第7章 高分子材料的热学性能
高分子材料的结构和性能研究
高分子材料的结构和性能研究高分子是由大量分子单元化合而成的材料，是众多材料之中使用最为广泛的一类材料，其中塑料是高分子材料中最常见和应用最广泛的一种。
随着科技的不断发展，人们对高分子材料的研究和应用也越来越深入，对高分子材料的结构和性能进行探究已成为重要的研究方向之一。
一、高分子材料的基本结构和组成高分子材料的基本结构是由大量简单分子单元通过共价键或离子键连接而成的长链分子。
这些长链分子可能包含数千上万个单元，其分子量也可达数百万至数千万不等。
除了长链分子，高分子材料中还可能存在支链分子、交错分子、网状分子等不同的形态。
高分子材料的组成不仅有单一的高分子，还可能由多种高分子组成的共混物或复合材料。
共混物由两种或以上的高分子混合而成，其组分可以均为同质高分子，也可以为不同种类的高分子。
而复合材料则是将高分子与其它材料混合而成，这些材料可以是同种的或不同种的。
复合材料的成分可以按照功能需求进行配比，形成满足不同使用需求的高性能材料。
二、高分子材料的性能及其研究方法高分子材料因其结构特点，在力学、光学、电学、化学、热学等方面表现出一系列独特的性能。
高分子材料的性能取决于分子结构、分子量、结晶度、形态结构、分子力学运动状态等因素。
其中，热性能、机械性能和流变性能等是高分子材料中最为重要和常见的性能。
研究高分子材料的性能需要运用多种方法和技术。
其中，常用的方法包括热分析、质谱分析、核磁共振、傅里叶变换红外光谱、拉伸测试、动态力学分析、热重分析等。
这些方法可以实现对高分子材料的性能进行定量描述，并能够揭示高分子材料的制备过程中的关键因素和作用机理。
三、高分子材料的应用及其发展趋势高分子材料由于其独特的性能和广泛的应用领域，成为了现代工业中不可或缺的材料之一。
塑料制品、纤维、色素、润滑剂、胶粘剂、电线电缆、医疗器械等领域均有广泛应用。
而在新能源、新兴材料、高效催化剂、生物医学领域等新兴领域，高分子材料也取得了许多创新和突破性的进展。
《高分子热力学》课件
目录
• 高分子热力学的定义与重要性 • 高分子热力学的基本概念 • 高分子热力学的特性与规律 • 高分子热力学的实验研究方法 • 高分子热力学的应用实例
01
高分子热力学的定义与 重要性
高分子热力学的定义
高分子热力学是一门研究高分子 材料在热力学平衡态和近平衡态
行为的科学。
详细描述
高分子材料的热稳定性受到分子链的刚性和化学键能的影响。一些高分子材料在高温下容易发生氧化反应或降解 反应，导致性能下降。了解材料的热分解机理和动力学对于高分子材料的应用和设计具有重要意义。
高分子材料的热力学函数与状态方程
总结词
热力学函数和状态方程是描述高分子材料热力学行为 的工具，它们可以帮助我们了解材料在不同温度和压 力下的性质和行为。
从而优化材料的性能。
高分子热力学有助于理解高分 子材料在各种环境下的行为， 为材料的应用和开发提供理论
基础。
高分子热力学的应用领域
高分子材料科学
高分子热力学为高分子材料的设计、合成和加工提供了理 论基础，有助于开发高性能、功能化的高分子材料。
聚合物工程
高分子热力学在聚合物工程领域的应用广泛，如聚合反应 过程、聚合物分离和提纯、聚合物加工成型等。
它涉及到高分子材料的热力学性 质、相行为、聚集态结构和变化
规律等。
高分子热力学的基础理论包括热 力学第一定律、第二定律和第三 定律，以及高分子溶液的热力学
理论。
高分子热力学的重要性
高分子热力学为高分子材料的 设计、合成和加工提供了理论
指导。
通过高分子热力学，可以预 测高分子材料的热稳定性、 相分离行为和聚集态结构，
分子运动论概述
分子动理论的实验验证
高分子材料性能研究与应用
高分子材料性能研究与应用高分子材料是一种重要的工程材料，广泛应用于机械、汽车、电子、建筑、医疗等领域。
高分子材料具有轻质、高强、高韧、耐腐蚀、绝缘等特点，成为各种工业领域不可或缺的材料。
本文将着重介绍高分子材料的性能研究和应用。
一、高分子材料的物理性质高分子材料是由许多分子聚合而成的，具有非晶态或半晶态的结构。
主要有以下几种物理性质：1.力学性能：高分子材料具有轻质、高强的特点，可以实现高效的能量转换和储存。
2.电学性能：高分子材料的电学性能可以通过改变分子结构和加工工艺来调节。
3.热学性能：高分子材料可进行热塑性加工，易于成型。
同时，高分子材料也具有较高的绝缘性和热稳定性。
4.光学性能：高分子材料具有光学吸收、透明度、颜色等特性。
通常用于制造光学器件和光学材料。
二、高分子材料的化学性质高分子材料的化学性质主要包括以下几个方面：1.物理状态：高分子材料通常以固体状态出现，但也可在适当的温度和溶剂下形成流体。
2.水解性：部分高分子材料的酯基与水反应后会发生水解，导致其结构的变化和物理性质的改变。
3.氧化降解：高分子材料会受到氧化物、酸、硷等因素的影响，导致其分子结构的破坏和硬度的降低。
4.耐化学品性：高分子材料具有耐酸、耐碱、抗溶解性等特性，在化学工业上被广泛使用。
三、高分子材料的应用高分子材料广泛应用于农业、建筑、医疗、能源、物流等众多领域。
主要包括以下几个方面：1.工程领域：高分子材料在机械加工、建筑材料、汽车工业、电子器材等领域得到广泛应用。
2.医疗领域：高分子材料作为医用材料和功能性医用材料，广泛用于外科、整形、骨科等医疗领域。
3.环保领域：高分子材料作为环保材料得到广泛应用，例如油泄漏清理材料、环保装饰材料等。
4.能源领域：高分子材料的应用在能源领域的广泛，如太阳能电池、锂离子电池、超级电容器等。
四、高分子材料的未来发展高分子材料的未来发展趋势是制备高性能材料、发展低成本加工技术和提高生物可降解性等方面。
第7章 高分子材料的热学性能
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2.示差扫描量热法(DSC) 在加热或冷却过程中，将试样和参比物的温差 保持为零，测量补充的热量与温度或时间的关系 功率补偿DSC和热流式DSC
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图7-11 高聚物典型的DTA曲线
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典型的半结晶聚合物的DSC 曲线：
1. 与样品热容成比例的初始偏移
•对于酚醛树脂而言，其耐热性取决于温度和耐受时间 4 高聚物与纤维的复合
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7.6 高分子材料的热稳定性
高分子材料的热稳定性主要是指高分子材料在受热 情况下，由于发生化学变化从而引起材料性能的变坏。 高温下高聚物可以发生降解和交联
降解：高分子主链的断裂，导致分子量下降，材料的物理力学性能变坏。
格波分为声频支和光频支两类
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热性能的物理本质：晶格热振动
弹性波（格波）：包括振动频率低的声频支 振动频率高的光频支
声频支—相邻原子具有相同的振动方向，两种原子的 质量不同，振幅不同，两原子间有相对运动。
光频支—相邻原子振动方向相反，形成一个范围很小， 频率很高的振动。
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➢ 高分子材料热传导是通过分子（原子）相互碰撞的声 子导热，热导率较低
➢ 结晶度影响很大，结晶度高热导率高 ➢ 分子内热导率高于分子间热导率，增加分子量有利于
提高热导率 ➢ 取向高分子，取向方向热导率高于垂直于取向的方向 ➢ 导电共轭高分子的热导率是普通非共轭高分子的20-
30倍，将导电高分子与普通高分子共混可提高材料热 导率
VTm为熔点温度时的体积；V0为0K时的体积； 立方和六方金属，C为0.06~0.076
高分子材料的热力学性质研究
高分子材料的热力学性质研究高分子材料指的是由单体聚合而成的巨分子化合物，以具有重要的应用价值和广泛的应用领域而著称。
高分子材料的热力学性质包括热力学稳定性、玻璃化转变温度、结晶行为、熔体性质等。
这些性质的研究对于高分子材料的制备和应用具有重要意义。
一、热力学稳定性热力学稳定性是高分子材料的基本性质之一。
它反映了材料在恒定的温度和压力下，随时间推移而发生的物理化学变化。
一般来说，高分子材料的热力学不稳定性表现为：（1）自聚合反应，导致分子链断裂；（2）热降解反应，导致分子链断裂和分解；（3）氧化反应，导致分子链的氧化和分解。
在高分子材料的生产和使用过程中，热力学稳定性是非常重要的。
不稳定性会导致材料质量不稳定，甚至出现严重的安全事故。
因此，研究高分子材料的热力学稳定性非常必要。
二、玻璃化转变温度高分子材料的玻璃化转变温度是一种非晶态转变。
它指高分子材料由高温液态状态转变为低温非晶态状态的转变温度。
该温度是材料的重要物理性质之一，它反映了材料分子结构和动力学过程的变化。
研究高分子材料的玻璃化转变温度可以为合理控制高分子材料的性能提供有力的依据。
特别是在高分子材料的加工过程中，对于材料的成型和模具的开发来说具有至关重要的作用。
三、结晶行为高分子材料的结晶行为是指材料在温度和压力一定条件下的结晶特性。
结晶是指原本无序排列的高分子分子链逐渐有序排列，形成类似晶体的结构。
结晶度是衡量高分子材料结晶行为的物理量。
在高分子材料的制备和应用过程中，结晶行为对于材料性能的影响是非常显著的。
了解材料的结晶行为可以为材料的加工和应用提供指导和依据。
四、熔体性质高分子材料的熔体性质指的是材料在加热至熔点以上，成为熔体后的物理和化学性质。
熔体性质包括熔点、熔体黏度、流动性等。
熔点是指材料在加热至一定温度后开始融化的温度。
熔体黏度是指熔体内部分子在流动时的抗阻力大小。
流动性是指熔体在外力作用下流动的能力。
高分子材料的熔体性质主要决定了材料在加工过程中的可塑性和加工性能。
材料的热学性能
材料的热学性能
材料的热学性能是指材料在热学方面的特性和性能，包括热传导、热膨胀、比热容等。
热学性能对于材料的选择、设计和应用具有重要意义。
在工程领域中，热学性能的优劣直接影响着材料的使用效果和性能表现。
首先，热传导是材料的重要热学性能之一。
热传导是指材料内部热量传递的能力，也可以理解为热量在材料内部的传播速度。
热传导系数是衡量材料热传导性能的重要参数，通常用λ表示。
热传导系数越大，材料的热传导性能越好，热量传递速度越快。
金属材料通常具有较高的热传导性能，而绝缘材料则具有较低的热传导性能。
其次，热膨胀是材料的另一个重要热学性能。
热膨胀是指材料在温度变化时的尺寸变化情况。
一般情况下，材料的热膨胀系数随着温度的升高而增大。
热膨胀性能对于材料在温度变化环境下的应用具有重要影响，尤其是在高温或低温环境下的工程应用中更为显著。
此外，材料的比热容也是其重要的热学性能之一。
比热容是指单位质量材料升高1摄氏度温度所吸收的热量。
比热容越大，材料的热稳定性越好，对温度变化的适应能力越强。
在工程设计中，通常会根据材料的比热容选择合适的材料，以满足工程的热学性能要求。
总的来说，材料的热学性能直接关系到材料的使用效果和性能表现。
在工程实践中，对于不同的工程应用，需要根据具体要求选择具有合适热学性能的材料，以确保工程的稳定性和安全性。
因此，对于材料的热学性能的研究和应用具有重要的意义，也是材料科学领域的重要研究方向之一。
高分子材料的结构及其性能
高分子材料的结构及其性能1. 引言高分子材料是由大量重复单元构成的大分子化合物，具有重要的工程应用价值。
其结构和性能之间的关系对于材料科学和工程领域的研究至关重要。
本文将介绍高分子材料的结构特点，并探讨其与性能之间的关系。
2. 高分子材料的结构高分子材料的结构可以分为线性结构、支化结构、交联结构以及共聚物结构等。
不同结构的高分子材料具有不同的特点和应用领域。
线性结构是最简单的高分子材料结构，由一条长链构成，链上的重复单元按照一定的顺序排列。
线性结构的高分子材料具有较高的可拉伸性和延展性。
2.2 支化结构支化结构在线性结构的基础上引入了支链，可以增加高分子材料的分子间距离，提高其熔融性和热稳定性。
支化结构的高分子材料常用于塑料制品的生产。
2.3 交联结构交联结构是指高分子材料中分子之间通过共价键形成网络结构。
交联结构的高分子材料具有较高的强度和硬度，常用于橡胶制品的生产。
共聚物是指由两种或两种以上不同单体按照一定比例聚合而成的高分子化合物。
共聚物结构的高分子材料具有多种物化性质的综合优点，广泛应用于各个领域。
3. 高分子材料的性能高分子材料的性能与其分子结构密切相关，主要包括力学性能、热学性能、电学性能和光学性能等。
3.1 力学性能高分子材料的力学性能包括强度、韧性、硬度等指标。
线性结构的高分子材料通常具有较高的延展性和可拉伸性，而交联结构的高分子材料则具有较高的强度和硬度。
3.2 热学性能高分子材料的热学性能包括熔点、热膨胀系数、导热系数等指标。
分子结构的不同会对高分子材料的热学性能产生显著影响，如支化结构的高分子材料通常具有较低的熔点和较高的热膨胀系数。
3.3 电学性能高分子材料的电学性能主要包括导电性和介电性能。
共聚物结构的高分子材料常具有较高的导电性，而线性结构的高分子材料则通常具有较好的介电性能。
3.4 光学性能高分子材料的光学性能指材料对光的吸收、透过性和反射性等特性。
不同结构的高分子材料在光学性能上也会有所差异，如支化结构的高分子材料通常具有较高的透光性。
高分子材料的表征和导热性能研究
高分子材料的表征和导热性能研究高分子材料是一种重要的材料种类，具有广泛的应用领域。
如何对高分子材料进行表征和研究其导热性能，是当前高分子材料研究的一个热点问题。
一、高分子材料的表征高分子材料通常具有分子量大、化学结构复杂的特点，因此需要采用多种手段进行表征。
1. 分子量的测定高分子材料的分子量一般采用凝胶渗透色谱、粘度法等实验手段进行测定。
其中，凝胶渗透色谱具有分离精度高、灵敏度好等优点，可以处理多种分子量范围的高分子材料。
2. 凝聚态的表征对于固态高分子材料，需要采用X射线衍射、热分析等技术手段进行表征，以了解高分子材料的晶体结构、热性能等特征。
3. 动态热力学性能的表征高分子材料在使用过程中还需要考虑其时间依赖性、疲劳性、耐热性等方面的性能。
这就需要采用热分析、动态力学测试等技术手段进行表征。
二、高分子材料的导热性能研究导热性能是高分子材料的一个关键性能指标，对于高分子材料的设计、制备、应用都具有重要意义。
导热性能研究的主要方法有以下几个：1. 热导率的测试热导率是导热性能的基本指标之一，一般采用稳态热流方法进行测试。
稳态热流方法包括热阻率法、热板法等，能够准确测定材料在稳态下的导热性能。
2. 动态热导率的测试高分子材料在使用过程中很少处于稳态状态，因此需要考虑其动态导热性能。
动态热导率的测试方法包括脉冲法、频率扫描法等，能够模拟高分子材料在实际使用过程中的导热性能。
3. 热膨胀系数的测试高分子材料在受热过程中往往会产生热膨胀现象，对于导热性能的影响较大。
因此，需要采用膨胀测试仪等设备对高分子材料的热膨胀系数进行测定。
4. 界面热阻的测试高分子材料在应用过程中往往需要与其他材料进行接触，因此涉及到界面热阻的问题。
界面热阻的测试方法包括接触热阻法、热反射法等。
三、导热性能的改进高分子材料的导热性能往往不如金属等传统材料，因此需要采取一些措施进行改进。
导热性能的改进方法主要有以下几个：1. 添加导热填料通过向高分子材料中添加导热填料，如石墨、纳米银粉等，可以显著提高高分子材料的导热性能。
高分子物理高分子的热学性能
高分子的热学性能引言高分子是一类由大量重复单元组成的大分子化合物。
由于其特殊的结构和性质，高分子在热学性能上表现出一系列的特点。
本文将从热学性能的角度探讨高分子的特点。
1. 玻璃化转变温度高分子在加热过程中会经历玻璃化转变。
玻璃化转变温度是指在高分子加热过程中，高分子从固态转变为类似于玻璃的非结晶态的临界温度。
玻璃化转变温度是高分子的重要热学指标之一，其数值与高分子材料的应用温度范围密切相关。
2. 熔点和熔融热高分子在加热过程中，当温度达到熔点时会发生熔化，形成液态高分子。
熔点是指高分子从固态到液态转变的温度，熔融热则是指单位质量高分子在熔解过程中释放或吸收的热量。
3. 热膨胀系数高分子的热膨胀系数是指高分子在单位温度变化时长度或体积的变化程度。
热膨胀系数对于高分子材料在热学应用中的变形和热应力具有重要影响。
不同高分子材料的热膨胀系数差异较大，因此在设计高分子制品时需要考虑其热膨胀系数的影响。
4. 热导率高分子的热导率是指高分子材料在温度梯度下传导热量的能力。
热导率是衡量高分子热学性能的重要指标之一，它对高分子材料的导热性能和热传导过程有着直接影响。
不同高分子材料的热导率差异较大，因此在选择高分子材料时需要考虑其热导率的要求。
5. 热稳定性高分子的热稳定性是指在高温条件下高分子材料自身是否发生热分解的能力。
热稳定性对于高分子材料在高温环境下的应用具有重要影响，直接影响其使用寿命和性能表现。
6. 热膨胀系数和热导率的关系高分子的热膨胀系数和热导率之间存在一定的关系。
通常情况下，热导率和热膨胀系数呈反相关关系。
热膨胀系数大的高分子材料常常具有较低的热导率，而热导率高的高分子材料往往具有较低的热膨胀系数。
7.高分子材料在热学性能上具有一系列的特点，包括玻璃化转变温度、熔点和熔融热、热膨胀系数、热导率以及热稳定性。
这些热学性能对高分子材料的应用和性能表现具有重要影响，因此在选择和设计高分子材料时需要考虑这些因素。
高分子材料性能
高分子材料性能高分子材料是一类由大量重复单元组成的聚合物材料，具有许多优异的性能，广泛应用于工业、建筑、医疗等领域。
其性能特点主要包括力学性能、热学性能、电学性能、光学性能和耐化学性能等方面。
首先，高分子材料的力学性能表现出较高的强度和韧性。
由于其分子链结构的柔韧性和交联结构的稳定性，使得高分子材料具有较好的抗拉伸、抗压缩和抗弯曲等力学性能。
比如聚乙烯、聚丙烯等塑料材料具有较高的强度和韧性，广泛应用于塑料制品制造领域。
其次，高分子材料的热学性能也备受关注。
高分子材料具有较低的热导率和较高的热膨胀系数，使得其在热绝缘和热膨胀方面表现出良好的性能。
例如聚四氟乙烯具有优异的耐高温性能，被广泛应用于制造高温耐腐蚀的管道、阀门等产品。
另外，高分子材料的电学性能也是其重要特点之一。
许多高分子材料具有较好的绝缘性能和介电性能，被广泛应用于电气绝缘材料和电子器件的制造。
例如聚氯乙烯、聚苯乙烯等塑料材料在电气绝缘领域有着重要的应用。
此外，高分子材料的光学性能也备受关注。
许多高分子材料具有良好的透明性和光学均匀性，被广泛应用于光学器件、光学镜片、光学膜等产品的制造。
例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等材料在光学领域有着重要的应用。
最后，高分子材料的耐化学性能也是其重要特点之一。
许多高分子材料具有良好的耐腐蚀性能和耐化学介质性能，被广泛应用于化工设备、管道、容器等产品的制造。
例如聚丙烯、聚乙烯等塑料材料在化工领域有着重要的应用。
总之，高分子材料具有多种优异的性能，广泛应用于各个领域。
随着科学技术的不断发展，高分子材料的性能将会不断得到提升，为人类社会的发展进步做出更大的贡献。
材料性能学课件第七章 材料的高温力学性能
蠕变极限，记作
T /t
，其中T表示测试温度，
ε/t 表示在给定的时间t内产生的蠕变应变为ε。
在蠕变时间短而蠕变速率又较大的情况下，
一般采用这种定义方法。
2．持久强度
某些在高温下工作的机件，蠕变变形很小或对 变形要求不严格，只要求机件在使用期内不发生断 裂。在这种情况下，要用持久强度作为评价材料、 设计机件的主要依据。
⑷ 粘弹性机理 高分子材料在恒定应力作用下，分子链由卷
曲状态逐渐伸展，发生蠕变变形，这是体系熵值 减小的过程。当外力减小或去除后，体系自发地 趋向熵值增大的状态，分子链由伸展状态向卷曲 状态回复，表现为高分子材料的蠕变回复特性。
2．蠕变断裂机理
蠕变断裂有两种情况： 一种情况是对于那些不含裂纹的高温机件，
低温下由空位扩散导致的这种断裂过程 十分缓慢，实际上观察不到断裂的发生。
金属材料蠕变断裂断口的宏观特征为： 一是在断口附近产生塑性变形，有很多裂纹，使断 裂机件表面出现龟裂现象； 另一个特征是由于高温氧化，一层氧化膜所覆盖。
微观特征主要是冰糖状花样的沿晶断裂。
三、蠕变性能指标
蠕变极限、持久强度、松弛稳定性等 1．蠕变极限
在高应力高应变速率下，温度低时，金属材 料通常发生滑移引起的解理断裂或晶间断裂，这 属于一种脆性断裂方式，其断裂应变小。温度高 于韧脆转变温度时，断裂方式从脆性解理和晶间 断裂转变为韧性穿晶断裂。
在较低应力和较高温度下，通过在晶界 空位聚集形成空洞和空洞长大的方式发生晶 界蠕变断裂，这种断裂是由扩散控制的。
1. 蠕变变形机理 位错滑移、原子扩散和晶界滑动
高分子材料：分子 链段沿外力的舒展
⑴ 位错滑移蠕变机理
材料的塑性变形主要是由于位错的滑移引起 的。在一定的载荷作用下，滑移面上的位错运动 到一定程度后，位错运动受阻发生塞积，就不能 继续滑移，也就是只能产生一定的塑性变形。
高分子材料的热力学性质研究
高分子材料的热力学性质研究1. 引言高分子材料是一类重要的材料，在许多领域中得到广泛应用。
了解高分子材料的热力学性质对于材料的设计、加工和性能提升具有重要意义。
2. 研究方法研究高分子材料的热力学性质通常采用实验和理论计算相结合的方法。
通过对材料的热性能进行测试和分析，可以得到材料的热力学参数，如熔点、玻璃转变温度、热膨胀系数等。
同时，通过理论模型的建立和计算，可以预测和解释高分子材料的热力学行为。
3. 热力学性质的重要性高分子材料的热力学性质直接影响其制备、处理和性能。
例如，在聚合物加工过程中，了解材料的熔点、热膨胀系数等参数，可以确定合适的加热温度和加工条件，保证材料的性能和品质。
同时，热力学性质还与材料的稳定性和可持续性密切相关，对材料的寿命和环境适应性具有重要影响。
4. 研究进展随着科学技术的不断发展，高分子材料的热力学性质研究取得了一系列重要进展。
例如，通过改变高分子链结构和交联结构等手段，可以调控材料的熔点和玻璃转变温度，提高材料的热稳定性。
同时，利用计算机模拟和理论计算方法，可以预测高分子材料的热力学行为，为高分子材料的设计和合成提供理论指导。
5. 应用前景随着材料科学和工程的不断进步，高分子材料的应用前景非常广阔。
进一步研究高分子材料的热力学性质，对于开发新型高性能材料、提高材料的工艺性能和环境适应性具有重要意义。
例如，通过研究高分子材料的热膨胀性质，可以开发具有优异热稳定性和热传导性能的材料，用于航空航天和电子领域。
6. 挑战与展望虽然高分子材料的热力学性质研究取得了一些成果，但仍存在一些挑战。
例如，高分子材料的热力学行为受到许多因素的影响，如分子结构、交联结构、环境条件等，研究和理解这些因素与材料性能之间的关系仍然具有一定难度。
同时，研究方法的改进和新兴技术的应用也是未来研究的方向。
综上所述，高分子材料的热力学性质研究对于材料的制备、加工和性能提升具有重要意义。
通过实验和理论计算相结合的方法，可以研究材料的热性能，并预测材料的热力学行为。
高分子化学与物理基础（第二版）第7章高分子的结构（可编辑）
高分子化学与物理基础（第二版）第7章高分子的结构第7章高分子的结构1高分子的近程结构2高分子的远程结构3高分子链的均方末端距4高分子的分子间作用力与聚集态5高分子的晶态结构第7章高分子的结构6高分子的结晶度与物理性能7 高分子的结晶行为和结晶动力学8高分子的非晶态结构9高分子的取向态结构1 0高分子的液晶态结构1 1高分子共混体系的聚集态结构第7章高分子的结构高分子的结构决定了其物理性能。
通过对高分子的结构以及分子运动的研究,发现高分子结构与性能之间的内在联系,就能够从性能的角度指导高分子的合成和高分子材料的成型加工,使高分子材料更好地满足实际应用的要求。
因此,研究高分子结构是高分子设计和材料设计的重要基础。
7.1 高分子的近程结构1高分子的化学组成2结构单元的键接方式3高分子链的构造---线型、支化和交联4共聚高分子的组成与结构5高分子链的构型7.1.1 高分子的化学组成7.1.1.1 碳链高分子这类高分子的共同特点是可塑性较好,化学性质比较稳定,不易水解,但是力学强度一般,而且由于碳氢键和碳碳键的键能较低,高分子的耐热性较差。
7.1.1.2 杂链高分子该类高分子一般由逐步聚合反应或者开环聚合得到。
相对于碳链高分子,它们的耐热性和强度明显提高,但是由于主链上含有官能团,容易发生水解、醇解和酸解等副反应,化学稳定性较差。
7.1.1 高分子的化学组成7.1.1.3 元素有机高分子元素有机高分子一方面保持了有机高分子的可塑性和弹性,另一方面还具有无机物的优良热稳定性,因此可以在一些特殊的场合使用。
缺点是强度较低。
7.1.1.4 无机高分子分子链(包括主链和侧基)完全由无机元素组成,不含碳原子。
例如聚硫、聚硅等。
这类高分子的耐高温性能优异,但同样存在强度较低的问题。
7.1.2 结构单元的键接方式高分子链一般由结构单元通过共价键重复连接而成。
例如a-烯烃双烯类单体聚合时结构单元的键接方式会更加复杂。
如2-氯丁二烯的自由基聚合有三种加成方式。
《高分子材料》课程教学大纲
《高分子材料》课程教学大纲高分子材料课程教学大纲
课程目标
本课程旨在介绍高分子材料的基本概念、性质、应用及制备方法，培养学生在高分子材料领域的基础知识和实际操作能力。
课程安排
第一部分：高分子材料概述
- 高分子材料的定义和分类
- 高分子材料在工程和科学领域的重要性
- 高分子结构与性质的关系
第二部分：高分子材料的性质和测试方法
- 高分子材料的物理性质和化学性质
- 高分子材料的力学性能测试方法
- 高分子材料的热学性能测试方法
第三部分：高分子材料的应用
- 高分子材料在塑料、橡胶、纤维等方面的应用
- 高分子材料在医疗、电子、汽车等领域的应用
- 高分子材料的环境和可持续发展问题
第四部分：高分子材料的制备方法
- 高分子聚合反应的基本原理和机制
- 高分子材料的聚合方法和工艺
- 高分子材料的加工和成型技术
教学方法
本课程将采用多种教学方法，包括讲授、案例分析、实验演示和小组讨论等。
学生将有机会参与实际的高分子材料制备和测试实验，以增强实践能力。
考核方式
本课程的考核方式将包括平时成绩、实验报告、课堂讨论和期末考试等。
具体的考核比例将在课程开始时由授课教师详细说明。
参考教材
- 《高分子材料导论》王良新编著，清华大学出版社
- 《高分子材料化学》陈信雄等著，科学出版社
以上为课程的大纲教学安排，具体内容和教学进度可能会根据实际情况进行调整，敬请理解。
高分子物理----高分子的热学性能
四、影响玻璃化转变温度的因素
Cl
[ CH2
T / oC:
CH ] Cl 87
n
[ CH2
C Cl -17
]n
F
[ CH2
T / oC:
CH ] F 40
n
[ CH2
C F度的因素
（3）分子间作用力（极性、氢键 、离子键）
a．极性
侧基的极性越强，分子间作用力越大，柔性越 差，Tg越高。
[ CH2
CH ] R CH3 R: H CH3 -20 CH2CHCH3 29 100 138
n
T / oC: -68
[ CH2
CH ]
n CH3 CH3 C CH3 CH3 43
COOR R: T / oC: CH2CH2CH3 -56 CH2CHCH3 -22
四、影响玻璃化转变温度的因素
b．侧基柔性
难易程度。
二、聚合物的力学状态与热转变
c. 脆化温度 （Tb） 在玻璃态，高聚物虽然很硬，但并不脆，因而可以
作为塑料被广泛使用，但当温度进一步降低，达到一定
的温度时，在外力作用下，高聚物大分子发生断裂，这
个温度称为脆化温度，是高分子所有性能的终止点。
二、聚合物的力学状态与热转变
d. 分解温度 （Td） 分解温度是高聚物开始发生交联、降解等化学变 化的温度。在加工时不能超越这一温度。
玻璃化温度是指聚合物从玻璃态向高弹态转变的 温度，也是链段开始运动或被冻结的温度。
关于玻璃化温度的测试方法比较多，但大致可分
成下面四类方法。
三、聚合物的玻璃化转变
1. 利用体积的变化的方法 常采用膨胀计来测试。 2. 利用热力学性质变化的方法 ① 差热分析（DTA） ② 差示扫描量热仪（DSC）
《材料性能学》课程教学大纲
《材料性能学》课程教学大纲一、《材料性能学》课程说明（一）课程代码：（二）课程英文名称：Introductions of Materials Properties（三）开课对象：材料物理专业（四）课程性质：《材料性能学》属于材料科学与工程一级学科主干专业课（五）教学目的：使学生掌握材料各种主要性能的基本概念物理本质化学变化律以及性能指标的工程意义，了解影响材料性能的主要因素及材料性能与其化学成分，组织结构之间的关系，基本掌握提高材料性能的主要途径。
（六）教学内容：本课程包括金属材料力学性能，金属物理性能分析，无机材料无论性能，高分子材料力学材料性能、材料的腐蚀与老化、性能指标的工程意义、指标的测试与评价及应用为主线贯穿始终，让学生对材料性能知识有一个完整的了解，以便达到举一反三、触类旁通的效果。
（七）教学时数:学时数：72 学时分数： 4 学分（八）教学方式:以粉笔、黑板为主要形式的课堂教学（九）考核方式和成绩记载说明考核方式为考试。
严格考核学生出勤情况达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格，综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40％，期末成绩占60％。
.二、讲授大纲与各章的基本要求第一章材料的单向静拉伸的力学性能教学要点：让学生了解材料在静载作用下的应力应变关系及常见的三种失败形式的特点和基本规律，这些性能指标的物理概念和工程意义，探讨提高材料性能指标的途径和方向1、使学生了解力—拉伸曲线和应力——应变曲线。
2 、使学生了解材料的弹性变形以及性能指标3、非理想弹性与内耗的概念4、非理想弹性的几种类型及工程应用5、掌握塑性变形的实质以及指标测方法6、了解断裂的机理教学时数： 8 学时教学内容：第一节力——伸长曲线和应力——应变曲线一、力——伸长曲线（低碳钢曲线，决定因素）二、应力——应变曲线中有实力与工程应力的关系式、曲线第二节弹性形变及其性能指标一、弹性形变本质二、弹性模数三、影响弹性模数的因素（键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件的负荷持续时间）四、比例极限与弹性极限五、弹性比功第三节非理想弹性与内耗一、滞弹性二、粘弹性三、伪弹性四、包申格效应五、内耗第四节塑性变形及其性能指标一、塑性变形机理（金属材料的塑性变形、陶瓷材料的塑性变形、高分子的塑性变形）二、屈服观象与屈服强度三、影响金属材料屈服强度的因素（晶体结构、晶界与亚结构、溶质元素、第二相、温度应变速率与应力状态）四、应变硬化（机理、指数、意义）五、抗拉强度与缩颈条件六、塑性与塑性指标七、超塑性第五节断裂一、断裂的类型及断口特征（韧性断裂与脆性断裂、穿晶断裂与沿晶断裂、洁切断裂与解理断裂、高分子材料的断裂、断口分析）二、裂纹形裂的位错模型（佤纳——斯特罗理论、断裂强度的裂纹理论）三、断裂强度四、真实断裂强度与静力韧度考核要求：1、力—伸长曲线和应力——应变曲线1.1力—伸长曲线（低碳钢曲线、决定因素）(识记)1.2应力—应变曲线中有实力与工程应力的关系式(识记)2、弹性形变及其性能指标2.1弹性形变本质（领会）2.2弹性模数(识记)2.3影响弹性模数的因素（键合方式和原子结构、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载条件的负荷持续时间）（领会）2.4比例极限与弹性极限（领会）2.5弹性比功（领会）3、非理想弹性与内耗3.1滞弹性（领会）3.2粘弹性（领会）3.3伪弹性（领会）3.4包申格效应(识记)3.5内耗(识记)4、塑性变形及其性能指标4.1塑性变形机理(识记)4.2屈服观象与屈服强度（领会）4.3影响金属材料屈服强度的因素(识记)4.4应变硬化（领会）4.5抗拉强度与缩颈条件(识记)4.6塑性与塑性指标(识记)4.7超塑性(识记)第五节断裂5.1断裂的类型及断口特征(识记)5.2裂纹形裂的位错模型（领会）5.3断裂强度（领会）5.4真实断裂强度与静力韧度（领会）第二章材料在其他静载下的力学性能教学要点：让学生了解扭转、弯曲、压缩与带缺口试样的静拉伸以及材料硬度实验的方法、应用范围、力学性能指标。
高分子材料
高分子材料高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。
我们接触的很多天然材料通常是高分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官等。
人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如此。
一般称在生活中大量采用的，已经形成工业化生产规模的高分子为通用高分子材料，称具有特殊用途与功能的为功能高分子。
树枝，兽皮，稻草等天然高分子材料是人类或者类似人类的远古智能生物最先使用的材料。
在历史的长河中，纸，树胶，丝绸等从天然高分子加工而来的产品一直同人类文明的发展交织在一起。
从十九世纪开始，人类开始使用改造过的天然高分子材料。
硫化橡胶和硝化纤维塑料（赛璐珞）是两个典型的例子。
航空非金属材料主要包括塑料、橡胶与密封剂、胶粘剂、纺织品、绝缘材料、航空油料与润滑剂、涂料等，期中塑料又可分为工程塑料、透明塑料、玻璃纤维增强塑料和树脂复合材料等。
这些材料是航空工业发展历史中随着高分子材料工业的发展而形成的新体系。
合成高分子材料主要分为塑料、橡胶或弹性体及纤维三大类。
高分子材料的物理性能：●兼有固态和液态物质的性质；●溶解成溶液后粘度特别大；●在溶剂中会溶胀；●能形成纤维或薄膜。
高分子材料的力学性能：●像胶的弹性✓在受到拉伸时可以产生很大变化，在拉伸时放热，热量很小。
✓在完全拉伸时具有较高的拉伸强度，而拉伸弹性模量较小。
✓当外力释去时拉伸的橡胶会很快收缩到原来的形状，永久变形小。
●高分子材料的粘弹性。
(高分子物在受交变力作用时，其作出的形变速度跟不上应力变化速度，则产生滞后的现象) 固态高分子材料最特殊的是其力学性能随着时间而有显著变化。
●高分子材料的断裂与疲劳破坏虽然一般认为高分子材料具有韧性、可变形性，可是在一定的温度、应变速率和应力条件下，也常常产生脆性断裂，有时也会在没有显著的塑性变形或尺寸变化时，发生局部的断裂现象。
这种断裂的产生多半是由于温度低，受高的载荷速率(如冲击) 或是长期受加载而产生的疲劳破坏。
高分子材料的热学性能：●耐热性材料的耐热性常常是在高温下测定变形—热变形或在高温下测定力学性能来表示之。
高分子材料增强热力学性能的研究
高分子材料增强热力学性能的研究随着现代化的不断发展，高分子材料的应用范围也越来越广泛。
高分子材料是一种具有高分子化学结构的材料，具有诸如良好的绝缘性、可塑性、耐磨性等特点。
其在建筑、汽车、医疗等领域得到广泛应用。
然而，高分子材料的热力学性能一直以来都是一大难题。
因此，如何提高高分子材料的热力学性能一直是研究者们关注的焦点。
高分子材料的热力学性能决定了其在高温、高压等极端环境下的表现。
常常需要将材料加入其他材料，以提高高分子材料的性能。
常见的增强剂包括碳纤维、玻璃纤维等。
增强剂与高分子材料共同形成复合材料，可以极大地提高材料的强度、刚度等性能。
而如何选择合适的增强剂达到最佳效果，也是研究者们关注的问题。
碳纤维作为一种重要的增强剂，具有明显的优点。
首先，碳纤维具有轻量化的特点，可以在保证强度的前提下，减轻材料本身的重量。
其次，碳纤维具有高的比强度和比模量，可以作为理想的复合材料增强剂。
此外，碳纤维的导电性能也使其成为近年来研究的热点之一。
玻璃纤维是另一种常见的增强剂。
与碳纤维相比，玻璃纤维具有更好的绝缘性和抗腐蚀性能。
同时，玻璃纤维也可以在构造上进行改良，以满足不同领域中的不同需求。
因此，玻璃纤维也成为高分子材料研究中不可或缺的一部分。
除了增强剂的选择之外，高分子材料的结构和制备过程也会对热力学性能产生影响。
例如，高分子材料的分子量不同可能会影响其热稳定性和降解温度。
制备过程中的温度和时间等因素也会对材料的结晶行为和热力学性能产生影响。
因此，在研究中需要综合考虑各种因素的综合影响。
传统的材料研究往往需要耗费大量的时间和精力。
近年来，随着计算机技术的发展，人们开始采用计算机辅助设计的方法来提高研究效率。
数值模拟技术可以帮助研究者更好地理解高分子材料的热力学性能，并对其进行优化设计。
总之，高分子材料的热力学性能是高分子材料研究领域的一个重要方向。
在研究中，选择合适的增强剂、优化设计结构和制备过程，并采用数值模拟等现代技术手段，可以为高分子材料的热力学性能提高和应用领域拓展提供有力的支持。
高分子材料的热力学性能分析
高分子材料的热力学性能分析一、引言高分子材料在当今社会得到了广泛的应用。
随着人们对材料性能要求的提高，对高分子材料的热力学性能的研究也越来越深入。
热力学是研究物质在不同条件下的热、力和能量之间相互转化关系的科学，是高分子材料研究的重要基础。
因此，本文主要介绍高分子材料的热力学性能分析方法及其研究进展。
二、高分子材料的热力学基础1. 热力学第一定律热力学第一定律可以用来描述物质的能量守恒。
它表明，物质所吸收的能量等于所释放的能量相加。
通俗地说，就是物质中的能量不会凭空消失或凭空产生。
2. 热力学第二定律热力学第二定律是研究物质内部能量转化的速率，以及不同状态之间的热力学性质变化的科学。
热力学第二定律主要介绍了热力学过程的方向性、热机效率和热平衡等方面的基本原理。
3. 热力学第三定律热力学第三定律主要是研究物质在绝对零度下的热力学性质，它描述了物质在这样的情况下达到最低的熵和能量状态的过程。
三、高分子材料的热力学性能分析方法高分子材料的热力学性能分析方法按照研究对象不同可以分为两类，一类是单体热力学性能分析，另一类是高分子体系的热力学性能分析。
1. 单体热力学性能分析单体热力学性能分析是研究单体材料的热力学性质。
单体材料是由相同或不同的单体经过化学反应形成的，在分析中需要注意单体材料中单体的数量比例、取样方法等。
单体热力学性能分析方法主要包括以下几种：（1）热容分析法热容分析法是研究物质中的热变化的一种方法。
通常情况下，用仪器将样品加热，测量样品吸收热量的能力，再由此计算出样品的热容量。
（2）差示扫描量热法差示扫描量热法是通过比较两个样品在同一温度范围内的热变化情况，来测试它们之间的差异。
这种方法对研究材料的相变和热分解等性质有很大的帮助。
（3）热重分析法热重分析法是指将样品放在高温下，对材料的质量进行监控，利用质量的变化来研究材料的热性质。
2. 高分子体系的热力学性能分析高分子体系的热力学性能分析是研究高分子材料整体性质的方法。
高分子原料在材料成型过程中的热力学行为研究
高分子原料在材料成型过程中的热力学行为研究随着科学技术的不断发展，高分子材料在各个领域中得到了广泛的应用。
然而，在高分子材料的制备过程中，热力学行为是一个重要的研究方向。
本文将探讨高分子原料在材料成型过程中的热力学行为。
首先，我们需要了解高分子原料的热力学性质。
高分子原料是由大量的分子链组成的，这些分子链具有较高的分子量和相对较强的相互作用力。
在材料成型过程中，高分子原料的热力学性质会直接影响到材料的形态和性能。
其次，我们需要关注高分子原料的热力学行为对材料成型过程的影响。
高分子原料在材料成型过程中会经历熔融、流动、固化等阶段。
热力学行为的研究可以帮助我们了解这些阶段的特性和规律，为材料成型过程的控制和优化提供科学依据。
在高分子材料的熔融过程中，热力学行为的研究可以揭示高分子链的熔融行为和熔体的热力学性质。
高分子链的熔融行为受到分子量、分子结构和相互作用力等因素的影响，研究这些因素对熔融行为的影响可以帮助我们理解高分子材料的熔融过程，并为材料的熔融加工提供指导。
在高分子材料的流动过程中，热力学行为的研究可以揭示高分子链的流动行为和流变性质。
高分子链的流动行为受到温度、剪切应力和时间等因素的影响，研究这些因素对流动行为的影响可以帮助我们理解高分子材料的流变性质，并为材料的加工工艺参数的选择和调控提供依据。
在高分子材料的固化过程中，热力学行为的研究可以揭示高分子链的结晶行为和固化过程的热力学性质。
高分子链的结晶行为受到温度、冷却速率和结晶度等因素的影响，研究这些因素对结晶行为的影响可以帮助我们理解高分子材料的固化过程，并为材料的结晶控制和性能优化提供参考。
总之，高分子原料在材料成型过程中的热力学行为研究对于材料的制备和性能的控制具有重要意义。
通过深入研究高分子原料的热力学性质和行为，我们可以更好地理解高分子材料的形态和性能，为材料的设计和应用提供科学依据。
因此，热力学行为的研究在高分子材料领域具有广阔的应用前景。
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比定容热容(Cv)
Q 1 E 1 cv T v m T p m
式中：Q为热量，E为内能，H为焓
c p cv
c p cv V VmT /
2
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5
高分子材料的热容随温度的变化
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6
表7-1 一些工程材料的比热容
V
1 V V0 T
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9
对于各向同性材料，体积膨胀系数αV和线膨胀系 数αL之间具有如下关系：
V
1 V 3 V T P
L
实际上固体材料的热膨胀系数通常随温度升高而加大
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10
常见工程材料的热膨胀性能 金属材料热膨胀系数介于陶瓷和高分子之间，最
dT dt
d T
2
2
c p dx
热扩散率或导温系数
c p
18
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二、热传导的微观机理
气体导热——质点间直接碰撞； 金属导热——自由电子间碰撞； 固体导热——晶格振动（格波，并且
格波分为声频支和光频支两类
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19
热性能的物理本质：晶格热振动
弹性波（格波）：包括振动频率低的声频支 振动频率高的光频支 声频支—相邻原子具有相同的振动方向，两种原子的 质量不同，振幅不同，两原子间有相对运动。
导电共轭高分子的热导率是普通非共轭高分子的2030倍，将导电高分子与普通高分子共混可提高材料热 导率
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24
7.4 高聚物的形变-温度曲线
形 变
玻璃态 高弹态
粘流态
Tg
Tf 温 度
图7-2线形非晶态聚合物的形变－温度曲线
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25
log E
tan δ Tδ
Tγ
Tβ
Tg
第7章 高分子材料的热学性能
本章内容
热学性能：包括热容，热膨胀和热传导等。
本章讨论热学性能的物理概念、物理本质、影响因素、
测量方法及在高分子材料研究中的应用。 热容、热膨胀、热传导
高聚物的形变-温度曲线
高分子材料的耐热性 高分子材料的热稳定性 热分析在高分子材料研究中的应用
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高的是钾、锌、铅、镁、铝等低熔点金属，最低
的是钨、钼、铬等高熔点金属
陶瓷材料是热膨胀系数最低的，由于结构复杂热
膨胀系数差别很大
高分子材料具有最高的热膨胀系数，结晶高聚物
和取向高聚物的热膨胀系数具有各向异性
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11
表7-2 典型高聚物的热膨胀系数（20 ℃） 线膨胀系数 ×105/K-1 1.1 1.9 6.6 6.0 ~ 8.0 11.0
1 2 3
4
5
6
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43
（1）结晶高聚物的熔点Tm的测定
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44
（2）比热容的测定
(
dH dt
) B m B c pB
d dt
cp
m B c pB m
dH dt ( dH dt )B
Q A dT dx
它只适用于稳定传热的条件，即ΔQ/Δt是常数
λ为导热系数，它的物理意义是指单位温度梯度下，单位时 间内通过单位垂直面积的热量，单位为J/(m·S·k)。 dT/dx为x方向上的温度梯度
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17
t
对于非稳态热传导，温度随时间变化，物体内单位面
积上温度随时间的变化率为
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15
影响材料热膨胀系数的因素 1 化学成分 成分相同的材料，结构不同，热膨胀系数也不同 2 键强度 键强度高的材料，有低的热膨胀系数 3 晶体结构 结构紧密的晶体热膨胀系数都较大，而非晶态 结构比较松散的材料，有较小的热膨胀系数
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16
7.3 热传导
一、材料的热传导 当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会 从热端自动地传向冷端，这个现象称为热传导 傅里叶定律：
Tm
图7-3 结晶高分子和非晶高分子的E-T曲线与tanδ -T曲线的典型例子
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26
二、 高分子材料的各种特征温度及其测定方法 熔点Tm 可以用来表示晶态高聚物的耐热温度 最常用的是膨胀计法测出比容随温度的变化并作出
其关系曲线，曲线突跃点的温度即为Tm。
（1）分子间作用力 （2）高分子链的柔性
性随氯含量的增加而降低
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37
（2）在高分子主链中避免一长串连接的亚甲基— CH2—，并尽量引入较大比例的环状结构，可增加高 聚物的热稳定性
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38
（3）合成“梯形”、“螺形”和“片状”结构的高聚物
O C N N N N C O _ + C :C
C :C
（4）合成元素有机高分子，在高分子链中引入其他 元素。
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3
平均比热容：单位质量的材料从温度T1到T2所吸
收的热量的平均值
C均 Q 1 T 2 T1 m
T1~T2范围愈大，精度愈差 T2无限接近T1时
C真 Q 1 T m
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4
Cp和Cv
比定压热容(Cp)
cp Q 1 H 1 T p m T p m
28
2．示差扫描量热（DSC）法
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29
影响玻璃化温度Tg的因素 （1）化学结构 （2）共聚和交联 （3）分子量 （4）增塑剂 (5)外界条件的影响
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30
软化温度Ts （1）马丁耐热温度： （2）维卡耐热温度： （3）弯曲负荷热变形温度： 粘流温度Tf 热分解温度Td
脆化温度Tb
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31
7.5 高分子材料的耐热性
塑料：一般指它的Tg（非晶态）或Tm（晶态）的 高低。 橡胶：一般是指它的Tf。 加工：一般是指氧化分解温度Tos或Td。 耐热性主要是指在升高温度过程中大分子能否发 生链段运动或整个分子的运动。
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32
提高高聚物耐热性的途径 增加高分子链的刚性、使高聚物能够结晶以及进行交联 1 增加高分子链的刚性 在高分子主链中尽量减少单键，引入能形成氢键的极
（1）在高分子链中避免弱键
C C C C > C C C C > C C C C > C F > C H > C C > C Cl
聚合物分解温度的高低顺序为：聚乙烯 > 支化聚乙
烯 > 聚异丁烯 > 聚甲基丙烯酸甲酯。
高分子主链中的碳原子被氧原子取代时，热稳定性降低 高分子链中C-Cl键较弱，受热易脱出HCl，热稳定
20.0 ~ 22.0
高聚物 软钢
高聚物 尼龙66
黄铜 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚丙烯
低密度聚乙 烯
聚碳酸酯 聚甲基丙烯酸甲酯 缩醛共聚物 天然橡胶
尼龙66+30%玻璃 纤维
线膨胀系数 ×105/K-1 9.0 6.3 7.6 8.0 22.0 3.0 ~ 7.0 （与取向有 关）
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12
光频支—相邻原子振动方向相反，形成一个范围很小，
频率很高的振动。
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20
1.
声子和声子热导
晶格振动中的能量是量子化的，声频波的“量子”称 为“声子” ，能量是hυ
理想气体的导热公式：
1 3
C vl
固体热导率公式： 1 3
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C ( v ) l ( v ) dv
金属存在声子导热和自由电子导热，电导率越高
金属热导率也愈高
陶瓷、玻璃材料以声子导热为主，热导率低于金
属
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23
高分子材料热传导是通过分子（原子）相互碰撞的声 子导热，热导率较低 结晶度影响很大，结晶度高热导率高 分子内热导率高于分子间热导率，增加分子量有利于 提高热导率 取向高分子，取向方向热导率高于垂直于取向的方向
保持为零，测量补充的热量与温度或时间的关系
功率补偿DSC和热流式DSC
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图7-11 高聚物典型的DTA曲线
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42
典型的半结晶聚合物的DSC 曲线：
1. 与样品热容成比例的初始偏移
2. 无热效应时DSC 曲线的基线 3. 无定形部分的玻璃化转变
4. 冷结晶峰
5. 结晶部分的熔融峰 6. 在空气下开始氧化降解
21
2 光子热导
固体具有能量→辐射出电磁波→（热辐射）光子的导热 其辐射能量与温度的四次方成正比
E T 4 n T
3
4
/c
辐射传热中，容积热容相当于提高辐射温度所需能量
C V ,m E T 16 n T
3 3
c
r
16 3
n T lr
2 3
22
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三种工程材料的热导率 金属材料的热导率最高，陶瓷材料次之，高分子 材料的热导率最低
陶 瓷 氧化铝 氧化镁 熔融氧化硅 钙钠玻璃 Cp,m 775 940 740 840 铝 铁 镍 316不锈钢 金 属 Cp,m 900 448 443 502 高聚物 聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯 聚四氟乙烯
Cp,m 2100 1880 1360 1050
金属与陶瓷比热容相差不大，高分子材料比热容最 高，但由于其熔点较低，故在高温环境中应用有限
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39
7.7 热分析在高分子材料研究中的应用 常用热分析方法有：差热分析、示差扫描量热分析、 热重分析 （1）差热分析（DTA）： 在程序温度控制下，测量试样和参照物的温度差