高分子材料是以高分子化合物为主要成分，与各种添加剂配合而形成的材料。高分子化合物是指相对分子质量大于104的有机化合物。常见高分子材料的相对分子质量在104～106之间。
1）高分子化合物的组成
高分子化合物是由大量的大分子构成的，而大分子是由一种或多种低分子化合物通过聚合连接起来的链状或网状的分子。由低分子化合物合成为高分子化合物的反应称为聚合反应（其方法有加成聚合反应和缩合聚合反应），因此高分子化合物又称高聚物或聚合物。由于分子的化学组成及聚集状态不同，而形成性能各异的高聚物。
2）高分子化合物的结构
高分子化合物的结构可分为大分子链（或高分子链）结构和聚集态结构。
（1）大分子链结构
①大分子链的化学组成 不是所有元素都能结合成链状大分子，只有B、C、N、O、Si、P、S、As等元素才能组成大分子链，大分子链的组成不同，高聚物的性能也不同。
②大分子链的形状 大分子链的几何形状主要分线型、支化型和体型（网型或交联型）等三种，如图7－1所示。
a．线型分子链 各链节以共价键连接成线型长链，像一根长线，通常呈卷曲或团状。
b．支化型分子链 在线型大分子主链的两侧有许多长短不一的小支链。
c．体型分子链 大分子链之间通过支链或化学键连接成一个三维空间网状结构。
图7－1 大分子链的几何形状
具有线型和支化型分子链结构的聚合物称为线型聚合物，具有较高的弹性和热塑性，可反复使用，如热塑性塑料。具有体型分子链结构的聚合物称为体型聚合物，具有较好的耐热性、难溶性、强度和热固性，但弹性、塑性低，易老化，不可反复使用，如热固性塑料。
结构不规整或链间结合力较弱的聚合物（如聚氯乙烯）难以结晶，一般为不定形态。无定形聚合物在一定的负荷和受力速度下，于不同温度可呈现玻璃态、高弹态和黏流态三种力学状态（见图7－2）。玻璃态到高弹态的转变温度称玻璃化温度（Tg），是无定形塑料使用的上限，橡胶使用的下限温度。从高弹态到黏流态的转变温度称黏流温度（Tf），是聚合物加工成形的重要参数。(www.xing528.com)
图7－2 线型非晶态高聚物的温度-形变曲线
（2）高分子化合物的聚集态结构
聚合物的聚集态结构是指在分子间力作用下大分子链相互聚集所形成的几何排列和堆砌方式，一般可分为晶态、非晶态、液晶态、取向态等。
①晶态结构 线型聚合物固化时可以结晶，但由于分子链运动较困难，不可能完全结晶。所以晶态聚合物实际为晶区（分子有规律排列）和非晶区（分子无规律排列）两相结构，一般结晶度（晶区所占有的质量分数）只有50%～85%，特殊情况可达到98%。在结晶聚合物中，晶区与非晶区相互穿插，紧密相连，一个大分子链可以同时穿过许多晶区和非晶区。
②非晶态结构 聚合物凝固时，分子不能规则排列，呈长程无序、近程有序状态。非晶态聚合物分子链的活动能力大，弹性和塑性较好。由于其聚集态结构是均相的，因而材料各个方向的性能相同。
③液晶态结构 液晶态是介于晶态和液态之间的热力学稳定态相。其物理状态为液体，又具有晶体的有序性。液晶有许多特殊的性质，如有些液晶具有灵敏的电响应特性和光学特性，广泛应用于显示技术中。聚合物溶致性液晶具有高浓度、低黏度和低剪切应力下的高度取向的特性，利用该特性进行纺丝可制成高强度的纤维，如芳纶纤维（Kevlar，凯夫拉）。
④取向态结构 在外力作用下，卷曲的大分子链沿外力方向平行排列而形成的定向结构。有单轴（一个方向）和双轴（互相垂直的两个方向）两种取向。取向后聚合物呈现明显的各向异性，材料的强度大大增加。取向对聚合物的光学性质、热性质等也会产生影响。
3）高分子化合物的分类
高分子化合物的种类很多，性能各异。常见的分类方法有：
（1）按聚合物的来源可分为天然聚合物和合成聚合物。
（2）按聚合物所制成材料的性能和用途可分为塑料、橡胶、纤维、胶黏剂和涂料等。
（3）按聚合物的热分解行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。
（4）按主链结构可分为碳链、杂链和元素有机聚合物。碳链聚合物的大分子主链完全由碳原子组成；杂链聚合物大分子主链中除碳原子外，还有氧、氮、硫等原子；元素有机聚合物大分子主链中没有碳原子，主要由硅、硼、氧、氮、硫等原子组成，侧基由有机基团组成。
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