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聚合物结构性能2022/12/72022/12/7现在学习的是第1页，共26页3.3.聚合物在成型过程中的物理变化和化学聚合物在成型过程中的物理变化和化学 变化有哪些变化有哪些?问题：问题：1 1.什么是热塑性？什么是热固性？什么是热塑性？什么是热固性？2 2.聚合物的热力学性能是什么？聚合物的热力学性能是什么？2022/12/72022/12/7现在学习的是第2页，共26页基本内容：基本内容：1 1.了解聚合物的分子链结构、聚集态；了解聚合物的分子链结构、聚集态；2 2.理解热塑性、热固性两个概念，二者的区别；理解热塑性、热固性两个概念，二者的区别；3 3.掌握聚合物的热力学性能和加工工艺性。掌握聚合物的热力学性能和加工工艺性。1.1.重点：重点：热塑性、热固性的概念；热塑性、热固性的概念；重点难点：重点难点：2.2.难点：对概念的理解难点：对概念的理解聚合物的热力学性能。聚合物的热力学性能。2022/12/72022/12/7现在学习的是第3页，共26页1聚合物的分子结构1.1 1.1 聚合物的分子结构特点聚合物的分子结构特点nCH2CH2CHCH2 2CHCH2 2n n 乙烯乙烯聚乙烯聚乙烯链节链节链节链节：聚合物中重复出现的结构单元，如聚乙烯的结构单元是聚合物中重复出现的结构单元，如聚乙烯的结构单元是CHCH2 2CHCH2 2。分子链分子链分子链分子链：由许多链节构成的一个很长的聚合物分子。由许多链节构成的一个很长的聚合物分子。单体单体单体单体：能合成聚合物的小分子物质，如聚乙烯的单体是能合成聚合物的小分子物质，如聚乙烯的单体是CHCH2 2=CH=CH2 2。聚合度聚合度聚合度聚合度：聚合物分子结构中的聚合物分子结构中的n n n n值表示聚合物中链节的重值表示聚合物中链节的重复次数，复次数，n n值越大，相对分子质量越大。值越大，相对分子质量越大。2022/12/72022/12/7现在学习的是第4页，共26页CHCHCHCH2 2 2 2CHCHCHCH2 2 2 2n n n n 2聚合物的化学结构1.1 1.1 聚合物的分子结构特点聚合物的分子结构特点2022/12/72022/12/7现在学习的是第5页，共26页线型聚合物线型聚合物线型聚合物线型聚合物带有支链的线型聚合物带有支链的线型聚合物带有支链的线型聚合物带有支链的线型聚合物体型聚合物体型聚合物体型聚合物体型聚合物3聚合物的分子链结构示意图1.1 1.1 聚合物的分子结构特点聚合物的分子结构特点2022/12/72022/12/7现在学习的是第6页，共26页热塑性热塑性热塑性热塑性：线型聚合物的物理特性是具有弹性和塑性，在适当线型聚合物的物理特性是具有弹性和塑性，在适当的溶剂中可以溶解，当温度升高时则软化至熔化状态而流动，的溶剂中可以溶解，当温度升高时则软化至熔化状态而流动，且这种特性在聚合物成型前、成型后都有存在，因而可以反且这种特性在聚合物成型前、成型后都有存在，因而可以反复成型，这样的聚合物具有热塑性，称为热塑性聚合物。复成型，这样的聚合物具有热塑性，称为热塑性聚合物。热固性热固性热固性热固性：体型聚合物的物理特性是脆性大、弹性较高和体型聚合物的物理特性是脆性大、弹性较高和塑性很低，成型前是可溶和可熔的，而一经硬化成型塑性很低，成型前是可溶和可熔的，而一经硬化成型（化学交联反应）后，就成为既不溶又不熔的固体，即（化学交联反应）后，就成为既不溶又不熔的固体，即使在再高的温度下（甚至被烧焦碳化）也不会软化，这使在再高的温度下（甚至被烧焦碳化）也不会软化，这样的聚合物称为热固性聚合物。样的聚合物称为热固性聚合物。4聚合物的性质1.1 1.1 聚合物的分子结构特点聚合物的分子结构特点2022/12/72022/12/7现在学习的是第7页，共26页结晶型聚合物结晶型聚合物结晶型聚合物结晶型聚合物无定形聚合物无定形聚合物无定形聚合物无定形聚合物5聚合物的聚集形态及性能固态、液态固态、液态固态、液态固态、液态1.1 1.1 聚合物的分子结构特点聚合物的分子结构特点2022/12/72022/12/7现在学习的是第8页，共26页长链分子长链分子分子长链具有柔性分子长链具有柔性高分子链间一旦有交联结构存在将不溶不熔高分子链间一旦有交联结构存在将不溶不熔聚合物存在晶态和非晶态两种聚合物存在晶态和非晶态两种具有取向性具有取向性 6聚合物分子结构的特点1.1 1.1 聚合物的分子结构特点聚合物的分子结构特点2022/12/72022/12/7现在学习的是第9页，共26页1.2 1.2 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能1聚合物的热力学性能热力学曲线热力学曲线：线型无定型聚合物和线型结晶型聚合物受：线型无定型聚合物和线型结晶型聚合物受恒定压力时的变形程度与温度的关系曲线恒定压力时的变形程度与温度的关系曲线。2022/12/72022/12/7现在学习的是第10页，共26页各温度点含义：各温度点含义：b b ：脆化温度：脆化温度g g ：玻璃化温度：玻璃化温度f f ：粘流温度：粘流温度d d ：热分解温度：热分解温度线型无定形聚合物的热力学性能线型无定形聚合物的热力学性能1.2 1.2 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能1聚合物的热力学性能2022/12/72022/12/7现在学习的是第11页，共26页各物理状态：各物理状态：高弹态：高弹态：粘流态：粘流态：玻璃态：玻璃态：线型无定形聚合物的热力学性能线型无定形聚合物的热力学性能1.2 1.2 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能1聚合物的热力学性能2022/12/72022/12/7现在学习的是第12页，共26页m m：熔点熔点线型结晶型聚合物的热力学性能线型结晶型聚合物的热力学性能1.2 1.2 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能1聚合物的热力学性能2022/12/72022/12/7现在学习的是第13页，共26页由于分子运动阻力很大，一般随温度发生的力学状态变由于分子运动阻力很大，一般随温度发生的力学状态变化很小，所以通常不存在粘流态或高弹态，即遇热不熔，化很小，所以通常不存在粘流态或高弹态，即遇热不熔，高温时则分解。高温时则分解。体型聚合物的热力学性能体型聚合物的热力学性能1.2 1.2 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能1聚合物的热力学性能2022/12/72022/12/7现在学习的是第14页，共26页2聚合物的加工工艺性玻璃态玻璃态:车、铣、刨、锯、钻、锉车、铣、刨、锯、钻、锉高弹态高弹态:冲压、锻造、压延、气动成型冲压、锻造、压延、气动成型粘流态粘流态:注射、压缩、压注、挤出等注射、压缩、压注、挤出等1.2 1.2 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能2022/12/72022/12/7现在学习的是第15页，共26页热热塑性塑料在不同状塑性塑料在不同状态态下的物理、工下的物理、工艺艺性能性能状状 态态玻玻 璃璃 态态高高 弹弹 态态粘粘 流流 态态温度温度g g以下以下g gf ff fd d分子状分子状态态分子分子纠缠为纠缠为无无规则规则线团线团或卷曲状或卷曲状分子分子链链展开，展开，链链段段运运动动高分子高分子链链运运动动，彼此滑移彼此滑移物理状物理状态态坚坚硬的固硬的固态态高高弹态弹态固固态态，橡胶，橡胶状状塑性状塑性状态态或高或高粘粘滞状滞状态态加工可加工可能性能性可作可作为结为结构材料构材料进进行行车车、铣铣、刨、刨、锉锉、锯锯、钻钻等机械加工等机械加工弯曲、吹塑、弯曲、吹塑、压延压延、冲冲压压等，成等，成型型后会后会产产生生较较大的内大的内应应力力可注射、可注射、挤挤出、出、压压缩缩、压压注注等，等，成成型型后后应应力小力小2聚合物的加工工艺性1.2 1.2 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能2022/12/72022/12/7现在学习的是第16页，共26页1.温度和压力对粘度的影响温度和压力对粘度的影响温度对粘度的影响温度对粘度的影响粘度对温度敏感的塑料：粘度对温度敏感的塑料：PMMA、PC、PA压力对粘度的影响压力对粘度的影响粘度对压力敏感的塑料：粘度对压力敏感的塑料：PE、PP、POM1.3 1.3 聚合物的流动状态分析聚合物的流动状态分析2022/12/72022/12/7现在学习的是第17页，共26页2.影响塑料熔体流动过程中的压力损失影响塑料熔体流动过程中的压力损失p的因素：的因素：1.3 1.3 聚合物的流动状态分析聚合物的流动状态分析2022/12/72022/12/7现在学习的是第18页，共26页1)压力损失压力损失p和流动距离和流动距离L成正比，随着流动距离成正比，随着流动距离L的增加的增加而增大。而增大。2)压力损失压力损失p和流道（包括型腔）的截面尺寸有关。和流道（包括型腔）的截面尺寸有关。3)压力损失压力损失p和熔体的表观粘度成正比，表观粘度越大，压和熔体的表观粘度成正比，表观粘度越大，压力损失也越大。力损失也越大。(公式公式1.20)(公式公式1.25)2.影响塑料熔体流动过程中的压力损失影响塑料熔体流动过程中的压力损失p的因素：的因素：1.3 1.3 聚合物的流动状态分析聚合物的流动状态分析2022/12/72022/12/7现在学习的是第19页，共26页1.聚合物在成型过程中的结晶聚合物在成型过程中的结晶聚合物的结构分为：结晶型和无定形两种聚合物的结构分为：结晶型和无定形两种结晶度：结晶型聚合物的结晶程度，结晶区在聚结晶度：结晶型聚合物的结晶程度，结晶区在聚合物中所占的重量百分比。合物中所占的重量百分比。结晶型聚合物在成型过程中能否结晶，取决于成结晶型聚合物在成型过程中能否结晶，取决于成型时的冷却速率。型时的冷却速率。工业上常采用热处理的方法工业上常采用热处理的方法（烘若干时间）使结晶型聚合（烘若干时间）使结晶型聚合物达到设计要求的结晶度，从物达到设计要求的结晶度，从而改变具有结晶倾向的聚合物而改变具有结晶倾向的聚合物所成型的塑件性能。所成型的塑件性能。1.4 1.4 聚合物在成型过程中的物理和化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化2022/12/72022/12/7现在学习的是第20页，共26页2.聚合物在成型过程中的取向作用聚合物在成型过程中的取向作用在聚合物成型过程中，由于受剪切力和拉伸力在聚合物成型过程中，由于受剪切力和拉伸力的作用，聚合物会发生取向作用。的作用，聚合物会发生取向作用。取向分类取向分类：流动取向和拉伸取向：流动取向和拉伸取向注射成型过程中注射成型过程中固体填料的流动取向固体填料的流动取向注射成型过程中注射成型过程中聚合物分子的流动取向聚合物分子的流动取向横直横直冲击试验冲击试验1.4 1.4 聚合物在成型过程中的物理和化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化2022/12/72022/12/7现在学习的是第21页，共26页3.成型过程中聚合物的降解成型过程中聚合物的降解聚合物成型塑件是在高温和应力作用下进行的，聚合物成型塑件是在高温和应力作用下进行的，因此，聚合物分子可能由于受到热和应力的作用因此，聚合物分子可能由于受到热和应力的作用或由于高温下聚合物中微量水分、酸、碱等杂质或由于高温下聚合物中微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用而导致其相对分子质量降低，及空气中氧的作用而导致其相对分子质量降低，使聚合物的大分子结构发生化学变化。通常把相使聚合物的大分子结构发生化学变化。通常把相对分子质量降低的现象称为降解。对分子质量降低的现象称为降解。1.4 1.4 聚合物在成型过程中的物理和化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化2022/12/72022/12/7现在学习的是第22页，共26页加工过程中减少和避免聚合物降解的措施：加工过程中减少和避免聚合物降解的措施：1)严禁控制原材料的技术指标和使用合格的原材料严禁控制原材料的技术指标和使用合格的原材料;2)使用前对聚合物进行严格的干燥使用前对聚合物进行严格的干燥;3)确定合理的加工工艺和加工条件确定合理的加工工艺和加工条件;4)使用附加剂使用附加剂(抗氧化剂、稳定剂抗氧化剂、稳定剂)。3.成型过程中聚合物的降解成型过程中聚合物的降解1.4 1.4 聚合物在成型过程中的物理和化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化2022/12/72022/12/7现在学习的是第23页，共26页4.成型过程中聚合物的交联成型过程中聚合物的交联聚合物的交联反应也叫固化反应，只发生在热固聚合物的交联反应也叫固化反应，只发生在热固性塑料中性塑料中1.4 1.4 聚合物在成型过程中的物理和化学变化聚合物在成型过程中的物理和化学变化2022/12/72022/12/7现在学习的是第24页，共26页思考与练习：思考与练习：1.聚合物的热塑性和热固性是什么？聚合物的热塑性和热固性是什么？2.聚合物的物理状态有哪几种？聚合物的物理状态有哪几种？3.绘绘出出聚聚合合物物的的热热力力学学曲曲线线图图，说说明明各各温温度度点点的的含含义义以以及及各各状态下可能的加工方法。状态下可能的加工方法。4.温度和压力对聚合物熔体粘度的影响如何温度和压力对聚合物熔体粘度的影响如何?5.什什么么是是聚聚合合物物的的降降解解?在在成成型型过过程程中中有有哪哪些些措措施施可可以避免聚合物发生降解以避免聚合物发生降解?2022/12/72022/12/7现在学习的是第25页，共26页Thank you.See you next time.2022/12/72022/12/7现在学习的是第26页，共26页