塑料包装材料——树脂的结构与性能.ppt

《塑料包装材料——树脂的结构与性能.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《塑料包装材料——树脂的结构与性能.ppt（165页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能包包 装装 材材 料料 学学一、聚合物分子间的作用力一、聚合物分子间的作用力1、主主价价力力是是指指构构成成化化学学键键的的力力，如如共共价价键键、离子键、金属键等。离子键、金属键等。2、次次价价力力是是使使分分子子聚聚集集在在一一起起的的分分子子间间作作用用力力，通通常常包包括括范范德德华华力力（静静电电力力、诱诱导导力力、色色散力）和氢键。散力）和氢键。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能树脂的结构与性能树脂的结构与性能塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能范德华力、

2、氢键范德华力、氢键范德华力范德华力 （作用范围：（作用范围：0.3-0.5nm）静电力静电力12.5-21kJ/mol诱导力诱导力6-12kJ/mol色散力色散力1-8.4kJ/mol氢键氢键 16.8-33.6 kJ/molX-H-YX、Y=F、O、Cl、N塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能分子间氢键分子间氢键塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能分子内氢键分子内氢键二、内聚能二、内聚能内内聚聚能能是是1mol1mol分分子子聚聚集集在在一一起起的的总总能能量量，其其

3、含含意意是是使使1mol1mol的的液液体体蒸蒸发发或或固固化化升升华华，使使原原来来聚聚集集在在一一起起的的分分子子分分开开到到彼彼此此不不再再相相互互作作用用的的距距离时，所需要的总能量。离时，所需要的总能量。内聚能密度是单位体积的内聚能内聚能密度是单位体积的内聚能塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能内聚能密度内聚能密度 E HRT CED E/V0 橡胶橡胶小于小于290MJ/M3 塑料塑料290-420MJ/M3 纤维纤维大于大于420MJ/M3 CED塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂

4、的结构与性能树脂的结构与性能塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能 聚合物是由许多单个的高分子链聚集而成，因而其结构有聚合物是由许多单个的高分子链聚集而成，因而其结构有两方面的含义：（两方面的含义：（1）单个高分子链的结构；（）单个高分子链的结构；（2）许多高分子）许多高分子链聚在一起表现出来的聚集态结构。可分为以下几个层次：链聚在一起表现出来的聚集态结构。可分为以下几个层次：一级结构一级结构近程结构近程结构结构单元的化学组成、连接顺序、结构单元的化学组成、连接顺序、立体构型，以及支化、交联等立体构型，以及支化、交联等二级结构二级结构远程结构远程结构高分子链的形态（

5、构象）以及高分子链的形态（构象）以及高分子的大小（分子量）高分子的大小（分子量）链结构链结构聚集态结构聚集态结构三级结构三级结构晶态、非晶态、取向态、液晶态及织态等。晶态、非晶态、取向态、液晶态及织态等。聚聚合合物物的的结结构构聚合物的结构聚合物的结构塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能 高分子的二级结构：高分子的二级结构：（1）高分子的大小（即分子量）高分子的大小（即分子量）（2）高分子链的形态（构象）高分子链的形态（构象）高分子的链结构与高分子的柔顺性高分子的链结构与高分子的柔顺性 高分子链中的单键可内旋转，每个键的空间高分子链中的单键可内旋转，每个键的空间位

6、置受其键角的限制，但是离第一个键越远，位置受其键角的限制，但是离第一个键越远，其空间位置的任意性越大，两者空间位置的相其空间位置的任意性越大，两者空间位置的相互关系越小，可以想象从第互关系越小，可以想象从第i+1个键起，其空间个键起，其空间位置的取向与第一个键完全无关，因此高分子位置的取向与第一个键完全无关，因此高分子链可看作是由多个包含链可看作是由多个包含i个键的段落自由连接组个键的段落自由连接组成，这种段落称为成，这种段落称为链段链段。ii+1I.高分子的链结构高分子的链结构塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能构构象象：由由于于单单键键（键键）的的内内旋旋转转

7、，而而产产生生的的分分子子在在空空间间的的不不同同形形态态。它它是是不不稳稳定定的的，分分子子热热运运动动即即能能使使其构象发生改变。其构象发生改变。构构型型：分分子子中中由由化化学学键键所所固固定定的的原原子子在在空空间间的的排排列列。它是稳定的，要改变构型必需经化学键的断裂、重组。它是稳定的，要改变构型必需经化学键的断裂、重组。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能 高分子链的运动是以链段为单元的，是蠕动。高分子链的运动是以链段为单元的，是蠕动。高分子链在分子内旋转作用下可采取各种可能的形态，如高分子链在分子内旋转作用下可采取各种可能的形态，如取不同的构象，如伸

8、直链、无规线团、折叠链、螺旋链等。取不同的构象，如伸直链、无规线团、折叠链、螺旋链等。高分子链的构象高分子链的构象塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能高分子的聚集态结构高分子的聚集态结构 高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构，它高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构，它是指聚合物内是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构分子链的排列与堆砌结构。虽然高分子的链结构对高分子材料性能有显著影响，但由虽然高分子的链结构对高分子材料性能有显著影响，但由于聚合物是由许多高分子链聚集而成，有时即使相同链结构的于聚合物是由许多高分子链聚集而成，有时即使相同链结构的同一种聚

9、合物，在不同加工成型条件下，也会产生不同的聚集同一种聚合物，在不同加工成型条件下，也会产生不同的聚集态，所得制品的性能也会截然不同，因此态，所得制品的性能也会截然不同，因此聚合物的聚集态结构聚合物的聚集态结构对聚合物材料性能的影响比高分子链结构更直接、更重要对聚合物材料性能的影响比高分子链结构更直接、更重要。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能 研究掌握聚合物的聚集态结构与性能的关系，对选择合适的研究掌握聚合物的聚集态结构与性能的关系，对选择合适的加工成型条件、改进材料的性能，制备具有预期性能的聚合物加工成型条件、改进材料的性能，制备具有预期性能的聚合物材料具有重

10、要意义。材料具有重要意义。聚合物的聚集态结构主要包括聚合物的聚集态结构主要包括晶态结构晶态结构、非晶态结构非晶态结构、液液晶态结构晶态结构和和取向态结构取向态结构。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能晶体：固体物质内部质点的有序排列晶体：固体物质内部质点的有序排列 高高 分子链取比较伸展的构象分子链取比较伸展的构象 聚聚 物物 分子链主链中心轴互相平行分子链主链中心轴互相平行 晶晶 体体 结晶结构中的单元体是晶胞结晶结构中的单元体是晶胞聚合物的晶态结构聚合物的晶态结构塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能聚乙烯（聚乙烯（PE）的晶胞）的

11、晶胞 塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能 根据根据结晶条件结晶条件不同，又可形成多种形态的晶体：单晶、球不同，又可形成多种形态的晶体：单晶、球晶、伸直链晶片、纤维状晶片和串晶等。晶、伸直链晶片、纤维状晶片和串晶等。I.结晶形态结晶形态（1）单晶）单晶 具具有有一一定定几几何何外外形形的的薄薄片片状状晶晶体体。一一般般聚聚合合物物的的单单晶晶只只能能从从极极稀稀溶溶液液（质质量量浓浓度度小小于于0.01wt%)中中缓慢结晶缓慢结晶而成。而成。单晶单晶塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能聚乙烯单晶的电镜照片聚乙烯单晶的电镜照片塑塑 料料

12、 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能（2）球晶）球晶 聚聚合合物物最最常常见见的的结结晶晶形形态态，为为圆圆球球状状晶晶体体，尺尺寸寸较较大大，一一般般是是由由结结晶晶性性聚聚合合物物从从浓浓溶溶液液中中析析出出或或由由熔熔体体冷冷却却时时形形成成的的。球球晶晶在在正正交交偏偏光光显显微微镜镜下下可可观观察察到到其其特特有有的的黑黑十十字字消消光光或或带带同同心心圆圆的的黑黑十字消光图象。十字消光图象。球晶的黑十字消光现象球晶的黑十字消光现象塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能（3）伸直链晶片）伸直链晶片 由由完完全全伸伸展展的的分分子子链链平

13、平行行规规整整排排列列而而成成的的小小片片状状晶晶体体，晶晶体体中中分分子子链链平平行行于于晶晶面面方方向向，晶晶片片厚厚度度基基本本与与伸伸展展的的分分子子链链长长度相当。这种晶体主要形成于度相当。这种晶体主要形成于极高压力极高压力下。下。（4）纤维状晶和串晶）纤维状晶和串晶 纤纤维维状状晶晶是是在在流流动动场场的的作作用用下下使使高高分分子子链链的的构构象象发发生生畸畸变变，成成为为沿沿流流动动方方向向平平行行排排列列的的伸伸展展状状态态，在在适适当当的的条条件件下下结结晶晶而而成。分子链取向与纤维轴平行。成。分子链取向与纤维轴平行。聚合物聚合物串晶串晶是一种类似于串珠式的多晶体。是一种类

14、似于串珠式的多晶体。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能串晶串晶塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能II.聚合物的晶态结构模型聚合物的晶态结构模型 聚合物晶态结构模型有：聚合物晶态结构模型有：缨状胶束模型缨状胶束模型：认为结晶：认为结晶聚合物中聚合物中晶区晶区与与非晶区非晶区互相互相穿插，穿插，同时存在同时存在。在晶区分。在晶区分子链相互平行排列成规整的子链相互平行排列成规整的结构，而在非晶区分子链的结构，而在非晶区分子链的堆砌完全无序。该模型也称堆砌完全无序。该模型也称两相结构模型两相结构模型。两相结构模型两相结构模型塑塑 料料 包

15、包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能 折叠链模型折叠链模型：聚合物晶体中，高分：聚合物晶体中，高分子链以折叠的形式堆砌起来的。子链以折叠的形式堆砌起来的。伸展的分子倾向于相互聚集在一起伸展的分子倾向于相互聚集在一起形成链束，分子链规整排列的有序链形成链束，分子链规整排列的有序链束构成聚合物结晶的基本单元。这些束构成聚合物结晶的基本单元。这些规整的有序链束表面能自发地折叠成规整的有序链束表面能自发地折叠成带状结构，进一步堆砌成晶片。带状结构，进一步堆砌成晶片。特点特点：聚合物中晶区与非晶区同时存：聚合物中晶区与非晶区同时存在，同一条高分子链可以是一部分结在，同一条高分子链可以是一

16、部分结晶，一部分不结晶；并且同一高分子晶，一部分不结晶；并且同一高分子链可以穿透不同的晶区和非晶区。链可以穿透不同的晶区和非晶区。折叠链模型折叠链模型塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能插线板模型插线板模型：晶片表面晶片表面上的分子链无规聚集形上的分子链无规聚集形成松散的非晶区，晶片成松散的非晶区，晶片中相邻排列的两段分子中相邻排列的两段分子链可能是同一分子链链可能是同一分子链中中非邻近的链段或是不同非邻近的链段或是不同分子链的链段，形成多分子链的链段，形成多层晶片时一根分子链可层晶片时一根分子链可以从一个晶片穿过非晶以从一个晶片穿过非晶区进入另一个晶片，也区进入

17、另一个晶片，也可回到原来的晶片。可回到原来的晶片。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能III.聚合物结晶过程的特点聚合物结晶过程的特点 聚聚合合物物结结晶晶是是高高分分子子链链从从无无序序转转变变为为有有序序的的过过程程，有有三三个个特点：特点：（1）结结晶晶必必须须在在玻玻璃璃化化温温度度Tg与与熔熔点点Tm之之间间的的温温度度范范围围内内进行。进行。聚聚合合物物结结晶晶过过程程与与小小分分子子化化合合物物相相似似，要要经经历历晶晶核核形形成成和和晶晶粒粒生生长长两两过过程程。温温度度高高于于熔熔点点Tm，高高分分子子处处于于熔熔融融状状态态，晶晶核核不不易易形

18、形成成；低低于于Tg，高高分分子子链链运运动动困困难难，难难以以进进行行规规整整排列，晶核也不能生成，晶粒难以生长。排列，晶核也不能生成，晶粒难以生长。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能 结结晶晶温温度度不不同同，结结晶晶速速度度也也不不同同，在在某某一一温温度度时时出出现现最最大大值值，出现最大结晶速度的结晶温度可由以下经验关系式估算：出现最大结晶速度的结晶温度可由以下经验关系式估算：Tmax=0.63 Tm+0.37 Tg-18.5（2）同同一一聚聚合合物物在在同同一一结结晶晶温温度度下下，结结晶晶速速度度随随结结晶晶过过程程而而变变化化。一一般般最最初初结

19、结晶晶速速度度较较慢慢，中中间间有有加加速速过过程程，最最后后结结晶晶速速度度又减慢。又减慢。（3）结晶聚合物结晶不完善，没有精确的熔点，存在熔限）结晶聚合物结晶不完善，没有精确的熔点，存在熔限。熔熔限限大大小小与与结结晶晶温温度度有有关关。结结晶晶温温度度低低，熔熔限限宽宽，反反之之则则窄窄。这这是是由由于于结结晶晶温温度度较较低低时时，高高分分子子链链的的流流动动性性较较差差，形形成成的的晶晶体不完善，且各晶体的完善程度差别大，因而熔限宽。体不完善，且各晶体的完善程度差别大，因而熔限宽。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能IV.聚合物结晶过程的影响因素聚合物结

20、晶过程的影响因素（1）分子链结构）分子链结构 聚聚合合物物的的结结晶晶能能力力与与分分子子链链结结构构密密切切相相关关，凡凡分分子子结结构构对对称称（如如聚聚乙乙烯烯）、规规整整性性好好（如如有有规规立立构构聚聚丙丙烯烯）、分分子子链链相相互互作作用用强强（如如能能产产生生氢氢键键或或带带强强极极性性基基团团，如如聚聚酰胺等）的聚合物易结晶。酰胺等）的聚合物易结晶。分分子子链链的的结结构构还还会会影影响响结结晶晶速速度度，一一般般分分子子链链结结构构越越简简单单、对对称称性性越越高高、取取代代基基空空间间位位阻阻越越小小、立立体体规规整整性性越越好，结晶速度越快。好，结晶速度越快。塑塑 料料

21、包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能（2）温温度度：温温度度对对结结晶晶速速度度的的影影响响极极大大，有有时时温温度度相相差差甚甚微，但结晶速度常数可相差上千倍微，但结晶速度常数可相差上千倍（3）应应力力：应应力力能能使使分分子子链链沿沿外外力力方方向向有有序序排排列列，可可提提高高结晶速度。结晶速度。（4）分分子子量量：对对同同一一聚聚合合物物而而言言，分分子子量量对对结结晶晶速速度度有有显显著影响。在相同条件下，一般分子量低结晶速度快，著影响。在相同条件下，一般分子量低结晶速度快，（5）杂杂质质：杂杂质质影影响响较较复复杂杂，有有的的可可阻阻碍碍结结晶晶的的进进行行，有有

22、的的则则能能加加速速结结晶晶。能能促促进进结结晶晶的的物物质质在在结结晶晶过过程程中中往往往往起起成核作用（晶核），称为成核剂。成核作用（晶核），称为成核剂。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能V.结晶对聚合物性能的影响结晶对聚合物性能的影响 结结晶晶使使高高分分子子链链规规整整排排列列，堆堆砌砌紧紧密密，因因而而增增强强了了分分子子链链间间的的作作用用力力，使使聚聚合合物物的的密密度度、强强度度、硬硬度度、耐耐热热性性、耐耐溶溶剂剂性性、耐耐化化学学腐腐蚀蚀性性等等性性能能得得以以提提高高，从从而而改改善善塑塑料料的使用性能。的使用性能。但但结结晶晶使使高高弹弹

23、性性、断断裂裂伸伸长长率率、抗抗冲冲击击强强度度等等性性能能下下降降，对对以以弹弹性性、韧韧性性为为主主要要使使用用性性能能的的材材料料是是不不利利的的。如如结结晶晶会使橡胶失去弹性，发生爆裂。会使橡胶失去弹性，发生爆裂。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能聚合物的非晶态结构聚合物的非晶态结构 非非晶晶态态结结构构是是一一个个比比晶晶态态更更为为普普遍遍存存在在的的聚聚集集形形态态，不不仅仅有有大大量量完完全全非非晶晶态态的的聚聚合合物物，而而且且即即使使在在晶晶态态聚聚合合物物中中也存在非晶区。也存在非晶区。非非晶晶态态结结构构包包括括玻玻璃璃态态、橡橡胶胶态态

24、、粘粘流流态态（或或熔熔融融态态）及结晶聚合物中的非晶区。及结晶聚合物中的非晶区。由由于于对对非非晶晶态态结结构构的的研研究究比比对对晶晶态态结结构构的的研研究究要要困困难难的的多多，因因而而对对非非晶晶态态结结构构的的认认识识还还较较粗粗浅浅。目目前前主主要要有有两两种种理理论论模模型型，即即两两相相球球粒粒模模型型和和无无规规线线团团模模型型，两两者者尚尚存存争争议，无定论。议，无定论。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能聚合物的液晶态聚合物的液晶态 液液晶晶态态是是晶晶态态向向液液态态转转化化的的中中间间态态，既既具具有有晶晶态态的的有有序序性（导致各向异性

25、），又具有液态的连续性和流动性性（导致各向异性），又具有液态的连续性和流动性。根据形成条件的不同分为：根据形成条件的不同分为：热致性液晶热致性液晶：受热熔融形成各向异性熔体；：受热熔融形成各向异性熔体；溶致性液晶溶致性液晶：溶于某种溶剂而形成各向异性的溶液。：溶于某种溶剂而形成各向异性的溶液。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能（1）高分子液晶形成条件高分子液晶形成条件 聚合物要形成液晶，必须满足以下条件：聚合物要形成液晶，必须满足以下条件：（i）分分子子链链具具有有刚刚性性或或一一定定刚刚性性，并并且且分分子子的的长长度度与与宽宽度度之比之比R1，即分子是棒状或

26、接近于棒状的构象。即分子是棒状或接近于棒状的构象。（ii）分子链上含有苯环或氢键等结构；分子链上含有苯环或氢键等结构；（iii）若形成胆甾型液晶还必须含有不对称碳原子。若形成胆甾型液晶还必须含有不对称碳原子。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能（2）高分子液晶的分类）高分子液晶的分类 高分子液晶有三种不同的结构类型：近晶型、向列型和高分子液晶有三种不同的结构类型：近晶型、向列型和胆甾型。胆甾型。近晶型近晶型（i）近晶型近晶型：棒状分子通过垂直于分子：棒状分子通过垂直于分子长轴方向的强相互作用，互相平行排列长轴方向的强相互作用，互相平行排列成层状结构，分子轴垂直于层

27、面。棒状成层状结构，分子轴垂直于层面。棒状分子只能在层内活动。分子只能在层内活动。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能向列型向列型（ii）向列型向列型：棒状分子虽然也平行排列，但长短不一，不分：棒状分子虽然也平行排列，但长短不一，不分层次，只有一维有序性，在外力作用下发生流动时，棒状分层次，只有一维有序性，在外力作用下发生流动时，棒状分子易沿流动方向取向，并可流动取向中互相穿越。子易沿流动方向取向，并可流动取向中互相穿越。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能（iii）胆甾型胆甾型：棒状分子分层平行排列，：棒状分子分层平行排列，在每个单

28、层内分子排列与向列型相似，在每个单层内分子排列与向列型相似，相邻两层中分子长轴依次有规则地扭转相邻两层中分子长轴依次有规则地扭转一定角度，分子长轴在旋转一定角度，分子长轴在旋转3600后复原。后复原。两个取向相同的分子层之间的距两个取向相同的分子层之间的距离称为胆甾型液晶的离称为胆甾型液晶的螺距螺距。胆甾型胆甾型塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能聚合物的取向态聚合物的取向态 取取向向(orientation)：在在外外力力作作用用下下，分分子子链链沿沿外外力力方方向向平行排列。平行排列。聚聚合合物物的的取取向向现现象象包包括括分分子子链链、链链段段的的取取向向以

29、以及及结结晶晶聚合物的晶片等沿外力方向的择优排列。聚合物的晶片等沿外力方向的择优排列。未未取取向向的的聚聚合合物物材材料料是是各各向向同同性性的的，即即各各个个方方向向上上的的性性能能相相同同。而而取取向向后后的的聚聚合合物物材材料料，在在取取向向方方向向上上的的力力学学性性能能得得到到加加强强，而而与与取取向向垂垂直直的的方方向向上上，力力学学性性能能可可能能被被减减弱弱。即即取取向向聚聚合合物物材材料料是是各各向向异异性性的的，即即方方向向不不同同，性性能能不同。不同。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能无定形无定形 取向未结晶取向未结晶 结晶未取向结晶未取向

30、 结晶取向结晶取向塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能聚合物的取向一般有两种方式：聚合物的取向一般有两种方式：单轴取向单轴取向：在一个轴向上施以外力，使分子链沿一个：在一个轴向上施以外力，使分子链沿一个方向取向。方向取向。如纤维纺丝：如纤维纺丝：再如薄膜的单轴拉伸再如薄膜的单轴拉伸塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能双轴取向双轴取向：一般在两个垂直方向施加外力。如薄膜双轴拉：一般在两个垂直方向施加外力。如薄膜双轴拉伸，使分子链取向平行薄膜平面的任意方向。在薄膜平面伸，使分子链取向平行薄膜平面的任意方向。在薄膜平面的各方向的性能相近，但

31、薄膜平面与平面之间易剥离。的各方向的性能相近，但薄膜平面与平面之间易剥离。薄膜的双轴拉伸取向：薄膜的双轴拉伸取向：塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能聚合物的共混聚合物的共混 所所谓谓共共混混聚聚合合物物(polymer blend)是是通通过过简简单单的的工工艺艺过过程程把把两两种种或或两两种种以以上上的的均均聚聚物物或或共共聚聚物物或或不不同同分分子子量量、不不同同分分子子量量分分布布的的同同种种聚聚合合物物混混合合而而成成的的聚聚合合物物材材料料，也也称称聚聚合物合金合物合金。通通过过共共混混可可以以获获得得原原单单一一组组分分没没有有的的一一些些新新的的综

32、综合合性性能能，并并且且可可通通过过混混合合组组分分的的调调配配（调调节节各各组组分分的的相相对对含含量量）来获得适应所需性能的材料。来获得适应所需性能的材料。共共混混与与共共聚聚的的作作用用相相类类似似，共共混混是是通通过过物物理理的的方方法法把把不不同同性性能能的的聚聚合合物物混混合合在在一一起起；而而共共聚聚则则是是通通过过化化学学的的方方法法把不同性能的聚合物链段连在一起。把不同性能的聚合物链段连在一起。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能通过共混可带来多方面的好处：通过共混可带来多方面的好处：（1）改善高分子材料的机械性能；）改善高分子材料的机械性能；（

33、2）提高耐老化性能；）提高耐老化性能；（3）改善材料的加工性能；）改善材料的加工性能；（4）有利于废弃聚合物的再利用。）有利于废弃聚合物的再利用。共共混混与与共共聚聚相相比比，工工艺艺简简单单，但但共共混混时时存存在在相相容容性性问问题题，若若两两种种聚聚合合物物共共混混时时相相容容性性差差，混混合合程程度度（相相互互的的分分散散程程度度）很很差差，易出现宏观的相分离，达不到共混的目的，无实用价值。易出现宏观的相分离，达不到共混的目的，无实用价值。通过加入相容剂（增容剂）来提高聚合物共混的相容性。通过加入相容剂（增容剂）来提高聚合物共混的相容性。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性

34、能树脂的结构与性能聚合物的力学性能聚合物的力学性能 聚聚合合物物的的力力学学性性能能指指的的是是其其受受力力后后的的响响应应，如如形形变变大大小小、形形变变的的可可逆逆性性及及抗抗破破损损性性能能等等，这这些些响响应应可可用用一一些些基基本本的的指指标标来来表征。表征。表征力学性能的基本指标表征力学性能的基本指标（1）应变与应力）应变与应力 材材料料在在外外力力作作用用下下，其其几几何何形形状状和和尺尺寸寸所所发发生生的的变变化化称称应应变变或或形形变变，通通常常以以单单位位长长度度（面面积积、体体积积）所所发发生生的的变变化化来表征。来表征。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能

35、树脂的结构与性能 材材料料在在外外力力作作用用下下发发生生形形变变的的同同时时，在在其其内内部部还还会会产产生生对对抗抗外外力力的的附附加加内内力力，以以使使材材料料保保持持原原状状，当当外外力力消消除除后后，内内力力就就会会使使材材料料回回复复原原状状并并自自行行逐逐步步消消除除。当当外外力力与与内内力力达达到到平平衡衡时时，内内力力与与外外力力大大小小相相等等，方方向向相相反反。单单位位面面积积上上的的内内力力定定义义为为应力应力。材材料料受受力力方方式式不不同同，发发生生形形变变的的方方式式亦亦不不同同，材材料料受受力力方方式式主要有以下三种基本类型：主要有以下三种基本类型：（i）简单拉

36、伸（简单拉伸（drawing)：材材料料受受到到一一对对垂垂直直于于材材料料截截面面、大大小小相相等等、方方向向相相反反并并在在同同一直线一直线上的外力作用。上的外力作用。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能拉伸应力拉伸应力 =F/A0 （A0为材料的起始截面积）为材料的起始截面积）拉伸应变（相对伸长率）拉伸应变（相对伸长率）=（l-l0）/l0=l/l0简单拉伸示意图简单拉伸示意图A0l0l lAFF 材料在拉伸作用下产生的形变称为材料在拉伸作用下产生的形变称为拉伸应变拉伸应变，也称，也称相对相对伸长率伸长率（）。）。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构

37、与性能树脂的结构与性能（ii）简单剪切简单剪切(shearing)材料受到与截面平行、大小相等、方向相反，但不在一条材料受到与截面平行、大小相等、方向相反，但不在一条直线上的两个外力作用，使材料发生偏斜。其偏斜角的正切值直线上的两个外力作用，使材料发生偏斜。其偏斜角的正切值定义为剪切应变（定义为剪切应变（）。）。A0FF 简单剪切示意图简单剪切示意图 剪切应变剪切应变 =tg 剪切应力剪切应力 s=F/A0塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能（iii）均匀压缩均匀压缩（pressurizing)材料受到均匀压力压缩时发生的体积形变称材料受到均匀压力压缩时发生的体积

38、形变称压缩应变压缩应变（V）。）。A0材料经压缩以后，体积由材料经压缩以后，体积由V0缩小为缩小为V，则压缩应变：则压缩应变：V=（V0-V）/V0=V/V0塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能材料受力方式除以上三种基本类型外，还有弯曲和扭转。材料受力方式除以上三种基本类型外，还有弯曲和扭转。（iv）弯曲弯曲（bending)对材料施加一弯曲力矩，使材料发生弯曲。主要有两种形对材料施加一弯曲力矩，使材料发生弯曲。主要有两种形式：式：F一点弯曲一点弯曲（1-point bending）F三点弯曲三点弯曲（3-point bending）塑塑 料料 包包 装装 材材

39、料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能（v）扭转扭转（torsion）：）：对材料施加扭转力矩。对材料施加扭转力矩。FF（2）弹性模量）弹性模量 是指在弹性形变范围内是指在弹性形变范围内单位应变所需应力的大小单位应变所需应力的大小。是材料。是材料刚性的一种表征。分别对应于以上三种材料受力和形变的基本刚性的一种表征。分别对应于以上三种材料受力和形变的基本类型的模量如下：类型的模量如下：拉伸模量拉伸模量（杨氏模量）（杨氏模量）E：E=/剪切模量剪切模量（刚性模量）（刚性模量）G：G=s/体积模量体积模量（本体模量）（本体模量）B：B=p/V塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构

40、与性能（3）硬度硬度：是衡量材料表面承受外界压力能力的一种指标。：是衡量材料表面承受外界压力能力的一种指标。（4）机械强度）机械强度 当材料所受的外力超过材料的承受能力时，材料就发生破当材料所受的外力超过材料的承受能力时，材料就发生破坏。机械强度是衡量材料抵抗外力破坏的能力，是指在一定条坏。机械强度是衡量材料抵抗外力破坏的能力，是指在一定条件下材料所能承受的最大应力。件下材料所能承受的最大应力。根据外力作用方式不同，主要有以下三种：根据外力作用方式不同，主要有以下三种：（i）抗张强度抗张强度 衡量材料抵抗衡量材料抵抗拉伸拉伸破坏的能力，也称破坏的能力，也称拉伸强度拉伸强度。塑塑 料料 包包 装

41、装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能厚度厚度d宽度宽度b 在规定试验温度、湿度和实验速度下，在标准试样上沿轴向在规定试验温度、湿度和实验速度下，在标准试样上沿轴向施加拉伸负荷，直至试样被拉断。施加拉伸负荷，直至试样被拉断。PP 试样断裂前所受的最大负荷试样断裂前所受的最大负荷P与试样横截面积之比为抗张强与试样横截面积之比为抗张强度度 t：t =P/b d塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能（ii）抗弯抗弯强度强度 也称挠曲强度或弯曲强度。抗弯强度的测定是在规定的试也称挠曲强度或弯曲强度。抗弯强度的测定是在规定的试验条件下，对标准试样施加一静止弯曲力矩，直

42、至试样断裂。验条件下，对标准试样施加一静止弯曲力矩，直至试样断裂。设试验过程中最大的负荷为设试验过程中最大的负荷为P，则抗弯强度则抗弯强度 f为：为：f =1.5Pl0/bd2 Pdbl0/2l0/2抗弯强度测定试验示意图抗弯强度测定试验示意图塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能（iii）冲击强度冲击强度（impact stength)（i）冲冲击击强强度度也也称称抗抗冲冲强强度度,定定义义为为试试样样受受冲冲击击负负荷荷时时单单位位截截面面积积所所吸吸收收的的能能量量。是是衡衡量量材材料料韧韧性性的的一一种种指指标标。测测定定时时基基本本方法与抗弯强度测定相似，

43、但其作用力是运动的，不是静止的。方法与抗弯强度测定相似，但其作用力是运动的，不是静止的。试样断裂时吸收的能量等于断裂时冲击头所做的功试样断裂时吸收的能量等于断裂时冲击头所做的功W，因此冲因此冲击强度为：击强度为：i=W/bd冲击强度测定试验示意图冲击强度测定试验示意图冲击头，以一定速度对试样实冲击头，以一定速度对试样实施冲击施冲击Pbl0/2l0/2d塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能聚合物的力学状态及其转变聚合物的力学状态及其转变 聚聚合合物物的的物物理理状状态态从从热热力力学学和和动动力力学学不不同同角角度度可可分分为为相相态态和聚集态。和聚集态。相相态态是

44、是热热力力学学概概念念，由由自自由由焓焓、温温度度、压压力力和和体体积积等等热热力力学学参参数数决决定定。相相态态转转变变伴伴随随着着热热力力学学参参数数的的突突变变。相相态态的的转转变变仅与热力学参数有关，而与过程无关，也称仅与热力学参数有关，而与过程无关，也称热力学状态热力学状态。聚聚集集态态是是动动力力学学概概念念，是是根根据据物物体体对对外外场场（外外部部作作用用）特特别别是是外外力力场场的的响响应应特特性性进进行行划划分分，所所以以也也常常称称为为力力学学状状态态。力力学状态涉及松弛过程，与时间因素密切相关。学状态涉及松弛过程，与时间因素密切相关。聚聚合合物物在在不不同同外外力力条条

45、件件下下所所处处的的力力学学状状态态不不同同，表表现现出出的的力学性能也不同。力学性能也不同。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能非晶态聚合物的力学三态及其转变非晶态聚合物的力学三态及其转变 若对某一非晶态聚合物试样施加一恒定外力，观察试若对某一非晶态聚合物试样施加一恒定外力，观察试样在等速升温过程中发生的形变与温度的关系，便得到该样在等速升温过程中发生的形变与温度的关系，便得到该聚合物试样的聚合物试样的温度温度-形变曲线形变曲线（或称（或称热热-机械曲线机械曲线）。）。非晶态聚合物典型的热非晶态聚合物典型的热-机械曲线如下图，存在两个斜机械曲线如下图，存在两个斜

46、率突变区，这两个突变区把热率突变区，这两个突变区把热-机械曲线分为三个区域，分机械曲线分为三个区域，分别对应于三种不同的力学状态，三种状态的性能与分子运别对应于三种不同的力学状态，三种状态的性能与分子运动特征各有不同。动特征各有不同。形形变变温度温度IIIIII塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能 在在区区域域I，温温度度低低，链链段段运运动动被被冻冻结结，只只有有侧侧基基、链链节节、链链长长、键键角角等等的的局局部部运运动动，因因此此聚聚合合物物在在外外力力作作用用下下的的形形变变小小，具具有有虎虎克克弹弹性性行行为为：形形变变在在瞬瞬间间完完成成，当当外外力力

47、除除去去后后，形形变变又又立立即即恢恢复复，表表现现为为质质硬硬而而脆脆，这这种种力力学学状状态与无机玻璃相似，称为态与无机玻璃相似，称为玻璃态玻璃态。玻玻璃璃态态温度温度形形变变IIIIII塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能 随随着着温温度度的的升升高高，链链段段运运动动逐逐渐渐“解解冻冻”，形形变变逐逐渐渐增增大大，当当温温度度升升高高到到某某一一程程度度时时，链链段段运运动动得得以以充充分分发发展展，形形变变发发生生突突变变，进进入入区区域域II，这这时时即即使使在在较较小小的的外外力力作作用用下下，也也能能迅迅速速产产生生很很大大的的形形变变，并并且且当

48、当外外力力除除去去后后，形形变变又又可可逐逐渐渐恢恢复复。这这种种受受力力能能产产生生很很大大的的形形变变，除除去去外外力力后后能能恢恢复复原原状的性能称状的性能称高弹性高弹性，相应的力学状态称，相应的力学状态称高弹态高弹态。温度温度形形变变IIIIII玻玻璃璃态态高弹态高弹态塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能 由由玻玻璃璃态态向向高高弹弹态态发发生生突突变变的的区区域域叫叫玻玻璃璃化化转转变变区区，玻玻璃璃态态开开始始向向高高弹弹态态转转变变的的温温度度称称为为玻玻璃璃化化转转变变温温度度（glass temperature)，以以Tg表示。表示。形形变变温度

49、温度IIIIII玻玻璃璃态态高弹态高弹态玻玻璃璃化化转转变变区区Tg粘流态粘流态粘粘弹弹态态转转变变区区Tf交联聚合物交联聚合物MaMbMb Ma 当当温温度度升升到到足足够够高高时时，在在外外力力作作用用下下，由由于于链链段段运运动动剧剧烈烈，导导致致整整个个分分子子链链质质量量中中心心发发生生相相对对位位移移，聚聚合合物物完完全全变变为为粘粘性性流流体体，其其形形变变不不可可逆逆，这这种种力力学学状状态态称称为为粘粘流流态态。高高弹弹态态开开始始向向粘粘流流态态转转变变的的温温度度称称为为粘粘流流温温度度，以以Tf表表示示，其其间间的的形形变变突突变变区区域域称称为为粘粘弹弹态态转转变变区

50、区。分分子子量量越越大大，Tf越越高高。交交联聚合物由于分子链间有化学键连接，不能发生相对位移，不出现粘流态。联聚合物由于分子链间有化学键连接，不能发生相对位移，不出现粘流态。玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的结构与性能树脂的结构与性能晶态聚合物的力学状态及其转变晶态聚合物的力学状态及其转变 在在轻轻度度结结晶晶的的聚聚合合物物中中，少少量量的的晶晶区区起起类类似似交交联联点点的的作作用用，当当温温度度升升高高时时，其其中中非非晶晶区区由由玻玻璃璃态态转转变变为为高高弹弹态态，可可以以观观察察到到Tg的