高聚物生產(chǎn)技術(shù) 高聚物的物理性能

高聚物生產(chǎn)技術(shù)高聚物的物理性能第1頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-1高聚物的物理狀態(tài)

高聚物的物理狀態(tài)主要隨溫度而變化，是某一溫度下的客觀表現(xiàn)。一、線型非晶態(tài)高聚物的物理狀態(tài)

●線型非晶態(tài)高聚物的形變-溫度曲線

●線型非晶態(tài)高聚物的三種物理狀態(tài)

ABCDETbTgTfT/℃形變%A-玻璃態(tài)；B-過渡區(qū)；C-高彈態(tài)；D-過渡區(qū)；E-黏流態(tài)Tb-脆化溫度；Tg-玻璃化溫度；Tf-黏流溫度玻璃態(tài)高彈態(tài)黏流態(tài)線型非晶高聚物的物理狀態(tài)第2頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-1高聚物的物理狀態(tài)

●線型非晶態(tài)高聚物的三種物理狀態(tài)的對比

●線型非晶態(tài)高聚物物理狀態(tài)與相對分子質(zhì)量的關(guān)系

三種物理狀態(tài)運動單元力學(xué)行為特征應(yīng)用玻璃態(tài)Tb～Tg鍵長、鍵角基團形變小，并且形變可逆，屬于普彈性能。結(jié)構(gòu)類似玻璃，彈性模量大。塑料、纖維高彈態(tài)Tg～Tf鏈段形變大，形變可逆，彈性模量較小。橡膠黏流態(tài)Tf～Td鏈段、大分子鏈形變?yōu)椴豢赡?，屬于永久形變，無強度。流動取決于相對分子質(zhì)量大小。成型加工、油漆、黏合劑04080120160溫度（℃）123456789形變（%）不同相對分子質(zhì)量聚苯乙烯的形變-溫度曲線圖中標(biāo)注數(shù)據(jù)（相對分子質(zhì)量）1-360；2-440；3-500；4-1140；5-3000；6-40000；7-120000；8-550000；9-638000第3頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-1高聚物的物理狀態(tài)

●線型非晶態(tài)高聚物的物理狀態(tài)與平均相對分子質(zhì)量、溫度的關(guān)系二、結(jié)晶態(tài)高聚物的物理狀態(tài)

●結(jié)晶態(tài)高聚物的形變-溫度曲線

MT玻璃態(tài)高彈態(tài)黏流態(tài)過渡區(qū)TgTf高彈態(tài)、黏流態(tài)及兩者之間的過渡區(qū)均隨相對分子質(zhì)量和溫度的增加而變寬。12形變%TgTmTfT/℃

1-相對分子質(zhì)量較小2-相對分子質(zhì)量很大第4頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-1高聚物的物理狀態(tài)

●結(jié)晶態(tài)高聚物的物理狀態(tài)

注意：由于高彈態(tài)對成型加工不利，因此，一般情況下，對結(jié)晶態(tài)高聚物而言要嚴格控制相對分子質(zhì)量，防止很大造成的不良影響。結(jié)晶態(tài)高聚物的物理狀態(tài)玻璃態(tài)黏流態(tài)黏流態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)M較小M很大第5頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-1高聚物的物理狀態(tài)

●結(jié)晶態(tài)高聚物的物理狀態(tài)與平均相對分子質(zhì)量、溫度的關(guān)系玻璃態(tài)皮革態(tài)（硬而韌）高彈態(tài)過渡區(qū)黏流態(tài)TMTgTmTf玻璃化溫度與熔點在平均相對分子質(zhì)量較小時隨平均相對分子質(zhì)量的增加而增高；但很大時，變化較??；過渡區(qū)也隨平均相對分子質(zhì)量的增加而加寬。第6頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定

●常見的高聚物特征溫度一、玻璃化溫度

●定義高聚物分子鏈開始運動或凍結(jié)的溫度。

●玻璃化溫度的使用價值玻璃溫度是非晶態(tài)高聚物作為塑料使用的最高溫度；是作為橡膠使用的最低溫度。

●影響玻璃化溫度的因素

高聚物特征溫度Tg-玻璃化溫度（glass-transitiontemperature）Tm-熔點（meltingpoint）Tf-黏流溫度（viscousflowtemperature）Ts-軟化溫度（softeningtemperature）Td-熱分解溫度（thermaldestructiontemperature）Tb-脆化溫度（brittlensstemperature）第7頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定

影響玻璃化溫度的因素主鏈柔性分子間作用力相對分子質(zhì)量交聯(lián)共聚增塑劑升溫速度外力大小作用時間第8頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定

▲主鏈柔性對玻璃溫度的影響

規(guī)律：對主鏈柔性有影響的因素，都影響玻璃化溫度。為柔性越大，其玻璃化溫度越低。

▓實例

附表6

▲分子間作用力對玻璃化溫度的影響

規(guī)律：分子間作用力越大，其玻璃化溫度越高。

▓實例

附表7

▲相對分子質(zhì)量對玻璃化溫度的影響

規(guī)律：即玻璃化溫度隨高聚物平均相對分子質(zhì)量的增加而增大，但當(dāng)平均相對分子質(zhì)量增加到一定程度時，玻璃化溫度趨于某一定值。Tg∞M第9頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定

▓實例線型非晶高聚物物理狀態(tài)與相對分子質(zhì)量的關(guān)系圖

●共聚對玻璃化溫度的影響

規(guī)律：共聚可以調(diào)整高聚物的玻璃化溫度。

▓實例雙組分共聚物玻璃化溫度的計算

▲交聯(lián)對玻璃化溫度的影響

規(guī)律：適度交聯(lián)，可以提高玻璃化溫度。

▓實例橡膠的交聯(lián)硫，%00.251020－硫化天然橡膠Tg，K209208233240－二乙烯基苯，%00.60.81.01.5交聯(lián)聚苯乙烯Tg，K360362.5365367.5370交聯(lián)鏈的平均鏈節(jié)數(shù)01721019258第10頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定

▲增塑劑對玻璃化溫度的影響

規(guī)律：隨著增塑劑加入量的增加，玻璃化溫度下降。極性增塑劑加入到極性高聚物之中，服從如下規(guī)律：非極性增塑劑加入到非極性高聚物之中，服從如下規(guī)律：

▓實例

PVC加入增塑劑

▲外界條件的影響

外力大小對高聚物施加的外力越大，玻璃化溫度下降越低。

外力作用時間時間越長，玻璃化溫度越低。

升溫速度升溫速度越快，玻璃化溫度越高。323313303293283050100150200250300外力（×10－4Pa）Tg(K)123外力大小對玻璃化溫度的影響1-PVAC；2-PS；3-聚乙烯醇縮丁醛第11頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定

●玻璃化溫度的測定

原理：利用高聚物在發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變的同時各種物理參數(shù)均發(fā)生變化的特性進行測定。

測定方法

Tg12345T物性參數(shù)-比體積-膨脹率-熱容-導(dǎo)熱率-折光率常用的玻璃化溫度測定方法熱-機械曲線法膨脹計法電性能法DTA法DSC法第12頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定二、熔點

●定義平衡狀態(tài)下晶體完全消失的溫度。

●熔點的使用價值是晶態(tài)高聚物用于塑料和纖維時的最高使用溫度，又是它們的耐熱溫度和成型加工的最低溫度。

●小分子結(jié)晶與高聚物結(jié)晶熔融過程的對比

▲熔融曲線Tm/K比體積小分子結(jié)晶熔融曲線為純折線Tm/K比體積高聚物結(jié)晶熔融曲線為漸近線第13頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定

▲熔融過程特點

▓實例天然橡膠熔融溫度與結(jié)晶溫度的關(guān)系

小分子結(jié)晶高聚物結(jié)晶熔融過程從晶相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合啵ㄕ劬€）從晶相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合啵O慢升溫為折線）特點熱力學(xué)函數(shù)有突變?nèi)刍臏囟确秶═m±0.1℃）熔點與兩相含量無關(guān)熔點高低與結(jié)晶過程無關(guān)熱力學(xué)函數(shù)有突變?nèi)刍臏囟确秶鷮挘═m±2℃）熔點與兩相含量有關(guān)熔點高低與結(jié)晶過程有關(guān)233243253263273283233253273293313熔融開始熔融終了結(jié)晶T結(jié)晶/KT熔融/K第14頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定

●提高熔點的辦法

▲理論依據(jù)

▲提高△H的辦法

規(guī)律：在高分子主鏈或側(cè)基上引入極性基團等來增大分子間的作用力。

▓實例

高聚物取代基重復(fù)結(jié)構(gòu)單元熔點(Tm)/K聚乙烯－CH2－CH2－410聚氯乙烯－Cl－CH2－CH－483聚丙烯腈 －CN－CH2－CH－590

尼龍-66－NH－(CH2)6－NHCO－(CH2)4－CO－538

△H↑或△S↓，則Tm↑CNCl第15頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定

▲降低△S的辦法規(guī)律：在主鏈上引入苯環(huán)，降低柔性，增加剛性，降低體系混亂程度來降低△S。▓實例：

聚乙烯－CH2－CH2－Tm＝410K聚對二甲苯－CH2－－CH2－Tm＝640K聚苯－－－Tm＝803K

●熔點的測定方法同玻璃化溫度的測定方法三、黏流溫度

●定義非晶態(tài)高聚物熔化后發(fā)生黏性流動的溫度。

●黏流溫度的使用價值是非晶態(tài)高聚物成型加工的最低溫度。第16頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定

●影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩厝嵝浴?、剛性↓，Tf↓；平均相對分子質(zhì)量↑，內(nèi)摩擦力↑，Tf↓。

●影響?zhàn)ち鳒囟鹊臏y定采用熱-機械曲線法、DTA法等測定方法。四、軟化溫度

●定義在某一指定試樣大小、升溫速度、施加外力方式等條件下，測定高聚物試樣達到一定形變時的溫度。

●軟化溫度的使用價值是產(chǎn)品質(zhì)量控制、成型加工和應(yīng)用的參數(shù)之一。

●軟化溫度的表示方法

▲馬丁耐熱溫度

測試條件：升溫速度10℃/12min 專用設(shè)備：馬丁耐熱試驗箱 懸臂彎曲力5MPa溫度確定長240mm橫桿項指示下降6cm所對應(yīng)的溫度第17頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定

▲維卡耐熱溫度

測試條件：試樣10mm×10mm×3mm升溫速度（5±0.5）℃/6min或（12±1）℃/12min

圓柱壓針截面積1mm2壓入負荷5kg或1kg溫度確定圓柱形針壓入1mm所對應(yīng)的溫度

▲彎曲負荷熱變形溫度（簡稱熱變形溫度）

測試條件：試樣120mm×313mm×15mm升溫速度（12±1）℃/6min

彎曲應(yīng)力1.85MPa（或0.46MPa靜彎曲負荷）溫度確定試樣達到規(guī)定彎曲時所對應(yīng)的溫度五、熱分解溫度

●定義在加熱條件下，高聚物材料開始發(fā)生交聯(lián)、降解等化學(xué)變化的溫度。

●熱分解溫度的使用價值是高聚物材料成型加工不能超過的溫度。

第18頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-2高聚物的各種特征溫度與測定熱分解溫度的測定方法

DTA法、DG法、熱-機械曲線法等。六、脆化溫度

●定義指高聚物材料在受強外力作用時，從韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔褧r的溫度。

●脆性溫度的使用價值是塑料、纖維的最低使用溫度。第19頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

●常見的材料力學(xué)術(shù)語材料力學(xué)術(shù)語外力（externalforce）

內(nèi)力（）

應(yīng)力（stress）

應(yīng)變（strain）

形變（）

強度（strength）

泊松比（Poisson’sratio）

模量（module）

柔量（）

抗張強度（tensilestrength

）

抗彎強度（flexuralstrength

）

抗沖擊強度（impactstrength

）

硬度（hardness）

回彈性（resilience）

韌性（tenacity）

疲勞（fatiguelife）

第20頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能一、等速拉伸及應(yīng)力-應(yīng)變曲線

●拉伸的工業(yè)應(yīng)用為增加纖維的拉伸強度而進行單軸拉伸；為增加塑料薄膜的強度而進行雙軸拉伸。

●線型非晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線拉伸過程高分子鏈的三種運動情況：

▲彈性形變（開始～A點）應(yīng)變隨應(yīng)力的增加而增大，服從虎克定律，具有普彈性能；運動單元為鍵長、鍵角。對應(yīng)為彈性伸長極限。

▲強迫高彈形變（A點～B點）

中間經(jīng)過屈服點Y，對應(yīng)的表示高聚物材料對抗永久形變的能力；形變能力300%～1000%，并且可逆；運動單元為鏈段。

▲黏流形變（B點后）形變?yōu)椴豢赡妫ㄓ谰眯巫儯?；運動單元為鏈段、大分子鏈。

●非晶態(tài)高聚物的六種應(yīng)力-應(yīng)變曲線與使用的關(guān)系應(yīng)變應(yīng)力AYBA-彈性極限；Y-屈服點；B-斷裂點第21頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

▲可以作為工程塑料的高聚物△材料硬而脆剛性制品，不宜沖擊，能承受靜壓力

典型實例：酚醛塑料制品△材料硬而強高模量高抗張，斷裂伸長小或無屈服

典型實例：PVC硬制品△材料硬而韌高模量高抗張，斷裂伸長大，有屈服

典型實例：聚碳酸酯制品第22頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

▲可以作為形變較大的材料

▲無使用價值的材料△材料軟而韌低模量低屈服，斷裂伸長率及強度大

典型實例：硫化橡膠、LDPE制品△材料軟而弱低模量低強度，斷裂伸長率中等

典型實例：未硫化天然橡膠△材料弱而脆一般為低聚物第23頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

●未取向的晶態(tài)高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

●不同溫度下的高聚物應(yīng)力-應(yīng)變曲線

OYNDBOY段YN段ND段DB段D點OY段YN段ND段D點DB段試樣形狀變化123456789非晶態(tài)高聚物不同溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線1，2-溫度低于脆性溫度，材料處于硬玻璃態(tài)，無強迫高彈性3，4，5-溫度處于脆性溫度與玻璃化溫度之間，為軟玻璃態(tài)6，7，8-溫度處于玻璃化溫度與黏流溫度之間，為高彈態(tài)9-溫度處于黏流溫度以上，為黏流態(tài)第24頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能1234567晶態(tài)高聚物不同溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線1，2-溫度低于脆性溫度，拉伸行為類似彈性固體3，4，5-溫度介于脆性溫度與玻璃溫度期間，為軟玻璃態(tài)3，4，5-溫度介于Tb與Tg之間，為軟玻璃態(tài)，行為類似強迫高彈性3，4，5-溫度較高，低于熔點，拉伸行為類似非晶態(tài)橡膠三、影響強度的因素影響強度的因素低分子摻合物對強度的影響相對分子質(zhì)量對強度的影響交聯(lián)、結(jié)晶、取向?qū)姸鹊挠绊懱畛湮飳姸鹊挠绊懖牧现腥毕輰姸鹊挠绊懖牧现腥毕輰姸鹊挠绊懙?5頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

●相對分子質(zhì)量及分布對強度的影響

規(guī)律：強度隨相對分子質(zhì)量的增大而增加，分布寬窄影響不大，但低聚物部分增加時，因低分子部分發(fā)生分子間斷裂而使強度下降。

●低分子摻合物對強度的影響

規(guī)律：低分子物質(zhì)的加入降低強度。

▓實例增塑劑的加入能降低強度，但對脆性高聚物而言，少量加入低分子物質(zhì)，能增加強度。

●交聯(lián)對強度的影響

規(guī)律：適度交聯(lián)增加強度，但過度交聯(lián)，在受外力時，會使應(yīng)力集中而降低強度。

▓實例橡膠的適度交聯(lián)。

●結(jié)晶對強度的影響

規(guī)律：結(jié)晶度增大，強度增加，但材料變硬而脆；大球晶增加斷裂伸長率，小球晶增加韌性、強度、模量等；纖維狀晶體強度大于折疊晶體強度。

▓實例緩慢降溫有利形成大球晶，淬火有利形成小球晶。

●取向?qū)姸鹊挠绊?/p>

規(guī)律：取向能增加取向方向上材料的強度。第26頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

▓實例

取向?qū)Ω呔畚锬Ａ康挠绊?/p>

雙軸取向和未取向薄片的對比性能聚苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯未取向雙軸取向未取向雙軸取向抗張強度，100kP斷裂伸長率，%沖擊強度，（相對）3451～3.60.25～0.5480～8728～18＞3517～6895～154550～75825～5015高聚物高度取向未取向E,103MPaE,103MPaE,103MPa低密度聚乙烯高密度聚乙烯聚丙烯聚對苯二甲酸乙二酯聚酰胺0.834.36.314.34.20.330.670.830.631.370.120.590.712.32.1第27頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

●填充物對強度的影響規(guī)律：適當(dāng)填充活性填料增加強度。實例橡膠填充炭黑；玻璃鋼填充玻璃纖維。

●材料中缺陷對強度的影響缺陷指向與危害：雜質(zhì)、不塑化樹脂粒、氣泡、降解物等造成微小裂紋，當(dāng)材料受到外力作用時，在缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中，致使材料斷裂、破壞。局部放大第28頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能四、高聚物的松弛性質(zhì)

●松弛過程（relaxationprocess）是高聚物從一種平衡狀態(tài)過渡到另外一種平衡狀態(tài)的過程。在松弛過程中，高聚物處于不平衡的過渡。

●常見的高聚物松弛過程

高聚物的松弛過程應(yīng)力松弛（relaxationofstress）蠕變（creep）是在保持高聚物材料形變一定的情況下，應(yīng)力隨時間的增加而逐漸減小的現(xiàn)象。是在一定的應(yīng)力作用下，形變隨時間的增加而增大的現(xiàn)象。第29頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能高聚物的松弛過程直接影響高聚物材料尺寸穩(wěn)定性；但高聚物材料成型加工過程中需要通過松弛過程將各種應(yīng)力松弛掉，防止應(yīng)力集中而影響使用。

松弛過程的本質(zhì)：是鏈段和分子鏈運動的結(jié)果。

●應(yīng)力松弛曲線與應(yīng)力松弛示意圖

●蠕變曲線

t停止型減小型受力形變ε維持ε不變應(yīng)力松弛增長型停止型穩(wěn)變型tt/h40020002040溫度：30℃負荷：0.1MPa蠕變線42.21%回彈線44.21%形變?yōu)?7.21%29.75%蠕變曲線示意圖天然橡膠的壓縮蠕變曲線和回彈應(yīng)力松弛曲線示意圖應(yīng)力松弛示意圖第30頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

▲各類型與結(jié)構(gòu)、應(yīng)用的對應(yīng)關(guān)系

▲蠕變與應(yīng)力松弛的關(guān)系

相同點：蠕變與應(yīng)力松弛的本質(zhì)一樣，都是分子鏈運動的結(jié)果。

不同點：運動條件不同。從應(yīng)力松弛來看，在作用下，分子鏈發(fā)生運動，導(dǎo)致分子鏈微觀上出現(xiàn)相應(yīng)的“蠕變”，“蠕變”后分子鏈處于另一狀態(tài)，則降低為；在的作用下，分子鏈又出現(xiàn)“蠕變”至另一狀態(tài)，使降為······直至應(yīng)力全部因分子鏈卷曲而松弛，則材料處于新的平衡狀態(tài)。應(yīng)力反應(yīng)快，蠕變反應(yīng)慢；蠕變是宏觀上形變的變化，在材料內(nèi)部是分子鏈的位移。

結(jié)構(gòu)、應(yīng)用常溫玻璃態(tài)，用于工程塑料的非晶、結(jié)晶高聚物常溫高彈態(tài)，用于橡膠的非晶高聚物常溫黏流態(tài)非晶高聚物蠕變停止型穩(wěn)變型增長型停止型減小型應(yīng)力松弛第31頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

●影響蠕變、應(yīng)力松弛的因素

▲內(nèi)因

規(guī)律：分子間作用力↑、鏈段↑、相對分子質(zhì)量↑、取代基極性↑、取代基體積↑、交聯(lián)↑結(jié)晶度↑等均能使蠕變和應(yīng)力松弛減小。影響因素與化學(xué)及物理結(jié)構(gòu)有關(guān)的內(nèi)因分子間作用力鏈段長短相對分子質(zhì)量結(jié)晶交聯(lián)與外界條件有關(guān)的外因溫度應(yīng)力填料增塑劑第32頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

▓實例相對密度0.900.9124ε,%負荷：8MPa;24h;23℃聚丙烯結(jié)晶度蠕變大小的關(guān)系108624610204060t×103,hε,%1-4.2MPa;MI：0.332-2.8MPa;MI：2.203-2.8MPa;MI：0.604-2.8MPa;MI：0.30聚乙烯相對分子質(zhì)量蠕變大小的關(guān)系0.70.80.91.01.1－15－10－505lgt,hlgtE(t),h部分高聚物在25℃時應(yīng)力松弛曲線聚異丁烯非晶態(tài)聚丙烯高壓聚乙烯低壓聚乙烯晶態(tài)聚丙烯第33頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

▲外因

規(guī)律：溫度↑、應(yīng)力↑，造成蠕變按停止型→穩(wěn)變型→增長型轉(zhuǎn)變；填充、增強，降低蠕變值；增塑加入，有利于應(yīng)力松弛和蠕變發(fā)展。

▓實例蠕變量%048100℃22℃t×103,h聚砜蠕變曲線與溫度的關(guān)系蠕變量%80246100.010.020.030.04100℃19.5MPa15.6MPa7.8MPa3.9MPat×103,h聚碳酸酯蠕變曲線與作用力的關(guān)系總伸長1234567t高聚物材料蠕變曲線T一定：1→7減小應(yīng)力σ一定：1→7降低溫度第34頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

●松弛時間（relaxationtime）完成松弛過程所需要的時間為松弛時間，一般用τ表示。 ◆τ-松弛時間；

◆A-常數(shù)；

◆μ-重排位能；

◆R-氣體常數(shù)；

◆T-絕對溫度。五、復(fù)合材料的力學(xué)性質(zhì)

●復(fù)合材料的制備方法

復(fù)合材料的制備方法化學(xué)共聚制備方法物理混合制備方法增塑法增強法填充法高聚物共混法第35頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

●增塑法

▲高聚物的增塑作用（plasticization）

定義：能使高分子鏈的柔性或高聚物材料的可塑性增加的作用。

類型：內(nèi)增塑、外增塑和自動增塑作用

▲內(nèi)增塑作用（internalpiastization）

定義：通過改變高分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)（即共聚）達到增塑目的的作用。

▓實例利用丁二烯鏈節(jié)的柔性，制備高抗沖聚苯乙烯。

▲外增塑作用（externalplasticization）

定義：在剛性高分子鏈中加入低分子液體或柔性聚合物達到增塑目的的作用。具有該作用的物質(zhì)稱為增塑劑（plasticizer）。

原理：低分子物質(zhì)黏度比高聚物黏度低1015倍，因此每加入20%，體系黏度降低1000倍，并且玻璃化溫度與黏流溫度都降低。

增塑劑的使用對象 增塑劑加入量對柔性高聚物形變-溫度曲線的 影響，1-未加增塑劑，2、3、4-為加入增塑劑，其 加入量是4＞3＞2。結(jié)果加后黏流溫度比玻璃化溫 度下降快，高彈區(qū)變窄，因此，一般不加。形變%T,℃1234第36頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

增塑劑加入量對剛性高聚物形變-溫度的影響 如圖，適當(dāng)加入后，玻璃化溫度下降比黏溫度下降 快，使高彈區(qū)加寬，材料使用范圍加大。

▓實例：純PVC只能作塑料，適當(dāng)加入增塑劑 后，可以作人造革、鞋、薄膜等。

關(guān)于增塑劑的選擇原則增塑劑與高聚物互溶；不易揮發(fā)；制品中存在時間長；無毒、色淺、廉價。

不同PVC材料的增塑劑含量形變%T,℃12345材料類型增塑劑份數(shù)(以100份PVC計)材料性能材料類型增塑劑份數(shù)(以100份PVC計)材料性能硬板、硬管硬粒料＜10較硬，基本保持PVC性質(zhì)薄膜約50具有橡膠性質(zhì)軟板、軟管軟粒料約50具有橡膠性質(zhì)塑料鞋60具有橡膠性質(zhì)電纜絕緣層40具有橡皮性質(zhì)人造革約65具有軟皮性質(zhì)電纜保護層50泡沫110松軟彈性體第37頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

加入增塑劑對高聚物機械性能的影響

▲自動增塑作用高聚物中含有單體、低聚物、雜質(zhì)、水等而引起的增塑作用。需要嚴格控制。

●增強及填充法

▲增強作用在高聚物中加入一定量的補強劑、增強劑，使其強度得到不同程度的提高的作用。

▓實例

熱塑性塑料的增強一般加入合成纖維、玻璃纖維、石棉纖維、玻璃微珠、碳纖維等進行增強。工業(yè)最常用的是玻璃纖維，其加入前后的性能對比如下：增塑劑含量機械性能伸長率沖擊強度抗張強度抗壓強度增塑劑含量↑，材料伸長率↑、抗壓強度↓、抗張強度↓、硬度↓、彈性模量↓、馬丁耐熱溫度↓；沖擊隨加入量先升后降。第38頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四＜H＜G＜F10～200℃(2～3)DCA§5-3高聚物的力學(xué)性能靜態(tài)強度抗張強度抗彎強度動態(tài)強度抗疲勞性能沖擊強度脆性材料韌性材料蠕變強度熱變形溫度線膨脹系數(shù)成型收縮率吸水率性能對比前后(2～4)AB(2～3)B脆性材料(2～3)C韌性材料變化不大DEFGH結(jié)晶偏大非晶偏小第39頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

熱固性樹脂的增強（通稱為玻璃鋼）

常用的增強材料：玻璃布、棉布、麻布、合成纖維織物、玻璃纖維等，經(jīng)過層壓而成型，如機體、船殼等。

▓實例由不飽和聚酯制成的玻璃鋼與純樹脂、金屬等性能的對比

▲填充

填充的作用：改進高聚物的性能或降低原料成本。

▓實例橡膠填充炭黑以提高制品耐磨性和彈性模量；塑料中填充玻璃纖維以增加強度；樹脂中填充碳酸鈣、黏土、木屑等，起增強和降低成本作用。

●高聚物的共混改性（blendingmodification）

▲本質(zhì)同于增強和填充，只是改性劑為其他聚合物。性能玻璃鋼純樹脂建筑鋼材鋁相對密度抗壓強度，MPa抗彎強度，MPa抗沖擊強度，MPa1.949105015.61.3150900.77.8350～420420～460102.770～11070～18044第40頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

●共混的方式 溶液共混 共混的方式乳液共混 機械混煉

●共混高聚物材料的性質(zhì)

規(guī)律：取決于原料高聚物的性質(zhì)及配方，還取決于它們混合的狀態(tài)。混溶體系的性能介于兩種高聚物性質(zhì)之間。兩相共存，則存在兩個玻璃化溫度。

▓實例

T,℃T,℃形變%形變%PP/LDPEPP/LDPE0/1000/10040/6060/40100/0100/050/5080/20PP/LDPE共混材料熱-機械曲線PP/LDPE共混材料DTA曲線第41頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-3高聚物的力學(xué)性能

特例：以橡膠為改性劑，提高高聚物材料抗沖擊性能。

對橡膠的要求：玻璃化溫度必須遠低于使用溫度；橡膠不溶于剛性高聚物而形成二相；兩種高聚物溶解行為上相似，有利于相互黏著。若三條件達不到，加入第三組分。

效果：原脆性高聚物的沖擊強度提高5～10倍。

第42頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-4高聚物的黏流特性

目的：掌握高聚物的黏流特性，合理控制成型加工過程。一、高聚物的流變性

●定義高聚物的流變性（rheologicalproperty）是指高聚物有流動和形變的性能。

●材料形變的類型tttttttttDDDDDD應(yīng)變與時間的關(guān)系應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系類型編號1

2

3

4

5

6

7

8

9特點符合虎克定律的理想彈性體不符合虎克定律的理想彈性體能完全回復(fù)的非理想彈性體高彈體具有塑性的非理想彈性體非理想塑性體理想塑性體或稱賓漢流體具有黏彈性的非牛頓流體非牛頓黏性流體牛頓流體注：上下同時是直線，則為后一類型第43頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-4高聚物的黏流特性

第1、2、3類屬于彈性形變（包括普彈和高彈）體；第4、5、6、7類屬于同時具有黏性和彈性的黏彈體，其中第5、6類以塑性為主，第7類以黏性為主，高聚物材料多屬于此類；第8、9類屬于黏性液體。

黏性與塑性的差異黏性與塑性同屬于流體性質(zhì)，其中有滯流點的為塑性體。

●流體的類型流體的類型理想流體非理想流體＞1＜1n＞1非理想塑性體＝1理想塑性體＜1非理想塑性體n塑性體類型第44頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-4高聚物的黏流特性

●高聚物流體屬于非理想的具有塑性、黏性的流體

當(dāng)n＝1：為第6種類型，為理想塑性體或賓漢流體。對應(yīng)的是高聚物良溶液中的濃溶液，靜止時存在凝膠結(jié)構(gòu)，應(yīng)力超過后結(jié)構(gòu)破壞。

當(dāng)n＞1或n＜1：為第4、5種類型，屬于黏性體或非理想塑性體。高聚物多屬于此類固體，值越大，物體越硬，對同一黏彈體，力作用時間長，越小。并且，當(dāng)大于破壞應(yīng)力時，材料為脆性固體；小于破壞應(yīng)力時，材料呈韌性破壞。在恒定溫度、應(yīng)力下，表觀黏度隨時間的增加而減小的液體為震凝性液體，相反為搖溶性液體，如聚電解質(zhì)、油漆等。

●高聚物黏性流動的機理是通過鏈段落的逐步位移完成整個高分子的位移。二、影響高聚物流變性的因素

影響高聚物流變性的因素高聚物分子鏈的結(jié)構(gòu)高聚物相對分子質(zhì)量溫度壓力第45頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-4高聚物的黏流特性

●高聚物分子鏈的結(jié)構(gòu)對流變性的影響剛性鏈，黏度大，流動性小；柔性鏈，容易流動。

●相對分子質(zhì)量及分布對高聚物流變性的影響

▲相對分子質(zhì)量對高聚物流變性的影響

規(guī)律：相對分子質(zhì)量越大，流動阻力越大，黏度越大，越難于流動。

▓實例對苯乙烯等高聚物存在如下關(guān)系

lgη＝1.5～2.0lgM＋A

當(dāng)相對分子質(zhì)量高于某一臨界值時lgη＝3.4lgM＋A

▲相對分子質(zhì)量分布對高聚物流變性的影響

規(guī)律：分布寬比分布窄的容易流動

原因：相對分子質(zhì)量小的部分直至了增塑劑的作用第46頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-4高聚物的黏流特性

●溫度對高聚物流變性的影響

▲溫度與表觀黏度的關(guān)系

▲常見高聚物的表觀活化能注意：當(dāng)溫度＞（Tg＋100℃）時，高聚物的表觀活化性基本不變；當(dāng)溫度＜（Tg＋100℃）時，表觀活化能隨溫度的升高而快速降低。

●壓力對高聚物流變性的影響

液體的表觀黏度與切變速率的關(guān)系右圖中線1為牛頓液體；線2為膨脹性流體；線3為假塑性流體。高聚物聚乙烯聚丙烯聚異丁烯聚苯乙烯聚α-甲基苯乙烯△U/(J/mol)(2.7～2.9)×104(3.8～4)×104(5～6.8)×1049.5×1041.3×104D123η第47頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-4高聚物的黏流特性

●常見高聚物的表觀黏度與壓力、溫度的關(guān)系1-聚碳酸酯（280℃）2-聚乙烯（200℃）3-聚甲醛（200℃）4-聚甲基丙烯酸甲酯（200℃）5-醋酸纖維（180℃）6-尼龍（230℃）1-聚碳酸酯（4MPa）2-聚乙烯（4MPa）3-聚甲醛4-聚甲基丙烯酸甲酯5-醋酸纖維（4MPa）6-尼龍（1MPa）1051061031041.02.04.08.010.0123456剪切力（0.1Pa）1041051031502002503002.42.32.22.12.01.91.81.71234561/T（K）×10－3表觀黏度表觀黏度注射壓力/MPa溫度/℃第48頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-4高聚物的黏流特性三、高聚物熔體流動中的彈性效應(yīng)高聚物熔體流動中的彈性效應(yīng)表現(xiàn)為能夠發(fā)生可回復(fù)性形變、法向應(yīng)力效應(yīng)、擠出物膨大現(xiàn)象、不穩(wěn)定流動等現(xiàn)象。

●可回復(fù)性切變形變即：高聚物熔體在流動時所發(fā)生的形變由兩部分組成，一是可回復(fù)性形變，二是由黏性流動產(chǎn)生的形變，其中前者所占的比例較大。可回復(fù)形變由于粘性流動產(chǎn)生的形變時間維持恒定形變外加形變θθ同軸圓筒黏度計中，高聚物熔體的可回復(fù)形變與流動示意圖

第49頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-4高聚物的黏流特性

●法向應(yīng)力效應(yīng)

●擠出物膨大現(xiàn)象

低分子液體高聚物熔體或溶液在攪動過程中，低分子液體的液面中間低，四周高；而高聚物熔體或溶液卻是中間高，而四周低。d0d0d∞d∞abcz剪切速率（s－1）2.22.01.81.61.41.21.010－1100101102103100101102103出口膨脹，直徑之比表觀粘度（Pa·s）a-高聚物流體從d0變到d∞；b-管內(nèi)速度分布；c-遠離管口時速度的平面分布出口膨脹與剪切速率的關(guān)系第50頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-4高聚物的黏流特性

▓實例熔融紡絲過程中的熔體噴出和形變情況低剪切速率剪切速率加大高剪切速率剪切的彈性回復(fù)張力延伸形變速率為零相關(guān)的解釋高分子鏈在管道內(nèi)處于高速剪切，鏈段被舒展開來，相當(dāng)于受到拉伸而使鏈段取向，熔體出現(xiàn)各向異性。當(dāng)熔體突然放大或從管道中流出而使高分子鏈突然“自由化”，至使在管道中形成高彈形變立即得以回復(fù)，分子鏈又恢復(fù)到大體無序的平衡狀態(tài)，鏈間距離增大，以至出現(xiàn)流束膨脹。第51頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-4高聚物的黏流特性

●不穩(wěn)定流動

不穩(wěn)定流動的形成與現(xiàn)象高聚物熔體在擠出時，如果切應(yīng)力超過一定極限時，熔體將出現(xiàn)不穩(wěn)定流動，其現(xiàn)象是擠出物表面不光滑、不規(guī)范。波浪形鯊魚皮形竹節(jié)形螺旋形不規(guī)則破碎形第52頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-4高聚物的黏流特性四、熔融黏度測定AA12354A－A熔融指數(shù)測定儀1-重錘；2-柱塞；3-塑化室4-溫度計；5-出料孔熔融黏度的測定方法毛細管黏度計法、熔融指數(shù)測定法、旋轉(zhuǎn)式黏度計法、落球式黏度計法。熔融指數(shù)測定儀如圖所示。原理：高聚物熔體試樣在規(guī)定的溫度、壓力下，在一定時間內(nèi)流過標(biāo)準(zhǔn)出料孔的重量，記為熔融指數(shù)MI，以g/10min表示。第53頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能一、高聚物的電性能

●總論

高聚物具有體積電阻率高（1016～1020Ω·cm）、介電常數(shù)?。ā?）、介質(zhì)損耗低（＜10－4）等半導(dǎo)體特殊優(yōu)良的電性能，同時某些高聚物還具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。另外，由于高聚物成型加工容易，品型多，故在電器方法應(yīng)用廣泛。

第54頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

●高聚物的介電性

▲定義

高聚物的介電性是指高聚物在電場的作用下，表現(xiàn)出對靜電能的儲蓄的損耗的性質(zhì)。

▲高聚物的極性類別

▲高聚物的極化（polarization）是電解質(zhì)在電場的作用下分子內(nèi)束縛電荷產(chǎn)生彈性位移或偶極子沿電場的從優(yōu)取向，在電場方向的電解質(zhì)兩端呈現(xiàn)異號電荷的現(xiàn)象。強極性高聚物（PVA、PAN、PET、酚醛樹脂、氨基樹脂等）高聚物的極性類別非極性高聚物（PE、PP、PTFE等）弱極性高聚物（PS、PIP等）極性高聚物（PVC、PA、PVAC、PMMA等）介電性的表示方法介電常數(shù)介電損耗影響高聚物介電性的因素高聚物的極性高聚物的極化第55頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

高聚物的極化形式

極化形式極化機理特點適用對象電子極化電子云的變形極快，10－12～10－15s；無能量損耗；不依賴溫度和頻率所有高聚物原子極化各原子之間的相對位移稍快，10－12s；損耗微量能量；不依賴溫度所有高聚物偶極極化極性分子（或偶極子）沿電場方向轉(zhuǎn)動，從優(yōu)取向慢，10－9s以上；損耗較大能量；依賴溫度和頻率極性高聚物界面極化載流子在界面處聚集產(chǎn)生的極化極慢，幾分之一秒至幾分鐘、幾小時共混、復(fù)合材料＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－高聚物在電場中極化示意圖第56頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-4高聚物的其他性能

▲高聚物的介電常數(shù)（dielectricconstant）

△定義顯然，高聚物極化程度越大，極板感應(yīng)產(chǎn)生的電荷Q’越大，介電常數(shù)越大。

△常見高聚物的介電常數(shù)高聚物計算值實驗值高聚物計算值實驗值聚乙烯（外推到無定型）聚丙烯（無定型）聚氯化苯乙烯聚四氟乙烯（無定型）聚氯乙烯聚醋酸乙烯酯聚甲基丙烯酸甲酯聚α-氯代丙烯酸甲酯2.202.152.552.822.03.202.943.452.32.22.552.62.12.252.6/3.73.4聚α-氯代丙烯酸乙酯聚甲基丙烯酸乙酯聚丙烯腈聚甲醛聚苯醚聚對苯二甲酸乙二酯(無定型)聚碳酸酯聚已二酰已二胺3.202.803.262.952.653.403.004.143.12.7/3.43.13.12.62.9/3.22.6/3.04.0第57頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

▲高聚物的介電損耗（dielectricloss）

△定義是電介質(zhì)在交變電場的作用下，將一部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏鴵p耗的現(xiàn)象。一般用損耗角的正切值表示。式中－實驗測得的介電常數(shù)；－高聚物將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軗p耗的程度。

△介電損耗的原因

對非極性高聚物在交變電場中，所含的雜質(zhì)產(chǎn)生的漏導(dǎo)電流，載流子流動時，克服內(nèi)摩擦阻力而作功，使一部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，屬于歐姆損耗。

對極性高聚物在交變電場中極化時，由于黏滯阻力，偶極子的轉(zhuǎn)動取向滯后于交變電場的變化，致使偶極子發(fā)生強迫振動，在每次交變過程中，吸收一部分電能成熱能而釋放出來，屬于偶極損耗。損耗的大小取決于偶極極化的松弛特性。

VVIIcδφab高聚物介電損耗示意圖第58頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

△部分高聚物的介電損耗高聚物介電損耗（tanδ）60Hz103Hz106Hz高密度聚乙烯低密度聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚四氟乙烯聚碳酸酯聚已內(nèi)酰胺聚已二酰已二胺聚甲基丙烯酸甲酯聚氯乙烯聚偏乙烯ABS聚甲醛0.00020.00050.00050.0001～0.0003＜0.00020.00090.014～0.040.010～0.060.04～0.060.08～0.150.007～0.020.004～0.0340.0040.0020.00050.0002～0.00080.0001～0.0003＜0.00020.00210.02～0.040.011～0.060.03～0.050.07～0.160.009～0.0170.002～0.0120.00030.00050.0001～0.00050.0001～0.0004＜0.00020.0100.03～0.040.03～0.040.02～0.030.04～0.1400.006～0.0190.007～0.0260.004第59頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

▲影響高聚物介電性的因素

△高聚物分子結(jié)構(gòu)對介電性的影響

規(guī)律：ω與T一定，極性↑、極性基團密度↑，介電常數(shù)與介電損耗↑。

▓實例前兩表

△頻率對高聚物介電性的影響

影響高聚物介電性的因素高聚物的分子結(jié)構(gòu)交變電場的頻率溫度濕度增塑劑ε′(T1)ε′(T1)ε′(T1)ε″(T1)ε″(T1)ε″(T1)ε′ε″ω

隨頻率增加而降低，并且在較低和較高時為零。隨頻率增加存在極大值，并且，頻率較高和較低時為零。

T1＜T2＜T3第60頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

△溫度對高聚物介電性的影響對非極性高聚物，溫度升高，介電常數(shù)下降；對極性高聚物，隨溫度的升高而出現(xiàn)峰值。

△濕度對高聚物介電性的影響

2.002.052.102.302.352.40020406080100～～～～1234溫度（℃）介電常數(shù)ε′非極性高聚物的介電常數(shù)與溫度的關(guān)系1-PP；2-HDPE；3-LDPE；4-PTFE50607080901003579121000Hz1000Hz60Hz60Hzε′ε″PVAC的介電性能與溫度的關(guān)系溫度（℃）介電性介電常數(shù)（50Hz）介電損耗（50Hz）相對濕度酚醛樹脂聚氯乙烯（電纜料）31.7%

63%

97%9.71

10.4

15.87.40

7.50

8.0031.7%

63%

97%0.342

0.358

0.4480.111

0.113

0.136濕度↑，介電常數(shù)與介電損耗↑第61頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

△增塑劑對高聚物介電性的影響

規(guī)律：對非極性高聚物，隨加入增塑劑量的增加將曲線推向高頻率區(qū)；對極性高聚物，隨增塑劑量的增加，介電常數(shù)和介電損耗增大。

▓實例

PVC

●高聚物的導(dǎo)電性

▲高聚物的導(dǎo)電類型20406080100T(℃)051015ε′20406080100T(℃)00.51.01.5ε″03915200391520增塑劑加入量對PVC介電性能的影響高聚物的導(dǎo)電類型電子導(dǎo)電離子導(dǎo)電氧化還原導(dǎo)電第62頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

▲導(dǎo)電高聚物的應(yīng)用導(dǎo)電高聚物的應(yīng)用電子導(dǎo)電高聚物導(dǎo)電材料電極材料電顯示材料化學(xué)反應(yīng)催化劑有機分子開關(guān)離子導(dǎo)電高聚物代替電解質(zhì)材料全固態(tài)電池氧化還原導(dǎo)電高聚物各種電極材料特種電極修飾材料第63頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

▲高聚物的絕緣電阻

▲高聚物的擊穿電壓強度（disruptivevoltagestrength）

△定義連續(xù)對高聚物材料升高電壓，當(dāng)試樣被擊穿時的電壓和試樣厚度的比值稱為擊穿電壓強度。

△電流-電壓曲線與擊穿電壓與溫度曲線高聚物絕緣電阻的表示形式表面電阻率體積電阻率平等電極環(huán)狀電極高電壓區(qū)低電壓區(qū)絕緣破壞I電極VS第64頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

●高聚物的靜電現(xiàn)象（electrostaticeffect）

▲高聚物靜電現(xiàn)象的產(chǎn)生主要產(chǎn)生于高聚物與成型加工設(shè)備之間的摩擦、拉幅、拉絲等過程。1000-100-20051015溫度（℃）123456擊穿電壓強度×10－6（V/cm）幾種高聚物的擊穿電壓強度與溫度的關(guān)系1-聚甲基丙烯酸甲酯2-聚乙烯醇3-氯代聚乙烯4-聚苯乙烯5-聚乙烯6-聚異丁烯AAABBB電中性兩相電荷帶電＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋|||||||||||||||||||||||接觸或摩擦分離第65頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

▲高聚物的帶電半衰期與帶電序列

▲靜電的利與弊

靜電的有利之處靜電噴涂、靜電印刷、靜電照像、靜電吸塵等。

靜電的不利之處影響外觀、相互黏結(jié)、電器準(zhǔn)確性、靜電火花、磁帶雜音等。高聚物半衰期，s正電荷負電荷聚乙烯基咪唑賽璐璐聚N，N-二甲丙烯酰胺聚丙烯酸羊毛棉花聚n-乙烯基吡咯酮聚丙烯腈聚已二酰已二胺聚乙烯醇0.10.30.661.52.53.64166793684700.240.30.480.961.554.815.86877203770聚四氟乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚乙烯聚苯醚聚偏二氯乙烯氯化聚醚聚碳酸酯聚氯乙烯聚丙烯腈聚對苯二甲酸乙二酯維尼綸聚甲基丙烯酸甲酯醋酸纖維纖維素聚酰胺第66頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

▲靜電的防止

靜電的防止辦法靜電消除器接地導(dǎo)出環(huán)境濕度調(diào)節(jié)加入抗靜電劑陽離子型陰離子型兩性離子型非離子型高分子型靜電荷10－710－610－510－410－310－210－1105101520吸水率（%）聚酰胺木棉麻羊毛絡(luò)素纖維膠粘纖維醋酸纖維10005001005010543200.10.20.30.40.50.6抗靜電劑（%）靜電荷靜電荷水率的關(guān)系抗靜電劑加入量對靜電荷的影響1-PVC2-PE3-PP第67頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

▲抗靜電劑的選擇

●高聚物的其他電性能對抗靜電劑的要求親水性強與高聚物的相溶性好容易分散混合穩(wěn)定性好無毒、無味、無害加入后不影響高聚物其他性能高聚物的其他電性能高聚物駐極體的壓電、熱電性能力能轉(zhuǎn)換成電訊號熱能轉(zhuǎn)換成電訊號光能轉(zhuǎn)換成電訊號高聚物光電性能靜電復(fù)印機鼓激光打印機鼓第68頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能二、高聚物的光學(xué)性能

●光的折射與反射

▲透明高聚物的光學(xué)性質(zhì)

▲高聚物的光學(xué)應(yīng)用光的傳遞材料（鏡片、光導(dǎo)纖維等）；發(fā)光、反光裝飾材料（指示燈、反光鏡片等）高聚物的光學(xué)性能光的透過光的吸收光的折射光的反射光的偏振高聚物折射率光透過率，%高聚物折射率光透過率，%聚甲基丙烯酸甲酯醋酸纖維聚乙烯醇縮丁醛1.491.491.48948771聚苯乙烯酚醛樹脂1.601.609085第69頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

●雙折射與偏振主要體現(xiàn)在單向拉伸和雙向拉伸后的高聚物材料的測試上。進而反映高聚物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況。

●光散射主要反應(yīng)在薄膜的性能測試上。三、高聚物的透氣性能

高聚物透氣性能的應(yīng)用透氣性能越大越好包裝薄膜透氣性能越小越好輪胎氣球真空包裝氣墊船橡皮水壩橡皮水壩選擇性滲透海水淡化污水處理富氧氣體物料分離第70頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

●氣體擴散定律（菲克定律）

●擴散與高聚物結(jié)構(gòu)的關(guān)系

非穩(wěn)態(tài)區(qū)穩(wěn)態(tài)擴散速率→滯后時間時間擴散氣體量氣體擴散穿過高聚物膜時的時間滯后曲線10－510－610－71.92.12.32.52.72.93.13.3。氣體分子直徑（A）3.5天然橡膠丁腈橡膠18丁腈橡膠25異丁橡膠異丁橡膠CO2N2O2H2He擴散系數(shù)D31030100300NeHe(D×105)KrSF6(D×105)ArN2CO2H2SO2Tg2.72.82.93.03.13.23.3D×1012(m2/S)氣體分子直徑與擴散系數(shù)的關(guān)系一些氣體對PMMA的擴散系數(shù)度的關(guān)系1/T×103,K第71頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-5高聚物的其他性能

●常用高聚物的滲透系數(shù)高聚物氣體或蒸汽滲透系數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）×1010,cm3·mm/cm2·s·cmHg柱N2O2CO2H2O天然橡膠聚酰胺聚丁二烯丁腈橡膠丁苯橡膠氯丁橡膠聚乙烯聚對苯二甲酸乙二酯聚甲醛聚丙烯聚苯乙烯聚氯乙烯聚偏二氯乙烯硅橡膠840.1～0.264.52.4～2563.511.83.3～200.050.224.43～800.4～1.70.01－2300.381919.5～821724011～590.30.382315～2501.2～60.051000～600013301.6138075～636124025043～2801.01.99275～37010～370.296000～3000030000700～1700049000100002400018000120～2001300～23005000～10000700100002600～630014100106000第72頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-6高聚物的其他性能四、高聚物的熱物理性能

部分高聚物材料室溫下的線膨脹系數(shù)高聚物的熱物理性能耐熱性比熱容與焓導(dǎo)熱率熱膨脹系數(shù)高聚物材料線膨脹系數(shù)×105，1/K高聚物材料線膨脹系數(shù)×105，1/K石英玻璃熱固性塑料酚醛樹脂（填充木粉）脲醛樹脂硫化天然橡膠熱塑性塑料聚苯乙烯0.12～53386～207聚甲基丙烯酸甲酯尼龍聚丙烯聚乙烯聚氯乙烯纖維素的醚及酯4.56～96～1011～13(HDPE)13～20(LDPE)5～18.5(未增塑)6～17第73頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-6高聚物溶液與相對分子質(zhì)量

高聚物溶液的應(yīng)用高聚物溶液是高聚物溶解于低分子溶劑中形成的二元或多元體系組成的真溶液。高聚物稀溶液濃度：＜5%高聚物濃溶液濃度：＞5%高聚物溶液的應(yīng)用黏合劑涂料油漆紡絲增塑高聚物的分級高聚物相對分子質(zhì)量測定絮凝劑分散劑泥漿處理劑第74頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-6高聚物溶液與相對分子質(zhì)量一、高聚物的溶解

●非晶態(tài)高聚物的溶解條件：足夠量的溶劑、一定量的非晶態(tài)高聚物溶解過程與運動單元：溶解過程的關(guān)鍵步驟是溶脹（swelling）。其中無限溶脹就是溶解，而有限溶脹是不溶解。運動單元：溶劑分子部分鏈段運動單元：溶劑分子大部分鏈段少部分高分子鏈運動單元：溶劑分子所有鏈段所有高分子鏈溶脹無限溶脹第75頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-6高聚物溶液與相對分子質(zhì)量

●結(jié)晶高聚物的溶解

▲非極性結(jié)晶高聚物的溶解條件：足夠量的溶劑，一定量的非極性結(jié)晶高聚物，并且加熱到熔點附近。溶解過程：加熱使結(jié)晶熔化，再溶脹、溶解。

▲極性溶解高聚物的溶解條件：足夠量的強極性溶劑，一定量的極性結(jié)晶高聚物，不用加熱。溶解過程：通過溶劑化作用溶解。～C－N－R－C－N～OHHO～N－C－R－N－C～OHHO＋－－＋－＋－＋－＋＋－＋－－＋＋－－＋－＋－＋－＋＋－＋－－＋－＋＋－＋－－＋－＋＋－＋－－＋＋－－＋－＋－＋＋－－＋－＋－＋～C

R

N～OHHON

O～C

R

N～OHHON

O－＋＋－＋－－＋－＋＋－＋－－＋－＋＋－＋－－＋－＋＋－＋－－＋＋－－＋－＋－＋＋－－＋－＋－＋＋－－＋－＋－＋＋－－＋－＋－＋第76頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-6高聚物溶液與相對分子質(zhì)量

●高聚物溶液的一般特性

●聚電解質(zhì)（polyelectrolyte）溶液

定義：含有可離解基團的一類高聚物所組形成的液體。

應(yīng)用：高聚物溶液的一般特性高聚物溶解過程比小分子物質(zhì)慢得多高聚物溶液黏度比同濃度的小分子溶液黏度大得多多數(shù)高聚物溶液才都能抽絲成膜多數(shù)高聚物溶液遵循宏觀熱力學(xué)規(guī)律聚電解質(zhì)的應(yīng)用絮凝劑分散劑催化劑增稠劑泥漿處理劑土壤增濕劑第77頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-6高聚物溶液與相對分子質(zhì)量二、溶劑的選擇

●極性相似原則

●溶劑化原則●溶解度參數(shù)相近原則溶劑選擇的原則極性相似原則溶劑化原則溶解度參數(shù)相近原則EAAEABEBBEABEAAEBBEAB≥EAAEAB≥EBBEAA≥EABEBB≥EAB混溶體系不混溶體系分子A分子B第78頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-6高聚物溶液與相對分子質(zhì)量

▲內(nèi)聚能與內(nèi)聚能密度類似上圖中的EAA、EBB表示分子間的力或相互作用能稱為內(nèi)聚能。表示物質(zhì)分子通過相互作用而聚集到一起的能量。單位體積的內(nèi)聚能稱為內(nèi)聚能密度，一般用CED表示。

▲內(nèi)聚能密度與溶解度參數(shù)（solubilityparameter）

內(nèi)聚能密度的平方根稱為溶解度參數(shù)，一般用δ表示。

▲理論依據(jù)即：溶解混合過程△S＞0；△H越小越好。第79頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四§5-6高聚物溶液與相對分子質(zhì)量進而，△H