高分子材料的物理化學(xué)性質(zhì)課件

高分子材料的物理化學(xué)性質(zhì)（一）彈性模量

應(yīng)變：材料在受外力作用而不產(chǎn)生慣性移動時，物體相應(yīng)外力所產(chǎn)生的形變?yōu)閼?yīng)變。

應(yīng)力：材料宏觀變形時，其內(nèi)部產(chǎn)生與外力相抗衡的力，稱為應(yīng)力。一、高分子材料的力學(xué)性能A0l0lDlAFF材料受力方式主要有以下三種基本類型：簡單拉伸簡單剪切A0FF形狀改變而體積不變均勻壓縮A0體積改變而形狀不變

是指在彈性形變范圍內(nèi)單位應(yīng)變所需應(yīng)力的大小。是材料剛性的一種表征。分別對應(yīng)于以上三種材料受力和形變的基本類型的模量如下：

拉伸模量（楊氏模量）E：E=/

剪切模量（剛性模量）G：G=s/

體積模量（本體模量）B：B=p/V彈性模量硬度：是衡量材料表面承受外界壓力能力的一種指標(biāo)。 硬度的大小與材料的拉伸強度和彈性模量有關(guān)。強度：是衡量材料抵抗外力破壞的能力，是指在一定條件下材料所能承受的最大應(yīng)力。（二）硬度和強度厚度d寬度bP

試樣斷裂前所受的最大負(fù)荷P與試樣橫截面積之比為抗張強度t：t=P/b?

d1、拉伸強度衡量材料抵抗拉伸破壞的能力，也稱拉伸強度。Pdbl0/2l0/2抗彎強度測定試驗示意圖2、抗彎強度也稱撓曲強度或彎曲強度。設(shè)試驗過程中最大的負(fù)荷為P，則抗彎強度f為：f=1.5Pl0/bd23、沖擊強度（i）沖擊強度也稱抗沖強度,定義為試樣受沖擊負(fù)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(biāo)。沖擊頭，以一定速度對試樣實施沖擊Pbl0/2l0/2d（1）聚合物自身的結(jié)構(gòu)：主鏈中引入芳雜環(huán)，可增加鏈的剛性，分子鏈易于取向，強度增加；適度交聯(lián)，有利于強度的提高。（2）結(jié)晶和取向：結(jié)晶和取向可使分子鏈規(guī)整排列，增加強度，但結(jié)晶度過高，可導(dǎo)致抗沖強度和斷裂伸長率降低，使材料變脆。（3）分子量：在一定范圍內(nèi)分子量增加，強度增加。（4）應(yīng)力集中：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(yīng)力會急劇增加，稱為應(yīng)力集中。應(yīng)力集中首先使其附近的高分子鏈斷裂和相對位移，然后應(yīng)力再向其它部位傳遞。4、聚合物強度的影響因素（5）惰性填料：有時為了降低成本，在聚合物中加入一些只起稀釋作用的惰性填料，如在聚合物中加入粉狀碳酸鈣。惰性填料往往使聚合物材料的強度降低。（6）增塑：增塑劑的加入可使材料強度降低，只適于對彈性、韌性的要求遠(yuǎn)甚于強度的軟塑料制品。（7）外界因素：溫度、外力作用速度和作用時間對強度都有影響。高聚物力學(xué)性質(zhì)隨時間而變化的現(xiàn)象稱為力學(xué)松弛或粘彈現(xiàn)象粘彈性分類靜態(tài)粘彈性動態(tài)粘彈性蠕變、應(yīng)力松弛滯后、內(nèi)耗（三）粘彈性e1e2+e3e1e2e3t2t1te應(yīng)用：蠕變影響了材料的尺寸穩(wěn)定性。例如，精密的機(jī)械零件必須采用蠕變小的工程塑料制造；相反聚四氟乙烯的蠕變性很大，利用這一特點可以用作很好的密封材料（即用于密封水管接口等的“生料帶”）1、蠕變

在恒溫下施加較小的恒定外力時，材料的形變隨時間而逐漸增大的力學(xué)松弛現(xiàn)象。如掛東西的塑料繩慢慢變長。去外力

2、應(yīng)力松弛所謂應(yīng)力松弛，就是在固定的溫度和形變下，聚合物內(nèi)部的應(yīng)力隨時間增加而逐漸衰減的現(xiàn)象。例如橡膠松緊帶開始使用時感覺比較緊，用過一段時間后越來越松。也就是說，實現(xiàn)同樣的形變量，所需的力越來越少。應(yīng)力松弛同樣也有重要的實際意義。成型過程中總離不開應(yīng)力，在固化成制品的過程中應(yīng)力來不及完全松弛，或多或少會被凍結(jié)在制品內(nèi)。這種殘存的內(nèi)應(yīng)力在制品的存放和使用過程中會慢慢發(fā)生松弛，從而引起制品翹曲、變形甚至應(yīng)力開裂。消除的辦法是退火或溶脹（如纖維熱定形時吹入水蒸汽）以加速應(yīng)力松弛過程。3.滯后現(xiàn)象

當(dāng)外力不是靜力，而是交變力（即應(yīng)力大小呈周期性變化）時，應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系就會呈現(xiàn)出滯后現(xiàn)象。所謂滯后現(xiàn)象，是指應(yīng)變隨時間的變化一直跟不上應(yīng)力隨時間的變化的現(xiàn)象。例如，自行車行駛時橡膠輪胎的某一部分一會兒著地，一會兒離地，因而受到的是一個交變力（圖7-58）。在這個交變力作用下，輪胎的形變也是一會兒大一會兒小的變化。形變總是落后于應(yīng)力的變化，這種滯后現(xiàn)象的發(fā)生是由于鏈段在運動時要受到內(nèi)摩擦力的作用。當(dāng)外力變化時，鏈段的運動跟不上外力的變化，所以落后于應(yīng)力，有一個相位差δ。相位差越大，說明鏈段運動越困難。4.內(nèi)耗輪胎在高速行使相當(dāng)長時間后，立即檢查內(nèi)層溫度，為什么達(dá)到燙手的程度？高聚物受到交變力作用時會產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，上一次受到外力后發(fā)生形變在外力去除后還來不及恢復(fù)，下一次應(yīng)力又施加了，以致總有部分彈性儲能沒有釋放出來。這樣不斷循環(huán)，那些未釋放的彈性儲能都被消耗在體系的自摩擦上，并轉(zhuǎn)化成熱量放出。這種由于力學(xué)滯后而使機(jī)械功轉(zhuǎn)換成熱的現(xiàn)象，稱為內(nèi)耗。相關(guān)應(yīng)用對于作輪胎的橡膠，則希望它有最小的力學(xué)損耗才好對于作為防震材料，要求在常溫附近有較大的力學(xué)損耗（吸收振動能并轉(zhuǎn)化為熱能）對于隔音材料和吸音材料，要求在音頻范圍內(nèi)有較大的力學(xué)損耗（當(dāng)然也不能內(nèi)耗太大，否則發(fā)熱過多，材料易于熱態(tài)化）二、高分子材料的其他性能（一）滲透性及透氣性高分子材料通過擴(kuò)散和吸收過程，使氣體或液體透過一個表面?zhèn)鬟f到另一表面滲出、從濃度高的一側(cè)擴(kuò)散到濃度低的一側(cè)，這種現(xiàn)象稱為滲透性。

影響滲透性的主要因素：溫度、極性、分子大小、鏈的柔性等。

高聚物的透氣性能應(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（二）膠粘性膠粘性：粘合行為及被粘合行為粘合過程：

第一階段：液體膠黏劑分子借助于布朗運動向被粘物表面擴(kuò)散，使兩者的急性基團(tuán)或鏈節(jié)相互靠近；第二階段是吸附力的產(chǎn)生，當(dāng)膠黏劑與被粘