聚合物的热性能ppt课件.ppt

我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物先看二个例子先看二个例子：PMMA：室温下坚如玻璃，俗称有：室温下坚如玻璃，俗称有机玻璃，但在机玻璃，但在100左右则变得象左右则变得象橡皮一样柔软而富于弹性；橡皮一样柔软而富于弹性；橡胶：室温下是柔软的弹性体，但橡胶：室温下是柔软的弹性体，但在在-100左右却会失去弹性，变为左右却会失去弹性，变为象玻璃一样硬而脆的固体。象玻璃一样硬而脆的固体。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物为什么有以上情况？结构变了么？为什么有以上情况？结构变了么？外界温度外界温度改变了，使改变了，使分子运动的状况分子运动的状况不同，因而表现出的宏观性能也不同。不同，因而表现出的宏观性能也不同。微观结构特征要在材料的宏观性质上微观结构特征要在材料的宏观性质上表现出来，则必须通过材料内部分子表现出来，则必须通过材料内部分子的运动。的运动。分子运动是联系结构与性能的桥梁分子运动是联系结构与性能的桥梁2.4聚合物的热性能聚合物的热性能基本内容：基本内容：分子运动特点分子运动特点温度形变曲线（力学三态及两个转变区）温度形变曲线（力学三态及两个转变区）聚合物的热性能聚合物的热性能重要概念：松弛过程重要概念：松弛过程玻璃化转变温度玻璃化转变温度(Tg)粘流温度（粘流温度（Tf） 高聚物的热稳定性和热变形性高聚物的热稳定性和热变形性 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一、高聚物的分子运动特点一、高聚物的分子运动特点1.运动单元的多重性运动单元的多重性运动单元可以是运动单元可以是侧基、支链、链节侧基、支链、链节、链段链段和和整整个分子链。个分子链。运动方式多样，可以是振动、转动、移动等。运动方式多样，可以是振动、转动、移动等。高聚物运动单元的多重性高聚物运动单元的多重性（1）取决于结构）取决于结构（2）也与外界条件（温度）有关）也与外界条件（温度）有关微布朗运动微布朗运动我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物大分子链质心相对位移。大分子链质心相对位移。这种运动在宏观上表现这种运动在宏观上表现为聚合物熔体或溶液的流动，或者聚合物材料的永为聚合物熔体或溶液的流动，或者聚合物材料的永久变形。久变形。链段通过单键内旋转运动，伸展或蜷曲。链段通过单键内旋转运动，伸展或蜷曲。链段的运动是区别小分子的特殊的运动形式链段的运动是区别小分子的特殊的运动形式，聚合，聚合物的许多独特的性能都与链段的运动有关。物的许多独特的性能都与链段的运动有关。链节、侧基和支链的转动、振动等。链节、侧基和支链的转动、振动等。对聚合物的对聚合物的韧性有重要影响。韧性有重要影响。晶区内的分子运动。晶区内的分子运动。（包括晶型转变、晶片的滑（包括晶型转变、晶片的滑移等）移等）运动单元的多重性反映了力学状态的多样性。运动单元的多重性反映了力学状态的多样性。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2. 分子运动的时间依赖性分子运动的时间依赖性松弛过程松弛过程 （Relaxation）在一定温度和外场作用下，高聚物从一种在一定温度和外场作用下，高聚物从一种平衡状态通过分子运动过渡到与外场相适平衡状态通过分子运动过渡到与外场相适应的新的平衡态，总是慢慢完成的。这个应的新的平衡态，总是慢慢完成的。这个过程称为松弛过程过程称为松弛过程。这是由于高分子在运动时，运动单元之间这是由于高分子在运动时，运动单元之间的作用力很大，需要克服内摩擦阻力，高的作用力很大，需要克服内摩擦阻力，高分子的链段及整条链的运动不可能瞬时完分子的链段及整条链的运动不可能瞬时完成，这个过程有强烈的时间依赖性。成，这个过程有强烈的时间依赖性。松弛时间：物理量改变到原值的松弛时间：物理量改变到原值的1/e时所需时所需的时间。的时间。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物几个时间概念几个时间概念外力作用时间外力作用时间有静态与动态之分。有静态与动态之分。实验观察时间实验观察时间只能是一段。通常升温速度的倒数或频只能是一段。通常升温速度的倒数或频率的倒数定义为此。率的倒数定义为此。松弛时间松弛时间我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.3.分子运动的温度依赖性分子运动的温度依赖性升高温度对分子运动具有双重作用升高温度对分子运动具有双重作用：增加分子热运动的动能增加分子热运动的动能。当热运动能达到某一运动单元实现某种模式运动所需要克服的位垒时，就能激发该运动单元的这一模式的运动。体积膨胀增加了分子间的自由体积。体积膨胀增加了分子间的自由体积。当自由体积增加到与某种运动单元所需空间尺寸相配后，这一运动单元便开始自由运动。温度升高，分子运动松弛时间缩短。温度升高，分子运动松弛时间缩短。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物力学状态：按外力作用下发生形变的性质力学状态：按外力作用下发生形变的性质而划分的物理状态。而划分的物理状态。当温度由低到高在一定范围内变化时，高当温度由低到高在一定范围内变化时，高聚物可经历不同的力学状态，各自反映了聚物可经历不同的力学状态，各自反映了不同的分子运动模式。不同的分子运动模式。实验：将一定尺寸的高聚物试样在恒定外实验：将一定尺寸的高聚物试样在恒定外力作用下，以一定的速度升温，测定样品力作用下，以一定的速度升温，测定样品形变量与温度的关系，记录得到的曲线。形变量与温度的关系，记录得到的曲线。称称温度形变曲线，也称热机械曲线温度形变曲线，也称热机械曲线。二、高聚物的力学状态和热转变二、高聚物的力学状态和热转变我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1.线形非晶聚合物的温度线形非晶聚合物的温度-形变曲线形变曲线玻璃态玻璃态形变形变温度温度粘流态粘流态高弹态高弹态gTfT13524我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物三种力学状态三种力学状态 玻璃态（玻璃态（ Tg 以下）以下） 高弹态（高弹态（Tg-Tf ） 粘流态（粘流态（Tf 以上）以上）三种状态之间的两个转变三种状态之间的两个转变 玻璃化转变区，转变温度称为玻璃化温玻璃化转变区，转变温度称为玻璃化温度度Tg，表示链段开始运动的温度。，表示链段开始运动的温度。 粘流转变区，转变温度称为粘流温度粘流转变区，转变温度称为粘流温度Tf，表示分子链开始运动的温度表示分子链开始运动的温度.我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物玻璃态区玻璃态区：宏观：宏观：形变量很小形变量很小，约约0.11%，难以用，难以用肉眼观察，肉眼观察，E很大，很大，1091010Pa。是可逆。是可逆的普弹形变（可逆性、瞬时性和平衡性）。的普弹形变（可逆性、瞬时性和平衡性）。其形变服从虎克定律。其形变服从虎克定律。微观：温度低，分子热运动能量低，不足微观：温度低，分子热运动能量低，不足以克服主链内旋转位垒，链段处于以克服主链内旋转位垒，链段处于“冻结冻结”状态，状态，只有侧基、链节、短支链等小运动只有侧基、链节、短支链等小运动单元的运动及键长键角的伸缩振动单元的运动及键长键角的伸缩振动等。等。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物玻璃化转变区：玻璃化转变区：宏观：加载条件下，宏观：加载条件下，形变迅速增大形变迅速增大（其它一些物（其它一些物性如比容、热膨胀系数、折光指数、介电常数等性如比容、热膨胀系数、折光指数、介电常数等发生突变），并且这种形变随时间的延长而增加，发生突变），并且这种形变随时间的延长而增加，随温度的升高，形变量增大。随温度的升高，形变量增大。微观：温度升高，分子热运动能量增加，可克服微观：温度升高，分子热运动能量增加，可克服主链的内旋转位垒，主链的内旋转位垒，链段运动被激发链段运动被激发。链段可以链段可以短程扩散，但不能完全自由运动。短程扩散，但不能完全自由运动。特征：此区域内，松弛现象最明显。特征：此区域内，松弛现象最明显。Tg：玻璃化转变温度，链段开始运动或被冻结的：玻璃化转变温度，链段开始运动或被冻结的温度。温度。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高弹态高弹态区：区：宏观：材料受力产生一个大形变，约为宏观：材料受力产生一个大形变，约为1001000%。E很低，很低，105107Pa，且形变，且形变有松弛特性，表现为有松弛特性，表现为可逆的高弹形变可逆的高弹形变。（高（高弹性）弹性）微观：微观：单键的内旋转和单键的内旋转和链段运动链段运动使分子链发使分子链发生伸展或卷曲构象变化生伸展或卷曲构象变化以适应外力作用。以适应外力作用。高分子材料具有高弹态是高分子材料具有高弹态是它区别于小分子材料的重它区别于小分子材料的重要标志。要标志。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高弹态是两种不同尺寸的运动单元处于两种高弹态是两种不同尺寸的运动单元处于两种不同运动状态的结果：不同运动状态的结果：链段而言是液体；对大分子链而言是固体。链段而言是液体；对大分子链而言是固体。因此，在此状态下，既表现出液体的性质，因此，在此状态下，既表现出液体的性质，又表现出了固体的性质。又表现出了固体的性质。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物粘流转变区：粘流转变区：宏观：温度继续升高，迅速产生了一个宏观：温度继续升高，迅速产生了一个相当相当大的形变。载荷除去后，产生的形变不能完大的形变。载荷除去后，产生的形变不能完全消失。全消失。聚合物呈现出粘性流体的一般力学聚合物呈现出粘性流体的一般力学性质。性质。E104105Pa。微观：大分子链质心移动的松弛时间缩短到微观：大分子链质心移动的松弛时间缩短到与实验的观察时间处于同一数量级。即与实验的观察时间处于同一数量级。即大分大分子链运动被激发子链运动被激发，部分链可以通过链段的运，部分链可以通过链段的运动而发生重心的位移，即塑性变形。动而发生重心的位移，即塑性变形。Tf：粘流温度，大分子链开始运动的温度。：粘流温度，大分子链开始运动的温度。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物粘流态区粘流态区：大分子链重心位移，大分子链重心位移，产生极大的形变。产生极大的形变。模量很模量很低，低，E102104 Pa。产生的形变不可逆。产生的形变不可逆。这三种力学状态是聚合物分子微观运动特征的这三种力学状态是聚合物分子微观运动特征的宏观表现。宏观表现。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物温度温度运动单元和运动单元和值值力学性质力学性质玻璃态玻璃态Tg以下以下侧基侧基,支链支链,链节的运动，链节的运动，链段仍处于冻结状态链段仍处于冻结状态(即即链段运动的链段运动的值无穷大，值无穷大，无法观察无法观察)受力变形很小，去受力变形很小，去力后立即恢复（可力后立即恢复（可逆），虎克型弹性逆），虎克型弹性（普弹性）模量：（普弹性）模量：10111012达因达因/cm2高弹态高弹态Tg-Tf链段自由运动链段自由运动（但分子链（但分子链的的还很大，不能看到）还很大，不能看到）（链段运动的（链段运动的值减小到值减小到与实验测定时间同一数量与实验测定时间同一数量级时可以看到）级时可以看到）受力变形很大，去受力变形很大，去力后可恢复（可力后可恢复（可逆），虎克型弹性逆），虎克型弹性（高弹性）模量：（高弹性）模量：106108达因达因/cm2粘流态粘流态Tf以上以上大分子链与大分子链之间大分子链与大分子链之间发生相对位移发生相对位移(分子链的分子链的值缩短到与实验观察时值缩短到与实验观察时间相同的数量级间相同的数量级)流动变形不可逆，流动变形不可逆，外力除去后变形不外力除去后变形不能恢复能恢复我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物注：注：并不是每一种聚合物都一定有三种力学状态；并不是每一种聚合物都一定有三种力学状态；每一力学状态对应的运动单元都包括下一级的每一力学状态对应的运动单元都包括下一级的运动单元。运动单元。常温下处于玻璃态的高聚物通常用作塑料常温下处于玻璃态的高聚物通常用作塑料 （Tb-Tg)；常温下处于高弹态的高聚物通常用作橡胶常温下处于高弹态的高聚物通常用作橡胶 (Tg-Tf)；粘流态是高聚物成型的最重要的状态粘流态是高聚物成型的最重要的状态 (TTf)。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高聚物的玻璃化转变不象低分子那样是高聚物的玻璃化转变不象低分子那样是晶体向液体的转变，它晶体向液体的转变，它不是力学的相变，不是力学的相变，它处于非平衡状态。因此，它处于非平衡状态。因此， Tg、Tf都只是都只是特征转变温度而非相变温度。特征转变温度而非相变温度。玻璃化温度玻璃化温度也不象低分子物质的熔点那也不象低分子物质的熔点那样是一个固定值，而是样是一个固定值，而是随外力作用的大小，随外力作用的大小，加热的速度和测量的方法而改变的加热的速度和测量的方法而改变的，因此，因此它只能它只能是一个范围。是一个范围。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 Tg的实用意义的实用意义：是高聚物特征温度之：是高聚物特征温度之一，作为表征高聚物的指标，一，作为表征高聚物的指标，可用来可用来确定热塑性塑料的最高使用温度和橡确定热塑性塑料的最高使用温度和橡胶的最低使用温度。胶的最低使用温度。 高于高于Tg则不能作塑料用（非晶态材则不能作塑料用（非晶态材料）料），因为已经软化；因为已经软化；低于低于Tg就不能就不能当橡胶用当橡胶用，因为已成为玻璃态因为已成为玻璃态。 玻璃化温度的高低反映了大分子链的玻璃化温度的高低反映了大分子链的柔性好坏柔性好坏 Tg 越低，柔性越大。越低，柔性越大。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（2 2）晶态高聚物的温度形变曲线）晶态高聚物的温度形变曲线部分结晶高聚物的非晶区也能发生玻璃化转变，当然这种转变要部分结晶高聚物的非晶区也能发生玻璃化转变，当然这种转变要受到类似交联点的晶区的限制。受到类似交联点的晶区的限制。图图6-4 6-4 晶态高聚物的温度形变曲线晶态高聚物的温度形变曲线1.1.分子量较小分子量较小 2.2.分子量较大分子量较大 3.3.轻度结晶高聚物轻度结晶高聚物 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.交联高聚物的力学状态交联高聚物的力学状态1.分子链间的交联限制了整链运动，所以分子链间的交联限制了整链运动，所以 不能流动（除非是降解反应）不能流动（除非是降解反应）2.交联密度较小时，受外力作用时交联密度较小时，受外力作用时“网链网链”可以改变构象，可以改变构象，“伸直伸直”熵变小，外力变小，外力去除，去除，“蜷曲蜷曲”熵变大，因此恢复到原变大，因此恢复到原来状态，所以有高弹形变，有高弹态来状态，所以有高弹形变，有高弹态（有转化点）。（有转化点）。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物3.随交联密度增加随交联密度增加，“网链网链”越来越小，越来越小，运动困难，运动困难，高弹形变很小，直到高弹高弹形变很小，直到高弹平台完全消失。平台完全消失。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高弹态消失（高弹态消失（11）温度温度形变形变高弹态形变变小（高弹态形变变小（5）有高弹态（有高弹态（3）有粘流态（有粘流态（0固化剂含量）固化剂含量）使用温度使用温度上限上限Td六次甲基四胺（乌洛托品）固化酚醛树脂的六次甲基四胺（乌洛托品）固化酚醛树脂的温度温度-形变曲线形变曲线.我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.工业上软化点（工业上软化点（Ts）测定方法）测定方法软化点测定有很强的实用性，但没有软化点测定有很强的实用性，但没有很明确的物理意义。对非晶高聚物，很明确的物理意义。对非晶高聚物，软化点接近软化点接近Tg，当晶态高聚物的分子，当晶态高聚物的分子量足够大时，软化点接近量足够大时，软化点接近Tm，但有时，但有时软化点与两者相差很大。软化点与两者相差很大。软化点测定：马丁耐热温度、软化点测定：马丁耐热温度、 热变形热变形温度、温度、 维卡软化点。维卡软化点。gT我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物A.马丁耐热温度马丁耐热温度马丁耐热温度的测定是在马丁耐热烘马丁耐热温度的测定是在马丁耐热烘箱内进行的。箱内进行的。定义：升温速度为定义：升温速度为h，标准，标准试样受弯曲应力试样受弯曲应力kgcm时，试时，试样条弯曲，指示器中读数下降样条弯曲，指示器中读数下降mm时所对应的温度即为马丁耐热温度。时所对应的温度即为马丁耐热温度。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物B.热变形温度热变形温度定义：升温速度为定义：升温速度为min，负荷，负荷为为18.5kgcm，试样的尺寸为，试样的尺寸为（12015mm），随着温度的升高，），随着温度的升高，它将产生弯曲变形，当试样中点弯它将产生弯曲变形，当试样中点弯曲挠度（试样着力处的位移）达到曲挠度（试样着力处的位移）达到0.21mm时的温度就称为热变形温度。时的温度就称为热变形温度。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物C.维卡软化温度维卡软化温度维卡软化温度用于塑料、皮革测试维卡软化温度用于塑料、皮革测试较多，测定的是较多，测定的是“针入度针入度”。和热。和热变形温度测定原理一样，只不过试变形温度测定原理一样，只不过试样是圆片或方片，样是圆片或方片， 形变到达一定形变到达一定深度时的温度称为维卡软化温度。深度时的温度称为维卡软化温度。 （PVC：0.1mm）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.4.3 高聚物的耐热性高聚物的耐热性受热过程发生以下变化：受热过程发生以下变化： 物理变化：主要表现为高聚物受热时发生软化和熔融。物理变化：主要表现为高聚物受热时发生软化和熔融。 化学变化：包括高聚物在热及环境共同作用下发生的环化、交联、化学变化：包括高聚物在热及环境共同作用下发生的环化、交联、降解、氧化和水解等结构变化，这种变化对高聚物的破坏是不可降解、氧化和水解等结构变化，这种变化对高聚物的破坏是不可逆的。逆的。高聚物的热稳定性主要讨论由这两种变化决定的材料尺寸稳定性高聚物的热稳定性主要讨论由这两种变化决定的材料尺寸稳定性和组成稳定性。和组成稳定性。通常尺寸稳定性更多地表示为材料的耐热性（通常尺寸稳定性更多地表示为材料的耐热性（热变形性热变形性），与高），与高聚物的聚物的Tg、Tm值相关；值相关；组成稳定性则更偏向表示为材料的组成稳定性则更偏向表示为材料的热稳定性热稳定性，与高聚物的，与高聚物的Td值有值有关。关。 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.4.3.1热变形性热变形性非晶态高聚物的玻璃化转变温度非晶态高聚物的玻璃化转变温度Tg晶态高聚物的熔融温度晶态高聚物的熔融温度Tm马克马克(H. Mark)的三角形原理的三角形原理A代表结晶因素代表结晶因素B B代表交联因素代表交联因素C C代表链刚性因素代表链刚性因素 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.4.3.2 高聚物的热稳定性高聚物的热稳定性 高聚物的热稳定性是指高温下保持其化学结构或组成稳定性的高聚物的热稳定性是指高温下保持其化学结构或组成稳定性的能力能力。 高温下，高温下，热分解热分解或或交联现象交联现象导致材料化学结构发生变化。导致材料化学结构发生变化。高分子材料的热分解是指高分子主链的断裂，导致分子量下降，高分子材料的热分解是指高分子主链的断裂，导致分子量下降，材料的物理、力学性能变坏。材料的物理、力学性能变坏。交联则使高分子链间产生化学键，引起分子量增加，适度交联可交联则使高分子链间产生化学键，引起分子量增加，适度交联可改善高分子的力学性能和耐热性，但交联过度则使高聚物发硬、改善高分子的力学性能和耐热性，但交联过度则使高聚物发硬、发脆，同样造成材料性能下降。发脆，同样造成材料性能下降。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高聚物高聚物热稳定性评价热稳定性评价 a. 从性能上评价高聚物的热稳定性，可以将材料能够相对长期使用的温度上从性能上评价高聚物的热稳定性，可以将材料能够相对长期使用的温度上限或在一定温度下材料性能能够维持的时间上限作为评价指标。限或在一定温度下材料性能能够维持的时间上限作为评价指标。b. 高分子发生热分解时，由于分解产生的小分子片段逸出体系而产生质量损高分子发生热分解时，由于分解产生的小分子片段逸出体系而产生质量损失，可由此评价高聚物的热稳定性。失，可由此评价高聚物的热稳定性。热失重分析（热失重分析（TGTG）是一种是一种研究高聚物热稳定性的重要手研究高聚物热稳定性的重要手段段评价指标：评价指标：热失重速率热失重速率；定温质量定温质量时间曲线时间曲线；定时质量温度定时质量温度曲线；质量损失曲线；质量损失失重失重50时的温度称为高聚物的时的温度称为高聚物的半分解温度半分解温度图图 典型的热失重曲线典型的热失重曲线 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物提高聚合物热稳定性的方法提高聚合物热稳定性的方法一方面可从改变高聚物的一方面可从改变高聚物的化学结构化学结构入手。入手。 （1）. 提高分子链中键的强度，避免弱键。提高分子链中键的强度，避免弱键。 （a）主链中靠近叔碳原子和季碳原子的键比较容易断裂，故高聚）主链中靠近叔碳原子和季碳原子的键比较容易断裂，故高聚物分解温度的高低顺序为：聚乙烯支化聚乙烯聚异丁烯聚物分解温度的高低顺序为：聚乙烯支化聚乙烯聚异丁烯聚甲基丙烯酸甲酯；甲基丙烯酸甲酯；(b) 侧基体积增大通常使高聚物的热稳定性降低；侧基体积增大通常使高聚物的热稳定性降低； (c) 当主链碳原子和其它原子相连时，高聚物的热稳定性顺序为：当主链碳原子和其它原子相连时，高聚物的热稳定性顺序为： CF CH CC CO CCl ；(d) 主链含有氧原子的高聚物主链含有氧原子的高聚物，其，其耐热性耐热性一般较纯碳链高聚物一般较纯碳链高聚物差差 ； (e) 分子主链全部为非碳原子的分子主链全部为非碳原子的元素高分子具有较好的热稳定性元素高分子具有较好的热稳定性 ；我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物例如图 聚烯烃的热失重曲线（升温速率100/h）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物表 高聚物的半分解温度高聚物T1/2（）高聚物T1/2（）聚乙烯414（线型），404（支化）聚四氟乙烯510聚丙烯404聚三氟乙烯412聚异丁烯348聚三氟氯乙烯380聚苯乙烯360370聚乙烯醇268聚-甲基苯乙烯286聚氯乙烯260聚丙烯酸甲酯330聚环氧乙烷345聚甲基丙烯酸甲酯330聚环氧丙烷313（全同），295（无规）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物(f) 不饱和结构不饱和结构对对-氢原子的活化效应氢原子的活化效应有利于热氧降解有利于热氧降解。例如不饱和链结构的橡胶的耐氧化性比饱和结构高聚物例如不饱和链结构的橡胶的耐氧化性比饱和结构高聚物的差的差 。 长链聚硅氧烷的耐热氧稳定性最好（2）. 减少减少亚甲基亚甲基CH2结构，并尽量引入较多芳杂结构，并尽量引入较多芳杂环状结构环状结构。如聚苯醚的耐热性要比普通脂族聚醚好，其。如聚苯醚的耐热性要比普通脂族聚醚好，其熔融温度在熔融温度在300以上，在空气中以上，在空气中150下经下经150h，性能不发生变化。性能不发生变化。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（3）. 合成合成“梯形梯形”、“螺形螺形”和和“片状片状”结构的高聚物结构的高聚物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物（4 4）可针对不同材料具体的降解机理）可针对不同材料具体的降解机理加加入相应的稳定剂入相应的稳定剂，例如加入酚类、胺类、，例如加入酚类、胺类、亚磷酸盐类、硫酯类等抗氧剂可阻碍高亚磷酸盐类、硫酯类等抗氧剂可阻碍高聚物的热氧化作用。加入苯并呋喃酮类、聚物的热氧化作用。加入苯并呋喃酮类、醌类、碳黑、多核芳烃等自由基捕获剂醌类、碳黑、多核芳烃等自由基捕获剂可减少自由基引起的降解反应等，均可可减少自由基引起的降解反应等，均可使高聚物的热稳定性有一定程度的提高。使高聚物的热稳定性有一定程度的提高。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.4.4导热性导热性热量从物体的一个部分传到另一个部分或者从一热量从物体的一个部分传到另一个部分或者从一个物体传到另一个相接触的物体叫导热。个物体传到另一个相接触的物体叫导热。热导率热导率：表征材料热传导能力大小的参数。单位：表征材料热传导能力大小的参数。单位：W/（mk）聚合物的热导率很小，是优良的绝热保温材料。聚合物的热导率很小，是优良的绝热保温材料。PPPSEPCuAl玻璃0.1720.1420.1803852400.9表表1 1材料的热导率材料的热导率 W/W/（mkmk）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物2.4.5热膨胀性热膨胀性热膨胀是由于温度变化而引起的材料尺热膨胀是由于温度变化而引起的材料尺寸和外形的变化。寸和外形的变化。受热时一般都会发生膨胀，包括线膨胀、受热时一般都会发生膨胀，包括线膨胀、面膨胀和体膨胀。面膨胀和体膨胀。膨胀系数：试样单位尺寸的膨胀率膨胀系数：试样单位尺寸的膨胀率。对于结晶和取向的聚合物，热膨胀有很对于结晶和取向的聚合物，热膨胀有很大的各向异性。大的各向异性。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物与金属相比，聚合物的热膨胀系数较大。与金属相比，聚合物的热膨胀系数较大。PVCPPLDPENRCu软钢软钢6.611.02022022.01.91.1表表2 2材料的热膨胀系数材料的热膨胀系数10105 5K K1 1我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物应用1.用高分子材料对其它材料进行表面涂覆或制备用高分子材料对其它材料进行表面涂覆或制备塑料塑料/金属复合材料时，两者膨胀系数不同会产金属复合材料时，两者膨胀系数不同会产生弯曲、开裂和脱层。生弯曲、开裂和脱层。2.如果纤维的热膨胀系数小于基体，材料受热时如果纤维的热膨胀系数小于基体，材料受热时就会对纤维产生拉伸，甚至会将纤维扯断。就会对纤维产生拉伸，甚至会将纤维扯断。3.利用两种金属膨胀系数的不同可以制造温控继利用两种金属膨胀系数的不同可以制造温控继电器。两条不同的金属焊在一起，温度升高时，电器。两条不同的金属焊在一起，温度升高时，一种金属膨胀多，另一种膨胀少，必然会发生弯一种金属膨胀多，另一种膨胀少，必然会发生弯曲，借此接通电路；温度降低，两条金属结合体曲，借此接通电路；温度降低，两条金属结合体又会伸直，借此切断电路，成为温控开关。又会伸直，借此切断电路，成为温控开关。