一、高分子材料
（一）高分子材料的結構與效能
1. 高聚物簡介
1.1高聚物的定義
高聚物是指具有聚集態結構的高分子化合物。聚集態結構就是許多高分子聚集成高聚物時高分子鏈間相互堆砌排列的狀態。高分子化合物是由成千上萬個原子通過化學鍵連線而成的大分子所組成的化合物。
由於具有較大分子量，高分子物質具有許多小分子化合物不能比擬的性質，使其成為現代廣泛應用、為人類帶來極大好處和便利的新材料。
1.2 高聚物的分子量及分子量分布
高聚物的分子量是組成高聚物的各原子的原子量的總和。高聚物最根本的特點是其分子量很大，一般總在一萬以上，而低分子物的分子量都低於一千。
雖然高聚物的分子量很大，構成的原子數成千上萬，但其每乙個高分子大都由許多相同的、簡單的結構單元通過化學鍵（主要是共價鍵，也有離子鍵或金屬鍵）重複連線而成，所以高分子的基本結構是比較簡單的。
通常將形成高聚物的低分子原料叫做單體。由一種單體形成的高聚物叫做均聚物。例如聚氯乙烯是由氯乙烯單體形成的均聚物，其結構式為：
為方便起見，可簡寫為：
其中是聚氯乙烯高分子的基本結構單元，簡稱結構
單元。高分子結構單元的數目叫做聚合度。
低分子化合物一般有固定的分子量，例如水的相對分子量是18，但高聚物確實分子量不等的同系物的混合物。這種高聚物分子量大小不均一的特性成為噶聚物分子量的多分散性。這就導致高聚物具有分子量分布範圍，以準確地表徵高聚物的分子量。
例如分子量為10萬的聚氯乙烯，可能由相對分子質量從2萬到20萬不同大小的聚氯乙烯高分子很和組成。因此高聚物的分子量或聚合度是一平均值。
1.3 高聚物的分類
在有機化學中，高聚物的種類很多，為了便於研究需要將它們分類。常見的分類方法有以下兩種：
2. 高聚物的結構及特性
所謂高聚物結構，指組成高分子的不同尺度的結構單元在空間的相對排列，它包括鏈結構和聚集態結構。
鏈結構又稱為一級結構，就是高分子鏈節的化學結構、空間結構、鏈節序列和鏈段的支化度及其分布。它表明乙個分子鏈中原子或基團的幾何排列情況，其中包括尺度不同的兩類結構。
近程結構即第一層次結構，指單個高分子內乙個或幾個結構單元的化學結構和立體化學結構。例如：聚氯乙烯和聚苯乙烯，兩者化學組成不同，性質當然不同。
同是聚氯乙烯，每個分子並非一樣，結構上還可以有許多異構。
遠端結構即第二層次結構，指單個高分子的大小和在空間所存在的各種形狀（構象）。例如：是伸直鏈、無規線團還是摺疊鏈、螺旋鏈等。
聚集結構又稱為二級結構，指高分子整體的內部，包括晶態結構、非晶態結構、取向態結構、液晶態結構和織態結構。前四者是描述高分子聚集體中分子之間是如何堆砌的，稱第三層次結構。如相互交纏的線團結構，由摺疊鏈規整堆砌而成的晶體等。
織態結構為最高層次結構，它是不同高分子間或者高分子與新增劑分子間的排列或堆砌結構。例如：高分子合金和複合材料的結構。
高聚物的結構乘此見圖1.1。
圖1.1 高聚物結構的分類
2.1 高分子的鏈結構
（1）高分子鏈的近程結構
高分子的鏈結構是指高分子結構單元的化學結構、空間結構，它包括單個連的鍵合、單體單元的鍵合、單體單元的化學組成和單體單元的立體結構和空間排列。
（2）高分子鏈的遠端結構
高分子鏈的遠端結構指單個高分子的結構，包括高分子的大小和形態。高分子鏈結構形態分為線型、支鏈型和交聯型三種。線型高分子偉現狀長鏈高分子。
例如低壓聚乙烯、聚苯乙烯、滌綸、尼龍、未經硫化的天然橡膠和矽橡膠等。支鏈型高分子為主鏈上帶有支鏈的高分子。例如高壓聚乙烯和接枝型的abs樹脂等。
交聯性高分子是線型或支鏈型高分子以化學鍵交聯形成的網狀或體型結構的高分子。例如硫化後的香蕉，固化了的酚醛樹脂等。
2.2 高聚物的聚集態結構
高聚物的聚集態結構是許多長鏈高分子聚集成為高聚物是，高分子之間相互堆砌排列的狀態，這種結構形成於高聚物的加工成型過程之中。因此，可以認為，高聚物的加工成型過程主要就是高聚物聚集態的轉變過程。
高聚物的分子量很大，反自戀很長，分子間作用力強。因此，高分子的聚集態在室溫下一般是固體。根據高分子間的排列狀況，固體高聚物的聚集態可以分為結晶態和無定形態（或非結晶態）。
加熱到適當的溫度都可能轉變為黏滯的液體。
高聚物在不同溫度下的形態是有差別的，表現為下列三種狀態：
（1）玻璃態當低於某一溫度時，分子鏈作用力很大，分子鏈與鏈段都不能運動，高聚物呈非晶態的固體稱為「玻璃態」。高聚物轉變為玻璃態的溫度稱為玻璃化溫度tg。
（2）高彈態當溫度超過玻璃化溫度時，由於分子鏈段可以發生旋轉，使高聚物在外力作用下能產生大的形變，外力卸除後又會緩慢地恢復原狀，高聚物的運動狀態稱為「高彈態」。
（3）黏流態當溫度達到「流動溫度」 tf後，高聚物呈極黏的液體，這種狀態稱為「黏流態」。此時，受到外力作用時高聚物產生形變，外力卸除後形變不能恢復。
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