第十章 高聚物的光學(xué)性能、熱物理性能、透氣性能、表面及界面性能

第十章高聚物的光學(xué)性能、熱物理性能、透氣性能、表面與界面性能化學(xué)工業(yè)出版社學(xué)習(xí)目的要求學(xué)習(xí)了解高聚物的高聚物的光學(xué)性能、熱物理性能、透氣性能、表面與界面性能及應(yīng)用情況§10-1高聚物的光學(xué)性能高聚物的光學(xué)性能

一、光的折射與反射

光的折射：當(dāng)斜射的光束由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)中時(shí)，由于光在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同會(huì)發(fā)生光路的變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光折射。高聚物的光學(xué)性能光的透過(guò)光的吸收光的折射光的反射光的偏振ii’r’r光線介質(zhì)§10-1高聚物的光學(xué)性能

透明高聚物的光學(xué)性質(zhì)

光的反射高聚物折射率光透過(guò)率，%高聚物折射率光透過(guò)率，%聚甲基丙烯酸甲酯醋酸纖維聚乙烯醇縮丁醛1.4881.491.48948771聚苯乙烯酚醛樹(shù)脂1.591.609085ii’r’r光線外反射內(nèi)反射第一表面第二表面光導(dǎo)§10-1高聚物的光學(xué)性能二、雙折射

雙折射是光學(xué)各向異性材料的一種光學(xué)現(xiàn)象，主要存在于結(jié)晶性高聚物和取向性高聚物材料之中。主要體現(xiàn)在單向拉伸和雙向拉伸后的高聚物材料的測(cè)試上。進(jìn)而反映高聚物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況。三、光散射

當(dāng)光照射到高聚物溶液和薄膜時(shí)除了發(fā)生光的透過(guò)外同學(xué)發(fā)生光的散射。主要用于薄膜的性能測(cè)試上。高聚物的光學(xué)應(yīng)用

光的傳遞材料（鏡片、光導(dǎo)纖維等）；發(fā)光、反光裝飾材料（指示燈、反光鏡片、高速公路反光涂料等）§10-2高聚物的熱物理性能高聚物的熱物理性能范圍一、耐熱性以塑料為例高聚物的熱物理性能耐熱性比熱容與焓導(dǎo)熱率熱膨脹系數(shù)使用溫度通用熱塑性塑料：＜100℃

工程塑料：100-150℃

特種工程塑料：＞200℃

交聯(lián)熱固性塑料：150-260℃

§10-2高聚物的熱物理性能

對(duì)耐熱性要求

提高高聚物耐熱性的途徑高的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)（剛性和強(qiáng)度）對(duì)耐熱性的要求高的熱穩(wěn)定性高的耐化學(xué)試劑性合適的加工性提高高聚物耐熱性的途徑增加高分子鏈的剛性提高高聚物的結(jié)晶性進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕宦?lián)§10-2高聚物的熱物理性能二、熱穩(wěn)定性

提高高聚物熱穩(wěn)定性的途徑

提高高聚物熱穩(wěn)定性的考慮提高高聚物熱穩(wěn)定性的途徑減少高分子鏈中的弱鍵主鏈上避免長(zhǎng)串亞甲基，增加環(huán)狀結(jié)構(gòu)盡量合成梯形、螺旋狀、片狀結(jié)構(gòu)提高高聚物熱穩(wěn)定性的考慮提高主鏈的化學(xué)鍵能，但其他性能不佳在主鏈上引入芳香環(huán)或雜環(huán)，提高剛性§10-2高聚物的熱物理性能三、導(dǎo)熱性

規(guī)律：高聚物材料的導(dǎo)熱性普遍較差，其熱導(dǎo)率數(shù)值較小。某些高聚物的熱導(dǎo)率與其它材料的對(duì)比

實(shí)例：宇宙飛船等外層涂有一定厚度的高分子燒蝕材料，當(dāng)飛船返回地面時(shí)，要經(jīng)受11000-16700℃的高溫，但燒壞的只是涂層外邊的一層，保證內(nèi)部完好無(wú)損。生活中經(jīng)常用的冰箱、冷庫(kù)等保溫材料。高聚物熱導(dǎo)率高聚物熱導(dǎo)率其它物質(zhì)熱導(dǎo)率PEPP（無(wú)規(guī)）PIBPSPVCPMMA0.3290.1720.1300.1420.1680.193PETP聚氨酯PCEP0.2180.1470.1930.180銅鋁軟鋼玻璃木材石墨385240500.90.384139§10-2高聚物的熱物理性能四、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。是物體固有的物理性質(zhì)之一，一般用膨脹系數(shù)（試樣單位體積的膨脹率）表示。

熱膨脹的原因：原子或分子間的相互作用力隨溫度而變化。

熱膨脹的形式：線膨脹、面膨脹、體膨脹。

高聚物材料的膨脹規(guī)律：膨脹率隨溫度的升高而增大。部分高聚物材料室溫下的線膨脹系數(shù)

注意：材料復(fù)合時(shí)，線膨脹系數(shù)不同會(huì)造成彎曲、開(kāi)裂、脫層問(wèn)題。高聚物材料線膨脹系數(shù)×105，1/K高聚物材料線膨脹系數(shù)×105，1/K石英玻璃熱固性塑料酚醛樹(shù)脂（木粉）脲醛樹(shù)脂硫化天然橡膠熱塑性塑料聚苯乙烯0.12-53386-207PMMA尼龍PPHDPELDPEPVC纖維素的酯和醚4.56-96-1011-1313-205-18.5（未增塑）6-17§10-3高聚物的透氣性能一、高聚物的透氣性能的應(yīng)用

高聚物透氣性能的應(yīng)用透氣性能越大越好包裝薄膜透氣性能越小越好輪胎氣球真空包裝氣墊船橡皮水壩橡皮水壩選擇性滲透海水淡化污水處理富氧氣體物料分離§10-3高聚物的透氣性能二、氣體擴(kuò)散定律（菲克定律）三、擴(kuò)散與高聚物結(jié)構(gòu)的關(guān)系

非穩(wěn)態(tài)區(qū)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散速率→滯后時(shí)間時(shí)間擴(kuò)散氣體量氣體擴(kuò)散穿過(guò)高聚物膜時(shí)的時(shí)間滯后曲線10－510－610－71.92.12.32.52.72.93.13.3。氣體分子直徑（A）3.5天然橡膠丁腈橡膠18丁腈橡膠25異丁橡膠異丁橡膠CO2N2O2H2He擴(kuò)散系數(shù)D31030100300NeHe(D×105)KrSF6(D×105)ArN2CO2H2SO2Tg2.72.82.93.03.13.23.3D×1012(m2/S)氣體分子直徑與擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)系一些氣體對(duì)PMMA的擴(kuò)散系數(shù)度的關(guān)系1/T×103,K§10-3高聚物的透氣性能

●常用高聚物的滲透系數(shù)高聚物氣體或蒸汽滲透系數(shù)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）×1010,cm3·mm/cm2·s·cmHg柱N2O2CO2H2O天然橡膠聚酰胺聚丁二烯丁腈橡膠丁苯橡膠氯丁橡膠聚乙烯聚對(duì)苯二甲酸乙二酯聚甲醛聚丙烯聚苯乙烯聚氯乙烯聚偏二氯乙烯硅橡膠840.1～0.264.52.4～2563.511.83.3～200.050.224.43～800.4～1.70.01－2300.381919.5～821724011～590.30.382315～2501.2～60.051000～600013301.6138075～636124025043～2801.01.99275～37010～370.296000～3000030000700～1700049000100002400018000120～2001300～23005000～10000700100002600～630014100106000§10-4高聚物的表面與界面性能一、高聚物的表面與界面特性

1.表面與表面張力

表面：物體最外面的幾層原子和覆蓋在其上的一些外來(lái)原子的分子所形成的表面層。習(xí)慣上的表面是處于大氣下的固體或液體的外部區(qū)域。

表面張力：?jiǎn)挝槐砻嫠哂械淖杂赡埽ㄐ纬蓡挝槐砻嫠枰哪芰浚?/p>

2.界面與界面張力

界面：固體與固體、液體與液體之間的過(guò)渡區(qū)域

界面張力：?jiǎn)挝唤缑嫠哂械淖杂赡?/p>

3.表面與界面特性

表面特性最表層（吸附層）由遷移至表面低相對(duì)分子質(zhì)量組分、潤(rùn)滑油、添加劑等組成的半液體或液體薄層，厚度為5-10nm表層本體§10-4高聚物的表面與界面性能

界面特性：兩種高聚物相接觸時(shí)界面層厚度可達(dá)數(shù)十納米，該厚度與兩相間界面張力有密切關(guān)系，其中界