重庆大学：《大学化学》课程教学资源（教案讲义）第10章 工程材料化学

第10章工程材料化学 10.3有机高分子材料 (1)高分子化合物概述 高分子化合物—相对分子量特别大的一类化合物,简称高分子或聚合物 低分子化合物 高分子化合物 原子数目: 几个~几十个 几千~几万或几十万 相对分子质量:<1000 104~106 分子大小 较小 很大,长度102~104nm 组成:聚氯乙烯 nCH2=CH→…CH2-CH-CH2CHCH2—CH 简写:+CH2CHn ·基本概念:链节——重复的结构单元 聚合度—链节的数目 单体—合成高分子所用的低分子原料 高分子的相对分子量 Mr=n×m 聚合度 m—链节的分子量 例:聚氯乙烯 m=62 当n=2500 则Mr=2500×62=155000

40 第 10 章 工程材料化学 10.3 有机高分子材料 (1)高分子化合物概述 高分子化合物——相对分子量特别大的一类化合物，简称高分子或聚合物 低分子化合物 高分子化合物 原子数目： 几个~几十个 几千~几万或几十万 相对分子质量： ＜1000 104 ~ 106 分子大小： 较小 很大，长度 102~104nm 组成： 聚氯乙烯 nCH2=CH → ···—CH2—CH—CH2—CH—CH2—CH—··· Cl Cl Cl Cl 简写：—CH2—CH—n Cl ·基本概念: 链节——重复的结构单元 聚合度——链节的数目 单体——合成高分子所用的低分子原料 高分子的相对分子量: Mr = n×m n——聚合度 m ——链节的分子量 例： 聚氯乙烯 m = 62 当 n = 2500 则 Mr = 2500 ×62 = 155000

·分类及命名 热固性和热塑性聚合物 (2)高分子化合物的结构 ·高分子链的结构 线型 许多链节相互连成一个很长的分子链,分子链柔顺,易卷曲 弹性好,塑性好,具有溶熔性。 如:合成纤维、聚乙烯、聚丙烯、聚酯等。 支链型 体型:线型与支链型之间以化学键联接而成,具有空间网状结构, 弹性、塑性差,不具有溶熔性。 如:酚醛树脂、环氧树脂、离子交换树脂等。 高分子链的柔顺性 主链中含有孤立双键时,分子链的柔顺性比不含双键时更好。 主链中含有一定数量的芳香杂环时,由于芳香杂环不能内旋转,分子链的柔顺 性就很差。 含共轭双键的大分子链使长链不能内旋转,因而呈现极大的刚性。 高分子链有侧基时,其柔顺性下降。侧基大小及对称性都对柔顺性有影响。 温度越高,分子柔顺性越好。 (3)高分子化合物的力学状态 非晶态聚合物的温度形变曲线 玻璃态,高弹态,粘流态 由玻璃态转变到高弹态的温度称为玻璃化温度,T 由高弹态转变到粘流态的温度称为粘流化温度,T 玻璃化温度Tg是高聚物的链节开始旋转的最低温度.它的高低与分子链的 柔顺性和分子链间的相互作用力大小有关。通常分子主链中引入环状结构如苯 基,或主链上的取代基体积较大等,都会因减弱分子链的柔顺性而使Tg升高 另一方面,分子链中引入强极性基团,分子链间形成氢键或交联,以及聚合物结

41 ·分类及命名 热固性和热塑性聚合物 (2)高分子化合物的结构 ·高分子链的结构 线型 许多链节相互连成一个很长的分子链，分子链柔顺，易卷曲， 弹性好，塑性好，具有溶熔性。 如：合成纤维、聚乙烯、聚丙烯、聚酯等。 支链型 体型: 线型与支链型之间以化学键联接而成，具有空间网状结构， 弹性、塑性差，不具有溶熔性。 如：酚醛树脂、环氧树脂、离子交换树脂等。 ·高分子链的柔顺性 主链中含有孤立双键时，分子链的柔顺性比不含双键时更好。 主链中含有一定数量的芳香杂环时，由于芳香杂环不能内旋转，分子链的柔顺 性就很差。 含共轭双键的大分子链使长链不能内旋转，因而呈现极大的刚性。 高分子链有侧基时，其柔顺性下降。侧基大小及对称性都对柔顺性有影响。 温度越高，分子柔顺性越好。 (3)高分子化合物的力学状态 非晶态聚合物的温度-形变曲线 玻璃态, 高弹态, 粘流态 由玻璃态转变到高弹态的温度称为玻璃化温度, Tg. 由高弹态转变到粘流态的温度称为粘流化温度,Tf. 玻璃化温度 Tg 是高聚物的链节开始旋转的最低温度.它的高低与分子链的 柔顺性和分子链间的相互作用力大小有关。通常分子主链中引入环状结构如苯 基,或主链上的取代基体积较大等，都会因减弱分子链的柔顺性而使 Tg 升高； 另一方面，分子链中引入强极性基团，分子链间形成氢键或交联,以及聚合物结

晶度提高等,都会使分子链间的作用力增大,从而导致了Tg的升高。通过共聚, 加入增塑剂或采用定向聚合等措施,可改变原来高聚物的Tg. Tr的高低对于高聚物的加工成型有重要意义。一般说来,T越低对加工越有利, 但Tr较低的高聚物的耐热性往往不理想。 塑料:在室温下大都处于玻璃态,Tg是其使用的上限温度 橡胶:处于高弹态,Tg是其使用的下限温度, 大多数合成纤维是洁净聚合物,熔点Im是其使用的上限温度 通常将Tg高于室温的髙聚物称为塑料,将Tg低于室温的髙聚物称为橡胶 (4)高分子化合物的性能(机械、电学、老化与防老化) (5)几种重要的高分子材料 ·工程塑料 PtFE ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) PC 体型高聚物的分子链被化学键牢固地交联着,很难变形。因此,当温度改变时, 不会出现粘流态,交联程度大的甚至不出现橡胶态,而只呈玻璃态。 ·合成橡胶 SBR,NBR,硅橡胶 ·合成纤维 ·合成胶粘剂( Synthetic adhesive) 环氧树脂胶粘剂,聚氨酯胶粘剂,丙烯酸胶粘剂,聚醋酸乙烯胶粘剂,合成橡 胶胶粘剂 本章学习要求 (1)了解无机工程材料中的热点 (2)了解高聚物的一些基本概念,命名 (3)了解高聚物的一些基本结构和基本特性及其相互关系

42 晶度提高等，都会使分子链间的作用力增大，从而导致了 Tg 的升高。通过共聚, 加入增塑剂或采用定向聚合等措施，可改变原来高聚物的 Tg. Tf的高低对于高聚物的加工成型有重要意义。一般说来，Tf越低对加工越有利， 但 Tf较低的高聚物的耐热性往往不理想。 塑料：在室温下大都处于玻璃态，Tg 是其使用的上限温度; 橡胶：处于高弹态，Tg 是其使用的下限温度， 大多数合成纤维是洁净聚合物，熔点 Tm 是其使用的上限温度。 通常将 Tg 高于室温的高聚物称为塑料，将 Tg 低于室温的高聚物称为橡胶. (4)高分子化合物的性能(机械、电学、老化与防老化) (5)几种重要的高分子材料 ·工程塑料 PTFE ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) PC 体型高聚物的分子链被化学键牢固地交联着,很难变形。因此，当温度改变时, 不会出现粘流态，交联程度大的甚至不出现橡胶态,而只呈玻璃态。 ·合成橡胶 SBR, NBR,硅橡胶 ·合成纤维 ·合成胶粘剂(Synthetic adhesive) 环氧树脂胶粘剂, 聚氨酯胶粘剂, 丙烯酸胶粘剂, 聚醋酸乙烯胶粘剂, 合成橡 胶胶粘剂 本章学习要求 (1)了解无机工程材料中的热点 (2)了解高聚物的一些基本概念,命名 (3)了解高聚物的一些基本结构和基本特性及其相互关系

(4)了解若干重要有机髙聚物(如工程材料,合成橡胶,有机胶粘剂等)的特性。 作业P241,7,8,9,10

43 (4)了解若干重要有机高聚物(如工程材料,合成橡胶,有机胶粘剂等)的特性。 作业 P241, 7,8,9,10