高分子材料的物理性能70页PPT
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高分子材料的结构及其性能PPT(36张)
态。 此时，只有比链段更小的结构单元如链节、侧基等能够运动。 受外力作用时，只能使主链的键长和键角有微小的改变，外力去除后形变能迅速回复，这 是一种普弹性状态。
B、高弹性 随着温度的升高，当T＞Tg 时，分子的动能增加，使链段的自由旋转成为可能，此时，试
样的形变明显增加，在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，称为高弹态。 高弹态时，弹性模量显著降低，外力去除后，变形量可以回复，有明显的时间依赖性。由
如图16-7，在间同立构高聚物中， 原子或原子团会交替分布在主链两侧； 在全同立构高聚物中，原子或原子团 则全部排列在主链同一侧；而在无规立构高聚物中，主链两侧原子分布是随机的。
这种化学成分相同，但由于不对称取代基沿分子主链分布不同的现象，就叫做 高分子的立体异构现象。
2、大分子链的构象及柔性 高聚物结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子，共价键的特点是键能
2、单体 高分子化合物是由低分子化合物通过聚合反应获得。
组成高分子化合物的低分子 化合物称作单体。所以我们经 常说，高分子化合物是由单体 合成的，单体是高分子化合物 的合成原料。如图16-2，聚乙 烯是由乙烯（CH2＝CH2）单 体聚合而成的。 高分子化合物的相对分子质 量很大，主要呈长链形，因此 常称作大分子链或者分子链。 大分子链极长，可达几百纳米以上，而截面一般小于1nm。
物，简称高聚物材料，是以高分子化合物为主要组分的有机 材料，可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料包括如蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡 胶、淀粉和蛋白质等。 人工合成高分子材料包括如塑料、合成橡胶、胶粘剂和涂料 等。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
一、高聚物的基本概念 1、高聚物和低聚物 高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量在5000
B、高弹性 随着温度的升高，当T＞Tg 时，分子的动能增加，使链段的自由旋转成为可能，此时，试
样的形变明显增加，在这一区域中，试样变成柔软的弹性体，称为高弹态。 高弹态时，弹性模量显著降低，外力去除后，变形量可以回复，有明显的时间依赖性。由
如图16-7，在间同立构高聚物中， 原子或原子团会交替分布在主链两侧； 在全同立构高聚物中，原子或原子团 则全部排列在主链同一侧；而在无规立构高聚物中，主链两侧原子分布是随机的。
这种化学成分相同，但由于不对称取代基沿分子主链分布不同的现象，就叫做 高分子的立体异构现象。
2、大分子链的构象及柔性 高聚物结构单元是通过共价键重复连接形成线型大分子，共价键的特点是键能
2、单体 高分子化合物是由低分子化合物通过聚合反应获得。
组成高分子化合物的低分子 化合物称作单体。所以我们经 常说，高分子化合物是由单体 合成的，单体是高分子化合物 的合成原料。如图16-2，聚乙 烯是由乙烯（CH2＝CH2）单 体聚合而成的。 高分子化合物的相对分子质 量很大，主要呈长链形，因此 常称作大分子链或者分子链。 大分子链极长，可达几百纳米以上，而截面一般小于1nm。
物，简称高聚物材料，是以高分子化合物为主要组分的有机 材料，可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两大类。 天然高分子材料包括如蚕丝、羊毛、纤维素、油脂、天然橡 胶、淀粉和蛋白质等。 人工合成高分子材料包括如塑料、合成橡胶、胶粘剂和涂料 等。工程上使用的主要是人工合成的高分子材料。
一、高聚物的基本概念 1、高聚物和低聚物 高分子化合物是指相对分子质量很大的化合物，其相对分子质量在5000
高分子材料的力学性能
目录
高分子材料的力学性能
01 高聚物的抗拉强度
02 长期强度
高分子材料的力学性能
抗拉强度：
在规定的温度、湿度和加载速度下，在试样上沿轴 向施加拉力直到试样被拉断为止，断裂前试样所承受的 最大载荷与试样截面之比称为抗拉强度。
宽度b
厚度d
P
t
p bd
p A0
抗拉强度越大，说明材料越不易断裂、越结实
高分子材料的力学性能
高分子材料的力学性能
玻璃纤维是将玻璃材料通过拉丝形成的纤维状的玻璃， 没有固定的熔点。是一种综合性能优异的无机非金属材料， 通常作为复合材料增强基材、电绝缘材料、耐热绝热材料、 光导材料、耐蚀材料和过滤材料等，广泛应用于国民经济各 个领域。
玻璃纤维
高分子材料的力学性能
玻璃纤维对高聚物的增强：
短玻璃纤维可以提高热塑性塑料的强度，还可以用玻璃纤维与其 他织物复合而制成玻璃钢。
玻璃钢的性能优越，其强度高于钢，是以玻璃纤维制成玻璃布，
以不同的角度排列，以环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂的顺序形成涂 层，经加热、层压、固化而成。
材料
拉伸强度/MPa
未增强
23
聚乙烯
右表为一些热塑性
增强
76
塑料用玻璃纤维增
未增强
58
聚苯乙烯
强后其拉伸强度的
增强
96
变化
未增强
62
聚碳酸酯
增强
140
未增强
在高分子材料中长期强度指一定时间后，高分子材料 不发生断裂时的强度值。
长期
t
谢谢！
高分子材料的力学性能
2、应力和缺陷：
缺陷的存在将使材料受力时内部压力分布不平均， 缺陷附近范围内的应力急剧地增加，远远超过压力平均 值，这种现象称为应力集中，缺陷就是应力集中物，包 括裂缝、空隙、缺口、银纹和杂质等，缺陷成为材料的 薄弱环节，材料的破坏就从这些缺陷处开始而扩展到 整个体系，严重降低材料的强度。
高分子材料的力学性能
01 高聚物的抗拉强度
02 长期强度
高分子材料的力学性能
抗拉强度：
在规定的温度、湿度和加载速度下，在试样上沿轴 向施加拉力直到试样被拉断为止，断裂前试样所承受的 最大载荷与试样截面之比称为抗拉强度。
宽度b
厚度d
P
t
p bd
p A0
抗拉强度越大，说明材料越不易断裂、越结实
高分子材料的力学性能
高分子材料的力学性能
玻璃纤维是将玻璃材料通过拉丝形成的纤维状的玻璃， 没有固定的熔点。是一种综合性能优异的无机非金属材料， 通常作为复合材料增强基材、电绝缘材料、耐热绝热材料、 光导材料、耐蚀材料和过滤材料等，广泛应用于国民经济各 个领域。
玻璃纤维
高分子材料的力学性能
玻璃纤维对高聚物的增强：
短玻璃纤维可以提高热塑性塑料的强度，还可以用玻璃纤维与其 他织物复合而制成玻璃钢。
玻璃钢的性能优越，其强度高于钢，是以玻璃纤维制成玻璃布，
以不同的角度排列，以环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂的顺序形成涂 层，经加热、层压、固化而成。
材料
拉伸强度/MPa
未增强
23
聚乙烯
右表为一些热塑性
增强
76
塑料用玻璃纤维增
未增强
58
聚苯乙烯
强后其拉伸强度的
增强
96
变化
未增强
62
聚碳酸酯
增强
140
未增强
在高分子材料中长期强度指一定时间后，高分子材料 不发生断裂时的强度值。
长期
t
谢谢！
高分子材料的力学性能
2、应力和缺陷：
缺陷的存在将使材料受力时内部压力分布不平均， 缺陷附近范围内的应力急剧地增加，远远超过压力平均 值，这种现象称为应力集中，缺陷就是应力集中物，包 括裂缝、空隙、缺口、银纹和杂质等，缺陷成为材料的 薄弱环节，材料的破坏就从这些缺陷处开始而扩展到 整个体系，严重降低材料的强度。
高分子材料的物理性能
整理课件
16
非极性聚合物：极性杂质常常是介电损耗的主要 原因。非极性聚合物的tgδ一般小于10-4；
极性聚合物：tgδ在10-1～5×10-3之间。
整理课件
17
三、介电强度 ——电击穿：当电场强度超过某一临界值时，电介
质就丧失其绝缘性能，这称为电击穿。 ——击穿电压：发生电击穿的电压。 ——击穿电场强度：击穿电压与击穿处介质厚度之
左右）。 ⊕结晶聚合物的热导率稍高，非晶聚合物的热导率
随分子量增大而增大。 ⊕低分子的增塑剂的加入：会使热导率下降。
整理课件
3
⊕温度：聚合物热导率随温度的变化有所波动，但 波动范围一般不超过10％。
⊕取向：引起热导率的各向异性，沿取向方向热导 率增大，横向减小→聚氯乙烯伸长300％时，轴 向的热导率比横向的要大一倍多。
于环境（光、热、氧、潮湿、应力、化学侵蚀等） 的影响，性能（强度、弹性、硬度、颜色等）逐 渐变坏的现象称为老化。 一、光氧化 ※分子链断裂决定因素：光的波长与聚合物的键能。 ※各种键的离解能：167-586kJ/mol ※紫外线的能量：250-580kJ/mol。
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40
※可见光的范围：聚合物一般不被离解，但呈激发 状态→氧存在下→易发生光氧化过程。
比，简称介电强度。 ——热击穿：在强电场下，因温度上升导致聚合物
的热破坏而引起的击穿；其击穿电压要比固有击 穿电压小。
整理课件
18
——纯电击穿（固有击穿）：当电场强度增加到临 界值时，撞击分子发生电离，使聚合物击穿，称 为纯电击穿或固有击穿；此击穿过程极为迅速， 击穿电压与温度无关。
——聚合物介电强度：可达1000 MV/m。 ——决定因素：上限是由共价键电离能所决定的。
高分子材料(力学性能) ppt课件
三、粘弹性
§5.1 力学性能
三、粘弹性
§5.1 力学性能
2、动态粘弹性 （滞后）
• 滞后：一定温度下，受交变的应力，形变随时
间的变化跟不上力随时间的变化
应力周期性变化：σ＝σ 0 Sin ω t 应变：ε ＝ε 0 Sin（ω t ＋δ ）
落后一相位角
结果：产生滞后圈－－能耗
（机械能（弹性能）－－热能） －－－－力学损耗
如何§解5.决1 ？力学性能
1、特征
➢涂料涂装时流挂问题如何 解决？
1) 粘度大；分子量越大，粘度越大；分布越宽，粘度越大；
2) 流动机理：分子重心相对位移，是由链段的相继跃迁实 现的
3) 伴有高弹形变－－－具有粘弹性
现象：出口膨大、爬杆效应、融体破裂
一、高聚物的流动性 ？？？
§5.1 力学性能
4）是一假塑性流体：
运动单元高度取向（m 不为零）
1、拉伸过程 (非晶、结晶高聚物）
C 断裂:
脆性断裂：没有屈服，断裂面光滑；
§5.1 力学性能
四 屈服、强度与断裂
韧性断裂：出现屈服后的断裂，断裂面粗糙。
T < Tb 时： σB <σY －－－脆性断裂
1、拉伸过程 (非晶、结晶高聚物）
2) 结晶高聚物的应力~应变曲线
1、拉伸过程 (非晶、结晶高聚物） §5.1 力学性能
四 屈服、强度与断裂
注意: • 使用时υ趋于很小－－－长期强度，其远远小于所测值 ，
例：PVC: σB(1000h）＝1/2σB （测） • Tb、Tg测定时，是在一定时间尺度下，
（ υ比较小，时间长） 实际受力时（特别是在冲击力时）往往υ很高， 例：PVC 的Tb= - 50度，T使> - 30 ~ -15度
《高分子物理》ppt课件
《高分子物理》ppt课件目录•高分子物理概述•高分子链结构与形态•高分子溶液性质与行为•高分子聚集态结构与性能•高分子材料力学性能与增强机制•高分子材料电学、光学等其他性能•高分子物理研究方法与技术PART01高分子物理概述高分子物理定义与特点定义高分子物理是研究高分子物质物理性质的科学，是高分子科学的一个重要分支。
特点高分子物理的研究对象是具有高分子量的聚合物，这些聚合物具有独特的结构和性质，如链状结构、分子量分布、粘弹性、相转变等。
高分子链结构高分子聚集态结构高分子溶液性质高分子固体性质高分子物理研究内容研究高分子链的化学结构、构象、链的柔顺性和刚性等。
研究高分子溶液的粘度、扩散、沉降、凝胶化等性质。
研究高分子在溶液中的形态、高分子液晶、高分子膜等。
研究高分子的力学性能、电学性能、热学性能、光学性能等。
高分子物理与化学关系联系高分子物理和高分子化学都是研究高分子的科学，两者相互联系，互为补充。
高分子化学合成出具有特定结构和功能的高分子，而高分子物理则研究这些高分子的结构和性质之间的关系。
区别高分子化学主要关注高分子的合成和化学反应，而高分子物理则更加关注高分子的结构和性质以及它们之间的关系。
此外，两者的研究方法也有所不同，高分子化学通常采用化学合成和表征的方法，而高分子物理则采用各种物理手段和理论计算的方法。
PART02高分子链结构与形态高分子链化学结构链的组成与结构单元高分子链由许多结构单元通过共价键连接而成，每个结构单元通常包含一个或多个原子或原子团。
链的规整性高分子链的规整性是指链上原子或基团的排列顺序和空间构型的规律性。
规整性好的高分子链往往具有较高的结晶能力和力学性能。
链的支化与交联支化是指高分子链上分支结构的形成，而交联则是指不同高分子链之间的连接。
支化和交联都会对高分子的物理性质产生显著影响。
高分子链的构象是指链上原子或基团在空间的排列方式。
不同的构象会导致高分子链呈现不同的形态和性质。
高分子材料的物理化学性质
即：聚合物发生玻璃态与高弹态之间相互转变的温度。 折射率、介电常数等)会发生剧变，常用膨胀计法、DSC
在发生玻璃化转变前后，聚合物的许多物理性质 ( 比容、 法测定聚合物的Tg
Tg与聚合物材料使用性能的关系：
Tg>室温，可做塑料使用，Tg 表征塑料的耐热性，即塑料使用的
上限温度(结晶聚合物，Tm为使用上限温度)
注：对于非晶态的极性高聚物，既要符合“溶度参数相近”的规律， 又要符合“极性相近”原则。
3．溶剂化原则
（1）亲电性溶剂能和给电子高分子进行溶剂化而易于溶解。 （2）给电子溶剂能和亲电子性高分子“溶剂化”而利于溶解。 （3）亲（给）电子性相同的溶剂与高分子之间不能进行溶剂化作 用，故不利于溶解，即使溶度参数相近也不例外。 （4）氢键实际上也是一种强烈的溶剂化作用，若溶剂与高分子之 间能生成氢键，则有利于溶解。
生键长、键角的变化，而整个分子链和链段都不能运动，
处于被‘冻结’的状态。
• 该状态下高聚物受力后的形变是很小，形变与受力的
大小成正比，当外力除去后能立刻回复；弹性模量大；
质硬。
• 高弹态：链段运动被激发。受到外力时有 较大形变，撤力时弹性回缩 。 • 粘流态：高聚物在外力作用下发生粘性流
动，它是整个分子链互相滑动的宏观表现。
第一节 高分子溶液的理化性质
一．高聚物溶解过程的特点(相对复杂) 1．高聚物溶解缓慢且分两个阶段
① 溶胀：溶剂分子渗入高聚物内部，使高聚物体
积膨胀的现象
② 溶解：高分子以分子状态均匀分散在溶剂中，
形成完全溶解的分子分散的均相体系
2．交联高聚物，只能溶胀，不会溶解。交联 度大的溶胀度小，交联度小的溶胀度大。
6. 高分子溶液的实际制备工艺必须根据高分 子与溶剂的特性而定(P59)
在发生玻璃化转变前后，聚合物的许多物理性质 ( 比容、 法测定聚合物的Tg
Tg与聚合物材料使用性能的关系：
Tg>室温，可做塑料使用，Tg 表征塑料的耐热性，即塑料使用的
上限温度(结晶聚合物，Tm为使用上限温度)
注：对于非晶态的极性高聚物，既要符合“溶度参数相近”的规律， 又要符合“极性相近”原则。
3．溶剂化原则
（1）亲电性溶剂能和给电子高分子进行溶剂化而易于溶解。 （2）给电子溶剂能和亲电子性高分子“溶剂化”而利于溶解。 （3）亲（给）电子性相同的溶剂与高分子之间不能进行溶剂化作 用，故不利于溶解，即使溶度参数相近也不例外。 （4）氢键实际上也是一种强烈的溶剂化作用，若溶剂与高分子之 间能生成氢键，则有利于溶解。
生键长、键角的变化，而整个分子链和链段都不能运动，
处于被‘冻结’的状态。
• 该状态下高聚物受力后的形变是很小，形变与受力的
大小成正比，当外力除去后能立刻回复；弹性模量大；
质硬。
• 高弹态：链段运动被激发。受到外力时有 较大形变，撤力时弹性回缩 。 • 粘流态：高聚物在外力作用下发生粘性流
动，它是整个分子链互相滑动的宏观表现。
第一节 高分子溶液的理化性质
一．高聚物溶解过程的特点(相对复杂) 1．高聚物溶解缓慢且分两个阶段
① 溶胀：溶剂分子渗入高聚物内部，使高聚物体
积膨胀的现象
② 溶解：高分子以分子状态均匀分散在溶剂中，
形成完全溶解的分子分散的均相体系
2．交联高聚物，只能溶胀，不会溶解。交联 度大的溶胀度小，交联度小的溶胀度大。
6. 高分子溶液的实际制备工艺必须根据高分 子与溶剂的特性而定(P59)
高分子物理优秀PPT完整PPT
的部分结晶度大于相对分子质量高的部分。
△高分子链的形状对结晶的影响
线型高分子链容易结晶，结晶度大；支链型次之；体型难于结晶。
▲外因
△温度
温度是最主要的外部条件。
在玻璃化温度与熔融温度之间 存在最佳的结晶温度，一般情况下， 最佳的结晶温度为：
4
结 晶 速 率
3
1
2
1-晶核生成速率 2-晶体成长速率 3-结晶总速率 4-黏度
二、高聚物的结晶形态与结构 ★高聚物的结晶形态
高聚物的结晶形态
稀溶液，缓慢降温 单晶 浓溶液或熔体冷却 球晶 挤出、吹塑、拉伸 纤维状晶体 熔体在应力下冷却 柱晶 极高压力下慢慢结晶 伸直链晶体
★晶态高聚物的结构
☆晶态高聚物的结构模型
(a)
(b)
缨状-胶束模型
(a)非取向高聚物 (b)取向高聚物
(a)
内聚能密度（CED） 单位体积的内聚能
★内聚能密度与高聚物的使用
内聚能密度小于290J/cm3的高聚物分子间作用力较小，分子链较柔顺，容易变形，具 有较好弹性，一般可以作为橡胶使用；内聚能密度较高的高聚物，分子链较刚性，属于典 型的塑料；内聚能密度大于400J/cm3的高聚物，具有较高的强度，一般作为纤维使用。
二、高聚物的结晶形态与结构
聚酰胺分子间的氢键示意图
与极性分子偶极距的平方成正比，与被诱导分子的变形性成正比；
★次价力与高聚物的使用
次价力小于4.4×103J/mol的高聚物用作橡胶；次价力大于2.1×103J/mol的高聚物用作
纤维；次价力介于两者之间的高聚物用作塑料。
★次价力的描述
内聚能 将一摩尔分子聚集在一起的部能量Tm
高聚物结晶速率与温度的关系
《材料物理性能》PPT课件
●化学性能
材料在一定环境条件下抵抗各种介质化学作用的能力。如耐腐蚀性
能、抗氧化性能等。
★工艺性能
材料在不同制造工艺条件下所表现出来的承受加工的能力，是物理、
化学性能的综合。如铸造性能、塑性加工性能、焊接性能、切削加工
性能等。直接影响材料使用的方式完、整版成课本件p、pt生产效率等。
3
2.为什么要学习和研究材料的性能
只有这样才能在合理选用材料、提高材料性能和开发新材料过程中 具有必须的基本知识、基本技能和明确的思路。
完整版课件ppt
4
3.本课程的学习目的、内容
工程材料按照其用途可分为：结构材料和功能材料
●在以机械工业为主导的时代：主要使用结构材料，主要追求材料高强 度、高韧性、耐高温等，即材料力学性能。
●当今人类进入了信息时代：功能材料越来越重要，发展迅速。如信 息技术、电子计算机、机器人领域，太空、海洋等领域要求材料具有很 高的功能性。材料物理性能是功能材料的基础，如音像技术与材料的磁 学性能有关、超导材料与材料的电性能相关、隔热材料与材料的热学性 能相关、光导纤维与材料的光学性能有关等。
子结构、电子层、晶格运动等内部因素认识材料物理性能的本质和机理。
●影响因素、与化学成分及组织结构之间的关系：
如为什么合金热导率较纯金属低？为什么陶瓷材料较金属材料热膨胀系
数小？石墨与金刚石哪个热膨胀系数大？为什么？等等。
●物理性能指标的工程意义：
物理性能指标在实际工程上有何应用。
●了解物理性能指标的测试方法和原理，相关仪器，试样准备。
材料物理性能
机械工业出版社，陈騑騢
TB303/C417
金属材料物理性能
冶金工业出版社 王润
75.211 W35
高分子物理(共90张PPT)
晶，影响制品性能。
收缩与翘曲
高分子制品在成型后，由 于内应力的存在，会发生 收缩和翘曲现象，需通过
工艺控制减少其影响。
高分子加工过程中的物理和化学变化
01 热变化
高分子在加工过程中吸收或放 出热量，引起温度变化，对制 品性能产生影响。
02 力学变化
高分子在加工过程中受到剪切 、拉伸等力的作用，发生力学 状态的变化。
高分子物理(共90张PPT)
CONTENTS
• 高分子物理概述 • 高分子的结构与形态 • 高分子的物理性质 • 高分子的溶液性质 • 高分子的加工与成型 • 高分子物理的应用与发展前景
01
高分子物理概述
高分子的定义与分类
定义
高分子是由大量重复单元通过共价键 连接而成的长链化合物，分子量高达 数千至数百万。
弹性
高分子链的柔顺性和链段运动能力使其具 有弹性，如橡胶的弹性回复。
黏性
高分子链间的缠结和摩擦使其具有黏性， 如聚合物的熔融和溶液行为。
塑性
高分子在一定条件下可发生塑性变形，如 热塑性塑料的加工成型。
强度
高分子材料抵抗外力破坏的能力，如纤维 的强度和韧性。
高分子的热学性质
热容
高分子材料的热容通常较大，吸热和放热 过程中温度变化较小。
物理的研究提供了有力支持。
02
高分子的结构与形态
高分子的链结构
链的近程结构
包括键接方式、支化、交联等
链的远程结构
涉及链的柔顺性、构象和链的尺寸等
链结构的表征方法
如X射线衍射、中子散射、电子显微镜等
高分子的聚集态结构
高分子的分子间相互作用：包括范德华力 、氢键、离子键等
高分子的聚集态类型：如溶液、凝胶、晶 体、非晶态等
收缩与翘曲
高分子制品在成型后，由 于内应力的存在，会发生 收缩和翘曲现象，需通过
工艺控制减少其影响。
高分子加工过程中的物理和化学变化
01 热变化
高分子在加工过程中吸收或放 出热量，引起温度变化，对制 品性能产生影响。
02 力学变化
高分子在加工过程中受到剪切 、拉伸等力的作用，发生力学 状态的变化。
高分子物理(共90张PPT)
CONTENTS
• 高分子物理概述 • 高分子的结构与形态 • 高分子的物理性质 • 高分子的溶液性质 • 高分子的加工与成型 • 高分子物理的应用与发展前景
01
高分子物理概述
高分子的定义与分类
定义
高分子是由大量重复单元通过共价键 连接而成的长链化合物，分子量高达 数千至数百万。
弹性
高分子链的柔顺性和链段运动能力使其具 有弹性，如橡胶的弹性回复。
黏性
高分子链间的缠结和摩擦使其具有黏性， 如聚合物的熔融和溶液行为。
塑性
高分子在一定条件下可发生塑性变形，如 热塑性塑料的加工成型。
强度
高分子材料抵抗外力破坏的能力，如纤维 的强度和韧性。
高分子的热学性质
热容
高分子材料的热容通常较大，吸热和放热 过程中温度变化较小。
物理的研究提供了有力支持。
02
高分子的结构与形态
高分子的链结构
链的近程结构
包括键接方式、支化、交联等
链的远程结构
涉及链的柔顺性、构象和链的尺寸等
链结构的表征方法
如X射线衍射、中子散射、电子显微镜等
高分子的聚集态结构
高分子的分子间相互作用：包括范德华力 、氢键、离子键等
高分子的聚集态类型：如溶液、凝胶、晶 体、非晶态等
《高分子材料性能学》PPT课件
14
八、本课程的学习方法
预备知识：材料力学、高分子材料科学基础、 高分子物理
学习方法：性能的基本概念——物理本质—— 影响因素——性能指标的工程意义—— 指标的测试与评价
理论联系实际、重视实验
15
八、参考书目
1. 《材料性能学》王从曾主编，北京工业大学出版社，2001年 2. 《材料性能学》张帆等主编，上海交通大学出版社，2009年 3. 《高分子物理》何曼君等主编，复旦大学出版社，2001年 4. 《高分子物理》金日光等主编，化学工业出版社，2007年 5. 《高聚物的力学性能》何平笙编著，中国科学技术大学出版社，
外界作用下的综合反映 影响因素：内因（材料结构），外因（温度等） 性能测试：测试原理、设备、方法
12
六、高分子材料性能学的主要内容
• 高分子材料的常规力学性能 （6课时） • 高分子材料的高弹性与粘弹性 （5课时） • 高分子材料的断裂 （5课时） • 高分子材料的力学强度 （5课时） • 高分子材料的疲劳性能 （3课时） • 高分子材料的磨损性能 （3课时） • 高分子材料的热、电、磁、光学性能 （15课时） • 高分子材料的老化性能 （4课时）
3
2.橡胶：
天然橡胶
(聚异戊二烯)
合成橡胶
( 顺丁,丁苯,丁腈, 氯丁橡胶)
室温弹性高；形变大（可达1000%），外力去除后，能迅速恢复原状；弹性模量小， 约105~104Pa。
4
3.纤维
聚酯纤维(涤纶，如PET) 聚酰胺纤维（如尼龙，锦纶）
腈纶(PAN) 丙纶(PP) 维纶（PVA）
弹性模量较大，约109~1010Pa。 形变小，机械性能随温度变化不大
9
力学性能：材料在外加载荷作用下或载荷与环境联合作用下所表现的行为— 变形和断裂。即材料抵抗外载引起变形和断裂的能力。
八、本课程的学习方法
预备知识：材料力学、高分子材料科学基础、 高分子物理
学习方法：性能的基本概念——物理本质—— 影响因素——性能指标的工程意义—— 指标的测试与评价
理论联系实际、重视实验
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八、参考书目
1. 《材料性能学》王从曾主编，北京工业大学出版社，2001年 2. 《材料性能学》张帆等主编，上海交通大学出版社，2009年 3. 《高分子物理》何曼君等主编，复旦大学出版社，2001年 4. 《高分子物理》金日光等主编，化学工业出版社，2007年 5. 《高聚物的力学性能》何平笙编著，中国科学技术大学出版社，
外界作用下的综合反映 影响因素：内因（材料结构），外因（温度等） 性能测试：测试原理、设备、方法
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六、高分子材料性能学的主要内容
• 高分子材料的常规力学性能 （6课时） • 高分子材料的高弹性与粘弹性 （5课时） • 高分子材料的断裂 （5课时） • 高分子材料的力学强度 （5课时） • 高分子材料的疲劳性能 （3课时） • 高分子材料的磨损性能 （3课时） • 高分子材料的热、电、磁、光学性能 （15课时） • 高分子材料的老化性能 （4课时）
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2.橡胶：
天然橡胶
(聚异戊二烯)
合成橡胶
( 顺丁,丁苯,丁腈, 氯丁橡胶)
室温弹性高；形变大（可达1000%），外力去除后，能迅速恢复原状；弹性模量小， 约105~104Pa。
4
3.纤维
聚酯纤维(涤纶，如PET) 聚酰胺纤维（如尼龙，锦纶）
腈纶(PAN) 丙纶(PP) 维纶（PVA）
弹性模量较大，约109~1010Pa。 形变小，机械性能随温度变化不大
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力学性能：材料在外加载荷作用下或载荷与环境联合作用下所表现的行为— 变形和断裂。即材料抵抗外载引起变形和断裂的能力。
高分子材料物性介绍
???
• 问题:
对于HC PET薄膜, 表面硬度可以达到4H 吗? 硬度高的材料一定耐磨吗?
(6) 面积因子Area Factor
• 这是为了应用操作中方便的一种计算方法，可以根据使用 者的习惯自行定义。常用的为密度的倒数，单位则可以多 种多样，如m3/kg，m2/kg/mm，ft2/lb/mil等。
• 2. 机械力学性能(Mechanical)
• 3. 热性能(Thermal) • 4. 电性能(Electrical) • 5. 耐燃性能(Flamability) • 6. 光学性能(Optical)
1.基本物性Physical
(1)密度(比重)
• 密度： 所谓密度，就是23 C下单位体积物质的 质量，其国际单位为g/cm3，常用单位有 g/ml，kg/L，1000kg/m3等。 • 比重： 是物体的密度与相同温度下水的密度的比 值。一般地, 密度=比重*0.99756。 • 测定方法：GB1033-70塑料相对密度测试方法 ASTM D792
• 玻璃态与高弹态之间的转变，称为玻璃态转变，对应的转变温度 即玻璃化转变温度，简称玻璃化温度，通常用Tg表示；而高弹态 与粘流态之间的转变温度称为粘流温度，用Tf表示。
(4) 强度(Strength)
• 强度： 所谓强度，就是指材料或构件在外力作用下抵抗破坏的 能力。一般把材料或构件受到拉伸、弯曲、扭转或冲击 后，抵抗破坏的能力分别称之为拉伸强度、弯曲强度、 扭转强度和冲击强度。
• 拉伸强度：是在规定的实验温度、湿度和试验速度下，在标准 试样上沿轴向施加拉伸载荷，直到试样被拉断为止，断裂前试 样承受的最大载荷P与试样的宽度b和厚度d的乘积的比值：
2.机械力学性能(Mechanical)
高分子物理(共90张PPT)
高分子物理(共90张PPT)高分子物理是研究高分子的性质、结构和行为的物理学科。
高分子物理是在20世纪初形成的，它涉及的领域非常广泛，包括高分子合成、高分子材料制备、高分子加工与成型等。
本文将结合90张PPT，对高分子物理的基本概念、研究方法、高分子结构与性质、高分子的加工与成型等方面进行介绍。
第一部分：高分子物理的基本概念1、高分子的定义高分子是由无数个重复单元组成的巨大分子，其分子量通常大于10^3，由于其特殊的结构和物理化学性质，广泛应用于生活、工业等众多领域。
2、高分子物理的研究对象高分子物理的研究对象是大分子化合物。
这些化合物的分子量很大，通常大于10^3，有时甚至可达到10^7。
这就意味着高分子物理不仅涉及到分子级性质的研究，还要考虑宏观级别的物理特性。
3、高分子物理的主要内容高分子物理的主要内容包括高分子的结构、性质、动力学、形态、相变、流变、加工与成型等方面。
4、高分子物理的研究方法高分子物理的研究方法包括实验研究和计算模拟两种，其中实验研究主要包括材料合成与制备、结构表征、物理性质测试等，计算模拟主要包括分子动力学模拟、量子力学计算、有限元分析等。
第二部分：高分子结构与性质1、高分子的结构分类高分子可分为线性高分子、支化高分子、交联高分子、网络高分子等四种结构。
其中，线性高分子的分子结构最为简单，具有线性分子链结构；支化高分子分子链呈树枝状结构；交联高分子中分子链相互交联形成三维网格状结构；网络高分子则形成分子链与交联点间互相交联的巨分子结构。
2、高分子的物理性质由于高分子材料具有特殊的分子结构，因此具有一系列独特的物理性质，例如：高强度、高耐磨性、高耐热性、高透明度、高电绝缘性等。
在高分子加工中，可以通过改变处理条件和添加剂等方式来控制高分子的物理性质。
第三部分：高分子的加工与成型1、高分子的加工方法高分子的加工方法包括：挤出成型、注塑成型、压缩成型、吹塑成型、热模压成型、注液成型等多种方式，其中以挤出成型和注塑成型应用最为广泛。
高分子材料的性能特点.pptx
2.1 高分子材料的力学状态
气态 物质的力学三态 液态
固态
温度增加
聚合物力学状态具有特殊性。原因：
没有气态； 具有非晶态； 结晶具有不完善性。
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2.1 高分子材料的力学状态
线型无定形聚合物的力学三态及其转变
热机械曲线（形变-温度曲线）实验示意 等速升温
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2.1 高分子材料的力学状态
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感谢您的观看。
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弯曲强度 冲击强度
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2.2 高分子材料的力学性能
应力-应变
应变（形变）：外力作用而不产生惯性移动时其 几何形状和尺寸所发生的变化。
材料
外力作
用 发生形变
材料欲保持原
状
产生附加内力
外力卸载
内力使形变回复并自行逐步消除
应力：单位面积上的内力。
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2.2 高分子材料的力学性能
作业：
一、名词术语解释 1、结晶度 2、玻璃化转变温度（Tg） 3、粘流温度（Tf） 4、应变 5、蠕变
二、简答 1、高弹性为什么又称为熵弹性？ 2、简要阐述聚合物的粘弹性。 3、描述高分子材料的软硬、强弱和韧脆的指标分别是什么？ 4、请说明非晶态聚合物力学三态的运动单元。
三、论述题 1、画出塑料材料的应力应变曲线，并对其进行描述？ 2、高分子材料的使用温度同玻璃化转变温度有什么关系？
（2）力学特征：形变量小(0.01 ～ 1%)，模量高(109 ～ 1010 Pa)。 形变与时间无关，呈普弹性。
（3）常温下处于玻璃态的聚合物通常用作塑料。
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高弹态
Tg ～Tf
（1）分子运动机制：链段“解冻”，可以运动
气态 物质的力学三态 液态
固态
温度增加
聚合物力学状态具有特殊性。原因：
没有气态； 具有非晶态； 结晶具有不完善性。
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2.1 高分子材料的力学状态
线型无定形聚合物的力学三态及其转变
热机械曲线（形变-温度曲线）实验示意 等速升温
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2.1 高分子材料的力学状态
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弯曲强度 冲击强度
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2.2 高分子材料的力学性能
应力-应变
应变（形变）：外力作用而不产生惯性移动时其 几何形状和尺寸所发生的变化。
材料
外力作
用 发生形变
材料欲保持原
状
产生附加内力
外力卸载
内力使形变回复并自行逐步消除
应力：单位面积上的内力。
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2.2 高分子材料的力学性能
作业：
一、名词术语解释 1、结晶度 2、玻璃化转变温度（Tg） 3、粘流温度（Tf） 4、应变 5、蠕变
二、简答 1、高弹性为什么又称为熵弹性？ 2、简要阐述聚合物的粘弹性。 3、描述高分子材料的软硬、强弱和韧脆的指标分别是什么？ 4、请说明非晶态聚合物力学三态的运动单元。
三、论述题 1、画出塑料材料的应力应变曲线，并对其进行描述？ 2、高分子材料的使用温度同玻璃化转变温度有什么关系？
（2）力学特征：形变量小(0.01 ～ 1%)，模量高(109 ～ 1010 Pa)。 形变与时间无关，呈普弹性。
（3）常温下处于玻璃态的聚合物通常用作塑料。
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高弹态
Tg ～Tf
（1）分子运动机制：链段“解冻”，可以运动
高分子材料的物理化学性质
Q=[DSP（2A-SP）t/λ]1/2
Q：单位面积t的释放量，D：扩散系数，P：骨 架中的孔隙率，S：药物在释放介质中的溶解
度，λ：骨架中弯曲因素，A为单位体积骨架中
药物含量。
假设：①药物释放时保持伪稳态；②A>>S，即 存在过量的溶质；③理想的漏槽状态；④药物 颗粒比骨架小得多；⑤D恒定。
Q=kHt1/2
4.内耗
轮胎在高速行使相当长时间后，立即检查内层温度， 为什么达到烫手的程度？
高聚物受到交变力作用时会产生滞后现象，上一次受到 外力后发生形变在外力去除后还来不及恢复，下一次应 力又施加了，以致总有部分弹性储能没有释放出来。这 样不断循环，那些未释放的弹性储能都被消耗在体系的 自摩擦上，并转化成热量放出。
f = 1.5Pl0 / bd2
P
d
b
l0/2
l0/2
抗弯强度测定试验示意图
3、冲击强度（i）
冲击强度也称抗冲强度, 定义为试样受冲 击负荷时单位截面积所吸收的能量。是衡量 材料韧性的一种指标。
P
冲击头，以一定速 度对试样实施冲击
d
b
l0/2
l0/2
4、聚合物强度的影响因素
（1）聚合物自身的结构：主链中引入芳杂环，可增加链的 刚性，分子链易于取向，强度增加；适度交联，有利于强度 的提高。
硬度的大小与材料的拉伸强度和弹性模量 有关。
强度：是衡量材料抵抗外力破坏的能力，是指在 一定条件下材料所能承受的最大应力。
1、拉伸强度
衡量材料抵抗拉伸破坏的能力，也称拉伸 强度。
宽度b
厚度d
P
试样断裂前所受的最大负荷P与试样横截面积 之比为抗张强度t：t = P / b • d