材料科學(xué)概論(教學(xué)課件)

材 料 科 學(xué) 概 論 q概 述 q高 分 子 的 合 成 、 結(jié) 構(gòu) 與 性 能 q典 型 的 高 分 子 品 種 第 五 章 有 機 高 分 子 材 料 有 機 高 分 子 材 料 ： 有 機 高 分 子 材 料 包 括 木 材 、棉 花 、 皮 革 等 天 然 高 分 子 材 料 和 塑 料 、 合 成 纖 維及 合 成 橡 膠 等 有 機 聚 合 物 合 成 材 料 。 它 們 質(zhì) 地 輕 、原 料 豐 富 、 加 工 方 便 、 性 能 良 好 、 用 途 廣 泛 ， 因而 發(fā) 展 速 度 很 快 。 塑 料 、 橡 膠 和 合 成 纖 維 是 有 機高 分 子 材 料 的 典 型 代 表 ， 此 外 ， 還 有 涂 料 和 黏 合劑 等 。 隨 著 合 成 、 加 工 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 耐 高 溫 、 高強 度 、 高 模 量 和 具 有 特 定 性 能 和 功 能 的 高 分 子 材料 也 應(yīng) 運 而 生 。 第 五 章 有 機 高 分 子 材 料 一 、 高 分 子 的 基 本 概 念 高 分 子 材 料 是 由 可 稱 為 單 體 的 原 料 小 分子 通 過 聚 合 反 應(yīng) 而 合 成 的 。 絕 大 部 分 原 料 單體 為 有 機 化 合 物 。 在 有 機 化 合 物 中 ， 除 碳 原子 外 ， 其 它 主 要 元 素 為 氫 、 氧 、 氮 等 。 由 于碳 原 子 是 4價 ， 所 以 可 以 形 成 為 數(shù) 眾 多 、 結(jié)構(gòu) 不 同 的 有 機 化 合 物 ， 已 知 的 有 機 化 合 物 的總 數(shù) 已 接 近 千 萬 ， 而 且 新 的 有 機 化 合 物 還 不斷 合 成 出 來 。 第 一 節(jié) 概 述 1、 高 分 子 的 鏈 結(jié) 構(gòu) ：q聚 合 物 ： 一 個 大 分 子 往 往 由 許 多 相 同 的 、 簡 單 的 結(jié)構(gòu) 單 元 通 過 共 價 鍵 重 復(fù) 連 接 而 成 。 因 此 ， 高 分 子 又 稱為 聚 合 物 。 縮 寫 稱 為 結(jié) 構(gòu) 單 元 ， 也 可 稱 為 重 復(fù) 單 元 。q鏈 節(jié) ： 許 多 重 復(fù) 單 元 連 接 成 線 型 大 分 子 ， 類 似 一 條鏈 子 ， 因 此 有 時 又 將 重 復(fù) 單 元 稱 為 鏈 節(jié) 。q單 體 ： 由 形 成 結(jié) 構(gòu) 單 元 的 小 分 子 組 成 的 化 合 物 稱 為單 體 ， 是 合 成 高 分 子 的 原 料 。q聚 合 度 ： 對 于 聚 乙 烯 一 類 高 分 子 ， 結(jié) 構(gòu) 單 元 、 重 復(fù)單 元 是 相 同 的 ， 式 中 （ P103） 括 號 表 示 重 復(fù) 連 接 ， 通常 用 n代 表 重 復(fù) 單 元 個 數(shù) ， 又 稱 聚 合 度 。 聚 合 度 是 衡 量 高 分 子 大 小 的 指 標(biāo) 。 2.高 分 子 的 聚 合 度 及 其 計 算 高 分 子 的 相 對 分 子 質(zhì) 量 是 重 復(fù) 單 元 的 相 對分 子 質(zhì) 量 （ M0） 與 聚 合 度 （ ） （ 或 重 復(fù) 單 元數(shù) n） 的 乘 積 ， 即 例 如 常 用 聚 乙 烯 的 相 對 分 子 質(zhì) 量 為 5 15萬 ，其 重 復(fù) 單 元 相 對 分 子 質(zhì) 量 為 62.5， 由 此 可 以計 算 得 聚 合 度 約 為 800 2000。M DP0MDPM 3、 立 體 規(guī) 整 度v 高 分 子 的 立 體 異 構(gòu) ： 化 學(xué) 組 成 相 同 的 高 分 子 ， 鏈 結(jié) 構(gòu)也 相 同 ， 但 立 體 構(gòu) 型 不 同 ， 即 原 子 或 原 子 團 在 三 維 空間 由 化 學(xué) 鍵 連 結(jié) 的 排 列 不 同 ， 這 種 情 況 稱 為 高 分 子 的立 體 異 構(gòu) 。 立 體 異 構(gòu) 體 簡 稱 立 構(gòu) 。v 立 構(gòu) 的 分 類 ： 可 分 為 兩 類 ： 一 是 手 性 碳 原 子 產(chǎn) 生 的 光學(xué) 異 構(gòu) 體 ， 二 是 分 子 中 雙 鍵 或 環(huán) 上 的 取 代 基 空 間 排 步不 同 的 幾 何 異 構(gòu) 體 。v 影 響 ： 高 分 子 的 立 體 規(guī) 整 性 對 材 料 性 質(zhì) 極 為 重 要 ， 它影 響 鄰 近 分 子 聚 集 的 方 式 ， 從 而 影 響 分 子 間 力 ， 從 而使 材 料 的 力 學(xué) 性 能 不 同 。 例 如 聚 乙 烯 ， 商 品 聚 乙 烯 是全 同 立 構(gòu) ， 它 具 有 良 好 的 力 學(xué) 性 能 ， 相 反 ， 無 規(guī) 立 構(gòu) 聚 乙 烯 不 能 作 為 工 程 材 料 使 用 。 4、 碳 鏈 高 分 子 與 雜 鏈 高 分 子v 碳 鏈 高 分 子 ： 高 分 子 主 鏈 由 碳 原 子 組 成 ， 稱 為 碳 鏈 高分 子 。 例 如 聚 乙 烯 。v 雜 鏈 高 分 子 ： 高 分 子 主 鏈 上 不 僅 含 碳 ， 還 含 有 少 量 其他 原 子 ， 稱 為 雜 鏈 高 分 子 。 如 聚 酰 胺 類 高 分 子 。v 雜 鏈 高 分 子 個 聚 合 度 ： 以 尼 龍 6,6為 例 進 行 說 明 ： 式 中（ P104)的 重 復(fù) 單 元 由 和 兩 種 結(jié) 構(gòu) 單 元 組 成 。 這 兩 種 結(jié)構(gòu) 單 元 比 其 單 體 己 二 胺 和 己 二 酸 少 幾 個 原 子 ， 是 聚 合過 程 失 水 的 結(jié) 構(gòu) 。 可 將 兩 種 結(jié) 構(gòu) 單 元 總 數(shù) 稱 為 聚 合 度并 記 作 ， 也 可 將 重 復(fù) 單 元 數(shù) 稱 為 聚 合 度 并 記 作 ，這 是 兩 種 不 同 的 表 示 方 法 ， 顯 然 ， DPXn DPXn 2 5、 共 聚 物（ 1） 共 聚 物 定 義 ： 兩 種 或 兩 種 以 上 的 小 分 子 一 個 接一 個 地 連 接 成 鏈 狀 或 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu) 而 形 成 的 高 分 子 ，稱 為 共 聚 物 。（ 2） 共 聚 物 分 類 ： 共 聚 物 中 可 能 含 有 多 種 結(jié) 構(gòu) 單 元 ，結(jié) 構(gòu) 單 元 的 的 連 接 順 序 和 數(shù) 量 可 能 有 多 種 不 同 情況 ， 以 二 元 共 聚 物 為 例 ， 把 共 聚 物 大 分 子 寫 成 如下 形 式 ： （ P104)。 其 中 M1為 第 一 種 單 體 的 結(jié) 構(gòu) 單元 ， 它 連 續(xù) 連 接 的 數(shù) 目 為 a， M2為 第 二 種 單 體 的 結(jié)構(gòu) 單 元 ， 它 連 續(xù) 連 接 的 數(shù) 目 為 b， 根 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 單 元 的連 接 順 序 和 數(shù) 量 ， 常 把 共 聚 物 分 成 如 下 四 種 類 型 。 q 無 規(guī) 共 聚 物 ： a不 等 于 b， a與 b均 不 等 于 常 數(shù) ， 但 數(shù) 目較 小 。 由 兩 種 小 分 子 單 體 進 行 共 聚 反 應(yīng) 的 產(chǎn) 物 一 般 屬于 這 種 類 型 。q 交 替 共 聚 物 ： a等 于 b且 等 于 1， M1與 M2交 替 排 列 。 是無 規(guī) 共 聚 物 的 特 例 。q 嵌 段 共 聚 物 ： a不 等 于 b， a與 b均 不 等 于 常 數(shù) ， 但 數(shù) 目很 大 ， 共 幾 十 到 幾 百 甚 至 幾 千 。 相 當(dāng) 于 一 種 均 聚 物 分子 嵌 在 另 一 均 聚 物 大 分 子 之 中 ， 但 二 者 相 互 連 接 。 可通 過 多 種 方 法 制 備 。q 接 枝 共 聚 物 ： 大 分 子 主 鏈 上 a的 數(shù) 目 很 大 ， b等 于 0， 支鏈 a等 于 0， b的 數(shù) 目 很 大 。 即 大 分 子 主 鏈 上 只 有 M 1 ，支 鏈 上 只 有 M2。 接 枝 共 聚 物 是 在 均 聚 物 的 大 分 子 主 鏈上 接 上 另 一 種 結(jié) 構(gòu) 單 元 的 主 鏈 。 由 兩 種 單 體 小 分 子 共 聚 ， 一 般 只 能 得 到 無 規(guī) 或 交替 共 聚 物 ， 且 以 無 規(guī) 共 聚 物 為 主 。 接 枝 共 聚 物 和 嵌 段共 聚 物 通 常 要 在 聚 合 中 采 用 一 些 特 定 方 式 。 6、 高 分 子 的 相 對 分 子 質(zhì) 量 與 機 械 強 度q 高 分 子 的 相 對 分 子 質(zhì) 量 往 往 是 平 均 值 。 原 因 是 單 體 聚 合反 應(yīng) 的 隨 機 性 使 得 分 子 的 聚 合 度 不 同 ， 因 此 高 分 子 材 料是 由 大 小 不 同 的 高 分 子 的 同 系 物 組 成 的 。 算 出 的 聚 合 度也 是 統(tǒng) 計 平 均 聚 合 度 。q 有 多 種 測 定 相 對 分 子 質(zhì) 量 的 方 法 ， 各 種 方 法 符 合 不 同 的統(tǒng) 計 數(shù) 學(xué) 模 型 ， 故 測 定 的 統(tǒng) 計 平 均 值 不 相 等 ， 常 見 的 相對 分 子 質(zhì) 量 有 數(shù) 均 相 對 分 子 質(zhì) 量 、 重 均 相 對 分 子 質(zhì)量 、 黏 均 相 對 分 子 質(zhì) 量 等 。q 由 高 分 子 的 相 對 分 子 質(zhì) 量 高 賦 予 的 性 質(zhì) 特 點 ， 主 要 是 使高 分 子 聚 合 物 具 有 一 定 的 機 械 強 度 ， 可 以 作 為 結(jié) 構(gòu) 材 料使 用 。 我 們 指 導(dǎo) ， 分 子 與 分 子 之 間 具 有 范 德 華 力 ， 對 小分 子 來 說 ， 這 個 能 量 很 小 ， 但 在 高 分 子 中 就 不 同 了 ， 許多 大 分 子 聚 集 在 一 起 ， 各 個 分 子 間 的 范 德 華 力 遠 遠 超 過 大 分 子 中 單 體 分 子 的 共 加 鍵 結(jié) 合 力 ， 從 而 賦 予 高 分 子 以強 度 ， 這 就 是 高 分 子 能 作 為 結(jié) 構(gòu) 材 料 使 用 的 根 本 原 因 。 nMwM M q 遠 在 幾 千 年 前 ， 人 類 就 使 用 棉 、 麻 、 絲 、 毛 等 天 然 高 分子 作 織 物 材 料 ， 使 用 竹 木 作 建 筑 材 料 。 纖 維 造 紙 、 皮 革揉 制 、 油 漆 應(yīng) 用 是 天 然 高 分 子 早 期 的 化 學(xué) 加 工 。q 19世 紀(jì) 中 期 開 始 ， 才 對 天 然 高 分 子 進 行 較 大 規(guī) 模 的 化 學(xué)改 性 ， 如 天 然 橡 膠 的 硫 化 ， 硝 化 纖 維 賽 璐 珞 的 出 現(xiàn) ， 粘膠 纖 維 的 生 產(chǎn) 。q 19世 紀(jì) 后 期 和 20世 紀(jì) 早 期 ， 確 定 天 然 橡 膠 由 異 戊 二 烯 、纖 維 素 和 淀 粉 由 葡 萄 糖 殘 體 、 蛋 白 質(zhì) 由 氨 基 酸 組 成 ， 對以 后 高 分 子 概 念 的 建 立 起 了 一 定 的 作 用 。q 20世 紀(jì) 中 期 合 成 了 第 一 種 樹 脂 酚 醛 樹 脂 ， 第 一 次 大 戰(zhàn)時 期 出 現(xiàn) 了 丁 鈉 橡 膠 ， 20年 代 ， 醇 酸 樹 脂 、 醋 酸 纖 維 、脲 醛 樹 脂 相 繼 投 入 生 產(chǎn) 。q 1920年 ， Staudinger首 先 提 出 高 分 子 的 概 念 ， 加 上 他 對高 分 子 其 他 方 面 的 認 識 ， 獲 得 了 諾 貝 爾 獎 。 20年 代 末 期 ，Carothers對 縮 聚 反 應(yīng) 進 行 了 系 統(tǒng) 研 究 ， 1935年 研 究 成功 尼 龍 6。 30年 代 ， 一 系 列 烯 類 加 聚 物 實 現(xiàn) 了 工 業(yè) 化 ， 如 聚 鹵 乙 烯 、 聚 醋 酸 乙 烯 酯 、 高 壓 聚 乙 烯 等 。 二 、 歷 史 、 現(xiàn) 在 與 未 來 q 三 四 十 年 代 是 高 分 子 化 學(xué) 和 工 業(yè) 蓬 勃 發(fā) 展 的 20年 ， 兩 者相 互 促 進 。q 50年 代 中 期 ， Ziegler、 Natta等 人 發(fā) 現(xiàn) 了 金 屬 有 機 絡(luò) 合 引發(fā) 體 系 ， 在 較 低 的 壓 力 和 溫 度 下 ， 制 得 了 高 密 度 聚 乙 烯和 聚 丙 烯 。 低 級 烯 烴 得 到 了 應(yīng) 用 ， 高 分 子 合 成 方 面 進 入了 新 的 領(lǐng) 域 。 他 們 二 人 因 此 獲 得 了 諾 貝 爾 獎 。 幾 乎 同 時 ，Szwarc對 陰 離 子 聚 合 和 活 性 高 分 子 進 行 了 比 較 深 入 的 研究 。 這 些 為 60年 代 以 后 聚 烯 烴 、 順 丁 橡 膠 以 及 SBS嵌 段共 聚 熱 塑 性 彈 性 體 的 大 規(guī) 模 發(fā) 展 提 供 了 理 論 基 礎(chǔ) 。 繼 50年 代 后 半 期 聚 甲 醛 、 聚 碳 酸 酯 出 現(xiàn) 以 后 ， 60年 代 還 大 規(guī)模 開 發(fā) 了 聚 砜 、 聚 苯 醚 等 工 程 塑 料 。 70年 代 發(fā) 展 了 液 晶高 分 子 ， 許 多 耐 高 溫 和 高 強 度 的 合 成 材 料 也 層 出 不 窮 。這 給 縮 聚 反 應(yīng) 開 辟 了 新 的 方 向 。 q 60年 代 是 聚 烯 烴 、 合 成 橡 膠 、 工 程 塑 料 ， 以 及 溶 液 聚 合 、配 位 聚 合 、 離 子 聚 合 蓬 勃 發(fā) 展 的 時 期 。 與 以 前 開 發(fā) 的 高 分 子 品 種 、 聚 合 方 法 、 生 產(chǎn) 工 藝 配 合 在 一 起 ， 形 成 了 合成 高 分 子 全 面 繁 榮 的 局 面 。 q 世 界 上 高 分 子 體 積 產(chǎn) 量 已 相 當(dāng) 于 鋼 鐵 的 產(chǎn) 量 ， 高 分 子 材料 蓬 勃 發(fā) 展 的 原 因 ， 可 以 概 括 為 資 源 豐 富 、 種 類 繁 多 、性 能 良 好 、 成 形 簡 便 、 成 本 低 廉 、 用 途 廣 泛 等 。q 石 油 和 天 然 氣 是 高 分 子 的 重 要 資 源 ， 煤 化 學(xué) 加 工 工 程 也為 高 分 子 提 供 了 不 少 原 料 。 多 種 結(jié) 構(gòu) 的 大 分 子 ， 形 成 了多 品 種 的 高 分 子 ， 反 映 出 各 種 各 樣 的 良 好 性 能 ， 如 質(zhì) 輕 、比 強 度 大 、 高 彈 性 能 好 等 。 工 業(yè) 生 產(chǎn) 促 使 科 學(xué) 發(fā) 展 ， 高分 子 科 學(xué) 就 是 在 這 種 情 況 下 ， 并 且 在 有 機 化 學(xué) 、 物 理 化學(xué) 等 學(xué) 科 的 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 起 來 的 。q 20世 紀(jì) 70年 代 以 來 ， 主 要 在 提 高 質(zhì) 量 、 改 進 性 能 、 發(fā) 展功 能 等 方 面 發(fā) 展 。q 這 些 年 來 ， 高 分 子 改 性 、 高 性 能 和 功 能 高 分 子 材 料 成 為高 分 子 發(fā) 展 的 主 流 方 向 。 通 過 共 聚 、 共 混 、 復(fù) 合 等 途 徑 ，來 擴 大 品 種 ， 提 高 性 能 。 除 了 大 品 種 外 ， 工 程 塑 料 和 特種 性 能 的 高 分 子 ， 如 高 強 度 、 耐 高 溫 、 耐 澆 濁 、 耐 輻 射 、 導(dǎo) 電 、 能 量 吸 收 、 發(fā) 光 、 半 導(dǎo) 體 以 及 生 物 醫(yī) 用 高 分 子 等精 細 高 分 子 將 是 新 的 發(fā) 展 方 向 。 一 、 高 分 子 的 合 成 1、 逐 步 聚 合 反 應(yīng) 聚 合 反 應(yīng) 按 機 理 可 分 為 鏈 式 聚 合 和 逐 步 聚 合 。 逐 步 聚合 過 程 中 ， 高 分 子 鏈 逐 步 變 大 。 這 類 聚 合 反 應(yīng) 包 括 ： 縮（ 合 ） 聚 （ 合 ） 反 應(yīng) 和 某 些 非 縮 聚 （ 類 似 加 聚 的 ） 反 應(yīng) 。 逐 步 聚 合 反 應(yīng) 包 括 的 反 應(yīng) 類 型 很 多 ， 原 料 單 體 非 常 廣 泛 。基 本 特 點 是 反 應(yīng) 發(fā) 生 在 參 與 反 應(yīng) 的 單 體 所 能 攜 帶 的 基 團 上 ，這 類 能 發(fā) 生 逐 步 聚 合 反 應(yīng) 的 基 團 有 ： OH 、 NH 2 、 COOH 、 酸 酐 等 。 可 供 逐 步 聚 合 的 單 體 類 型 很 多 ， 但 都 必 須 有 一 個 基 本特 點 ： 同 一 單 體 上 必 須 帶 有 至 少 兩 個 或 更 多 個 可 進 行 逐 步聚 合 反 應(yīng) 的 官 能 團 ， 且 當(dāng) 只 有 反 應(yīng) 單 體 的 官 能 團 數(shù) 等 于 或大 于 2時 才 能 生 成 大 分 子 。 第 二 節(jié) 高 分 子 的 合 成 、 結(jié) 構(gòu) 與 性 能 （ 1） 縮 聚 反 應(yīng) ：q 定 義 ： 是 縮 合 聚 合 反 應(yīng) 的 簡 稱 ， 其 基 元 反 應(yīng) 只 有 一 種 的是 縮 合 反 應(yīng) 。 縮 合 反 應(yīng) 的 進 行 使 產(chǎn) 物 的 聚 合 度 不 斷 增 大 ，并 在 通 常 情 況 下 使 得 體 系 有 低 分 子 物 質(zhì) 析 出 。 縮 聚 反 應(yīng)中 ， 鏈 的 增 長 是 由 單 體 縮 合 生 成 二 聚 體 、 三 聚 體 等 ， 生成 的 這 些 低 聚 體 不 僅 可 與 單 體 發(fā) 生 縮 合 反 應(yīng) 而 且 相 互 之間 還 發(fā) 生 聚 合 反 應(yīng) ， 生 成 聚 合 度 更 高 的 聚 合 體 ， 由 此 形成 在 縮 聚 反 應(yīng) 中 的 單 體 與 單 體 之 間 、 單 體 與 聚 合 物 之 間和 低 聚 體 與 低 聚 體 之 間 的 混 （ 縮 合 ） 增 長 過 程 。q 官 能 度 ： 一 個 參 與 反 應(yīng) 的 單 體 上 所 含 的 能 參 與 反 應(yīng) 的 官能 團 數(shù) 稱 為 官 能 度 。 q 分 類 ： 縮 聚 反 應(yīng) 包 括 線 型 縮 聚 反 應(yīng) 和 體 型 縮 聚 反 應(yīng) 。 線型 縮 聚 必 有 一 種 或 兩 種 雙 官 能 度 單 體 。 線 型 縮 聚 除 具 有逐 步 性 的 特 征 外 ， 通 常 都 是 可 逆 反 應(yīng) 。 （ 2） 逐 步 開 環(huán) ： 以 己 內(nèi) 酰 胺 為 例 來 說 明 逐 步 開 環(huán) 反 應(yīng) 。 己 內(nèi) 酰 胺 開環(huán) 聚 合 的 產(chǎn) 物 為 聚 己 內(nèi) 酰 胺 ， 俗 名 為 尼 龍 6。 己 內(nèi) 酰 胺 水解 開 環(huán) 聚 合 過 程 中 高 分 子 聚 合 度 隨 時 間 的 延 續(xù) 而 逐 漸 增大 ， 為 逐 步 機 理 ； 但 與 縮 聚 反 應(yīng) 有 所 不 同 ， 沒 有 小 分 子析 出 ， 初 期 單 體 轉(zhuǎn) 化 率 不 高 ， 反 應(yīng) 體 系 中 始 終 存 在 單 體 。（ 3） 聚 加 成 反 應(yīng) ： 以 聚 氨 酯 的 合 成 為 例 。 聚 氨 酯 是 聚 氨 基 甲 酸 酯 的 簡稱 。 聚 氨 酯 合 成 反 應(yīng) 的 原 料 是 二 異 氰 酸 酯 和 二 元 醇 。 斷基 為 異 氰 酸 酯 的 結(jié) 構(gòu) 預(yù) 聚 物 與 雙 官 能 團 活 性 氫 氧 化 物 反應(yīng) 后 可 彼 此 連 接 起 來 稱 為 鏈 更 長 的 高 分 子 ， 這 樣 的 反 應(yīng)稱 為 擴 鏈 反 應(yīng) 。 2、 鏈 式 聚 合 （ 1） 自 由 基 聚 合 ： 單 體 結(jié) 構(gòu) 與 聚 合 類 型 單 烯 烴 、 共 軛 雙 烯 烴 、 炔 烴 、 羧 基 化 合 物 和一 些 雜 環(huán) 化 合 物 大 多 數(shù) 能 夠 聚 合 。 然 而 ， 各 種單 體 對 不 同 聚 合 機 理 的 選 擇 性 有 較 大 的 差 異 ，這 些 差 異 取 決 于 碳 碳 雙 鍵 上 取 代 基 的 結(jié) 構(gòu) ， 取決 于 取 代 基 的 電 子 效 應(yīng) 和 位 阻 效 應(yīng) 。 自 由 基 聚 合 的 基 元 反 應(yīng) 自 由 基 聚 合 是 鏈 式 聚 合 的 一 種 ， 至 少 由 3個 基 元 反應(yīng) 組 成 ， 他 們 是 鏈 引 發(fā) 反 應(yīng) 、 鏈 增 長 反 應(yīng) 和 鏈 終 止 反 應(yīng) 。此 外 可 能 伴 有 鏈 轉(zhuǎn) 移 等 反 應(yīng) 。q 鏈 引 發(fā) 反 應(yīng) 是 形 成 單 體 自 由 基 的 反 應(yīng) 。 熱 、 光 、 高 能 輻射 及 引 發(fā) 劑 等 均 能 使 單 體 生 成 單 體 自 由 基 。 q 鏈 引 發(fā) 形 成 的 單 體 自 由 基 ， 能 打 開 第 二 個 單 體 分 子 的 鍵 ， 加 成 后 形 成 新 的 自 由 基 。 這 種 自 由 基 的 活 性 并 不 衰減 ， 可 繼 續(xù) 和 其 余 單 體 分 子 加 成 ， 得 到 越 來 越 長 的 鏈 自由 基 ， 這 種 過 程 即 為 鏈 增 長 反 應(yīng) 。 q 增 長 的 長 鏈 自 由 基 彼 此 反 應(yīng) ， 失 去 活 性 生 成 穩(wěn) 定 的 高 分子 化 合 物 的 過 程 ， 即 為 鏈 終 止 反 應(yīng) ， 有 雙 基 偶 合 終 止 和歧 化 終 止 兩 種 形 式 。q 大 多 數(shù) 聚 合 反 應(yīng) 還 包 括 鏈 轉(zhuǎn) 移 反 應(yīng) 。 在 聚 合 過 程 中 ， 鏈自 由 基 從 單 體 、 溶 劑 、 引 發(fā) 劑 ， 甚 至 從 大 分 子 上 轉(zhuǎn) 移 一個 原 子 ， 使 鏈 自 由 基 本 身 終 止 ， 而 轉(zhuǎn) 移 這 個 原 子 的 分 子 成 為 新 的 自 由 基 ， 并 能 繼 續(xù) 增 長 ， 形 成 新 的 活 性 鏈 ， 使聚 合 反 應(yīng) 繼 續(xù) 進 行 。 這 類 反 應(yīng) 統(tǒng) 稱 為 鏈 轉(zhuǎn) 移 反 應(yīng) 。 自 由 基 聚 合 反 應(yīng) 特 征 q 一 是 聚 合 反 應(yīng) 機 理 明 顯 包 括 鏈 引 發(fā) 、 鏈 增 長 、 鏈 終 止 、鏈 轉(zhuǎn) 移 等 基 元 反 應(yīng) ；q 二 是 鏈 增 長 反 應(yīng) 活 化 能 低 ， 增 長 速 率 極 快 （ 以 秒 計 ） ，增 長 過 程 瞬 時 完 成 ， 相 對 分 子 質(zhì) 量 高 ；q 三 是 引 發(fā) 劑 逐 步 分 解 ， 單 體 被 逐 步 引 發(fā) 聚 合 ， 轉(zhuǎn) 化 率逐 步 增 大 ；q 四 是 由 于 鏈 終 止 的 多 樣 性 和 隨 機 性 ， 相 對 分 子 質(zhì) 量 分布 寬 ；q 五 是 少 量 阻 聚 劑 足 以 使 自 由 基 聚 合 反 應(yīng) 終 止 。 （ 2） 離 子 聚 合 ： 陽 離 子 聚 合 烯 類 、 羰 基 化 合 物 、 含 氧 雜 環(huán) 都 可 能 是 陽離 子 聚 合 的 單 體 ， 具 有 推 電 子 基 的 烯 類 單 體 原則 上 可 進 行 陽 離 子 聚 合 。 引 發(fā) 陽 離 子 聚 合 的 引發(fā) 劑 是 親 電 試 劑 ， 如 無 機 酸 、 Lewis酸 等 ， 另外 高 能 輻 射 亦 能 引 發(fā) 陽 離 子 聚 合 。 鏈 增 長 反 應(yīng)是 在 引 發(fā) 反 應(yīng) 中 生 成 的 碳 陽 離 子 活 性 中 心 和 反離 子 形 成 離 子 對 ， 單 體 分 子 不 斷 插 到 碳 陽 離 子和 反 離 子 中 間 而 使 鏈 增 長 。 陰 離 子 聚 合 烯 類 、 羧 基 化 合 物 、 含 氧 三 元 雜 環(huán) 以 及 含 氮 雜 環(huán) 都 可以 稱 為 陰 離 子 聚 合 的 單 體 。 具 有 吸 電 子 基 的 烯 類 單 體 原則 上 都 可 以 進 行 陰 離 子 聚 合 。 陰 離 子 聚 合 引 發(fā) 劑 是 電 子給 體 ， 親 核 試 劑 屬 于 堿 類 。 陰 離 子 聚 合 的 鏈 增 長 過 程 與陽 離 子 聚 合 的 鏈 增 長 過 程 相 似 。 引 發(fā) 過 程 產(chǎn) 生 的 碳 陰 離子 與 反 離 子 結(jié) 合 生 成 鏈 增 長 的 活 性 中 心 ， 單 體 不 斷 與 碳陰 離 子 連 接 成 為 新 的 碳 陰 離 子 ， 使 陰 離 子 活 性 鏈 不 斷 增長 。 離 子 聚 合 無 雙 基 終 止 。 陽 離 子 聚 合 主 要 通 過 向 單 體 轉(zhuǎn)移 終 止 ； 陰 離 子 聚 合 ， 尤 其 是 非 極 性 的 共 軛 烯 烴 ， 鏈 轉(zhuǎn)移 不 易 繁 盛 ， 成 為 無 終 止 聚 合 ， 形 成 “ 活 ” 的 高 分 子 。 微 量 雜 志 ， 如 水 、 氧 、 二 氧 化 碳 ， 都 易 使 碳 陰 離 子 聚 合 終 止 ， 因 此 陰 離 子 聚 合 須 在 高 真 空 或 惰 性 氣 氛 下 、 試劑 和 玻 璃 器 皿 非 常 潔 凈 的 條 件 下 進 行 。 （ 3） 配 位 陰 離 子 聚 合 ：q 定 義 ： 配 位 陰 離 子 聚 合 是 指 用 Ziegler-Natta引 發(fā) 劑 引發(fā) 的 、 能 得 到 立 構(gòu) 規(guī) 整 高 分 子 的 聚 合 反 應(yīng) 。q 單 體 種 類 ： 能 在 配 位 引 發(fā) 劑 作 用 下 進 行 聚 合 且 獲 得 立構(gòu) 規(guī) 整 高 分 子 的 單 體 可 歸 納 為 以 下 幾 類 ： 氮 取 代 的 烯 烴 類 、 二 烯 烴 和 環(huán) 烯 烴 等 。q 引 發(fā) 劑 種 類 ： 配 位 陰 離 子 聚 合 的 引 發(fā) 劑 一 般 由 主 引 發(fā)劑 和 助 引 發(fā) 劑 兩 部 分 組 成 。 主 引 發(fā) 劑 是 由 周 期 表 中 第 到 第 副 族 的 過 渡 金 屬 元 素 構(gòu) 成 的 化 合 物 ， 這 些 金屬 原 子 的 電 子 結(jié) 構(gòu) 中 具 有 d電 子 軌 道 ， 能 接 受 電 子 給 予體 的 配 位 。 助 引 發(fā) 劑 為 第 到 第 主 族 的 有 機 金 屬 化 合 物 。 二 、 高 分 子 的 結(jié) 構(gòu) 與 性 能 1、 高 分 子 的 結(jié) 構(gòu)（ 1） 近 程 結(jié) 構(gòu) 包 括 結(jié) 構(gòu) 單 元 的 化 學(xué) 組 成 、 結(jié) 構(gòu) 單 元 的 鏈 接 方 式 、 結(jié)構(gòu) 單 元 空 間 立 構(gòu) 、 支 化 與 交 聯(lián) 、 結(jié) 構(gòu) 單 元 鏈 接 序 列 。 高分 子 鏈 結(jié) 構(gòu) 單 元 的 化 學(xué) 組 成 直 接 決 定 鏈 的 形 狀 和 性 質(zhì) ，不 同 的 化 學(xué) 組 成 形 成 不 同 的 高 分 子 品 種 ， 從 而 具 有 不 同的 性 質(zhì) 和 用 途 。 高 分 子 鏈 自 身 的 幾 何 形 狀 是 影 響 高 分 子 性 能 的 另 一個 重 要 因 素 。 一 般 高 分 子 是 線 型 的 。 然 而 如 果 在 縮 聚 過程 中 有 官 能 度 為 3的 單 體 或 雜 質(zhì) 存 在 ， 或 在 加 聚 過 程 中 ，有 自 由 基 的 鏈 轉(zhuǎn) 移 反 應(yīng) 發(fā) 生 ， 或 雙 烯 類 單 體 中 第 二 雙 鍵發(fā) 生 活 化 ， 都 可 能 生 成 支 化 的 高 分 子 。 高 分 子 鏈 之 間 通過 支 鏈 連 接 成 三 維 網(wǎng) 狀 體 型 分 子 ， 稱 之 為 交 聯(lián) 結(jié) 構(gòu) 。 交 聯(lián) 高 分 子 與 線 型 和 支 化 高 分 子 有 質(zhì) 的 區(qū) 別 。 它 不 能 溶 于溶 劑 ， 加 熱 也 不 熔 融 。 （ 2） 高 分 子 鏈 的 遠 程 結(jié) 構(gòu) 以 碳 鏈 高 分 子 為 例 ， 其 中 C-C單 鍵 是 鍵 ， 電 子 云 分布 具 有 對 稱 性 ， 因 此 繞 鍵 相 連 的 兩 碳 原 子 可 以 相 對 旋轉(zhuǎn) 而 不 影 響 電 子 云 的 分 布 ， 稱 其 為 內(nèi) 旋 轉(zhuǎn) 。 高 分 子 的 遠程 結(jié) 構(gòu) 影 響 它 的 鏈 柔 性 。 主 鏈 結(jié) 構(gòu) 。 在 碳 鏈 高 分 子 中 ， 極 性 最 小 的 是 高 分 子 碳 氫化 合 物 。 它 們 在 高 分 子 鏈 內(nèi) 相 互 作 用 不 大 ， 內(nèi) 旋 轉(zhuǎn) 位 壘較 小 ， 鏈 具 有 較 大 的 柔 性 。 具 有 共 軛 雙 鍵 結(jié) 構(gòu) 的 聚 乙 炔等 ， 由 于 電 子 云 沒 有 軸 對 稱 性 從 而 這 類 分 子 鏈 不 能 內(nèi)旋 轉(zhuǎn) ， 故 分 子 鏈 呈 現(xiàn) 剛 性 。 取 代 基 。 高 分 子 中 引 入 極 性 取 代 基 增 加 分 子 內(nèi) 的 相 互 作用 ， 取 代 基 極 性 越 大 ， 高 分 子 鏈 越 呈 剛 性 。 取 代 基 的 體 積 影 響 鏈 柔 性 。 非 極 性 取 代 基 對 分 子 鏈 柔 性 的 影 響 主 要是 空 間 位 阻 效 應(yīng) 。 （ 3） 高 分 子 的 凝 聚 態(tài) 結(jié) 構(gòu) 高 分 子 凝 聚 態(tài) 的 形 成 是 高 分 子 鏈 之 間 相 互 作 用 的 結(jié) 構(gòu) 。高 分 子 鏈 間 最 重 要 的 相 互 作 用 是 范 德 華 力 ， 氫 鍵 在 很 多高 分 子 材 料 中 也 常 對 凝 聚 起 重 要 作 用 。 對 于 交 聯(lián) 高 分 子材 料 ， 分 子 鏈 之 間 通 過 化 學(xué) 鍵 連 接 在 以 其 ， 形 成 最 富 有特 征 的 三 維 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu) 。 從 5個 方 面 介 紹 高 分 子 凝 聚 態(tài) 結(jié) 構(gòu) ， 即 非 晶 態(tài) 結(jié) 構(gòu) 、 晶態(tài) 結(jié) 構(gòu) 、 取 向 結(jié) 構(gòu) 、 高 分 子 液 晶 和 高 分 子 合 金 。 非 晶 態(tài) 結(jié) 構(gòu) 。 非 晶 態(tài) 高 分 子 ， 可 以 為 液 體 、 高 彈 體 或 玻璃 體 ， 它 們 共 同 的 結(jié) 構(gòu) 特 性 也 像 低 分 子 非 晶 體 那 樣 只 是近 程 有 序 。 高 分 子 的 結(jié) 晶 結(jié) 構(gòu) 。 高 分 子 的 結(jié) 晶 結(jié) 構(gòu) 比 較 復(fù) 雜 。 高 分子 在 晶 體 中 的 堆 砌 方 式 歸 納 起 來 有 單 晶 、 球 晶 、 串 晶 和 伸 直 鏈 晶 等 。 高 分 子 結(jié) 晶 度 最 常 用 的 辦 法 有 密 度 梯 度 法 、X射 線 衍 射 分 析 法 、 熱 分 析 法 和 紅 外 光 譜 法 。 高 分 子 的 取 向 結(jié) 構(gòu) ： 高 分 子 的 取 向 結(jié) 構(gòu) 是 指 在 某 種 外力 作 用 下 ， 分 子 鏈 或 其 他 結(jié) 構(gòu) 單 元 沿 著 外 力 作 用 方 向 擇優(yōu) 排 列 的 結(jié) 構(gòu) 。 很 多 高 分 子 材 料 都 具 有 取 向 結(jié) 構(gòu) ， 取 向結(jié) 構(gòu) 對 它 們 的 性 能 影 響 極 大 。 高 分 子 取 向 機 理 與 特 點 是 完 全 非 晶 的 高 分 子 拉 伸 時 ，高 分 子 鏈 沿 拉 伸 方 向 擇 優(yōu) 排 列 ， 分 子 鏈 的 取 向 單 元 具 有多 重 性 ， 結(jié) 晶 的 高 分 子 拉 伸 時 ， 除 分 子 鏈 沿 拉 伸 方 向 擇優(yōu) 取 向 外 ， 還 有 結(jié) 晶 部 分 的 取 向 。 結(jié) 晶 部 分 的 取 向 簡 單地 可 以 理 解 為 晶 粒 的 取 向 。 高 分 子 鏈 有 兩 種 活 動 單 元 ， 即 整 鏈 和 鏈 段 。 結(jié) 晶 高 分子 試 驗 的 拉 伸 取 向 不 同 于 非 晶 高 分 子 的 拉 伸 取 向 。 晶 區(qū)和 非 晶 區(qū) 的 形 變 過 程 共 同 導(dǎo) 致 高 分 子 最 終 的 各 向 異 性 結(jié)構(gòu) 狀 態(tài) 。 高 分 子 取 向 程 度 用 取 向 度 表 示 。 取 向 度 的 測 定 方 法有 ： X射 線 衍 射 法 測 定 單 軸 取 向 度 ， 聲 速 各 向 異 性 法 測 定晶 區(qū) 和 非 晶 區(qū) 的 平 均 取 向 度 ， 光 學(xué) 各 向 異 性 法 測 定 高 分 子 試 樣 晶 區(qū) 和 非 晶 區(qū) 總 取 向 ， 紅 外 二 向 色 法 測 量 晶 區(qū) 和非 晶 區(qū) 的 取 向 度 。 高 分 子 液 晶 ： 一 些 物 質(zhì) 的 結(jié) 晶 結(jié) 構(gòu) 受 熱 熔 融 或 被 溶 劑溶 解 后 ， 表 觀 上 雖 然 失 去 了 固 態(tài) 物 質(zhì) 的 剛 性 ， 變 成 了 具有 流 動 性 的 物 質(zhì) ， 但 結(jié) 構(gòu) 上 仍 然 保 持 有 序 排 列 ， 從 而 在物 理 性 質(zhì) 上 呈 現(xiàn) 出 各 向 異 性 ， 形 成 一 種 兼 有 晶 體 和 液 體性 質(zhì) 的 過 渡 狀 態(tài) ， 這 種 中 介 狀 態(tài) 稱 為 液 晶 態(tài) ， 處 在 這 種狀 態(tài) 下 的 物 質(zhì) 稱 為 液 晶 。 已 發(fā) 現(xiàn) 液 晶 高 分 子 有 兩 大 類 ：主 鏈 液 晶 和 側(cè) 鏈 液 晶 ， 分 為 溶 致 型 和 熱 致 型 兩 種 。 高 分 子 合 金 ： 通 過 不 同 高 分 子 的 共 混 ， 可 使 材 料 得 到 單一 高 分 子 所 不 具 有 的 性 能 ， 例 如 提 高 沖 擊 韌 度 ， 也 可 使材 料 具 有 優(yōu) 良 的 綜 合 性 能 ， 這 類 高 分 子 的 共 混 體 系 ， 就是 所 謂 的 高 分 子 合 金 。 高 分 子 合 金 的 制 備 方 法 有 兩 類 ： 一 類 是 化 學(xué) 共 混 ，包 括 節(jié) 枝 共 聚 、 嵌 段 共 聚 及 相 穿 共 聚 ； 另 一 類 是 物 理 共 混 ， 包 括 機 械 共 混 、 熔 融 共 混 等 。 2、 高 分 子 的 分 子 運 動 高 分 子 的 分 子 運 動 模 式 包 括 ： 高 分 子 鏈 的 整 體 運 動 、鏈 段 的 運 動 、 鏈 節(jié) 的 運 動 、 側(cè) 基 的 運 動 和 晶 區(qū) 內(nèi) 的 運 動 。在 外 場 作 用 下 高 分 子 從 一 種 平 衡 狀 態(tài) 通 過 分 子 運 動 過 渡到 另 一 種 平 衡 狀 態(tài) 需 要 的 時 間 稱 為 松 弛 時 間 。 高 分 子 最 重 要 的 分 子 運 動 是 玻 璃 化 轉(zhuǎn) 變 區(qū) 的 分 子 運 動 ，玻 璃 化 轉(zhuǎn) 變 溫 度 正 好 在 室 溫 上 下 幾 十 度 范 圍 內(nèi) 。 高 聚 物 3種 力 學(xué) 狀 態(tài) 中 的 2個 轉(zhuǎn) 變 即 玻 璃 化 轉(zhuǎn) 變 （ 從 玻璃 態(tài) 到 高 彈 態(tài) 的 轉(zhuǎn) 變 ） 和 流 動 轉(zhuǎn) 變 （ 高 彈 態(tài) 到 流 動 態(tài) 的轉(zhuǎn) 變 ） 決 定 于 2個 溫 度 ， 前 者 叫 玻 璃 化 轉(zhuǎn) 變 溫 度 或 玻 璃化 溫 度 T g， 后 者 叫 流 動 溫 度 Tf， 都 具 有 重 要 的 工 藝 價 值 。 3、 高 分 子 的 性 能 （ 1） 力 學(xué) 性 能 高 分 子 力 學(xué) 性 能 的 最 大 特 點 是 高 彈 性 和 黏 彈 性 。 高 分子 極 大 的 相 對 分 子 質(zhì) 量 使 得 高 分 子 鏈 出 現(xiàn) 了 一 般 小 分 子化 合 物 所 不 具 備 的 結(jié) 構(gòu) 特 點 ， 即 由 于 向 分 子 鏈 的 構(gòu) 象 改變 所 呈 現(xiàn) 的 柔 性 。 高 分 子 鏈 柔 性 在 性 能 上 的 表 現(xiàn) ， 就 是高 分 子 的 高 彈 性 。 彈 性 和 黏 性 在 高 分 子 材 料 中 同 時 呈 現(xiàn) ， 高 分 子 的 黏 彈性 表 現(xiàn) 在 它 有 突 出 的 力 學(xué) 松 弛 時 間 。 另 外 ， 高 分 子 的 力學(xué) 行 為 有 很 大 的 溫 度 依 賴 性 ， 正 是 高 分 子 的 這 種 力 學(xué) 松弛 本 質(zhì) 及 其 隨 溫 度 的 變 化 造 成 了 高 分 子 獨 特 的 力 學(xué) 行 為 。 根 據(jù) 高 分 子 應(yīng) 力 應(yīng) 變 曲 線 的 特 點 大 致 可 以 把 高 分子 分 為 5種 類 型 ： 硬 而 脆 ； 硬 而 韌 ； 硬 而 強 ； 軟 而 韌 軟 而 弱 。 （ 2） 高 分 子 的 電 性 能 絕 大 多 數(shù) 高 分 子 材 料 的 電 導(dǎo) 率 在 10 10S/cm以 下 ， 屬于 絕 緣 體 。 但 是 有 一 些 高 分 子 的 電 導(dǎo) 率 在 半 導(dǎo) 體 范 圍 ，如 反 式 聚 乙 炔 ， 有 的 甚 至 具 有 導(dǎo) 體 的 電 導(dǎo) 率 ， 如 聚 硫氰 。 從 導(dǎo) 電 機 理 來 看 ， 在 高 分 子 中 ， 存 在 電 子 電 導(dǎo) ， 也存 在 離 子 電 導(dǎo) ， 即 導(dǎo) 電 載 流 子 可 以 是 電 子 、 空 穴 和 正負 離 子 。 一 般 情 況 下 ， 大 多 數(shù) 高 分 子 都 存 在 離 子 電 導(dǎo) ，首 先 是 那 些 帶 有 強 極 性 原 子 或 基 團 的 高 分 子 ， 產(chǎn) 生 導(dǎo)電 電 離 。 此 外 ， 在 合 成 、 加 工 和 使 用 過 程 中 ， 進 入 高分 子 材 料 的 催 化 劑 、 各 種 添 加 劑 、 填 料 以 及 水 分 和 其他 雜 質(zhì) 的 解 離 ， 都 可 以 提 供 導(dǎo) 電 離 子 。 （ 3） 高 分 子 的 熱 性 能 高 分 子 雖 然 具 有 很 多 優(yōu) 異 的 性 能 ， 但 也 有 一 些 不 足 之處 ， 如 強 度 不 高 ， 不 耐 高 溫 ， 易 于 老 化 等 。 但 是 隨 著 科技 的 發(fā) 展 ， 人 們 從 實 踐 中 總 結(jié) 出 了 耐 熱 性 與 分 子 結(jié) 構(gòu) 之間 的 定 性 關(guān) 系 ， 探 索 了 提 高 高 分 子 耐 熱 性 的 可 能 途 徑 ，并 已 合 成 了 一 系 列 比 較 耐 高 溫 的 高 分 子 材 料 。 高 分 子 在 受 熱 過 程 中 將 產(chǎn) 生 兩 類 變 化 。 物 理 變 化 ：軟 化 、 熔 融 。 化 學(xué) 變 化 ： 環(huán) 化 、 交 聯(lián) 、 降 解 、 分 解 、氧 化 、 水 解 等 ， 它 們 是 高 分 子 受 熱 后 性 能 變 壞 的 主 要 原因 。 目 前 ， 提 高 高 分 子 的 耐 熱 性 和 熱 穩(wěn) 定 性 ， 主 要 從 2個方 面 著 手 ： 從 高 分 子 結(jié) 構(gòu) 對 其 分 子 運 動 影 響 的 觀 點 出 發(fā) ， 探 討提 高 玻 璃 化 溫 度 或 熔 融 溫 度 的 有 效 途 徑 以 達 到 提 高 高 分子 耐 熱 性 的 目 的 。 改 變 高 分 子 的 結(jié) 構(gòu) 以 提 高 其 耐 熱 分 解 的 能 力 。 一 、 聚 烯 烴 聚 烯 烴 包 括 聚 乙 烯 、 聚 丙 烯 、 聚 丁 烯 等 ，結(jié) 構(gòu) 式 相 應(yīng) 為 ： （ P120)第 三 節(jié) 典 型 的 高 分 子 品 種 1、 聚 乙 烯q分 類 ： 聚 乙 烯 （ PE） 按 合 成 方 法 分 為 低 壓 、 中壓 和 高 壓 3種 。q低 壓 聚 乙 烯 ： 低 壓 聚 乙 烯 的 分 子 鏈 支 鏈 較 少 ，相 對 分 子 質(zhì) 量 、 結(jié) 晶 度 和 密 度 較 高 ， 所 以 比 較剛 硬 、 耐 磨 、 耐 蝕 ， 絕 緣 性 較 好 。 常 用 來 制 造塑 料 管 、 塑 料 板 、 塑 料 繩 以 及 承 載 不 高 的 零 件 。q高 壓 聚 乙 烯 ： 高 壓 聚 乙 烯 較 柔 軟 ， 主 要 用 于 日用 工 業(yè) ， 制 作 塑 料 薄 膜 、 軟 管 和 塑 料 瓶 。 2、 聚 氯 乙 烯q 特 性 ： 分 子 鏈 中 含 有 極 性 氯 原 子 ， 增 大 分 子 間 力 ， 阻礙 單 鍵 內(nèi) 旋 ， 所 以 剛 度 和 強 度 比 聚 乙 烯 的 高 。 q 分 類 ： 聚 氯 乙 烯 產(chǎn) 品 的 性 能 與 配 料 中 的 添 加 劑 關(guān) 系 密切 ， 常 見 制 品 有 硬 、 軟 兩 種 。 加 入 增 塑 劑 的 為 軟 聚 氯乙 烯 ， 未 加 的 為 硬 聚 氯 乙 烯 。 后 者 密 度 很 低 ， 抗 拉 強度 很 好 ， 有 良 好 的 耐 水 性 、 耐 油 性 和 耐 化 學(xué) 藥 品 浸 蝕的 性 能 ， 許 多 性 能 優(yōu) 于 聚 乙 烯 。 q 應(yīng) 用 ： 硬 聚 氯 乙 烯 常 被 用 來 制 作 化 工 、 防 止 等 工 業(yè) 的廢 氣 排 污 排 毒 塔 。 另 外 ， 應(yīng) 聚 氯 乙 烯 塑 料 板 用 于 工 業(yè)包 裝 、 農(nóng) 業(yè) 育 秧 和 日 用 雨 衣 等 。 3、 聚 苯 乙 烯 （ PS）q 特 性 ： PS是 典 型 的 線 型 無 定 形 高 分 子 ， 由 于 含 有 苯 環(huán) ，位 阻 高 大 ， 結(jié) 晶 度 降 低 ， 具 有 較 大 的 剛 度 。 PS密 度 低 ，常 溫 下 較 透 明 ， 幾 乎 不 吸 水 ； 具 有 優(yōu) 良 的 耐 蝕 性 ； 電阻 高 ， 是 很 好 的 隔 熱 、 防 震 、 防 潮 和 高 頻 絕 緣 材 料 。缺 點 是 耐 沖 擊 性 差 ， 不 耐 沸 水 ， 耐 油 性 有 限 。 q 應(yīng) 用 ： 可 用 以 制 造 紡 織 工 業(yè) 中 的 紗 管 、 紗 綻 、 線 軸 ；電 子 工 業(yè) 中 的 儀 表 零 件 、 設(shè) 備 外 殼 ； 化 工 中 的 儲 槽 、管 道 、 彎 頭 ； 車 輛 上 的 燈 罩 、 透 明 窗 ， 以 及 小 農(nóng) 具 和日 用 小 商 品 。 二 、 ABS塑 料q特 性 ： 它 是 丙 烯 腈 、 丁 二 烯 、 苯 乙 烯 的 三 元 共 聚 物 ，兼 有 其 組 成 物 “ 硬 、 韌 、 剛 ” 的 混 合 特 性 ， 綜 合 性 能良 好 。 而 且 尺 寸 穩(wěn) 定 ， 容 易 電 鍍 和 易 于 成 形 ， 耐 熱 和耐 蝕 性 較 好 ， 在 40 的 低 溫 下 仍 有 一 定 的 強 度 。 此外 ， 它 的 性 能 可 以 根 據(jù) 要 求 通 過 改 變 單 體 的 質(zhì) 量 分 數(shù)來 進 行 調(diào) 整 。 如 增 加 丙 烯 腈 ， 可 提 高 塑 料 的 耐 熱 、 耐蝕 性 和 表 面 硬 度 ； 增 加 丁 二 烯 可 提 高 彈 性 和 韌 性 ； 增加 苯 乙 烯 則 可 改 善 電 性 能 和 成 形 能 力 。q應(yīng) 用 ： ABS在 機 械 工 業(yè) 中 可 制 造 齒 輪 、 軸 承 、 把 手 、儀 表 殼 等 。 進 來 在 汽 車 零 件 上 的 應(yīng) 用 發(fā) 展 很 快 ， 如 制作 擋 泥 板 、 扶 手 、 熱 空 氣 調(diào) 節(jié) 導(dǎo) 管 以 及 小 轎 車 車 身 等 。 ABS是 一 種 原 料 易 得 、 綜 合 性 能 良 好 、 價 格 便 宜 的工 程 塑 料 。 三 、 聚 酰 胺 （ PA）1、 脂 肪 簇 聚 酰 胺 q 特 性 ： 通 稱 尼 龍 ， 有 兩 種 結(jié) 構(gòu) 。 它 由 二 元 胺 與 二 元 酸縮 合 而 成 ， 或 由 氨 基 酸 脫 水 成 內(nèi) 酰 胺 再 聚 合 而 得 。 尼龍 具 有 突 出 的 耐 磨 性 和 自 潤 滑 性 能 ； 良 好 的 力 學(xué) 性 能 ，即 韌 性 很 好 ， 強 度 較 高 ； 耐 蝕 性 很 好 ， 耐 水 、 油 及 一般 溶 劑 和 許 多 化 學(xué) 藥 劑 ， 抗 霉 、 抗 菌 ， 無 毒 ； 成 形 性能 也 好 。 但 耐 熱 性 不 高 ， 蠕 變 值 較 大 ； 導(dǎo) 熱 性 較 差 ，約 為 金 屬 的 1/100； 吸 水 性 和 成 形 收 縮 率 大 。 q 應(yīng) 用 ： 根 據(jù) 以 上 特 點 ， 尼 龍 在 機 械 工 業(yè) 上 可 用 于 制 造要 求 耐 磨 、 耐 蝕 的 某 些 承 載 和 傳 動 零 件 ， 例 如 軸 承 、齒 輪 、 螺 釘 以 及 其 他 小 型 零 件 。 2、 芳 香 簇 聚 酰 胺 聚 酰 胺 主 鏈 中 引 入 芳 環(huán) 結(jié) 構(gòu) ， 可 增 加 熱 穩(wěn)定 性 ， 此 類 高 分 子 稱 為 芳 香 簇 聚 酰 胺 ， 是 另 一類 液 晶 高 分 子 。 美 國 Du Pont生 產(chǎn) 的 聚 間 苯 二 甲酸 間 苯 二 胺 和 聚 對 苯 二 甲 酸 對 苯 二 胺 是 兩 種 典型 的 離 子 。 它 們 均 可 以 液 晶 型 溶 液 進 行 獲 得 高模 量 、 耐 熱 和 阻 燃 的 纖 維 。 這 種 纖 維 的 抗 拉 強度 高 于 鋼 材 的 強 度 ， 但 密 度 僅 為 鋼 材 的 1/8。 用于 輪 胎 簾 子 線 和 特 種 服 裝 。 四 、 聚 甲 醛 （ POM）q 分 類 ： 按 聚 合 方 式 分 為 均 聚 甲 醛 和 共 聚 甲 醛 2類 。q 特 性 ： 這 兩 類 塑 料 一 般 都 具 有 優(yōu) 異 的 綜 合 性 能 。 摩 擦系 數(shù) 低 而 穩(wěn) 定 ， 彈 性 模 量 和 硬 度 較 高 ， 抗 蠕 變 性 能 好 ，韌 性 也 較 好 ， 耐 疲 勞 性 能 為 熱 塑 性 工 程 塑 料 中 最 高 的 。耐 有 機 溶 劑 的 性 能 優(yōu) 良 ， 電 性 能 好 ， 但 耐 熱 性 較 差 ，收 縮 率 較 大 。 q 應(yīng) 用 ： 聚 甲 醛 廣 泛 用 于 機 械 、 儀 表 和 化 工 部 門 ， 制 作主 要 受 摩 擦 的 各 種 零 件 ， 例 如 軸 承 、 齒 輪 、 凸 輪 等 ，加 入 少 量 聚 四 氟 乙 烯 粉 末 或 玻 璃 纖 維 等 填 料 ， 可 大 大改 善 耐 磨 性 能 。 此 外 ， 塑 料 手 表 中 相 當(dāng) 數(shù) 量 的 零 件 可 用 聚 甲 醛 制 造 。 五 、 氟 塑 料 （ POM）q 定 義 及 種 類 ： 是 含 氟 塑 料 的 總 稱 。 機 械 工 業(yè) 中 應(yīng) 用 最多 的 是 聚 四 氟 乙 烯 、 聚 三 氟 乙 烯 、 聚 偏 氟 乙 烯 、 聚 氟乙 烯 ， 以 及 聚 全 氟 乙 丙 烯 等 。 q 特 性 ： 與 其 它 塑 料 相 比 ， 氟 塑 料 的 優(yōu) 越 性 是 ， 耐 高 、低 溫 ， 耐 腐 蝕 ， 耐 老 化 和 電 絕 緣 性 能 很 好 ， 且 吸 水 性和 摩 擦 系 數(shù) 低 ， 尤 以 F-4最 為 突 出 。 聚 四 氟 乙 烯 俗 稱 塑料 王 ， 具 有 非 常 優(yōu) 良 的 耐 高 、 低 溫 性 能 ， 幾 乎 耐 所 有的 化 學(xué) 藥 品 ， 摩 擦 系 數(shù) 極 低 。 不 黏 ， 不 吸 水 ， 電 性 能優(yōu) 異 ， 是 目 前 介 電 性 能 和 介 電 損 耗 最 小 的 固 體 絕 緣 此類 。 缺 點 是 強 度 低 、 冷 流 性 強 。 q 應(yīng) 用 ： 主 要 用 于 減 磨 密 封 零 件 、 化 工 耐 蝕 零 件 與 熱 交換 器 ， 以 及 高 頻 或 潮 濕 條 件 下 的 絕 緣 材 料 。 六 、 聚 砜 （ PSF）q 分 類 ： 聚 砜 指 主 鏈 上 含 有 砜 基 的 高 分 子 ， 根 據(jù) 原 料 的不 同 ， 可 分 為 雙 酚 A型 聚 礬 和 非 雙 酚 A型 聚 芳 礬 2種 。 q 特 性 ： 聚 砜 一 般 具 有 優(yōu) 良 的 耐 熱 性 、 耐 寒 性 、 耐 候 性 、抗 蠕 變 性 和 尺 寸 穩(wěn) 定 性 。 它 的 強 度 高 ， 尤 其 沖 擊 韌 性好 。 耐 酸 、 堿 和 有 機 溶 劑 ， 在 水 、 潮 濕 空 氣 中 和 高 溫下 仍 能 保 持 高 的 介 電 性 能 ， 能 自 熄 ， 耐 輻 射 ， 耐 老 化 ，但 不 耐 極 性 溶 劑 。 q 應(yīng) 用 ： 聚 砜 可 用 于 高 強 度 、 耐 熱 、 抗 蠕 變 的 構(gòu) 件 和 電絕 緣 件 。 經(jīng) 填 充 改 性 后 ， 可 用 作 高 溫 軸 承 材 料 、 自 潤 滑 材 料 、 高 溫 絕 緣 材 料 和 超 低 溫 結(jié) 構(gòu) 材 料 。 七 、 聚 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 （ PMMA）q 定 義 ： 俗 稱 有 機 玻 璃 ， 是 典 型 的 線 型 無 定 型 結(jié) 構(gòu) ， 分子 鏈 上 帶 有 極 性 基 團 。 q 特 性 ： 有 機 玻 璃 的 透 明 度 比 無 機 玻 璃 的 還 高 ， 密 度 僅為 它 的 一 半 。 力 學(xué) 性 能 比 普 通 玻 璃 的 高 得 多 ， 拉 伸 強度 為 50 80MN/m2， 沖 擊 韌 度 為 1.6 27kJ/m2。 抗 稀酸 、 稀 堿 、 潤 滑 油 和 碳 氫 燃 料 ， 在 自 然 條 件 下 老 化 發(fā)展 緩 慢 。 缺 點 是 表 面 硬 度 不 高 ， 易 擦 傷 。 由 于 導(dǎo) 熱 性差 和 線 膨 脹 系 數(shù) 大 ， 易 在 表 面 或 內(nèi) 部 產(chǎn) 生 微 裂 紋 ， 因而 較 脆 。 此 外 ， 易 溶 于 有 機 溶 液 。 q 應(yīng) 用 ： 有 機 玻 璃 廣 泛 用 于 航 空 、 汽 車 、 儀 表 、