高分子物理各大影響因素匯總省名師優(yōu)質課賽課獲獎課件市賽課一等獎課件

影響高分子鏈柔順性原因主鏈結構主鏈完全由C-C鍵組成碳鏈高分子都含有較大柔性。如PE，PP。當主鏈中含O，N，Si等雜原子時，柔順性很好。當主鏈中引入不能內旋轉芳環(huán)、芳雜環(huán)等環(huán)狀結構，柔順性下降。當主鏈中由共軛雙鍵組成時，柔順性差，是剛性鏈。如聚乙炔、聚苯。當主鏈中含孤立雙鍵時，柔順性好。如聚丁二烯、聚異戊二烯是橡膠。第1頁側基取代基極性增加，分子柔順性下降。取代基在高分子鏈上分布密度增大，則柔性下降。取代基在主鏈上分布假如有對稱性，則比不對稱性柔性好。非極性側基體積越大，內旋轉位阻越大，柔順性越差。鏈長短分子鏈較短，內旋轉產生構象數少，柔性差，剛性大。分子鏈較長，主鏈所含單鍵數目多，因內旋轉而產生構象數目多，柔順性好。第2頁分子間作用力氫鍵使分子鏈不能旋轉，可大大增加分子鏈剛性。如蛋白質、纖維素、尼龍等。結晶降低聚合物柔順性，如聚乙烯因為結晶，不是橡膠而是塑料。交聯使柔順性大大降低，如橡膠含硫30％以上是硬橡皮，沒有彈性。分子鏈規(guī)整性：分子結構愈規(guī)整，則結晶能力愈強，而高分子一旦結晶，則柔順性大大降低。溫度：溫度上升，柔順性增加。外力：外力作用時間長，柔性輕易顯示；相反則表現僵硬。溶劑：溶解性好，則分子鏈充分舒展，柔性好。第3頁影響高分子結晶能力原因鏈對稱性升高，結晶能力升高，如PTFE。鏈空間立構規(guī)整性上升，結晶能力提升，如全同PP、間同PMMA。鏈柔順性好，結晶能力強，如聚乙烯即使從熔融態(tài)直接投入到液氮中也仍能結晶。無規(guī)共聚通常使結晶能力下降。分子間氫鍵使結晶能力上升，如尼龍。支化越多，結晶下降；交聯越多，結晶也下降。第4頁聚合物結晶速率影響原因分子鏈結構：凡分子結構對稱、規(guī)整性好、柔性好、分子間作用力強聚合物易結晶，結晶速率也快。溫度：溫度對結晶速度影響極大，溫度較高，結晶速率?。话殡S溫度下降，結晶速率增加；溫度再深入降低，結晶速率又下降；當T<Tg時，則不能結晶。應力：應力能使分子鏈沿外力方向有序排列，可提升結晶速度。分子量：在相同條件下，普通分子量低結晶速度快。雜質：雜質影響較復雜，有可妨礙結晶進行，有則能加速結晶（成核劑）。溶劑：有溶劑能顯著地促進高聚物結晶，比如水能促進尼龍和聚酯結晶。總之，結晶能力越強，結晶速度也越大。第5頁提升聚合物熔點辦法主鏈上引入極性基團側鏈上引入極性基團使高分子鏈間形成氫鍵主鏈上引入共軛雙鍵，氫鍵或環(huán)狀結構。側鏈上引入龐大而剛性側基，用定向聚合方法使側基規(guī)則排列后解結晶。第6頁玻璃化轉變溫度影響原因主鏈結構主鏈飽和，分子鏈上沒有極性或含有位阻大取代基團存在，Tg較低。主鏈上含有孤立雙鍵，鏈也較柔順，Tg較低。如天然橡膠、順丁橡膠。主鏈上有芳環(huán)、芳雜環(huán),Tg較高，如聚碳酸酯。側基或側鏈側基在高分子鏈上分布不對稱，則側基極性↑，Tg↑。側基能形成氫鍵，也使Tg↑。極性側基在高分子鏈上分布對稱，則極性基靜電場相互抵消，高聚物有較大柔性，Tg較低?？臻g位阻效應剛性大側基，會使單鍵內旋轉受阻，Tg↑季碳原子上一個甲基作不對稱取代，空間位阻將增大，Tg↑長而柔側鏈反而會使Tg↓。第7頁分子量：伴隨M↑，Tg↑；分子量超出某一程度后，M對Tg影響就不顯著了。分子間作用力氫鍵：分子間氫鍵可使Tg顯著提升。金屬離子：聚合物合成中加入金屬離子形成含離子聚合物可使其Tg大幅度上升。交聯影響：伴隨化學交聯點密度增加，鏈柔順性也減小，Tg↑。增塑劑：極性和非極性增塑劑均可使高聚物Tg下降。共聚：共聚物Tg通常是介于單體單元均聚物Tg之間，并與共聚方法、共聚單體性質及單體配比相關。共混：共混相容性通常以其Tg情況來表征。相容性極好則共混物Tg只有一個；相容性很好，出現相互靠近二個Tg；相容性差，仍保持原來物質二個Tg。第8頁升溫速度：升溫速度快，Tg高，升溫速度慢，Tg低；降溫速度快，Tg高，降溫速度慢，Tg低。外力：單向外力促使鏈段運動，因而使Tg降低。外力越大，降低越多。作用時間：外力作用時間短、頻率大，聚合物形變跟不上環(huán)境條件改變，使測得Tg偏高。流體靜壓力：當高聚物受流體靜壓力作用時，內部自由體積將被壓縮，鏈段活動受限制，柔性減小，Tg↑；靜壓力越大，Tg↑越高。第9頁影響Tf原因分子結構：柔性好，Tf低；柔性差，Tf高。分子量：分子量越大，運動時內摩擦阻力越大，位移運動不易進行，Tf越大，這對成型加工是不利。外力：外力越大，Tf越低，外力作用時間越長，Tf越低，反之則越大。第10頁影響高分子液體剪切粘度原因試驗條件和生產工藝條件溫度升高，粘度隨溫度升高以指數形式降低。切變速率：對柔性鏈，提升切變速率，熔體黏度降低。切應力：對柔性鏈，提升切應力，熔體粘度降低。壓力：壓力增大，自由體積減小，粘度增加。大分子結構參數分子結構：分子鏈剛性越大，分子間力越大，粘度也很大。分子量：分子量增大，材料粘度快速升高。分子量分布：分布寬，則小分子部分充當增塑劑，高聚物柔軟，粘度較低；反之則較高。支化：短支鏈多，流動性好，粘度低；長支鏈多，形成纏結，粘度提升。配合劑：填充補強材料使體系粘度上升；軟化增塑材料使體系粘度下降。共混：加入第二組分，可降低熔體粘度，改進加工性能。凡能使玻璃化溫度升高原因，往往使粘度提升。第11頁影響內耗原因溫度：溫度在Tg以下，tgδ很??；伴隨溫度上升，tgδ增大，出現內耗峰；溫度深入升高，tgδ減小，內耗降低；直到溫度超出Tf，內耗又急劇增加。外力作用頻率：ω>>1/τ，該運動單元基本上來不及跟隨交變外力而發(fā)生運動，tgδ幾乎為零。當ω<<1/τ，運動單元運動完全跟得上作用力改變，tgδ幾乎為零。只有當ω≈1/τ

，運動單元運動跟上，但又不能完全跟上外應力改變，tgδ出現極大值，產生內耗峰。分子結構：結構簡單，分子間力小，內摩擦阻力小，鏈段運動輕易，松弛時間短，tgδ小。第12頁影響拉伸行為外部原因溫度：溫度升高，分子鏈段熱運動加劇，松弛過程加緊，表現出材料模量和強度下降，伸長率變大。當溫度T<Tb時，材料呈脆性斷裂；當溫度T>Tb時，材料呈韌性斷裂。拉伸速率：由時溫等效原理，減慢拉伸速率與升高溫度有同等效果。當拉伸速率高于脆-韌轉變速率時，材料呈脆性斷裂，反之為韌性斷裂。環(huán)境壓力：伴隨環(huán)境壓力升高，材料強度增高，伸長率變大，出現經典屈服現象，材料發(fā)生脆-韌轉變，由脆性斷裂轉為韌性斷裂。第13頁影響斷裂強度原因分子量：超出最小聚合度，隨分子量增大，材料強度逐步增大。當分子量相當大，致使分子間作用力總和超出了化學鍵能時，材料強度主要取決于化學鍵能大小。結晶度：伴隨結晶度上升，材料屈服強度、斷裂強度、硬度、彈性模量均提升，但斷裂伸長率和韌性下降。晶體形態(tài)：同一聚合物，伸直鏈晶體拉伸強度最大，串晶次之，球晶最小。晶粒尺寸：均勻小球晶能使材料強度、伸長率、模量和韌性得到提升，而大球晶將使斷裂伸長和韌性下降。交聯：隨交聯程度提升，橡膠材料拉伸模量和強度都大大提升，到達極值強度后，又趨于下降；斷裂伸長率則連續(xù)下降。取向：對于脆性材料，取向使材料在平行于取向方向強度、模量和伸長率提升，甚至出現脆-韌轉變，而在垂直于取向方向強度和伸長率降低。對于延性、易結晶材料，在平行于取向方向強度、模量提升，在垂直于取向方向強度下降，伸長率增大。溫度：溫度升高，材料屈服強度顯著降低。拉伸速率：拉伸速率提升，屈服強度上升。第14頁影響抗沖擊強度原因缺口：缺口處應力集中，缺口曲率半徑越小，應力集中效應越顯著。有缺口試樣抗沖強度遠小于無缺口試樣。溫度：溫度升高，材料抗沖擊強度隨之增大。對無定形聚合物，當溫度升高到玻璃化溫度附近或更高時，抗沖擊強度急劇增大。結晶度：結晶度為40-60%時，材料斷裂伸長率高，韌性很好，抗沖強度高，結晶度再增大則下降。結晶形態(tài)：均勻小球晶材料抗沖擊韌性好，而大球晶韌性差。