聚合物結(jié)構(gòu)性能

聚合物結(jié)構(gòu)性能2023/5/6第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四3.聚合物在成型過程中的物理變化和化學(xué)變化有哪些?問題：1.什么是熱塑性？什么是熱固性？2.聚合物的熱力學(xué)性能是什么？2023/5/6第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四基本內(nèi)容：1.了解聚合物的分子鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)；2.理解熱塑性、熱固性兩個(gè)概念，二者的區(qū)別；3.掌握聚合物的熱力學(xué)性能和加工工藝性。1.重點(diǎn)：熱塑性、熱固性的概念；重點(diǎn)難點(diǎn)：2.難點(diǎn)：對(duì)概念的理解聚合物的熱力學(xué)性能。2023/5/6第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四1．聚合物的分子結(jié)構(gòu)1.1聚合物的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)nCH2＝CH2—CH2—CH2—n乙烯聚乙烯鏈節(jié)：聚合物中重復(fù)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)單元，如聚乙烯的結(jié)構(gòu)單元是－CH2—CH2—。分子鏈：由許多鏈節(jié)構(gòu)成的一個(gè)很長的聚合物分子。單體：能合成聚合物的小分子物質(zhì)，如聚乙烯的單體是CH2=CH2。聚合度：聚合物分子結(jié)構(gòu)中的n值表示聚合物中鏈節(jié)的重復(fù)次數(shù)，n值越大，相對(duì)分子質(zhì)量越大。2023/5/6第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四—CH2—CH2—n2．聚合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)1.1聚合物的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2023/5/6第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四線型聚合物帶有支鏈的線型聚合物體型聚合物3．聚合物的分子鏈結(jié)構(gòu)示意圖1.1聚合物的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2023/5/6第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四熱塑性：線型聚合物的物理特性是具有彈性和塑性，在適當(dāng)?shù)娜軇┲锌梢匀芙猓?dāng)溫度升高時(shí)則軟化至熔化狀態(tài)而流動(dòng)，且這種特性在聚合物成型前、成型后都有存在，因而可以反復(fù)成型，這樣的聚合物具有熱塑性，稱為熱塑性聚合物。熱固性：體型聚合物的物理特性是脆性大、彈性較高和塑性很低，成型前是可溶和可熔的，而一經(jīng)硬化成型（化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)）后，就成為既不溶又不熔的固體，即使在再高的溫度下（甚至被燒焦碳化）也不會(huì)軟化，這樣的聚合物稱為熱固性聚合物。4．聚合物的性質(zhì)1.1聚合物的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2023/5/6第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)晶型聚合物無定形聚合物5．聚合物的聚集形態(tài)及性能固態(tài)、液態(tài)1.1聚合物的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2023/5/6第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四長鏈分子分子長鏈具有柔性高分子鏈間一旦有交聯(lián)結(jié)構(gòu)存在將不溶不熔聚合物存在晶態(tài)和非晶態(tài)兩種具有取向性6．聚合物分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1.1聚合物的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2023/5/6第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四1.2聚合物的熱力學(xué)性能1．聚合物的熱力學(xué)性能熱力學(xué)曲線：線型無定型聚合物和線型結(jié)晶型聚合物受恒定壓力時(shí)的變形程度與溫度的關(guān)系曲線。2023/5/6第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四各溫度點(diǎn)含義：θb：脆化溫度g：玻璃化溫度θf：粘流溫度θd：熱分解溫度θ線型無定形聚合物的熱力學(xué)性能1.2聚合物的熱力學(xué)性能1．聚合物的熱力學(xué)性能2023/5/6第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四各物理狀態(tài)：高彈態(tài)：粘流態(tài)：玻璃態(tài)：線型無定形聚合物的熱力學(xué)性能1.2聚合物的熱力學(xué)性能1．聚合物的熱力學(xué)性能2023/5/6第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四θm：熔點(diǎn)線型結(jié)晶型聚合物的熱力學(xué)性能1.2聚合物的熱力學(xué)性能1．聚合物的熱力學(xué)性能2023/5/6第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四由于分子運(yùn)動(dòng)阻力很大，一般隨溫度發(fā)生的力學(xué)狀態(tài)變化很小，所以通常不存在粘流態(tài)或高彈態(tài)，即遇熱不熔，高溫時(shí)則分解。體型聚合物的熱力學(xué)性能1.2聚合物的熱力學(xué)性能1．聚合物的熱力學(xué)性能2023/5/6第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四2．聚合物的加工工藝性玻璃態(tài):

車、銑、刨、鋸、鉆、銼高彈態(tài):

沖壓、鍛造、壓延、氣動(dòng)成型粘流態(tài):

注射、壓縮、壓注、擠出等1.2聚合物的熱力學(xué)性能2023/5/6第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四熱塑性塑料在不同狀態(tài)下的物理、工藝性能狀態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)溫度θg以下θg～θfθf～θd分子狀態(tài)分子糾纏為無規(guī)則線團(tuán)或卷曲狀分子鏈展開，鏈段運(yùn)動(dòng)高分子鏈運(yùn)動(dòng)，彼此滑移物理狀態(tài)堅(jiān)硬的固態(tài)高彈態(tài)固態(tài)，橡膠狀塑性狀態(tài)或高粘滯狀態(tài)加工可能性可作為結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行車、銑、刨、銼、鋸、鉆等機(jī)械加工彎曲、吹塑、壓延、沖壓等，成型后會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力可注射、擠出、壓縮、壓注等，成型后應(yīng)力小2．聚合物的加工工藝性1.2聚合物的熱力學(xué)性能2023/5/6第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四1.溫度和壓力對(duì)粘度的影響溫度對(duì)粘度的影響●粘度對(duì)溫度敏感的塑料：PMMA、PC、PA壓力對(duì)粘度的影響●粘度對(duì)壓力敏感的塑料：PE、PP、POM1.3聚合物的流動(dòng)狀態(tài)分析2023/5/6第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四2.影響塑料熔體流動(dòng)過程中的壓力損失△p的因素：1.3聚合物的流動(dòng)狀態(tài)分析2023/5/6第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四1)壓力損失△p和流動(dòng)距離L成正比，隨著流動(dòng)距離L的增加而增大。2)壓力損失△p和流道（包括型腔）的截面尺寸有關(guān)。3)壓力損失△p和熔體的表觀粘度成正比，表觀粘度越大，壓力損失也越大。(公式1.20)(公式1.25)2.影響塑料熔體流動(dòng)過程中的壓力損失△p的因素：1.3聚合物的流動(dòng)狀態(tài)分析2023/5/6第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四1.聚合物在成型過程中的結(jié)晶聚合物的結(jié)構(gòu)分為：結(jié)晶型和無定形兩種●結(jié)晶度：結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶程度，結(jié)晶區(qū)在聚合物中所占的重量百分比?！窠Y(jié)晶型聚合物在成型過程中能否結(jié)晶，取決于成型時(shí)的冷卻速率。●工業(yè)上常采用熱處理的方法（烘若干時(shí)間）使結(jié)晶型聚合物達(dá)到設(shè)計(jì)要求的結(jié)晶度，從而改變具有結(jié)晶傾向的聚合物所成型的塑件性能?！?.4聚合物在成型過程中的物理和化學(xué)變化2023/5/6第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四2.聚合物在成型過程中的取向作用在聚合物成型過程中，由于受剪切力和拉伸力的作用，聚合物會(huì)發(fā)生取向作用?！袢∠蚍诸悾毫鲃?dòng)取向和拉伸取向●注射成型過程中固體填料的流動(dòng)取向●注射成型過程中聚合物分子的流動(dòng)取向●橫直沖擊試驗(yàn)1.4聚合物在成型過程中的物理和化學(xué)變化2023/5/6第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四3.成型過程中聚合物的降解聚合物成型塑件是在高溫和應(yīng)力作用下進(jìn)行的，因此，聚合物分子可能由于受到熱和應(yīng)力的作用或由于高溫下聚合物中微量水分、酸、堿等雜質(zhì)及空氣中氧的作用而導(dǎo)致其相對(duì)分子質(zhì)量降低，使聚合物的大分子結(jié)構(gòu)發(fā)生化學(xué)變化。通常把相對(duì)分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象稱為降解。●1.4聚合物在成型過程中的物理和化學(xué)變化2023/5/6第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四加工過程中減少和避免聚合物降解的措施：●1)嚴(yán)禁控制原材料的技術(shù)指標(biāo)和使用合格的原材料;2)使用前對(duì)聚合物進(jìn)行嚴(yán)格的干燥;3)確定合理的加工工藝和加工條件;4)使用附加劑(抗氧化劑、穩(wěn)定劑)。3.成型過程中聚合物的降解1.4聚合物在成型過程中的物理和化學(xué)變化2023/5/6第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四4.成型過程中聚合物的交聯(lián)聚合物的交聯(lián)反應(yīng)也叫固化反應(yīng)，只發(fā)生在熱固性塑料中●1.4聚合物在成型過程中的物理和化學(xué)變化2023/5/6第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期四思考與練習(xí)：1.聚合物的熱塑性和熱固性是什么？2.聚合物的物理狀態(tài)有哪幾種？3.繪出聚合物的熱力學(xué)曲線圖