青島科技大學《橡膠及塑料加工工藝》全書知識點

1、高分子鏈的近程結(jié)構(gòu)（1）高分子鏈的化學組成：碳鏈高分子：主鏈全部有共價鍵連接的碳原子組成，不易水解，易成型加工，易燃易老化；雜鏈高分子：主鏈中除碳原子外，還有其他原子以共價鍵連接，易水解，耐熱性好，強度高；元素高分子：耐熱性和耐寒性高，彈性塑性好，可溶（2）單體單元的鍵合：單烯類單體和雙烯類鍵合（3）共聚物單體的鍵接形式：無規(guī)、交替、嵌段、接枝（4）高分子的構(gòu)型（分子中原子在空間的相對位置和排列）：幾何異構(gòu)和旋光異構(gòu)（5）高分子鏈的鍵合外形（構(gòu)造）,線型：外形：整條高分子如同一條又細又長的線，大分子既可卷曲成團，也可伸展成直線，各種橡膠、大多數(shù)的纖維、塑料等都屬線形大分子。特點：分子間無化學鍵，既可溶解又可熔融，熔體粘度低，易于加工成型。.支鏈型：鏈分子在二維空間鍵合增長所形成的高聚物。主鏈帶有長短不一的支鏈（星型、梳型、無規(guī)支鏈型）特點：與線形大分子相比，帶短支鏈的高聚物更易溶解和熔融，且機械強度低，硬度低，韌性高，分子上有叔碳原子,反響活性高，熱穩(wěn)定性差，易老化變硬變脆。3.交聯(lián)型：高分子鏈之間由支鏈通過化學鍵相鍵接，形成的三維網(wǎng)狀大分子，熱固性塑料、硫化橡膠都屬于網(wǎng)狀大分子。2.特點：分子間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，整個高聚物就是一個大分子，既不溶解也不熔融，只能熔脹。隨著分子間交聯(lián)程度的增加，材料的彈性降低，但機械強度和硬度都增加。2、影響高分子鏈柔順性的因素高分子的柔順性就是高分子鏈能夠轉(zhuǎn)變其構(gòu)象（單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生分子中原子在空間的幾何排布狀態(tài)）的性質(zhì)，單鍵越多，內(nèi)旋轉(zhuǎn)簡單，構(gòu)象越多，柔順性越好（1）主鏈結(jié)構(gòu)：主鏈由單鍵構(gòu)成或含有非共輾雙鍵，柔順性好，含共輾雙鍵，呈剛性（2）取代基：體積大，單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)空間位阻大，極性大，分子內(nèi)和分子間作用力大，內(nèi)旋轉(zhuǎn)受阻大，數(shù)量多，非鍵合原子多，內(nèi)旋轉(zhuǎn)阻力大，柔順性差；對稱排列，分子偶極矩小，內(nèi)旋轉(zhuǎn)簡單，柔順性好（3）支化和交聯(lián)：短支鏈增大分子間距，分子間作用力低，柔順性好，長支鏈增加構(gòu)象，柔順性好，支鏈過多，阻礙內(nèi)旋轉(zhuǎn)，柔順性下降；交聯(lián)密度小，對柔順性影響不大，交聯(lián)密度高，柔順性下降（4）分子鏈長短：分子鏈越長，單鍵越多，構(gòu)象越多，柔順性越好（5）分子鏈規(guī)整性：分子鏈越規(guī)整，越簡單結(jié)晶，柔順性差（6）外界條件：溫度提升，分子熱運動能量高，內(nèi)旋轉(zhuǎn)簡單，構(gòu)象數(shù)增多，柔順性好；外力作用慢，分子鏈有時間克服位阻，轉(zhuǎn)變構(gòu)象，柔順性好，外力作用快，分子鏈來不及內(nèi)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變構(gòu)象，柔順性差3、結(jié)晶高聚物的性能（1）滲透性和耐熱性：結(jié)晶后密度大，分子鏈排列規(guī)整，滲透性提高，鏈段不能運動，分子間作用力增大提高反抗熱破壞的力量，晶體穩(wěn)定，結(jié)晶后耐熱性提高（2）力學性能：結(jié)晶使鏈段活動空間削減，分子間力增大，沖擊強度降低，拉伸強度，定伸應力，硬度增加（3）光學性能：非晶態(tài)高聚物透亮，晶態(tài)高聚物為兩相共存的非均型體系，光在內(nèi)部折射和散射，透光率下降4、高聚物取向取向：在外力作用下，高分子鏈沿外力場方向有序排列的現(xiàn)象，三維有序，自發(fā)過程；解取向：取向分子趨向無規(guī)排列的過程，一維二維有序，被動過程（1）按外力作用方式：單軸取向：材料沿一個方向拉伸，高分子鏈沿拉伸方向排列雙軸取向：材料沿兩個垂直方向拉伸，高分子鏈傾向于拉伸平行面排列（2）按運動單元：對于非晶態(tài)高聚物，鏈段取向：高彈態(tài)下通過單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)造成鏈段運動實現(xiàn)，大分子鏈取向:粘流態(tài)下通過鏈段的協(xié)調(diào)運動實現(xiàn)；對于結(jié)晶高聚物，非晶區(qū)發(fā)生鏈段、大分子取向，晶區(qū)發(fā)生微晶取向取向?qū)Ω呔畚镄阅苡绊懶阅茏兓篖取向前-各向同性；取向后-各向異性2.一般狀況下，材料的力學性能（拉伸強度、彎曲強度等）在取向方向上顯著增加，而在垂直于取向方向上那么有所下降；3結(jié)晶聚合物，取向后材料的密度和結(jié)晶度都會增大，使材料的使用溫度得到提高4由于折射率在取向方向和垂直方向上有差異，取向后的材料還會消失雙折射現(xiàn)象5、高分子熱運動特點：（1）運動單元多重性（整鏈運動、鏈段運動、支鏈和側(cè)基運動、原子振動、晶區(qū)運動）（2）對時間的依靠性（力學松弛現(xiàn)象）（3）對溫度的依靠性（時溫等效原理）6、非結(jié)晶高聚物的力學形態(tài)溫度■形變曲線：玻璃態(tài)：鍵長鍵角變化；形變量小且可逆，模量高，普彈性，強迫高彈；塑料；玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)：鏈段解凍；形變、模量突變；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg高彈態(tài)：鏈段運動；形變量大且可逆，模量高，高彈性，松弛現(xiàn)象；橡膠；粘流轉(zhuǎn)變區(qū)：大分子鏈開頭運動；形變、模量突變；粘流溫度Tf粘流態(tài)：大分子鏈運動；形變量大且不行逆，模量低；粘合劑、涂料。7、非晶態(tài)高聚物的玻璃態(tài)和玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變強迫高彈：玻璃態(tài)高聚物受力消失高彈現(xiàn)象；強迫高彈形變：在較大外力作用下，凍結(jié)的鏈段調(diào)整構(gòu)象，外力去除后，被調(diào)整的鏈段構(gòu)象隨之凍結(jié)玻璃化轉(zhuǎn)變理論（自由體積理論）：物質(zhì)體積由占有體積（組成物質(zhì)的分子所占體積）和自由體積（分子間的間隙占有的體積）組成，自由體積供應分子活動空間，使分子鏈可通過轉(zhuǎn)動和位移調(diào)整構(gòu)象，自由體積隨溫度提升而增大，隨溫度降低而減小8、高聚物的彈性（物體對抗外力變形，并在外力消退后恢復原狀的力量）普彈性：大應力作用下材料分子中鍵長鍵角變化引起的小應變，形變瞬時完成且可逆；高彈性：小應力作用下高分子鏈段運動產(chǎn)生大形變，應變瞬間完成且可逆；粘性：外力作用下分子發(fā)生相對位移，形變隨時間線性增加且不行逆；粘彈性：形變產(chǎn)生和恢復過程中包含可逆的彈性形變和與時間有關(guān)的粘性形變。彈性形變：（1）普彈形變：受力時，粒子間距轉(zhuǎn)變，平衡破壞，產(chǎn)生對抗轉(zhuǎn)變距離，恢復平衡的力，晶體內(nèi)能增加;外力消退，晶體恢復位置，內(nèi)能削減（2）高彈形變：受力時，分子沿外力取向，增值減小，分子熱運動產(chǎn)生對抗取向的力，外力消退，分子解取向，嫡值增大，內(nèi)能不變9、力學松弛現(xiàn)象（1）靜態(tài)力學松弛：蠕變：肯定溫度和肯定作用力下，形變隨時間而增加的現(xiàn)象對于線性高聚物，受力時發(fā)生普彈形變、高彈形變、塑性形變，故形變隨時間而增大；對于交聯(lián)高聚物，分子間有化學鍵，限制分子位移，無塑性形變，普彈性變和高彈形變平衡后，形變不隨時間而變化應力松弛：肯定溫度和恒定形變下，維持該形變所需應力隨時間而削減的現(xiàn)象對于線性高聚物，受力后，高分子鏈沿外力取向，產(chǎn)生與外力抗衡的內(nèi)力，隨時間延長，分子鏈間產(chǎn)生滑移，調(diào)整分子構(gòu)象，內(nèi)力消退，外力衰減至零；對于交聯(lián)高聚物，分子鏈間不能產(chǎn)生滑移，應力只能衰減至一平衡值而不能松弛到零影響靜態(tài)應力松弛因素.分子結(jié)構(gòu)：分子鏈的柔順性高，應力松弛速度快，抗蠕變性差；分子間作用力高，應力松弛速度慢，抗蠕變性好;交聯(lián)或結(jié)晶后，應力松弛速度慢，抗蠕變力量好。.溫度：當溫度在Tg四周幾十度的范圍內(nèi)，鏈段在外力作用下可以運動。但運動時受到內(nèi)摩擦阻力較大，鏈段只能緩慢的轉(zhuǎn)變?nèi)?gòu)象，應力松弛及蠕變現(xiàn)象明顯。.外力作用速度：在外力作用時間基本接近或等于應力松弛時間，應力松弛現(xiàn)象明顯（2）動態(tài)力學松弛滯后：受到外力時，鏈段運動受到內(nèi)摩擦阻力，鏈段通過熱運動到達新平衡需要時間，由此引起應變落后于應力的現(xiàn)象內(nèi)耗：材料在形變過程中，分子運動受到內(nèi)摩擦阻力，局部彈性能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軗p耗的現(xiàn)象10、高聚物的拉伸特性玻璃態(tài)高聚物應力應變曲線高分子鏈運動階段：彈性極限前：普彈形變；超過彈性極限后到達屈服點：屈服成頸、應變軟化，強迫高彈形變；連續(xù)冷拉：應變硬化，永久變形；斷裂11、高聚物的屈服（高分子材料在應力超過彈性極限后，脆性材料脆性斷裂，韌性材料屈服）（1）銀紋屈服：只在拉伸作用下，高聚物中的薄弱部位，由于應力集中而產(chǎn)生空化條紋變形區(qū)，銀紋有密度，屈服有明顯體積變化且可逆（2）剪切屈服：高聚物在拉伸或壓縮作用下，在與負荷方向成45。截面上產(chǎn)生最大剪切應力，引發(fā)高分子鏈沿此面產(chǎn)生滑動形變，沒有明顯體積變化，材料外形扭轉(zhuǎn)12、高聚物的斷裂（1）脆性斷裂：斷裂前形變勻稱，斷裂無延遲，即無鏈段運動，應力應變?yōu)榫€性關(guān)系，斷裂耗能低，斷裂面光滑（2）韌性斷裂：拉伸過程中有明顯屈服和頸縮現(xiàn)象，即發(fā)生大形變，形變不勻稱，斷面有外延形變，形變不馬上回復，應力應變?yōu)榉蔷€性關(guān)系，斷裂耗能大，斷裂面粗糙13、高聚物的流變性流淌形式：（1）雷諾數(shù)：層流（流體各點速度穩(wěn)定,向著流淌方向）和湍流（流體各點速度除流淌方向還有其他方向余量，流速不穩(wěn)）（2）剪切流淌（流體速度方向與加速度方向垂直）和拉伸流淌（流體速度方向與加速度方向平行）流體類型和流淌特征牛頓型流體：流淌符合牛頓粘度定律，剪切應力與剪切速率成正比非牛頓型流體：流淌不符合牛頓粘度定律（1）賓漢姆流體：當切應力大于屈服應力后才會產(chǎn)生牛頓型流淌（2）假塑性流體：“剪切變稀”，粘度隨剪切速率增大而降低（3）脹塑性流體：“剪切變稠”，粘度隨剪切速率增大而提升14、影響高聚物流淌性的因素（1）高分子鏈的結(jié)構(gòu)：高分子鏈極性大，流淌性差；高聚物分子量大，分子間作用力大，流淌性差；剪切速率低,分子量分布寬的粘度高，剪切速率高，分子量分布窄的粘度高；含短支鏈的高分子，分子間距大，分子間作用力小,流淌性好，長支鏈，流淌性差（2）剪切速率和剪切應力：高聚物大為假塑性流體，表觀粘度隨剪切速率增加而降低（3）溫度：溫度提升，鏈段活動力量增加，分子間距增大，分子間作用力減小，流淌性好（4）時間：很多高聚物粘度隨時間變化而轉(zhuǎn)變（5）協(xié)作劑：加入填充補強劑，與高聚物親和性