第1章高分子聚合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能

1、高等教育出版社高等教育出版社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社第第1 1章章 高分子聚合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能高分子聚合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)電子教案塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)電子教案 聚合物的熱力學(xué)性能聚合物的熱力學(xué)性能 聚合物的流變學(xué)性質(zhì)聚合物的流變學(xué)性質(zhì) 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高分子聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.11.21.3第一章第一章 高分子聚合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能高分子聚合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與性能 聚合物聚合物在成型過(guò)程中的物理化學(xué)變化在成型過(guò)程中的物理化學(xué)變化1.41 1.1.1 高分子聚合物分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高分子聚合物分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.1.1 高分子與低分子高分子與低分子 高聚物的相對(duì)

2、分子質(zhì)量比低分子化合物高得多。高聚物的相對(duì)分子質(zhì)量比低分子化合物高得多。1.1.2 高聚物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高聚物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖1.1高聚物的結(jié)構(gòu)示意圖1 1.1.1 高分子聚合物分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高分子聚合物分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.1.2 高聚物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高聚物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1高分子鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高分子鏈結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （1）高分子呈現(xiàn)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)）高分子呈現(xiàn)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu) （2）高分子鏈具有柔性）高分子鏈具有柔性 （3）高聚物的多分散性）高聚物的多分散性圖1.2聚合物分子的鏈結(jié)構(gòu)圖2高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （1）聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性）聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性 （2）具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）具有交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1 1. .2 2

3、 聚合物的熱力學(xué)性能聚合物的熱力學(xué)性能1.2.1聚合物分子運(yùn)動(dòng)單元的多重性聚合物分子運(yùn)動(dòng)單元的多重性 高分子運(yùn)動(dòng)主要包括四種類型：高分子運(yùn)動(dòng)主要包括四種類型：（1 1） 分子鏈的整體運(yùn)動(dòng)分子鏈的整體運(yùn)動(dòng)（2 2） 鏈段的運(yùn)動(dòng)鏈段的運(yùn)動(dòng)（3 3） 鏈節(jié)、支鏈和側(cè)基的運(yùn)動(dòng)鏈節(jié)、支鏈和側(cè)基的運(yùn)動(dòng)（4 4） 晶態(tài)聚合物的晶區(qū)內(nèi)也存在分子運(yùn)動(dòng)晶態(tài)聚合物的晶區(qū)內(nèi)也存在分子運(yùn)動(dòng)1 1. .2 2 聚合物的熱力學(xué)性能聚合物的熱力學(xué)性能1.2.2聚合物的熱力學(xué)性能聚合物的熱力學(xué)性能 1. 非晶態(tài)高聚物的熱力學(xué)性能非晶態(tài)高聚物的熱力學(xué)性能曲線分為曲線分為三個(gè)階段三個(gè)階段，即線型無(wú)定形聚合物常存在的，即線型無(wú)定形聚

4、合物常存在的三種物理狀態(tài)三種物理狀態(tài):玻玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)。璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)。1 1. .2 2 聚合物的熱力學(xué)性能聚合物的熱力學(xué)性能1.2.2聚合物的熱力學(xué)性能聚合物的熱力學(xué)性能 2. 晶態(tài)高聚物的熱力學(xué)性能晶態(tài)高聚物的熱力學(xué)性能 1 1. .3 3 聚合物的流變學(xué)性質(zhì)聚合物的流變學(xué)性質(zhì)1.3.1 牛頓流體與非牛頓流體牛頓流體與非牛頓流體 流體在管內(nèi)一般有流體在管內(nèi)一般有層流層流和和湍流湍流兩種流動(dòng)狀態(tài)。兩種流動(dòng)狀態(tài)。 牛頓流體是指當(dāng)流體以切變方式流動(dòng)時(shí)，其切應(yīng)力與剪切速率間存在線性關(guān)系。牛頓流體是指當(dāng)流體以切變方式流動(dòng)時(shí)，其切應(yīng)力與剪切速率間存在線性關(guān)系。 牛頓流體的牛頓流體的流變

5、方程式流變方程式為為 不服從牛頓流動(dòng)規(guī)律的流動(dòng)稱為非牛頓型流動(dòng)，具有這種流動(dòng)行為的液體稱為不服從牛頓流動(dòng)規(guī)律的流動(dòng)稱為非牛頓型流動(dòng)，具有這種流動(dòng)行為的液體稱為非牛頓流體非牛頓流體。1a1annKK 1 1. .3 3 聚合物的流變學(xué)性質(zhì)聚合物的流變學(xué)性質(zhì)1.3.2 假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)及其影響因素假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)及其影響因素 1假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì) 當(dāng)當(dāng)n時(shí)，這種黏性液體稱為時(shí)，這種黏性液體稱為假塑性液體假塑性液體。 對(duì)于假塑性流體而言，當(dāng)流體處于中等剪切速率區(qū)域時(shí)，流體變形和流動(dòng)所對(duì)于假塑性流體而言，當(dāng)流體處于中等剪切速率區(qū)域時(shí)，流體變形和流動(dòng)所需的切應(yīng)力隨剪

6、切速率而變化，并呈指數(shù)規(guī)律增大；流體的表觀黏度也隨剪切需的切應(yīng)力隨剪切速率而變化，并呈指數(shù)規(guī)律增大；流體的表觀黏度也隨剪切速率而變化，呈指數(shù)規(guī)律減小。這種現(xiàn)象稱為假塑性液體的速率而變化，呈指數(shù)規(guī)律減小。這種現(xiàn)象稱為假塑性液體的“剪切稀化剪切稀化”。1 1. .3 3 聚合物的流變學(xué)性質(zhì)聚合物的流變學(xué)性質(zhì)1.3.2 假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)及其影響因素假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)及其影響因素 2影響假塑性液體流變性的主要因素影響假塑性液體流變性的主要因素 （）（） 聚合物本身的影響聚合物本身的影響 支鏈程度越大，黏度就越高，則熔體的流動(dòng)性就越低。支鏈程度越大，黏度就越高，則熔體的流動(dòng)性就越低。 聚合物的

7、相對(duì)分子質(zhì)量較大時(shí)，宏觀上表現(xiàn)為熔體的表觀黏度加大。聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量較大時(shí)，宏觀上表現(xiàn)為熔體的表觀黏度加大。 聚合物中的相對(duì)分子質(zhì)量分布越寬，聚合物的熔體黏度就越小，熔體流動(dòng)性就聚合物中的相對(duì)分子質(zhì)量分布越寬，聚合物的熔體黏度就越小，熔體流動(dòng)性就越好，但成型的塑件性能并不理想。越好，但成型的塑件性能并不理想。 盡量使用相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄的材料。盡量使用相對(duì)分子質(zhì)量分布較窄的材料。 （）（） 聚合物中添加劑的影響聚合物中添加劑的影響 （）（） 溫度及壓力對(duì)聚合物熔體黏度的影響溫度及壓力對(duì)聚合物熔體黏度的影響1 1. .4 4 聚合物成型過(guò)程中的物理化學(xué)變化聚合物成型過(guò)程中的物理化學(xué)變化1.

8、4.1 聚合物在成型過(guò)程中的物理變化聚合物在成型過(guò)程中的物理變化 1聚合物的結(jié)晶聚合物的結(jié)晶 結(jié)晶態(tài)聚合物是指，在高聚物微觀結(jié)構(gòu)中存在一些具有結(jié)晶態(tài)聚合物是指，在高聚物微觀結(jié)構(gòu)中存在一些具有穩(wěn)定規(guī)整穩(wěn)定規(guī)整排列排列的分子的區(qū)域，這些分子有規(guī)則緊密排列的區(qū)域稱為結(jié)晶區(qū)。的分子的區(qū)域，這些分子有規(guī)則緊密排列的區(qū)域稱為結(jié)晶區(qū)。存在結(jié)晶區(qū)的高聚物稱為結(jié)晶態(tài)高聚物。存在結(jié)晶區(qū)的高聚物稱為結(jié)晶態(tài)高聚物。1 1. .4 4 聚合物成型過(guò)程中的物理化學(xué)變化聚合物成型過(guò)程中的物理化學(xué)變化1.4.1 聚合物在成型過(guò)程中的物理變化聚合物在成型過(guò)程中的物理變化 1聚合物的結(jié)晶聚合物的結(jié)晶 聚合物一旦發(fā)生結(jié)晶，則其聚合

9、物一旦發(fā)生結(jié)晶，則其性能性能也將隨之產(chǎn)生相應(yīng)變化：也將隨之產(chǎn)生相應(yīng)變化：聚合物聚合物密度密度增加；增加；使聚合物的使聚合物的拉伸強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度增大；增大；沖擊強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度降低；降低；彈性模量彈性模量變??；變小；聚合物的聚合物的軟化溫度和熱變形溫度軟化溫度和熱變形溫度提高；提高；使成型的塑件使成型的塑件脆性脆性加大；加大；表面表面粗糙度粗糙度值增大；值增大；塑件的塑件的透明度透明度降低甚至喪失。降低甚至喪失。1 1. .4 4 聚合物成型過(guò)程中的物理化學(xué)變化聚合物成型過(guò)程中的物理化學(xué)變化1.4.1 聚合物在成型過(guò)程中的物理變化聚合物在成型過(guò)程中的物理變化 2聚合物的取向現(xiàn)象聚合物的取向現(xiàn)象 當(dāng)線型

10、高分子受到外力而充分伸展的時(shí)候，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其寬度，當(dāng)線型高分子受到外力而充分伸展的時(shí)候，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其寬度，這種結(jié)構(gòu)上的不對(duì)稱性，使它們?cè)谀承┣闆r下很容易沿某特定方向做占這種結(jié)構(gòu)上的不對(duì)稱性，使它們?cè)谀承┣闆r下很容易沿某特定方向做占優(yōu)勢(shì)的平行排列，這種現(xiàn)象稱為優(yōu)勢(shì)的平行排列，這種現(xiàn)象稱為取向取向。 宏觀上取向一般分為宏觀上取向一般分為拉伸取向拉伸取向和和流動(dòng)取向流動(dòng)取向兩種類型。兩種類型。 聚合物取向的結(jié)果是導(dǎo)致高分子材料的力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)以及熱性聚合物取向的結(jié)果是導(dǎo)致高分子材料的力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)以及熱性能等方面發(fā)生了顯著的變化。能等方面發(fā)生了顯著的變化。 聚合物的取向性質(zhì)已被廣泛應(yīng)

11、用于工業(yè)生產(chǎn)中，牽伸工藝、吹塑成型聚合物的取向性質(zhì)已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，牽伸工藝、吹塑成型工藝。工藝。1 1. .4 4 聚合物成型過(guò)程中的物理化學(xué)變化聚合物成型過(guò)程中的物理化學(xué)變化1.4.2 聚合物在成型過(guò)程中的化學(xué)變化聚合物在成型過(guò)程中的化學(xué)變化 1聚合物的降解聚合物的降解 降解降解是指聚合物在某些特定條件下發(fā)生的大分子鏈斷裂、側(cè)基的改變、是指聚合物在某些特定條件下發(fā)生的大分子鏈斷裂、側(cè)基的改變、分子鏈結(jié)構(gòu)的改變及相對(duì)分子質(zhì)量降低等高聚物微觀分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)變分子鏈結(jié)構(gòu)的改變及相對(duì)分子質(zhì)量降低等高聚物微觀分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)變化?；?。 按照聚合物產(chǎn)生降解的不同條件可把降解分為很多種，主要有按照聚合物產(chǎn)生降解的不同條件可把降解分為很多種，主要有熱降解、水熱降解、水降解、氧化降解、應(yīng)力降解降解、氧化降解、應(yīng)力降解等。等。 2聚合物的交聯(lián)聚合物的交聯(lián) 聚合物的交聯(lián)通常是針對(duì)聚合物的交聯(lián)通常是針對(duì)熱固性塑料熱固性塑料而言的。而言的。 熱固性塑料在進(jìn)行成型加工后，其內(nèi)部的聚合物分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，熱固性塑料在進(jìn)行成型加工后，其內(nèi)部的聚合物分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，聚合物的大分子與交聯(lián)劑作用后，其線型分子結(jié)構(gòu)能夠向聚合物的大分子與交聯(lián)劑作用后，其線型分子結(jié)構(gòu)能夠向三維體型結(jié)構(gòu)三維體型結(jié)構(gòu)發(fā)展，并