高分子材料塑胶简介PPT.pptx

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1、高分子材料-塑料简介（二）Figure1.Conventionalporouspolymer.SEMphotographofmacroporouspolymermadebyAdvancedPolymerSystems.第二讲、高分子运动第二讲、高分子运动本章主要的目的在了解高分子的运动，本章主要的目的在了解高分子的运动，以作为物性探讨的基础。因此在认识分以作为物性探讨的基础。因此在认识分子运动的同时，可思考结构如何影响分子运动的同时，可思考结构如何影响分子运动及分子运动与物性之关连。高分子运动及分子运动与物性之关连。高分子运动基本上与温度、自由体积及时间子运动基本上与温度、自由体积及时间有密切

2、的关系。有密切的关系。高分子运动高分子运动（一）高分子玻璃转移、结晶、熔融（二）高分子黏弹高分子运动的三个条件（一）需要有足够的能量（一）需要有足够的能量（通常可藉由温度判断）（二）需要有适当的空间（二）需要有适当的空间（未被任何原子占据的空间，freevolume）（三）需要有足够的时间（三）需要有足够的时间高分子运动的方式是原子绕着单键旋转，几个旋转同时协同发生。至于多少个旋转同时发生（也就是运动规模），则与上述三者有关。原子间的作用力（一）高分子运动基本上首先要克服其它原子对其之作用力。因此首先介绍原子间的作用力。原子间的作用力可分为一、主价键共价键离子键金属健主要以共价键为主其它二者很

3、少原子间的作用力（二）二、次价键极性键与极性键极性键与诱发极性键诱发极性键与诱发极性键氢键主价键强度比次价键大很多，因此键长与键角很难有大量的变化。而且高分子链间的主要作用力为次价键，因此影响高分子运动的主要是次价键。由于原子间的作用力与原子间的距离有非常密切的关连。也就是说高分子的结构决定原子间的作用力。因而影响了高分子的运动。当然分子运动的结果也改变了结构以热力学的观点而言，分子运动造成的结构变化即称为相变化。以动力学的观点而言，着重在这运动的过程，则称为分子运动或称为松弛运动Figure2.Magnaporeporouspolymer.SEMphotographofPolygenetic

4、spolymer.StructureisclearlydifferentiatedfrompolymerinFig.1.热力学的观点（在高分子材料中，有几个相变化非常重要：（一）玻璃转移（glasstransition），（二）结晶（crystallization），（三）熔解（melting）。机械模数对温度图Temperature、玻璃态区在第一个区域时，温度相当低，分子具有的能很小且分子的自由体积不足以提供较大规模的运动，且此一部份的自由体积几乎被冻结。因此在此一范围分子只能做一些振动及小规模的运动。所以其所表现的行为较接近弹性行为，黏性行为较少。此时材料受到应力时，所产生的应变相对较小

5、，无法吸收大量的能量。但此时材料硬而脆，其模数约为一固定值1GPa。、玻璃转移区（glasstransitionregion）当温度继续升高时，此时材料行为进入第二个区域。此时分子获得较多的能量，且自由体积也明显增加。因而使得分子能做较大规模的运动，通常约数十个原子（数目随高分子材料种类而定），数个分子链一起做协同运动。此区域最大的特色即材料可在20oC到30oC温度变化范围内，材料的机械模数可降为千分之一，甚至万分之一。此时材料具有的黏性行为逐渐增加，弹性行为渐减。因此应变相对增加，能量的吸收亦增加。、橡胶平坦区（rubberyplateauregion）当温度继续升高时，材料行为进入第三区

6、。分子获得的能量及自由体积持续增加。材料具有的黏性行为持续增加，弹性行为则持续减少。此区域的应变与能量的吸收亦可相当大，因此对橡胶材料应用而言这也是一个相当重要的区域。若材料为线性高分子材料，则材料受力后产生形变，应力释放后并不会完全回复原状。若为交联结构的材料则由于交联点的限制，在应力释放之后可以回复原状。、橡胶流动区（rubberyflowregion）若温度继续上升，材料行为进入第四区。则线性高分子材料将呈现高黏度的流体行为，称为液体流动区（liquidflowregion）。但交联性的高分子并没有橡胶流动区及液体流动区的行为。由于交联点的存在，使得分子链间无法独立运动。因此交联性的高分

7、子材料将持续维持橡胶平坦区的行为，直至温度高到使橡胶材料产生裂解。半结晶性高分子材料则没有橡胶流动区，而是维持橡胶平坦区至晶相部份熔解成为高黏度的液体。Figure3.Porestructureofconventionalporouspolymer.AdvancedPolymerSystemspolymer(Fig.1)showssmall,irregularporesthatterminateinsidestructure.玻璃转移玻璃转移玻璃转移可由多种观点来探讨：将分别从结构、分子运动、物性的观点来探讨玻璃转移。一、结构观点材料由熔溶态降温的过程，由于降温太快或材料本身不够规整而无法使部

8、份甚至全部的原子排列成三度空间的有序结构。则材料由流体转变成部份非晶质甚至完全非晶质的玻璃态结构。这个过程即称为玻璃转移。反之由玻璃态加温至玻璃转移温度，材料亦会转变成橡胶态。由于结构的鉴定不易，直接由结构变化来定义玻璃转移发生的温度（玻璃转移温度）不易。二、分子运动观点其实在上面的分子运动介绍时即已提到。玻璃态与橡胶态的分子运动差异主要是玻璃态时分子运动的规模较小。通常数个原子一起运动（一方面是因为温度低另一方面是自由体积小）。相反的橡胶态的分子运动规模大多了。通常数十个原子、数个分子链一起动。三、物性的观点由于在玻璃转移前后的结构与分子运动均有相当大的差异，因此物性上亦有很大的差异。例如玻

9、璃态的运动过程，只有非常局部的结构有变化。因此机械强度没有太大的变化。呈现出硬而脆的物性。杨氏模数也高。而橡胶态的运动过程，结构变化的范围较大。于是可大量变形而呈现出软而韧的物性。因此杨氏模数低。由于杨氏模数是可测，因此可由该值的变化来定义玻璃转移温度。玻璃转移点的检测方法由于玻璃转移过程，结构的变化很大。因此其比热（DSC）、体积亦有所变化，故亦可利用这些物性的变化来定义玻璃移温度。由以上的三种观点可看出结构、分子运动与物性之间的关联重要性。影响玻璃转移点的因素(1)降温速度：降温速度越快，则分子越来不及形成有序结构，或越快被冻结而形成玻璃态，玻璃转移温度就较高。(2)高分子的结构：有氢键、

10、极性分子链的堆积分子链的柔软性结晶与结晶与熔融在由熔融态降温的过程，液态慢慢失去流动性。由于材料本身够规整且时间足够时，原子排列成三度空间的有序结构（晶体）。这个过程即是结晶。相反的程序即是熔融。再结晶高分子材料中，常出现再结晶。即材料由低温升至高温时，当温度超过玻璃转移温度时，由于当初来不及结晶的部份，此时可再结晶出来。因此又有人称为冷结晶。因此结晶仍与结晶温度高低（与高分子是否容易运动有关）、高分子结构是否规整及结晶时间有关。因此许多影响玻璃转移温度的因素也会影响结晶温度。黏弹性质黏弹性质所谓弹性行为即材料受到一个很小的应力时，马上产生一个应变且应变与应力的关系遵守Hookeslaw。而黏

11、性行为则是受到应力时，并不会马上产生应变，而是缓慢的产生。一般材料的行为介于此两者之间。至于偏向那一种行为则与温度、结构、时间有关。温度越高或时间越长越偏向黏性行为。松弛与蠕变应力松弛（stressrelaxation）指的是材料受到一个应变，其应力随着时间变化的过程。蠕变（creep）指的是材料受到一个应力，其应变随着时间变化的过程。松弛与蠕变看的是黏弹行为随着时间的变化。高温的黏弹行为相当于长时间的行为。这两者之间透过适当的公式是可以转换的。但若要观察到材料完整的行为。则以温度为变量较理想。因为有些黏弹所需要的时间太长或太短，实验都很难进行。Figure4.PorestructureofM

12、agnaporeporouspolymer.Polygeneticspolymersexhibitverylargecavitiesofmicrometerdimensions,eachofwhichisinterconnectedtothoseadjacent.塑料采购简介影响塑料采购价格因素(1)耐温性:SMT、WaveSolder(2)润滑性:PTFE(3)耐燃性:UL-94V0(4)数量:以量制价(5)原料市场价格:高分子单体价格(6)加工及运送成本:类别材料名称熔点热变形温度优点成本高温材料LCP330270流动性佳，适合薄壁成形，结晶速率快、成形周期短。450%PA9T308270高强度，耐高温。315%PA6T310280高强度，耐高温。300%PA46285280高流动性，高韧性，高冲击强度。320%PPS285260尺寸安定性佳，耐化学药品佳，机械性质佳。300%PCT285241低吸湿性，电气性质佳。290%SPS270245流动性好，电气性质佳，材料成本低。180%低温材料PA66265235良好的韧性、流动性耐冲击性。120%PBT225210易成形，单价低。100%