《材料科学基础》第一章 原子结构与结合健

2026/1/27 7:02:00

的结合极为牢固,故共价晶体具有结构稳定、熔点高、质硬脆等特点。共价形成的材料一般是绝缘体,其导电性能差。 1.2.4 范德华力

属物理键,系一种次价键,没有方向性和饱和性。比化学键的键能少1~2个数量级。不同的高分子聚合物有不同的性能,分子间的范德华力不同是一个重要因素。 1.2.5 氢键

是一种特殊的分子间作用力。它是由氢原子同时与两个电负性很大而原子半径较小的原子(O,F,N等)相结合而产生的具有比一般次价键大的键力,具有饱和性和方向性。氢键在高分子材料中特别重要。

1.3 高分子链

高分子结构包括高分子链结构和聚集态结构两方面。链结构又分近程结构和

远程结构。近程结构属于化学结构,又称一级结构。远程结构又称二级结构,是指单个高分子的大小和形态、链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象,下图是单个高分子的几种构象图。

1.3.1 高分子链的近程结构

1.3.1.1链结构单元的化学组成

单体通过聚合反应连接而成的链状分子,称为高分子链,下图是聚乙烯单体的链结构。高分子中的重复结构单元的数目称为聚合度。

1.3.1.2分子结构

一般高分子都是线性(如下图)的,分子链长可以蜷曲成团,也可以伸展成直

线。分子链是蜷曲成团还是伸展成直线取决于分子本身的柔顺性和外部条件。线型高分子的分子间没有化学键结合,在受热或受力情况下分子间可互相滑移,所以线型高分子可以溶解,加热时可以熔融,易于加工成型。

1.3.1.3共聚物的结构

 由两种或两种以上单体单元所组成的高分子称为共聚物。不同的共聚物结

构,对材料性能的影响也各不相同。聚乙烯、聚丙烯均为塑料,而丙烯含量较高的乙烯-丙烯无规共聚的产物则为橡胶。有时为了改善高分子的某种使用性能,往往采用几种单体进行共聚的方法,使产物兼有几种均聚物的优点。例如ABS树脂是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物,它兼具有三种组分的特性。

1.3.1.4高分子链的构型

 链的构型是指分子中由化学键所固定的几何排列,这种排列是稳定的,要改

变构型必须经过化学键的断裂和重组。构型不同的异构体有旋光异构和几何异构两种。

图1.13 聚丙烯的立体构型

1.3.2 高分子链的远程结构 1.3.2.1高分子的大小

图1.14 聚丙烯螺旋形链的排列

高分子的相对分子质量不是均一的,它实际上是由结构相同、组成相同但相对分子质量大小不同的同系高分子的混合物聚集而成。低聚物转向高分子时,强度有规律地增大。但增长到一定的相对分子质量后,这种依赖性又变得不明显了,强度逐渐趋于一极限值。 1.3.2.2高分子的内旋转构象

单键是由ó电子组成,线型高分子链中含有成千上万个ó键。由于分子上非键合原子之间的相互作用,内旋转一般是受阻的,即旋转时需要消耗一定的能量。高分子链的内旋转也像低分子一样,因受链上的原子或基团的影响不是完全自由的。它既表现出一定的柔性,又表现出一定的刚性。 1.3.2.3影响高分子链柔性的主要因素

高分子链能够改变其构象的性质称为柔性。 a.主链结构的影响

主链结构对高分子链的刚柔性的影响起决定性的作用。 b.取代基的影响

取代基团的极性、取代基沿分子链排布的距离、取代基在主链上的对称性


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