高聚物材料,高聚物材料又称高分子材料，是以高分子化合物为主要成分，与各种添加剂配合，经加工而成的有机合成材料高分子化合物因其相对分子质量大而得名，材料的许多优良性能也是因其相对分子质量大而具有的高分子化合物分为天然和人工合成两大类天然高分子物质有蚕丝、羊毛、纤维素、淀粉、蛋白质、天然橡胶等工程上的高聚物多指由人工合成的各种高分子有机材料高聚物材料有一定的强度，且具有质量轻、耐腐蚀、电绝缘、易加工等优良性能，广泛用做结构材料，电绝缘材料，耐腐蚀材料，减磨、耐磨、自润滑材料，密封材料，胶粘材料及各种功能材料，是目前发展最快的一类材料高聚物材料种类很多，性能各异工程上通常根据力学性能和使用状态将其分为塑料、橡胶、合成纤维、粘合剂和涂料高聚物的基本概念高聚物的分类高聚物的命名高聚物的合成,第一节 概 述,一、高聚物的基本概念,1高聚物和低聚物 高聚物相对分子质量很大，工程上认为，高聚物作为材料，必须具有较高的强度、塑性和弹性等力学性能因此，只有相对分子质量达到了使力学性能具有工程意义的聚合物，才可认为是高聚物反之则称为低聚通常高聚物相对分子质量在104-106范围内，而相对分子质量小于104为低聚物。
2.单体,高聚物相对分子质量虽然很高，但化学组成并不复杂它的分子是由一种或几种简单的低分子连接组成的这类组成高分子化合物的低分子化合物称为单体例如聚丙烯是由低分子丙烯单体组成的同理，聚苯乙烯的单体是苯乙烯，所以单体是高聚物的原料丙烯,苯乙烯,3.链节和聚合度,高聚物相对分子质量很大，但结构很有规律，例如，聚丙烯大分子可表示为:,重复单元,称为链节有的高聚物由两种或两种以上的单体共聚而成，如丁苯橡胶就是由丁二烯和苯乙烯共聚而成的，其结构式为：,链节为,链节的结构和成分代表高聚物的结构和成分高聚物的每个大分子由大量链节组成，链节的重复次数叫做聚合度，以n表示聚合度是衡量高聚物分子大小的指标一个大分子链的相对分子质量肘，是它的链节相对分子质量m和聚合度n的乘积，即M=nm聚合度反映了大分子链的长短和相对分子质量例如，常用聚氯乙烯相对分子质量为5-15万，其重复单元相对分子质量为62.5，可以算出其聚合度约为800-2400链节：聚合物中重复出现的结构单元，如聚乙烯的结构单元是CH2CH2分子链：由许多链节构成的一个很长的聚合物分子单体：能合成聚合物的小分子物质，如聚乙烯的单体是CH2=CH2。
聚合度：聚合物分子结构中的n值表示聚合物中链节的重复次数，n值越大，相对分子质量越大4多分散性和平均相对分子质量,高聚物由大量大分子链组成，各个大分子链的链节数不同，分子的长短不一，即相对分子质量不等可以说高聚物是相对分子质量不等的同系物的混合物，这种相对分子质量的不均一性，称为相对分子质量的多散性这是高聚物与低分子化合物不同的一大特点二、高聚物材料分类,1按高聚物的性能用途分类 根据高聚物所成材料的性能和用途，常将高聚物分成塑料、橡胶、纤维三大类加上涂料、粘合剂则可分为五大类目前功能高聚物发展很快，已成为新的一类塑 料,以树脂为主要成分，加入(或不加入)添加剂，在加工过程中能流动成型的材料塑料按其热行为可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类热塑性塑料是在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料一般具有线型或低支链结构，如聚乙烯、聚丙烯等热固性塑料加热成型后，转变成不熔不溶的网状结构，不能进行二次加工，如环氧塑料、酚醛塑料等按应用情况又有通用塑料、工程塑料、耐高温塑料和特种塑料等橡 胶,橡胶是具有可逆形变的高弹性聚合物材料，如天然橡胶、丁苯橡胶与塑料的区别是室温下弹性模量数值相差几个数量级。
常温下弹性模量在0.2-4109Pa为塑料，在0.2-8105Pa为橡胶纤 维,柔韧而纤细的丝状物，由一类能被高度拉伸的高聚物制成，如锦纶(尼龙-6)、涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等2根据高链结构分类 根据高链结构，可将聚合物分成碳链、杂链和元素有机三类碳链聚合物的大分子主链完全由碳原子组成绝大部分烯类、二烯类高聚物属于这一类；杂链高聚物大分子主链中除碳原子外，还有氧、氮、硫等杂原子，如聚醚、聚酰胺等；有机高聚物大分子主链中没有碳原子，主要由硅、硼、铝和氧、氮、硫、磷等原子组成侧基由有机基团组成，如硅橡胶等三、高聚物的命名,1按高聚物的原料单体命名 对于一种单体经加聚制成的高聚物，常在单体名前冠以“聚”字，就成为高聚物的名称，如丙烯的高聚物称做聚丙烯，乙烯的高聚物称做聚乙烯由两种单体缩聚而成的产物，常摘取两种单体的简名，后缀“树脂”二字命名如苯酚和甲醛、尿素和甲醛的缩聚物，分别称做酚醛树脂、脲醛树脂因其类似于天然树脂而得名2.按高聚物结构特征命名 不同品种的高聚物大分子链，具有不同的特征基团聚酯类含有酯基：,聚酰胺类含有酰胺基：,聚氨酯类则含：,四、高聚物的合成,由低分子单体合成高聚物的反应称做聚合反应。
常用的聚合反应有加成聚合反应和 缩合聚合反应，简称加聚和缩聚1.加成聚合反应,加成聚合反应是指一种或多种含有不饱和键的单体，在化学引发剂或热、光、辐射能 的作用下，打开不饱和键相互加成而连接成大分子的反应乙烯类单体的聚合属于加成聚合反应，例如，乙烯加聚成聚乙烯：在工业上利用加聚反应制备的高聚物材料约占整个高聚物材料的80加聚反应大部分属于连锁聚合反应机理整个反应过程分为链引发、链增长和链终止几步基元反应若加聚反应的单体是一种时，反应称均聚反应，产品为均聚物；当有两种或两种以上的单体参加反应时，则为共聚反应，所得产品为共聚物均聚物种类有限，但某单体与第 二单体共聚后，可以改变大分子的结构和性能，增加品种，扩大应用范围例如，乙烯与丙烯共聚成乙丙橡胶2.缩合聚合反应,缩合聚合反应是通过单体中官能团(具有特定性质的原子团，如羟基(-OH)、羧基(-COOH)、胺基(-NH2)等)之间的缩合反应，多次重复而形成大分子的过程在形成聚 合物的同时，有小分子副产物(如水)析出按照反应的单体类型，缩聚反应可分为均缩聚和共缩聚均缩聚是含有两种不同官能团的同一种单体所进行的缩聚反应例如，由己内酰胺进行缩聚反应生成尼龙-6(聚酰胺6)。
共缩聚是含有不同反应官能团的两种或两种以上的单体所进行的缩聚反应，如尼龙-66是由己二胺和己二酸进行的缩聚反应：,缩聚反应是制取高聚物的重要方法，在近代技术中，一些特殊的耐高温高聚物，如聚酰亚胺、聚砜等都是由缩聚反应来合成的高聚物结构可分为大分子链结构和聚集态结构链结构是指单个分子的结构和形态，又分为近程结构和远程结构近程结构是指单个大分子结构单元的化学组成、链接方式和立体构型等；远程结构是指分子的大小与形态，链的柔顺性及分子的构象聚集态结构是指高聚物材料整体的内部结构，即分子间的结构形式，包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构等,第二节 高聚物结构,高分子结构(microstructure),链结构（chain）单个分子的结构和形态(morphology),近程结构（一级结构）：是构成聚合物最基本的微观结构，包括高分子基本的结构单元的化学结构和立体化学结构.其中前者包括高分子链的原子种类、排列、取代基和端基的种类、单体单元的链接方式、支链的类型和长度等构型：是指原子的取代基在空间的排列：包括几何异构和立体异构远程结构（二级结构）：指单个大分子的大小和在空间的存在的各种形状（形态、构象）例如：伸直链、无规线团、折叠链。
凝聚态结构：是指大分子之间的几何排列（如何堆砌的）包括晶态结构，非晶态，取向态，液晶态，织态等结构是在加工过程中形成的，是由微观结构向宏观结构过渡的状态大分子链结构 1.大分子链的化学组成 2.结构单元的键接方式和构型 3.高分子链的支化与交联 4.高分子链的柔顺性,高聚物的聚集态结构 1.非晶态高聚物的结构 2.晶态高聚物的结构 3.高聚物的取向态结构 4.高聚物的液晶结构,一、大分子链结构,1. 大分子链的化学组成 高聚物分子链的结构首先取决于其结构单元的化学组成高分子链的化学组成不同，高聚物的化学和物理性能也不同例如，分子主链全部由碳原子且以共价键相连接的碳链大分子，它们大多由加聚反应制得，常见的有：,聚乙烯,聚氯乙烯,聚苯乙烯,这类高聚物不易水解、可塑性（可加工性）但耐热性差例如，分子主链由两种或两种以上的原子如氧、氮、硫、碳等以共价键相连接的杂链高聚物，有：,聚碳酸酯,聚氨酯,聚砜,这类聚合物是由缩聚反应而制得，因主链带有极性，易水解、醇解，耐热性比较好，强度高可用作工程塑料主链中含有硅、磷、铝等元素的高聚物称为元素有机高聚物，这类高聚物兼具无机物的热稳定性及有机物的弹性和塑性。
如聚二甲基硅氧烷： 是性能优异的高聚物具有无机物的热稳定性，有机物的弹性和塑性硅橡胶 -123 使用，耐低温性好,2.结构单元的健接方式和构型,(1)键接方式结构单元在链中的连接方式取决于单体和合成反应的性质在缩聚和开环聚合中，结构单元的键接方式一般都是明确的，结构比较单一在加聚反应过程中，单体的键接方式可以有所不同 如乙烯类单体的加成主要有：,头-尾连接：,头-头(尾-尾)连接：,两种以上单体的共聚，连接方式更是多种多样，可以是无规共聚、交替共聚、嵌段共聚 及接枝共聚不同的连接方式，其性能亦差别很大交替共聚物(alternating copolymer) ABABABABABABABA,无规共聚物(random copolymer) AABABBAA,嵌段共聚物(block copolymer) AAAAAABBBBBAAAAAA,接枝共聚物(graft copolymer) AAAAAAAAAAAAA,BBBB,(2)空间构型 构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列全同立构：,高分子全部由一种旋光异构单元键接而成取代基全在平面的一侧,全同立构的聚苯乙烯结构比较规整，能结晶，熔点为240。
不易溶解,全同立构聚丙烯（i-PP）， ，坚韧可纺丝，也可作高结晶性工程塑料,实例,间同立构：,由两种族光异构单元交替键接取代基间接分布在平面两侧,间同立构s-PP正在工业化间同立构PS（s-PS）为工程塑料,实例,无规立构：,两种旋光异构单元完全无规键接取代基无规则分布在平面两侧,无规立构的聚苯乙烯结构不规整不能结晶，软化温度为80 溶于苯,实例,3. 高分子的支化与交联,高分子链的几种模型,线形高分子(linear polymer)： 分子长链可以蜷曲成团线形的分子间没有化学建键结合，在受热或者受力的情况下分子间可以相互移动，因此线型高聚物可以在适当的溶剂中溶解，加热时可以熔融，易于加工成型支化高分子（branching polymer）： 与线形高分子的化学性质相似，但物理机械性能不同，线形分子易于结晶，故密度，熔点，结晶度和硬度方面都高于前者 支化破坏了分子的规整性，故结晶度大大降低PE链几何形状对其性能的影响,用途：,1. LDPE ：薄膜材料、软制品,2. HDPE ：硬制品、管材,3.交联聚乙烯：海底电缆、电工器材,4. 高分子链的柔顺性,高分子链中的单键可内旋转，每个键的空间位置受其键角的限制，但是离第一个键越远，其空间位置的任意性越大，两者空间位置的相互关系越小，可以想象从第i+1个键起，其空间位置的取向与第一个键完全无关，因此高分子链可看作是由多个包含i个键的段落自由连接组成，这种段落成为链段。
高分子链的运动是以链段为单元的，是蠕动 高分子链在分子内旋转作用下可采取各种可能的形态，如取不同的构象，如伸直链、无规线团、折叠链、螺旋链等高分子链的构象,高分子链能够通过内旋转作用改变其构象的性能称为高分子链的柔顺性 高分子链能形成的构象数越多，柔顺性越大由于分子内旋转是导致分子链柔顺性的根本原因，而高分子链的内旋转又主要受其分子结构的制约，因而分子链的柔顺性与其分子结。