高分子材料的物理化學性質(zhì)（課堂PPT）

1、1單連海單連海2目錄 Contents03030707101018182020高分子溶高分子溶液的理化液的理化性質(zhì)性質(zhì)1 1藥物通過聚合物的擴散藥物通過聚合物的擴散3 331高分子溶液的理化性質(zhì)高分子溶液的理化性質(zhì)1、溶脹與溶解、溶脹與溶解2、聚合物溶解過程的熱力學、聚合物溶解過程的熱力學3、溶劑選擇、溶劑選擇4、滲透性與透氣性、滲透性與透氣性4高分子的溶解：高分子的溶解：1、溶脹：溶劑分子擴散進入高分、溶脹：溶劑分子擴散進入高分子內(nèi)部，使體積增大的現(xiàn)象。高子內(nèi)部，使體積增大的現(xiàn)象。高分子特有。分子特有。2、溶解：、溶解：一、溶脹與溶解一、溶脹與溶解5聚合物由于本身的結(jié)構(gòu)、分子量、體聚合物由于

2、本身的結(jié)構(gòu)、分子量、體系的粘度等影響因素，溶解過程較小分系的粘度等影響因素，溶解過程較小分子復雜得多。子復雜得多。對于聚合物來說，非晶態(tài)聚合物較晶對于聚合物來說，非晶態(tài)聚合物較晶態(tài)聚合物易于溶解。態(tài)聚合物易于溶解。原因：非晶態(tài)聚合物，由于分子間堆原因：非晶態(tài)聚合物，由于分子間堆砌比較松散，分子間相互作用弱，溶劑砌比較松散，分子間相互作用弱，溶劑分子易于滲入聚合物內(nèi)部使之發(fā)生溶脹分子易于滲入聚合物內(nèi)部使之發(fā)生溶脹或溶解。或溶解。6晶態(tài)聚合物的溶解一般要先經(jīng)過晶相的熔融，晶態(tài)聚合物的溶解一般要先經(jīng)過晶相的熔融，然后方可溶解。特別是對于非極性晶態(tài)聚合物，然后方可溶解。特別是對于非極性晶態(tài)聚合物，通常

3、先將其加熱至熔點，破壞晶格后，再與溶通常先將其加熱至熔點，破壞晶格后，再與溶劑作用而溶解。劑作用而溶解。交聯(lián)聚合物由于三維交聯(lián)網(wǎng)的存在而不會發(fā)交聯(lián)聚合物由于三維交聯(lián)網(wǎng)的存在而不會發(fā)生溶解，其溶脹程度部分取決于聚合物的交聯(lián)生溶解，其溶脹程度部分取決于聚合物的交聯(lián)度，交聯(lián)度增大，溶脹度變小。度，交聯(lián)度增大，溶脹度變小。分子量相同的同種化學類型聚合物，支化的分子量相同的同種化學類型聚合物，支化的比線型的更易溶解。比線型的更易溶解。7高分子溶液的配制高分子溶液的配制一般市售的藥用高分子材料大多呈粒狀、一般市售的藥用高分子材料大多呈粒狀、粉末狀，如果將其直接置于良溶液中，易于粉末狀，如果將其直接置于良溶

4、液中，易于聚結(jié)成團，與溶劑接觸的團塊表面的聚合物聚結(jié)成團，與溶劑接觸的團塊表面的聚合物首先溶解，使其表面粘度增加，不利于溶劑首先溶解，使其表面粘度增加，不利于溶劑繼續(xù)擴散進入顆粒內(nèi)部。因此，在溶解之初，繼續(xù)擴散進入顆粒內(nèi)部。因此，在溶解之初，應采取適宜的方法，使顆粒高度分散，防止應采取適宜的方法，使顆粒高度分散，防止粘聚成團，然后再加入良溶劑進行溶脹和溶粘聚成團，然后再加入良溶劑進行溶脹和溶解，這樣可以較快的制備高分子溶液。解，這樣可以較快的制備高分子溶液。8高分子的溶解過程是溶質(zhì)分子和溶劑分高分子的溶解過程是溶質(zhì)分子和溶劑分子相互混合的過程，恒溫恒壓下，該過子相互混合的過程，恒溫恒壓下，該過

5、程能自發(fā)進行的必要條件是程能自發(fā)進行的必要條件是Gm 0Gm 00mmmGHT SSm為混合熵；為混合熵； Hm為混合熱；為混合熱；T為溶解時為溶解時的絕對溫度。的絕對溫度。二、聚合物溶解過程的熱力學二、聚合物溶解過程的熱力學9極性高分子溶于極性溶劑中時，溶解是放極性高分子溶于極性溶劑中時，溶解是放熱的，即熱的，即Hm0，則，則Gm0，故只有，故只有| |Hm| | T.T.|Sm| 才能自才能自發(fā)進行。發(fā)進行。10Hilderbrand 溶度公式溶度公式21,2121,2()()mHVVmlMPa 為溶液的總體積； 為溶度參數(shù)；為體積分數(shù)；下標1和2分別表示溶劑和溶質(zhì)。此式只適用于非極性的溶

6、質(zhì)和溶劑的相此式只適用于非極性的溶質(zhì)和溶劑的相互混合?；セ旌?。11溶度參數(shù)數(shù)值等于內(nèi)聚能密度的平方根，溶度參數(shù)數(shù)值等于內(nèi)聚能密度的平方根，內(nèi)聚能密度就是單位體積的內(nèi)聚能。內(nèi)聚能密度就是單位體積的內(nèi)聚能。112212112EEVV， 12聚合物溶度參數(shù)的測定聚合物溶度參數(shù)的測定1、粘度法、粘度法2、溶脹度法、溶脹度法131、溶度參數(shù)相近原則。、溶度參數(shù)相近原則。對于一般的非極性非晶態(tài)聚合物及弱極性對于一般的非極性非晶態(tài)聚合物及弱極性物質(zhì)，選擇溶度參數(shù)與聚合物相近的溶劑，物質(zhì)，選擇溶度參數(shù)與聚合物相近的溶劑，聚合物能很好的溶解。聚合物能很好的溶解。三、溶劑的選擇三、溶劑的選擇142、極性相似相容原

7、則、極性相似相容原則對于非晶態(tài)極性聚合物不僅要求溶劑的對于非晶態(tài)極性聚合物不僅要求溶劑的溶度參數(shù)與聚合物相近，而且要求溶劑溶度參數(shù)與聚合物相近，而且要求溶劑的極性要與聚合物接近才能使之溶解。的極性要與聚合物接近才能使之溶解。153、溶劑化原則、溶劑化原則溶度參數(shù)相近的聚合物溶劑體系，不一定能很溶度參數(shù)相近的聚合物溶劑體系，不一定能很好互溶?？捎煤没ト??？捎谩叭軇┗瓌t溶劑化原則”解釋。解釋。溶劑化作用是溶劑與溶質(zhì)相接觸時，分子間產(chǎn)生溶劑化作用是溶劑與溶質(zhì)相接觸時，分子間產(chǎn)生相互作用力，此作用力大于溶質(zhì)分子內(nèi)聚力，從相互作用力，此作用力大于溶質(zhì)分子內(nèi)聚力，從而使溶質(zhì)分子分離，并溶于溶劑中。而使溶

8、質(zhì)分子分離，并溶于溶劑中。在溶劑與高分子的溶度參數(shù)相近時，凡屬親電子在溶劑與高分子的溶度參數(shù)相近時，凡屬親電子性溶劑能和給電子性高分子進行性溶劑能和給電子性高分子進行“溶劑化溶劑化”而易而易于溶解。于溶解。16高分子材料通過擴散和吸收過程，使高分子材料通過擴散和吸收過程，使氣體或液體透過一個表面?zhèn)鬟f到另一表氣體或液體透過一個表面?zhèn)鬟f到另一表面滲出、從濃度高的一側(cè)擴散到濃度低面滲出、從濃度高的一側(cè)擴散到濃度低的一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透性。氣體分的一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透性。氣體分子滲透通過聚合物膜稱為透氣性。子滲透通過聚合物膜稱為透氣性。四、滲透性及透氣性四、滲透性及透氣性17影響因素影響因素1、溫

9、度、溫度2、極性、極性3、分子大小、分子大小4、鏈的柔性、鏈的柔性18膠粘性膠粘性包括兩個方面包括兩個方面 ：一是作為粘合劑使用：一是作為粘合劑使用時的粘合行為；二是聚合物被粘合時時的粘合行為；二是聚合物被粘合時聚合物的行為。聚合物的行為。191、分子量、分子量2、被粘物表面的粗糙度、被粘物表面的粗糙度3、被粘物表面的處理方法、被粘物表面的處理方法4、溫度和壓力、溫度和壓力影響因素影響因素203聚合物的力學狀態(tài)及力學性能聚合物的力學狀態(tài)及力學性能1、溫度與力學狀態(tài)、溫度與力學狀態(tài)2、高分子材料的主要力學性能、高分子材料的主要力學性能21（一）高分子分子運動的特點（一）高分子分子運動的特點1、運

10、動的多重性、運動的多重性2、高分子的熱運動是一個松弛過程，、高分子的熱運動是一個松弛過程，具有時間依賴性。具有時間依賴性。3、高分子熱運動與溫度有關(guān)。、高分子熱運動與溫度有關(guān)。一、溫度與力學狀態(tài)一、溫度與力學狀態(tài)22（二）高分子的物理狀態(tài)（二）高分子的物理狀態(tài)o 將一定尺寸的非晶態(tài)聚合物在一定應力作用下，將一定尺寸的非晶態(tài)聚合物在一定應力作用下，以一定速度升高溫度，同時測定樣品形變隨溫以一定速度升高溫度，同時測定樣品形變隨溫度的變化，可以得到度的變化，可以得到溫度形變曲線溫度形變曲線( (也稱為熱也稱為熱機械曲線機械曲線) )。o 曲線上有兩個斜率突變區(qū)，分別稱為玻璃化轉(zhuǎn)曲線上有兩個斜率突變區(qū)

11、，分別稱為玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)和粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)。在這兩個轉(zhuǎn)變區(qū)之間和兩變區(qū)和粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)。在這兩個轉(zhuǎn)變區(qū)之間和兩側(cè)，聚合物分別呈現(xiàn)三種不同的力學狀態(tài)，依側(cè)，聚合物分別呈現(xiàn)三種不同的力學狀態(tài)，依溫度自低到高的順序分別為：玻璃態(tài)，高彈態(tài)，溫度自低到高的順序分別為：玻璃態(tài)，高彈態(tài)，粘流態(tài)。粘流態(tài)。2324玻璃態(tài)玻璃態(tài)由于溫度較低，分子熱運動能低，鏈段的由于溫度較低，分子熱運動能低，鏈段的熱運動能不足以克服主鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)的勢壘，因熱運動能不足以克服主鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)的勢壘，因此，鏈段處于被此，鏈段處于被“凍結(jié)凍結(jié)”狀態(tài)。只有側(cè)基、狀態(tài)。只有側(cè)基、鏈節(jié)、短支鏈等小運動單元的局部振動及鍵鏈節(jié)、短支鏈等小運動單元的局部振動及鍵長，鍵

12、角的變化，因此彈性模量很高長，鍵角的變化，因此彈性模量很高(10101011dyn/cm2)，形變很小，形變很小(0.11%)，具有虎，具有虎克彈性行為，質(zhì)硬而脆，類似玻璃，因而稱克彈性行為，質(zhì)硬而脆，類似玻璃，因而稱為玻璃態(tài)。為玻璃態(tài)。 25玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)這是一個對溫度十分敏感的區(qū)域，在這是一個對溫度十分敏感的區(qū)域，在35范圍內(nèi)幾乎所有性質(zhì)都發(fā)生突變范圍內(nèi)幾乎所有性質(zhì)都發(fā)生突變(例如熱例如熱膨脹系數(shù)、模量、介電常數(shù)、折光指數(shù)等膨脹系數(shù)、模量、介電常數(shù)、折光指數(shù)等)。從分子運動機理看，在此溫度鏈段已開始從分子運動機理看，在此溫度鏈段已開始“解凍解凍”，即鏈段的運動被激發(fā)。由于鏈，即鏈

13、段的運動被激發(fā)。由于鏈段繞主鏈軸的旋轉(zhuǎn)使分子的形態(tài)不斷變化，段繞主鏈軸的旋轉(zhuǎn)使分子的形態(tài)不斷變化，即由于構(gòu)象的改變，長鏈分子可以外力作即由于構(gòu)象的改變，長鏈分子可以外力作用下伸展用下伸展(或卷曲或卷曲)，因此彈性模量迅速下降，因此彈性模量迅速下降34個數(shù)量級，形變迅速增加。個數(shù)量級，形變迅速增加。26高彈態(tài)高彈態(tài)在這種狀態(tài)的聚合物，受較小的力就可以在這種狀態(tài)的聚合物，受較小的力就可以發(fā)生很大的形變發(fā)生很大的形變(1001000%)，而且當除，而且當除去外力后，形變可以恢復。高彈態(tài)是聚合物去外力后，形變可以恢復。高彈態(tài)是聚合物特有的力學狀態(tài)。高彈形變是鏈段運動使鏈特有的力學狀態(tài)。高彈形變是鏈段運

14、動使鏈分子發(fā)生伸展卷曲運動的宏觀表現(xiàn)，因此高分子發(fā)生伸展卷曲運動的宏觀表現(xiàn)，因此高彈性是一種熵彈性，高彈態(tài)的彈性模量只有彈性是一種熵彈性，高彈態(tài)的彈性模量只有106107dyn/cm2。在溫度形變曲線上出。在溫度形變曲線上出現(xiàn)平臺區(qū)，這是由于隨著溫度升高彈性恢復現(xiàn)平臺區(qū)，這是由于隨著溫度升高彈性恢復力的增加力的增加(抵抗變形抵抗變形)與流動性的增加與流動性的增加(增加變增加變形形)相抵消的結(jié)果。相抵消的結(jié)果。27粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)這也是一個對溫度敏感的轉(zhuǎn)變區(qū)，由于溫這也是一個對溫度敏感的轉(zhuǎn)變區(qū)，由于溫度的進一步升高，鏈段的熱運動逐漸劇烈，度的進一步升高，鏈段的熱運動逐漸劇烈，鏈段沿作用力方向

15、的協(xié)同運動，不僅使分子鏈段沿作用力方向的協(xié)同運動，不僅使分子鏈的形態(tài)改變而且導致大分子的重心發(fā)生相鏈的形態(tài)改變而且導致大分子的重心發(fā)生相對位移，聚合物開始呈現(xiàn)流動性，彈性模量對位移，聚合物開始呈現(xiàn)流動性，彈性模量從從107dyn/cm2下降到下降到105dyn/cm2左右，形左右，形變迅速增加，因而稱為粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)，此轉(zhuǎn)變變迅速增加，因而稱為粘彈轉(zhuǎn)變區(qū)，此轉(zhuǎn)變溫度稱為流動溫度，計作溫度稱為流動溫度，計作Tf。28粘流態(tài)粘流態(tài) 溫度高于溫度高于Tf以后，由于鏈段的劇烈運動，以后，由于鏈段的劇烈運動，整個鏈分子重心發(fā)生相對位移，即產(chǎn)生不整個鏈分子重心發(fā)生相對位移，即產(chǎn)生不可遞形變，聚合物呈現(xiàn)粘彈性液

16、體狀，因可遞形變，聚合物呈現(xiàn)粘彈性液體狀，因而稱為粘流態(tài)。彈性模量下降到而稱為粘流態(tài)。彈性模量下降到105103dyn/cm2。聚合物的相對摩爾質(zhì)量越高，。聚合物的相對摩爾質(zhì)量越高，分子間作用力越大，分子的相對位移也越分子間作用力越大，分子的相對位移也越困難。困難。29玻璃態(tài)，高彈態(tài)，粘流態(tài)均屬液相，即玻璃態(tài)，高彈態(tài)，粘流態(tài)均屬液相，即分子間的相互排列均是無序的。它們之間分子間的相互排列均是無序的。它們之間的差別主要是變形能力不同，即模量不同。的差別主要是變形能力不同，即模量不同。因此稱為力學狀態(tài)。從分子運動來看，三因此稱為力學狀態(tài)。從分子運動來看，三種狀態(tài)只不過是分子種狀態(tài)只不過是分子(鏈段

17、鏈段)運動能力不同運動能力不同而已。因此，從玻璃態(tài)而已。因此，從玻璃態(tài) 高彈態(tài)高彈態(tài) 粘流態(tài)粘流態(tài)的轉(zhuǎn)變均不是熱力學的相變，當然，的轉(zhuǎn)變均不是熱力學的相變，當然，Tg，Tf亦不是相轉(zhuǎn)變溫度。亦不是相轉(zhuǎn)變溫度。30（三）高分子的熱轉(zhuǎn)變（三）高分子的熱轉(zhuǎn)變1、玻璃化轉(zhuǎn)變與玻璃化溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變與玻璃化溫度聚合物從玻璃態(tài)到高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變稱聚合物從玻璃態(tài)到高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變稱為玻璃化轉(zhuǎn)變，對應的溫度稱為玻璃化為玻璃化轉(zhuǎn)變，對應的溫度稱為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變溫度，Tg。玻璃化溫度通常不是一。玻璃化溫度通常不是一個急劇的轉(zhuǎn)折點，而是一個溫度范圍。個急劇的轉(zhuǎn)折點，而是一個溫度范圍。31影響影響Tg的因素的因

18、素1、聚合物結(jié)構(gòu)、聚合物結(jié)構(gòu) 主鏈結(jié)構(gòu)主鏈結(jié)構(gòu) 側(cè)鏈結(jié)構(gòu)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)2、分子間作用力、分子間作用力3、交聯(lián)、交聯(lián)4、分子量、分子量325、共聚、增塑、共混、共聚、增塑、共混 共聚共聚 增塑增塑 共混共混6、外界條件的影響、外界條件的影響 升溫速度升溫速度 外力作用的作用的速度與頻率外力作用的作用的速度與頻率 332、粘流溫度、粘流溫度聚合物由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)是的溫度稱聚合物由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)是的溫度稱為粘流溫度，為粘流溫度，Tf。處于粘流態(tài)的聚合物稱為。處于粘流態(tài)的聚合物稱為熔體。熔體。聚合物熔體流動性可以用剪切粘度和熔融聚合物熔體流動性可以用剪切粘度和熔融指數(shù)來表征。在一定溫度下，熔融狀態(tài)的

19、聚指數(shù)來表征。在一定溫度下，熔融狀態(tài)的聚合物在一定負荷下，單位時間內(nèi)經(jīng)特定毛細合物在一定負荷下，單位時間內(nèi)經(jīng)特定毛細管孔擠出的重量稱熔融指數(shù)。熔融指數(shù)越大，管孔擠出的重量稱熔融指數(shù)。熔融指數(shù)越大，粘度越小，流動性就越大。粘度越小，流動性就越大。34（一）彈性模量（一）彈性模量材料在外力作用下，其幾何形狀和尺寸所發(fā)生的變化稱應變或形變，材料在外力作用下，其幾何形狀和尺寸所發(fā)生的變化稱應變或形變，通常以單位長度（面積、體積）所發(fā)生的變化來表征。通常以單位長度（面積、體積）所發(fā)生的變化來表征。材料在外力作用下發(fā)生形變的同時，在其內(nèi)部還會產(chǎn)生對抗外力的材料在外力作用下發(fā)生形變的同時，在其內(nèi)部還會產(chǎn)生對

20、抗外力的附加內(nèi)力，以使材料保持原狀，當外力消除后，內(nèi)力就會使材料回附加內(nèi)力，以使材料保持原狀，當外力消除后，內(nèi)力就會使材料回復原狀并自行逐步消除。當外力與內(nèi)力達到平衡時，內(nèi)力與外力大復原狀并自行逐步消除。當外力與內(nèi)力達到平衡時，內(nèi)力與外力大小相等，方向相反。單位面積上的內(nèi)力定義為應力。小相等，方向相反。單位面積上的內(nèi)力定義為應力。材料受力方式不同，發(fā)生形變的方式亦不同，材料受力方式主要有材料受力方式不同，發(fā)生形變的方式亦不同，材料受力方式主要有以下三種基本類型：以下三種基本類型：、簡單拉伸；簡單剪切；均勻壓縮。、簡單拉伸；簡單剪切；均勻壓縮。應力彈性模量應變二、藥物劑型加工中高分子材料的主要力

21、學性能二、藥物劑型加工中高分子材料的主要力學性能35 材料受到一對材料受到一對垂直于材料截面垂直于材料截面、大小相等大小相等、方方向相反向相反并在并在同一直線同一直線上的外力作用上的外力作用拉伸應力拉伸應力 = F / A0 （A0為材料的起始截面積）為材料的起始截面積）拉伸應變（相對伸長率）拉伸應變（相對伸長率）e e = （l - l0）/l0 = D Dl / l0簡單拉伸示意圖簡單拉伸示意圖A0l0lD D lAFF簡單拉伸（簡單拉伸（drawingdrawing) )：36 材料受到與截面平行、大小相等、方向相反，但不在一條材料受到與截面平行、大小相等、方向相反，但不在一條直線上的兩

22、個外力作用，使材料發(fā)生偏斜。其偏斜角的正切值直線上的兩個外力作用，使材料發(fā)生偏斜。其偏斜角的正切值定義為剪切應變（定義為剪切應變（ ）。）。A0FF 簡單剪切示意圖簡單剪切示意圖 剪切應變剪切應變 = tg 剪切應力剪切應力 s = F / A0簡單剪切簡單剪切(shearing)37 材料受到均勻壓力壓縮時發(fā)生的體積形變稱材料受到均勻壓力壓縮時發(fā)生的體積形變稱壓縮應變壓縮應變（ V）。）。A0材料經(jīng)壓縮以后，體積由材料經(jīng)壓縮以后，體積由V0縮小為縮小為V，則壓縮應變：，則壓縮應變： V = （V0 - V）/ V0 = D DV / V0材料受力方式除以上三種基本類型外，還有彎曲和扭轉(zhuǎn)。材料

23、受力方式除以上三種基本類型外，還有彎曲和扭轉(zhuǎn)。均勻壓縮均勻壓縮（pressurizing)38（二）硬度和強度（二）硬度和強度硬度是衡量材料表面承受外界壓力能力的一種指標。硬度是衡量材料表面承受外界壓力能力的一種指標。藥劑學加工過程中常見的強度有：藥劑學加工過程中常見的強度有：1、拉伸強度、拉伸強度2、彎曲強度、彎曲強度3、沖擊強度、沖擊強度39拉伸強度拉伸強度厚度厚度d寬度寬度bPP 在規(guī)定試驗溫度、濕度和實驗速度下，在標準試樣上沿軸向在規(guī)定試驗溫度、濕度和實驗速度下，在標準試樣上沿軸向施加拉伸負荷，直至試樣被拉斷。施加拉伸負荷，直至試樣被拉斷。 試樣斷裂前所受的最大負荷試樣斷裂前所受的最大

24、負荷P與試樣橫截面積之比為抗張與試樣橫截面積之比為抗張強度強度 t： t = P / b d 衡量材料抵抗拉伸衡量材料抵抗拉伸破壞的能力，也稱破壞的能力，也稱抗張強度?？箯垙姸?。40 也稱撓曲強度或彎曲強度?？箯潖姸鹊臏y定是在規(guī)定的試也稱撓曲強度或彎曲強度。抗彎強度的測定是在規(guī)定的試驗條件下，對標準試樣施加一靜止彎曲力矩，直至試樣斷裂。驗條件下，對標準試樣施加一靜止彎曲力矩，直至試樣斷裂。 設試驗過程中最大的負荷為設試驗過程中最大的負荷為P，則抗彎強度，則抗彎強度 f為：為： f = 1.5Pl0 / bd2 Pdbl0/2l0/2抗彎強度測定試驗示意圖抗彎強度測定試驗示意圖抗彎強度抗彎強度4

25、1 沖擊強度也稱抗沖強度沖擊強度也稱抗沖強度, 定義為試樣受沖擊負荷時單位截定義為試樣受沖擊負荷時單位截面積所吸收的能量。是衡量材料韌性的一種指標。測定時基本面積所吸收的能量。是衡量材料韌性的一種指標。測定時基本方法與抗彎強度測定相似，但其作用力是運動的，不是靜止的。方法與抗彎強度測定相似，但其作用力是運動的，不是靜止的。 試樣斷裂時吸收的能量等于斷裂時沖擊頭所做的功試樣斷裂時吸收的能量等于斷裂時沖擊頭所做的功W，因此沖，因此沖擊強度為：擊強度為： i = W / bd沖擊強度測定試驗示意圖沖擊強度測定試驗示意圖沖擊頭，以一定速度對試樣沖擊頭，以一定速度對試樣實施沖擊實施沖擊Pbl0/2l0/

26、2d沖擊強度沖擊強度42聚合物強度的影響因素聚合物強度的影響因素1、聚合物的化學結(jié)構(gòu)、聚合物的化學結(jié)構(gòu)2、聚合物的分子量、聚合物的分子量3、應力集中、應力集中 若材料中存在某些缺陷，受力時，若材料中存在某些缺陷，受力時，缺陷附近局部范圍內(nèi)的應力會急劇增加，稱為應缺陷附近局部范圍內(nèi)的應力會急劇增加，稱為應力集中。力集中。4、溫度、溫度435、外力作用速度、外力作用速度6、外力作用時間、外力作用時間7、增塑劑、增塑劑8、填料、填料9、機械加工、機械加工44 理想彈性體（如彈簧）在外力作用下平衡形變瞬間達理想彈性體（如彈簧）在外力作用下平衡形變瞬間達到，與時間無關(guān)；理想粘性流體（如水）在外力作用下形

27、到，與時間無關(guān)；理想粘性流體（如水）在外力作用下形變隨時間線性發(fā)展。變隨時間線性發(fā)展。 聚合物的形變與時間有關(guān)，但不成線性關(guān)系，兩者的聚合物的形變與時間有關(guān)，但不成線性關(guān)系，兩者的關(guān)系介乎理想彈性體和理想粘性體之間，聚合物的這種性關(guān)系介乎理想彈性體和理想粘性體之間，聚合物的這種性能稱為能稱為粘彈性粘彈性。 聚合物的力學性能隨時間的變化統(tǒng)稱為聚合物的力學性能隨時間的變化統(tǒng)稱為力學松弛力學松弛。最基。最基本的力學松弛現(xiàn)象包括蠕變、應力松弛、滯后和力學損耗本的力學松弛現(xiàn)象包括蠕變、應力松弛、滯后和力學損耗等。等。（三）粘彈性（三）粘彈性45 應力應變與時間關(guān)系應力應變與時間關(guān)系46蠕變?nèi)渥內(nèi)渥內(nèi)渥兪?/p>

28、在應力保持恒定的情況下，應變隨是在應力保持恒定的情況下，應變隨時間的增長而增加的現(xiàn)象。高聚物在室溫下時間的增長而增加的現(xiàn)象。高聚物在室溫下受力的長期作用時，發(fā)生不可回復的塑性變受力的長期作用時，發(fā)生不可回復的塑性變形，例如，架空的聚氯乙烯電線套管，在電形，例如，架空的聚氯乙烯電線套管，在電線和自身重量的作用下發(fā)生緩慢的撓曲變形，線和自身重量的作用下發(fā)生緩慢的撓曲變形，就屬于蠕變。它是在外力的持久作用下，分就屬于蠕變。它是在外力的持久作用下，分子鏈逐漸產(chǎn)生構(gòu)象的變化和位移，由原卷曲、子鏈逐漸產(chǎn)生構(gòu)象的變化和位移，由原卷曲、纏結(jié)的狀態(tài)，改變?yōu)檩^伸直的形態(tài)，而使外纏結(jié)的狀態(tài)，改變?yōu)檩^伸直的形態(tài)，而使

29、外形發(fā)生伸長變形。形發(fā)生伸長變形。47高聚物的蠕變比其它材料嚴重。金屬在高溫高聚物的蠕變比其它材料嚴重。金屬在高溫時發(fā)生明顯的蠕變，而高聚物在室溫下蠕變就時發(fā)生明顯的蠕變，而高聚物在室溫下蠕變就很明顯。改性聚苯醚、聚碳酸酯、聚苯醚、聚很明顯。改性聚苯醚、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜具有較好的抗蠕變性能。蠕變實際上反應了砜具有較好的抗蠕變性能。蠕變實際上反應了材料在一定外力作用下的尺寸穩(wěn)定性，對于尺材料在一定外力作用下的尺寸穩(wěn)定性，對于尺寸精度要求高的聚合物零件，如果在使用過程寸精度要求高的聚合物零件，如果在使用過程中產(chǎn)生蠕變，將導致失效，這時應選用蠕變抗中產(chǎn)生蠕變，將導致失效，這時應選用蠕變抗力高的

30、材料如聚砜、聚碳酸酯等。力高的材料如聚砜、聚碳酸酯等。48e e1e e2+e e3e e1e e2e e3t2t1te e蠕變示意圖蠕變示意圖49蠕變行為可用下列關(guān)系式描述：蠕變行為可用下列關(guān)系式描述：1teeeee式中 為應變；為時間t到 的應變； 為松弛時間。蠕變還常用蠕變?nèi)崃縼砻枋觯喝渥冞€常用蠕變?nèi)崃縼砻枋觯?CECEe為蠕變?nèi)崃浚?為材料抵抗形變的能力。50應力松弛應力松弛高聚物受力變形后所產(chǎn)生的應力隨時間而逐高聚物受力變形后所產(chǎn)生的應力隨時間而逐漸衰減的現(xiàn)象叫漸衰減的現(xiàn)象叫應力松弛應力松弛。例如，連接管道的。例如，連接管道的法蘭盤中的密封墊圈，經(jīng)過長時間工作后發(fā)生法蘭盤中的密封墊圈

31、，經(jīng)過長時間工作后發(fā)生滲漏現(xiàn)象，就是應力松弛的表現(xiàn)。與蠕變一樣滲漏現(xiàn)象，就是應力松弛的表現(xiàn)。與蠕變一樣它也是由大分子鏈在力的長時間作用下，逐漸它也是由大分子鏈在力的長時間作用下，逐漸改變構(gòu)象和發(fā)生了位移所引起的。改變構(gòu)象和發(fā)生了位移所引起的。51內(nèi)耗內(nèi)耗當應力的變化和形變變化相一致時，沒有滯當應力的變化和形變變化相一致時，沒有滯后現(xiàn)象，每次形變所作的功等于恢復原狀時獲后現(xiàn)象，每次形變所作的功等于恢復原狀時獲得的功，沒有功的消耗。如果形變的變化落后得的功，沒有功的消耗。如果形變的變化落后于應力的變化，發(fā)生滯后損耗現(xiàn)象，則每一循于應力的變化，發(fā)生滯后損耗現(xiàn)象，則每一循環(huán)變化中要消耗功，稱為內(nèi)耗。環(huán)

32、變化中要消耗功，稱為內(nèi)耗。52高聚物受周期載荷時，例如，橡膠輪胎、傳送帶或減震高聚物受周期載荷時，例如，橡膠輪胎、傳送帶或減震器工作時，產(chǎn)生伸縮的循環(huán)應變。橡膠受載伸張時應變器工作時，產(chǎn)生伸縮的循環(huán)應變。橡膠受載伸張時應變落后于應力。由于應變對應力的滯后，在重復加載時，就落后于應力。由于應變對應力的滯后，在重復加載時，就會出現(xiàn)上一次變形還未來得及回復時，或分子鏈的構(gòu)象跟會出現(xiàn)上一次變形還未來得及回復時，或分子鏈的構(gòu)象跟不上改變時，又施加了下一次載荷，于是造成分子間的內(nèi)不上改變時，又施加了下一次載荷，于是造成分子間的內(nèi)摩擦，產(chǎn)生所謂內(nèi)耗，而那部分未來得及釋放的、由變形摩擦，產(chǎn)生所謂內(nèi)耗，而那部分

33、未來得及釋放的、由變形所引起的彈性儲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。一次循環(huán)所儲存的能量等所引起的彈性儲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。一次循環(huán)所儲存的能量等于曲線于曲線ACBACB、BDABDA所包圍的面積。內(nèi)耗的存在會導致高聚物所包圍的面積。內(nèi)耗的存在會導致高聚物溫度的升高，加速其老化，但內(nèi)耗能吸收震動波，有利于溫度的升高，加速其老化，但內(nèi)耗能吸收震動波，有利于高聚物的減震性能高聚物的減震性能。533藥物通過聚合物的擴散藥物通過聚合物的擴散1、藥物通過聚合物的傳質(zhì)過程、藥物通過聚合物的傳質(zhì)過程2、擴散系數(shù)、擴散系數(shù)544藥用高分子凝膠藥用高分子凝膠1、凝膠與水凝膠、凝膠與水凝膠2、凝膠的性質(zhì)、凝膠的性質(zhì)3、水凝膠的制備、水凝

34、膠的制備4、水凝膠應用、水凝膠應用551、凝膠的結(jié)構(gòu)和類型、凝膠的結(jié)構(gòu)和類型凝膠是指溶脹的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子，即凝膠是指溶脹的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子，即聚合物分子間相互連結(jié)，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，聚合物分子間相互連結(jié)，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中又填充了液體介質(zhì)，而在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙中又填充了液體介質(zhì)，這樣一種分散體系稱為凝膠。這樣一種分散體系稱為凝膠。水凝膠是一種在水中顯著溶脹、保持大量水凝膠是一種在水中顯著溶脹、保持大量水分的親水性凝膠，為三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，多屬水分的親水性凝膠，為三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，多屬水凝膠網(wǎng)絡中可容納中高分子本身重量的數(shù)水凝膠網(wǎng)絡中可容納中高分子本身重量的數(shù)倍至數(shù)百倍的水。倍至

35、數(shù)百倍的水。一、凝膠與水凝膠一、凝膠與水凝膠56化學凝膠是指大分子通過共價鍵連化學凝膠是指大分子通過共價鍵連接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠。一般通過單接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠。一般通過單體聚合或化學交聯(lián)制得。這類化學鍵體聚合或化學交聯(lián)制得。這類化學鍵交聯(lián)的凝膠不能熔融，也不能溶解，交聯(lián)的凝膠不能熔融，也不能溶解，結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，因此也稱為不可逆凝結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，因此也稱為不可逆凝膠。膠?；瘜W凝膠化學凝膠57物理凝膠是指大分子間通過非共價鍵物理凝膠是指大分子間通過非共價鍵（通常為范德華力或氫鍵）相互連結(jié)，形（通常為范德華力或氫鍵）相互連結(jié)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于聚合物分子間的物理交成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于聚合物分子間的物理交

36、聯(lián)使其具有可逆性，溫度等外界條件改變，聯(lián)使其具有可逆性，溫度等外界條件改變，物理鏈就會破壞，凝膠可重新形成鏈狀分物理鏈就會破壞，凝膠可重新形成鏈狀分子溶解在溶劑中稱為溶液，稱為可逆凝膠。子溶解在溶劑中稱為溶液，稱為可逆凝膠。如明膠溶液冷卻所形成的凝膠、聚丙烯醇如明膠溶液冷卻所形成的凝膠、聚丙烯醇水溶液冷卻至一定溫度所形成的凝膠。水溶液冷卻至一定溫度所形成的凝膠。物理凝膠物理凝膠58根據(jù)凝膠中含液量的多少又可分為凍膠根據(jù)凝膠中含液量的多少又可分為凍膠和干凝膠。和干凝膠。凍膠指液體含量高的凝膠。如明膠凝膠，凍膠指液體含量高的凝膠。如明膠凝膠，瓊脂凍膠。瓊脂凍膠。凍膠多由柔性大分子構(gòu)成，具有一定的凍

37、膠多由柔性大分子構(gòu)成，具有一定的柔順性，網(wǎng)絡中的溶劑不能自由流動，柔順性，網(wǎng)絡中的溶劑不能自由流動，所以表現(xiàn)出彈性的半固體狀態(tài)。所以表現(xiàn)出彈性的半固體狀態(tài)。59水凝膠從來源分類，可分為天然水凝膠和水凝膠從來源分類，可分為天然水凝膠和合成水凝膠。合成水凝膠。從性質(zhì)分類，可分為中性水凝膠和離子型從性質(zhì)分類，可分為中性水凝膠和離子型水凝膠。離子型水凝膠又可分為陰離子型、水凝膠。離子型水凝膠又可分為陰離子型、陽離子型和兩性電解質(zhì)。陽離子型和兩性電解質(zhì)。60根據(jù)水凝膠對外界刺激的應答情況不同，水根據(jù)水凝膠對外界刺激的應答情況不同，水凝膠又可分為兩類：凝膠又可分為兩類：傳統(tǒng)的水凝膠傳統(tǒng)的水凝膠 對外界對外

38、界環(huán)境變化不敏感；環(huán)境敏感水凝膠環(huán)境變化不敏感；環(huán)境敏感水凝膠 對外界對外界環(huán)境變化敏感。溫敏水凝膠、環(huán)境變化敏感。溫敏水凝膠、pHpH敏感水凝膠、敏感水凝膠、鹽敏水凝膠、電場響應水凝膠、光敏水凝膠、鹽敏水凝膠、電場響應水凝膠、光敏水凝膠、壓敏水凝膠。壓敏水凝膠。LCSTLCST：在水或水溶液中這種凝膠的溶脹與收：在水或水溶液中這種凝膠的溶脹與收縮強烈依賴于溫度，凝膠體積在某一溫區(qū)有縮強烈依賴于溫度，凝膠體積在某一溫區(qū)有突變，該溫度稱為低臨界溶液溫度。突變，該溫度稱為低臨界溶液溫度。61高分子溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槟z的過程稱為膠凝作用。高分子溶液轉(zhuǎn)變?yōu)槟z的過程稱為膠凝作用。影響膠凝的因素主要有：濃度、

39、溫度、電解質(zhì)。影響膠凝的因素主要有：濃度、溫度、電解質(zhì)。每種高分子溶液都有一個膠凝最小濃度。每種高分子溶液都有一個膠凝最小濃度。溫度低有利于膠凝，分子形狀愈不對稱，可膠溫度低有利于膠凝，分子形狀愈不對稱，可膠凝的濃度越小，也有加熱后膠凝，低溫成溶液凝的濃度越小，也有加熱后膠凝，低溫成溶液的例子，如伯洛沙姆的膠凝。的例子，如伯洛沙姆的膠凝。電介質(zhì)比較復雜，有促進作用，也有阻止作用。電介質(zhì)比較復雜，有促進作用，也有阻止作用。陰離子起主要作用。陰離子起主要作用。62（1）觸變性）觸變性物理凝膠受外力作用，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞而變物理凝膠受外力作用，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞而變成流體，外部作用停止后，又恢復成半固體成

40、流體，外部作用停止后，又恢復成半固體凝膠結(jié)構(gòu)，這種凝膠與溶膠相互轉(zhuǎn)化的過程。凝膠結(jié)構(gòu)，這種凝膠與溶膠相互轉(zhuǎn)化的過程。二、凝膠的性質(zhì)二、凝膠的性質(zhì)63凝膠吸收液體后自身體積明顯增大的現(xiàn)象。凝膠吸收液體后自身體積明顯增大的現(xiàn)象。凝膠的溶脹分為兩個階段：第一階段是溶劑凝膠的溶脹分為兩個階段：第一階段是溶劑分子鉆入凝膠中與大分子相互作用形成溶劑分子鉆入凝膠中與大分子相互作用形成溶劑化層，此過程伴有放熱效應和體積收縮現(xiàn)象化層，此過程伴有放熱效應和體積收縮現(xiàn)象（凝膠體積增加小于吸收液體體積）；第二（凝膠體積增加小于吸收液體體積）；第二階段是液體分子繼續(xù)滲透，這時凝膠體積大階段是液體分子繼續(xù)滲透，這時凝膠體

41、積大大增加。大增加。（2）溶脹性）溶脹性64溶脹性大小可用溶脹度來衡量，溶脹度為一溶脹性大小可用溶脹度來衡量，溶脹度為一定溫度下，單位重量或體積的凝膠所能吸收定溫度下，單位重量或體積的凝膠所能吸收液體的極限量。液體的極限量。21010120mmVVQQmVQmmVV或為溶脹度；，分別為膨脹前后凝膠的質(zhì)量；， 為溶脹前后的體積。65影響溶脹度的主要因素影響溶脹度的主要因素1、液體的性質(zhì)：、液體的性質(zhì)：2、溫度：、溫度：3、電解質(zhì)：、電解質(zhì)：4、pH：66水凝膠的溶脹行為及其影響因素水凝膠的溶脹行為及其影響因素水凝膠在水中可顯著溶脹。水凝膠在水中可顯著溶脹。離子型水凝膠因其結(jié)構(gòu)中離子型基團的解離子型水凝膠因其結(jié)構(gòu)中離子型基團的解離作用增加了聚合物的親水性，導致其有離作用增加了聚合物的親水性，導致其有較強的吸水性。較強的吸水性。能夠影響水凝膠功能基團的解離程度、離能夠影響水凝膠功能基團的解離程度、離子水合作用因素及聚合物本身的性質(zhì)都能子水合作用因素及聚合物本身的性質(zhì)都能影響水凝膠的溶脹性。影響水凝膠的溶脹性。67 有些水凝膠的溶脹性質(zhì)隨外界溶脹條件有些水凝膠的溶脹性質(zhì)隨外界溶脹條件的變化（如的變化（如pHpH、溫度、離子強度）發(fā)生極、溫度、離子強度）發(fā)生極大的甚至不連續(xù)的改變。大的甚至不連續(xù)的改變。陰離子