《高聚物的物理性能》PPT课件
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《高聚物的力学性能》课件
行业中的应用
轻量化、耐磨性和隔音 性等特性使高分子材料 在汽车中得到广泛使用。
高分子材料用于建筑材 料、涂料、胶粘剂和绝 缘材料等方面。
3 高分子材料在医疗
行业中的应用
高分子材料在医疗器械、 药物传递和组织工程等 领域具有广泛的应用。
六、发展趋势
高聚物力学性能的发展趋势包括：
1
纳米技术的应用
纳米技术使材料具有更好的力学性能
对高聚物力学性能的测试可以通过以下实验进行。
1
弯曲实验
2
测量材料在弯曲过程中的应力-应变关
系。
3
疲劳实验
4
测量材料在循Hale Waihona Puke 加载下的持久性能。拉伸实验
测量材料在拉伸过程中的应力-应变关 系。
压缩实验
测量材料在压缩过程中的应力-应变关 系。
四、分析高聚物力学性能的因素
高聚物力学性能受多种因素影响，包括：
先进制造技术的进展
2
和其他特殊性质。
先进制造技术的不断发展促进了高聚 物材料的创新和应用。
结语
高聚物的力学性能对材料和行业的发展至关重要。我们对高聚物力学性能的研究和应用有着广阔的未来 展望。
二、高聚物力学性能的指标
高聚物的力学性能指标描述了材料在受力时的表现。
1 强度
2 刚度
材料的抗力（强度）衡量了材料能够承受 的最大应力。
材料的刚度反映了材料抵抗形变的能力。
3 韧性
4 可塑性
材料的韧性描述了材料延展性和能够吸收 能量的能力。
材料的可塑性描述了材料的形变能力。
三、高聚物的力学性能测试方法
分子量
分子量越大，材料的强度和刚度通常会增加。
分子结构
轻量化、耐磨性和隔音 性等特性使高分子材料 在汽车中得到广泛使用。
高分子材料用于建筑材 料、涂料、胶粘剂和绝 缘材料等方面。
3 高分子材料在医疗
行业中的应用
高分子材料在医疗器械、 药物传递和组织工程等 领域具有广泛的应用。
六、发展趋势
高聚物力学性能的发展趋势包括：
1
纳米技术的应用
纳米技术使材料具有更好的力学性能
对高聚物力学性能的测试可以通过以下实验进行。
1
弯曲实验
2
测量材料在弯曲过程中的应力-应变关
系。
3
疲劳实验
4
测量材料在循Hale Waihona Puke 加载下的持久性能。拉伸实验
测量材料在拉伸过程中的应力-应变关 系。
压缩实验
测量材料在压缩过程中的应力-应变关 系。
四、分析高聚物力学性能的因素
高聚物力学性能受多种因素影响，包括：
先进制造技术的进展
2
和其他特殊性质。
先进制造技术的不断发展促进了高聚 物材料的创新和应用。
结语
高聚物的力学性能对材料和行业的发展至关重要。我们对高聚物力学性能的研究和应用有着广阔的未来 展望。
二、高聚物力学性能的指标
高聚物的力学性能指标描述了材料在受力时的表现。
1 强度
2 刚度
材料的抗力（强度）衡量了材料能够承受 的最大应力。
材料的刚度反映了材料抵抗形变的能力。
3 韧性
4 可塑性
材料的韧性描述了材料延展性和能够吸收 能量的能力。
材料的可塑性描述了材料的形变能力。
三、高聚物的力学性能测试方法
分子量
分子量越大，材料的强度和刚度通常会增加。
分子结构
5高聚物的力学性能(下)精品PPT课件
❖ 曲线上A点之前，σ-δ关系 服从虎克定律，所以A点为 弹性极限点，
❖ Y点称为屈服点，经过此点 后，应力不再增加，材料 仍能继续发生一定的伸长。
❖ 曲线最后一段表明增加应 变需要增大应力，直至试 样断裂。B点为断裂点
❖ 2 影响因素 ❖ （1）外因—温度、拉伸速率 ❖ ① 温度
❖ 温度不同，同一高聚物的应力-应变曲线形状 也不同，如下图所示：
第四节 高聚物的拉伸、断裂和强度
❖ 一 玻璃态和结晶高聚物的拉伸
❖ -应变实验通常在张力F的作用下进行。试样，如下图，沿 纵轴方向以均匀的速率被拉伸，直到断裂为止。试验时，测 量加于试样上的载荷和相应标线间长度的改变Δl=l-l0，如果 试样的初始截而积为A0，标距的原长为l0，应力σε分别有下 式 表示：
颈部分逐渐缩短，直至整个试样完全变 细。
❖ C.应力几乎不变而应变不断增加， 但总的应变值随高聚物不同而不 同。
❖ ③ A.成颈后的试样重新被均匀拉 伸
❖ B.须进一步增大应力，才能使
结晶高聚物拉伸过程应力-应变曲 线及试样外形变化示意图
微晶间或者分子间发生位移，最 后导致分子链的断裂以致材料破
坏。
❖ 曲线（3）：温度升至Tg以下几十度 的范围内时，屈服点之后，试样在至断裂
❖ 曲线（4）：温度升至T＞Tg，试样
玻璃态高聚物在不同温度下的应
力-应变曲线
进入高弹态，在不大的应力下便可发
展高弹形变(呈现一段较长的平台)，
❖ 曲线（1）：T＜＜Tg，应力随 应变成正比地增加，最后，应
变不到10％就发生断裂。
❖ 曲线（2）：温度略微升高以后，
出现了一个转折点Y，即屈服点。
玻璃态高聚物在不同温度下的应 力-应变曲线
高聚物的物理性能
比 体 积 比 体 积
Tm/K 高聚物结晶熔融过程
Tm/K 小分子结晶熔融过程
高聚物的结晶和熔融都是分子链段运动的结果，都必
须在玻璃化温度以上才能发生，所以结晶态高聚物的 熔点比玻璃化温度高，这对提高塑料和合成纤维的耐 热性很有利
小分子晶体的熔融有一定的熔点，但是结晶
态高聚物的熔化有一个比较宽的温度范围， 通常人们所说的Tm,是人们规定的结晶全部熔 化时的温度，即结晶熔化温度的上限。 天然橡胶的熔化温度与结晶温度的关系
（1）化学结构的影响 a 主链结构的影响： 聚合物越柔顺，其玻璃化温度越低，高分子
链刚性大，则玻璃化温度高。
b 几何立构的影响： 分子结构规整有利于分子敛集，使分子内旋
转受到一定限制，故能提高玻璃化温度。 一般来说，高分子链带有庞大侧基时，由于 空间位阻使内旋转困难，因而玻璃化温度增 高。 侧基的对称性会使玻璃化温度降低。 c 链间的相互作用 高分子链间的相互作用降低链的活动性，分 子链间作用力越强，为达到相应的转变，链 段运动所需的热能也越大，因此玻璃化温度 就越高。
●1.6.2 黏流温度 ●定义 非晶态高聚物熔化后发生黏性流动的温度。 ●黏流温度的使用价值 是非晶态高聚物成型加工的最低温度。
Tf的影响因素：
（1）分子结构因素
柔性大的高分子，黏流温度低；刚性较大的
高聚物，黏流温度较高。 （2）分子量 分子量越大，黏流温度越高 （3）外力因素 增加外力，可以降低黏流温度
关系：
Tf
T 黏流态
过渡区
高弹态
Tm
皮革态（硬而韧）
Tg
结晶态
玻璃化温度与熔点在 平均相对分子质量较 小时随平均相对分子 质量的增加而增高； 但很大时，变化较小； 过渡区也随平均相对 分子质量的增加而加 宽。
Tm/K 高聚物结晶熔融过程
Tm/K 小分子结晶熔融过程
高聚物的结晶和熔融都是分子链段运动的结果，都必
须在玻璃化温度以上才能发生，所以结晶态高聚物的 熔点比玻璃化温度高，这对提高塑料和合成纤维的耐 热性很有利
小分子晶体的熔融有一定的熔点，但是结晶
态高聚物的熔化有一个比较宽的温度范围， 通常人们所说的Tm,是人们规定的结晶全部熔 化时的温度，即结晶熔化温度的上限。 天然橡胶的熔化温度与结晶温度的关系
（1）化学结构的影响 a 主链结构的影响： 聚合物越柔顺，其玻璃化温度越低，高分子
链刚性大，则玻璃化温度高。
b 几何立构的影响： 分子结构规整有利于分子敛集，使分子内旋
转受到一定限制，故能提高玻璃化温度。 一般来说，高分子链带有庞大侧基时，由于 空间位阻使内旋转困难，因而玻璃化温度增 高。 侧基的对称性会使玻璃化温度降低。 c 链间的相互作用 高分子链间的相互作用降低链的活动性，分 子链间作用力越强，为达到相应的转变，链 段运动所需的热能也越大，因此玻璃化温度 就越高。
●1.6.2 黏流温度 ●定义 非晶态高聚物熔化后发生黏性流动的温度。 ●黏流温度的使用价值 是非晶态高聚物成型加工的最低温度。
Tf的影响因素：
（1）分子结构因素
柔性大的高分子，黏流温度低；刚性较大的
高聚物，黏流温度较高。 （2）分子量 分子量越大，黏流温度越高 （3）外力因素 增加外力，可以降低黏流温度
关系：
Tf
T 黏流态
过渡区
高弹态
Tm
皮革态（硬而韧）
Tg
结晶态
玻璃化温度与熔点在 平均相对分子质量较 小时随平均相对分子 质量的增加而增高； 但很大时，变化较小； 过渡区也随平均相对 分子质量的增加而加 宽。
高聚物的物理性能
第五章 高聚物的物理性能第一节 高聚物的物理状态高聚物的聚集态结构，根据链结构的规整性和能否结晶可分为两类： 结晶性高聚物（有规则排列）非结晶性高聚物（无规则排列）链段运动——使高聚物具有高弹性高聚物热运动具有两重性整个分子链运动——使高聚物象液体一样具有粘流性热-机械曲线——形变-温度曲线：表示高聚物材料在一定负荷下，形变大小与温度的关系曲线。
按高聚物的结构可以分为：线型非晶高聚物形变-温度曲线结晶态高聚物形变-温度曲线 其他类型的形变-温度曲线三种一、线型非晶态高聚物的物理状态1.形变-温度曲线A B C D ET b T g 温度（℃） T fT b －脆化温度；T g －玻璃化温度；T f －粘流温度可分为五个区A 区（玻璃态）：内部结构类似玻璃，大分子不能运动，链段也不能运形变（%）动，在除去外力后，形变马上消失而恢复原状，可逆形变称为普弹性形变。
C 区（高弹态或橡胶态）：除了普弹形变外，主要发生了大分子的链段位移（取向）运动。
但整个大分子间并未发生相对位移，形变也可以消除，所以是可逆的弹性形变。
E 区（粘流态或塑化态）：当施加负荷时，高聚物象粘性液体一样，发生分子粘性流动，大分子能运动，链段也能运动，形变不能自动全部消除，这种不可逆特性，称为可塑性。
B 区和D 区：为过渡区。
其性质介于前后两种状态之间。
玻璃态物理力学三态高弹态 （是一般非晶态高聚物所共有的）粘流态2.非晶态高聚物三种物理状态的力学行为特征和形变机理3.三态之间的转变随温度的变化而逐渐变化过程 玻璃态 ⇔高弹态⇔ 粘流态 4.注意问题1/ T g 是大分子链段能运动的最低温度，高弹态的出现是链段运动的产物。
2/ T g 与柔性的关系：柔性大，T g 低，反之。
刚性大，T g 高。
3/ T g 与T f 的使用价值T g 是塑料、纤维的最高使用温度T f 是橡胶的最低使用温度，也是高聚物成型加工温度。
5.线型非晶态高聚物的物理力学状态与相对分子质量的关系不同相对分子质量的聚苯乙烯的热－机械曲线二、结晶态高聚物的物理状态晶态高聚物的形变-温度曲线 1－一般相对分子质量 2－相对分子质量很大1/ 结晶态高聚物按成型工艺条件的不同可以处于晶态和非晶态。
材料科学基础第2节高聚物的力学性能
20
结晶高聚物的熔点与分子链的柔性 和分子间的作用力有关：
分子链越柔，则熔点Tm越低；
分子间相互作用越强，特别是有氢 键作用时，熔点Tm越高。
熔点高于室温的部分结晶高聚物可 用做塑料或纤维，它们的使用温度 上限为Tm。
可编辑ppt
21
可编辑ppt
22
3、交联高聚物的力学状态：
分子链间 的交联限制了 整链运动，所 以不能流动， 即不可能出现 粘流态。
可编辑ppt
5
分子运动的温度依赖性：
温度升高,使分子的内能增加
运动单元做某一模式的运动需要一定的能量, 当 温度升高到运动单元的能量足以克服的能垒时, 这一模式的运动被激发
温度升高使聚合物的体积增加
分子运动需要一定的空间, 当温度升高到使自由 空间达到某种运动模式所需要的尺寸后, 这一运 动就可方便地进行
18
可编辑ppt
19
M不太大时：则晶区熔融（T m ），非晶 区的 Tf Tm，所以试样成为粘流态。
M 足够大时：非晶区的 Tf Tm ，则晶区 虽熔融（T m ），但非晶区试样进入高弹 态再升温到以上才流动。
从加工角度看，这种情况是不希望的
（在高温下出现高弹态将给加工带来麻 烦。
(M代表相对分子质量可编辑)ppt
高聚物分子柔性越大，玻 璃化转变温度越低。 另外，对于相对分子质量 足够高的高聚物，Tg几乎 不依赖于相对分子质量。
可编辑ppt
12
玻璃化转变的现象：
聚合物在玻璃化转变时，很多物理性质 都会出现突变或不连续变化，如：
体积、比容等 热力学性质：比热、导热系数等 力学性能：模量、形变等 电磁性能：介电常数等
具有多种运动单元
如侧基、支链、链段、整个分子链等
第三讲 高聚物的物理性能
• 分子链间的交联限制了整链运动，所以丌能流动（除非是降解 反应） • 交联密度较小时，受外力作用时“网链” 可以改变构象， “伸直”S变小，外力去除，“蜷曲”S变大，因此恢复到原来状 态，所以有高弹形变，有高弹态（有转化点）。 • 随交联密度增加，“网链”越来越小，运动困难，高弹形变很 小，所以看丌出 Tg转化。
• 非极性 • 相当于形成了聚合物浓溶液，聚 合物的分子链之间被增塑剂分子 隔开了一定距离，削弱了聚合物
分子间力。用量越多，隔离作用
越大，Tg下降 。
长安大学材料科学与工程学院——《非金属材料》
非晶态高聚物的Tg
• 玻璃化温度的实际意义： • 热塑性塑料的最高使用温度和橡胶的最低使用温度。 高于Tg则丌能作塑料用，因为已经软化； 低于 Tg 就丌能当橡胶用，因为已成为玻璃态。 对以下现象加以解释： 拖鞋常用聚氯乙烯塑料，夏天穿着感觉柔软，冬天穿着时感觉硬 而滑，其Tg约为10-20度，试作出解释。 纤维衣物需要熨烫时，对选择纤维的Tg应有何要求？
流动和弹性形变
长安大学材料科学与工程学院——《非金属材料》
非晶态高聚物的力学三态
温度 运动单元 力学性质 •温度 状态 •运动单元和τ 值 链段(侧基,支链,链 节)仍处于冻结状 受力变形小，去力后立 •力学性质 <Tg 态，键长、键角只 即恢复（可逆），虎克 玻璃态 •玻璃态 能做小范围的振动 型弹性（普弹性）模 •以下 •链段(侧基,支链,链节)仍处于冻结状态(即链段运动的τ 值无穷大， 链段可以自由旋转、 受力变形很大，去力后 运动，但大分子链 无法观察) 可恢复（可逆），虎克 高弹态 Tg~Tf 仍被冻结。 型弹性（高弹性）模量 •受力变形很小，去力后立即恢复（可逆），虎克型弹性（普弹性） 模量：1011~1012达因/cm2 大分子链与大分子 流动变形不可逆，外力 Tf •高弹态 链之间发生相对位 除去后变形不能恢复 粘流态 移 •链段运动（但分子链的τ 还很大，不能看到）（链段运动的τ 值 减小到与实验测定时间同一数量级时可以看到） 长安大学材料科学与工程学院——《非金属材料》 •受力变形很大，去力后可恢复（可逆），虎克型弹性（高弹性）
• 非极性 • 相当于形成了聚合物浓溶液，聚 合物的分子链之间被增塑剂分子 隔开了一定距离，削弱了聚合物
分子间力。用量越多，隔离作用
越大，Tg下降 。
长安大学材料科学与工程学院——《非金属材料》
非晶态高聚物的Tg
• 玻璃化温度的实际意义： • 热塑性塑料的最高使用温度和橡胶的最低使用温度。 高于Tg则丌能作塑料用，因为已经软化； 低于 Tg 就丌能当橡胶用，因为已成为玻璃态。 对以下现象加以解释： 拖鞋常用聚氯乙烯塑料，夏天穿着感觉柔软，冬天穿着时感觉硬 而滑，其Tg约为10-20度，试作出解释。 纤维衣物需要熨烫时，对选择纤维的Tg应有何要求？
流动和弹性形变
长安大学材料科学与工程学院——《非金属材料》
非晶态高聚物的力学三态
温度 运动单元 力学性质 •温度 状态 •运动单元和τ 值 链段(侧基,支链,链 节)仍处于冻结状 受力变形小，去力后立 •力学性质 <Tg 态，键长、键角只 即恢复（可逆），虎克 玻璃态 •玻璃态 能做小范围的振动 型弹性（普弹性）模 •以下 •链段(侧基,支链,链节)仍处于冻结状态(即链段运动的τ 值无穷大， 链段可以自由旋转、 受力变形很大，去力后 运动，但大分子链 无法观察) 可恢复（可逆），虎克 高弹态 Tg~Tf 仍被冻结。 型弹性（高弹性）模量 •受力变形很小，去力后立即恢复（可逆），虎克型弹性（普弹性） 模量：1011~1012达因/cm2 大分子链与大分子 流动变形不可逆，外力 Tf •高弹态 链之间发生相对位 除去后变形不能恢复 粘流态 移 •链段运动（但分子链的τ 还很大，不能看到）（链段运动的τ 值 减小到与实验测定时间同一数量级时可以看到） 长安大学材料科学与工程学院——《非金属材料》 •受力变形很大，去力后可恢复（可逆），虎克型弹性（高弹性）
【优】高聚物的力学性质PPT资料
必要条件是高聚物要有可运动的链段，通过链
随着伸长而变子化具，或有者柔说橡性胶链的张结力构是由，于但变形不时能内能太发柔生变软化，和熵T发b与Tg的间隔较大。结晶高聚物的拉
作应力－应变曲线图，并计算杨氏模量，屈服应力和屈服时的伸长率。
拉伸后的材料伸在是熔点在以单下不向易过恢复程到中原先分未子取向排的列状态产，生然而很只大要加的热变到 化。在结晶高聚物中微晶也进行
解：应力应变曲线面积为：
但表现形式有差别，是在大外力帮助下，冻结的链段开始运动。
0.1 解：试样的泊松比近似为
10
5
3.510 1.45010 9．交联橡胶弹性的统计理论的根据是什么？它得出的交联橡胶状态方程告诉了我们什么？这个理论存在哪些缺陷？
x 必要条件是高聚物要有可运动的链段，通过链
4
x7 .8 8 1 0 3寸 0 .2c4m
②理想高弹体拉伸时，只引起熵变，或者说只有熵的变化对理想高弹体
如果要把长度重为排10厘，米甚，截至面某积为些厘晶米2体的试可样能，在破25裂℃成下拉较长小到2的5厘单米，位问，需要然多后大的再力去？ 向的情况下再结晶。
拉伸后的材料在熔点以下不易恢复到原先未取向的状态，然而只要加热到
熔点附近，还是能会回缩到未拉伸状态的。因而这种大形变本质上也是高
σ
2000 1500 1000 500
0 0
0.05 0.1 0.15 0.2 ε
7. 试比较非晶态高聚物的强迫高弹性、结晶高聚物的冷拉、
用在橡胶硬上，弹一方性面使聚橡胶合的内物能随的伸长拉而变伸化，行另一为方面和使橡某胶的些熵 嵌段共聚物的应变诱发塑
试证明应力－应变曲线下的面积比例于拉伸试样所做的功。
4寸，宽1寸，厚寸，如果材料的杨氏模量是3.5×1010达因/厘
随着伸长而变子化具，或有者柔说橡性胶链的张结力构是由，于但变形不时能内能太发柔生变软化，和熵T发b与Tg的间隔较大。结晶高聚物的拉
作应力－应变曲线图，并计算杨氏模量，屈服应力和屈服时的伸长率。
拉伸后的材料伸在是熔点在以单下不向易过恢复程到中原先分未子取向排的列状态产，生然而很只大要加的热变到 化。在结晶高聚物中微晶也进行
解：应力应变曲线面积为：
但表现形式有差别，是在大外力帮助下，冻结的链段开始运动。
0.1 解：试样的泊松比近似为
10
5
3.510 1.45010 9．交联橡胶弹性的统计理论的根据是什么？它得出的交联橡胶状态方程告诉了我们什么？这个理论存在哪些缺陷？
x 必要条件是高聚物要有可运动的链段，通过链
4
x7 .8 8 1 0 3寸 0 .2c4m
②理想高弹体拉伸时，只引起熵变，或者说只有熵的变化对理想高弹体
如果要把长度重为排10厘，米甚，截至面某积为些厘晶米2体的试可样能，在破25裂℃成下拉较长小到2的5厘单米，位问，需要然多后大的再力去？ 向的情况下再结晶。
拉伸后的材料在熔点以下不易恢复到原先未取向的状态，然而只要加热到
熔点附近，还是能会回缩到未拉伸状态的。因而这种大形变本质上也是高
σ
2000 1500 1000 500
0 0
0.05 0.1 0.15 0.2 ε
7. 试比较非晶态高聚物的强迫高弹性、结晶高聚物的冷拉、
用在橡胶硬上，弹一方性面使聚橡胶合的内物能随的伸长拉而变伸化，行另一为方面和使橡某胶的些熵 嵌段共聚物的应变诱发塑
试证明应力－应变曲线下的面积比例于拉伸试样所做的功。
4寸，宽1寸，厚寸，如果材料的杨氏模量是3.5×1010达因/厘
第4章 高聚物的物理性能
第4章 高聚物的物理性能4.1高聚物分子运动的特点高聚物的性能因其聚集态结构不同而有差异，即使同一聚集态的同一高聚物，因其使用温度及所受外作用力的不同，其性能也截然不同。
例如在某一温度下，该高聚物是流动的，可以塑制成型。
而在较低的温度下则具有弹性；在更低的温度下却又变得僵硬。
这就是由于高聚物的分子运动形式不同而产生的结果。
高分子由于分子量很大，所以它的分子运动也与低分子有着本质的差别。
高分子的运动，同它复杂的结构一样，也是极其复杂的，与小分子相比有如下特点：4.1.1高分子运动单元的多重性由于高分子具有长链结构，分子链长短不一，长链上又带有不同的侧基，再加上支化、交联、取向、结晶等因素；就使高分子的运动单元具有多重性，有链整体运动、链段运动、链节运动、侧基运动、晶区运动等。
1．链的整体运动整个高分子链的质量重心的运动叫做链的整体运动。
高分子的熔体流动就是链的质量重心移动的宏观表现；高分子的结晶过程也是高分子链整体运动的结果。
2．链段运动这是高分子区别于小分子的特殊运动形式。
即在高分子链质量中心不动的情况下，一部分链段通过单键内旋转而相对于另一部分链段运动，使大分子可以伸展或卷曲。
高分子的链段运动是极其重要的，反映在性能上是玻璃态到橡胶态的转变，宏观力学性能变化很大。
例如：宏观上的橡皮拉伸、回缩。
3．链节运动链节是比链段还要小的运动单元，如主链中的CH 2n 链节，若n ≥3时可能产生曲柄运动。
曲柄运动的Schateki 模型示于图4—1。
曲柄运动不仅可以发生在主链的链段上，也可发生在多于四个CH 2的长支链中。
最近的研究工作证明，带有大侧基(如甲基)的主链链节CH 2CH 2CH 2CH 3也能产生曲柄运动。
图4–1 聚乙烯C8-链节曲柄运动的Schateki模型4．侧基运动高分子的侧基运动是多样化的。
例如与主链直接连接的甲基绕主链轴的运动，柔性侧基本身的内旋转，酯侧基的端羟基运动，低聚物中端基运动等。
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3
§5-1 高聚物的物理状态
●线型非晶态高聚物的物理状态与平均相对分子质量、温度的关系
Tf 过渡区 黏流态 T
高弹态 Tg
玻璃态
M
二、结晶态高聚物的物理状态 ●结晶态高聚物的形变-温度曲线
形变%
1
高弹态、黏 流态及两者 之间的过渡 区均随相对 分子质量和 温度的增加 而变宽。
2 1-相对分子质量较小 2-相对分子质量很大
▓实例 PVC加入增塑剂 ▲外界条件的影响 外力大小 对高聚物施加的外力越大，
玻璃化温度下降越低。 外力作用时间 时间越长，玻璃化温
度越低。 升温速度 升温速度越快，玻璃化温
度越高。
323 Tg(K) 313
303 293 283
3 12
0 50 100 150 200 250 300 外力（×10－4Pa）
Tg VATgAVBTgB
1 WA WB Tg TgA TgB
▲交联对玻璃化温度的影响
规律：适度交联，可以提高玻璃化温度。 TgxTg Kx
▓实例 橡胶的交联
硫，%
0
0.25
10
20
硫化天然橡胶Tg，K
209
208
233
240
二乙烯基苯，%
0
0.6
0.8
1.0
交联聚苯乙烯Tg，K
360
362.5
365
367.5
交联链的平均链节数
0
172
101
92
－
－
1.5
370
58
10
§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
▲增塑剂对玻璃化温度的影响 规律：随着增塑剂加入量的增加，玻璃化温度下降。 极性增塑剂加入到极性高聚物之中，服从如下规律：
Tg Kn
非极性增塑剂加入到非极性高聚物之中，服从如下规律：
Tg V
增塑剂
交联
共聚
8
§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
▲主链柔性对玻璃温度的影响
规律：对主链柔性有影响的因素，都影响玻璃化温度。为柔性越大，其玻璃化温度越
低。
▓实例 附表6
▲分子间作用力对玻璃化温度的影响
规律：分子间作用力越大，其玻璃化温度越高。
▓实例 附表7
▲相对分子质量对玻璃化温度的影响
规律：
Tg Tg K M
第五章 高聚物的物理性能
学习目的要求 学习并掌握高聚物的物理状态、特征温度与使用；
溶解过程、溶剂选择、相对分子质量表述与测定方法； 初步掌握高聚物的力学性能、松弛性质等，了解高聚物 的黏流特性、电、光、热、及透气性能。
1
§5-1 高聚物的物理状态
高聚物的物理状态主要随温度而变化，是某一温度下的客观表现。 一、线型非晶态高聚物的物理状态
Tm-熔点（melting point） Tf-黏流温度（viscous flow temperature） Ts-软化温度（softening temperature） Td-热分解温度（thermal destruction temperature） Tb-脆化温度（brittlenss temperature）
一、玻璃化温度 ●定义
高聚物分子链开始运动或冻结的温度。 ●玻璃化温度的使用价值 玻璃温度是非晶态高聚物作为塑料使用的最高温度；是作为橡胶使用的最低温度。
●影响玻璃化温度的因素
7
§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
升温速度
主链柔性
分子间 作用力
外力大小 作用时间
影响玻璃化 温度的因素
相对分 子质量
橡胶
成型加工、油漆、黏合剂
●线型非晶态高聚物物理状态与相对分子质量的关系
形变 （%）
1
2
34
9
56
7
8
0
40
80
120
160
温度（℃）
不同相对分子质量聚苯乙烯的形变-温度曲线
图中标注数据（相对分子质量） 1-360；2-440；3-500；4-1140； 5-3000；6-40000；7-120000； 8-550000；9-638000
●线型非晶态高聚物的形变-温度曲线
形变%
AB C
DE
Tb Tg T/℃ Tf
A-玻璃态；B-过渡区；C-高弹态；D-过渡区；E-黏流态 Tb-脆化温度；Tg-玻璃化温度；Tf-黏流温度
●线型非晶态高聚物的三种物理状态
玻璃态
线型非晶高聚物的物理状态 高弹态
黏流态
2
§5-1 高聚物的物理状态
●线型非晶态高聚物的三种物理状态的对比
T 黏流态
Tf 过渡区
高弹态 Tm
皮革态（硬而韧） Tg
玻璃态
M
玻璃化温度与熔点在平 均相对分子质量较小时 随平均相对分子质量的 增加而增高；但很大时， 变化较小；过渡区也随 平均相对分子质量的增 加而加宽。
6
§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
●常见的高聚物特征温度
高聚物特征温度
Tg-玻璃化温度（glass-transition temperature）
外力大小对玻璃化温度的影响
1-PVAC；2-PS；3-聚乙烯醇缩丁醛
11
§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
●玻璃化温度的测定
原理：利用高聚物在发生玻璃化转变的同时各种物理参数均发生变化的特性进行测 定。
物
1-比体积 2-膨胀率
性
参
3-热容
数
4-导热率
5-折光率
Tg
THale Waihona Puke 测定方法热-机械曲线法 膨胀计法 常用的玻璃化温度测定方法 电性能法 DTA法 DSC法
即玻璃化温度随高聚物平均相对分子质量的增加而增大，但当平均相对分子质量增加 到一定程度时，玻璃化温度趋于某一定值。
T∞g
M
9
§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
▓实例 线型非晶高聚物物理状态与相对分子质量的关系图 ●共聚对玻璃化温度的影响 规律：共聚可以调整高聚物的玻璃化温度。 ▓实例 双组分共聚物玻璃化温度的计算
三种物理状态
玻璃态 Tb～Tg 高弹态 Tg～Tf 黏流态 Tf～Td
运动单元
键长、键角 基团 链段
链段、大分子链
力学行为特征
形变小，并且形变可逆，属于普弹性 能。结构类似玻璃，弹性模量大。 形变大，形变可逆，弹性模量较小。
形变为不可逆，属于永久形变，无强 度。流动取决于相对分子质量大小。
应用
塑料、纤维
Tg
Tm
Tf T/℃
4
§5-1 高聚物的物理状态
●结晶态高聚物的物理状态
玻璃态 黏流态
M较小
结晶态高聚物的物理状态
M很大
玻璃态 高弹态 黏流态
注意：由于高弹态对成型加工不利，因此，一般情况下，对结晶态高聚物而言要严格 控制相对分子质量，防止很大造成的不良影响。
5
§5-1 高聚物的物理状态
●结晶态高聚物的物理状态与平均相对分子质量、温度的关系
12
§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
二、熔点 ●定义
平衡状态下晶体完全消失的温度。
●熔点的使用价值
是晶态高聚物用于塑料和纤维时的最高使用温度，又是它们的耐热温度和成型加工的 最低温度。
§5-1 高聚物的物理状态
●线型非晶态高聚物的物理状态与平均相对分子质量、温度的关系
Tf 过渡区 黏流态 T
高弹态 Tg
玻璃态
M
二、结晶态高聚物的物理状态 ●结晶态高聚物的形变-温度曲线
形变%
1
高弹态、黏 流态及两者 之间的过渡 区均随相对 分子质量和 温度的增加 而变宽。
2 1-相对分子质量较小 2-相对分子质量很大
▓实例 PVC加入增塑剂 ▲外界条件的影响 外力大小 对高聚物施加的外力越大，
玻璃化温度下降越低。 外力作用时间 时间越长，玻璃化温
度越低。 升温速度 升温速度越快，玻璃化温
度越高。
323 Tg(K) 313
303 293 283
3 12
0 50 100 150 200 250 300 外力（×10－4Pa）
Tg VATgAVBTgB
1 WA WB Tg TgA TgB
▲交联对玻璃化温度的影响
规律：适度交联，可以提高玻璃化温度。 TgxTg Kx
▓实例 橡胶的交联
硫，%
0
0.25
10
20
硫化天然橡胶Tg，K
209
208
233
240
二乙烯基苯，%
0
0.6
0.8
1.0
交联聚苯乙烯Tg，K
360
362.5
365
367.5
交联链的平均链节数
0
172
101
92
－
－
1.5
370
58
10
§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
▲增塑剂对玻璃化温度的影响 规律：随着增塑剂加入量的增加，玻璃化温度下降。 极性增塑剂加入到极性高聚物之中，服从如下规律：
Tg Kn
非极性增塑剂加入到非极性高聚物之中，服从如下规律：
Tg V
增塑剂
交联
共聚
8
§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
▲主链柔性对玻璃温度的影响
规律：对主链柔性有影响的因素，都影响玻璃化温度。为柔性越大，其玻璃化温度越
低。
▓实例 附表6
▲分子间作用力对玻璃化温度的影响
规律：分子间作用力越大，其玻璃化温度越高。
▓实例 附表7
▲相对分子质量对玻璃化温度的影响
规律：
Tg Tg K M
第五章 高聚物的物理性能
学习目的要求 学习并掌握高聚物的物理状态、特征温度与使用；
溶解过程、溶剂选择、相对分子质量表述与测定方法； 初步掌握高聚物的力学性能、松弛性质等，了解高聚物 的黏流特性、电、光、热、及透气性能。
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§5-1 高聚物的物理状态
高聚物的物理状态主要随温度而变化，是某一温度下的客观表现。 一、线型非晶态高聚物的物理状态
Tm-熔点（melting point） Tf-黏流温度（viscous flow temperature） Ts-软化温度（softening temperature） Td-热分解温度（thermal destruction temperature） Tb-脆化温度（brittlenss temperature）
一、玻璃化温度 ●定义
高聚物分子链开始运动或冻结的温度。 ●玻璃化温度的使用价值 玻璃温度是非晶态高聚物作为塑料使用的最高温度；是作为橡胶使用的最低温度。
●影响玻璃化温度的因素
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§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
升温速度
主链柔性
分子间 作用力
外力大小 作用时间
影响玻璃化 温度的因素
相对分 子质量
橡胶
成型加工、油漆、黏合剂
●线型非晶态高聚物物理状态与相对分子质量的关系
形变 （%）
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34
9
56
7
8
0
40
80
120
160
温度（℃）
不同相对分子质量聚苯乙烯的形变-温度曲线
图中标注数据（相对分子质量） 1-360；2-440；3-500；4-1140； 5-3000；6-40000；7-120000； 8-550000；9-638000
●线型非晶态高聚物的形变-温度曲线
形变%
AB C
DE
Tb Tg T/℃ Tf
A-玻璃态；B-过渡区；C-高弹态；D-过渡区；E-黏流态 Tb-脆化温度；Tg-玻璃化温度；Tf-黏流温度
●线型非晶态高聚物的三种物理状态
玻璃态
线型非晶高聚物的物理状态 高弹态
黏流态
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§5-1 高聚物的物理状态
●线型非晶态高聚物的三种物理状态的对比
T 黏流态
Tf 过渡区
高弹态 Tm
皮革态（硬而韧） Tg
玻璃态
M
玻璃化温度与熔点在平 均相对分子质量较小时 随平均相对分子质量的 增加而增高；但很大时， 变化较小；过渡区也随 平均相对分子质量的增 加而加宽。
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§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
●常见的高聚物特征温度
高聚物特征温度
Tg-玻璃化温度（glass-transition temperature）
外力大小对玻璃化温度的影响
1-PVAC；2-PS；3-聚乙烯醇缩丁醛
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§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
●玻璃化温度的测定
原理：利用高聚物在发生玻璃化转变的同时各种物理参数均发生变化的特性进行测 定。
物
1-比体积 2-膨胀率
性
参
3-热容
数
4-导热率
5-折光率
Tg
THale Waihona Puke 测定方法热-机械曲线法 膨胀计法 常用的玻璃化温度测定方法 电性能法 DTA法 DSC法
即玻璃化温度随高聚物平均相对分子质量的增加而增大，但当平均相对分子质量增加 到一定程度时，玻璃化温度趋于某一定值。
T∞g
M
9
§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
▓实例 线型非晶高聚物物理状态与相对分子质量的关系图 ●共聚对玻璃化温度的影响 规律：共聚可以调整高聚物的玻璃化温度。 ▓实例 双组分共聚物玻璃化温度的计算
三种物理状态
玻璃态 Tb～Tg 高弹态 Tg～Tf 黏流态 Tf～Td
运动单元
键长、键角 基团 链段
链段、大分子链
力学行为特征
形变小，并且形变可逆，属于普弹性 能。结构类似玻璃，弹性模量大。 形变大，形变可逆，弹性模量较小。
形变为不可逆，属于永久形变，无强 度。流动取决于相对分子质量大小。
应用
塑料、纤维
Tg
Tm
Tf T/℃
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§5-1 高聚物的物理状态
●结晶态高聚物的物理状态
玻璃态 黏流态
M较小
结晶态高聚物的物理状态
M很大
玻璃态 高弹态 黏流态
注意：由于高弹态对成型加工不利，因此，一般情况下，对结晶态高聚物而言要严格 控制相对分子质量，防止很大造成的不良影响。
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§5-1 高聚物的物理状态
●结晶态高聚物的物理状态与平均相对分子质量、温度的关系
12
§5-2 高聚物的各种特征温度与测定
二、熔点 ●定义
平衡状态下晶体完全消失的温度。
●熔点的使用价值
是晶态高聚物用于塑料和纤维时的最高使用温度，又是它们的耐热温度和成型加工的 最低温度。