合成纖維的基礎(chǔ)知識(shí)第一章

合成纖維的基礎(chǔ)知識(shí)第一章第1頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1基本概念（１）什么是高分子化合物？由許多相同的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)單元通過(guò)共價(jià)鍵重復(fù)連接而成的鏈狀或網(wǎng)狀分子,且分子量在10000以上.１．凡是分子量大于10000以上的聚合物都是高分子化合物．高分子的特征不在其分子量高，而在其長(zhǎng)鏈狀結(jié)構(gòu)第2頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（２）相對(duì)分子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量分布100200300400130化合物數(shù)目n相對(duì)分子質(zhì)量名稱１16甲烷６～８86~114石油英18~22254~310凡士林20~30282~422石蠟2000~2000028000~280000聚乙烯H－(CH2)n－H1.1基本概念第3頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聚合物分子量特點(diǎn)聚合物分子量比低分子大幾個(gè)數(shù)量極，一般在103~107之間

除了有限的幾種蛋白質(zhì)高分子外，聚合物分子量是不均一的，具有多分散性。聚合物的分子量描述需給出分子量的統(tǒng)計(jì)平均值和試樣的分子量分布（２）相對(duì)分子質(zhì)量和相對(duì)分子質(zhì)量分布1.1基本概念分子量相對(duì)數(shù)目第4頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常見(jiàn)聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量塑料M/萬(wàn)纖維M/萬(wàn)橡膠M/萬(wàn)HDPE6～30滌綸1.8～2.3天然橡膠20～40PVC5～15尼龍661.2～1.8丁苯橡膠15～20PS10～30維尼綸6～7.5順丁橡膠25～30PC2～6纖維素50～102氯丁橡膠10～121.1基本概念第5頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題高分子化合物分子量對(duì)纖維的制備有什么影響？1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)分子量粘度纖維成型分子鏈間相互作用力第6頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）專用名詞主鏈側(cè)鏈或側(cè)基端基單體結(jié)構(gòu)單元重復(fù)單元聚合度連接在主鏈原子上的原子集合或原子骨架結(jié)構(gòu)生成高分子的那些低分子原料與聚合單體相對(duì)應(yīng)的化學(xué)單位化學(xué)組成重復(fù)的最小單位重復(fù)單元的數(shù)目1.1基本概念第7頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（３）專用名詞請(qǐng)?jiān)谙旅娼Y(jié)構(gòu)式中指出上述專用名詞的位置，并說(shuō)出單體名稱．1.1基本概念第8頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月－NH-(CH2)6-NH-C-(CH2)4-C-NH-(CH2)6-NH-C-(CH2)4-C－NH2-(CH2)6-NH2HOOC-(CH2)4-COOH+=O=O=O=O結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元重復(fù)單元結(jié)構(gòu)單元≠重復(fù)單元（３）專用名詞1.1基本概念第9頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳鏈高分子

Carbonchainpolym

雜鏈高分子Heterochainpolymer

元素高分子

Elementarychainpolymer按主鏈結(jié)構(gòu)分類按性能和用途分類塑料橡膠纖維膠黏劑涂料功能高分子聚合物基復(fù)合材料（４）分類1.1基本概念第10頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2聚乙烯聚四氟乙烯CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2(A)碳鏈高分子（４）分類1.1基本概念第11頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2尼龍CH2OCH2CH2CH2CH2OOOOO聚甲醛(B)雜鏈高分子（除C以外，還含N，O，S）NH＝COC＝ONH（４）分類1.1基本概念第12頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月加聚反應(yīng)：是指聚合產(chǎn)物的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的組成與單體相同的聚合反應(yīng)，其聚合產(chǎn)物稱加聚物。例：聚苯乙烯縮聚反應(yīng)：是指聚合產(chǎn)物的分子組成比單體分子少若干原子，即在聚合反應(yīng)過(guò)程中伴隨有水等小分子副產(chǎn)物生成，其聚合產(chǎn)物稱縮聚物。例：聚酯(５)聚合反應(yīng)的類別根據(jù)聚合物和單體元素組成和結(jié)構(gòu)的變化1.1基本概念第13頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月兩官能團(tuán)的單體、三官能團(tuán)單體反應(yīng)可形成什么形狀的大分子？第14頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)命名法例：聚（１－氯代乙撐）通俗命名法例１:聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯例２：環(huán)氧樹(shù)脂、聚脂、聚酰胺保護(hù)商品名稱或?qū)＠虡?biāo)名稱

習(xí)慣名稱例：尼龍、滌淪縮寫例：PVC、PS、PMMA、PA66、PET(６)命名以單體或假想的單體名稱前加“聚”以高分子的特征結(jié)構(gòu)命名1.1基本概念第15頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)定義；分子中由化學(xué)鍵固定的原子空間排布方式稱作構(gòu)型（configuration)，又稱為異構(gòu)（１）構(gòu)型旋光異構(gòu)體幾何異構(gòu)體主鏈含有手性C原子主鏈含有孤立雙鍵第16頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ⅰ旋光異構(gòu)體以聚丙烯為例1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)全同立構(gòu)間同立構(gòu)無(wú)規(guī)立構(gòu)主鏈上的C*的立體構(gòu)型紊亂無(wú)規(guī)則連接第17頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CH2CH2C＝CCH2CH2CH2C＝CCH2CH2CH2C＝CCH2C＝CCH2CCCH2CCCH2CH2CCCH2CH2CCCH2CH2CC反式順式Ⅱ幾何異構(gòu)(順?lè)串悩?gòu))重復(fù)周期：0.48?重復(fù)周期：0.816?1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)第18頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題不同構(gòu)型的高分子在性能上表現(xiàn)有什么不同？1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)構(gòu)型規(guī)整性結(jié)晶能力溶解能力熔點(diǎn)第19頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)構(gòu)單元的連接方式首-尾連接首-首連接尾-尾連接如單體CH2=CHX聚合時(shí)，所得單體單元結(jié)構(gòu)如下：首尾單體單元連接方式可有如下三種：鍵接異構(gòu)（２）鍵接異構(gòu)1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)第20頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線形星形樹(shù)枝狀梯形長(zhǎng)支化短支化線型、支鏈型、網(wǎng)狀和梯形（3）構(gòu)造環(huán)狀高分子1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)大分子鏈骨架的幾何形狀第21頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聚合物網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)互接網(wǎng)絡(luò)半互穿網(wǎng)絡(luò)互穿網(wǎng)絡(luò)1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)第22頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題你認(rèn)為什么構(gòu)造的高分子更適合制備合成纖維？為什么？1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)溶解能力熔融能力紡絲成型第23頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)構(gòu)象及形態(tài)分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)

大分子由眾多的Ｃ－Ｃ單鍵（或Ｃ－Ｎ，Ｃ－Ｏ，Ｓi－Ｏ等類單鍵）構(gòu)成的，這些單鍵是由σ電子組成的σ鍵，其電子云分布對(duì)鍵軸對(duì)稱的，所以以σ鍵連接的兩個(gè)原子可以相對(duì)旋轉(zhuǎn)，這稱為分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)．大分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)第24頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月假定C-C單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)是完全自由的高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)構(gòu)象C1C2C3C4C5C6(3)(2)(1)(4)構(gòu)象及形態(tài)1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)第25頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定義１．構(gòu)型與構(gòu)象這兩個(gè)概念有什么區(qū)別？(4)構(gòu)象及形態(tài)在分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)的作用下，大分子鏈具有很大的柔曲性，可采取各種可能的形態(tài)，每種形態(tài)所對(duì)應(yīng)原子及鍵的空間排列稱為構(gòu)象.構(gòu)象是由分子內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，是一種物理結(jié)構(gòu)．1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)第26頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定構(gòu)象伸展鏈折疊鏈無(wú)規(guī)線團(tuán)(4)構(gòu)象及形態(tài)1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)第27頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一個(gè)C-C鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)能否帶動(dòng)整根分子鏈的運(yùn)動(dòng)？(4)構(gòu)象及形態(tài)鏈段

構(gòu)象變化是由分子鏈中單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的。高分子鏈中單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)互相牽制，一個(gè)鍵轉(zhuǎn)動(dòng)，要帶動(dòng)附近一段鏈一起運(yùn)動(dòng)，我們把由若干個(gè)鍵組成的一段鏈算作一個(gè)獨(dú)立的單元，稱它為鏈段。鏈段是隨機(jī)的，鏈段長(zhǎng)度是一種統(tǒng)計(jì)平均值。定義獨(dú)立的、特有的運(yùn)動(dòng)單元第28頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)構(gòu)象及形態(tài)高分子材料在外場(chǎng)作用下，通過(guò)構(gòu)象的改變可以實(shí)現(xiàn)什么力學(xué)性能？1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)由于分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在自然狀態(tài)下，大分子鏈以卷曲狀態(tài)存在，這時(shí)相應(yīng)的構(gòu)象數(shù)最多．在外力作用下，大分子鏈可以伸展開(kāi)來(lái)，構(gòu)象數(shù)減少，當(dāng)外力除去后，大分子鏈又回復(fù)到原來(lái)的卷曲狀態(tài)，這就是大分子鏈的柔順性．柔順性柔順性影響大分子的聚集狀態(tài)第29頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月１.主鏈因素:鍵長(zhǎng)、鍵角CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH21.54?109.5SiOOOOOOSiSiSiSiSiCH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH31.64?142柔性的影響因素(4)構(gòu)象及形態(tài)1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)第30頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．主鏈因素:

CH3＝OCH3CHOO－C－(4)構(gòu)象及形態(tài)柔性的影響因素孤立雙鍵共軛雙鍵1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)第31頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.取代基團(tuán)基團(tuán)極性：-CN>Cl>CH3

柔順性排列：PAN<PVC<PP取代基的極性大，相互作用力大，分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)受阻，柔順性變差。(4)構(gòu)象及形態(tài)柔性的影響因素1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)第32頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溫度(3)構(gòu)象及形態(tài)1.2大分子鏈的結(jié)構(gòu)柔性的影響因素Ｔ提供給大分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)所需克服阻力的能量越多，分子熱運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)大分子中的原子、取代基、鏈段等越容易運(yùn)動(dòng)大分子間的相互作用力也容易克服柔順?lè)粗┯驳?3頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3聚集態(tài)結(jié)構(gòu)定義高分子化合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)指的是許許多多單個(gè)大分子在高分子化合物內(nèi)部的排列狀況及相互聯(lián)系。高分子的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)聚合物的基本性能特點(diǎn)材料的性能決定決定預(yù)定材料結(jié)構(gòu)獲得獲得控制成型加工條件預(yù)定材料性能第34頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月液體固體晶態(tài)非晶態(tài)液晶態(tài)取向結(jié)構(gòu)織態(tài)結(jié)構(gòu)1.3凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)高分子共混物的形態(tài)結(jié)構(gòu)第35頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.1晶態(tài)片晶球晶串晶纖維狀晶1.3聚集態(tài)結(jié)構(gòu)(1)結(jié)晶聚合物的形態(tài)第36頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月球晶當(dāng)結(jié)晶性聚合物從濃溶液中析出或從熔體冷卻結(jié)晶時(shí)，通常形成球晶。形成條件：球晶的基本特點(diǎn)：在于其外貌呈球狀，但在生長(zhǎng)受阻時(shí)呈現(xiàn)不規(guī)則的多面體。因此，球晶較小時(shí)呈現(xiàn)球形，晶核多并繼續(xù)生長(zhǎng)擴(kuò)大后成為不規(guī)則的多面體。直徑0.5~100m，5m以上的用電子顯微鏡可以看到。第37頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月StructureofPE、PPcrystalcell左圖：PE的晶體結(jié)構(gòu)－正交

上圖：PP的晶體結(jié)構(gòu)－單斜第38頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考長(zhǎng)的高分子鏈如何存在于晶體中？時(shí)間高分子化合物能100%結(jié)晶嗎？結(jié)晶度第39頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（２）結(jié)晶度對(duì)高聚物性能的影響力學(xué)性能光學(xué)性能熱性能耐溶劑和滲透性抗張強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度硬度尺寸穩(wěn)定性延伸度染色性1.3.1晶態(tài)第40頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2聚乙烯聚四氟乙烯CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2結(jié)構(gòu)規(guī)整、簡(jiǎn)單、對(duì)稱(3)結(jié)晶條件1.3.1晶態(tài)第41頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月概念辨析結(jié)晶性聚合物結(jié)晶聚合物高分子鏈只要結(jié)構(gòu)規(guī)整就能夠結(jié)晶嗎？在一般結(jié)晶高分子化合物中，折疊鏈與伸直鏈、結(jié)晶區(qū)與非晶區(qū)往往是共存的，共比例視大分子的結(jié)構(gòu)和結(jié)晶條件不同而不同．1.3聚集態(tài)結(jié)構(gòu)聚合物結(jié)晶能力和結(jié)晶速度的差別根本原因是不同的高分子具有不同的結(jié)構(gòu)特征,而這些結(jié)構(gòu)特征中能不能和容易不容易規(guī)整排列形成高度有序的晶格是關(guān)鍵第42頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)結(jié)晶速度及影響因素溫度壓力、溶劑、雜質(zhì)分子量1.3.1晶態(tài)結(jié)晶過(guò)程晶核的形成晶粒的生長(zhǎng)均相成核高分子鏈段依靠熱運(yùn)動(dòng)形成有序排列的鏈?zhǔn)ňШ耍袝r(shí)間依賴性。分子量M大，結(jié)晶速度慢第43頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溫度對(duì)結(jié)晶速度的影響晶核的形成晶體的生長(zhǎng)與溫度有不同的依賴性低溫有利晶核的形成和穩(wěn)定高溫有利晶體的生長(zhǎng)結(jié)晶速度與溫度呈單峰形,存在最大結(jié)晶溫度Tmax1.3.1晶態(tài)第44頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月壓力、溶劑、雜質(zhì)對(duì)結(jié)晶的影響壓力、應(yīng)力加速結(jié)晶溶劑誘導(dǎo)結(jié)晶雜質(zhì)（添加劑）若起晶核作用，則促進(jìn)結(jié)晶，稱為“成核劑”若起隔閡分子作用，則可能阻礙結(jié)晶生長(zhǎng)1.3.1晶態(tài)取向第45頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(5)熔融過(guò)程聚合物熔融有一較寬的溫度范圍，約10°C左右,稱作熔限.熔融終點(diǎn)曲線上也出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折溫度對(duì)于不同條件下獲得的同一種聚合物有相同的轉(zhuǎn)折溫度.體積-溫度變化曲線熔限10°CTerminating1.3.1晶態(tài)第46頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在完全無(wú)定形區(qū)，分子鏈排列比較散亂，分子間堆砌比較松散，分子間力較小。分子間存在著許多間隙和空洞，在這些區(qū)域內(nèi)大分子間既有結(jié)合點(diǎn)，也有纏結(jié)點(diǎn)。1.3.2非晶態(tài)物體僅有固體外表，沒(méi)有晶格的結(jié)構(gòu)稱為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，又稱無(wú)定形結(jié)構(gòu)。定義整體無(wú)序局部有序第47頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3液晶態(tài)液晶的特點(diǎn)——同時(shí)具有流動(dòng)性和光學(xué)各向異性液晶—有序流動(dòng)的液體晶體三維有序液晶液態(tài)的無(wú)序第48頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)液晶的定義液晶LiquidCrystal一些物質(zhì)的結(jié)晶結(jié)構(gòu)受熱熔融或被溶劑溶解后，表觀上雖然變成了具有流動(dòng)性的液體物質(zhì)，但結(jié)構(gòu)上仍然保持著晶體結(jié)構(gòu)特有的一維或二維有序排列，形成一種兼有部分晶體和液體性質(zhì)的過(guò)渡狀態(tài)，這種中間狀態(tài)稱為液晶態(tài)。其所處狀態(tài)的物質(zhì)稱為液晶。液晶小分子液晶高分子高分子量液晶相序特性液晶高分子的高強(qiáng)度、高模量、高流動(dòng)1.3.3液晶態(tài)第49頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月由液晶核與尾鏈組成液晶核的幾何形狀可為棒狀(calamitic)或盤狀(discotic)，主要由芳環(huán)組成。(2)液晶聚合物的結(jié)構(gòu)尾鏈含有較柔性的極性基團(tuán)或者可極化的基團(tuán),主要是酯基、氰基、硝基、氨基、鹵素液晶基元液晶高分子是由小分子液晶基元鍵合而成的第50頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月OO-(CH2)2–CH3N=NCH3-(CH2)2-

OO-(CH2)2–CH3CNTailCoreTailCoreTail棒狀液晶核長(zhǎng)徑比>4液晶基元1.3.3液晶態(tài)第51頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月O-(CH2)2–CH3CH3-(CH2)2-

OCH3-(CH2)2-

OCH3-(CH2)2-

OO-(CH2)2–CH3O-(CH2)2–CH3CoreTail盤狀液晶核軸比>1/41.3.3液晶態(tài)液晶基元第52頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)聚合物液晶類型根據(jù)液晶基元在高分子鏈中的位置主鏈液晶側(cè)鏈液晶組合式液晶按液晶的形成條件分溶致液晶：液晶物質(zhì)溶于溶劑所得到的液晶熱致液晶：液晶物質(zhì)加熱熔融形成的液晶剛性越強(qiáng)的高分子易形成哪類液晶？1.3.3液晶態(tài)第53頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)液晶紡絲的流變性c/%?/Pa·sT/℃?/Pa·sC1C21.3.3液晶態(tài)第54頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Kevlar–PPTA

Poly(p-phenyleneterephthalamie)1.3.3液晶態(tài)第55頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ApplicationsofKevlar1.3.3液晶態(tài)第56頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題與低分子的化合物不同，高分子化合物結(jié)晶有什么特點(diǎn)？高分子化合物通過(guò)溶液紡絲和熔融紡絲得到的晶體形態(tài)是什么？有哪些因素可促進(jìn)其結(jié)晶？什么是液晶？液晶在紡絲的時(shí)候，其流變性特點(diǎn)是什么？第57頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.4取向態(tài)取向(orientation)：在外力作用下，分子鏈沿外力方向平行排列。聚合物的取向現(xiàn)象包括分子鏈、鏈段的取向以及結(jié)晶聚合物的晶片等沿特定方向的擇優(yōu)排列。第58頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聚合物取向方法和產(chǎn)品雙軸拉伸或吹塑的薄膜紡絲纖維熔融擠出的管材和棒材未取向的聚合物材料是各向同性的，即各個(gè)方向上的性能相同。而取向后的聚合物材料是各向異性的，即方向不同，性能也不同。（１）取向造成各向異性1.3.4取向態(tài)第59頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月力學(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)象聲學(xué)性能:取向方向傳播速度大熱學(xué)性能：結(jié)晶度增加，Tg提高結(jié)晶性:取向可誘導(dǎo)結(jié)晶，提高結(jié)晶速率取向?qū)酆衔镄阅苡绊懀ǎ保┤∠蛟斐筛飨虍愋缘?0頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月取向

單元AmorphouspolymerCrystallinepolymer鏈段取向整鏈取向AmorphousregionCrystalregion球晶變形，晶片傾斜、滑移、取向凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)不同，取向單元不同取向條件不同，取向單元不同（２）取向機(jī)理第61頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（３）取向的熱力學(xué)纖維的成纖聚合物一般為結(jié)晶聚合物嗎?如何利用取向和解取向使纖維獲得彈性聚合物可以取向，但取向是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，在一定的外力、時(shí)間、溫度下又有解取向。熵減熵增取向解取向第62頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月按取向維度可分為：?jiǎn)屋S取向——纖維雙軸取向——薄膜ZZZ軸為參考方向（４）取向類型第63頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月纖維溶液紡絲烘箱冷卻聚乙烯溶液取向固化第64頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月雙軸取向：一般在兩個(gè)垂直方向施加外力。如薄膜雙軸拉伸，使分子鏈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，但薄膜平面與平面之間易剝離。薄膜的雙軸拉伸取向薄膜擠壓吹塑機(jī)薄膜第65頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PMMA,T>100C,變軟Rubber在低溫下變硬1.4高聚物的分子運(yùn)動(dòng)與力學(xué)性質(zhì)原因——分子運(yùn)動(dòng)不同，高聚物顯示不同的物理性質(zhì)第66頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1高聚物分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)（1）分子運(yùn)動(dòng)的多樣性Varietiesofmolecularmovements（2）分子運(yùn)動(dòng)與時(shí)間有關(guān)Therelationshipwith

time（3）分子運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)Therelationshipwithtemperature多種運(yùn)動(dòng)單元多種運(yùn)動(dòng)方式Smallmolecules,=10-8~10-10sHighmolecules,=10-1~104sTT第67頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)Varietiesofmolecularmovements多種運(yùn)動(dòng)單元：側(cè)基、鏈節(jié)、支鏈、鏈段、整個(gè)分子鏈等小尺寸運(yùn)動(dòng)單元（鏈段尺寸以下）大尺寸運(yùn)動(dòng)單元（鏈段尺寸以上）由于高分子的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)，分子量不僅高，還具有多分散性，此外，它還可以帶有不同的側(cè)基，加上支化，交聯(lián)，結(jié)晶，取向，共聚等，使得高分子的運(yùn)動(dòng)單元具有多重性，或者說(shuō)高聚物的分子運(yùn)動(dòng)有多重模式。第68頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分子運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)方式鏈段的運(yùn)動(dòng)——主鏈中碳-碳單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使得高分子鏈有可能在整個(gè)分子不動(dòng)，即分子鏈質(zhì)量中心不變的情況下，一部分鏈段相對(duì)于另一部分鏈段而運(yùn)動(dòng)。鏈節(jié)的運(yùn)動(dòng)——比鏈段還小的運(yùn)動(dòng)單元,可做曲柄運(yùn)動(dòng)側(cè)基和支鏈的運(yùn)動(dòng)——側(cè)基運(yùn)動(dòng)是多種多樣的，如轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)旋轉(zhuǎn)等,支鏈可作旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)等運(yùn)動(dòng)。整鏈的運(yùn)動(dòng)——高分子作為整體呈現(xiàn)質(zhì)量中心的移動(dòng)晶區(qū)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)——晶型轉(zhuǎn)變，晶區(qū)缺陷的運(yùn)動(dòng)，晶區(qū)中的局部松弛模式等小大運(yùn)動(dòng)單元小，運(yùn)動(dòng)時(shí)所需能量越小，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的溫度越低第69頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)分子運(yùn)動(dòng)與時(shí)間的關(guān)系在一定的外場(chǎng)作用下，高聚物分子從一種平衡態(tài)過(guò)渡到另一種與外界條件相適應(yīng)的新的平衡態(tài)需要一定的時(shí)間，這種具有時(shí)間依賴性的過(guò)程稱為松弛過(guò)程。這個(gè)過(guò)程的快慢可用松弛時(shí)間表示。一切運(yùn)動(dòng)過(guò)程都有松弛特性嗎？高分子化合物的松弛過(guò)程有什么特點(diǎn)？思考題高分子熱運(yùn)動(dòng)是一個(gè)松弛過(guò)程第70頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)需要克服內(nèi)摩擦阻力(2)分子運(yùn)動(dòng)與時(shí)間的關(guān)系第71頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月低分子：約10-8~10-10s,可以看著是無(wú)松弛的瞬時(shí)過(guò)程。高分子：除小尺寸運(yùn)動(dòng)單元在10-1~10+4s，長(zhǎng)的可達(dá)幾天甚至幾年,當(dāng)外場(chǎng)作用時(shí)間或者實(shí)驗(yàn)觀察時(shí)間足夠長(zhǎng)時(shí)，能明顯觀察到松弛過(guò)程。在一定范圍內(nèi)可以認(rèn)為高聚物松弛時(shí)間具有一個(gè)連續(xù)的分布，稱為“松弛時(shí)間譜”。

一般，松弛時(shí)間的大小取決于材料固有的性質(zhì)以及溫度、外力的大小。(2)

分子運(yùn)動(dòng)與時(shí)間的關(guān)系第72頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(３)

分子運(yùn)動(dòng)與溫度的關(guān)系縮短松弛時(shí)間TT時(shí)溫效原理要達(dá)到一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),提高溫度和延長(zhǎng)時(shí)間具有相同的效果。T使運(yùn)動(dòng)單元活化材料體積膨脹定量計(jì)算可測(cè)定有關(guān)材料在室溫下長(zhǎng)期使用壽命以及超瞬間性能第73頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4.2高聚物力學(xué)狀態(tài)及轉(zhuǎn)變模量-溫度曲線可以有效地描述聚合物在不同溫度下的分子運(yùn)動(dòng)和力學(xué)行為第74頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（１）非晶態(tài)聚合物的力學(xué)狀態(tài)A:玻璃態(tài)：溫度低，只有鍵長(zhǎng)、鍵角振動(dòng)及側(cè)基、鏈節(jié)、支鏈等較小運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)，鏈段運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)，聚合物類似玻璃，通常為脆性的，模量104-1011Pa。B:高彈態(tài)：鏈段運(yùn)動(dòng)激化，能夠不斷改變構(gòu)象以適應(yīng)外力作用,分子鏈間存在著大量物理纏結(jié)起物理交聯(lián)占作用,但分子鏈間無(wú)滑移。受力后能產(chǎn)生可以回復(fù)的大形變，稱之為高彈態(tài)，為非晶態(tài)高聚物特有的力學(xué)狀態(tài)。C:粘流態(tài)：大分子鏈互相滑動(dòng)發(fā)生位移，產(chǎn)生不可逆形變。行為與小分子液體類似。第75頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月MechanicalMethodStrain-temperatureModulus-temperature第76頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Applicationsofthethreestates粘流溫度玻璃化溫度第77頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（３）高聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變

玻璃化轉(zhuǎn)變:

指非晶態(tài)高聚物從玻璃態(tài)到高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變。對(duì)晶態(tài)高分子來(lái)說(shuō)，玻璃化轉(zhuǎn)變是指其中非晶部分的這種變。

玻璃化溫度(Tg):

從分子運(yùn)動(dòng)的角度看,玻璃化溫度是大分子鏈段開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的溫度.

第78頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的工藝意義是非晶熱塑性塑料(如PS聚苯乙烯,PMMA聚甲基丙烯酸甲酯和硬質(zhì)PVC聚氯乙烯等)使用溫度的上限是非晶性橡膠(如NR天然橡膠,BSRRubber丁苯橡膠等)使用溫度的下限（３）高聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變第79頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月無(wú)定型塑料——Tg

應(yīng)比室溫高50-75℃結(jié)晶塑料——Tg可低于室溫，但Tm高于室溫50-75℃橡膠-Tg應(yīng)比室溫低75℃以上纖維-Tm高于室溫150℃以上常見(jiàn)高分子材料的玻璃化溫度（３）高聚物的玻璃化轉(zhuǎn)變第80頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

溫度Clog(tg)δPS力學(xué)松弛譜峰：苯基繞主鏈的運(yùn)動(dòng)峰：頭頭結(jié)構(gòu)所致峰：苯環(huán)繞與主鏈連接鍵的運(yùn)動(dòng)。玻璃化轉(zhuǎn)變及次級(jí)轉(zhuǎn)變示意圖在Tg化溫度以下，比鏈段更小的小尺寸單元發(fā)生從凍結(jié)到運(yùn)動(dòng)或從運(yùn)動(dòng)到凍結(jié)的變化過(guò)程，這些過(guò)程稱為高聚物的次級(jí)松弛過(guò)程。內(nèi)耗吸收峰（４）高聚物的次級(jí)轉(zhuǎn)變第81頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Forplastics次級(jí)運(yùn)動(dòng)越多說(shuō)明外力所做功可以通過(guò)次級(jí)運(yùn)動(dòng)耗散掉——抗沖擊性能好（４）高聚物的次級(jí)轉(zhuǎn)變第82頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.5高聚物的性質(zhì)高聚物的力學(xué)性質(zhì)高聚物溶液的性質(zhì)第83頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.5.1高聚物的力學(xué)性質(zhì)高彈態(tài)高聚物的力學(xué)性質(zhì)高聚物的力學(xué)松弛玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)高聚物的力學(xué)性能第84頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高彈性特點(diǎn)彈性模量很小，形變量大高彈形變形變可恢復(fù)彈性模量隨溫度升高而增大形變有熱效應(yīng)在一定條件下，高彈形變表現(xiàn)明顯的松弛現(xiàn)象結(jié)構(gòu)要求：柔性長(zhǎng)鏈、交聯(lián)橡膠1.5.1.1高彈態(tài)高聚物的力學(xué)性質(zhì)第85頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高彈形變的本質(zhì)在外力作用下，橡膠分子鏈由卷曲狀態(tài)變?yōu)樯煺範(fàn)顟B(tài)，熵減小，當(dāng)外力移去后，由于熱運(yùn)動(dòng)，分子鏈自發(fā)地趨向熵增大的狀態(tài)，分子鏈由伸展再回復(fù)卷曲狀態(tài)，因而形變可逆。

高彈形變的本質(zhì)是熵彈性,熵增是回彈動(dòng)力1.5.1.1高彈態(tài)高聚物的力學(xué)性質(zhì)第86頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.5.1.1聚合物的力學(xué)松弛現(xiàn)象靜態(tài)粘彈性:蠕變、應(yīng)力松弛動(dòng)態(tài)粘彈性：滯后和內(nèi)耗高聚物力學(xué)性質(zhì)隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象稱為力學(xué)松弛或粘彈現(xiàn)象.Tg以上，非晶態(tài)線型聚合物的粘彈性表現(xiàn)最為明顯。分類E(,,T,t)粘彈性第87頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系(2)瞬時(shí)：不依賴時(shí)間(3)儲(chǔ)能：形狀記憶，可逆(1)應(yīng)力與應(yīng)變速率呈非線性關(guān)系(2)依時(shí)：應(yīng)變隨時(shí)間線性發(fā)展(3)耗能：無(wú)形狀記憶，不可逆(1)應(yīng)力與應(yīng)變(速率)無(wú)線性關(guān)系(2)依賴時(shí)間，但非線性依賴(3)能量部分存儲(chǔ)，部分耗散，部分可逆，部分記憶粘彈理想粘性與彈性第88頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在恒溫下施加一定的恒定外力時(shí)，材料的形變隨時(shí)間而逐漸增大的力學(xué)現(xiàn)象。高聚物蠕變性能反映了材料的尺寸穩(wěn)定性1.5.1.1高聚物的力學(xué)松弛(1)蠕變第89頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)聚合物受力時(shí)，三種形變同時(shí)發(fā)生e1e2+e3t2t1te普彈形變滯彈形變＋粘性流動(dòng)(1)蠕變撤力一瞬間，鍵長(zhǎng)、鍵角等次級(jí)運(yùn)動(dòng)立即回復(fù)，形變直線下降通過(guò)構(gòu)象變化，使熵變?cè)斐傻男巫兓貜?fù)分子鏈間質(zhì)心位移是永久的，留了下來(lái)第90頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蠕變與溫度和外力關(guān)系溫度過(guò)低，或外力太小，蠕變很慢，短時(shí)間不易察覺(jué)；溫度過(guò)高，或外力太大，形變發(fā)展過(guò)快，也察覺(jué)不出蠕變現(xiàn)象；在外力適當(dāng)時(shí)，在略高于玻璃化溫度附近，鏈段只能較緩慢運(yùn)動(dòng)，可觀察到明顯的蠕變現(xiàn)象。(1)蠕變第91頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如何防止蠕變？關(guān)鍵：減少鏈的質(zhì)心位移鏈柔順性？鏈間作用力？交聯(lián)？強(qiáng)好弱好好不好好不好蠕變的本質(zhì)：分子鏈的質(zhì)心位移(1)蠕變1.5.1.1高聚物的力學(xué)松弛第92頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）應(yīng)力松弛

在恒溫下保持一定的恒定應(yīng)變時(shí)，材料的應(yīng)力隨時(shí)間而逐漸減小的力學(xué)現(xiàn)象。應(yīng)用：估測(cè)塑料管道接頭內(nèi)環(huán)向應(yīng)力阻止接頭漏水的期間等1.5.1.1高聚物的力學(xué)松弛第93頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月應(yīng)力松弛產(chǎn)生的原因高分子材料受力時(shí)，分子鏈的伸展和相對(duì)位移來(lái)不及進(jìn)行。因此應(yīng)力很大隨著時(shí)間的推移，鏈段進(jìn)行重排，分子鏈緩慢伸展，導(dǎo)致應(yīng)力逐漸衰弱。發(fā)外力作用時(shí)間足以使分子鏈產(chǎn)生位移時(shí)，應(yīng)力會(huì)逐漸消失。（2）應(yīng)力松弛

1.5.1.1高聚物的力學(xué)松弛應(yīng)力松弛與溫度的關(guān)系如何？熱定型第94頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）動(dòng)態(tài)粘彈性

定義:交變應(yīng)力（應(yīng)力大小呈周期性變化）或交變應(yīng)變作用下聚合物的力學(xué)行為。滯后與內(nèi)耗受到交變外力作用時(shí)，鏈段通過(guò)熱運(yùn)動(dòng)達(dá)到新平衡需要時(shí)間，由此引起應(yīng)變總是落后于應(yīng)力一個(gè)相角δ的現(xiàn)象,稱為滯后.運(yùn)動(dòng)每個(gè)周期中，以熱的形式損耗掉的能量稱為內(nèi)耗。1.5.1.1高聚物的力學(xué)松弛第95頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月?lián)p耗的功W面積大小為單位體積內(nèi)材料在每一次拉伸-回縮循環(huán)中所消耗的功.所損耗的功都用于克服內(nèi)摩擦阻力轉(zhuǎn)化為熱.滯后圈strainstress——鏈段間發(fā)生移動(dòng)，磨擦生熱，消耗能量.應(yīng)用：減震、消音材料橡膠、纖維材料第96頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.5.1.3

玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)應(yīng)力應(yīng)變?cè)谑芡饬鞎r(shí)，高分子化合物會(huì)發(fā)生形變。為免遭破壞，其分子內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生抵抗力，這種抵抗力與外力大小相等，方向相反。通常將單位面積上產(chǎn)生的抵抗力稱為應(yīng)力。外力作用下，高分子化合物相應(yīng)的變形率稱為應(yīng)變?？箯垙?qiáng)度單位：N/m2,N/tex——研究聚合物的極限性質(zhì)，即在較大外力的持續(xù)作用或強(qiáng)大外力的短時(shí)作后，聚合物發(fā)生大形變直至宏觀破壞或斷裂。第97頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.3.３玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)Ⅰ.應(yīng)力－應(yīng)變曲線Y屈服點(diǎn)B斷裂點(diǎn)結(jié)晶聚合物應(yīng)力-應(yīng)變曲線A彈性極限點(diǎn)Tg以下十幾度以一定速率拉伸斷裂伸長(zhǎng)率鏈段運(yùn)動(dòng)第98頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月斷裂能FractureenergyStress-strain曲線下面積稱作斷裂能：材料從開(kāi)始拉伸至破壞所吸收的能量。非晶態(tài)聚合物應(yīng)力-應(yīng)變曲線2.3.３玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)第99頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同溫度下應(yīng)力-應(yīng)變曲線a:T<<Tg

c:T<Tg(幾十度)d:T接近Tgb:T<TgTemperature

0°C50~70°C70°C0~50°CExample-PVC脆斷韌斷無(wú)明顯屈服屈服后斷Results

TT2.3.３玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)第100頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不同拉伸速率時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Strainrate時(shí)溫等效原理：拉伸速度快=時(shí)間短=溫度低2.3.３玻璃態(tài)和結(jié)晶態(tài)聚合物的力學(xué)性質(zhì)第101頁(yè)，課件共113頁(yè)，創(chuàng)