有机高分子化合物及高分子材料.pptx
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1、北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院第七章第七章 有机高分子化合物及高分子材料有机高分子化合物及高分子材料 Chapter 7 Organic Polymers and Polymeric Materials高分子材料高分子材料北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院7.1 有机高分子化合物的基本概念北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院高聚物高聚物链节相同而聚合度不同的混链节相同而聚合度不同的混合物合物特定结构单元多次重复,如特定结构单元多次重复,如:1.高聚物的组成高聚物的组成CH2CH2n nCH2CH2()n n重复重复次得次得乙烯乙烯(链
2、节链节)聚合度聚合度 聚乙烯聚乙烯(高聚物高聚物)北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院1 1、聚合度不同、聚合度不同混合物混合物 2 2、分子量只具有平均意义,、分子量只具有平均意义,常用数均摩尔常用数均摩尔质量表示。质量表示。北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院2.高聚物分子的几何形状高聚物分子的几何形状线型线型线型线型(有支链)(有支链)体型体型(网状网状)北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院体型体型(网状网状)结构大分子被化学键交联起来,结构大分子被化学键交联起来,不易蜷曲。制品无弹性和塑性(热固性)。不易蜷曲。制品无弹性和塑性(热固性)。线型结构分子易蜷曲。制品有弹性线型结
3、构分子易蜷曲。制品有弹性(热塑性热塑性)北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院3 高聚物的结构和性能高聚物的结构和性能高聚物的相对分子质量高聚物的相对分子质量很大很大无气态。无气态。高分子链中有许多高分子链中有许多C-C键,此单键可按键,此单键可按分子链的柔顺性。分子链的柔顺性。数可能数可能(构象构象)高高高分子的形状便有无高分子的形状便有无键角自由旋转。因此,键角自由旋转。因此,北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院高聚物高聚物的聚集态的聚集态有有高聚物整体无序,但在小区域内有序:高聚物整体无序,但在小区域内有序:晶态、非晶态、取晶态、非晶态、取向态。向态。北方工北方工业业大大学学机机电
4、电学学院院高聚物中晶高聚物中晶区多称结晶度大。区多称结晶度大。“两相结构两相结构”模型:晶态高聚物中有模型:晶态高聚物中有链段链段的非晶区。的非晶区。排列整齐的晶区和链段卷曲而又互相缠绕排列整齐的晶区和链段卷曲而又互相缠绕高聚物的聚集态除晶态和非晶态外,还高聚物的聚集态除晶态和非晶态外,还有取向态结构。是有取向态结构。是高聚物高聚物沿拉伸方向发生沿拉伸方向发生有序的排列出现的。有序的排列出现的。北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院4.高聚物的物理状态高聚物的物理状态 线性、非晶态高聚物恒压下的形变线性、非晶态高聚物恒压下的形变-温温Tg玻璃化温度玻璃化温度 Tf粘流化温度粘流化温度玻璃态玻
5、璃态 高弹态高弹态 粘流态粘流态度曲线:度曲线:北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院 分子动能大。大分子可运动,具有流分子动能大。大分子可运动,具有流粘流态粘流态:TTf 是高聚物的工艺状态;是高聚物的工艺状态;动性和可塑性,不会复原,属塑性变形。动性和可塑性,不会复原,属塑性变形。以温度为标,高聚物可分为三种以温度为标,高聚物可分为三种物理状态:物理状态:北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院 分子动能不大,大分子不动,链段可分子动能不大,大分子不动,链段可物柔软,有弹性。是橡胶的使用状态。物柔软,有弹性。是橡胶的使用状态。去外力,分子复原。属高弹形变。高聚去外力,分子复原。属高弹形变
6、。高聚动。受外力,大分子或蜷曲或伸展;除动。受外力,大分子或蜷曲或伸展;除高弹态高弹态:TfTTg 北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院 温度低,动能小。大分子不能运动,只温度低,动能小。大分子不能运动,只玻璃态玻璃态:TTg 弹形变。是塑料的使用状态。弹形变。是塑料的使用状态。位置固定。受外力,只产生微小变形位置固定。受外力,只产生微小变形普普能振动;链段也不能运动。分子的形态和能振动;链段也不能运动。分子的形态和北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院5.高聚物的性能高聚物的性能基本性能基本性能:轻、弹、塑、绝:轻、弹、塑、绝缘、耐蚀。缘、耐蚀。机械性能:聚合度机械性能:聚合度n n大
7、大,强度大。强度大。电性能电性能:无:无电子、离子,多是电子、离子,多是绝绝缘体。缘体。但极性基团在电场中会周期性取向,产生位但极性基团在电场中会周期性取向,产生位静电,因绝缘而不易消除。静电,因绝缘而不易消除。移电流,使其具有导电性。高聚物经摩擦而带移电流,使其具有导电性。高聚物经摩擦而带北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院溶解性溶解性:相似:相似相相溶溶溶胀溶胀溶剂分子进入高分溶剂分子进入高分子链,使链距子链,使链距溶解溶解溶胀到使高分子链彼此分离,分溶胀到使高分子链彼此分离,分其其溶解过程可分为溶胀溶解过程可分为溶胀、溶解两步:、溶解两步:增大,增大,体积增大。溶解前的膨胀;体积增大
8、。溶解前的膨胀;子进入溶剂,形成溶液。子进入溶剂,形成溶液。北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院高高 聚聚 物物 的的 老老 化化1.高聚物的老化高聚物的老化受内外因素影响,使受内外因素影响,使的现象。的现象。高聚物性能破坏,以至丧失使用价值高聚物性能破坏,以至丧失使用价值北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院 外观变化外观变化粘、软、硬、脆、龟裂、变粘、软、硬、脆、龟裂、变2.老化的特征:老化的特征:物化性能物化性能相对分子质量及分布、溶解相对分子质量及分布、溶解形、失光、变色、剥落形、失光、变色、剥落 、斑点。、斑点。寒性的下降或丧失。寒性的下降或丧失。度、密度、透光率、透气性、耐热
9、、耐度、密度、透光率、透气性、耐热、耐 机械性能机械性能拉伸强度、硬度、耐磨性的拉伸强度、硬度、耐磨性的下降。下降。北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院 电性能电性能绝缘性的破坏。绝缘性的破坏。上述变化并不同时出现。上述变化并不同时出现。老化老化是不可逆转的。是不可逆转的。3 老化的实质老化的实质高聚物的降解和交联。高聚物的降解和交联。降解降解 聚合度降低的过程。分为:聚合度降低的过程。分为:氧化降解氧化降解 在在O2或或O3作用下,生成作用下,生成过氧化物,再分解;过氧化物,再分解;北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院 水解水解 在在H+或或OH-催化下,与水反应催化下,与水反应 热
10、裂解热裂解 受热使主链断裂,或成单体,受热使主链断裂,或成单体,机械裂解机械裂解 由于机械力而使高聚物裂由于机械力而使高聚物裂而降解。而降解。代基成小分子。代基成小分子。或成小分子,也可能消去取或成小分子,也可能消去取 发生自由基反应。发生自由基反应。解。也可能形成自由基,解。也可能形成自由基,北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院 热氧老化;热氧老化;4 老化的分类:老化的分类:5 防防老化的主要方法:老化的主要方法:防老剂:抗氧剂、光稳定剂、热稳定防老剂:抗氧剂、光稳定剂、热稳定 光光(紫外紫外)氧氧老化。老化。的的破坏作用。破坏作用。剂。能防止、抑制、延缓光、热、氧剂。能防止、抑制、延
11、缓光、热、氧北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院 物理防护:防护层。物理防护:防护层。改性:改变结构,提高耐老化性能。改性:改变结构,提高耐老化性能。高聚物:塑料、橡胶、纤维高聚物:塑料、橡胶、纤维PVC热收缩膜聚丙烯纤维硅橡胶绝缘子如如:共混、共聚、交联、增强。共混、共聚、交联、增强。北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院 塑塑 料料塑料塑料具有塑性的高聚物。具有塑性的高聚物。一、按加工工艺分为:一、按加工工艺分为:1 热塑性塑料热塑性塑料分子链属线型结构(包括含有支链的)分子链属线型结构(包括含有支链的)聚酰胺)、聚酯等。聚酰胺)、聚酯等。醛醛(POM)、氟塑料、氟塑料、ABS、尼龙
12、(、尼龙(PA可以多次反复进行。例如聚乙烯、聚甲可以多次反复进行。例如聚乙烯、聚甲塑料加热后会软化,冷却后变硬,并且塑料加热后会软化,冷却后变硬,并且北方工北方工业业大大学学机机电电学学院院线型结构高聚物,在固化剂的作用成线型结构高聚物,在固化剂的作用成2 热固性塑料热固性塑料会再软化。例如:酚醛树脂、环氧塑料等。会再软化。例如:酚醛树脂、环氧塑料等。型,后就转化为网状结构。冷却后就不型,后就转化为网状结构。冷却后就不二、按使用情况分为:二、按使用情况分为:1 通用塑料通用塑料指产量大,用途广,价格低,一般只能指产量大,用途广,价格低,一般只能作为非结构材料使用的一类塑料。作为非结构材料使用的
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