高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)_第1頁(yè)
高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)_第2頁(yè)
高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)_第3頁(yè)
高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)_第4頁(yè)
高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩85頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶(hù)提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)高分子凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)及聚合物性能概述及聚合物性能概述主講主講:朱平平朱平平家庭中的聚乙烯制品家庭中的聚乙烯制品身邊的高分子材料身邊的高分子材料聚丙烯制品聚丙烯制品碳纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料由碳纖維和鋁合金由碳纖維和鋁合金制成的賽車(chē)底盤(pán)制成的賽車(chē)底盤(pán)法拉利法拉利F1車(chē)隊(duì)車(chē)隊(duì)橡膠園橡膠園輪胎輪胎手卷鋼琴手卷鋼琴Hand Roll Piano防水紙防水紙(最適用于制成海運(yùn)標(biāo)簽)(最適用于制成海運(yùn)標(biāo)簽)時(shí)代時(shí)代周刊評(píng)出的周刊評(píng)出的2005年最迷人的發(fā)明年最迷人的發(fā)明沖浪板沖浪板(碳纖維復(fù)合材料作外殼)(碳纖維復(fù)合材料作外殼)沖浪板沖浪板( Bodyboarding,聚丙烯內(nèi)核,聚丙烯內(nèi)核

2、)無(wú)氣輪胎無(wú)氣輪胎(Michelin)多功能吸塵器多功能吸塵器 壁虎膠帶壁虎膠帶仿生干型高分子粘合材料仿生干型高分子粘合材料 聚酰亞胺薄膜聚酰亞胺薄膜 利用全范德華力作用原理微制造而成利用全范德華力作用原理微制造而成 具有緊密排列的規(guī)整微突起結(jié)構(gòu)具有緊密排列的規(guī)整微突起結(jié)構(gòu) 1cm2: 3N(300g)蜘蛛人玩具蜘蛛人玩具:高高15cm15cm重重40g40g覆蓋覆蓋0.5cm0.5cm2 2壁虎膠帶壁虎膠帶Autumn K.,et al, Nature,2000,405:681-685Autumn K.,et al, Proc.Natl.Acad.Sci.,USA, 2002, 99: 12

3、252-12256壁虎的腳上壁虎的腳上覆蓋了一層非常細(xì)小的絨毛覆蓋了一層非常細(xì)小的絨毛 壁虎及其腳趾的壁虎及其腳趾的“英姿英姿”壁虎飛檐走壁的奧秘完全的范德華力壁虎飛檐走壁的奧秘完全的范德華力聚酰亞胺聚酰亞胺(PI)微突起的電鏡照片微突起的電鏡照片(單個(gè)微突起:直徑(單個(gè)微突起:直徑0.5m,高,高2m,間隔,間隔1.6m)單個(gè)微突起單個(gè)微突起: 200nN PI膠帶膠帶: 1cm2 3N(300g),200cm2 600N(60Kg) 干型粘合,反復(fù)使用干型粘合,反復(fù)使用干型高分子粘合劑的干型高分子粘合劑的仿生探索設(shè)計(jì):仿生探索設(shè)計(jì):可能獲得類(lèi)似于剛毛的粘合力可能獲得類(lèi)似于剛毛的粘合力壁虎的

4、剛毛結(jié)構(gòu)壁虎的剛毛結(jié)構(gòu)大量的規(guī)整微突起結(jié)構(gòu)大量的規(guī)整微突起結(jié)構(gòu)ab a. 壁虎腳單根剛毛壁虎腳單根剛毛 b. 每根剛毛末端的細(xì)分叉每根剛毛末端的細(xì)分叉玉米塑料玉米塑料 化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu) 材料性能材料性能凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)凝聚態(tài)結(jié)構(gòu) 制品性能制品性能電子態(tài)結(jié)構(gòu)電子態(tài)結(jié)構(gòu) 材料功能材料功能分子運(yùn)動(dòng)高聚物結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系高聚物結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系:流變學(xué)凝聚態(tài)物理H.Staudinger( 1953年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)):年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)):高分子是由多價(jià)原子彼此以主價(jià)鍵結(jié)合而成的長(zhǎng)鏈狀高分子是由多價(jià)原子彼此以主價(jià)鍵結(jié)合而成的長(zhǎng)鏈狀分子分子長(zhǎng)鏈中的結(jié)構(gòu)單元數(shù)很大(長(zhǎng)鏈中的結(jié)構(gòu)單元數(shù)很大(102105),一個(gè)結(jié)構(gòu)

5、單),一個(gè)結(jié)構(gòu)單元相當(dāng)于一個(gè)小分子元相當(dāng)于一個(gè)小分子高分子的分子量一般為(高分子的分子量一般為(104107)結(jié)構(gòu):物質(zhì)的組成單元(原子或分子)之間在相結(jié)構(gòu):物質(zhì)的組成單元(原子或分子)之間在相互吸引和排斥作用達(dá)到平衡時(shí)的空間排列?;ノ团懦庾饔眠_(dá)到平衡時(shí)的空間排列。高聚物:高聚物:高分子高分子的聚集體的聚集體高聚物的多層次結(jié)構(gòu)高聚物的多層次結(jié)構(gòu):鏈結(jié)構(gòu)鏈結(jié)構(gòu)近程結(jié)構(gòu)(一級(jí)結(jié)構(gòu),化學(xué)結(jié)構(gòu))近程結(jié)構(gòu)(一級(jí)結(jié)構(gòu),化學(xué)結(jié)構(gòu))凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)(三級(jí)結(jié)構(gòu),凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)(三級(jí)結(jié)構(gòu), 高分子鏈之間排列和堆砌而成高分子鏈之間排列和堆砌而成 的結(jié)構(gòu))的結(jié)構(gòu))遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)(二級(jí)結(jié)構(gòu),遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)(二級(jí)結(jié)構(gòu), 柔性與剛性,形態(tài)和

6、尺寸)柔性與剛性,形態(tài)和尺寸)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象:有機(jī)化合物分子中,由于單鍵的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致構(gòu)象:有機(jī)化合物分子中,由于單鍵的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致碳原子上結(jié)合的原子或基團(tuán)相對(duì)位置發(fā)生改變,碳原子上結(jié)合的原子或基團(tuán)相對(duì)位置發(fā)生改變,因而產(chǎn)生分子在空間的不同排列方式。因而產(chǎn)生分子在空間的不同排列方式。3個(gè)可能的較穩(wěn)定構(gòu)象(反式、左旁式、右旁式個(gè)可能的較穩(wěn)定構(gòu)象(反式、左旁式、右旁式)碳鏈高分子中碳鏈高分子中C-C單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)to長(zhǎng)鏈高分子,如聚乙烯分子:長(zhǎng)鏈高分子,如聚乙烯分子: 若全取反式構(gòu)象:分子鏈呈鋸齒形的伸展鏈若全取反式構(gòu)象:分子鏈呈鋸齒形的伸展鏈 不全取反式構(gòu)象:分子鏈發(fā)生彎曲不全取反式構(gòu)象

7、:分子鏈發(fā)生彎曲10000個(gè)個(gè)C-C單鍵:?jiǎn)捂I:3100001.3104770個(gè)可能的構(gòu)象個(gè)可能的構(gòu)象 取反式、左右式能量差別不大,出現(xiàn)的概率差取反式、左右式能量差別不大,出現(xiàn)的概率差別較小別較小 由于熱運(yùn)動(dòng),構(gòu)象經(jīng)常在改變由于熱運(yùn)動(dòng),構(gòu)象經(jīng)常在改變 高分子的構(gòu)象是統(tǒng)計(jì)性的高分子的構(gòu)象是統(tǒng)計(jì)性的在室溫下相鄰鍵取什么構(gòu)在室溫下相鄰鍵取什么構(gòu)象的概率差別不大,由于象的概率差別不大,由于熱運(yùn)動(dòng),構(gòu)象不斷在改變,熱運(yùn)動(dòng),構(gòu)象不斷在改變,高分子鏈無(wú)規(guī)彎曲,自發(fā)高分子鏈無(wú)規(guī)彎曲,自發(fā)地呈蜷曲形態(tài),使構(gòu)象熵地呈蜷曲形態(tài),使構(gòu)象熵趨于最大。趨于最大。高分子鏈柔性的實(shí)質(zhì):高分子鏈柔性的實(shí)質(zhì):線(xiàn)形高分子鏈的末端距

8、線(xiàn)形高分子鏈的末端距(可用無(wú)規(guī)行走模型處理)(可用無(wú)規(guī)行走模型處理)線(xiàn)形高分子鏈線(xiàn)形高分子鏈的局部鏈節(jié)的局部鏈節(jié)h末端距末端距 h鏈的兩個(gè)末端之間的距離:鏈的兩個(gè)末端之間的距離:完全伸直鏈:完全伸直鏈:無(wú)規(guī)彎曲鏈(高斯鏈)無(wú)規(guī)彎曲鏈(高斯鏈) :例如:PE:hN伸直鏈1 2hN蜷曲鏈100hh伸直鏈蜷曲鏈1 2hhN伸直鏈蜷曲鏈410N 52.8 10M to支化高分子支化高分子樹(shù)形高分子樹(shù)形高分子螺旋形高分子鏈螺旋形高分子鏈納米樹(shù)形高分子納米樹(shù)形高分子(納米在藥物輸運(yùn)中的應(yīng)用)(納米在藥物輸運(yùn)中的應(yīng)用)作為藥物載體的樹(shù)狀高分子作為藥物載體的樹(shù)狀高分子 把樹(shù)形高分子設(shè)計(jì)得只在把樹(shù)形高分子設(shè)計(jì)得

9、只在適當(dāng)?shù)挠|發(fā)分子存在的情適當(dāng)?shù)挠|發(fā)分子存在的情況下自動(dòng)地膨脹并釋放出況下自動(dòng)地膨脹并釋放出藥物藥物 使定制的樹(shù)形高分子恰好使定制的樹(shù)形高分子恰好在需要治療的組織或器官在需要治療的組織或器官內(nèi)釋放出其運(yùn)載的藥物內(nèi)釋放出其運(yùn)載的藥物。 有許多分子凝聚在一起所形成的狀態(tài)有許多分子凝聚在一起所形成的狀態(tài) 多根據(jù)分子熱運(yùn)動(dòng)和力學(xué)性能特征來(lái)區(qū)分多根據(jù)分子熱運(yùn)動(dòng)和力學(xué)性能特征來(lái)區(qū)分 物體抵抗外來(lái)的變形作用的能力,有無(wú)固物體抵抗外來(lái)的變形作用的能力,有無(wú)固定的形狀及體積來(lái)區(qū)分定的形狀及體積來(lái)區(qū)分凝聚態(tài):凝聚態(tài):212BmuE平均動(dòng)能勝過(guò)勢(shì)能時(shí),物質(zhì)處于氣態(tài)。平均動(dòng)能勝過(guò)勢(shì)能時(shí),物質(zhì)處于氣態(tài)。212BmuE勢(shì)

10、能勝過(guò)平均動(dòng)能時(shí),物質(zhì)處于固態(tài)。勢(shì)能勝過(guò)平均動(dòng)能時(shí),物質(zhì)處于固態(tài)。212BmuE兩者勢(shì)均力敵時(shí),物質(zhì)處于液態(tài)。兩者勢(shì)均力敵時(shí),物質(zhì)處于液態(tài)。物質(zhì)三態(tài)的由來(lái):物質(zhì)三態(tài)的由來(lái):改變溫度:改變溫度: 氣態(tài)氣態(tài) 液態(tài)液態(tài) 固態(tài)固態(tài) 如:水蒸氣如:水蒸氣 水水 冰冰 改變濃度:改變濃度: 如:糖水如:糖水 糖漿糖漿 糖塊糖塊 稀溶液稀溶液 濃溶液濃溶液 固體固體 共價(jià)鍵鍵能共價(jià)鍵鍵能: :100-900kJ/mol 范德華力作用能范德華力作用能: : 0.8-21kJ/mol 偶極力:偶極力:13-21kJ/mol 誘導(dǎo)力:誘導(dǎo)力:6-13kJ/mol 色散力:色散力:0.8-8kJ/mol 氫鍵:氫鍵

11、:40kJ/mol 小分子間相互作用能小分子間相互作用能 鏈單元間的內(nèi)聚力鏈單元間的內(nèi)聚力, , 線(xiàn)線(xiàn)團(tuán)擴(kuò)張團(tuán)擴(kuò)張, , 大大, ,線(xiàn)團(tuán)對(duì)溶劑流動(dòng)的擾亂大線(xiàn)團(tuán)對(duì)溶劑流動(dòng)的擾亂大, , 值很大。值很大。 2h 交聯(lián)高聚物的溶脹(不可能溶解):交聯(lián)高聚物的溶脹(不可能溶解):溶脹平衡:溶脹平衡: 溶劑的擴(kuò)散力分子網(wǎng)的彈性回縮力溶劑的擴(kuò)散力分子網(wǎng)的彈性回縮力注意:注意: 溶脹程度與溫度、溶劑以及交聯(lián)度有關(guān)溶脹程度與溫度、溶劑以及交聯(lián)度有關(guān) 交聯(lián)度高的樣品甚至不能溶脹交聯(lián)度高的樣品甚至不能溶脹(強(qiáng)硬的分子網(wǎng)絡(luò)和失去柔順性的鏈,溶劑分子(強(qiáng)硬的分子網(wǎng)絡(luò)和失去柔順性的鏈,溶劑分子難以鉆入鏈單元之間。)難以

12、鉆入鏈單元之間。)極稀溶液極稀溶液 稀溶液、亞濃溶液稀溶液、亞濃溶液 濃溶液濃溶液 極濃溶液極濃溶液 固體固體(良溶劑良溶劑)Cs C* Ce C+ 0.01% 0.5-10% 10孤立線(xiàn)團(tuán)孤立線(xiàn)團(tuán) 鏈間相互作用鏈間相互作用 物理網(wǎng)物理網(wǎng) 相互穿透高分子鏈相互穿透高分子鏈降溫加非溶劑線(xiàn)團(tuán)收縮線(xiàn)團(tuán)收縮鏈內(nèi)凝聚鏈內(nèi)凝聚緊縮球粒緊縮球粒流動(dòng)態(tài)流動(dòng)態(tài)(非晶態(tài))(非晶態(tài)) 單鏈凝聚態(tài)單鏈凝聚態(tài) 多鏈凝聚態(tài)多鏈凝聚態(tài)極稀溶液極稀溶液 (良溶劑良溶劑):孤立的溶脹線(xiàn)團(tuán):孤立的溶脹線(xiàn)團(tuán)(由于同一高分子鏈上鏈單元由于同一高分子鏈上鏈單元間的相斥作用間的相斥作用)稀溶液稀溶液: Cs (動(dòng)態(tài)接觸濃度動(dòng)態(tài)接觸濃度)

13、,高分子鏈開(kāi)始感受到其它鏈的相斥,高分子鏈開(kāi)始感受到其它鏈的相斥作用,但并沒(méi)有接觸,溶脹線(xiàn)團(tuán)開(kāi)始收縮,尺寸減小作用,但并沒(méi)有接觸,溶脹線(xiàn)團(tuán)開(kāi)始收縮,尺寸減小亞濃溶液亞濃溶液: C*(接觸濃度接觸濃度),但是無(wú)法計(jì)算,但是無(wú)法計(jì)算C* 濃溶液濃溶液: Ce(分子鏈的纏結(jié)濃度分子鏈的纏結(jié)濃度),鏈開(kāi)始相互穿透,形成物理網(wǎng),鏈開(kāi)始相互穿透,形成物理網(wǎng),分子量的意義失去,鏈單元空間分布仍不均勻。除了溶劑的溶脹分子量的意義失去,鏈單元空間分布仍不均勻。除了溶劑的溶脹作用外,還要考慮線(xiàn)團(tuán)在交疊穿透時(shí)發(fā)生的屏蔽作用。作用外,還要考慮線(xiàn)團(tuán)在交疊穿透時(shí)發(fā)生的屏蔽作用。極濃溶液極濃溶液:C+ ,高分子鏈充分相互穿

14、透,鏈內(nèi)作用被鏈間作用完全高分子鏈充分相互穿透,鏈內(nèi)作用被鏈間作用完全屏蔽,呈高斯鏈形態(tài)。鏈單元空間密度達(dá)到一致,隨著濃度的增屏蔽,呈高斯鏈形態(tài)。鏈單元空間密度達(dá)到一致,隨著濃度的增加,分子鏈相互穿透的程度逐漸增加。加,分子鏈相互穿透的程度逐漸增加。非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體:高斯鏈。:高斯鏈。極稀溶液極稀溶液濃溶液濃溶液固體固體高分子鏈高分子鏈相互穿透相互穿透孤立線(xiàn)團(tuán)孤立線(xiàn)團(tuán)高分子凝聚態(tài)的特點(diǎn):高分子凝聚態(tài)的特點(diǎn):高聚物具有較明顯的過(guò)冷液態(tài)高聚物具有較明顯的過(guò)冷液態(tài)玻璃態(tài)玻璃態(tài)特殊的高彈態(tài)(具有高彈性)特殊的高彈態(tài)(具有高彈性)晶區(qū)與非晶區(qū)共存晶區(qū)與非晶區(qū)共存取向態(tài)比較特殊取向態(tài)比較特殊粘流態(tài)的粘

15、度特別大粘流態(tài)的粘度特別大單鏈也能形成凝聚態(tài)單鏈也能形成凝聚態(tài)玻璃態(tài)的形成原因:玻璃態(tài)的形成原因: 結(jié)構(gòu)無(wú)序的液體結(jié)構(gòu)無(wú)序的液體 結(jié)構(gòu)無(wú)序的固體結(jié)構(gòu)無(wú)序的固體Tg用快速冷卻的方法避免結(jié)晶的形成:用快速冷卻的方法避免結(jié)晶的形成:體系體系冷卻速度冷卻速度無(wú)定形高聚物無(wú)定形高聚物(不能結(jié)晶)(不能結(jié)晶)SiO210-4K/s金屬合金金屬合金105 K/sa-Ge, a-Si108 K/s無(wú)無(wú)機(jī)玻璃:一般的冷卻速率機(jī)玻璃:一般的冷卻速率(10-4-10-1K/s),體系粘度,體系粘度大,很容易形成玻璃體大,很容易形成玻璃體金屬或合金:潑濺淬火金屬或合金:潑濺淬火(splat quenching, 10

16、6K/s) 熔態(tài)旋淬熔態(tài)旋淬(melt spinning) 激光玻璃化技術(shù)激光玻璃化技術(shù)(1010 1012K/s) (淬火條件非??量蹋ù慊饤l件非??量蹋?聚合物:一般的工藝條件即可,玻璃化轉(zhuǎn)變是高聚聚合物:一般的工藝條件即可,玻璃化轉(zhuǎn)變是高聚物的一種普遍現(xiàn)象,玻璃化溫度物的一種普遍現(xiàn)象,玻璃化溫度Tg是高聚物的重要的是高聚物的重要的特征溫度。特征溫度。玻璃態(tài)的形成條件:玻璃態(tài)的形成條件: 堅(jiān)硬的固體堅(jiān)硬的固體 柔軟的彈性體柔軟的彈性體Tg聚合物具有較明顯的過(guò)冷液態(tài)聚合物具有較明顯的過(guò)冷液態(tài)玻璃態(tài):玻璃態(tài): 分子大分子大 分子間作用力大,各部分相互牽制分子間作用力大,各部分相互牽制 要使整

17、條分子鏈很好地排入晶格,必須有足夠要使整條分子鏈很好地排入晶格,必須有足夠的動(dòng)能和時(shí)間的動(dòng)能和時(shí)間 還要求所有鏈段相互協(xié)調(diào)還要求所有鏈段相互協(xié)調(diào) 上面的條件往往難以達(dá)到,因而聚合物很容易上面的條件往往難以達(dá)到,因而聚合物很容易形成過(guò)冷液態(tài)形成過(guò)冷液態(tài)玻璃態(tài)玻璃態(tài)聚合物的玻璃態(tài):聚合物的玻璃態(tài): 日常應(yīng)用的許多塑料制品,在日常應(yīng)用的許多塑料制品,在使用條件下都或多或少存在于使用條件下都或多或少存在于玻璃態(tài)下玻璃態(tài)下 玻璃態(tài)聚合物是一個(gè)固體玻璃態(tài)聚合物是一個(gè)固體 內(nèi)部的大分子鏈呈相對(duì)無(wú)規(guī)或非晶排列內(nèi)部的大分子鏈呈相對(duì)無(wú)規(guī)或非晶排列 遠(yuǎn)程無(wú)序,類(lèi)似于液體(液相)遠(yuǎn)程無(wú)序,類(lèi)似于液體(液相) 分子鏈呈

18、無(wú)擾的無(wú)規(guī)線(xiàn)團(tuán)形態(tài)(可用無(wú)規(guī)行走模型分子鏈呈無(wú)擾的無(wú)規(guī)線(xiàn)團(tuán)形態(tài)(可用無(wú)規(guī)行走模型來(lái)描述)來(lái)描述)有機(jī)玻璃音響有機(jī)玻璃音響戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)艙罩戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)艙罩高度透明性高度透明性目前最優(yōu)良的高分子透明材料,透光率達(dá)到目前最優(yōu)良的高分子透明材料,透光率達(dá)到92,比玻璃的透光度,比玻璃的透光度高。高。機(jī)械強(qiáng)度高機(jī)械強(qiáng)度高抗拉伸和抗沖擊的能力比普通玻璃高抗拉伸和抗沖擊的能力比普通玻璃高718倍倍經(jīng)過(guò)加熱和拉伸處理過(guò)的有機(jī)玻璃,韌性有顯著提高經(jīng)過(guò)加熱和拉伸處理過(guò)的有機(jī)玻璃,韌性有顯著提高即使釘子穿透了,有機(jī)玻璃上也不產(chǎn)生裂紋即使釘子穿透了,有機(jī)玻璃上也不產(chǎn)生裂紋被子彈擊穿后同樣不會(huì)破成碎片被子彈擊穿后同樣不會(huì)破成碎

19、片防彈玻璃,軍用飛機(jī)上的座艙蓋防彈玻璃,軍用飛機(jī)上的座艙蓋 重量輕重量輕1.18g/cm3,普通玻璃的一半,金屬鋁(屬于輕金屬)的,普通玻璃的一半,金屬鋁(屬于輕金屬)的43易于加工易于加工能用車(chē)床進(jìn)行切削,鉆床進(jìn)行鉆孔能用車(chē)床進(jìn)行切削,鉆床進(jìn)行鉆孔能用丙酮、氯仿等粘結(jié)成各種形狀的器具能用丙酮、氯仿等粘結(jié)成各種形狀的器具也能用吹塑、注射、擠出等塑料成型的方法加工也能用吹塑、注射、擠出等塑料成型的方法加工 聚甲基丙烯酸甲酯(有機(jī)玻璃)聚甲基丙烯酸甲酯(有機(jī)玻璃): : Tg=105 室溫下,堅(jiān)硬且透明室溫下,堅(jiān)硬且透明 當(dāng)當(dāng)TTg時(shí),時(shí),開(kāi)始出現(xiàn)類(lèi)似橡膠的高彈性開(kāi)始出現(xiàn)類(lèi)似橡膠的高彈性 天然橡膠

20、(順式天然橡膠(順式- -聚異戊二烯)聚異戊二烯): : Tg= -73 室溫下,是柔軟而富有彈性的材料室溫下,是柔軟而富有彈性的材料 而在而在-100時(shí)時(shí)卻是像玻璃一樣硬而脆的固體卻是像玻璃一樣硬而脆的固體 :塑料的使用上限溫度,橡膠的使用下限溫度。:塑料的使用上限溫度,橡膠的使用下限溫度。 gT 堅(jiān)硬的固體堅(jiān)硬的固體 柔軟的彈性體柔軟的彈性體(玻璃態(tài))(玻璃態(tài)) (高彈態(tài))(高彈態(tài))Tg例如:例如:形成玻璃態(tài)的外界條件:形成玻璃態(tài)的外界條件: 溫度(將熔體淬冷到玻璃化溫度以下)溫度(將熔體淬冷到玻璃化溫度以下) 外力作用速率外力作用速率飛機(jī)輪胎飛機(jī)輪胎汽車(chē)輪胎汽車(chē)輪胎 橡膠橡膠塑料(外力作

21、用的頻率增加塑料(外力作用的頻率增加,分子運(yùn)動(dòng)狀分子運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)發(fā)生變化)態(tài)發(fā)生變化) 時(shí)間與溫度具有等同的作用效果,可以相互轉(zhuǎn)換時(shí)間與溫度具有等同的作用效果,可以相互轉(zhuǎn)換(時(shí)溫等效原理)(時(shí)溫等效原理) 堅(jiān)硬的固體堅(jiān)硬的固體 柔軟的彈性體柔軟的彈性體 粘性液粘性液體體 TgTf 玻璃態(tài)玻璃態(tài) 高彈態(tài)高彈態(tài) 粘流態(tài)粘流態(tài) TgTf橡膠園橡膠園輪胎輪胎 高彈性高彈性熵彈性:熵彈性:把天然橡膠樹(shù)汁把天然橡膠樹(shù)汁涂在腳上涂在腳上樹(shù)汁變硬樹(shù)汁變硬人類(lèi)第一雙人類(lèi)第一雙“靴子靴子”2500年前的一天年前的一天線(xiàn)形高分子鏈線(xiàn)形高分子鏈交聯(lián)高分子交聯(lián)高分子高分子鏈的局部高分子鏈的局部無(wú)外力作用時(shí)的高分子鏈無(wú)外力

22、作用時(shí)的高分子鏈高分子鏈的柔性高分子鏈的柔性高聚物的高彈性高聚物的高彈性受拉伸力作用時(shí)的高分子鏈?zhǔn)芾炝ψ饔脮r(shí)的高分子鏈硫化技術(shù)硫化技術(shù)高分子鏈間的化學(xué)交聯(lián)高分子鏈間的化學(xué)交聯(lián)“飛足飛足”標(biāo)志,取其標(biāo)志,取其“迅捷迅捷”之意之意1839年年獨(dú)有的熵彈性獨(dú)有的熵彈性(高分子鏈構(gòu)象熵的改變)高分子鏈構(gòu)象熵的改變): 注意:熵在聚合物體系中扮演非常重要的角色注意:熵在聚合物體系中扮演非常重要的角色蜷曲的高分子鏈蜷曲的高分子鏈伸直鏈伸直鏈蜷曲的高分子鏈蜷曲的高分子鏈拉伸力拉伸力除去外力除去外力 橡皮筋受熱時(shí)伸長(zhǎng)嗎?橡皮筋受熱時(shí)伸長(zhǎng)嗎? 由于高分子鏈的特點(diǎn),橡皮筋將收縮。由于高分子鏈的特點(diǎn),橡皮筋將收縮

23、。熵彈性熵彈性 橡膠高彈性特點(diǎn):橡膠高彈性特點(diǎn): 可逆彈性形變大可逆彈性形變大最高可達(dá)最高可達(dá)1000,而金屬材料的彈性形變一般不超過(guò),而金屬材料的彈性形變一般不超過(guò)1 彈性模量小彈性模量小約為約為105N/m2,而一般金屬的彈性模量可達(dá)而一般金屬的彈性模量可達(dá)1010N/m2 時(shí)間依賴(lài)性時(shí)間依賴(lài)性橡膠在受到外力時(shí),應(yīng)變是隨時(shí)間發(fā)展的,但最終趨于橡膠在受到外力時(shí),應(yīng)變是隨時(shí)間發(fā)展的,但最終趨于一個(gè)平衡值一個(gè)平衡值 高彈模量隨溫度升高而正比地增加高彈模量隨溫度升高而正比地增加而金屬材料的彈性模量隨溫度增加而減小而金屬材料的彈性模量隨溫度增加而減小 在快速拉伸時(shí),高彈材料的溫度升高在快速拉伸時(shí),高

24、彈材料的溫度升高 而金屬材料則相反而金屬材料則相反 它有穩(wěn)定的尺寸,在小形變時(shí),其彈性響應(yīng)符它有穩(wěn)定的尺寸,在小形變時(shí),其彈性響應(yīng)符合胡克定律,像個(gè)固體;合胡克定律,像個(gè)固體; 它的熱膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)又與液體有相它的熱膨脹系數(shù)和等溫壓縮系數(shù)又與液體有相同的數(shù)量級(jí),表明高彈態(tài)時(shí)高分子間相互作用與同的數(shù)量級(jí),表明高彈態(tài)時(shí)高分子間相互作用與液體的相似;液體的相似; 在高彈態(tài)時(shí)導(dǎo)致形變的應(yīng)力隨溫度增加而增加,在高彈態(tài)時(shí)導(dǎo)致形變的應(yīng)力隨溫度增加而增加,又與氣體的壓強(qiáng)隨溫度升高而增加有相似性。又與氣體的壓強(qiáng)隨溫度升高而增加有相似性。高聚物在高彈態(tài)的力學(xué)行為是特殊的:高聚物在高彈態(tài)的力學(xué)行為是特殊的:

25、橡膠在室溫就呈現(xiàn)高彈性橡膠在室溫就呈現(xiàn)高彈性 在室溫是塑料的高聚物(有機(jī)玻璃)在溫度高在室溫是塑料的高聚物(有機(jī)玻璃)在溫度高于玻璃化溫度時(shí)出現(xiàn)類(lèi)似橡膠的高彈性于玻璃化溫度時(shí)出現(xiàn)類(lèi)似橡膠的高彈性 一種高聚物,是塑料還是橡膠,常??梢杂蓽匾环N高聚物,是塑料還是橡膠,常??梢杂蓽囟葋?lái)決定度來(lái)決定高聚物的高彈性主要是起因于它的構(gòu)象熵的改高聚物的高彈性主要是起因于它的構(gòu)象熵的改變變熵彈性熵彈性 堅(jiān)硬的固體堅(jiān)硬的固體 柔軟的彈性體柔軟的彈性體 粘性液粘性液體體 TgTf 玻璃態(tài)玻璃態(tài) 高彈態(tài)高彈態(tài) 粘流態(tài)粘流態(tài) TgTf結(jié)晶:結(jié)晶: 高聚物結(jié)晶困難高聚物結(jié)晶困難 (細(xì)長(zhǎng)而蜷曲的高分子鏈如何作規(guī)整排列?)

26、細(xì)長(zhǎng)而蜷曲的高分子鏈如何作規(guī)整排列?) 高聚物晶態(tài)的有序程度要比小分子物質(zhì)差得多高聚物晶態(tài)的有序程度要比小分子物質(zhì)差得多(單晶也有鏈彎曲的部分)單晶也有鏈彎曲的部分) 在非常特殊條件下高聚物才能形成單晶在非常特殊條件下高聚物才能形成單晶 片晶厚度片晶厚度 整鏈的伸直長(zhǎng)度整鏈的伸直長(zhǎng)度(高分子鏈必然在片晶內(nèi)有規(guī)地或無(wú)規(guī)地來(lái)回折疊)高分子鏈必然在片晶內(nèi)有規(guī)地或無(wú)規(guī)地來(lái)回折疊) 不能用重結(jié)晶方法來(lái)提純高聚物不能用重結(jié)晶方法來(lái)提純高聚物小分子晶體與大分子晶體:小分子晶體與大分子晶體:小分子晶體小分子晶體 結(jié)晶度結(jié)晶度100%的晶體的晶體 各向異性各向異性 重結(jié)晶重結(jié)晶(純化方法純化方法)高分子晶體高分

27、子晶體 大多數(shù)結(jié)晶高聚物是大多數(shù)結(jié)晶高聚物是半結(jié)晶的半結(jié)晶的 一般條件下,最高結(jié)一般條件下,最高結(jié)晶度為晶度為7080 高聚物晶體:由許多高聚物晶體:由許多向各個(gè)方向排列的較向各個(gè)方向排列的較細(xì)小的晶體組成細(xì)小的晶體組成 結(jié)晶高聚物通常是各結(jié)晶高聚物通常是各向同性的向同性的取向現(xiàn)象取向現(xiàn)象: 高分子鏈結(jié)構(gòu)懸殊的不對(duì)稱(chēng)性:長(zhǎng)度是寬度的幾百、幾高分子鏈結(jié)構(gòu)懸殊的不對(duì)稱(chēng)性:長(zhǎng)度是寬度的幾百、幾千甚至幾萬(wàn)倍千甚至幾萬(wàn)倍 在外力作用下,很容易沿某特定方向作占優(yōu)勢(shì)的平行排在外力作用下,很容易沿某特定方向作占優(yōu)勢(shì)的平行排列列取向取向 取向態(tài)是與具有一定程度的一維或二維有序性相關(guān)(纖取向態(tài)是與具有一定程度的一

28、維或二維有序性相關(guān)(纖維或薄膜)維或薄膜) 結(jié)晶態(tài)則是三維有序的結(jié)晶態(tài)則是三維有序的 纖維材料多采用結(jié)晶高聚物(?)纖維材料多采用結(jié)晶高聚物(?)戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)艙罩戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)艙罩安全帽安全帽防彈玻璃防彈玻璃手電筒手電筒(高強(qiáng)度尼龍纖維制成的筒身)(高強(qiáng)度尼龍纖維制成的筒身)supermileage比賽冠軍比賽冠軍(碳纖維材料的輕騎兵(碳纖維材料的輕騎兵)間位聚芳酰胺間位聚芳酰胺F1 賽車(chē)服賽車(chē)服仿生可植入仿生可植入裝置裝置這種裝置是一種粗糙的內(nèi)部繃這種裝置是一種粗糙的內(nèi)部繃帶帶看起來(lái)象是一張精致的小型裝看起來(lái)象是一張精致的小型裝飾桌布飾桌布該裝置還有繡花圖案,模仿的該裝置還有繡花圖案,模仿的是人體的腱

29、組織的強(qiáng)度和彈性是人體的腱組織的強(qiáng)度和彈性.用標(biāo)準(zhǔn)的外科聚酯手術(shù)線(xiàn)制成用標(biāo)準(zhǔn)的外科聚酯手術(shù)線(xiàn)制成一旦被植入肌肉和骨骼之間,一旦被植入肌肉和骨骼之間,該裝置就永遠(yuǎn)不會(huì)移位。它作該裝置就永遠(yuǎn)不會(huì)移位。它作為人體細(xì)胞的一部分一起生長(zhǎng)為人體細(xì)胞的一部分一起生長(zhǎng).聚合物纖維:聚合物纖維:纖維材料纖維材料抗拉模量抗拉模量 (GPa)抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度(GPa)密度密度(g/cm3)芳香族聚酰胺芳香族聚酰胺1253.51.45聚對(duì)苯苯并二噻唑聚對(duì)苯苯并二噻唑3264.11.58聚對(duì)苯苯并二嗡唑聚對(duì)苯苯并二嗡唑3605.71.58尼龍尼龍61.01.14伸直鏈聚乙烯纖維伸直鏈聚乙烯纖維17231.0鋼鋼2002

30、.87.8鋁合金鋁合金710.62.7蜘蛛絲蜘蛛絲人造蜘蛛絲人造蜘蛛絲生物鋼絲生物鋼絲蜘蛛絲的彈性與韌性為什么都好?蜘蛛絲的彈性與韌性為什么都好? 蜘蛛絲雖細(xì),但承受的張力可達(dá)蜘蛛絲雖細(xì),但承受的張力可達(dá)3克重克重 即使拉伸即使拉伸10倍以上也不會(huì)斷掉倍以上也不會(huì)斷掉 它的強(qiáng)度是同樣粗細(xì)的鋼絲的它的強(qiáng)度是同樣粗細(xì)的鋼絲的5倍倍 是強(qiáng)度最大的天然高分子化合物是強(qiáng)度最大的天然高分子化合物 主要成份是氨基酸組成的蛋白質(zhì)類(lèi)高分子化合物主要成份是氨基酸組成的蛋白質(zhì)類(lèi)高分子化合物 由于它呈酸性而且含有殺菌物質(zhì),故不易發(fā)霉由于它呈酸性而且含有殺菌物質(zhì),故不易發(fā)霉 蜘蛛絲含有吸濕的吡咯烷酮,盡管在自然界免不了

31、遭蜘蛛絲含有吸濕的吡咯烷酮,盡管在自然界免不了遭受風(fēng)吹、雨打和日曬,卻仍然保持一定的粘著力受風(fēng)吹、雨打和日曬,卻仍然保持一定的粘著力 蜘蛛網(wǎng)還具有優(yōu)美的對(duì)稱(chēng)性,怎么看都是生物建筑學(xué)蜘蛛網(wǎng)還具有優(yōu)美的對(duì)稱(chēng)性,怎么看都是生物建筑學(xué)上的重要成果上的重要成果 在納米尺度上蜘蛛絲結(jié)構(gòu)形同一根極細(xì)的螺旋在納米尺度上蜘蛛絲結(jié)構(gòu)形同一根極細(xì)的螺旋線(xiàn)線(xiàn) 看上去像長(zhǎng)長(zhǎng)的浸泡過(guò)某種液體的看上去像長(zhǎng)長(zhǎng)的浸泡過(guò)某種液體的“彈簧彈簧” 當(dāng)它被拉伸時(shí),像當(dāng)它被拉伸時(shí),像“彈簧彈簧”一樣會(huì)竭力返回原一樣會(huì)竭力返回原來(lái)的長(zhǎng)度來(lái)的長(zhǎng)度 而當(dāng)它縮短時(shí),本身又會(huì)吸收振動(dòng)能量并轉(zhuǎn)變而當(dāng)它縮短時(shí),本身又會(huì)吸收振動(dòng)能量并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮転闊崮軍W

32、妙被揭開(kāi):奧妙被揭開(kāi): 蜘蛛和蠶不同,很難進(jìn)行大規(guī)模的人蜘蛛和蠶不同,很難進(jìn)行大規(guī)模的人工飼養(yǎng)工飼養(yǎng) 要在化工廠(chǎng)中造出有蛛絲特性的人造要在化工廠(chǎng)中造出有蛛絲特性的人造纖維,人類(lèi)目前的技術(shù)與工藝均無(wú)可能纖維,人類(lèi)目前的技術(shù)與工藝均無(wú)可能 采用基因工程的辦法,將蜘蛛的基因采用基因工程的辦法,將蜘蛛的基因植進(jìn)入山羊細(xì)胞的植進(jìn)入山羊細(xì)胞的DNA中,培育出了能中,培育出了能在乳汁中分泌蜘蛛絲蛋白的新品種山羊在乳汁中分泌蜘蛛絲蛋白的新品種山羊 使使“生物鋼材生物鋼材”的大規(guī)模生產(chǎn)成為可的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能能 用其組合成牢固的復(fù)合材料用于宇航用其組合成牢固的復(fù)合材料用于宇航和汽車(chē)工業(yè)和汽車(chē)工業(yè) 制造外科手術(shù)

33、縫合線(xiàn)和防彈背心的理制造外科手術(shù)縫合線(xiàn)和防彈背心的理想材料想材料 基因工程讓我們基因工程讓我們“種豆得瓜種豆得瓜”了了種豆得瓜種豆得瓜能在乳汁中分泌絲蛋白的新品種山羊能在乳汁中分泌絲蛋白的新品種山羊單根高分子鏈單根高分子鏈 凝聚態(tài):凝聚態(tài): 凝聚態(tài):許多分子聚集在一起凝聚態(tài):許多分子聚集在一起 一個(gè)孤立的小分子不存在分子間的相互作用,當(dāng)一個(gè)孤立的小分子不存在分子間的相互作用,當(dāng)然沒(méi)有分子凝聚態(tài)然沒(méi)有分子凝聚態(tài) 一個(gè)高分子鏈有成千上萬(wàn)個(gè)單體單元,存在鏈單一個(gè)高分子鏈有成千上萬(wàn)個(gè)單體單元,存在鏈單元間的相互作用元間的相互作用 單鏈凝聚態(tài)(液態(tài)、高彈態(tài)、晶態(tài))單鏈凝聚態(tài)(液態(tài)、高彈態(tài)、晶態(tài)) 單個(gè)高

34、分子鏈以一種凝聚態(tài)存在是高分子單個(gè)高分子鏈以一種凝聚態(tài)存在是高分子特有特有的的單鏈試樣的制備:?jiǎn)捂溤嚇拥闹苽洌?極稀溶液噴霧極稀溶液噴霧 液面擴(kuò)展液面擴(kuò)展 冷凍萃取、冷凍干燥冷凍萃取、冷凍干燥 例如:例如:?jiǎn)蝹€(gè)高分子鏈:相當(dāng)于單個(gè)高分子鏈:相當(dāng)于104個(gè)單體單元體系個(gè)單體單元體系 的凝聚態(tài)的凝聚態(tài)假如:密度為假如:密度為1g/cm3610M 0100M 3314334AAM NRMR N1 3134ARMN單鏈球形顆粒的半徑單鏈球形顆粒的半徑7.4nm單鏈高分子:納米尺度的高聚物顆粒單鏈高分子:納米尺度的高聚物顆粒左:打圈鏈(分子動(dòng)力學(xué)模擬從完全伸直鏈在左:打圈鏈(分子動(dòng)力學(xué)模擬從完全伸直鏈在

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶(hù)所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶(hù)上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶(hù)上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶(hù)因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論