聚合物结构与性能题目.pptx
高聚物的结构与性能 第一章PPT课件
拉应力的时间要快的多，所以往往首先剪切滑移形
变（屈服现象）
1.3 应变状态
1.3.1基本概念
·形变：形状的改变。物体的形状总可用各部分的长度和角度 来表示，形变即长度和角度的改变，物体中各点的形变状态 是不同的。 ·P点的形变用PA，PB，PC长度和相互夹角的变化来表示。
·exx，eyy，ezz分别表示PA，PB，PC的正应变，伸长为正，
•形变后PN变为P'N'，P'N'的方向余弦：
• PN和P'N'之间的夹角：
• ⑵过P点两线段PN(l,m,n)和PN1（l1,m1,n1）的夹角的 改变。
• 形变后PN和PN1的方向余弦分别为：
• 原夹角的余弦： • 现夹角的余弦：
• 原夹角为θ，其变化为θ-θ'
1.3.4应变状态不变量
• 应变张量：
• 若改为工程分量，则有
1.3.2 应变分量
·如图所示，由P1（x，y，z）移到P1'
（x+u,y+v,z+w）,其位移分量为u,v和 w；
·P2（x+dx,y+dy,z+dz）为P1的临近 点，由P2移动到P2'，其位移分量为 u+du,v+dv,w+dw;
·故两临近点的相对位移为du,dv,dw。 如果dx,dy,dz是无限小量，则有
应力应变关系是材料特性。只要知道下列常数中的任意 两个，就可以求出其他常数。
a.弹性模量E：σ11=Eε11，E=1/S11。 b.泊松比γ= -ε22/ε11。
对各向同性体，γ= -ε33/ε11= -S12/S11。 如果材料是不可压缩的，γ=1/2。
聚合物结构与性能题目
《聚合物结构与性能》习题集考试为开卷考试，但只能带课本，不能带任何资料，就是希望大家完全掌握下列知识，做合格高分子专业研究生！一、提高聚合物样品电镜下稳定性的方法对样品进行支撑：1.大目数电镜铜网，如400目铜网；2.无定型材料作支持膜：硝化纤维素（火棉胶），聚乙烯醇缩甲醛（PVF），或无定型碳；碳支持膜：通过真空蒸涂的办法，将碳沉积在光洁的载玻片或新剥离云母片表面，然后漂在蒸馏水表面，转移至铜网上。
二、提高聚合物样品成像衬度的方法有几个？（1）染色：将电子密度高的重金属原子渗入聚合物的某些区域通过提高其电子密度来增大衬度的。
从最终效果上染色分正染色和负染色。
从作用机制上染色分化学反应和物理渗透。
从手段上分直接染色和间接染色。
最常用的染色剂有：四氧化锇（OsO4）、四氧化钌（RuO4）四氧化锇（OsO4）染色：四氧化锇染色是利用其与-C=C-双键以及-OH和-NH2基团间的化学反应，使被染色的聚合物含有重金属锇，从而使图像的衬度提高。
四氧化钌（RuO4）染色：四氧化钌染色是利用其对不同聚合物或同一聚合物的不同部位（如晶区和非晶区）的不同渗透速率，使不同聚合物或同一聚合物的不同部位含有不同量的重金属钌，从而使图像的衬度提高。
（2）晶粒方向: 为得到清晰的衬度，可调整晶体样品的取向，使得除透射电子束外，只出现一个很强的衍射束，一般称为双光束情况（3）调整样品厚度；(4) 结构缺陷；(5)一次电子与二次电子相位三、何为橡胶的高弹性？高弹性的本质是什么？什么化学结构和聚集态结构的高分子能够作为橡胶材料？请用应力应变曲线表达出橡胶、塑料、有机纤维三者的区别。
橡胶的高弹性：小应力下的大形变、外力除去后可以恢复；高弹性的本质是熵弹性。
橡胶弹性是由熵变引起的，在外力作用下，橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减小，当外力移去后，由于热运动，分子链自发地趋向熵增大的状态，分子链由伸展再回复卷曲状态，因而形变可逆。
第1章 高分子聚合物结构特点与性能 ppt课件
塑料的主要成分是树脂（高分子聚合物）。
树脂可分成天然树脂和合成树脂。
天然树脂：松香、虫胶等。特点：无明显熔点，受 热后逐渐软化，可熔解于溶剂而不溶于水。
合成树脂：用人工方法合成的树脂。塑料一般都是 以合成树脂为主要原料制成的。
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第1章 聚合物结构 特点与性能
主讲：叶东
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1
本章学习的内容
1.聚合物分子的结构特点 2.聚合物的热力学性能 3.聚合物的流变方程 4.聚合物熔体在成型过程中的流动状态 5.聚合物在成型过程中的物理化学变化
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2
聚合物的概念
高分子聚合物：由成千上万的原子，主要以共价键 相连接起来的大分子组成的化合物。
2）高分子化合物具有多分散性： 概 念：因同一聚合物体系内各个大分子的相对分子质量会因聚合
度的不同而有差异，聚合物不是由单一分子量组成的，而是具有 各种分子量的同系聚合物的混合体，这就叫聚合物相对分子质量 的多分散性。
分子质量的分散程度与聚合反应时的各种工艺因素有关。
3）力学性能、热性能、电性能、 流动特性、固体结构等都有较大 的差异。
分子间的作用力； 使聚合物的强度、硬度、刚度及熔点、耐热
性和耐化学性等性能有所提高 与链运动有关的性能如弹性、伸长率和冲击
强度等则有所降低。
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11
无定形聚合物的结构：其分子排列是杂乱无章 的、相互穿插交缠的。但在电子显微镜下观察， 发现无定形聚合物的质点排列不是完全无序的， 而是大距离范围内无序，小距离范围内有序， 即“远程无序，近程有序”。
从塑料制件的使用角度看，θb和θg间的范围越宽越好。 θ流态f—也—称粘熔流融化状温态度或：熔聚体合。物在温度高于θf时处于粘流态，粘 θf和θd这一温度范围用来进行注射、压缩、压注和挤出成型
聚合物结构与性能题目
《聚合物结构与性能》习题集考试为开卷考试，但只能带课本，不能带任何资料，就是希望大家完全掌握下列知识，做合格高分子专业研究生！一、提高聚合物样品电镜下稳定性的方法对样品进行支撑：1.大目数电镜铜网，如400目铜网；2.无定型材料作支持膜：硝化纤维素（火棉胶），聚乙烯醇缩甲醛（PVF），或无定型碳；碳支持膜：通过真空蒸涂的办法，将碳沉积在光洁的载玻片或新剥离云母片表面，然后漂在蒸馏水表面，转移至铜网上。
二、提高聚合物样品成像衬度的方法有几个？（1）染色：将电子密度高的重金属原子渗入聚合物的某些区域通过提高其电子密度来增大衬度的。
从最终效果上染色分正染色和负染色。
从作用机制上染色分化学反应和物理渗透。
从手段上分直接染色和间接染色。
最常用的染色剂有：四氧化锇（OsO4）、四氧化钌（RuO4）四氧化锇（OsO4）染色：四氧化锇染色是利用其与-C=C-双键以及-OH和-NH2基团间的化学反应，使被染色的聚合物含有重金属锇，从而使图像的衬度提高。
四氧化钌（RuO4）染色：四氧化钌染色是利用其对不同聚合物或同一聚合物的不同部位（如晶区和非晶区）的不同渗透速率，使不同聚合物或同一聚合物的不同部位含有不同量的重金属钌，从而使图像的衬度提高。
（2）晶粒方向: 为得到清晰的衬度，可调整晶体样品的取向，使得除透射电子束外，只出现一个很强的衍射束，一般称为双光束情况（3）调整样品厚度；(4) 结构缺陷；(5)一次电子与二次电子相位三、何为橡胶的高弹性？高弹性的本质是什么？什么化学结构和聚集态结构的高分子能够作为橡胶材料？请用应力应变曲线表达出橡胶、塑料、有机纤维三者的区别。
橡胶的高弹性：小应力下的大形变、外力除去后可以恢复；高弹性的本质是熵弹性。
橡胶弹性是由熵变引起的，在外力作用下，橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减小，当外力移去后，由于热运动，分子链自发地趋向熵增大的状态，分子链由伸展再回复卷曲状态，因而形变可逆。
聚合物的结构与性能
聚合物取向方法Hale Waihona Puke 纤维 熔融挤出的管材和棒材
第八章 聚合物的结构与性能
2.3.1 聚合物的取向方式
单轴取向(Uniaxial Orientation)
纤维纺丝 薄膜的单 向拉伸
第八章 聚合物的结构与性能
双轴取向 (Biaxial Orientation)
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。在薄膜平面的 各方向的性能相近，但薄膜平面与平面之间易剥离。
（9-7）
~ P 、M、 分别为电介质的摩尔极化率、分子量和密度， 式中: N0 为阿佛加德罗常数。对非极性介质，此式称Clausius-
Mosotti方程；对极性介质，此式称Debye方程。
根据上式，我们可以通过测量电介质介电系数 求得分 子极化率 。另外实验得知，对非极性介质，介电系数 2 与介质的光折射率n的平方相等， n ，此式联系着介质 的电学性能和光学性能。
熔融指数：是在一定温度和负荷下，于十分钟内从一定 直径和长度的标准毛细管中挤出的聚合物熔体的重量克 数。
第八章 聚合物的结构与性能
4.聚合物的力学性能
4.1玻璃态和晶态聚合物的力学性能 （1）张应力 （2）切应力 4.1.1玻璃态聚合物的屈服和断裂 4.1.2晶态聚合物的拉伸
4.1.3影响高分子材料强度的因素
第八章 聚合物的结构与性能
5.2导电高分子材料 导电高分子的研究和应用是近年来高分子科学最重要 的成就之一。 1974年日本白川英树等偶然发现一种制备聚乙炔自支 撑膜的方法，得到聚乙炔薄膜不仅力学性能优良，且有明 亮金属光泽。 而后MacDiarmid、Heeger、白川英树等合作发现聚 乙炔膜经过 AsF5、I 2等掺杂后电导率提高13个数量级，达 3 到 10 S · ，成为导电材料。 cm 1 这一结果突破了传统的认为高分子材料只是良好绝缘体 的认识，引起广泛关注。
聚合物结构与性能考试
（2）取代基旁侧基团的极性，对分子链的内旋转和分子间的相互作用都会产生很大的影响。
侧基的极性越强，Tg 越高。
此外，增加分子链上极性基团的数量，也能提高高聚物的Tg。
但当极性基团的数量超过一定值后，由于它们之间的静电斥力超过吸引力，反而导致分子链间距离增大，Tg下降。
取代基的位阻增加，分子链内旋转受阻碍程度增加，Tg升高。
应当强调指出，侧基的存在并不总是使Tg增大的。
取代基在主链上的对称性对Tg也有很大影响，旋转位垒降低，柔性增加，其Tg比聚丙烯为低。
又如，当高聚物中存在柔性侧基时，随着侧基的增大，在一定范围内，由于柔性侧基使分子间距离加大，相互作用减弱，即产生“内增塑”作用，所以，Tg反而下降。
式分子链较硬，Tg较大。
（4）离子键的引入分子链间有离子键可以显著提高Tg。
例如，聚丙烯酸中加入金属离子，Tg会大大提高，其效果又随离子的价数而定。
用Na+使Tg从l06℃提高到280℃；用Cu2+取代Na+， Tg提高到500℃。
其他结构因素的影响（1）共聚无规共聚物的Tg介于两种共聚组分单体的Tg之间，并且随着共聚组分的变化，其Tg在两种均聚物的Tg之间线性或非线性变化。
非无规共聚物中，最简单的是交替共聚，他们可以看成是两种单体组成一个重复单元（2）交联随着交联点的增加，高聚物自由体积减少，分子链的运动受到约束的程度也增加，相邻交联点之间平均链长变小，所以Tg升高。
（3）分子量分子量的增加使Tg增加，特别是在分子量很小时，这种影响明显，当分子量超过一定的程度后，Tg 随分子量变化就不明显了。
（4）增塑剂和稀释剂增塑剂对Tg的影响也是相当显著的，玻璃化温度较高的聚合物在加入增塑剂后，可以使Tg 明显下降。
例如：纯的聚氯乙烯Tg=78℃,在室温下是硬塑料，加入45%的增塑剂后，Tg=-30℃，可以作为橡胶代用品。
淀粉的玻璃化温度在加水前后就有明显的变化。
原理：首先在高于聚合物熔点的一个温度进行等温处理一定时间消除样品的热历史，然后快速将至室温，再以一定的速度升温到聚合物熔点的一个温度进行一定时间的等温处理，然后快速降温到室温，重复相同的操作，调整每次等温处理的温度间隔，最后以10℃/min的升温速度得到热分级处理结果。
聚合物结构与性能课件-机械性能
聚四氟乙烯为非极性的，分子间作用力由
范德华力决定， ΔH也不大，比PE的ΔH还
小一点；
又聚四氟乙烯的二级近程作用力很大。链
不能随意转动， ΔS小
尼∴聚龙四６氟T乙m很烯高Tm，很是高由，Δ是H高由决ΔS定小的决定的 尼龙６ 分子为高极性分子，分子间靠氢键
作用在一起， ΔH很大；其ΔS也大但不是
太大，所以，尼龙６的Tm大是由ΔH高决 定的
④
形变 Tg
T
Tm
Tf
升温速率：2℃/min 非晶性聚合物—— 结晶性聚合物——
结晶性聚合物与非晶性聚合物的形态相似
不连续加载 部分结晶的 聚合物
形变
①
晶态部分
非晶态部分
T
部分①的产生是由于
结晶性聚合物中的无
定形部分，当温度大 于Tg时就还是运动， 运动的结果：随温度
的升高链段开始排入
晶体结构，慢慢结晶；
Tm 对称聚合物 Tg 不对称聚合物
（Tm如越聚高甲、醛Tg，越P低E等） Tm与Tg相差不大
普通PE的Tm≈114℃,高压低密度PE的Tm≈120℃ 而PE的Tg ≈-100℃ 为什么高对称性的聚合物, Tg低？
高分子链越对称，越规整，结晶越容易；因 此要使它形成无定形态越难，只有在很低的 温度下冻结链段，才能保持无定形态，所以 Tg低 对于不对称高分子，一般取无定形态，降低 温度就能冻结其分子链，所以Tg高
① 应力松弛
条件：一定的温度、一定的应变量
σ
t
应力松弛曲线示意图 l0
维持形变不变
第i根高分子链
维持形变ε不变
一种构象到另一种构象 A
l0
分解过程 B
分解过程: 仿分解过程:
聚合物的结构与性能PPT共66页
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
聚合物的结构与性能
26、机遇对于有准的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
高分子概论-聚合物的溶解特性-结构与性能PPT课件
有限溶胀是指聚合物吸收溶剂到一定程度后，如果其它条 件不变，不管与溶剂接触时间多长，溶剂吸入量不再增加，聚 合物的体积也不再增大，高分子链段不能挣脱其他链段的束缚， 不能很好地向溶剂扩散，体系始终保持两相状态。
有些有限溶胀的聚合物在升温条件下，可以促进分子链的 运动使之易分离而发生溶解。升温可促进溶解，增加溶解度。
聚 (3 ,3 -二 甲 基 -1 -丁 烯 ）聚 苯 乙 烯
6 4
1 0 0
聚 乙 烯 基 咔 唑 2 0 8
柔性侧链越长，分子链柔顺性越好，Tg越低，如：
CH 3 CH 2 C
COOR
R=
-C H 3，
T g (oC ) 1 0 5
（聚甲基丙烯酸酯）
-C 2 H 5， 65
-C 3 H 7 ， ? ? -C 4 H 9，
五、 聚合物的熔体流动
当温度高于非晶态聚合物的Tf、晶态聚合物的Tm时，聚 合物变为可流动的粘流态或称熔融态。热塑性聚合物的加工 成型大多是利用其熔体的流动性能。
聚合物熔体的流动性可用多种指标来表征，其中最常用 的是熔融指数：指在一定的温度下和规定负荷下，10min内 从规定直径和长度的标准毛细管内流出的聚合物的熔体的质 量，用MI表示，单位为g/10min。
T g ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱoC )
-1 8
CH 2 CH Cl
聚氯乙烯
81
CH 2 CH OH
聚乙烯醇
85
CH 2 CH CN
聚丙烯腈
90
刚性侧基的体积越大，分子链的柔顺性越差，Tg越高， 如：
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一寸光阴不可轻
聚合物或同一聚合物的不同部位含有不同量的重金属钌，从而使图像 的衬度提高。 2 晶粒方向: 为得到清晰的衬度，可调整晶体样品的取向， 使 得除透射电子束外，只出现一个很强的衍射束，一般称为双光束情 况
3调整样品厚度； (4) 结构缺陷；
(5)一次电子与二次电子相位 三、何为橡胶的高弹性？高弹性的本质是什么？什么化学结构和 聚集态结构的高分子能够作为橡胶材料？请用应力应变曲线表达出 橡胶、塑料、有机纤维三者的区别。 橡胶的高弹性：小应力下的大形变、外力除去后可以恢复； 高弹性的本质是熵弹性。橡胶弹性是由熵变引起的，在外力作用 下，橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减小，当外力移去后， 由于热运动，分子链自发地趋向熵增大的状态，分子链由伸展再回复 卷曲状态，因而形变可逆。 具有橡胶弹性的化学结构条件: 1 由长分子链组成 2 分子链必须有高度的柔性 3 分子链必须结合在一个交联网络之中 第一个条件是熵弹性的本源；第二个条件是分子链迅速改变构想 的可能；第三个条件保证了可恢复性，这是橡胶材料不同于单分子链 之处。 4 具有橡胶弹性的凝聚态结构：无定形态。（橡胶的聚集态 是指 很多生胶分子聚集在一起时分子链之间的几何排列方式和堆砌
2
一寸光阴不可轻
状态，由于橡胶的分子量很大，只存在固体和液体。橡胶为柔性长链 分子，再加上它在常温下分子链中的链段在不断运动，故这么细长的 柔性分子在常温下都会卷曲成无规线团，很多无规线团又无序的堆砌 成无定形结构。）
应力应变曲线：略（需要补全）。 四、何为橡胶材料的粘弹性？粘性的本质来源是什么？请写出 WLF 方程，并阐述该方程的物理意义。 材料对外力有两典型的响应：即弹性响应与黏性响应。分别用胡 克定律和牛顿流体定律来描述 橡胶材料的粘弹性是指高聚物材料不但具有弹性材料的一般特 性，同时还具有粘性流体的一些特性。即弹性响应和黏性响应都很明 显。橡胶受拉伸时发生可逆的形变，但链段运动需要克服材料的内阻， 本质上也是一种流动。 粘性的本质来源是原子间结合力。橡胶的粘性表现为应力松弛。 即在一定的温度和恒定应变的作用下，观察试样的应力随时间增加而 衰减的现象。由于橡胶材料为长链聚合物，所以分子链在发生一定形 变后，会使分子链滑移，因此表现出粘性。 WLF 方程： Ts 为参考温度，C1 ,C2 为取决于聚合物种类和参考温度的常数。 如果取Ts=Tg，C1 ,C2 普适常数C1=17.44,C2=51.6 物理意义：表明移动因子与温度与参考温度之差有关，反映的是 高分子链段运动特有的温度依赖关系。 实用意义：一个温度下测定的力学性能-时间（频率）曲线可以 在时间（频率）坐标上平移变换为另一温度下的曲线，该方程建立了 平移量与温度差之间的关系。
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一寸光阴不可轻
产品的性能也有一些差异。丁二烯链节的微观结构，苯乙烯结合量， 序列分布和主链结构（星形）都对丁苯橡胶的性能有影响。丁二烯 1,2-构型增加，会使丁苯橡胶 Tg 升高，回弹性降低，扯断伸长率、 300%定伸应力、拉伸强度以及耐磨性均下降，加工性能和胎面胶的抗 湿滑性得到改善。苯乙烯结合量增加，Tg 升高，耐磨性下降；嵌段 苯乙烯量增加，引起拉伸强度和定伸应力下降，生热和变形增加。支 化星形溶聚丁苯橡胶滚动阻力降低，抗湿滑性能和耐磨性能都有提 高。
一 寸 光 阴 不 可轻
《聚合物结构与性能》习题集 考试为开卷考试，但只能带课本，不能 带任何资料，就是希望大家完全掌握下列知
识，做合格高分子专业研究生！
一、提高聚合物样品电镜下稳定性的方法 对样品进行支撑： 1.大目数电镜铜网，如 400 目铜网； 2. 无定型材料作支持膜：硝化纤维素（火棉胶），聚乙烯醇缩甲 醛（PVF），或无定型碳； 碳支持膜：通过真空蒸涂的办法，将碳沉 积在光洁的载玻片或新剥离云母片表面，然后漂在蒸馏水表面，转移 至铜网上。 二、提高聚合物样品成像衬度的方法有几个？ （1）染色：将电子密度高的重金属原子渗入聚合物的某些区域 通过提高其电子密度来增大衬度的。从最终效果上染色分正染色和负 染色。从作用机制上染色分化学反应和物理渗透。从手段上分直接染 色和间接染色。 最常用的染色剂有：四氧化锇（OsO4）、四氧化钌（RuO4） 四氧化锇（OsO4）染色：四氧化锇染色是ห้องสมุดไป่ตู้用其与-C=C-双键以 及-OH 和-NH2 基团间的化学反应，使被染色的聚合物含有重金属锇， 从而使图像的衬度提高。 四氧化钌（RuO4）染色：四氧化钌染色是利用其对不同聚合物或 同一聚合物的不同部位（如晶区和非晶区）的不同渗透速率，使不同
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一 寸 光 阴 不 可轻
五、请举两个例子说明弹性体大分子链结构、性能与应用的关系。 例 1.丁基橡胶 IIR 丁基橡胶是异丁烯和少量二烯烃（异戊二烯）共聚制成的无规共 聚物，为白色可暗灰色透明弹性体，其合成过程如下： 丁基橡胶中异丁烯链节中两个对称取代的甲基使得丁基橡胶分 子链成为随意卷曲的无定形状态，侧甲基的密集排列限制了聚合物分 子的热运动，填补了分子链间的孔隙，因而具有优异的耐透气性、耐 透水性和吸收能量的特性（适合用于阻尼减震材料）；聚异丁烯段 规 整、对称性高，在拉伸时形成结晶，有自补强作用；并且丁基橡 胶还 有耐候性、耐臭氧性、耐水性、耐化学药品性、聚合物的韧性 好，回 弹性小，冲击吸收性能好；但 IIR 的自黏性和互黏性差，与 其它通 用橡胶相容性低——通过卤化的方法提高黏结性（卤素含量 1～ 22％）。 IIR 的应用： 利用IIR 的高气密性——充气轮胎的内胎； 使用卤化IIR 制造无内胎子午线轮胎的气密层； 利用IIR 的耐透水性——防水卷材，电气制品； 利用IIR 的高耐热性——耐热运输带； 利用IIR 的高阻尼性——减震、吸振制品。 例 2.丁苯橡胶 SBR 丁苯橡胶是以丁二烯和苯乙烯为单体共聚而得的高分子弹性体。 其结构式为： 丁苯橡胶主链上有部分碳碳双键结构，侧基中有苯环和碳碳双 键，并且其含量随聚合方法和聚合条件等因素的改变而改变，导致其