華南理工大學(xué)考研課件-高分子物理-高聚物的分子運(yùn)動(dòng)

1、影響高聚物影響高聚物Tg及耐熱性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素及耐熱性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因素增加增加Tg減少減少Tg分子量提高分子量提高加入稀釋劑或增塑劑加入稀釋劑或增塑劑分子量分布變窄分子量分布變窄分子量分布加寬分子量分布加寬主鏈剛性提高（芳環(huán)、雜環(huán)、主鏈剛性提高（芳環(huán)、雜環(huán)、綢環(huán)或梯形聚合物）綢環(huán)或梯形聚合物）主鏈柔順性（線形、含醚鍵）主鏈柔順性（線形、含醚鍵）側(cè)鏈基團(tuán)剛硬或位阻大側(cè)鏈基團(tuán)剛硬或位阻大鏈節(jié)的不對(duì)稱性或無(wú)規(guī)立構(gòu)鏈節(jié)的不對(duì)稱性或無(wú)規(guī)立構(gòu)鏈結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性、規(guī)整性提高鏈結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性、規(guī)整性提高無(wú)規(guī)共聚無(wú)規(guī)共聚含極性基團(tuán)及增加鏈間相互作含極性基團(tuán)及增加鏈間相互作用力（內(nèi)聚能密度）用力（內(nèi)聚能密度）長(zhǎng)支鏈的內(nèi)增

2、塑作用長(zhǎng)支鏈的內(nèi)增塑作用氫鍵或交聯(lián)鍵氫鍵或交聯(lián)鍵無(wú)定型化無(wú)定型化結(jié)晶度提高結(jié)晶度提高第三節(jié)第三節(jié) 高聚物的粘性流動(dòng)高聚物的粘性流動(dòng)一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)二、影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩囟?、影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩厝⒏呔畚锪鲃?dòng)性的表征三、高聚物流動(dòng)性的表征四、剪切黏度的測(cè)定四、剪切黏度的測(cè)定五、高聚物熔體流動(dòng)曲線五、高聚物熔體流動(dòng)曲線六、高聚物熔體剪切黏度的影響因素六、高聚物熔體剪切黏度的影響因素七、剪切流動(dòng)的法向應(yīng)力七、剪切流動(dòng)的法向應(yīng)力八、高聚物熔體的彈性效應(yīng)八、高聚物熔體的彈性效應(yīng)九、拉伸黏度九、拉伸黏度一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)1 高分子的流動(dòng)通過(guò)鏈段的

3、位移運(yùn)動(dòng)完成高分子的流動(dòng)通過(guò)鏈段的位移運(yùn)動(dòng)完成RTEAe黏流活化能，表黏流活化能，表示分子向空穴躍示分子向空穴躍遷時(shí)克服周圍分遷時(shí)克服周圍分子的相互作用所子的相互作用所需要的能量。需要的能量。一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)1 高分子的流動(dòng)通過(guò)鏈段的位移運(yùn)動(dòng)完成（空穴填充）高分子的流動(dòng)通過(guò)鏈段的位移運(yùn)動(dòng)完成（空穴填充）小分子空穴填充小分子空穴填充小分子蒸發(fā)運(yùn)動(dòng)小分子蒸發(fā)運(yùn)動(dòng)（單個(gè)運(yùn)動(dòng)單元）（單個(gè)運(yùn)動(dòng)單元）高分子鏈無(wú)規(guī)線團(tuán)所需空穴體積？高分子鏈無(wú)規(guī)線團(tuán)所需空穴體積？E=H=H大分子蒸發(fā)潛熱大分子蒸發(fā)潛熱不可能有高分子整個(gè)鏈的運(yùn)動(dòng)不可能有高分子整個(gè)鏈的運(yùn)動(dòng)-CH-CH2 2- -

4、E 增加增加2.1kJ/mol1000 -CH-CH2 2- - E 增加增加2.11000 kJ/molC-CC-C 鍵能鍵能 347kJ/mol一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)1 高分子的流動(dòng)通過(guò)鏈段的位移運(yùn)動(dòng)完成高分子的流動(dòng)通過(guò)鏈段的位移運(yùn)動(dòng)完成隨碳鏈原子數(shù)的增加而達(dá)到一定值隨碳鏈原子數(shù)的增加而達(dá)到一定值高分子的流動(dòng)不可能是整個(gè)分子鏈的運(yùn)動(dòng)高分子的流動(dòng)不可能是整個(gè)分子鏈的運(yùn)動(dòng)n nc cEn烴類同系物粘流活化能烴類同系物粘流活化能與聚合度的關(guān)系與聚合度的關(guān)系存在一個(gè)小于分子整鏈的運(yùn)動(dòng)單元存在一個(gè)小于分子整鏈的運(yùn)動(dòng)單元 鏈段的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)鏈段的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)高聚物

5、粘性流動(dòng)的特點(diǎn)1 高分子的流動(dòng)通過(guò)鏈段的位移運(yùn)動(dòng)完成高分子的流動(dòng)通過(guò)鏈段的位移運(yùn)動(dòng)完成2 高分子的流動(dòng)不符合牛頓流體的流動(dòng)規(guī)律高分子的流動(dòng)不符合牛頓流體的流動(dòng)規(guī)律各種流體的流動(dòng)曲線各種流體的流動(dòng)曲線s牛頓流體牛頓流體牛頓流體牛頓流體假塑性流體假塑性流體賓漢流體賓漢流體膨脹型流體膨脹型流體各種流體的表觀黏度與剪切速率的關(guān)系各種流體的表觀黏度與剪切速率的關(guān)系牛頓流體牛頓流體賓漢流體賓漢流體膨脹型流體膨脹型流體假塑性流體假塑性流體牛頓流體的流動(dòng)曲線牛頓流體的流動(dòng)曲線s黏度，是液體流動(dòng)黏度，是液體流動(dòng)速度梯度（剪切速速度梯度（剪切速率）為率）為1s-1時(shí)，單位時(shí)，單位面積上所受到的阻面積上所受到的阻力

6、（剪切力）力（剪切力） 單位單位 N*S/m2dtd低分子液體、高分子稀溶液低分子液體、高分子稀溶液假塑性流體流體的流動(dòng)曲線假塑性流體流體的流動(dòng)曲線s大多數(shù)高聚物熔體和濃溶液大多數(shù)高聚物熔體和濃溶液nsn 為非牛頓指數(shù)，表為非牛頓指數(shù)，表示偏離牛頓流體的示偏離牛頓流體的程度，程度，n1賓漢流體流動(dòng)曲線賓漢流體流動(dòng)曲線s泥漿、牙膏、油脂、涂料等泥漿、牙膏、油脂、涂料等pys屈服應(yīng)力屈服應(yīng)力y表現(xiàn)為虎克固體行為表現(xiàn)為虎克固體行為締合結(jié)構(gòu)的形成與破壞締合結(jié)構(gòu)的形成與破壞高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)1 高分子的流動(dòng)通過(guò)鏈段的位移運(yùn)動(dòng)完成高分子的流動(dòng)通過(guò)鏈段的位移運(yùn)動(dòng)完成v 高分子的流動(dòng)不符

7、合牛頓流體的流動(dòng)規(guī)律高分子的流動(dòng)不符合牛頓流體的流動(dòng)規(guī)律2高分子流動(dòng)時(shí)伴有高彈形變高分子流動(dòng)時(shí)伴有高彈形變高分子流動(dòng)的特點(diǎn)：鏈段分段協(xié)同作用的結(jié)果高分子流動(dòng)的特點(diǎn)：鏈段分段協(xié)同作用的結(jié)果外力作用下，高分子鏈可能沿外力方向伸展外力作用下，高分子鏈可能沿外力方向伸展伸展的結(jié)構(gòu)具有在外力消失后重新卷曲的趨勢(shì)伸展的結(jié)構(gòu)具有在外力消失后重新卷曲的趨勢(shì)高彈形變高彈形變高彈形變恢復(fù)速度的影響因素：高彈形變恢復(fù)速度的影響因素：高分子鏈本身的柔順性高分子鏈本身的柔順性T高分子流動(dòng)時(shí)伴有高彈形變的生產(chǎn)實(shí)際影響高分子流動(dòng)時(shí)伴有高彈形變的生產(chǎn)實(shí)際影響纖維的擠出脹大纖維的擠出脹大塑料擠出件尺寸回縮，截面尺寸的增加塑料擠

8、出件尺寸回縮，截面尺寸的增加厚薄差異大制品的變形厚薄差異大制品的變形（收縮不均、內(nèi)應(yīng)力的消除）（收縮不均、內(nèi)應(yīng)力的消除）熱定型熱定型一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)二、影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩囟?、影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩厝⒏呔畚锪鲃?dòng)性的表征三、高聚物流動(dòng)性的表征四、剪切黏度的測(cè)定四、剪切黏度的測(cè)定五、高聚物熔體流動(dòng)曲線五、高聚物熔體流動(dòng)曲線六、高聚物熔體剪切黏度的影響因素六、高聚物熔體剪切黏度的影響因素七、剪切流動(dòng)的法向應(yīng)力七、剪切流動(dòng)的法向應(yīng)力八、高聚物熔體的彈性效應(yīng)八、高聚物熔體的彈性效應(yīng)九、拉伸黏度九、拉伸黏度影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩赜绊戰(zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩胤肿咏Y(jié)構(gòu)的影響分子結(jié)構(gòu)的影響分子量的

9、影響分子量的影響外力大小和作用時(shí)間外力大小和作用時(shí)間影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩兀河绊戰(zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩兀悍肿咏Y(jié)構(gòu)的影響分子結(jié)構(gòu)的影響v 分子鏈越柔軟，分子鏈越柔軟，Tf 越低越低v 鏈間相互作用力鏈間相互作用力PVCPS分子柔順性分子柔順性Tf 越低越低鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘（流動(dòng)活化能）（流動(dòng)活化能）流動(dòng)單元鏈段流動(dòng)單元鏈段所需空穴體積所需空穴體積PAN 芳綸芳綸纖維素纖維素溶液、液晶紡絲溶液、液晶紡絲影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩赜绊戰(zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩胤肿咏Y(jié)構(gòu)的影響分子結(jié)構(gòu)的影響分子量的影響分子量的影響外力大小和作用時(shí)間外力大小和作用時(shí)間影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩兀河绊戰(zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩兀悍肿恿康挠绊懛肿恿康挠绊懛肿恿吭酱髣t黏

10、流溫度越高分子量越大則黏流溫度越高鏈段的協(xié)同運(yùn)動(dòng)鏈段的協(xié)同運(yùn)動(dòng)鏈間摩擦鏈間摩擦不同聚合度聚異丁烯的溫度形變曲線不同聚合度聚異丁烯的溫度形變曲線T形變形變聚合度增加聚合度增加軟化區(qū)域的提高與高分子分子量的分散性相關(guān)軟化區(qū)域的提高與高分子分子量的分散性相關(guān)影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩赜绊戰(zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩胤肿咏Y(jié)構(gòu)的影響分子結(jié)構(gòu)的影響分子量的影響分子量的影響外力大小和作用時(shí)間外力大小和作用時(shí)間影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩兀河绊戰(zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩兀和饬Υ笮『妥饔脮r(shí)間外力大小和作用時(shí)間外力增加外力增加提高鏈段沿提高鏈段沿外力方向向外力方向向前躍遷的幾前躍遷的幾率率延長(zhǎng)外力作用時(shí)間延長(zhǎng)外力作用時(shí)間Tf 降低降低PC成型，采用成型，采

11、用較大的注射壓較大的注射壓力（在一定程力（在一定程度上）度上）Tf 降低降低幾種高聚物的黏流溫度和注射溫度幾種高聚物的黏流溫度和注射溫度高聚物高聚物Tf（or Tm)/注射溫度注射溫度 / 低壓聚乙烯低壓聚乙烯100130170200聚丙烯聚丙烯170175200220聚苯乙烯聚苯乙烯112146170190聚氯乙烯聚氯乙烯165190170190尼龍尼龍66264250270聚碳酸酯聚碳酸酯220230240285聚苯醚聚苯醚300260300聚合物的成型加工溫度：聚合物的成型加工溫度：TfTd一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)二、影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩囟?、影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩厝⒏?/p>

12、聚物流動(dòng)性的表征三、高聚物流動(dòng)性的表征四、剪切黏度的測(cè)定四、剪切黏度的測(cè)定五、高聚物熔體流動(dòng)曲線五、高聚物熔體流動(dòng)曲線六、高聚物熔體剪切黏度的影響因素六、高聚物熔體剪切黏度的影響因素七、剪切流動(dòng)的法向應(yīng)力七、剪切流動(dòng)的法向應(yīng)力八、高聚物熔體的彈性效應(yīng)八、高聚物熔體的彈性效應(yīng)九、拉伸黏度九、拉伸黏度高聚物流動(dòng)性的表征高聚物流動(dòng)性的表征剪切黏度剪切黏度拉伸黏度拉伸黏度熔融指數(shù)熔融指數(shù)流動(dòng)方向流動(dòng)方向速度梯度方向速度梯度方向螺桿、擠出管道（未變螺桿、擠出管道（未變徑），噴絲板孔道中徑），噴絲板孔道中高聚物的剪切黏度高聚物的剪切黏度s零切零切黏度黏度0稠度稠度c表觀表觀黏度黏度adds0lim0dds

13、c1)(nsKa常用，且常用，且n 隨剪切速率的增加而減小。隨剪切速率的增加而減小。主要作為熔體流動(dòng)性能好壞的表征。主要作為熔體流動(dòng)性能好壞的表征。高聚物流動(dòng)性的表征高聚物流動(dòng)性的表征剪切黏度剪切黏度拉伸黏度拉伸黏度熔融指數(shù)熔融指數(shù)流動(dòng)方向流動(dòng)方向速度梯度方向速度梯度方向吹塑、紡絲熔體離開?？诤?、熔體拉省流吹塑、紡絲熔體離開?？诤蟆⑷垠w拉省流動(dòng)、漸變管道中的收斂流動(dòng)動(dòng)、漸變管道中的收斂流動(dòng)高聚物的拉伸黏度高聚物的拉伸黏度)(1dtdllt單軸拉伸單軸拉伸雙軸拉伸雙軸拉伸對(duì)于牛頓流體（對(duì)于對(duì)于牛頓流體（對(duì)于 很小的非牛頓流體）很小的非牛頓流體）0063tt=ln(l/l=ln(l/l0 0) )

14、 高聚物流動(dòng)性的表征高聚物流動(dòng)性的表征剪切黏度剪切黏度拉伸黏度拉伸黏度熔融指數(shù)熔融指數(shù)熔融指數(shù)（熔融指數(shù)（MI）（低剪切狀態(tài)下）（低剪切狀態(tài)下）在一定溫度下，熔融狀態(tài)的高聚物在一在一定溫度下，熔融狀態(tài)的高聚物在一定負(fù)荷下，定負(fù)荷下，10min內(nèi)從規(guī)定直徑和長(zhǎng)度內(nèi)從規(guī)定直徑和長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管中流出的重量（的標(biāo)準(zhǔn)毛細(xì)管中流出的重量（g）。）。MI吹塑成型吹塑成型注射成型注射成型擠出成型擠出成型定義：定義：標(biāo)準(zhǔn)條件標(biāo)準(zhǔn)條件 PE （125，325g)ABS（230，1200g) PP （230，2160g)PC （300，1200g)MI越大，熔體流動(dòng)性越好越大，熔體流動(dòng)性越好一、高聚物粘性流動(dòng)的特

15、點(diǎn)一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)二、影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩囟?、影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩厝⒏呔畚锪鲃?dòng)性的表征三、高聚物流動(dòng)性的表征四、剪切黏度的測(cè)定四、剪切黏度的測(cè)定五、高聚物熔體流動(dòng)曲線五、高聚物熔體流動(dòng)曲線六、高聚物熔體剪切黏度的影響因素六、高聚物熔體剪切黏度的影響因素七、剪切流動(dòng)的法向應(yīng)力七、剪切流動(dòng)的法向應(yīng)力八、高聚物熔體的彈性效應(yīng)八、高聚物熔體的彈性效應(yīng)九、拉伸黏度九、拉伸黏度剪切黏度的測(cè)量方法剪切黏度的測(cè)量方法毛細(xì)管擠出黏度計(jì)毛細(xì)管擠出黏度計(jì)同軸圓筒黏度計(jì)同軸圓筒黏度計(jì)錐板黏度計(jì)錐板黏度計(jì)落球黏度計(jì)落球黏度計(jì)工業(yè)用黏度計(jì)工業(yè)用黏度計(jì)落球粘度計(jì)落球粘度計(jì)毛細(xì)管擠出黏度計(jì)毛細(xì)管擠出黏度計(jì)PDD0LP0

16、QLPRa84哈根泊肅葉方程哈根泊肅葉方程)413(43nnRQwLPRsw2L/D大于大于40忽略入口校正忽略入口校正10-1106F RM323RMs10-3101錐板黏度計(jì)測(cè)量原理錐板黏度計(jì)測(cè)量原理一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)二、影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩囟?、影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩厝⒏呔畚锪鲃?dòng)性的表征三、高聚物流動(dòng)性的表征四、剪切黏度的測(cè)定四、剪切黏度的測(cè)定五、高聚物熔體流動(dòng)曲線五、高聚物熔體流動(dòng)曲線六、高聚物熔體剪切黏度的影響因素六、高聚物熔體剪切黏度的影響因素七、剪切流動(dòng)的法向應(yīng)力七、剪切流動(dòng)的法向應(yīng)力八、高聚物熔體的彈性效應(yīng)八、高聚物熔體的彈性效應(yīng)九、拉伸黏度九、拉伸黏度

17、高聚物熔體流動(dòng)曲線高聚物熔體流動(dòng)曲線第一牛頓區(qū)第一牛頓區(qū)假塑性（流動(dòng)）區(qū)假塑性（流動(dòng)）區(qū)第二牛頓區(qū)第二牛頓區(qū)n=1loglog sloga 0 nM2M3 M1M2M3分子量越分子量越大，纏結(jié)大，纏結(jié)點(diǎn)多，解點(diǎn)多，解纏容易纏容易材料成型及應(yīng)用對(duì)分子量提出的要求材料成型及應(yīng)用對(duì)分子量提出的要求纖維纖維 塑料塑料 橡膠橡膠注射成型注射成型 吹塑吹塑 16彈性內(nèi)能儲(chǔ)存彈性內(nèi)能儲(chǔ)存影響影響B(tài)的因素：的因素：影響影響B(tài)的因素：的因素：剪切速率剪切速率熔體熔體T分子量分子量支鏈（分子量大于支鏈（分子量大于Mc）剛性填料剛性填料影響影響B(tài)的因素：的因素：剪切速率剪切速率熔體熔體T分子量分子量支鏈支鏈（分子量

18、大于（分子量大于Mc）剛性填料剛性填料影響影響B(tài)的因素：的因素：剪切速率剪切速率熔體熔體T分子量分子量支鏈（分子量大于支鏈（分子量大于Mc）剛性填料剛性填料分子鏈段運(yùn)動(dòng)，分分子鏈段運(yùn)動(dòng)，分子鏈重心移動(dòng)的難子鏈重心移動(dòng)的難易程度易程度流動(dòng)的不穩(wěn)定和熔體破裂流動(dòng)的不穩(wěn)定和熔體破裂擠出物的形狀畸變示意圖擠出物的形狀畸變示意圖剪剪切切應(yīng)應(yīng)力力增增加加高剪切速率條件下，在高高剪切速率條件下，在高聚物熔體與毛細(xì)管壁間的聚物熔體與毛細(xì)管壁間的滑移現(xiàn)象滑移現(xiàn)象熔體黏熔體黏度變化度變化趨勢(shì)趨勢(shì)影響高聚物熔體不穩(wěn)定流動(dòng)的因素：影響高聚物熔體不穩(wěn)定流動(dòng)的因素：高聚物熔體在毛細(xì)管入口出的流線高聚物熔體在毛細(xì)管入口出的流線線型高聚物線型高聚物隨隨L的增加而增加的增加而增加支鏈型高聚物支鏈型高聚物隨隨L的增加而減小的增加而減小?？變?nèi)?？變?nèi)的剪切的剪切滑移滑移?？谌肽？谌肟诘膹椏诘膹椥酝牧餍酝牧饕弧⒏呔畚镎承粤鲃?dòng)的特點(diǎn)一、高聚物粘性流動(dòng)的特點(diǎn)二、影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩囟⒂绊戰(zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩?/p>