非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)課件

《高分子物理》課程團隊：李彩虹余旺旺栗娟蘇珺《高分子物理》課程團隊：知識點：非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)力學狀態(tài)——高聚物的力學性能隨溫度變化的特征狀態(tài)

溫度-形變曲線（熱機械曲線）：將一定尺寸的高聚物樣品在一定負荷作用下，以一定的速率升高溫度，測定樣品形變量與溫度之間關系的曲線。知識點：非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)力學狀態(tài)——高聚物的力學1.非晶態(tài)聚合物的溫度--形變曲線將一定尺寸的非晶態(tài)聚合物在一定外力作用下，一定速率升溫，同時測定樣品形變隨溫度的變化：A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變區(qū)域1.非晶態(tài)聚合物的溫度--形變曲線A玻璃態(tài)C粘2.非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)玻璃化溫度Tg;粘流溫度Tf;脆化溫度Tb;分解溫度Td2.非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)玻璃化溫度Tg;5

運動單元：溫度較低（T＜Tg），分子運動的能量很低，不能克服單鍵內旋轉的位壘，鏈段被凍結，只有小運動單元（側基，鏈節(jié)，支鏈）能運動，因此不能實現(xiàn)構象轉變。即鏈段運動的松弛時間為無窮大，大大超過實驗測量的時間范圍。因此此時受外力時，鏈段運動被凍結，只能使鏈的鍵長鍵角發(fā)生微小的改變。

力學性能：受力后，形變ε很小，模量E很高；形變與所受的力大小成正比σ=Eε（符合虎克定律）；當外力除去后，形變立刻恢復（可逆普彈形變）。應用：處于玻璃態(tài)的聚合物可作為塑料，如PS、PMMA、PVC等玻璃態(tài)5運動單元：溫度較低（T＜Tg），分子運動的能量很低，不A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變區(qū)域A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變7

T增加，雖然整個分子的移動不可能，但是當T＝Tg時，分子熱運動的能量足以克服內旋轉的位壘，鏈段開始運動，可以通過單鍵的內旋轉改變構象，甚至可以使部分鏈段產生滑移。也就是說當溫度升高到某一溫度，鏈段運動的減少到與實驗測量時間同一個數(shù)量級時，我們便可以觀察到鏈段運動，聚合物便進入了高彈態(tài)。

當聚合物受到拉伸力時，分子鏈通過單鍵的內旋轉和鏈段運動改變構象從蜷曲狀態(tài)到伸展狀態(tài)（宏觀上表現(xiàn)為很大的形變)，當外力除去時，又回復到原來狀態(tài)（宏觀上表現(xiàn)為彈性回縮），這種受力后形變很大而且又回復的力學性質高彈性，它是非晶高聚物處在高彈態(tài)下特有的力學特征。高彈態(tài)蜷曲伸展7T增加，雖然整個分子的移動不可能，但是當T＝Tg時，分非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)課件A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變區(qū)域A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變10

溫度繼續(xù)升高，不僅鏈段運動的松弛時間變短了，而且整個分子鏈的移動的松弛時間縮短到與我們實驗觀察的時間同一個數(shù)量級，高聚物在外力作用下會發(fā)生粘性流動，它是整個分子鏈發(fā)生滑移的宏觀表現(xiàn)。是不可逆的變形（外力去掉后形變不能恢復）粘流態(tài)10溫度繼續(xù)升高，不僅鏈段運動的松弛時間變短了，而且整個分非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)課件A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變區(qū)域A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變從相態(tài)角度而言，玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)均屬于液相，因為分子間相互排列均是無序的，它們之間的差別主要是形變能力不同——這是力學狀態(tài)的差別。因此上述三態(tài)的轉變均不是熱力學相變。Tg、Tf是力學狀態(tài)轉變溫度，而非相變溫度。常溫下處于玻璃態(tài)的高聚物通常用作塑料常溫下處于高彈態(tài)的高聚物通常用作橡膠

粘流態(tài)是高聚物成型的最重要的狀態(tài)從相態(tài)角度而言，玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)均屬于液相，因為分子間

3.分子量對溫度-形變曲線的影響當分子量很低時，整個分子鏈不夠一個鏈段長度，運動單元只是整個分子，因而Tg與Tf重復，不出現(xiàn)高彈態(tài)，但隨M增大，Tg增大3.分子量對溫度-形變曲線的影響當分子量很低時，整個分子鏈當分子量增加到一定值，如圖中M3<M4<M5，就出現(xiàn)了第二運動單元-鏈段，此時曲線上Tg與Tf不再重合，出現(xiàn)高彈平臺，由于鏈段大小主要決定于分子鏈的柔順性和鄰近分子間的影響，與整個分子長度關系不大，所以Tg不再隨分子量增加而改變。當分子量增加到一定值，如圖中M3<M4<M5，就出現(xiàn)了第二運但M增大，分子鏈長增加，分子間作用力增大，內摩擦阻力增大，分子相對滑移困難，而需在較高溫度下才能流動，所以Tf隨M增大而升高。但M增大，分子鏈長增加，分子間作用力增大，內摩擦阻力增大，分THEEND感謝觀看！THEEND感謝觀看！

《高分子物理》課程團隊：李彩虹余旺旺栗娟蘇珺《高分子物理》課程團隊：知識點：非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)力學狀態(tài)——高聚物的力學性能隨溫度變化的特征狀態(tài)

溫度-形變曲線（熱機械曲線）：將一定尺寸的高聚物樣品在一定負荷作用下，以一定的速率升高溫度，測定樣品形變量與溫度之間關系的曲線。知識點：非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)力學狀態(tài)——高聚物的力學1.非晶態(tài)聚合物的溫度--形變曲線將一定尺寸的非晶態(tài)聚合物在一定外力作用下，一定速率升溫，同時測定樣品形變隨溫度的變化：A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變區(qū)域1.非晶態(tài)聚合物的溫度--形變曲線A玻璃態(tài)C粘2.非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)玻璃化溫度Tg;粘流溫度Tf;脆化溫度Tb;分解溫度Td2.非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)玻璃化溫度Tg;22

運動單元：溫度較低（T＜Tg），分子運動的能量很低，不能克服單鍵內旋轉的位壘，鏈段被凍結，只有小運動單元（側基，鏈節(jié)，支鏈）能運動，因此不能實現(xiàn)構象轉變。即鏈段運動的松弛時間為無窮大，大大超過實驗測量的時間范圍。因此此時受外力時，鏈段運動被凍結，只能使鏈的鍵長鍵角發(fā)生微小的改變。

力學性能：受力后，形變ε很小，模量E很高；形變與所受的力大小成正比σ=Eε（符合虎克定律）；當外力除去后，形變立刻恢復（可逆普彈形變）。應用：處于玻璃態(tài)的聚合物可作為塑料，如PS、PMMA、PVC等玻璃態(tài)5運動單元：溫度較低（T＜Tg），分子運動的能量很低，不A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變區(qū)域A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變24

T增加，雖然整個分子的移動不可能，但是當T＝Tg時，分子熱運動的能量足以克服內旋轉的位壘，鏈段開始運動，可以通過單鍵的內旋轉改變構象，甚至可以使部分鏈段產生滑移。也就是說當溫度升高到某一溫度，鏈段運動的減少到與實驗測量時間同一個數(shù)量級時，我們便可以觀察到鏈段運動，聚合物便進入了高彈態(tài)。

當聚合物受到拉伸力時，分子鏈通過單鍵的內旋轉和鏈段運動改變構象從蜷曲狀態(tài)到伸展狀態(tài)（宏觀上表現(xiàn)為很大的形變)，當外力除去時，又回復到原來狀態(tài)（宏觀上表現(xiàn)為彈性回縮），這種受力后形變很大而且又回復的力學性質高彈性，它是非晶高聚物處在高彈態(tài)下特有的力學特征。高彈態(tài)蜷曲伸展7T增加，雖然整個分子的移動不可能，但是當T＝Tg時，分非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)課件A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變區(qū)域A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變27

溫度繼續(xù)升高，不僅鏈段運動的松弛時間變短了，而且整個分子鏈的移動的松弛時間縮短到與我們實驗觀察的時間同一個數(shù)量級，高聚物在外力作用下會發(fā)生粘性流動，它是整個分子鏈發(fā)生滑移的宏觀表現(xiàn)。是不可逆的變形（外力去掉后形變不能恢復）粘流態(tài)10溫度繼續(xù)升高，不僅鏈段運動的松弛時間變短了，而且整個分非晶態(tài)聚合物的力學狀態(tài)課件A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變區(qū)域A玻璃態(tài)C粘流態(tài)B高彈態(tài)溫度形變玻璃化轉變區(qū)域粘流轉變從相態(tài)角度而言，玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)均屬于液相，因為分子間相互排列均是無序的，它們之間的差別主要是形變能力不同——這是力學狀態(tài)的差別。因此上述三態(tài)的轉變均不是熱力學相變。Tg、Tf是力學狀態(tài)轉變溫度，而非相變溫度。常溫下處于玻璃態(tài)的高聚物通常用作塑料常溫下處于高彈態(tài)的高聚物通常用作橡膠

粘流態(tài)是高聚物成型的最重要的狀態(tài)從相態(tài)角度而言，玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)均屬于液相，因為分子間

3.分子量對溫度-形變曲線的影響當分子量很低時，整個分子鏈不夠一個鏈段長度，運動單元只是整個分子，因而Tg與Tf重復，不出現(xiàn)高彈態(tài)，但隨M增大，Tg增大3.分子量對溫度-形變曲線的影響當分子量很低時，整個分子鏈當分子量增加到一定值，如圖中M3<M4<M5，就出現(xiàn)了第二運動單元-鏈段，此時曲線上Tg與Tf不再重合，出現(xiàn)高彈平臺，由于鏈段大