高分子材料科学基础期末复习资料总结.docx

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高分子材料科学基础期末复习资料总结

第一章：

绪论

高分子材料：

指由许许多多原子或原子团，主要以共价键结合而成的相对分子质

4量很高（10～107）的化合物.

均聚物：

由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物。

共聚物：

由两种或两种以上单体共聚而成的聚合物称为共聚物。

高分子材料分类：

按用途分类－－－塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料

按主链的元素组成分类－－－碳链、杂链、元素有机和无机高分子按聚合物受热时的不同行为分类－－－热塑性和热固性

聚合物英文缩写

PE聚乙烯PP聚丙烯

PS聚苯乙烯PTFE聚四氟乙烯

PVC聚氯乙烯ABS丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物PA聚酰胺POM聚甲醛

PAN聚丙烯腈PC聚碳酸酯

PMMA聚甲基丙烯酸甲酯CPE氯化聚乙烯

PF酚醛树脂EP环氧树脂

BR聚丁二烯橡胶PU聚氨酯

SBR丁苯橡胶NBR丁腈橡胶

CR氯丁橡胶NR天然橡胶

PET聚对苯二甲酸乙二醇酯PBT聚对苯二甲酸丁二醇酯

第二章高分子材料的结构与性能

聚合物分子量有两个基本特点：

（1）分子量大：

一般而言，聚合物的力学性能随分子量的增大而提高。

①如玻璃化温度，拉伸强度，密度，比热容等，刚开始时，随分子量增大而上升，最后达到一极限值。

②如粘度，弯度强度等，随分子量增大而不断提高，不存在极限值。

（2）分子量具有多分散性：

①塑料：

分子量分布窄时对加工和性能有利；

②橡胶：

分子量分布宽一些好，可以改善流动性而有利于加工；

③薄膜及纤维：

分子量分布窄时对加工和性能有利。

聚集态结构：

是指在分子间力的作用下，大分子相互聚集在一起所形成的组织结构。

晶态结构：

结构规则、简单的以及分子间作用力强的大分子易于形成晶态结构。

非晶态（无定形）结构：

结构比较复杂、不规则的大分子则往往形成无定形即非晶态结构。

结晶对聚合物性能的影响：

结晶使高分子链规整排列，堆砌紧密，因而增强了分子链间的作用力，使聚合物的密度、强度、硬度、耐热性、耐溶剂性、耐化学腐蚀性等性能得以提高，从而改善塑料的使用性能。

但结晶使高弹性、断裂伸长率、抗冲击强度等性能下降，对以弹性、韧性为主要使用性能的材料是不利的。

取向：

链段、整个大分子链以及晶粒在外力场作用下沿一定方向排列的现象称为

聚合物的取向。

应力松弛：

在恒定温度和形变保持不变的情况下，高分子材料内部的应力随时间的增加而逐渐衰减的现象。

例：

捆扎物体的橡皮筋

蠕变：

在恒定温度和施加的应力保持不变的情况下，高分子材料的形变随时间的增加而逐渐变长的现象。

例：

挂了重物的塑料绳

非结晶聚合物的温度—形变曲线，并根据曲线论述聚合物的三种力学状态及其理论：

非结晶聚合物的力学状态曲线

整个温度—形变曲线分为五个区域：

区域

（1）：

高聚物的形变很小，类似于刚硬的玻璃体，这一力学状态称为玻璃态；

在这个区域，由于温度低，聚合物链段的热运动不足以克服主链内旋转位垒，因此链段的运动处于“冻结”状态，只有侧基、链节、键长、键角等局部运动，在力学行为上表现为模量高和形变小，具有虎克弹性行为，质硬而脆。

区域（3）：

高聚物成为柔软而具有弹性的固体，弹性形变可达原长的5～10倍，这一力学状态称为高弹态；

在这个区域，在Tg以上，聚合物链段已充分发展，但整个大分子链重心并未发生相对位移，因此聚合物弹性模量下降，在较小的应力下，即可发生很大的

形变，除去外力后，形变可迅速恢复。

区域（5）：

高聚物象粘性液体一样，可发生粘性流动，这一力学状态称为粘流态；在这个区域，温度高于Tf，聚合物链段发生剧烈运动，在外力的作用下，整个大分子链重心发生相对位移，产生不可逆形变。

区域

（2）：

高聚物玻璃态和高弹态的转变区；

区域（4）：

高聚物高弹态和粘流态的转变区；

Tg：

玻璃化温度，表征玻璃态和高弹态之间的转变温度；Tf：

流动温度，表征高弹态和粘流态之间的转变温度。

熔融指数：

指在一定的温度下和规定负荷下，10min内从规定直径和长度的标准毛细管内流出的聚合物的熔体的质量，用MI表示，单位为g/10min。

聚合物力学屈服现象并画出示意图：

聚合物力学屈服曲线

（1）在一定条件下，由于拉伸应力作用，各种聚合物表现出如图所示的应力-应变曲线。

其必要条件是在Tg（非晶态聚合物）或Tm（结晶聚合物）以下进行拉伸，所以此曲线又称为冷拉曲线。

（2）曲线的起始阶段OA基本上是一段直线，应力与应变成正比，试样表现为虎克弹性行为，从这段直线的斜率可计算出试样的杨氏模量。

（3）B点为屈服点。

当应力达到屈服点之后，在应力基本不变的情况下产生较大的形变，当除去应力后，材料也不能恢复到原样，即材料屈服了，屈服点所对应的应力称为屈服应力或屈服强度σy。

一般而言，屈服应力是聚合物作为结构材料使用的最大应力。

（4）屈服点之后，聚合物试样开始出现细颈（也有不出现细颈的情况）。

此后的形变是细颈的逐渐扩大，直到D点，全部试样被拉成细颈。

然后进入应变的第三

阶段，试样再度被均匀拉伸，应力提高，直到在E点拉断为止，相应与E点的应力σE成为拉伸强度，相应的形变ε

合物表现为韧性。

老化：

聚合物及其制品在使用或贮存过程中由于环境（光、热、氧、潮湿、应力、化学浸蚀等）的影响，性能（强度、弹性、硬度、颜色等）逐渐变坏的现象称为老化。

氧指数：

就是在规定的条件下，试样在氧气和氮气的混合气流中维持稳定燃烧所需的最低氧气浓度。

根据材料的力学性能及其应力-应变曲线特征，可将非晶态聚合物的应力-应变曲线大致分为六类：

（1）材料硬而脆：

在较大应力作用下，材料仅发生较小的应变，并在屈服点之前发生断裂，具有高的模量和抗张强度，但受力呈脆性断裂，冲击强度较差。

（2）材料硬而强：

在较大应力作用下，材料发生较小的应变，在屈服点附近断裂，具高模量和抗张强度

（3）材料强而韧：

具高模量和抗张强度，断裂伸长率较大，材料受力时，属韧性断裂。

（4）材料软而韧：

模量低，屈服强度低，断裂伸长率大，断裂强度较高，可用于要求形变较大的材料。

（5）材料软而弱：

模量低，屈服强度低，中等断裂伸长率。

如未硫化的天然橡胶。

（6）材料弱而脆：

一般为低聚物，不能直接用做材料。

强与弱从σ比较；

硬与软从E（σ/ε）比较；

脆与韧则主要从断裂伸长率比较。

E称为断裂伸长率。

屈服前就出现断裂的玻璃态聚合物表现为脆性，屈服之后才断裂的玻璃态聚

第三章高分子材料的制备反应

均裂：

构成共价键的一对电子拆成两个带一个电子的基团，这种带独电子的基团

称为自由基或游离基。

异裂：

构成价键的电子对归属于某一基团，形成负离子（阴离子），另一基团成

为正离子（阳离子）。

自由基聚合反应的特征：

（1）自由基聚合反应可明显区分出引发、增长、终止、转移等基元反应，其中

引发速率最小，是控制总聚合速率的关键；

（2）只有链增长反应才能使聚合度增加；

（3）聚合过程中，单体浓度逐步降低，聚合物转化率逐步增大；

（4）少量（0.01%-0.1%）阻聚剂可足以使自由基聚合反应终止；

（5）绝大多数自由基聚合反应是不可逆反应。

逐步聚合反应与连锁聚合反应的区别：

（1）逐步聚合反应没有特定的反应活性中心；

（2）逐步聚合反应每个单体分子的官能团，都有相同的反应能力；

（3）逐步聚合反应随着反应时间的延长，分子量逐步增大；

（4）逐步聚合反应增长过程中，每一步产物都能独立存在，在任何时候都可以

终止反应，在任何时候又能使其继续以同样活性进行反应。

第四章塑料

塑料:

以聚合物为主要成分,在一定条件（温度,压力等）下,可塑成一定形状,并在常温下保持其形状的材料。

热塑性塑料：

受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成型的聚合物。

热固性塑料：

由单体直接形成网状聚合物或通过交联线型预聚体而形成，一旦形

成交联，受热后不能再回复到可塑状态的聚合物。

塑料基本性能

质轻,相对密度0.9-2.3,泡沫塑料0.01-0.05；电绝缘好,体积电阻率1016-18,介电损耗10-4；力学强度范围宽、防腐、隔热、成型加工性能好、减震,消音,透光。

不足：

耐热差,力学强度小于金属,导热差,膨胀系数大,易变形,易燃,蠕变,冷流,疲劳等。

塑料的组成和作用：

1）树脂:

塑料的主要组分。

2）填充剂（填料）:

提高塑料的力学、电学性能或降低成本等。

3）增塑剂:

提高塑料的可塑性和柔软性。

4）稳定剂:

提高塑料对热、光、氧等的稳定性，延长使用寿命。

5）增色剂:

赋予塑料制品各种色彩。

6）润滑剂:

提高塑料在加工成形过程中的流动性和脱模能力，同时可使制品光亮美观。

7）固化剂:

与树脂发生交联反应，使受热可塑的线型结构变成热稳定好的体型结构。

挤出成型：

热塑性聚合物与各种助剂混和均匀后，在挤出机料筒内受到机械剪切力、摩擦热和外热的作用使之塑化熔融，再在螺杆的推送下，通过过滤板进入成型口模被挤塑成制品。

注射成型：

又称注射模塑或注塑，此种成型方法是将塑；压延成型：

将已塑化的物料通过一组热辊筒之间使其厚；模压成型：

在压延机的上下模板之间装置成型模具，使；低密度聚乙烯（LDPE）的性能和用途：

；LDPE也称为“高压聚乙烯”，聚合方法是以乙烯为；LDPE主要做成薄膜用于食品包装、商业和工业用包；高密度聚乙烯（HDPE）的性能和用途：

；HDPE也称“低压聚乙烯”

注射成型：

又称注射模塑或注塑，此种成型方法是将塑料（一般为粒料）在注射成型机料筒内加热熔化，当呈流动状态时，在柱塞或螺杆加压下熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前端的喷嘴以很快速度注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间冷却定型后，开启模具即得制品。

压延成型：

将已塑化的物料通过一组热辊筒之间使其厚度减薄，从而制得均匀片状制品的方法称为压延成型。

压延成型主要用于制备聚氯乙烯片材或薄膜。

模压成型：

在压延机的上下模板之间装置成型模具，使模具内的塑料在热与力的作用下成型，经冷却、脱模即得模压成型制品。

低密度聚乙烯（LDPE）的性能和用途：

LDPE也称为“高压聚乙烯”，聚合方法是以乙烯为原料，在100～350MPa的高压下和160℃～270℃较高温度下，以有机过氧化物为引发剂进行自由基聚合。

聚合中容易发生链转移，形成的产品中存在大量支链结构，分子结构也缺乏规整性，因此结晶度小（65～75%），密度较小（0.91～0.93g/cm3），相对分子量一般为25000，因此它的耐热性和耐溶剂性、硬度较差。

但电绝缘性优良，柔软性好，耐冲击性能和透明性也比较好，具有良好的透气性。

LDPE主要做成薄膜用于食品包装、商业和工业用包装、购物袋、垃圾袋等，特别是作为农用薄膜，如生产棚膜、地膜等，也可以制作家用器皿、玩具、医用品等。

高密度聚乙烯（HDPE）的性能和用途：

HDPE也称“低压聚乙烯”。

聚合方法是以乙烯为原料，用Ziegler-Natta催化剂，在60℃—70℃下进行阴离子配位聚合。

产物分子量比较高（15～30万），支链短而且少，因此密度较高（0.941～0.965g/cm3），结晶度较大（80～95%），拉伸强度、拉伸模量、弯曲模量、硬度等性能都优于LDPE，但冲击强度比LDPE差。

它的耐热性比较高，最高使用温度为100℃，最低使用温度可至一70℃。

透气性为LDPE的1/5。

HDPE可制成吹塑制品，用于日用容器、医用药瓶、汽车油箱、化学品储罐等，饮料和食品的周转箱、机械零件等注塑制品，食品和工农业产品的包装、农用地膜、购物袋等，城市排水管、农用灌溉管等管材，渔网等。

PP的性能：

（1）质轻：

是所有合成树脂中密度最小的一种，相对密度仅0.9-0.9l，若未加填料浮在水面上。

（2）在高温下的流动性好：

加入添加剂后，制品的收缩率减少。

可用来制造各种大型和在高温下变形小的制品。

（3）薄膜在定向拉伸后的强度很高，伸长率变小：

可将其切成窄