高聚物物理性能

1、關于高聚物的物理性能第一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 知識目標：掌握高聚物的物理狀態(tài)及其特征、高聚物各種特征溫度及其影響因素和應用，高聚物的力學性能、高彈性特征；理解高聚物分子運動單元的多重性和運動過程的對溫度、時間的依賴性，高聚物力學性能的影響因素；了解高聚物的粘流特性、粘彈性（力學松弛）、電性能、光學性能、透氣性能、熱性能等及其應用。本章學習目標第二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月本章學習目標能力目標能根據高聚物的形變-溫度曲線類型正確判斷高聚物的使用狀態(tài)及其使用溫度范圍；能根據應力-應變曲線類型區(qū)分高分子材料的力學特性和應用場合；能正確分析高聚物材料使用過程出現力學松

2、弛（如蠕變、應力松弛、內耗等）的原因，并能實際情況加以避免或利用。素質目標培養(yǎng)學生學生綜合分析問題和解決問題的能力；培養(yǎng)學生用科學理論指導工作實踐的習慣、較高的專業(yè)思維能力和養(yǎng)成良好的職業(yè)習性。第三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變 高分子熱運動是聯系高聚物結構與性能的橋梁，與低分子熱運動相比，是極其復雜的。 1、高分子運動單元的多重性（1）整個大分子鏈運動（布朗運動） 以整個分子鏈為整體，作振動、轉動和移動。導致分子鏈質量中心的相對位移。 宏觀表現：聚合物溶液或熔體的流動、材料的永久變形等 （2）鏈段運動（內旋轉） 是區(qū)別于小分子運動的特殊運動形式。 運

3、動結果可使大分子有著強烈伸展或卷曲的傾向，是大分子鏈具有柔性的根本原因。 聚合物的許多獨特性能都與鏈段運動有關。7.1.1 高聚物分子的熱運動特點第四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）鏈節(jié)、側基、支鏈運動（微布朗運動） 鏈節(jié)運動包括碳鏈聚合物中的曲柄運動、雜鏈聚物中官能團化學鍵的運動等。 側基和支鏈運動是相對于主鏈的擺動、轉動以及自身的內旋轉。這些運動對材料的低溫力學性能有影響。 7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變 C8曲柄運動12345678109028特點：需要能量低，鍵長、鍵角不變。影響高分子材料的低溫性能。第五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月鏈段運動分子鏈中間部分鏈段

4、內旋轉分子鏈近鏈端部分鏈段內旋轉分子鏈側鏈部分鏈段內旋轉7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變2、高分子運動對時間的依賴性圖7-1 高分子在外力作用下的分子運動過程第六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 即高聚物從一種平衡狀態(tài)通過分子熱運動過渡到新的平衡狀態(tài)需要克服內摩擦力，總是有一個時間過程 這個克服內摩擦力的過程稱為“松弛過程”，所需時間稱為“松弛時間”。剛性越大的高分子鏈，松弛時間越長。3、高分子運動對溫度的依賴性 溫度升高對高分子的熱運動是有利的，可加快松弛過程，減短松弛時間。 可見，升溫與延長時間對于高分子運動是等效的。 7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變2、高分子運動對時間的依賴性第

5、七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.1.2 高聚物的物理狀態(tài)7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變1、線型非晶態(tài)高聚物的物理狀態(tài)（1）非晶態(tài)高聚物的溫度-形變曲線 非晶態(tài)高聚物的三種物理狀態(tài)：玻璃態(tài)；高彈態(tài)；黏流態(tài)圖7-2 非晶態(tài)高聚物的溫度-形變曲線A玻璃態(tài)；B，D過渡區(qū)；C高彈態(tài)；E粘流態(tài)；Tb脆化溫度；Tg玻璃化溫度；Tf粘流溫度第八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 玻璃態(tài) 力學特征：彈性模量大（1091010Pa），外力作用下發(fā)生普彈形變，即形變小，且形變可逆。結構類似玻璃。 原因：在區(qū)域I，溫度低，分子鏈與鏈段運動被凍結，只有側基、鏈節(jié)、鏈長、鍵角等的局部運動。 原因：在

6、高彈區(qū)，TTg，隨著T，鏈段運動被“解凍”，當受到外力拉伸時，高分子鏈可以通過鏈段運動來改變構象以適應外力的作用，分子鏈從卷曲狀態(tài)被拉直；外力解除后，被拉直的分子鏈又通過鏈段運動自動恢復到卷曲狀態(tài)。7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變 高彈態(tài) 力學特征：彈性模量較小(105107Pa)，外力作用下發(fā)生高彈形變（形變量100%1000%），具有高彈性行為。第九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變 粘流態(tài)力學特征：彈性模量激劇下降(102104Pa)，外力作用下發(fā)生塑性形變（即永久形變）。 原因：當TTf，鏈段與高分子整鏈均被“解凍”，在外力作用下，隨著T，鏈段運動

7、劇烈，導致分子鏈發(fā)生相對位移，形變不可逆。 由玻璃態(tài)向高彈態(tài)發(fā)生突變的區(qū)域叫玻璃化轉變區(qū)，玻璃態(tài)與高彈態(tài)的轉變溫度稱為玻璃化轉變溫度，以Tg表示。 高彈態(tài)向粘流態(tài)發(fā)生突變的區(qū)域稱為粘彈態(tài)轉變區(qū)，兩者的轉變溫度稱為粘流溫度，以Tf表示。 交聯聚合物由于分子鏈間有化學鍵連接，不能發(fā)生相對位移，不出現粘流態(tài)。第十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變 無定形塑料在玻璃態(tài)下使用、橡膠則在高彈態(tài)下使用、而高聚物材料的成型加工則一般需在粘流態(tài)下進行。三種物理狀態(tài)的比較與應用見表7-1物理狀態(tài)運動單元力學行為特征形變機理應用使用溫度范圍玻璃態(tài)側基、支鏈、鏈節(jié)普彈形變鍵長、鍵

8、角微變塑料、纖維TbTg高彈態(tài)鏈段高彈形變鏈段內旋轉橡膠TgTf粘流態(tài)鏈段、整個大分子鏈塑性形變鏈段、整鏈發(fā)生相對位移黏合劑、涂料TfTd表7-1 線型非晶態(tài)高聚物的物理狀態(tài)對比表第十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 相對分子質量對溫度-形變曲線形狀有較大影響；分子量越大，Tf越高，高彈平臺亦越寬。 結論，橡膠材料需要有較高的分子量，以便加寬使用溫度范圍，提高耐熱性。7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變圖7-3 聚苯乙烯的形變-溫度曲線相對分子質量依次為：1360；2440；3500；41140；53000；640000；712000；8550000；9638000（2）線型非晶態(tài)高聚物

9、的物理狀態(tài)與平均相對分子質量的關系第十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變2、結晶態(tài)高聚物的物理狀態(tài)（1）結晶態(tài)高聚物的形變-溫度曲線 12形變%TgTmTfT/ 圖7-4 結晶高聚物的形變-溫度曲線 1-相對分子質量較小2-相對分子質量很大 當高聚物分子量較小時，TmTg，其從結晶態(tài)直接進入粘流態(tài)（見1）。兩種力學狀態(tài)： 結晶態(tài)和熔融態(tài)；一個轉折點熔點Tm。 結晶態(tài)： 力學特征：類似于玻璃態(tài)， 原因：低溫時，晶態(tài)高聚物的高分子鏈段由于受晶格能的限制難以運動，所以形變很小。 高分子熱運動克服了晶格能，整個高分子鏈運動起來，進入了粘流態(tài)。所以高聚物的熔點Tm

10、又是粘流溫度 熔融態(tài)：第十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變結論： 結晶態(tài)高聚物可用作塑料與纖維，其使用的上限溫度為Tm，一般不宜用作橡膠。 結晶高聚物的分子量不宜過高，否則對成型加工不利。 當高聚物分子量較高時，TmTg，其在晶區(qū)熔融后，先進入高彈態(tài)，再進入粘流態(tài)（見2）表7-2 結晶高聚物的物理狀態(tài)對比表溫度范圍物理狀態(tài)性能一般相對分子質量相對分子質量很大TTg結晶態(tài)玻璃態(tài)硬塑料TgTTm結晶態(tài)高彈態(tài)韌塑料（皮革態(tài)）TTm粘流態(tài)粘流態(tài)加工狀態(tài)結晶高聚物的物理狀態(tài)特性、與材料應用的關系見表7-2。第十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.1.3

11、 高聚物的玻璃化轉變7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變 高聚物的玻璃化轉變即為非晶態(tài)高聚物從玻璃態(tài)向高彈態(tài)的轉變，對晶態(tài)高聚物是指非晶態(tài)部分的這種轉變。 1、玻璃化溫度（Tg） 高聚物從玻璃態(tài)向高彈態(tài)轉變的溫度即為Tg 。 Tg是高聚物分子鏈開始運動或凍結的溫度。 Tg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。 2、影響玻璃化溫度的因素（1）主鏈結構的影響 規(guī)律：對主鏈柔性有影響的因素，都影響Tg。柔性，Tg 。第十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變（2）側基的影響 規(guī)律：極性側基的極性，分子間作用力，其Tg 。 非極性側基的體積效應

12、，分子鏈的柔性，其Tg 。 對稱雙取代側基，可提高分子鏈柔順性，使Tg 。 （3）相對分子質量的影響 規(guī)律：高聚物平均相對分子質量，Tg ；但當平均相對 分子質量增加到一定程度時，玻璃化溫度趨于某一定值。（4）共聚的影響 規(guī)律：共聚可以調整高聚物的玻璃化溫度。其共聚物的Tg介 于兩種（多種）均聚物之間。第十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月雙組分共聚物玻璃化溫度的計算：7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變（4）共聚的影響（5）交聯的影響 規(guī)律：交聯度越大，Tg增加愈大 ?；颍?）增塑劑的影響規(guī)律：隨著增塑劑加入量的增加，玻璃化溫度下降。通常， 極性增塑劑加入到極性高聚物之中，非極性增塑劑加

13、入 到非極性高聚物之中。（7）外界條件的影響外力作用時間與大?。和饬υ酱蠛妥饔脮r間越長， Tg 。升溫速度：升溫速度越快， Tg越高。第十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖7-5 結晶物質熔融過程的體積（或比熱容）隨溫度的變化曲線7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變7.1.4 結晶高聚物的熔融與熔點 物質從結晶態(tài)轉變?yōu)橐簯B(tài)的過程稱為熔融。1、結晶高聚物的熔融過程 熔點特點：第十八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）結晶高聚物的熔融與低分子晶體一樣，也是一個熱力學相變過程（2）高聚物的熔融是一個邊熔融邊升溫的過程，因此，結晶高聚物具有一個熔融范圍稱為融限。（3）高聚物的熔融與結晶

14、溫度有關。其熔點隨結晶溫度的升高而升高，熔限隨結晶溫度的升高而變窄。7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變2、熔點Tm 使用價值：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。 平衡狀態(tài)下晶體完全消失的溫度。第十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變3、影響熔點的因素（1）結晶溫度的影響 結晶T ， Tm也，熔限越窄；反之，則Tm，熔限越寬。 （2）高分子結構的影響 分子間的作用力 規(guī)律：在高分子主鏈或側基上引入極性基團使分子間的作 用力，則Tm 分子鏈的柔性 規(guī)律：分子鏈的柔性，則Tm。（3）稀釋劑對熔點的影響 在結晶性聚合物

15、中加入稀釋劑，如增塑劑或溶劑，也能使熔點降低，其降低的程度與稀釋劑的性質與用量有關。第二十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖7-7 各類流體的流動曲線a牛頓流體；b膨脹性流體；c假塑性流體；d賓漢流體7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變7.1.5 高聚物的粘流態(tài) 絕大多數高聚物的成型加工都是在熔融狀態(tài)（粘流態(tài)）下進行的。高分子的流動不是簡單的整個高分子鏈的遷移，而是通過鏈段的相繼遷移來實現的，類似于蚯蚓的蠕動。1、高聚物熔體流動特點(1) 熔體粘度大，流動性差(2) 熔體屬非牛頓型流體 牛頓型流體：低分子液體和高分子的稀溶液 第二十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 假塑性流體：大

16、多數的高聚物熔體及濃溶液 膨脹性流體：高濃度聚氯乙烯的懸浮溶液，玉米粉、 糖溶液及濕沙等高濃度的粉末懸浮液 賓漢型流體：聚氯乙烯糊的凝膠體、牙膏等(3) 熔體流動伴有高彈形變 即高聚物流動中會發(fā)生部分是可逆形變。 高彈形變的恢復過程也是一個松弛過程，恢復的快慢與高分子鏈的柔順性及溫度有關。 后果：高聚物在擠出成型中，其型材截面的實際尺寸比口模尺寸要大。7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變第二十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.1 高聚物的物理狀態(tài)及熱轉變2、黏流溫度Tf (1) 定義及其應用 非晶態(tài)高聚物熔化后發(fā)生黏性流動的溫度。 使用價值：非晶態(tài)高聚物成型加工的最低溫度，橡膠使用的最

17、高溫度。(2) 影響?zhàn)ち鳒囟鹊囊蛩?高分子結構的影響 凡是能提高高分子鏈柔順性的結構因素均可使粘流溫度下降： 柔性、剛性，Tf； 平均相對分子質量的影響 平均相對分子質量，內摩擦力， Tf 。 外界因素的影響 增加外力大小及其作用時間，有利粘性流動，會使Tf。 加入增塑劑可使Tf。第二十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高聚物的力學性能 聚合物的力學性能指的是其受力后的響應，如形變大小、形變的可逆性及抗破損性能等。1、應變與應力 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。 材料在外力作用下發(fā)生形變的同時，在其內部

18、還會產生對抗外力的附加內力，以使材料保持原狀，當形變達到平衡時，材料單位面積上的附加內力稱為應力，其數值與單位面積上所受的外力相等。 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：7.2.1 表征力學性能的基本指標第二十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高聚物的力學性能（1） 簡單拉伸（drawing)： 材料受到一對垂直于材料截面、大小相等、方向相反并在同一直線上的外力作用。 材料在拉伸作用下產生的形變稱為拉伸應變，也稱相對伸長率（e）。 拉伸應力： = F / A0 （A0為材料的起始截面積） 拉伸應變（相對伸長率） e = （l - l0）/

19、l0 = Dl / l0簡單拉伸示意圖A0l0lD lAFF第二十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高聚物的力學性能（2）簡單剪切(shearing)A0FF簡單剪切示意圖 剪切應變 = tg 剪切應力s = F / A0 材料經壓縮以后，體積由V0縮小為V，則壓縮應變： V = （V0 - V）/ V0 = DV / V0 材料受到均勻壓力壓縮時發(fā)生的體積形變稱壓縮應變（V）。（3） 均勻壓縮（pressurizing)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（）。A0均勻壓縮示意圖第二十六張，PP

20、T共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高聚物的力學性能 2、彈性模量（亦稱剛度） （1）定義 指在彈性形變范圍內單位應變所需應力的大小。它表征高分子材料抵抗形變能力的大小，彈性模量越大，越不容易變形，材料剛性越大。 （2）類型 對于不同的受力方式，對應的模量分別為楊氏模量、剪切模量和體積模量，可以表示為： 楊氏模量（Pa或MPa） 剪切模量（Pa或MPa） 體積模量（N或kN）第二十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 式中：稱為泊松比，是反映高分子材料性質的重要參數。 一般材料的=0.20.5， 應變時若體積無變化（如：橡膠拉伸），則=0.5，7.2 高聚物的力學性能（3）三種模量的

21、關系 對于各向同性的材料而言，通過數學推導可得出上述三種模量之間的關系如下： E= 2G（1+）= 3B（1-2）3、硬度 硬度是衡量材料表面抵抗機械壓力能力的指標，可用以反映材料承受應力而不發(fā)生形狀變化的能力。 4、機械強度 機械強度是指在一定條件下，高分子材料所能承受的最大應力，單位為MPa，是衡量高分子材料抵抗外力破壞的能力。 第二十八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高聚物的力學性能 根據外力作用方式不同，主要有以下三種：（1）抗張強度（t） 衡量材料抵抗拉伸破壞的能力，也稱拉伸強度。 t的測定：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

22、拉斷。試樣斷裂前所受的最大負荷P與試樣橫截面積之比： t = P / b d厚度d寬度bPP（2）抗彎強度（f） 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。第二十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高聚物的力學性能Pdbl0/2l0/2抗彎強度測定試驗示意圖 設試驗過程中最大的負荷為P，則抗彎強度f為： f = 1.5Pl0 / bd2 沖擊強度也稱抗沖強度,是衡量材料韌性的一種指標。定義為試樣受沖擊負荷時單位截面積所吸收的能量。（3）沖擊強度（i）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。試樣斷裂時吸收

23、的能量等于斷裂時沖擊頭所做的功W，則沖擊強度為： i = W / bdPbl0/2l0/2d沖擊頭以一定速度對試樣實施沖擊沖擊強度測定試驗示意圖第三十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月應變應力AYBA-彈性極限；Y-屈服點；B-斷裂點7.2 高聚物的力學性能（1）線型非晶態(tài)高聚物的典型應力-應變曲線拉伸時高分子鏈的三種運動情況： 彈性形變（開始A點） 應變隨應力的增加而增大，服從虎克定律，具有普彈性能；7.2.2 高聚物的力學性能1、線型非晶態(tài)高聚物的應力-應變曲線運動單元為鍵長、鍵角。對應的 為彈性伸長極限。 強迫高彈形變（A點B點） 中間經過屈服點Y，對應的 表示高聚物材料對抗永久形

24、變的能力；形變量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。 第三十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）非晶態(tài)高聚物的六種應力-應變曲線與使用的關系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7.2 高聚物的力學性能第三十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月 可以作為形變較大的材料材料軟而韌低模量低屈服，斷裂伸 長率及

25、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 無使用價值的材料7.2 高聚物的力學性能第三十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月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7.2 高聚物的力學性能2、未取向的晶態(tài)高聚物的應力-應變曲線討論： 玻璃態(tài)和晶態(tài)高聚物的拉伸過程相類似，只是產生高彈形變的溫度范圍不同； 在玻璃態(tài)高聚物中拉伸只使分子鏈發(fā)生取向，而在晶態(tài)高聚物中拉伸伴隨著聚集態(tài)的變化，包含結晶熔化、取向、再結晶等 第三十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高

26、聚物的力學性能3、高聚物力學性能的影響因素 （1）內在因素 高聚物的相對分子質量及分布 相對分子質量增大，高聚物強度明顯增加，但增高到一定程度后，影響不大，強度逐漸趨于一極限值。 相對分子質量分布對力學性能的影響不大，主要考慮低聚物部分，低聚物部分增多，就會導致受力時的分子間斷裂而使強度下降。 高分子鏈的支化與交聯 高分子鏈的支化程度增加，其拉伸強度降低。 高聚物的適度交聯，可以有效地增加分子鏈間作用力，有利于強度的提高。 過度交聯，在受外力時，會使應力集中反而強度降低。第三十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高聚物的力學性能 高聚物的結晶與取向 結晶度的影響 結晶度增加，高聚

27、物的屈服應力、強度、模量和硬度等均有提高，而斷裂伸長率和沖擊韌性則下降，結晶使高聚物變硬變脆。 晶粒的尺寸和晶體結構的影響 大球晶使斷裂伸長率和韌性降低；均勻小球晶能使材料的強度、伸長率、模量和韌性等得到提高。纖維狀晶體強度大于折疊晶體強度。 取向對強度的影響 取向使材料的力學性能產生各向異性能，增加取向方向上材料的強度。 第三十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高聚物的力學性能（2）外在因素 低分子填充物 惰性填料往往使高聚物材料的強度降低。如加入碳酸鈣 適當填充活性填料可以增加材料的強度。如橡膠填充炭黑、玻璃鋼填充玻璃纖維等。 增塑劑 增塑劑的加入能降低強度，但對脆性高聚物

28、而言，少量加入低分子物質，能增加強度。 材料本身的缺陷（雜質、氣泡、降解物等造成微小裂紋） 當材料受到外力作用時，在缺陷處產生應力集中，致使材料斷裂、破壞，使強度降低。3、高聚物增強的途徑 在高聚物中添加增強材料，可以有目的地提高高聚物的力學性能。如炭黑增強橡膠、纖維增強塑料、橡膠增強塑料等。第三十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高聚物的力學性能 處于高彈態(tài)的高聚物呈現出具有高度的彈性形變能力，這種獨特的力學性能稱為高彈性。 常見的高彈態(tài)材料如橡膠和類橡膠等。1、高彈性的主要特征 （1）彈性模量小，彈性形變大 （2）彈性模量與溫度成正比。 高彈態(tài)高聚物的彈性模量隨溫度而，金屬

29、材料則相反。 （3）形變時有明顯的熱效應 高彈態(tài)材料拉伸時放熱，材料自身溫度會 ；而壓縮時吸熱，材料自身溫度會。而一般金屬材料則相反。 （4）形變與時間有關 通常，高彈態(tài)材料的形變總是落后于外力，即形變需要時間。7.2.3 高聚物的高彈性第三十八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高聚物的力學性能2、高彈性與高分子鏈結構的關系 （1）高分子鏈柔性與高彈性關系 只有在常溫下不易結晶、且由柔性鏈組成的高聚物，才可能成為具有高彈性的橡膠。 （2）交聯與高彈性關系 硫化交聯是橡膠克服塑形形變、提高彈性的必須的工序，但交聯程度直接影響高聚物的高彈性。3、熱塑性彈性體 熱塑性彈性體（TPE）是

30、一種兼有塑料和橡膠的特性，在常溫下顯示橡膠的高彈性、高溫下又能塑化成型的高分子材料，又稱為第三代橡膠。 第三十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖7-12 不同材料在恒定應力下的形變-時間曲線7.2 高聚物的力學性能1、粘彈性 高分子材料同時呈現彈性和粘性的性質，稱粘彈性（見圖7-12），即高聚物材料的形變與時間有關，兩者的關系介于理想彈性體和理想粘性體之間。它是高分子材料的又一重要特性。7.2.4 高聚物的粘彈性2、高聚物的粘彈現象（力學松弛） 分為靜態(tài)與動態(tài)兩種。 靜態(tài)粘彈性：應力或應變完全恒定時表現出的粘彈現象稱靜態(tài)粘彈性，表現形式有：蠕變與應力松弛第四十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作

31、于2022年6月 動態(tài)粘彈性：應力或應變隨時間而變時表現出的粘彈現象，主要有滯后現象和力學損耗（內耗）。 7.2 高聚物的力學性能(1)蠕變 蠕變曲線 蠕變：在一定的溫度和較小的恒定應力作用下，材料的形變隨時間的增加而逐漸增大，最終達到平衡。 蠕變回復：若應力除去，形變又隨時間而變化。 蠕變曲線：圖7-13圖7-13 線性高聚物的蠕變曲線 總形變?yōu)樯鲜鋈N形變之和，即： =1+2+3第四十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高聚物的力學性能 蠕變的影響因素 外因 溫度過低、外力太小，蠕變很慢很小，短時間內不易覺察； 溫度過高、外力太大，形變過快，也觀察不到蠕變現象； T稍大于Tg

32、和適中的外力作用下，鏈段可以運動，但內摩擦力較大，只緩慢運動，此時能觀察到明顯的蠕變現象。 內因 能使高聚物的柔性降低的結構因素，都能使蠕變變小。 如分子間作用力、相對分子質量、取代基極性、取代基體積、交聯、結晶度等均能使蠕變變小。第四十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月圖7-14 高聚物的應力松弛曲線7.2 高聚物的力學性能(2)應力松弛 定義： 在恒定溫度和形變保持不變的情況下，高聚物內部的應力隨時間增加而逐漸衰減的現象。 本質：就是比較緩慢的鏈段運動所導致的分子間相對位置的調整。 溫度與外力的影響當溫度過低，外力過小時，應力松弛很小且很慢，很難覺察；當溫度過高，外力過大時，應力松

33、弛過程極快，也不易察覺；只有溫度在Tg附近且外力適中時，應力松弛現象才較為明顯。 受力形變維持不變應力松弛應力松弛示意圖第四十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.2 高聚物的力學性能(3) 滯后現象 定義：高聚物在交變應力作用下，形變落后于應力變化的現象。 主要原因：鏈段在運動時要受到內摩擦力的作用，當外力變化時鏈段的運動跟不上外力的變化，形變落后于應力。(4) 力學損耗 定義：高分子材料在交變應力作用下產生嚴重滯后現象時，在每一循環(huán)變化中都要消耗功，稱為力學損耗或內耗。 主要原因：力學損耗是因為外力在改變高分子鏈構象的同時還要克服其內摩擦力，使一部分功轉化成熱能而損耗掉的緣故?？朔?/p>

34、與應用：對于作輪胎的橡膠，要求力學損耗小，硫化可減少橡膠的力學損耗。 對于用作隔音材料和吸音材料，因此要求在音頻范圍內有較大的力學損耗，如采用泡沫塑料或泡沫橡膠等。 第四十四張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.3 高聚物的其他性能高聚物的耐熱性主要指高聚物受熱情況下的變形性。表征高聚物的耐熱性的主要參數是玻璃化溫度、粘流溫度和熔點。 7.3.1 高聚物的熱性能 改善聚合物的耐熱性應提高其Tg或Tm、Tf，必須使分子鏈內部及分子鏈之間具有強的相互作用，為此可有以下幾條途徑：（1）增加分子鏈剛性 引入極性側基；在主鏈或側基上引入芳香環(huán)或芳香雜環(huán)；（2）增加結晶度；（3）使分子間產生適度交聯

35、 交聯聚合物不熔不溶，只有加熱到分解溫度以上才遭破壞。（4）采用復合方法 高聚物基體中添加增強纖維，耐熱性會大大提高。 1、高聚物的耐熱性第四十五張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.3 高聚物的其他性能 要想提高高聚物的熱穩(wěn)定性，可以從以下幾個方面考慮。（1）避免弱鍵 如PVC中含有弱鍵C-Cl，熱穩(wěn)定性較低；而PTF，由于含有鍵能高的C-F鍵，所以熱穩(wěn)定性較高。（2）引入環(huán)狀結構 如聚酰亞胺的熱分解溫度高達500（3）元素有機高聚物 如以硅氧鍵為主鏈的高聚物，熱穩(wěn)定性較好。（4）合成“梯形”結構 “梯形”結構的高聚物的主鏈不是一條，不容易被打斷，具有很好的熱穩(wěn)定性，但難于加工成型。2

36、、高聚物的熱穩(wěn)定性 高聚物的熱穩(wěn)定性主要指高聚物在受熱情況下，由于化學變化（主要是交聯和降解）從而引起高聚物性能的改變。第四十六張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.3 高聚物的其他性能3、高聚物的導熱性熱導率是表征材料熱傳導能力大小的一個重要的參數。 高聚物的熱導率通常很小，是優(yōu)良的絕熱保溫材料。影響高聚物的熱導率主要有以下幾個方面。（1）相對分子質量 相對分子質量，熱導率；結晶高聚物的熱導率較高。（2）增塑劑 低分子增塑劑的加入，會使高聚物的熱導率降低。（3）溫度 溫度對高聚物的熱導率影響很小，一般不超過10%。（4）取向 取向將引起高聚物熱導率的各向異性，沿取向方向熱導率將增大，徑

37、向減少。（5）微孔 微孔結構的高聚物熱導率都非常低，并且隨著密度而。第四十七張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.3 高聚物的其他性能4、高聚物的熱膨脹性 熱膨脹是由于溫度變化而引起的材料尺寸和外形的變化。包括線膨脹、面膨脹和體膨脹。 熱膨脹性通常用膨脹系數來表征，指試樣單位體積的膨脹率。 高聚物材料的膨脹系數隨溫度的升高而增大，但一般不是溫度的線性函數。 高聚物的熱膨脹比其它物體的熱膨脹要嚴重些，這對塑料使用性能將會產生不良影響。 高聚物中加入增強劑或填充改性后，一般可將高聚物的膨脹系數降低23倍。 第四十八張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.3 高聚物的其他性能 高聚物的電性

38、能是指高分子材料在外加電場作用下，表現出的介電性能、導電性能、電擊穿性能及靜電性能等。 絕大多數高聚物是絕緣體，具有卓越的電絕緣性能，是電器工業(yè)中不可缺少的介電材料和絕緣材料。 7.3.2 高聚物的電性能1、高聚物的介電性能 即在外加電場作用下，由于分子極化而引起電能貯存和損耗的性能。通常用介電常數和介電損耗來表征。 （1）介電常數 含有電介質的電容器電容與相應真空電容器的電容之比。 介電常數越大，絕緣材料貯存電能的能力越強。 介電常數的大小取決于電介質的極化情況，分子的極性越強，極化程度越高，介電常數亦越大。 第四十九張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.3 高聚物的其他性能（2）介電

39、損耗 含義 即在電場的交變周期內高聚物損耗的能量與其儲蓄的能量之比值。是物質本身的一種特性。 引起介電損耗的主要原因 非極性高聚物電介質：因含有雜質而產生漏導電流 極性高聚物電介質：在電場中發(fā)生的極化取向與外加電場有相位差，產生極化電流損耗。 應用 若用作電工絕緣材料、電纜包皮或電容器介質材料時，要求介電損耗越小越好 若需要利用介電損耗進行材料的干燥、高頻焊接等，應選擇較大介電損耗的高分子材料。 第五十張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.3 高聚物的其他性能 高分子結構的影響 高聚物的極性： 非極性高聚物的介電常數和介電損耗較??； 極性高聚物具有較高的介電常數和介電損耗。 高聚物的聚集

40、態(tài) 同一高聚物處在高彈態(tài)下的介電常數和介電損耗要比玻璃態(tài)下大。 高聚物的交聯與支化 交聯，使介電常數和介電損耗下降。 支化結構卻能使分子間作用力減弱，反而使介電常數增大。（3）影響高聚物介電性能的因素第五十一張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.3 高聚物的其他性能 溫度的影響 對于極性高聚物 溫度升高能降低分子間力，利于取向極化，介電常數 ； 溫度過高，使分子熱運動劇烈，偶極取向困難，介電常數減小。 因此，溫度對極性高聚物介電常數影響應視具體情況而定。 對于非極性高聚物 溫度對其的取向極化影響很小，可以不予考慮。 電場頻率的影響 低頻電場：取向程度較高，介電常數大，介電損耗??； 中頻電

41、場：介電損耗增大，介電常數隨電場頻率而； 在高頻區(qū)：介電常數和介電損耗都很小。第五十二張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.3 高聚物的其他性能 電 雜質的影響 雜質的存在對高聚物的介電性能影響很大。 對于非極性高聚物，雜質是產生介電損耗的主要原因。尤其是導電雜質和極性雜質的存在，會使介電性能變壞。 增塑劑的影響 增塑劑的加入會使鏈段運動容易發(fā)生，介電性增大。2、高聚物的導電性能 高聚物可以是絕緣體、半導體、導體和超導體。 導電高聚物：電子導電型、離子型導電型和氧化還原導電型第五十三張，PPT共六十頁，創(chuàng)作于2022年6月7.3 高聚物的其他性能3、高聚物的電擊穿性能 當外電壓達到某一極限值以后，高分子材料內部突然形成局部電島，電介質完全失去絕緣性能，這種現象稱為電擊穿。 擊穿特點：電擊穿時，在擊穿點上可以產生電弧，會使高分子材料的化學結構受到破壞，產生焦化或燒毀。 高聚物的擊穿類型：有純粹的電過程（電擊穿）和熱過程（熱擊穿）。 高聚物的