材料工程基础课件-高分子材料的制备和加工工艺-第十一章.ppt
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第一节第一节聚合物概述聚合物概述第二节第二节加聚型聚合物的制备加聚型聚合物的制备第三节第三节缩聚型聚合物的制备缩聚型聚合物的制备第十一章第十一章聚合物的制备聚合物的制备第一节第一节聚合物概述聚合物概述q高分子材料的分类高分子材料的分类塑塑塑塑料料料料橡橡橡橡胶胶胶胶合成纤维合成纤维合成纤维合成纤维胶胶胶胶粘粘粘粘剂剂剂剂按用途按用途按用途按用途热塑性材料热塑性材料热塑性材料热塑性材料热固性材料热固性材料热固性材料热固性材料按热按热按热按热性质性质性质性质q高分子材料的制备高分子材料的制备天然气天然气聚聚合合聚合物聚合物单单体体煤炭煤炭石油石油q高分子材料的加工高分子材料的加工注射成形注射成形注射成形注射成形模压成形模压成形模压成形模压成形浇注成形浇注成形浇注成形浇注成形吹塑成形吹塑成形吹塑成形吹塑成形挤出成形挤出成形挤出成形挤出成形真空成形（吸塑成形）真空成形（吸塑成形）真空成形（吸塑成形）真空成形（吸塑成形）浇注成形浇注成形浇注成形浇注成形成形方法成形方法成形方法成形方法q高聚物的组成与结构高聚物的组成与结构高分子量高分子量高分子量高分子量：
结构单体：
小分子量结构单体：
小分子量聚聚合合物：
物：
103106聚四氟乙烯胶粒（聚四氟乙烯胶粒（聚四氟乙烯胶粒（聚四氟乙烯胶粒（xqdxqd）线链状结构线链状结构线链状结构线链状结构：
高分子可以看成是数量庞大高分子可以看成是数量庞大的小分子以共价键相连接而的小分子以共价键相连接而形成的，如果把小分子抽象形成的，如果把小分子抽象为一个为一个“点点”，那么绝大多数高分子则可抽象为由千百，那么绝大多数高分子则可抽象为由千百万万个个“点点”连接而成的连接而成的“线线”或或“链链”。
较大尺寸的高分子的分子运动行为可通过较大尺寸的高分子的分子运动行为可通过“链链”的运动的运动来描述。
来描述。
人类人类DNA（500nm）人类染色体（人类染色体（17nm）链链链链节：
节：
节：
节：
是高分子链的最小结构单元。
是高分子链的最小结构单元。
链链链链段：
段：
段：
段：
高分子链的独立运动基本单元。
高分子链的独立运动基本单元。
聚合度：
聚合度：
聚合度：
聚合度：
链节的重复数目（链节的重复数目（nn）。
）。
链节、链段与聚合度链节、链段与聚合度链节、链段与聚合度链节、链段与聚合度：
例如例如:
聚氯乙烯是由氯乙烯重复连接而成，其中单聚氯乙烯是由氯乙烯重复连接而成，其中单体为体为CH2=CHCl，链节为链节为CH2-CHCl，单体分子量单体分子量m=62.5，n为为8002400，M约为约为50000150000。
一般高分子主链的单键都可内旋转，由此引起高分子一般高分子主链的单键都可内旋转，由此引起高分子在空间有无数种排布（构象）。
在空间有无数种排布（构象）。
C-C键的内旋示意图键的内旋示意图11223344分子量和分子尺寸的多分散性分子量和分子尺寸的多分散性分子量和分子尺寸的多分散性分子量和分子尺寸的多分散性：
因此，即使分子量相同的分子链，其构象不同，分子因此，即使分子量相同的分子链，其构象不同，分子尺寸也不相同。
这可以理解为同一分子在不同的时刻可能尺寸也不相同。
这可以理解为同一分子在不同的时刻可能具有不同的尺寸，也可理解为分子量相同的不同分子之间具有不同的尺寸，也可理解为分子量相同的不同分子之间在同一时刻可具有不同的尺寸。
上述性质决定了所谓高分在同一时刻可具有不同的尺寸。
上述性质决定了所谓高分子的分子量和分子尺寸只能是某种意义上的统计平均值。
子的分子量和分子尺寸只能是某种意义上的统计平均值。
乙烯类高聚物的构型（全同立构）乙烯类高聚物的构型（全同立构）1）链结构单元的近程有序）链结构单元的近程有序高分子链的化学组成：
高分子链的化学组成：
碳链高分子碳链高分子杂链高分子（杂链高分子（C与与0、S和和N等元素形成共价键）等元素形成共价键）元素高分子（元素高分子（C与与Si、B、P等元素形成共价键等元素形成共价键）梯型和双螺旋型高分子梯型和双螺旋型高分子侧基和端基侧基和端基支化和交联支化和交联（支化表现为多个端基）（支化表现为多个端基）物质结构的多层次性物质结构的多层次性物质结构的多层次性物质结构的多层次性：
键接结构：
键接结构：
是指单体在形成高分子链时因相互是指单体在形成高分子链时因相互键接键接而造成的各基团之间的相对位置。
而造成的各基团之间的相对位置。
例如：
单体：
例如：
单体：
CHR-CH2a：
头尾相接头尾相接-CHR-CH2-CHR-CH2-b：
头头（尾尾）相接头头（尾尾）相接-CHR-CH2-CH2-CHR-c：
无规相接无规相接2）整个高分子链的远程结构）整个高分子链的远程结构远程结构的研究主要包括分子量及分布；构象两远程结构的研究主要包括分子量及分布；构象两方面。
方面。
构象：
单键内旋转导致分子在空间的不同形态。
构象：
单键内旋转导致分子在空间的不同形态。
分分子子热热运运动动键的键的旋转旋转角的变化角的变化结构取向结构取向的的变变化化关于构象的分析：
若关于构象的分析：
若N个单键，每个键有个单键，每个键有M个旋个旋转角，则分子可能的构象数为转角，则分子可能的构象数为MN个；分子热运动个；分子热运动可使其构象状态每时，每刻都在发生变化，可用统可使其构象状态每时，每刻都在发生变化，可用统计方法讨论实现某种构象的概率。
计方法讨论实现某种构象的概率。
3）大分子链的具体结构）大分子链的具体结构线线型型：
长长径径比比1000:
11000:
1，具具有有良良好好的的弹弹性性和和塑塑性性，可可溶溶解解或或溶溶胀胀，加加热热可可融融化化或或软软化化；易易于于加加工工成成形形，可可重重复复使使用。
热塑性塑料用。
热塑性塑料PEPE、PVCPVC等。
等。
体体型型：
网网状状结结构构，不不溶溶不不熔熔，具具有有良良好好的的耐耐热热性性和和强强度度，但但脆脆性性大大，弹弹性性塑塑性性低低，不不能能重重复复使使用用。
热热固固性性树树脂脂酚醛树脂等。
酚醛树脂等。
聚合物的三种聚集态结构聚合物的三种聚集态结构聚合物的三种聚集态结构聚合物的三种聚集态结构：
1）晶晶态态结结构构线线型型聚聚合合物物固固化化时时可可以以结结晶晶，但但由由于于分分子子链链运动较困难，不可能完全结晶。
运动较困难，不可能完全结晶。
晶晶态态聚聚合合物物实实际际为为晶晶区区（分分子子有有规规律律排排列列）和和非非晶晶区区（分分子子无无规规律律排排列列）两两相相结结构构，一一般般结结晶晶度度（晶晶区区所所占占有有的的重重量量百百分分比比）只只有有50%85%，特特殊殊情情况况可可达达到到98%。
在在结结晶晶聚聚合合物物中中，晶晶区区与与非非晶晶区区相相互互穿穿插插，紧紧密密相相连连，一一个大分子链可以同时穿过许多晶区和非晶区。
个大分子链可以同时穿过许多晶区和非晶区。
2）非非晶晶态态结结构构聚聚合合物物凝凝固固时时，分分子子不不能能规规则则排排列列，呈呈长长程程无无序序、近近程程有有序序状状态态。
非非晶晶态态聚聚合合物物分分子子链链的的活活动动能能力力大，弹性大，弹性和塑性较好。
和塑性较好。
材料的性能呈材料的性能呈各向同性。
各向同性。
非晶区晶区聚合物材料性能取决于两方面：
一是聚合物的结构，聚合物材料性能取决于两方面：
一是聚合物的结构，二是聚合物所处的外部环境，如温度等。
二是聚合物所处的外部环境，如温度等。
q聚合物的分子运动与力学三态聚合物的分子运动与力学三态运动单元的多重性：
侧基运动、链节运动、链段运运动单元的多重性：
侧基运动、链节运动、链段运动以及整链运动等。
动以及整链运动等。
1）运动的时间依赖性：
松弛时间运动的时间依赖性：
松弛时间2）运动的温度依赖性：
运动的温度依赖性：
“Eyring理论理论”分子运动的特点分子运动的特点分子运动的特点分子运动的特点：
3）松弛时间与温度松弛时间与温度T的关系：
的关系：
0exp（E/RT）其中：
其中：
松弛时间；松弛时间；0常数；常数；E运动激活能；运动激活能；T绝对温度。
绝对温度。
1）线性无定性高聚物的力学三态）线性无定性高聚物的力学三态玻璃态玻璃态（TTg）：
）：
变形小，弹性模量变形小，弹性模量G高，高，塑料塑料塑料塑料高弹态高弹态（TgTTf）：
）：
柔软，富有弹性，柔软，富有弹性，橡胶橡胶橡胶橡胶粘流态粘流态（TTf）：
粘性液体，粘性液体，胶粘剂胶粘剂胶粘剂胶粘剂玻璃化转变区玻璃化转变区粘流态转变区粘流态转变区聚合物的形变温度关系聚合物的形变温度关系聚合物的形变温度关系聚合物的形变温度关系：
线性无定性聚合物在力学三态中的分子运动特点线性无定性聚合物在力学三态中的分子运动特点只有只有Tm转变转变温度，温度，Tm既既是熔点，又是熔点，又是粘流转变是粘流转变温度。
温度。
结晶型聚合物的形变温度关系结晶型聚合物的形变温度关系结晶型聚合物的形变温度关系结晶型聚合物的形变温度关系：
第二节第二节加聚型聚合物的制备加聚型聚合物的制备q概概述述加加成成聚聚合合反反应应（简简称称加加聚聚）：
含含有有双双键键的的单单体体（如如乙乙烯烯类类、二二烯烯类类化化合合物物等等）在在一一定定的的外外界界条条件件下下（光光、热热或或引引发发剂剂）双双键键打打开开，并并通通过过共共价价键键互互相相链链接接而而形形成成大大分分子链的反应。
子链的反应。
定义定义定义定义：
1）均聚物）均聚物:
由一种单体加聚而成的高分子。
由一种单体加聚而成的高分子。
加聚型聚合物分类加聚型聚合物分类加聚型聚合物分类加聚型聚合物分类：
2）共聚物：
）共聚物：
由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子。
由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子。
q制备方法制备方法11、定定义义：
借借助助于于乳乳化化剂剂和和机机械械搅搅拌拌的的作作用用，将将单单体体分分散散在水中形成乳液而进行的聚合反应。
在水中形成乳液而进行的聚合反应。
乳液聚合乳液聚合乳液聚合乳液聚合：
22、乳化剂的作用：
、乳化剂的作用：
1）作作为为表表面面活活性性剂剂，使使水水的的表表面面张张力力降降低低，从从而而增增加加单体（油相）在水中的分散能力。
单体（油相）在水中的分散能力。
2）乳乳化化剂剂分分子子包包围围因因搅搅拌拌而而形形成成的的油油滴滴周周围围，形形成成稳稳定定的乳液。
的乳液。
33、反反应应过过程程：
研研究究表表明明，单单体体的的引引发发及及聚聚合合通通常常是是在在胶胶束中进行。
束中进行。
当当溶溶于于水水中中的的乳乳化化剂剂达达到到一一定定浓浓度度时时，就就会会形形成成乳乳化化剂剂单体胶束。
单体胶束。
44、特点：
、特点：
1）聚合速度快，反应温度易于控制；聚合速度快，反应温度易于控制；2）反应温度低，所得聚合物的分子量高；反应温度低，所得聚合物的分子量高；3）反应溶液粘度低；反应溶液粘度低；4）乳化剂、分散剂和稳定剂等加入，导致产品纯度低。
乳化剂、分散剂和稳定剂等加入，导致产品纯度低。
22、反应特点：
、反应特点：
1）组分少，产品纯度、透明度高；组分少，产品纯度、透明度高；2）工艺简单，操作简便；工艺简单，操作简便；3）反应体系粘度大，温度不易控制；反应体系粘度大，温度不易控制；4）若聚合物密度高于单体，反应需在密闭模具中进行。
若聚合物密度高于单体，反应需在密闭模具中进行。
11、定定义义：
在在不不加加入入其其他他溶溶剂剂（除除少少量量引引发发剂剂）的的情情况况下，在单体相中进行的聚合反应下，在单体相中进行的聚合反应。
本体聚合本体聚合本体聚合本体聚合：
悬浮聚合悬浮聚合悬浮聚合悬浮聚合：
11、定定义义：
以以水水为为介介质质并并加加入入分分散散剂剂，在在强强烈烈搅搅拌拌下下将将单单体体分分散散成成若若干干小小单单体体，经经溶溶于于单单体体内内的的引引发发剂剂引引发发而而反应聚合。
反应聚合。
22、悬浮分散剂的种类：
、悬浮分散剂的种类：
1）水溶性分散剂：
）水溶性分散剂：
聚乙烯醇、明胶、苯乙烯等聚乙烯醇、明胶、苯乙烯等2）水难溶性分散剂：
）水难溶性分散剂：
碳酸钙、滑石粉、硅藻土等碳酸钙、滑石粉、硅藻土等33、反反应应过过程程
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