高分子材料的物理化學(xué)性質(zhì)課件

高分子材料的物理化學(xué)性質(zhì)（一）彈性模量

應(yīng)變：材料在受外力作用而不產(chǎn)生慣性移動(dòng)時(shí)，物體相應(yīng)外力所產(chǎn)生的形變?yōu)閼?yīng)變。

應(yīng)力：材料宏觀變形時(shí)，其內(nèi)部產(chǎn)生與外力相抗衡的力，稱(chēng)為應(yīng)力。一、高分子材料的力學(xué)性能A0l0lDlAFF材料受力方式主要有以下三種基本類(lèi)型：簡(jiǎn)單拉伸簡(jiǎn)單剪切A0FF形狀改變而體積不變均勻壓縮A0體積改變而形狀不變

是指在彈性形變范圍內(nèi)單位應(yīng)變所需應(yīng)力的大小。是材料剛性的一種表征。分別對(duì)應(yīng)于以上三種材料受力和形變的基本類(lèi)型的模量如下：

拉伸模量（楊氏模量）E：E=/

剪切模量（剛性模量）G：G=s/

體積模量（本體模量）B：B=p/V彈性模量硬度：是衡量材料表面承受外界壓力能力的一種指標(biāo)。 硬度的大小與材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量有關(guān)。強(qiáng)度：是衡量材料抵抗外力破壞的能力，是指在一定條件下材料所能承受的最大應(yīng)力。（二）硬度和強(qiáng)度厚度d寬度bP

試樣斷裂前所受的最大負(fù)荷P與試樣橫截面積之比為抗張強(qiáng)度t：t=P/b?

d1、拉伸強(qiáng)度衡量材料抵抗拉伸破壞的能力，也稱(chēng)拉伸強(qiáng)度。Pdbl0/2l0/2抗彎強(qiáng)度測(cè)定試驗(yàn)示意圖2、抗彎強(qiáng)度也稱(chēng)撓曲強(qiáng)度或彎曲強(qiáng)度。設(shè)試驗(yàn)過(guò)程中最大的負(fù)荷為P，則抗彎強(qiáng)度f(wàn)為：f=1.5Pl0/bd23、沖擊強(qiáng)度（i）沖擊強(qiáng)度也稱(chēng)抗沖強(qiáng)度,定義為試樣受沖擊負(fù)荷時(shí)單位截面積所吸收的能量。是衡量材料韌性的一種指標(biāo)。沖擊頭，以一定速度對(duì)試樣實(shí)施沖擊Pbl0/2l0/2d（1）聚合物自身的結(jié)構(gòu)：主鏈中引入芳雜環(huán)，可增加鏈的剛性，分子鏈易于取向，強(qiáng)度增加；適度交聯(lián)，有利于強(qiáng)度的提高。（2）結(jié)晶和取向：結(jié)晶和取向可使分子鏈規(guī)整排列，增加強(qiáng)度，但結(jié)晶度過(guò)高，可導(dǎo)致抗沖強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率降低，使材料變脆。（3）分子量：在一定范圍內(nèi)分子量增加，強(qiáng)度增加。（4）應(yīng)力集中：若材料中存在某些缺陷，受力時(shí)，缺陷附近局部范圍內(nèi)的應(yīng)力會(huì)急劇增加，稱(chēng)為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中首先使其附近的高分子鏈斷裂和相對(duì)位移，然后應(yīng)力再向其它部位傳遞。4、聚合物強(qiáng)度的影響因素（5）惰性填料：有時(shí)為了降低成本，在聚合物中加入一些只起稀釋作用的惰性填料，如在聚合物中加入粉狀碳酸鈣。惰性填料往往使聚合物材料的強(qiáng)度降低。（6）增塑：增塑劑的加入可使材料強(qiáng)度降低，只適于對(duì)彈性、韌性的要求遠(yuǎn)甚于強(qiáng)度的軟塑料制品。（7）外界因素：溫度、外力作用速度和作用時(shí)間對(duì)強(qiáng)度都有影響。高聚物力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象稱(chēng)為力學(xué)松弛或粘彈現(xiàn)象粘彈性分類(lèi)靜態(tài)粘彈性動(dòng)態(tài)粘彈性蠕變、應(yīng)力松弛滯后、內(nèi)耗（三）粘彈性e1e2+e3e1e2e3t2t1te應(yīng)用：蠕變影響了材料的尺寸穩(wěn)定性。例如，精密的機(jī)械零件必須采用蠕變小的工程塑料制造；相反聚四氟乙烯的蠕變性很大，利用這一特點(diǎn)可以用作很好的密封材料（即用于密封水管接口等的“生料帶”）1、蠕變

在恒溫下施加較小的恒定外力時(shí)，材料的形變隨時(shí)間而逐漸增大的力學(xué)松弛現(xiàn)象。如掛東西的塑料繩慢慢變長(zhǎng)。去外力

2、應(yīng)力松弛所謂應(yīng)力松弛，就是在固定的溫度和形變下，聚合物內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間增加而逐漸衰減的現(xiàn)象。例如橡膠松緊帶開(kāi)始使用時(shí)感覺(jué)比較緊，用過(guò)一段時(shí)間后越來(lái)越松。也就是說(shuō)，實(shí)現(xiàn)同樣的形變量，所需的力越來(lái)越少。應(yīng)力松弛同樣也有重要的實(shí)際意義。成型過(guò)程中總離不開(kāi)應(yīng)力，在固化成制品的過(guò)程中應(yīng)力來(lái)不及完全松弛，或多或少會(huì)被凍結(jié)在制品內(nèi)。這種殘存的內(nèi)應(yīng)力在制品的存放和使用過(guò)程中會(huì)慢慢發(fā)生松弛，從而引起制品翹曲、變形甚至應(yīng)力開(kāi)裂。消除的辦法是退火或溶脹（如纖維熱定形時(shí)吹入水蒸汽）以加速應(yīng)力松弛過(guò)程。3.滯后現(xiàn)象

當(dāng)外力不是靜力，而是交變力（即應(yīng)力大小呈周期性變化）時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系就會(huì)呈現(xiàn)出滯后現(xiàn)象。所謂滯后現(xiàn)象，是指應(yīng)變隨時(shí)間的變化一直跟不上應(yīng)力隨時(shí)間的變化的現(xiàn)象。例如，自行車(chē)行駛時(shí)橡膠輪胎的某一部分一會(huì)兒著地，一會(huì)兒離地，因而受到的是一個(gè)交變力（圖7-58）。在這個(gè)交變力作用下，輪胎的形變也是一會(huì)兒大一會(huì)兒小的變化。形變總是落后于應(yīng)力的變化，這種滯后現(xiàn)象的發(fā)生是由于鏈段在運(yùn)動(dòng)時(shí)要受到內(nèi)摩擦力的作用。當(dāng)外力變化時(shí)，鏈段的運(yùn)動(dòng)跟不上外力的變化，所以落后于應(yīng)力，有一個(gè)相位差δ。相位差越大，說(shuō)明鏈段運(yùn)動(dòng)越困難。4.內(nèi)耗輪胎在高速行使相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間后，立即檢查內(nèi)層溫度，為什么達(dá)到燙手的程度？高聚物受到交變力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，上一次受到外力后發(fā)生形變?cè)谕饬θコ筮€來(lái)不及恢復(fù)，下一次應(yīng)力又施加了，以致總有部分彈性?xún)?chǔ)能沒(méi)有釋放出來(lái)。這樣不斷循環(huán)，那些未釋放的彈性?xún)?chǔ)能都被消耗在體系的自摩擦上，并轉(zhuǎn)化成熱量放出。這種由于力學(xué)滯后而使機(jī)械功轉(zhuǎn)換成熱的現(xiàn)象，稱(chēng)為內(nèi)耗。相關(guān)應(yīng)用對(duì)于作輪胎的橡膠，則希望它有最小的力學(xué)損耗才好對(duì)于作為防震材料，要求在常溫附近有較大的力學(xué)損耗（吸收振動(dòng)能并轉(zhuǎn)化為熱能）對(duì)于隔音材料和吸音材料，要求在音頻范圍內(nèi)有較大的力學(xué)損耗（當(dāng)然也不能內(nèi)耗太大，否則發(fā)熱過(guò)多，材料易于熱態(tài)化）二、高分子材料的其他性能（一）滲透性及透氣性高分子材料通過(guò)擴(kuò)散和吸收過(guò)程，使氣體或液體透過(guò)一個(gè)表面?zhèn)鬟f到另一表面滲出、從濃度高的一側(cè)擴(kuò)散到濃度低的一側(cè)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為滲透性。

影響滲透性的主要因素：溫度、極性、分子大小、鏈的柔性等。

高聚物的透氣性能應(yīng)用

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（二）膠粘性膠粘性：粘合行為及被粘合行為粘合過(guò)程：

第一階段：液體膠黏劑分子借助于布朗運(yùn)動(dòng)向被粘物表面擴(kuò)散，使兩者的急性基團(tuán)或鏈節(jié)相互靠近；第二階段是吸附力的產(chǎn)生，當(dāng)膠黏劑與被粘