11.1　高聚物材料概论

11.1　高聚物材料概论

高聚物按国际理论化学和应用化学协会（IUPAC）的定义是组成单元相互多次重复连接而构成的物质。通常认为聚合物材料包括塑料、橡胶和纤维三类。实际上，随着高分子合金材料、复合材料、互穿聚合物网络、功能高分子材料等的不断涌现，各类高聚物材料的概念重叠交叉，他们之间并无严格的界限。

11.1.1　高聚物的特征和基本概念

1）高聚物的特征

高聚物在结构和功能上都有其他低分子化合物不同的特征，现择其最主要几点简单分述如下：

（1）具有巨大的相对分子质量

高聚物是由数目很大（一般为103～107）的重复结构单元，以共价键的形式连接而成的聚合物，所以具有大相对分子质量是其首要特征。以最简单的聚乙烯为例而言，其相对分子质量为6×104～80×104。超高相对分子质量聚乙烯可达200×104～300×104。高聚物的性能主要取决于其相对分子质量及相对分子质量分布。

（2）复杂的链结构

高聚物按其分子链几何形状，可分为线型、支链型、交联网状、体型等。如纤维多呈线型结构、硫化橡胶和酚醛树脂等呈网状体型结构。

（3）晶态与非晶态的共存

高聚物可以呈晶态和非晶态结构，但是多为晶态与非晶态共存。故同一种高聚物既有固态性质（有固定的形状和体积），又有液态性质（加热可以流动）。

（4）同一高聚物可加工为不同性质的材料

同一种高聚物根据使用要求不同，可以加工为性质完全不同的材料。例如聚氨酯树脂可以加工为聚氨酯弹性纤维，又可以加工为聚氨酯橡胶，还可以加工为聚氨酯泡沫塑料。

（5）高的品质系数

品质系数是极限强度与密度之比。由于高聚物的极限强度高，密度小，故其品质系数较传统材料（钢材、混凝土等）高，是一种有发展前途的新材料。

2）高聚物的基本概念

（1）单体、链节、高聚物

高聚物虽然相对分子质量较大、原子数较多，但是都是由许多低分子化合物聚合而成的。例如聚乙烯（…—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—CH2—…）是由低分子化合物乙烯（CH2＝CH2）聚合而成的，若将—CH2—CH2—看作聚乙烯大分子中的一个重复结构单元，则聚乙烯可写成

由上可知，可以聚合成高聚物的低分子化合物称为“单体”，如上例中的乙烯（CH2＝CH2）。组成高聚物最小的重复结构单元称为“链节”，如上例中的—CH2—CH2—。相应组成的大分子称为“聚合物”，如上例的聚合物中所含链节的数目n称为“聚合度”。当聚合度很大（103以上）的聚合物称为“高聚物”。

几种高聚物的单体、链节示例见表11.1。