高聚物生产技术 高聚物的物理性能精选PPT.ppt

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1、高聚物生产技术 高聚物的物理性能第1页，此课件共90页哦5-15-1高聚物的物理状态高聚物的物理状态高聚物的物理状态主要随温度而变化，是某一温度下的客观表现。高聚物的物理状态主要随温度而变化，是某一温度下的客观表现。一、线型非晶态高聚物的物理状态一、线型非晶态高聚物的物理状态线型非晶态高聚物的形变线型非晶态高聚物的形变-温度曲线温度曲线线型非晶态高聚物的三种物理状态线型非晶态高聚物的三种物理状态ABCDETbTgTfT/形变%A-玻璃态；B-过渡区；C-高弹态；D-过渡区；E-黏流态Tb-脆化温度；Tg-玻璃化温度；Tf-黏流温度玻璃态高弹态黏流态线型非晶高聚物的物理状态第2页，此课件共90页

2、哦5-15-1高聚物的物理状态高聚物的物理状态线型非晶态高聚物的三种物理状态的对比线型非晶态高聚物的三种物理状态的对比线型非晶态高聚物物理状态与相对分子质量的关系线型非晶态高聚物物理状态与相对分子质量的关系三种物理状态运动单元力学行为特征应用玻璃态TbTg键长、键角基团形变小，并且形变可逆，属于普弹性能。结构类似玻璃，弹性模量大。塑料、纤维高弹态TgTf链段形变大，形变可逆，弹性模量较小。橡胶黏流态TfTd链段、大分子链形变为不可逆，属于永久形变，无强度。流动取决于相对分子质量大小。成型加工、油漆、黏合剂04080120160温度（）123 456789形 变（%）不同相对分子质量聚苯乙烯的形

3、变-温度曲线图中标注数据（相对分子质量）1-360；2-440；3-500；4-1140；5-3000；6-40000；7-120000；8-550000；9-638000第3页，此课件共90页哦5-15-1高聚物的物理状态高聚物的物理状态线型非晶态高聚物的物理状态与平均相对分子质量、温度的关系线型非晶态高聚物的物理状态与平均相对分子质量、温度的关系二、结晶态高聚物的物理状态二、结晶态高聚物的物理状态结晶态高聚物的形变结晶态高聚物的形变-温度曲线温度曲线MT玻璃态高弹态黏流态过渡区TgTf高弹态、黏流态及两者之间的过渡区均随相对分子质量和温度的增加而变宽。12形变%TgTmTfT/1-相对分子

4、质量较小2-相对分子质量很大第4页，此课件共90页哦5-15-1高聚物的物理状态高聚物的物理状态结晶态高聚物的物理状态结晶态高聚物的物理状态注意：注意：由于高弹态对成型加工不利，因此，一般情况下，对结晶态高聚物而言要严格控制相对分子质量，防止很大造成的不良影响。结晶态高聚物的物理状态结晶态高聚物的物理状态玻璃态黏流态黏流态玻璃态 高弹态M较小较小M很大很大第5页，此课件共90页哦5-15-1高聚物的物理状态高聚物的物理状态结晶态高聚物的物理状态与平均相对分子质量、温度的关系结晶态高聚物的物理状态与平均相对分子质量、温度的关系玻璃态皮革态（硬而韧）高弹态过渡区黏流态TMTgTmTf玻璃化温度与熔

5、点在平均相对分子质量较小时随平均相对分子质量的增加而增高；但很大时，变化较小；过渡区也随平均相对分子质量的增加而加宽。第6页，此课件共90页哦5-25-2高聚物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定常见的高聚物特征温度常见的高聚物特征温度一、玻璃化温度一、玻璃化温度定义定义高聚物分子链开始运动或冻结的温度。玻璃化温度的使用价值玻璃化温度的使用价值玻璃温度是非晶态高聚物作为塑料使用的最高温度；是作为橡胶使用的最低温度。影响玻璃化温度的因素影响玻璃化温度的因素高聚物特征温度Tg-玻璃化温度（glass-transition temperature）Tm-熔点（melting point）T

6、f-黏流温度（viscous flow temperature）Ts-软化温度（softening temperature）Td-热分解温度（thermal destruction temperature）Tb-脆化温度（brittlenss temperature）第7页，此课件共90页哦5-25-2高聚物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定影响玻璃化温度的因素主链柔性分子间作用力相对分子质量交联共聚增塑剂升温速度外力大小作用时间第8页，此课件共90页哦5-25-2高聚物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定主链柔性对玻璃温度的影响主链柔性对玻璃温度的影响规律：规律：对主链

7、柔性有影响的因素，都影响玻璃化温度。为柔性越大，其玻璃化温度越低。实例实例附表6分子间作用力对玻璃化温度的影响分子间作用力对玻璃化温度的影响规律：规律：分子间作用力越大，其玻璃化温度越高。实例实例附表7相对分子质量对玻璃化温度的影响相对分子质量对玻璃化温度的影响规律：规律：即玻璃化温度随高聚物平均相对分子质量的增加而增大，但当平均相对分子质量增加到一定程度时，玻璃化温度趋于某一定值。TgM第9页，此课件共90页哦5-25-2高聚物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定实例实例线型非晶高聚物物理状态与相对分子质量的关系图共聚对玻璃化温度的影响共聚对玻璃化温度的影响规律：规律：共聚可以调整

8、高聚物的玻璃化温度。实例实例双组分共聚物玻璃化温度的计算交联对玻璃化温度的影响交联对玻璃化温度的影响规律：规律：适度交联，可以提高玻璃化温度。实例实例橡胶的交联硫，%00.251020硫化天然橡胶Tg，K209208233240二乙烯基苯，%00.60.81.01.5交联聚苯乙烯Tg，K360362.5365367.5370交联链的平均链节数01721019258第10页，此课件共90页哦5-25-2高聚物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定增塑剂对玻璃化温度的影响增塑剂对玻璃化温度的影响规律：规律：随着增塑剂加入量的增加，玻璃化温度下降。极性增塑剂加入到极性高聚物之中，服从如下规律

9、：非极性增塑剂加入到非极性高聚物之中，服从如下规律：实例实例PVC加入增塑剂外界条件的影响外界条件的影响外力大小外力大小对高聚物施加的外力越大，玻璃化温度下降越低。外力作用时间外力作用时间时间越长，玻璃化温度越低。升温速度升温速度升温速度越快，玻璃化温度越高。323313303293283050100150 200250 300外力（104Pa）Tg(K)123外力大小对玻璃化温度的影响1-PVAC；2-PS；3-聚乙烯醇缩丁醛第11页，此课件共90页哦5-25-2高聚物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定玻璃化温度的测定玻璃化温度的测定原理：原理：利用高聚物在发生玻璃化转变的同时各

10、种物理参数均发生变化的特性进行测定。测定方法测定方法Tg12345T物性参数-比体积-膨胀率-热容-导热率-折光率常用的玻璃化温度测定方法热-机械曲线法膨胀计法电性能法DTA法DSC法第12页，此课件共90页哦5-25-2高聚物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定二、熔点二、熔点定义定义平衡状态下晶体完全消失的温度。熔点的使用价值熔点的使用价值是晶态高聚物用于塑料和纤维时的最高使用温度，又是它们的耐热温度和成型加工的最低温度。小分子结晶与高聚物结晶熔融过程的对比小分子结晶与高聚物结晶熔融过程的对比熔融曲线熔融曲线Tm/K比体积小分子结晶熔融曲线为纯折线Tm/K比体积高聚物结晶熔融曲线

11、为渐近线第13页，此课件共90页哦5-25-2高聚物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定熔融过程特点熔融过程特点实例实例天然橡胶熔融温度与结晶温度的关系小分子结晶高聚物结晶熔融过程从晶相转变为液相（折线）从晶相转变为液相（极慢升温为折线）特点热力学函数有突变突变熔化的温度范围窄（窄（Tm0.1）熔点与两相含量无关无关熔点高低与结晶过程无关无关热力学函数有突变突变熔化的温度范围宽（宽（Tm2）熔点与两相含量有关有关熔点高低与结晶过程有关有关233243253263273283233253273293313熔融开始熔融终了结晶T结晶/KT熔融/K第14页，此课件共90页哦5-25-2高聚

12、物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定提高熔点的办法提高熔点的办法理论依据理论依据提高提高H的办法的办法规律：规律：在高分子主链或侧基上引入极性基团等来增大分子间的作用力。实例实例 高聚物 取代基重复结构单元 熔点(Tm)/K聚乙烯 CH2CH2 410 聚氯乙烯 Cl CH2CH 483 聚丙烯腈CN CH2CH 590 尼龙-66NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO 538H或S，则TmCNCl第15页，此课件共90页哦5-25-2高聚物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定降低降低S S的办法的办法规律：在主链上引入苯环，降低柔性，增加刚性，降低体系混乱程度来降低S

13、。实例：聚乙烯 CH2CH2Tm410K聚对二甲苯CH2CH2 Tm640K聚苯 Tm803K熔点的测定方法熔点的测定方法同玻璃化温度的测定方法三、黏流温度三、黏流温度定义定义非晶态高聚物熔化后发生黏性流动的温度。黏流温度的使用价值黏流温度的使用价值是非晶态高聚物成型加工的最低温度。第16页，此课件共90页哦5-25-2高聚物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定影响黏流温度的因素影响黏流温度的因素柔性、刚性，Tf；平均相对分子质量，内摩擦力，Tf。影响黏流温度的测定影响黏流温度的测定采用热-机械曲线法、DTA法等测定方法。四、四、软化温度化温度定定义在某一指定试样大小、升温速度、施加

14、外力方式等条件下，测定高聚物试样达到一定形变时的温度。软化温度的使用价化温度的使用价值是产品质量控制、成型加工和应用的参数之一。软化温度的表示方法化温度的表示方法马丁耐丁耐热温度温度测试条件：条件：升温速度10/12min专用用设备：马丁耐热试验箱悬臂弯曲力5MPa温度确定长240mm横杆项指示下降6cm所对应的温度第17页，此课件共90页哦5-25-2高聚物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定维卡耐热温度维卡耐热温度测试条件：测试条件：试样10mm10mm3mm升温速度（50.5）/6min或（121）/12min 圆柱压针截面积1mm2压入负荷5kg或1kg温度确定圆柱形针压入1

15、mm所对应的温度弯曲弯曲负荷荷热变形温度（形温度（简称称热变形温度）形温度）测试条件：条件：试样 120mm313mm15mm 升温速度（121）/6min 弯曲应力1.85MPa（或0.46MPa静弯曲负荷）温度确定试样达到规定弯曲时所对应的温度五、五、热分解温度分解温度定定义在加热条件下，高聚物材料开始发生交联、降解等化学变化的温度。热分解温度的使用价分解温度的使用价值是高聚物材料成型加工不能超过的温度。第18页，此课件共90页哦5-25-2高聚物的各种特征温度与测定高聚物的各种特征温度与测定热分解温度的测定方法DTA法、DG法、热-机械曲线法等。六、脆化温度六、脆化温度定义指高聚物材料在

16、受强外力作用时，从韧性断裂转变为脆性断裂时的温度。脆性温度的使用价值是塑料、纤维的最低使用温度。第19页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能常见的材料力学术语常见的材料力学术语材料力学术语外力（external force）内力（）应力（stress）应变（strain）形变（）强度（strength）泊松比（Poissons ratio）模量（module）柔量（）抗张强度（tensile strength）抗弯强度（flexural strength）抗冲击强度（impact strength）硬度（hardness）回弹性（resilience）韧性（tenac

17、ity）疲劳（fatigue life）第20页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能一、等速拉伸及应力一、等速拉伸及应力-应变曲线应变曲线拉伸的工业应用拉伸的工业应用为增加纤维的拉伸强度而进行单轴拉伸；为增加塑料薄膜的强度而进行双轴拉伸。线型线型非晶态高聚物的应力非晶态高聚物的应力-应变曲线应变曲线拉伸过程高分子链的三种运动情况：弹性形变（弹性形变（开始开始A点点）应变随应力的增加而增大，服从虎克定律，具有普弹性能；运动单元为键长、键角。对应为弹性伸长极限。强迫高弹形变（强迫高弹形变（A点点B点点）中间经过屈服点Y，对应的表示高聚物材料对抗永久形变的能力；形变能力30

18、0%1000%，并且可逆；运动单元为链段。黏流形变（黏流形变（B点后）点后）形变为不可逆（永久形变）；运动单元为链段、大分子链。非晶态高聚物的六种应力非晶态高聚物的六种应力-应变曲线与使用的关系应变曲线与使用的关系应变应力AYBA-弹性极限；Y-屈服点；B-断裂点第21页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能可以作为工程塑料的高聚物可以作为工程塑料的高聚物材料硬而脆材料硬而脆刚性制品，不宜冲击，能承受静压力典型实例：典型实例：酚醛塑料制品材料硬而强材料硬而强高模量高抗张，断裂伸长小或无屈服典型实例：典型实例：PVC硬制品材料硬而韧材料硬而韧高模量高抗张，断裂伸长大，有屈

19、服典型实例：典型实例：聚碳酸酯制品第22页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能可以作为形变较大的材料可以作为形变较大的材料无使用价值的材料无使用价值的材料材料软而韧材料软而韧低模量低屈服，断裂伸长率及强度大典型实例：典型实例：硫化橡胶、LDPE制品材料软而弱材料软而弱低模量低强度，断裂伸长率中等典型实例：典型实例：未硫化天然橡胶材料弱而脆材料弱而脆一般为低聚物第23页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能未取向的晶态高聚物的应力未取向的晶态高聚物的应力-应变曲线应变曲线不同温度下的高聚物应力不同温度下的高聚物应力-应变曲线应变曲线OYNDBOY

20、段段 YN段段ND段段DB段段D点点OY段段YN段段ND段段D点点DB段段试样形状变化试样形状变化123456789非晶态高聚物不同温度下的应力-应变曲线1，2-温度低于脆性温度，材料处于硬玻璃态，无强迫高弹性3，4，5-温度处于脆性温度与玻璃化温度之间，为软玻璃态6，7，8-温度处于玻璃化温度与黏流温度之间，为高弹态9-温度处于黏流温度以上，为黏流态第24页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能1234567晶态高聚物不同温度下的应力-应变曲线1，2-温度低于脆性温度，拉伸行为类似弹性固体3，4，5-温度介于脆性温度与玻璃温度期间，为软玻璃态3，4，5-温度介于Tb与

21、Tg之间，为软玻璃态，行为类似强迫高弹性3，4，5-温度较高，低于熔点，拉伸行为类似非晶态橡胶三、影响强度的因素三、影响强度的因素影响强度的因素低分子掺合物对强度的影响相对分子质量对强度的影响交联、结晶、取向对强度的影响填充物对强度的影响材料中缺陷对强度的影响材料中缺陷对强度的影响第25页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能相对分子质量及分布对强度的影响相对分子质量及分布对强度的影响规律：规律：强度随相对分子质量的增大而增加，分布宽窄影响不大，但低聚物部分增加时，因低分子部分发生分子间断裂而使强度下降。低分子掺合物对强度的影响低分子掺合物对强度的影响规律：规律：低分子

22、物质的加入降低强度。实例实例增塑剂的加入能降低强度，但对脆性高聚物而言，少量加入低分子物质，能增加强度。交联对强度的影响交联对强度的影响规律：规律：适度交联增加强度，但过度交联，在受外力时，会使应力集中而降低强度。实例实例橡胶的适度交联。结晶对强度的影响结晶对强度的影响规律：规律：结晶度增大，强度增加，但材料变硬而脆；大球晶增加断裂伸长率，小球晶增加韧性、强度、模量等；纤维状晶体强度大于折叠晶体强度。实例实例缓慢降温有利形成大球晶，淬火有利形成小球晶。取向对强度的影响取向对强度的影响规律：规律：取向能增加取向方向上材料的强度。第26页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性

23、能实例实例取向对高聚物模量的影响取向对高聚物模量的影响双轴取向和未取向薄片的对比双轴取向和未取向薄片的对比性能聚苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯未取向双轴取向未取向双轴取向抗张强度，100kP断裂伸长率，%冲击强度，（相对）34513.60.250.548087281835176895154550758255015高聚物高度取向未取向E,103MPaE ,103MPaE ,103MPa低密度聚乙烯高密度聚乙烯聚丙烯聚对苯二甲酸乙二酯聚酰胺0.834.36.314.34.20.330.670.830.631.370.120.590.712.32.1第27页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚

24、物的力学性能填充物对强度的影响填充物对强度的影响规律：适当填充活性填料增加强度。实例橡胶填充炭黑；玻璃钢填充玻璃纤维。材料中缺陷对强度的影响材料中缺陷对强度的影响缺陷指向与危害：杂质、不塑化树脂粒、气泡、降解物等造成微小裂纹，当材料受到外力作用时，在缺陷处产生应力集中，致使材料断裂、破坏。局部放大第28页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能四、高聚物的松弛性质松弛过程（松弛过程（relaxation process）是高聚物从一种平衡状态过渡到另外一种平衡状态的过程。在松弛过程中，高聚物处于不平衡的过渡。常见的高聚物松弛过程常见的高聚物松弛过程高聚物的松弛过程应力松弛

25、（relaxation of stress）蠕变（creep）是在保持高聚物材料形变一定的情况下，应力随时间的增加而逐渐减小的现象。是在一定的应力作用下，形变随时间的增加而增大的现象。第29页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能高聚物的松弛过程直接影响高聚物材料尺寸稳定性；但高聚物材料成型加工过程中需要通过松弛过程将各种应力松弛掉，防止应力集中而影响使用。松弛过程的本质：松弛过程的本质：是链段和分子链运动的结果。应力松弛曲线与应力松弛示意图应力松弛曲线与应力松弛示意图蠕变曲线蠕变曲线t停止型减小型受力形变维持不变应力松弛增长型停止型稳变型tt/h40020002040

26、温度：30负荷：0.1MPa蠕变线42.21%回弹线44.21%形变为37.21%29.75%蠕变曲线示意图天然橡胶的压缩蠕变曲线和回弹应力松弛曲线示意图应力松弛示意图第30页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能各类型与结构、应用的对应关系各类型与结构、应用的对应关系蠕变与应力松弛的关系蠕变与应力松弛的关系相同点：相同点：蠕变与应力松弛的本质一样，都是分子链运动的结果。不同点：不同点：运动条件不同。从应力松弛来看，在作用下，分子链发生运动，导致分子链微观上出现相应的“蠕变”，“蠕变”后分子链处于另一状态，则降低为；在的作用下，分子链又出现“蠕变”至另一状态，使降为直至

27、应力全部因分子链卷曲而松弛，则材料处于新的平衡状态。应力反应快，蠕变反应慢；蠕变是宏观上形变的变化，在材料内部是分子链的位移。结构、应用结构、应用常温玻璃态，用于工程塑料的非晶、结晶高聚物常温高弹态，用于橡胶的非晶高聚物常温黏流态非晶高聚物蠕变停止型稳变型增长型停止型减小型应力松弛第31页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能影响蠕变、应力松弛的因素影响蠕变、应力松弛的因素内因内因规律：规律：分子间作用力、链段、相对分子质量、取代基极性、取代基体积、交联结晶度等均能使蠕变和应力松弛减小。影响因素与化学及物理结构有关的内因分子间作用力链段长短相对分子质量结晶交联与外界条件

28、有关的外因温度应力填料增塑剂第32页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能实例相对密度0.900.9124,%负荷：8MPa;24h;23聚丙烯结晶度蠕变大小的关系108624610204060t103,h,%1-4.2MPa;MI：0.332-2.8MPa;MI：2.203-2.8MPa;MI：0.604-2.8MPa;MI：0.30聚乙烯相对分子质量蠕变大小的关系0.70.80.91.01.11510505lgt,hlgtE(t),h部分高聚物在25时应力松弛曲线聚异丁烯非晶态聚丙烯高压聚乙烯低压聚乙烯晶态聚丙烯第33页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能

29、高聚物的力学性能外因外因规律：规律：温度、应力，造成蠕变按停止型稳变型增长型转变；填充、增强，降低蠕变值；增塑加入，有利于应力松弛和蠕变发展。实例例蠕变量%04810022t103,h聚砜蠕变曲线与温度的关系蠕变量%80246100.010.020.030.0410019.5MPa15.6MPa7.8MPa3.9MPat103,h聚碳酸酯蠕变曲线与作用力的关系总伸长1234567t高聚物材料蠕变曲线T一定：17减小应力一定：17降低温度第34页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能松弛时间（松弛时间（relaxation time）完成松弛过程所需要的时间为松弛时间，一

30、般用表示。-松弛时间；A-常数；-重排位能；R-气体常数；T-绝对温度。五、复合材料的力学性质五、复合材料的力学性质复合材料的制备方法复合材料的制备方法复合材料的制备方法化学共聚制备方法物理混合制备方法增塑法增强法填充法高聚物共混法第35页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能增塑法增塑法高聚物的增塑作用（高聚物的增塑作用（plasticization）定义：定义：能使高分子链的柔性或高聚物材料的可塑性增加的作用。类型：类型：内增塑、外增塑和自动增塑作用内增塑作用（内增塑作用（internal piastization）定义：定义：通过改变高分子链的化学结构（即共聚）达

31、到增塑目的的作用。实例实例利用丁二烯链节的柔性，制备高抗冲聚苯乙烯。外增塑作用（外增塑作用（external plasticization）定义：定义：在刚性高分子链中加入低分子液体或柔性聚合物达到增塑目的的作用。具有该作用的物质称为增塑剂（plasticizer）。原理：原理：低分子物质黏度比高聚物黏度低1015倍，因此每加入20%，体系黏度降低1000倍，并且玻璃化温度与黏流温度都降低。增塑剂的使用对象增塑剂的使用对象增塑剂加入量对柔性高聚物形变-温度曲线的 影响，1-未加增塑剂，2、3、4-为加入增塑剂，其加入量是432。结果加后黏流温度比玻璃化温度下降快，高弹区变窄，因此，一般不加。形

32、变%T,1234第36页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能增塑剂加入量对刚性高聚物形变-温度的影响 如图，适当加入后，玻璃化温度下降比黏温度下降快，使高弹区加宽，材料使用范围加大。实例：实例：纯PVC只能作塑料，适当加入增塑剂后，可以作人造革、鞋、薄膜等。关于增塑剂的选择原则关于增塑剂的选择原则增塑剂与高聚物互溶；不易挥发；制品中存在时间长；无毒、色浅、廉价。不同不同PVC材料的增塑剂含量材料的增塑剂含量形变%T,12345材料类型增塑剂份数(以100份PVC计)材料性能材料类型增塑剂份数(以100份PVC计)材料性能硬板、硬管硬粒料10较硬，基本保持PVC性质薄膜

33、约50具有橡胶性质软板、软管软粒料约50具有橡胶性质塑料鞋60具有橡胶性质电缆绝缘层40具有橡皮性质人造革约65具有软皮性质电缆保护层50泡沫110松软弹性体第37页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能加入增塑剂对高聚物机械性能的影响加入增塑剂对高聚物机械性能的影响自动增塑作用自动增塑作用高聚物中含有单体、低聚物、杂质、水等而引起的增塑作用。需要严格控制。增强及填充法增强及填充法增强作用增强作用在高聚物中加入一定量的补强剂、增强剂，使其强度得到不同程度的提高的作用。实例实例热塑性塑料的增强热塑性塑料的增强一般加入合成纤维、玻璃纤维、石棉纤维、玻璃微珠、碳纤维等进行增强

34、。工业最常用的是玻璃纤维，其加入前后的性能对比如下：增塑剂含量机械性能伸长率冲击强度抗张强度抗压强度增塑剂含量，材料伸长率、抗压强度、抗张强度、硬度、弹性模量、马丁耐热温度；冲击随加入量先升后降。第38页，此课件共90页哦HGF10200(23)DCA5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能静态强度抗张强度抗弯强度动态强度抗疲劳性能冲击强度脆性材料韧性材料蠕变强度热变形温度线膨胀系数成型收缩率吸水率性能对比前后(24)AB(23)B脆性材料(23)C韧性材料变化不大DEFGH结晶偏大非晶偏小第39页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能热固性树脂的增强（通称为玻璃钢

35、）热固性树脂的增强（通称为玻璃钢）常用的增强材料：常用的增强材料：玻璃布、棉布、麻布、合成纤维织物、玻璃纤维等，经过层压而成型，如机体、船壳等。实例实例由不饱和聚酯制成的玻璃钢与纯树脂、金属等性能的对比填充填充填充的作用：填充的作用：改进高聚物的性能或降低原料成本。实例实例橡胶填充炭黑以提高制品耐磨性和弹性模量；塑料中填充玻璃纤维以增加强度；树脂中填充碳酸钙、黏土、木屑等，起增强和降低成本作用。高聚物的共混改性（高聚物的共混改性（blending modification）本质本质同于增强和填充，只是改性剂为其他聚合物。性能玻璃钢纯树脂建筑钢材铝相对密度抗压强度，MPa抗弯强度，MPa抗冲击强

36、度，MPa1.949105015.61.3150900.77.8350420420460102.7701107018044第40页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能共混的方式共混的方式溶液共混共混的方式乳液共混机械混炼共混高聚物材料的性质共混高聚物材料的性质规律：规律：取决于原料高聚物的性质及配方，还取决于它们混合的状态。混溶体系的性能介于两种高聚物性质之间。两相共存，则存在两个玻璃化温度。实例实例T,T,形变%形变%PP/LDPEPP/LDPE0/1000/10040/6060/40100/0100/050/5080/20PP/LDPE共混材料热-机械曲线PP/L

37、DPE共混材料DTA曲线第41页，此课件共90页哦5-35-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能特例：特例：以橡胶为改性剂，提高高聚物材料抗冲击性能。对橡胶的要求：对橡胶的要求：玻璃化温度必须远低于使用温度；橡胶不溶于刚性高聚物而形成二相；两种高聚物溶解行为上相似，有利于相互黏着。若三条件达不到，加入第三组分。效果：效果：原脆性高聚物的冲击强度提高510倍。第42页，此课件共90页哦5-45-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性目的：目的：掌握高聚物的黏流特性，合理控制成型加工过程。一、高聚物的流变性一、高聚物的流变性定义定义高聚物的流变性（rheological property）是指高聚物有流

38、动和形变的性能。材料形变的类型材料形变的类型tttttttttDDDDDD应变与时间的关系应变与应力的关系类型编号1234 56789特点符合虎克定律的理想弹性体不符合虎克定律的理想弹性体能完全回复的非理想弹性体高弹体具有塑性的非理想弹性体非理想塑性体理想塑性体或称宾汉流体具有黏弹性的非牛顿流体非牛顿黏性流体牛顿流体注：上下同时是直线，则为后一类型第43页，此课件共90页哦5-45-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性 第1、2、3类属于弹性形变（包括普弹和高弹）体；第4、5、6、7类属于同时具有黏性和弹性的黏弹体，其中第5、6类以塑性为主，第7类以黏性为主，高聚物材料多属于此类；第8、9类属于

39、黏性液体。黏性与塑性的差异黏性与塑性的差异黏性与塑性同属于流体性质，其中有滞流点的为塑性体。流体的类型流体的类型流体的类型理想流体非理想流体11n1非理想塑性体1理想塑性体1非理想塑性体n塑性体类型第44页，此课件共90页哦5-45-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性高聚物流体属于非理想的具有塑性、黏性的流体高聚物流体属于非理想的具有塑性、黏性的流体当当n1：为第6种类型，为理想塑性体或宾汉流体。对应的是高聚物良溶液中的浓溶液，静止时存在凝胶结构，应力超过后结构破坏。当当n1或或n1：为第4、5种类型，属于黏性体或非理想塑性体。高聚物多属于此类固体，值越大，物体越硬，对同一黏弹体，力作用时间长

40、，越小。并且，当大于破坏应力时，材料为脆性固体；小于破坏应力时，材料呈韧性破坏。在恒定温度、应力下，表观黏度随时间的增加而减小的液体为震凝性液体，相反为摇溶性液体，如聚电解质、油漆等。高聚物黏性流动的机理高聚物黏性流动的机理是通过链段落的逐步位移完成整个高分子的位移。二、影响高聚物流变性的因素影响高聚物流变性的因素高聚物分子链的结构高聚物相对分子质量温度压力第45页，此课件共90页哦5-45-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性高聚物分子链的结构对流变性的影响高聚物分子链的结构对流变性的影响刚性链，黏度大，流动性小；柔性链，容易流动。相对分子质量及分布对高聚物流变性的影响相对分子质量及分布对高聚

41、物流变性的影响相对分子质量对高聚物流变性的影响相对分子质量对高聚物流变性的影响规律：规律：相对分子质量越大，流动阻力越大，黏度越大，越难于流动。实例实例对苯乙烯等高聚物存在如下关系lg1.52.0 lgMA当相对分子质量高于某一临界值时lg3.4 lgMA相相对分子分子质量分布量分布对高聚物流高聚物流变性的影响性的影响规律：律：分布宽比分布窄的容易流动原因：原因：相对分子质量小的部分直至了增塑剂的作用第46页，此课件共90页哦5-45-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性温度对高聚物流变性的影响温度对高聚物流变性的影响温度与表观黏度的关系温度与表观黏度的关系常见高聚物的表观活化能常见高聚物的表观

42、活化能注意：当温度（Tg100）时，高聚物的表观活化性基本不变；当温度（Tg100）时，表观活化能随温度的升高而快速降低。压力对高聚物流变性的影响压力对高聚物流变性的影响液体的表观黏度与切变速率的关系液体的表观黏度与切变速率的关系右图中线1为牛顿液体；线2为膨胀性流体；线3为假塑性流体。高聚物聚乙烯聚丙烯聚异丁烯聚苯乙烯聚-甲基苯乙烯U/(J/mol)(2.72.9)104(3.84)104(56.8)1049.51041.3104D123第47页，此课件共90页哦5-45-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性常见高聚物的表观黏度与压力、温度的关系常见高聚物的表观黏度与压力、温度的关系1-聚碳酸

43、酯（280）2-聚乙烯（200）3-聚甲醛（200）4-聚甲基丙烯酸甲酯（200）5-醋酸纤维（180）6-尼龙（230）1-聚碳酸酯（4MPa）2-聚乙烯（4MPa）3-聚甲醛4-聚甲基丙烯酸甲酯5-醋酸纤维（4MPa）6-尼龙（1MPa）1051061031041.02.04.08.0 10.0123456剪切力（0.1Pa）1041051031502002503002.42.32.22.12.01.91.81.71234561/T（K）103表观黏度表观黏度注射压力/MPa温度/第48页，此课件共90页哦5-45-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性三、高聚物熔体流动中的弹性效应三、高聚物

44、熔体流动中的弹性效应高聚物熔体流动中的弹性效应表现为能够发生可回复性形变、法向应力效应、挤出物膨大现象、不稳定流动等现象。可回复性切变形变可回复性切变形变即：高聚物熔体在流动时所发生的形变由两部分组成，一是可回复性形变，二是由黏性流动产生的形变，其中前者所占的比例较大。可回复形变由于粘性流动产生的形变时间维持恒定形变外加形变同轴圆筒黏度计中，高聚物熔体的可回复形变与流动示意图同轴圆筒黏度计中，高聚物熔体的可回复形变与流动示意图 第49页，此课件共90页哦5-45-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性法向应力效应法向应力效应挤出物膨大现象挤出物膨大现象低分子液体高聚物熔体或溶液在搅动过程中，低分子

45、液体的液面中间低，四周高；而高聚物熔体或溶液却是中间高，而四周低。d0d0ddabcz剪切速率（s1）2.22.01.81.61.41.21.0101100101102103100101102103出口膨胀，直径之比表观粘度（Pas）a-高聚物流体从d0变到d；b-管内速度分布；c-远离管口时速度的平面分布出口膨胀与剪切速率的关系第50页，此课件共90页哦5-45-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性实例实例熔融纺丝过程中的熔体喷出和形变情况低剪切速率剪切速率加大高剪切速率剪切的弹性回复张力延伸形变速率为零相关的解释相关的解释高分子链在管道内处于高速剪切，链段被舒展开来，相当于受到拉伸而使链段取

46、向，熔体出现各向异性。当熔体突然放大或从管道中流出而使高分子链突然“自由化”，至使在管道中形成高弹形变立即得以回复，分子链又恢复到大体无序的平衡状态，链间距离增大，以至出现流束膨胀。第51页，此课件共90页哦5-45-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性不稳定流动不稳定流动不稳定流动的形成与现象不稳定流动的形成与现象高聚物熔体在挤出时，如果切应力超过一定极限时，熔体将出现不稳定流动，其现象是挤出物表面不光滑、不规范。波浪形鲨鱼皮形竹节形螺旋形不规则破碎形第52页，此课件共90页哦5-45-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性四、熔融黏度测定四、熔融黏度测定AA12354AA熔融指数测定仪熔融指数测

47、定仪1-重锤；2-柱塞；3-塑化室4-温度计；5-出料孔熔融黏度的测定方法熔融黏度的测定方法毛细管黏度计法、熔融指数测定法、旋转式黏度计法、落球式黏度计法。熔融指数测定仪如图所示。原理：高聚物熔体试样在规定的温度、压力下，在一定时间内流过标准出料孔的重量，记为熔融指数MI，以g/10min表示。第53页，此课件共90页哦5-55-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能一、高聚物的电性能一、高聚物的电性能总论总论高聚物具有体积电阻率高（10161020cm）、介电常数小（2）、介质损耗低（104）等半导体特殊优良的电性能，同时某些高聚物还具有优良的导电性能。另外，由于高聚物成型加工容易，品型多，故在

48、电器方法应用广泛。第54页，此课件共90页哦5-55-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能高聚物的介电性高聚物的介电性定义定义高聚物的介电性是指高聚物在电场的作用下，表现出对静电能的储蓄的损耗的性质。高聚物的极性类别高聚物的极性类别高聚物的极化（高聚物的极化（polarization）是电解质在电场的作用下分子内束缚电荷产生弹性位移或偶极子沿电场的从优取向，在电场方向的电解质两端呈现异号电荷的现象。强极性高聚物（PVA、PAN、PET、酚醛树脂、氨基树脂等）高聚物的极性类别非极性高聚物（PE、PP、PTFE等）弱极性高聚物（PS、PIP等）极性高聚物（PVC、PA、PVAC、PMMA等）介电性的

49、表示方法介电常数介电损耗影响高聚物介电性的因素高聚物的极性高聚物的极化第55页，此课件共90页哦5-55-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能高聚物的极化形式高聚物的极化形式极化形式极化机理特点适用对象电子极化电子云的变形极快，10121015s；无能量损耗；不依赖温度和频率所有高聚物原子极化各原子之间的相对位移稍快，1012s；损耗微量能量；不依赖温度所有高聚物偶极极化极性分子（或偶极子）沿电场方向转动，从优取向慢，109s以上；损耗较大能量；依赖温度和频率极性高聚物界面极化载流子在界面处聚集产生的极化极慢，几分之一秒至几分钟、几小时共混、复合材料高聚物在电场中极化示意图第56页，此课件共90

50、页哦5-45-4高聚物的其他性能高聚物的其他性能高聚物的介电常数（高聚物的介电常数（dielectric constant）定义定义显然，高聚物极化程度越大，极板感应产生的电荷Q越大，介电常数越大。常见高聚物的介电常数常见高聚物的介电常数高聚物计算值实验值高聚物计算值实验值聚乙烯（外推到无定型）聚丙烯（无定型）聚氯化苯乙烯聚四氟乙烯（无定型）聚氯乙烯聚醋酸乙烯酯聚甲基丙烯酸甲酯聚-氯代丙烯酸甲酯2.202.152.552.822.03.202.943.452.32.22.552.62.12.252.6/3.73.4聚-氯代丙烯酸乙酯聚甲基丙烯酸乙酯聚丙烯腈聚甲醛聚苯醚聚对苯二甲酸乙二酯(无定型