第四章高分子概述

1、第四章高分子概述第四章第四章 高分子材料的主要高分子材料的主要物理性能物理性能第一節(jié)第一節(jié) 高分子材料的分子運(yùn)動(dòng)、高分子材料的分子運(yùn)動(dòng)、力學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)變及熱性能力學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)變及熱性能橡膠材料：室溫下富有彈性，在橡膠材料：室溫下富有彈性，在-100C時(shí)則變成硬脆狀時(shí)則變成硬脆狀塑料（有機(jī)玻璃）：室溫下是硬脆的玻璃狀，而在塑料（有機(jī)玻璃）：室溫下是硬脆的玻璃狀，而在100 時(shí)變成柔軟有彈性的橡皮狀時(shí)變成柔軟有彈性的橡皮狀 高分子的高分子的微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)高分子的高分子的宏觀性能宏觀性能分子運(yùn)動(dòng)分子運(yùn)動(dòng)第四章高分子概述一、一、 高分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)高分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)o 分子運(yùn)動(dòng)單元和模式的多重性分子運(yùn)動(dòng)單元和模

2、式的多重性o 分子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間依賴性分子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間依賴性o 分子運(yùn)動(dòng)的溫度依賴性分子運(yùn)動(dòng)的溫度依賴性第四章高分子概述（一）（一） 運(yùn)動(dòng)單元和模式的多重性運(yùn)動(dòng)單元和模式的多重性o 高分子整鏈的運(yùn)動(dòng)高分子整鏈的運(yùn)動(dòng)n 高分子鏈質(zhì)量中心發(fā)生位移。高分子鏈質(zhì)量中心發(fā)生位移。o 高分子鏈段的運(yùn)動(dòng)高分子鏈段的運(yùn)動(dòng)n 高分子鏈的構(gòu)象發(fā)生變化高分子鏈的構(gòu)象發(fā)生變化n 高分子鏈的質(zhì)量中心位置不變高分子鏈的質(zhì)量中心位置不變o 高分子鏈中的小運(yùn)動(dòng)單元高分子鏈中的小運(yùn)動(dòng)單元n 鏈節(jié)、鍵長(zhǎng)、鍵角、側(cè)基和支鏈等的運(yùn)動(dòng)鏈節(jié)、鍵長(zhǎng)、鍵角、側(cè)基和支鏈等的運(yùn)動(dòng)第四章高分子概述o 在外場(chǎng)作用下，高分子材料從一種平衡狀態(tài)通過分子運(yùn)動(dòng)在

3、外場(chǎng)作用下，高分子材料從一種平衡狀態(tài)通過分子運(yùn)動(dòng)而轉(zhuǎn)變到另一種平衡狀態(tài)是需要時(shí)間的，這種時(shí)間演變過而轉(zhuǎn)變到另一種平衡狀態(tài)是需要時(shí)間的，這種時(shí)間演變過程稱作松弛過程，所需時(shí)間稱松弛時(shí)間。程稱作松弛過程，所需時(shí)間稱松弛時(shí)間。o 取決于分子運(yùn)動(dòng)單元的大小。運(yùn)動(dòng)單元越大，運(yùn)動(dòng)中所受取決于分子運(yùn)動(dòng)單元的大小。運(yùn)動(dòng)單元越大，運(yùn)動(dòng)中所受的阻力越大，松弛時(shí)間越長(zhǎng)。的阻力越大，松弛時(shí)間越長(zhǎng)。n 鍵長(zhǎng)、鍵角：與小分子運(yùn)動(dòng)相仿，鍵長(zhǎng)、鍵角：與小分子運(yùn)動(dòng)相仿，1081010Sn 鏈段：分鐘鏈段：分鐘n 分子鏈：幾分鐘、幾小時(shí)、幾天、幾個(gè)月分子鏈：幾分鐘、幾小時(shí)、幾天、幾個(gè)月（二）（二） 高分子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間依賴性高分子運(yùn)

4、動(dòng)的時(shí)間依賴性第四章高分子概述（三）高分子運(yùn)動(dòng)的溫度依賴性（三）高分子運(yùn)動(dòng)的溫度依賴性o 松弛時(shí)間與溫度的關(guān)系松弛時(shí)間與溫度的關(guān)系n 溫度溫度，分子熱運(yùn)動(dòng)能，分子熱運(yùn)動(dòng)能 力力n 溫度溫度， 體積體積 ， 分子運(yùn)動(dòng)空間分子運(yùn)動(dòng)空間 最終使松弛時(shí)間最終使松弛時(shí)間o 時(shí)溫等效原理：時(shí)溫等效原理： 由于高分子材料的分子運(yùn)動(dòng)既與溫度有關(guān)，也與由于高分子材料的分子運(yùn)動(dòng)既與溫度有關(guān)，也與時(shí)間有關(guān)。因此，觀察同一個(gè)松弛現(xiàn)象，升高溫度時(shí)間有關(guān)。因此，觀察同一個(gè)松弛現(xiàn)象，升高溫度和延長(zhǎng)外場(chǎng)作用時(shí)間得到的效果是等同的。和延長(zhǎng)外場(chǎng)作用時(shí)間得到的效果是等同的。第四章高分子概述二、高分子材料的力學(xué)狀態(tài)及轉(zhuǎn)變二、高分子材

5、料的力學(xué)狀態(tài)及轉(zhuǎn)變（一）非晶態(tài)線型高分子材料（一）非晶態(tài)線型高分子材料（二）結(jié)晶高分子材料（二）結(jié)晶高分子材料（三）體型高分子材料（三）體型高分子材料第四章高分子概述非晶態(tài)線型高分子材料的三個(gè)力學(xué)狀態(tài)非晶態(tài)線型高分子材料的三個(gè)力學(xué)狀態(tài) 氣態(tài)氣態(tài)低分子物質(zhì)低分子物質(zhì) 液態(tài)液態(tài) 固態(tài)固態(tài) 溫度升高溫度升高 液態(tài)（粘性流體）粘流態(tài)液態(tài)（粘性流體）粘流態(tài)高分子物質(zhì)高分子物質(zhì) 固態(tài)（軟如橡膠）高彈態(tài)固態(tài)（軟如橡膠）高彈態(tài) 固態(tài)（硬如玻璃）玻璃態(tài)固態(tài)（硬如玻璃）玻璃態(tài)第四章高分子概述非晶態(tài)線型高聚物的形變溫度關(guān)系曲線非晶態(tài)線型高聚物的形變溫度關(guān)系曲線實(shí)驗(yàn)示意圖實(shí)驗(yàn)示意圖負(fù)荷負(fù)荷加熱爐加熱爐高分子試樣高分子

6、試樣形變形變模量模量溫度溫度T形變與模形變與模量量gTfTABCDE非晶態(tài)線型高分子材料的三個(gè)力學(xué)狀態(tài)非晶態(tài)線型高分子材料的三個(gè)力學(xué)狀態(tài)非晶態(tài)線型高聚物的三個(gè)力學(xué)狀態(tài)非晶態(tài)線型高聚物的三個(gè)力學(xué)狀態(tài)A區(qū)：區(qū)：o 玻璃態(tài)玻璃態(tài) ： * 形變小，形變小，0.11% 或更小或更小 * 模量大，模量大，1010 N/cm2 * 形變可逆且瞬時(shí)完成形變可逆且瞬時(shí)完成 * 為玻璃性狀為玻璃性狀o 分子運(yùn)動(dòng)機(jī)制：僅有鏈節(jié)、分子運(yùn)動(dòng)機(jī)制：僅有鏈節(jié)、側(cè)基等小單元能運(yùn)動(dòng)，分側(cè)基等小單元能運(yùn)動(dòng)，分子鏈段和整個(gè)分子鏈處凍子鏈段和整個(gè)分子鏈處凍結(jié)狀。結(jié)狀。形變形變模量模量溫度溫度T形變與模量形變與模量gTfTABCDEC

7、區(qū)：區(qū)：o 高彈態(tài)高彈態(tài) ： * 形變大，形變大，1001000% * 模量小，模量小，106 N/cm2 * 形變可逆、是一個(gè)松弛過程形變可逆、是一個(gè)松弛過程 * 為橡膠性狀為橡膠性狀o 分子運(yùn)動(dòng)機(jī)制：分子運(yùn)動(dòng)機(jī)制：分子鏈段分子鏈段解凍可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。解凍可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。非晶態(tài)線型高聚物的三個(gè)力學(xué)狀態(tài)非晶態(tài)線型高聚物的三個(gè)力學(xué)狀態(tài)通過鏈段運(yùn)動(dòng)使分子鏈呈現(xiàn)局部伸展的構(gòu)象，但此時(shí)的熱能還不足以使通過鏈段運(yùn)動(dòng)使分子鏈呈現(xiàn)局部伸展的構(gòu)象，但此時(shí)的熱能還不足以使分子鏈整鏈運(yùn)動(dòng)，分子鏈相互纏結(jié)形成網(wǎng)絡(luò)，鏈段又有回復(fù)卷曲的趨勢(shì)。分子鏈整鏈運(yùn)動(dòng)，分子鏈相互纏結(jié)形成網(wǎng)絡(luò)，鏈段又有回復(fù)卷曲的趨勢(shì)。這兩種作用相互平衡

8、，使曲線出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)區(qū)。這兩種作用相互平衡，使曲線出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)區(qū)。形變形變模量模量溫度溫度T形變與模量形變與模量gTfTABCDE非晶態(tài)線型高聚物的三個(gè)力學(xué)狀態(tài)非晶態(tài)線型高聚物的三個(gè)力學(xué)狀態(tài)E區(qū)：區(qū)：o 粘流態(tài)：粘流態(tài)： * 形變很大形變很大 * 模量極小可流動(dòng)模量極小可流動(dòng) * 形變不可逆、是一個(gè)松弛過程形變不可逆、是一個(gè)松弛過程 * 呈粘性流動(dòng)狀呈粘性流動(dòng)狀o 分子運(yùn)動(dòng)機(jī)制：整個(gè)分子鏈分子運(yùn)動(dòng)機(jī)制：整個(gè)分子鏈解凍，可以運(yùn)動(dòng)，高分子鏈解凍，可以運(yùn)動(dòng)，高分子鏈質(zhì)量中心發(fā)生位移質(zhì)量中心發(fā)生位移形變形變模量模量溫度溫度T形變與模量形變與模量gTfTABCDE非晶態(tài)線型高聚物的形變溫度關(guān)系曲線非晶態(tài)

9、線型高聚物的形變溫度關(guān)系曲線形變形變模量模量溫度溫度T形變與模量形變與模量gTfTABCDE小單元的運(yùn)動(dòng)小單元的運(yùn)動(dòng)鏈段的運(yùn)動(dòng)鏈段的運(yùn)動(dòng)鏈段出現(xiàn)相對(duì)位移鏈段出現(xiàn)相對(duì)位移整根分子鏈的整根分子鏈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)gTfTo 三種力學(xué)狀態(tài)：三種力學(xué)狀態(tài)：n 玻璃態(tài)玻璃態(tài)n 高彈態(tài)高彈態(tài)n 粘流態(tài)粘流態(tài)o 兩種轉(zhuǎn)變過程：兩種轉(zhuǎn)變過程：n 玻璃化轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變n 粘流轉(zhuǎn)變粘流轉(zhuǎn)變第四章高分子概述（二）線型晶態(tài)高分子的力學(xué)狀態(tài)（二）線型晶態(tài)高分子的力學(xué)狀態(tài)1、 結(jié)晶度結(jié)晶度40 % 晶區(qū)較多晶區(qū)較多形成連續(xù)結(jié)晶相形成連續(xù)結(jié)晶相材料變硬材料變硬晶區(qū)熔融后的力學(xué)狀態(tài)有二種情況：晶區(qū)熔融后的力學(xué)狀態(tài)有二種情況：

10、o分子量很大時(shí)分子量很大時(shí)(Tf Tm)：晶區(qū)熔：晶區(qū)熔融融進(jìn)入高彈態(tài)進(jìn)入高彈態(tài)溫度繼續(xù)溫度繼續(xù)升高升高進(jìn)入粘流態(tài)進(jìn)入粘流態(tài)o分子量不太大時(shí)分子量不太大時(shí)(Tf Tm) ：晶區(qū)：晶區(qū)熔融熔融直接進(jìn)入粘流態(tài)直接進(jìn)入粘流態(tài)1fT2fTmT低相對(duì)分子質(zhì)量低相對(duì)分子質(zhì)量高相對(duì)分子質(zhì)量高相對(duì)分子質(zhì)量溫度溫度T形變量形變量0第四章高分子概述（三）體型（交聯(lián)）高分子材料的力學(xué)狀態(tài)（三）體型（交聯(lián)）高分子材料的力學(xué)狀態(tài)交聯(lián)高聚物不溶不熔，不存在粘流態(tài)交聯(lián)高聚物不溶不熔，不存在粘流態(tài)o 交聯(lián)度低時(shí)交聯(lián)度低時(shí)鏈段可以運(yùn)動(dòng)鏈段可以運(yùn)動(dòng)存在玻璃態(tài)和高彈態(tài)存在玻璃態(tài)和高彈態(tài)o 交聯(lián)度高時(shí)交聯(lián)度高時(shí)鏈段運(yùn)動(dòng)困難鏈段運(yùn)動(dòng)困

11、難始終處于玻璃態(tài)始終處于玻璃態(tài)交聯(lián)度增加交聯(lián)度增加溫度溫度形變形變第四章高分子概述三、高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變?nèi)?、高分子材料的玻璃化轉(zhuǎn)變（一）玻璃化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象及（一）玻璃化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象及Tg的測(cè)定的測(cè)定1、重要性、重要性o T Tg 時(shí)高聚物處于高彈態(tài)（橡膠）時(shí)高聚物處于高彈態(tài)（橡膠）o T 化學(xué)鍵能，強(qiáng)化學(xué)鍵能，強(qiáng)度取決于化學(xué)鍵能。度取決于化學(xué)鍵能。相對(duì)分子質(zhì)量相對(duì)分子質(zhì)量拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度PSPC（二）影響拉伸強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素（二）影響拉伸強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素第四章高分子概述o 結(jié)晶（結(jié)晶度、晶粒尺寸、晶體結(jié)構(gòu)）結(jié)晶（結(jié)晶度、晶粒尺寸、晶體結(jié)構(gòu)）n結(jié)晶度結(jié)晶度，屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、硬度、彈性模量，屈服強(qiáng)度、

12、拉伸強(qiáng)度、硬度、彈性模量，斷裂伸長(zhǎng)率、，斷裂伸長(zhǎng)率、韌性韌性n晶粒晶粒，強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、模量、韌性，強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、模量、韌性n拉伸強(qiáng)度：伸直鏈晶體拉伸強(qiáng)度：伸直鏈晶體串晶串晶球晶球晶結(jié)晶度（）結(jié)晶度（）65758595拉伸強(qiáng)度（拉伸強(qiáng)度（MPa）14.4182540斷裂伸長(zhǎng)率（）斷裂伸長(zhǎng)率（）50030010020聚乙烯的斷裂性能與結(jié)晶度的關(guān)系聚乙烯的斷裂性能與結(jié)晶度的關(guān)系均勻小球晶均勻小球晶大球晶大球晶應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力（二）影響拉伸強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素（二）影響拉伸強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素第四章高分子概述o交聯(lián)交聯(lián)n對(duì)于玻璃態(tài)聚合物，交聯(lián)對(duì)脆性強(qiáng)度的影響不大，但對(duì)高彈態(tài)材對(duì)于玻璃態(tài)聚合物，交聯(lián)對(duì)脆性強(qiáng)度的影響

13、不大，但對(duì)高彈態(tài)材料的強(qiáng)度影響很大。料的強(qiáng)度影響很大。n隨交聯(lián)度提高，橡膠材料拉伸模量和強(qiáng)度都大大提高，達(dá)到極值隨交聯(lián)度提高，橡膠材料拉伸模量和強(qiáng)度都大大提高，達(dá)到極值強(qiáng)度后又趨于下降。斷裂伸長(zhǎng)率連續(xù)下降。強(qiáng)度后又趨于下降。斷裂伸長(zhǎng)率連續(xù)下降。交聯(lián)度交聯(lián)度拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度斷裂伸長(zhǎng)率斷裂伸長(zhǎng)率（二）影響拉伸強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素（二）影響拉伸強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素第四章高分子概述o 取向取向n平行于取向方向上強(qiáng)度、模量、伸長(zhǎng)率平行于取向方向上強(qiáng)度、模量、伸長(zhǎng)率n垂直于取向方向上強(qiáng)度、模量、伸長(zhǎng)率垂直于取向方向上強(qiáng)度、模量、伸長(zhǎng)率o 缺陷缺陷o 添加劑添加劑（二）影響拉伸強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素（二）影響拉伸強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)因素

14、溫度升高，模量和強(qiáng)度下降，伸長(zhǎng)率變大，屈服應(yīng)力下降。溫度升高，模量和強(qiáng)度下降，伸長(zhǎng)率變大，屈服應(yīng)力下降。溫度對(duì)醋酸纖維素應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響溫度對(duì)醋酸纖維素應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響應(yīng)應(yīng)力力應(yīng)變應(yīng)變6550250-25（三）影響拉伸行為的外部因素（三）影響拉伸行為的外部因素1、溫度的影響：、溫度的影響：應(yīng)力應(yīng)變曲線：應(yīng)力應(yīng)變曲線：硬而脆硬而脆硬而韌硬而韌軟而韌軟而韌材料力學(xué)狀態(tài)：材料力學(xué)狀態(tài)：玻璃態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)粘流態(tài)應(yīng)變速率對(duì)應(yīng)變速率對(duì)PMMA真應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響真應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響1234真應(yīng)變真應(yīng)變 真應(yīng)力真應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變變速速率率增增大大10.2吋吋/分分41.28吋吋/分分31.13吋吋

15、/分分20.8吋吋/分分（三）影響拉伸行為的外部因素（三）影響拉伸行為的外部因素2、拉伸速率的影響：、拉伸速率的影響：應(yīng)變速率增大，屈服應(yīng)力增大。應(yīng)變速率增大，屈服應(yīng)力增大。 （三）影響拉伸行為的外部因素（三）影響拉伸行為的外部因素3、環(huán)境壓力的影響：、環(huán)境壓力的影響：壓力增大，強(qiáng)度提高，伸長(zhǎng)率變大，屈服應(yīng)力增大。壓力增大，強(qiáng)度提高，伸長(zhǎng)率變大，屈服應(yīng)力增大。聚苯乙烯的應(yīng)力應(yīng)變曲線隨環(huán)境壓力的變化（聚苯乙烯的應(yīng)力應(yīng)變曲線隨環(huán)境壓力的變化（T31C）0.1MPa40MPa100MPa200MPa300MPa400MPa應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力第四章高分子概述（四）強(qiáng)迫高彈形變與（四）強(qiáng)迫高彈形變與“冷拉

16、伸冷拉伸” 特殊環(huán)境條件下，高分子材料的兩種特殊特殊環(huán)境條件下，高分子材料的兩種特殊拉伸行為：拉伸行為：o 非晶高分子材料的強(qiáng)迫高彈形變非晶高分子材料的強(qiáng)迫高彈形變o 晶態(tài)高分子材料的晶態(tài)高分子材料的“冷拉伸冷拉伸”第四章高分子概述o 現(xiàn)象：有些玻璃態(tài)高分子在大應(yīng)力作用下能產(chǎn)現(xiàn)象：有些玻璃態(tài)高分子在大應(yīng)力作用下能產(chǎn)生大的形變生大的形變(高彈形變高彈形變)o 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：n本質(zhì)是在高應(yīng)力下，原來卷曲的分子鏈段被強(qiáng)迫發(fā)生本質(zhì)是在高應(yīng)力下，原來卷曲的分子鏈段被強(qiáng)迫發(fā)生運(yùn)動(dòng)、伸展、發(fā)生大形變，如同處于高彈態(tài)的情形。運(yùn)動(dòng)、伸展、發(fā)生大形變，如同處于高彈態(tài)的情形。n提高應(yīng)力升高溫度。外力使鏈段運(yùn)動(dòng)

17、松弛時(shí)間提高應(yīng)力升高溫度。外力使鏈段運(yùn)動(dòng)松弛時(shí)間1、非晶高分子材料的強(qiáng)迫高彈形變、非晶高分子材料的強(qiáng)迫高彈形變第四章高分子概述2、晶態(tài)高分子材料的、晶態(tài)高分子材料的“冷拉伸冷拉伸”1234567TgTmTb應(yīng)變應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)力結(jié)晶聚合物在不同溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線結(jié)晶聚合物在不同溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線第四章高分子概述冷拉伸的微觀機(jī)理：冷拉伸的微觀機(jī)理：o溫度范圍：遠(yuǎn)低于溫度范圍：遠(yuǎn)低于Tg 至至Tm 附近附近o應(yīng)力作用使原有的結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞，球晶、片晶被拉開分裂成更小的應(yīng)力作用使原有的結(jié)晶結(jié)構(gòu)破壞，球晶、片晶被拉開分裂成更小的結(jié)晶單元，分子鏈從晶體中被拉出、伸直，沿著拉伸方向排列。結(jié)晶單元，分子鏈從晶體

18、中被拉出、伸直，沿著拉伸方向排列。 2、晶態(tài)高分子材料的、晶態(tài)高分子材料的“冷拉伸冷拉伸”形成新的取向的折疊鏈結(jié)構(gòu)形成新的取向的折疊鏈結(jié)構(gòu)形成完全伸展鏈結(jié)構(gòu)形成完全伸展鏈結(jié)構(gòu)第四章高分子概述（五）高分子材料的增強(qiáng)（五）高分子材料的增強(qiáng)/增韌改性增韌改性o 增強(qiáng)改性增強(qiáng)改性n 基本思想：用填充、混合、復(fù)合等方法，將增基本思想：用填充、混合、復(fù)合等方法，將增強(qiáng)材料加入到高分子材料基體中，提高材料的強(qiáng)材料加入到高分子材料基體中，提高材料的力學(xué)強(qiáng)度或其他性能。力學(xué)強(qiáng)度或其他性能。n 常用的增強(qiáng)材料：粉狀填料（零維材料）（如常用的增強(qiáng)材料：粉狀填料（零維材料）（如碳黑、白碳黑）、纖維（一維材料）（如碳黑

19、、白碳黑）、纖維（一維材料）（如玻璃玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、天然纖維等）、纖維、碳纖維、硼纖維、天然纖維等）、片狀填片狀填料（二維材料）等。料（二維材料）等。第四章高分子概述幾種橡膠采用碳黑增強(qiáng)的效果對(duì)比幾種橡膠采用碳黑增強(qiáng)的效果對(duì)比橡膠橡膠拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度/MPa純膠純膠含碳黑橡膠含碳黑橡膠增強(qiáng)倍數(shù)增強(qiáng)倍數(shù)非結(jié)晶型非結(jié)晶型硅橡膠硅橡膠0.3413.740丁苯橡膠丁苯橡膠1.9619.010丁腈橡膠丁腈橡膠1.9619.610結(jié)晶型結(jié)晶型天然橡膠天然橡膠19.031.41.6氯丁橡膠氯丁橡膠14.725.01.7丁基橡膠丁基橡膠17.618.61.1高分子材料高分子材料拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度/10

20、-5Pa斷裂伸長(zhǎng)率斷裂伸長(zhǎng)率 （）（）抗沖擊強(qiáng)度抗沖擊強(qiáng)度（Jm-1)彈性模量彈性模量/109Pa熱變形溫度熱變形溫度(1.86MPa)/K聚乙烯（未增強(qiáng)）聚乙烯（未增強(qiáng)）2256078.50.78321聚乙烯（增強(qiáng)）聚乙烯（增強(qiáng)）7553.82366.19399聚苯乙烯（未增強(qiáng)）聚苯乙烯（未增強(qiáng)）5792.015.72.75358聚苯乙烯（增強(qiáng)）聚苯乙烯（增強(qiáng)）9601.11318.34377聚碳酸酯（未增強(qiáng)）聚碳酸酯（未增強(qiáng)）618601666282.16405417聚碳酸酯（增強(qiáng)）聚碳酸酯（增強(qiáng)）13701.719647011.7420422尼龍尼龍66（未增強(qiáng)）（未增強(qiáng)）6866054

21、2.75339359尼龍尼龍66（增強(qiáng)）（增強(qiáng)）20602.21995.9812.55473部分玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的性能部分玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的性能第四章高分子概述2、高分子材料的增韌改性、高分子材料的增韌改性o 橡膠增韌塑料橡膠增韌塑料n機(jī)理：橡膠粒子能提高脆性塑料的韌性，是因?yàn)橄鹉z粒子機(jī)理：橡膠粒子能提高脆性塑料的韌性，是因?yàn)橄鹉z粒子分散在基體中，形變時(shí)成為應(yīng)力集中體，能促使周圍基體分散在基體中，形變時(shí)成為應(yīng)力集中體，能促使周圍基體發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變和屈服。發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變和屈服。n屈服的主要形式：引發(fā)大量銀紋和形成剪切屈服帶，吸收屈服的主要形式：引發(fā)大量銀紋和形成剪切屈服帶，吸收大量變形能

22、，使材料韌性提高。剪切屈服帶還能終止銀紋，大量變形能，使材料韌性提高。剪切屈服帶還能終止銀紋，阻礙其發(fā)展成破壞性裂縫。阻礙其發(fā)展成破壞性裂縫。o 塑料的非彈性體增韌改性塑料的非彈性體增韌改性n機(jī)理：加入剛性有機(jī)填料（機(jī)理：加入剛性有機(jī)填料（rigid organic filler，ROF)、剛、剛性無機(jī)填料，使基體發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變。性無機(jī)填料，使基體發(fā)生脆韌轉(zhuǎn)變。ROF粒子發(fā)生粒子發(fā)生“冷冷拉變形拉變形”，吸收變形能。，吸收變形能。第四章高分子概述第四節(jié)第四節(jié) 高分子溶液的性質(zhì)及應(yīng)用高分子溶液的性質(zhì)及應(yīng)用 高分子溶液是生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究均要碰到的問題高分子溶液是生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究均要碰到的問題生產(chǎn)

23、實(shí)踐中：生產(chǎn)實(shí)踐中：濃溶液濃溶液油漆，涂料，膠粘劑，紡絲液，制備油漆，涂料，膠粘劑，紡絲液，制備復(fù)合材料用到的樹脂溶液（電影膠片片基），高聚復(fù)合材料用到的樹脂溶液（電影膠片片基），高聚物物/增塑劑濃溶液等。增塑劑濃溶液等。稀溶液稀溶液分子量測(cè)定及分子量分級(jí)（分布）用分子量測(cè)定及分子量分級(jí)（分布）用到的稀溶液。到的稀溶液。第四章高分子概述一、高分子材料的溶解和溶脹一、高分子材料的溶解和溶脹（一）（一） 溶解過程的特點(diǎn)溶解過程的特點(diǎn)o溶解過程緩慢，且先溶脹再溶解溶解過程緩慢，且先溶脹再溶解o非晶態(tài)高分子材料比結(jié)晶高分子材料易于溶解非晶態(tài)高分子材料比結(jié)晶高分子材料易于溶解o交聯(lián)高分子材料只溶脹，不溶

24、解交聯(lián)高分子材料只溶脹，不溶解第四章高分子概述（二）溶劑選擇原則（二）溶劑選擇原則o 極性相似原則極性相似原則n 極性高分子易溶于極性溶劑極性高分子易溶于極性溶劑n 非極性高分子易溶于非極性溶劑非極性高分子易溶于非極性溶劑例如：例如：n 天然橡膠、丁苯橡膠等能溶于非極性碳?xì)浠衔锶軇┨烊幌鹉z、丁苯橡膠等能溶于非極性碳?xì)浠衔锶軇ㄈ绫健⑹兔?、甲苯、己烷等）；（如苯、石油醚、甲苯、己烷等）；n 聚乙烯醇不能溶于苯而能溶于水中。聚乙烯醇不能溶于苯而能溶于水中。第四章高分子概述o 溶解度參數(shù)相近原則溶解度參數(shù)相近原則22121)(MVHVM 溶液總體積溶液總體積 溶劑的體積分?jǐn)?shù)溶劑的體積分?jǐn)?shù) 溶質(zhì)

25、的體積分?jǐn)?shù)溶質(zhì)的體積分?jǐn)?shù) 溶劑的溶解度參數(shù)溶劑的溶解度參數(shù) 溶質(zhì)的溶解度參數(shù)溶質(zhì)的溶解度參數(shù)1212根據(jù)根據(jù)Hildebrand溶度公式：溶度公式：0 . 27 . 1210mG 溶解過程是溶質(zhì)和溶劑分子的混合過程，在恒溫恒溶解過程是溶質(zhì)和溶劑分子的混合過程，在恒溫恒壓下，過程能自發(fā)進(jìn)行的必要條件是混合自由能壓下，過程能自發(fā)進(jìn)行的必要條件是混合自由能 0mmSTHG對(duì)于非極性或弱極性的非晶態(tài)高分子，一般要求對(duì)于非極性或弱極性的非晶態(tài)高分子，一般要求（二）溶劑選擇原則（二）溶劑選擇原則第四章高分子概述 例：聚丙烯腈例：聚丙烯腈31.4，二甲基甲酰胺，二甲基甲酰胺24.7，按溶解度，按溶解度參數(shù)相

26、近原則二者似乎不相溶，但實(shí)際上聚丙稀腈在室參數(shù)相近原則二者似乎不相溶，但實(shí)際上聚丙稀腈在室溫下就可以溶于二甲基甲酰胺，為什么？溫下就可以溶于二甲基甲酰胺，為什么？o 廣義酸堿作用原則廣義酸堿作用原則 酸（電子接受體、親電子體）堿（電子給予體、親核體）酸（電子接受體、親電子體）堿（電子給予體、親核體）例：例：判斷聚氯乙烯判斷聚氯乙烯(19.4)能溶于哪種溶劑：氯仿能溶于哪種溶劑：氯仿(19.0)、環(huán)己酮環(huán)己酮(20.2)聚氯乙烯與環(huán)己酮之間能產(chǎn)生氫鍵：聚氯乙烯與環(huán)己酮之間能產(chǎn)生氫鍵：ClCHO（二）溶劑選擇原則（二）溶劑選擇原則第四章高分子概述方法方法端基分析膜滲透壓法蒸汽壓法沸點(diǎn)上升法測(cè)得平均

27、相對(duì)分子質(zhì)量的類型適用相對(duì)分子質(zhì)量范圍 31042104106 3104 104方法方法冰點(diǎn)下降法光散射法粘度法超速離心沉降法測(cè)得平均相對(duì)分子質(zhì)量的類型適用相對(duì)分子質(zhì)量范圍 104103107103108102106二、相對(duì)分子質(zhì)量及分布的測(cè)定二、相對(duì)分子質(zhì)量及分布的測(cè)定nMnMnMnMnMwMMzM測(cè)定高分子材料平均相對(duì)分子質(zhì)量的方法及適用范圍測(cè)定高分子材料平均相對(duì)分子質(zhì)量的方法及適用范圍第四章高分子概述溶劑溶液半透膜半透膜溶劑1、相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定舉例：滲透壓法、相對(duì)分子質(zhì)量測(cè)定舉例：滲透壓法（Osmomit pressure）滲透壓公式：滲透壓公式：)1(T2cAMRcn滲透壓；滲透壓；c

28、溶液濃度，溶液濃度，A維利系數(shù)維利系數(shù) 通過實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定若干不同濃通過實(shí)驗(yàn)分別測(cè)定若干不同濃度溶液的滲透壓，用度溶液的滲透壓，用/c 對(duì)對(duì)c 作圖得作圖得到直線，根據(jù)斜率求得到直線，根據(jù)斜率求得A2，根據(jù)截，根據(jù)截距可求得距可求得nM第四章高分子概述2、相對(duì)分子質(zhì)量分布測(cè)定方法舉例：凝膠滲透色譜法、相對(duì)分子質(zhì)量分布測(cè)定方法舉例：凝膠滲透色譜法（GPC）GPC按分子尺寸按分子尺寸分離大分子原理分離大分子原理（1）將被測(cè)高分子稀溶液從色譜柱上方加）將被測(cè)高分子稀溶液從色譜柱上方加入，然后用溶劑連續(xù)洗提。入，然后用溶劑連續(xù)洗提。 流出液中相對(duì)分子質(zhì)量大的分子首先流出液中相對(duì)分子質(zhì)量大的分子首先流出，

29、相對(duì)分子質(zhì)量小的分子最后流出。流出，相對(duì)分子質(zhì)量小的分子最后流出。（2）用示差折光檢測(cè)儀測(cè)定出試樣相對(duì)分）用示差折光檢測(cè)儀測(cè)定出試樣相對(duì)分子質(zhì)量分布情況。子質(zhì)量分布情況。Ven第四章高分子概述第五節(jié)第五節(jié) 高分子液體的流變性高分子液體的流變性o 高分子材料粘流態(tài)（或濃溶液）流動(dòng)的特征：材料高分子材料粘流態(tài)（或濃溶液）流動(dòng)的特征：材料的形變除有不可逆的流動(dòng)成分外，還有部分可逆的的形變除有不可逆的流動(dòng)成分外，還有部分可逆的彈性形變部分。因此，這種流動(dòng)稱為彈性形變部分。因此，這種流動(dòng)稱為“彈性流動(dòng)彈性流動(dòng)”或或“類橡膠液體流動(dòng)類橡膠液體流動(dòng)”。o 具體表現(xiàn)：具體表現(xiàn)：n粘性流動(dòng)：剪切變稀行為粘性流動(dòng)

30、：剪切變稀行為n彈性形變：擠出脹大、熔體破裂、法向應(yīng)力差等彈性形變：擠出脹大、熔體破裂、法向應(yīng)力差等第四章高分子概述高分子液體的流動(dòng)曲線高分子液體的流動(dòng)曲線牛頓流體牛頓流體l 牛頓流體：牛頓流體： 剪切應(yīng)力與剪切速率成正比剪切應(yīng)力與剪切速率成正比0l 假塑性流體：假塑性流體： 剪切速率增大，表觀粘度降剪切速率增大，表觀粘度降低，呈剪切變稀效應(yīng)低，呈剪切變稀效應(yīng)假塑性流體假塑性流體第四章高分子概述剪切變稀現(xiàn)象剪切變稀現(xiàn)象o 剪切變稀現(xiàn)象：粘度隨剪切速度提高而下降。剪切變稀現(xiàn)象：粘度隨剪切速度提高而下降。o 產(chǎn)生原因：當(dāng)體系所受的剪切應(yīng)力或剪切速率較大時(shí)，產(chǎn)生原因：當(dāng)體系所受的剪切應(yīng)力或剪切速率較大時(shí)，一方面高分子鏈的構(gòu)象發(fā)生明顯變化，這種變化主要一方面高分子鏈的構(gòu)象發(fā)生明顯變化，這種變化主要源于大分子鏈沿流動(dòng)方向取向；另一方面由于過程進(jìn)源于大分子鏈沿流動(dòng)方向取向；另一方面由于過程進(jìn)行速度快，體系沒有足夠的時(shí)間充分松弛，使長(zhǎng)鏈大行速度快，體系沒有足夠的時(shí)間充分松弛，使長(zhǎng)鏈大分子偏離原來的平衡構(gòu)象。取向的大分子間相對(duì)流動(dòng)分子偏離原來的平衡構(gòu)象。取向的大分子間相對(duì)流動(dòng)阻力減小，剪切速率或