高分子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系

1、高分子聚合物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系匯報(bào)人：萬(wàn)偉2014.7.21熵彈性和玻璃化轉(zhuǎn)變聚合物結(jié)晶應(yīng)力應(yīng)變性能主要內(nèi)容絕緣性 重量輕透明性 色彩易加工化學(xué)惰性高彈性高韌性 高分子的一般性質(zhì)1.熵彈性和玻璃化轉(zhuǎn)變兩種彈性能彈性：以降低能量為驅(qū)動(dòng)力的彈性熵彈性：以熵增為驅(qū)動(dòng)力的彈性氣體分子構(gòu)成橡膠彈性體的三個(gè)要件 必須由長(zhǎng)鏈聚合物構(gòu)成 聚合物鏈必須具有高度柔性， 保證材料可以發(fā)生大變形 保證外力去除后在熵增驅(qū)動(dòng)下形變回復(fù) 基團(tuán)的體積、極性、數(shù)量、距離、對(duì)稱(chēng)性 聚合物鏈必須為交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)聚合物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)玻璃態(tài)橡膠態(tài)粘流態(tài)1 玻璃區(qū)：分子內(nèi)旋2 轉(zhuǎn)變區(qū)：不同長(zhǎng)度鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)3 橡膠平臺(tái)：纏結(jié)點(diǎn)起到臨時(shí)交聯(lián)點(diǎn)作用，鏈段

2、運(yùn)動(dòng)，整鏈不動(dòng)4 粘流態(tài)：整鏈發(fā)生流動(dòng)不可逆塑性形變熱焓松弛松弛過(guò)程: 體系受到擾動(dòng)后向新平衡態(tài)的過(guò)渡溫度高：鏈段運(yùn)動(dòng)易溫度低：鏈段運(yùn)動(dòng)難差示掃描量熱計(jì)(DSC)玻璃化溫度Tg的影響因素 鏈柔性影響 分子量 壓力 共聚 共混 交聯(lián)“海-島結(jié)構(gòu)”聚合物共混分為三大類(lèi)：1. 均相體系2. 非均相體系 “海-島結(jié)構(gòu)”，為一種兩相體系，且一相為連續(xù)相，一相為分散相 “海-海結(jié)構(gòu)”， 也是兩相體系，但兩相皆為連續(xù)相，相互貫穿。 兩相之間界面結(jié)合的良好與否，無(wú)疑會(huì)對(duì)共混物的性能產(chǎn)生重要影響。相容性共混物各組分彼此相互容納，形成宏觀均勻材料的能力。(1)完全相容：形成的共混物只有一個(gè)Tg；(2)部分相容：共

3、混后，形成的共混物仍有兩個(gè)Tg，與混合前相比，兩個(gè)Tg相互靠近了；(3)不相容：共混后仍是兩個(gè)Tg，且其位置與混合前基本相同。2.聚合物結(jié)晶聚合物結(jié)晶取決于聚合物分子的規(guī)整性規(guī)整性化學(xué)結(jié)構(gòu)規(guī)整性：頭尾結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)規(guī)整性：順?lè)串悩?gòu)，全同、間同、無(wú)規(guī)基團(tuán)太大，運(yùn)動(dòng)困難，延緩結(jié)晶結(jié)晶過(guò)程：先成核，再擴(kuò)散生長(zhǎng)成核劑的加入會(huì)減小球晶尺寸，增大透明度，提高韌性，提高結(jié)晶溫度(1) 直徑從0.11cm(2) 結(jié)晶度遠(yuǎn)低于100%(3) 由纖維狀晶片(晶疊)組成(4) 沿徑向恒速增長(zhǎng)(5) 分子鏈垂直于徑向(6) 交叉偏振光下可觀察到Maltese十字球晶熔體結(jié)晶中常見(jiàn)的成核方式與晶體形態(tài)點(diǎn)成核：生成球晶 行

4、成核：生成串晶 面成核：生成橫晶聚合物結(jié)晶的影響因素溫度： 溫度高，成核難，晶核少但擴(kuò)散易 溫度低，成核易，晶核多但擴(kuò)散難拉伸： 拉伸使分子鏈的熵值降低，加快結(jié)晶速率分子量： 分子量越高，結(jié)晶速率越慢溶劑： 降低結(jié)晶速率取向一維取向：拉伸，如紡絲過(guò)程二維取向：吹膜或雙向拉伸取向方向上原子之間的作用力以化學(xué)鍵為主，垂直取向方向原子之間的作用力以范德華力為主取向度的測(cè)定方法雙折射法聲速法紅外二色法X光衍射法力學(xué)性能：抗張強(qiáng)度及撓曲疲勞強(qiáng)度在取向方向上大大增加，而與其垂直的方向上降低光學(xué)性能：雙折射現(xiàn)象熱學(xué)性能：Tg提高，結(jié)晶度增加取向可誘導(dǎo)結(jié)晶，提高結(jié)晶速率3.應(yīng)力應(yīng)變性能胡克定律：符合胡克定律的

5、固體稱(chēng)胡克固體，亦稱(chēng)理想彈性體，應(yīng)變與應(yīng)變呈線性關(guān)系。固體這種對(duì)外力的響應(yīng)稱(chēng)線性彈性響應(yīng)牛頓流體定律：符合牛頓流體定律的流體稱(chēng)牛頓流體，亦稱(chēng)理想粘流體，應(yīng)變與應(yīng)變速率呈線性關(guān)系。液體這種對(duì)外力的響應(yīng)稱(chēng)線性粘性響應(yīng)G粘彈性彈性：存在一個(gè)與外力平衡的應(yīng)變，達(dá)到平衡，形變停止粘性：不存在與外力平衡的應(yīng)變，外力不去，形變不止G聚合物：粘彈性G影響粘度的兩個(gè)最重要因素：溫度與剪切溫度RTEe/0影響本質(zhì)是運(yùn)動(dòng)能力剪切1naK影響本質(zhì)是鏈伸展柔性分子鏈對(duì)剪切敏感剛性分子鏈對(duì)溫度敏感蠕變及回復(fù)曲線0J恒定應(yīng)力下材料的形變隨時(shí)間發(fā)展的過(guò)程 鏈段沿外力方向開(kāi)始取向 吸收能量，是聚合物韌性的根源 溫度越低，受迫成分越大，屈服強(qiáng)度越高 屈服發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生銀紋和剪切帶屈服(1) 使用溫度必須高于橡膠的玻璃化溫度(2) 橡膠必須構(gòu)成另一相，不能與塑料互溶，但要與塑料有一定粘合性(3) 橡膠粒子應(yīng)處于最佳粒度(4) 橡膠粒子要達(dá)到一定用量在脆性塑料中加入橡膠粒子: 引發(fā)銀紋和終止銀紋增韌 彈性體增韌體系(1)損害了材料寶貴的強(qiáng)度和剛性(2)影響了加工流動(dòng)性和耐熱變形性(3)使材料的成本提高剛性粒子增韌體系(1)提高材料抗沖性能的同