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高分子聚合物材料

工程高分子聚合物材料的种类和特点,实际应用范围是什么?

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2011-06-20

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    简介   指由许多相同的、简单的结构单元通过共价键重复连接而成的高分子量(通常可达10~106)化合物。例如聚氯乙烯分子是由许多氯乙烯分子结构单元—CH2CHCl—重复连接而成,因此—CH2CHCl—又称为结构单元或链节。
  由能够形成结构单元的小分子所组成的化合物称为单体,是合成聚合物的原料。   n代表重复单元数,又称聚合度,聚合度是衡量高分子聚合物的重要指标。聚合度很低的(1~100)的聚合物称为低聚物,只有当分子量高达10~106(如塑料、橡胶、纤维等)才称为高分子聚合物。
  由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物,如上述的聚氯乙烯、聚乙烯等。由两种以上单体共聚而成的聚合物则称为共聚物,如氯乙烯—醋酸乙烯共聚物等。   编辑本段发展简史   人类利用天然聚合物的历史久远,直到19世纪中叶才跨入对天然聚合物的化学改性工作,1839年C.Goodyear发现了橡胶的硫化反应,从而使天然橡胶变为实用的工程材料的研究取得关键性的进展。
  1870年J.W.Hyatt用樟脑增塑硝化纤维素,使硝化纤维塑料实现了工业化。  1907年L.Baekeland报道了合成第一个热固性酚醛树脂,并在20世纪20年代实现了工业化,这是第一个合成塑料产品。
  1920年H.Standinger提出了聚合物是由结构单元通过普通的共价键彼此连接而成的长链分子,这一结论为现代聚合物科学的建立奠定了基础。  随后,Carothers把合成聚合物分为两大类,即通过缩聚反应得到的缩聚物和通过加聚反应得到的加聚物。
  20世纪50年代K.Ziegler和G.Natta发现了配位聚合催化剂,开创了合成立体规整结构聚合物的时代。在大分子概念建立以后的几十年中,合成高聚物取得了飞速的发展,许多重要的聚合物相继实现了工业化。
     编辑本段聚合物的分类   可以从不同的角度对聚合物进行分类,如从单体来源、合成方法、最终用途、加热行为、聚合物结构等。   (1)按分子主链的元素结构,可将聚合物分为碳链、杂链和元素有机三类。
     碳链聚合物 大分子主链完全由碳原子组成。绝大部分烯类和二烯类聚合物属于这一类,如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。     杂链聚合物 大分子主链中除碳原子外,还有氧、氮、硫等杂原子。
  如聚醚、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚硫橡胶等。工程塑料、合成纤维、耐热聚合物大多是杂链聚合物。   元素有机聚合物 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,但侧基却由有机基团组成,如甲基、乙基、乙烯基等。
    有机硅橡胶就是典型的例子。   元素有机又称杂链的半有机高分子,如果主链和侧基均无碳原子,则成为无机高分子。   (2)按材料的性质和用途分类,可将高聚物分为塑料、橡胶和纤维。
     橡胶 通常是一类线型柔顺高分子聚合物,分子间次价力小,具有典型的高弹性,在很小的作用力下,能产生很大的形变(500%~1000%),外力除去后,能恢复原状。  因此,橡胶类用的聚合物要求完全无定型,玻璃化温度低,便于大分子的运动。
  经少量交联,可消除永久的残余形变。以天然橡胶为例,Tg低(—73℃),少量交联后,起始弹性模量小(3 5000N/cm2)和抗张强度(>35 000N/cm2)都很高。纤维用聚合物带有某些极性基团,以增加次价力,并且要有高的结晶能力。
    拉伸可提高结晶度。纤维的熔点应在200℃以上,以利于热水洗涤和熨烫,但不宜高于300℃,以便熔融纺丝。该聚合物应能溶于适当的溶剂中,以便溶液纺丝,但不应溶于干洗溶剂中。
  工业中常用的合成纤维有聚酰胺(如尼龙—66、尼龙—6等)、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯腈等。   塑料 是以合成或天然聚合物为主要成分,辅以填充剂、增塑剂和其他助剂在一定温度和压力下加工成型的材料或制品。
    其中的聚合物常称做树脂,可为晶态和非晶态。塑料的行为介于纤维和橡胶之间,有很广的范围,软塑料接近橡胶,硬塑料接近纤维。软塑料的结晶度由中到高,Tm、Tg有很宽的范围,弹性模量(15 000~350000N/cm2)、抗张强度(1 500~7 000N/cm2)、伸长率(20%~800%)都从中到高。
    聚乙烯、聚丙烯和结晶度中等的尼龙—66均属于软塑料。硬塑料的特点是刚性大、难变形。弹性模量(70 000~350 000N/cm2)和抗张强度(3 000~8 500N/cm2)都很高,而断裂伸长率很低(0.5%~3%)。
  这类塑料用的聚合物都具有刚性链,属无定型。  塑料按其受热行为也可分为热塑性塑料和热固性塑料。依塑料的状态又可细分为模塑塑料、层压塑料、泡沫塑料、人造革、塑料薄膜等。

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