含有1.30个引发剂残基,假定无链转移反应,试计算歧化终止和偶合终止的相对量。
6 用过氧化二苯甲酰为引发剂,苯乙烯聚合时各基元反应活化能分别为Ed=125.6 kJ•mol-1、Ep=32.6 kJ•mol-1、Et=10 kJ•mol-1,试比较反应温度从50oC增至60oC以及从80oC增至90oC,总反应速率常数和聚合度变化的情况;光引发时的情况又如何?7 何谓链转移反应?有几种形式?对聚合速率和产物分子量有何影响?什么是链转移常数?8 聚氯乙烯的分子量为什么与引发剂浓度基本上无关,而仅取决于温度?氯乙烯单体链转移常数CM与温度的关系如下:CM=12.5exp(30.5/RT),试求40oC、50oC、55oC及60oC下,聚氯乙烯的平均聚合度。
高分子材料的结构与应用高分子材料是一种由大量重复单元组成的大分子化合物,也是当前材料科学领域中的一大热点。
由于其独特的物理化学性质,高分子材料广泛应用于工业、医疗、建筑、电子、军事等领域,成为人们生活中不可或缺的一部分。
本文将从高分子材料的结构和应用两个方面进行探讨。
一、高分子材料的结构高分子材料的结构通常可分为两个层次:分子结构和宏观结构。
其中,分子结构是指高分子材料中单个分子的构成,而宏观结构则是指多个分子构成的大分子结构。
1. 分子结构高分子材料分子的主链通常由重复单元组成,重复单元的类型和数量影响着高分子材料的性质。
例如,聚乙烯和聚丙烯的重复单元都是CH2,但由于聚乙烯中的CH2键比聚丙烯中的CH2键更长,因此聚乙烯的晶体度更高,韧性更好。
此外,高分子材料中的侧链、交联和分支等结构也会影响其性质。
高分子材料分子的结构还与其制备方法有关。
例如,聚丙烯可以通过添加剂或催化剂控制其分子结构,从而得到不同性质的聚丙烯,如同分子量不同的线性聚丙烯、碳链分支聚丙烯和立体异构体聚丙烯等。
2. 宏观结构高分子材料的宏观结构包括晶态和非晶态两种。
晶态高分子材料由于分子长链的排列有序,具有高度的结晶性和有规律的晶体结构,如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等。
非晶态高分子材料由于分子链的无序排列,不存在有规律的结晶结构,如聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酯等。
高分子材料的宏观结构还与其配合结构有关。
例如,通过聚合物与其他化合物的复合制备聚合物复合材料,则可实现高分子材料与其他材料性质的协调和优化,可以得到性能更高、应用更广的新型材料。
二、高分子材料的应用高分子材料由于其良好的物理化学性能,在各个领域都有广泛应用。
1. 工业领域高分子材料在工业领域中广泛应用,例如汽车、电子、建筑、食品、医疗、化工等。
例如,聚碳酸酯等高分子材料广泛用于电子、家用电器、建筑和交通工具等领域,由于其优异的电气绝缘性和机械强度;聚乙烯、聚丙烯等高分子材料广泛用于包装、制品、管道等领域,由于其良好的可加工性、耐磨性和食品接触安全性。