高分子物理化学 第9章_聚合物的非晶态
高分子物理-第9章(1高分子的屈服和强度)
• 力学性能是高聚物优异物理性能的基础 • 如：某高聚物摩擦、磨耗性能优良，但力学性能
不好，很脆——不能用它作减摩材料
• 如：作电线绝缘材料的高聚物，也要求它们有一
定的力学性能：强度和韧性。如果折叠几次就破 裂，那么这种材料的电绝缘性虽好，也不能用作 电线。
弹性 Elasticity
普弹性 高弹性 High elasticity
Strain softening 应变软化 B
B Y
Y
N
D
A A
plastic deformation
塑性形变
Strain hardening 应变硬化
E A A
O A
B
y
从曲线上可得评价聚合物性能的力学参数:
Y: yield point屈服点
y yield strength 屈服强度 yelongation at yield 屈服伸长率
产生强迫形变－“冷拉”
不同点：冷拉的温度范围：
非晶态Tb～Tg 结晶态Tg～Tm
对晶态聚合物拉伸过程，伴随着凝聚态结构的变化
2.3 取向聚合物的应力-应变曲线：
– 聚合物材料在取向方向上的强度随取向程度的 增加而很快增大，此时，分子量和结晶度的影响 较小，性能主要由取向状况所决定。高度取向时， 垂直于取向方向上材料的强度很小，容易开裂。
F
a
F
Fas =Fsina
横截面A0, 受到的应力 0=F/A0
斜截面Aa = A0 / cosa
法向应力
σαn
=
Fαn Aα
= σ0cos2α
剪切应力
σαs
=
Fαs Aα
=
1 2
高分子物理-金日光-课后习题答案(1)
1. 构型与构象有何区别？聚丙烯分子链中碳－碳单键是可以旋转的，通过单建的内旋转是否可以使全同立构的聚丙烯变为间同立构的聚丙烯？为什么?答：构型：是指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。
构象：由于分子中的单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态。
全同立构聚丙烯与间同立聚丙烯是两种不同构型，必须有化学键的断裂和重排。
3. 哪些参数可以表征高分子链的柔顺性？如何表征？答： 空间位阻参数δ212,20⎥⎦⎤⎢⎣⎡=r f h h δ答：因为等规PS 上的苯基基团体积较大，为了使体积较大的侧基互不干扰，必须通过C －C 键的旋转加大苯基之间的距离，才能满足晶体中分子链构象能量最低原则；对于间规PVC 而言，由于氢原子体积小，原子间二级近程排斥力小，所以，晶体中分子链呈全反式平面锯齿构象时能量最低。
δ越大,柔顺性越差；δ越小，柔顺性越好；特征比C n 220nl h c n =对于自由连接链 c n =1对于完全伸直链c n =n ，当n→∞时，c n 可定义为c ∞，c ∞越小，柔顺性越好。
链段长度b ：链段逾短，柔顺性逾好。
7.比较下列四组高分子链的柔顺性并简要加以解释。
解：（1）PE>PVC>PAN主链均为C －C 结构，取代基极性－CN ﹥－Cl ，所以，聚丙烯腈的柔顺性较聚氯乙烯差；（2）2>1>31与3中都含有芳杂环，不能内旋转；3中全为芳环，柔顺性最差；主链中-O-会增加链的柔顺性；（3）3>2>1因为1中取代基的比例较大，沿分子链排布距离小，数量多，分子链内旋转困难；2和3中均含有孤立双键，易内旋转，故柔顺性较好。
（4）2>1>32中取代基对称排列，分子偶极矩极小，易内旋转；3中极性取代基较中比例大，分子内旋转困难，故柔顺性最差。
第2章 聚合物的凝聚态结构1. 名词解释凝聚态：物质的物理状态，是根据物质的分子运动在宏观力学性能上的表现来区分的，通常包括固体、液体和气体。
非晶态聚合物的力学状态.
高弹态
蜷曲
伸展
T增加，虽然整个分子的移动不可能，但是当T＝Tg 时，分子 热运动的能量足以克服内旋转的位垒，链段开始运动，可以通过 单键的内旋转改变构象，甚至可以使部分链段产生滑移。也就是 说当温度升高到某一温度，链段运动的 减少到与实验测量时间 同一个数量级时，我们便可以观察到链段运动，聚合物便进入了 高弹态。
常温下处于玻璃态的高聚物通常用作塑料 常温下处于高弹态的高聚物通常用作橡胶 粘流态是高聚物成型的最重要的状态
3.分子量对温度-形变曲线的影响
当分子量很低时，整个分子链不够一个链段长度，运 动单元只是整个分子，因而Tg与Tf重复，不出现高弹 态，但随M增大，Tg增大
当分子量增加到一定值，如图中M3<M4<M5，就出现了 第二运动单元-链段，此时曲线上Tg与Tf不再重合，出 现高弹平台，由于链段大小主要决定于分子链的柔顺性 和邻近分子间的影响，与整个分子长度关系不大，所以 Tg不再随分子量增加而改变。
力学性能：受力后，形变ε很小，模量E很高；形变与所受的 力大小成正比σ=Eε（符合虎克定律）；当外力除去后，形变立 刻恢复（可逆普弹形变）。
应用：处于玻璃态的聚合物可作为塑料，如PS、PMMA、 PVC等
5
形 变
玻 璃
A 玻璃态
化 转
变
区
域
B 高弹态
粘
流
转
变 区
C 粘流态
域
Tb
Tg
Tf
Td 温度
二个转变区
玻璃化转变区 粘流转变区
玻璃态
运动单元：温度较低（T＜Tg），分子运动的能量很低，不 能克服单键内旋转的位垒，链段被冻结，只有小运动单元（侧 基，链节，支链）能运动，因此不能实现构象转变。即链段运 动的松弛时间为无穷大，大大超过实验测量的时间范围。因此 此时受外力时，链段运动被冻结，只能使链的键长键角发生微 小的改变。
高分子的非晶态结构
5. 液晶的分类
（c）胆甾相(cholesteric)液晶 胆甾相液晶分子呈扁平状且排列成层，层内分子相
互平行。相邻两层分子，其长轴彼此有一轻微的扭角， 多层分子的排列方向逐渐扭转成螺旋线，形成一个沿层 的法线方向排列成螺旋状结构，如图1.4所示。
5. 液晶的分类
图1.4 胆甾相液晶
6. 液晶性能的表征
2. 液晶的发展简史
从基础研究的角度来看，这些研究工作开创了一个 崭新的领域，具有重要的理论意义，但由于没有突出的 使用背景，没有引起广泛重视。直到1957年，G. H. Brown等人整理了从1888年到1956年约70年间近500篇有 关液晶方面的资料，发表在Chemical Review上，才引起 科学界的重视。
2. 液晶的发展简史
与此同时，液晶的应用研究也取得了一些成果。20 世纪60年代，Fergason根据胆甾相液晶的颜色变化设计 出测定表面温度的产品；Herlmeier根据向列相液晶的电 光效应制成了数字显示器、液晶钟表等产品，开创了液 晶电子学。
2. 液晶的发展简史
此外，美国的W.H.公司发表了液晶在平面电视、彩 色电视等方面有应用前景的报道。从此，液晶逐渐走出 化学家和物理学家的实验室，成为一类重要的工业材料。
5. 液晶的分类
图1.2 向列相液晶
5. 液晶的分类
（b）近晶相(smectic)液晶 近晶相液晶是由棒状或条状的分子组成，分子排列
成层，层内分子长轴相互平行或接近于平行，其方向可 以垂直于层面，或与层面成倾斜排列，层的厚度等于分 子的长度，如图1.3所示。
5. 液晶的分类
图1.3 近晶相液晶
内容提要
1. 物质的液晶态 2. 液晶的发展简史 3. 液晶形成的条件 4. 液晶分子的结构 5. 液晶的分类 6. 液晶性能的表征 7. 液晶的应用
高分子物理与化学习题答案
高分子物理与化学习题解答――参考答案第一章 绪论1. P16: 名词解释：单体：能够形成聚合物中结构单元的小分子化合物 结构单元：构成高分子链并决定高分子性质的最小原子组合 重复单元：聚合物中组成和结构相同的最小单位，又称为链节。
聚合物：由结构单元通过共价键重复连接而成的大分子聚合度：即高分子链中重复结构单元的重复次数，是衡量聚合物分子大小的指标。
3. P16写出下列单体的聚合反应式,以及单体/聚合物的名称1）.2） 3） 4）5） 6. P17: 写出下列混合物的数均分子量、重均分子量和分子量分布指数（1）组分1：质量分数=0.5，分子量=1 x 104 （2）组分2：质量分数=0.4，分子量=1 x 105 （3）组分3：质量分数=0.1，分子量=1 x 106解：4641085.11011054.0105.01/1⨯=++====∑∑∑∑∑∑Mi WiWi MiWiWi Ni NiMi M n 56541045.1101.0104.0105.0⨯=⨯+⨯+⨯==∑WiMi Mw 1045.15⨯Mw nCH 2CHF2CHF n氟乙烯聚氟乙烯nCH 2C(CH 3)CH 2C(CH 3)2n聚异丁烯异丁烯nHO (CH 2)5H O(CH 2)5COOHn 6-羟基己酸聚己内酯nn CH 2CH 2CH 2O CH 2CH 2CH 2O 1，3-环丙烷聚氧化丙撑n nn H 2N(CH 2)6NH 2HOOC(CH 2)4COOH+2)6NHCO(CH 2)4CO 己二胺己二酸尼龙66第三章自由基聚合习题解答1.P73-74. 判断下列单体能否进行自由基聚合、阳离子聚合、阴离子聚合？并说明理由判断：1,1—二取代易聚合,除大取代基如—C6H5外1,2—二取代,除取代基为F以外都难聚合双键上电荷密度大,不利于自由基进攻—烯丙基单体取代基吸电性太强也不利于自由基聚合,如CH2=C(CN)2,CH2=CH(NO2)4. P74 写出下列常用引发剂的分子式和分解反应式(1) 偶氮二异丁腈【见教材P43】H 3CC CH 3H 3CC CH 3NNC CH 3CH 32N2+(2) 偶氮二异庚腈CH 2C CH 3NNC CH 2CH 3N2+CHHCH 3C CH 3CH 3CH 2C CH 3HC CH 33（3） 过氧化二苯甲酰【见教材P43】（4）异丙苯过氧化氢【见教材P43】（5）过硫酸铵体系【见教材P43】(6) 过硫酸钾－亚硫酸盐体系【见教材P44】（7） 过氧化二苯甲酰-N,N-二甲基苯胺体系【见教材P44】O NH 4H 4NH 4N2C OO C OO2+CO C CH3CH3O OH C CH 3CH 3O HO +S 2O 82- + SO 342- +SO 4-· +SO 3-·N CH 33O C O N CH 3CH 3C O OC O ON CH O CO C O O5. P74 以偶氮异丁腈为例，写出氯乙烯自由基聚合的各基元反应 1.)链引发(2)链增长:CH 2CHCl CHCl ·CH 2CH 3CNC CH 3CHCl ·CH 3C CH 3+CH 2CH 2CHClCHCl CH 3CNC CH 3CH 2n-1CH 2CHCl·CH 2CHCl(3)链终止: 偶合:CH 3CNC CH 3CH 2CHCl CH 3CNC CH 32n 2CHCl CH 3CNC CH 3CH 2n-1CH 2CHCl·歧化CH 3C N CN C ·CH 3CH 3CH 3N CH 3CN C CH 32+N 2CH 2CHCl CHCl·CNCH 3CH 3C ·+CH 2CH 3C CH 32CHCl CH 3CNC CH 3CH 2n-1CH 2CHCl·CHCl CH 2n-1CH 2CH 3CNC CH 3CH 2ClCHCl CH 2n-1CH 3CNC CH 3CH CHCl +13.P74.解： 苯乙烯 d=0.887g/ml本体聚合：[M]=0.887/104=8.53×10-3（mol/ml ）=8.53（mol/l ） [I]=（0.109%×0.887）×103/242≈4×10-3（mol/l ） 苯乙烯以偶合终止为主：n x =2ν=2R p /R i（1）R i =2R p /n x =246010255.024-⨯⨯=2.07×10-8（mol/L.s ）由R i =2k d f[I] f=0.8（2）k d = R i /2f[I]=381048.021007.2--⨯⨯⨯⨯=3.23×10-6（s -1）（3）自由基寿命τ=[ M·]/R t =1/2k t [M·]=k p [M]/ 2 k t R p64p 109.453.882.010255.02][2R --⨯=⨯⨯⨯==M k k t p τ在测定k t 、k p 时，由R p =k p [M][ M·] R i =2k t [M·]2得4282422P 21063.833.81007.2)10255.0(2][2R ---⨯=⨯⨯⨯⨯==M R k k I t Pk p =1.76×102（l//mol.s ） k t =3.59×107（l//mol.s ） 数量级k t > k p >>k d（5）[M·]= 1/2k t τ=1/（2×3.6×10-7×0.82）=1.7×10-8（mol/l ）[M] >>[M·]（6）R t =[M·]/τ=1.7×10-8/0.82=2.1×10-8（mol/L.s ）∴ R p >> R p = R i17.P74 参见教材 P61-63.19. P75概念：本体聚合和添加少量溶剂的溶液聚合等反应往往会出现反应自动加速现象。
高分子物理课件：第7讲 聚合物的非晶态
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
大多数聚合物熔体和浓溶液，其黏度随剪切速率的 增加而减小，即所谓剪切变稀，属于非牛顿流体。 聚合物在流动过程中随剪切速率或剪切应力的增加， 由于分子的取向使黏度降低。
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
☆1957年，苏联
学派提出了链束学说，认
为大分子可有两种结构单元，一是链束，另一个
链球。
链束是由多个分子链大致 平行排列而成的。它可以 比原分子链长，并且可以 弯曲成有规则的形状。高 分子结晶时由链束作为结 晶的起点，链球则由单条 分子链卷曲而成。
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
☆1962年，Hosemann建议了包括所有规整程度 范围在内的部分结晶高聚物的模型。
3）温度再进一步升高，则形变量又逐渐加大，试样 最Leabharlann 完全变成黏性的流体。东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
根据试样的力学性质随温度变化的特征，可以把 非晶态高聚物按温度区域的不同划为三种力学状 态——玻璃态、高弹态和黏流态。
玻璃态与高弹态之间的转变，称为玻璃化转变， 对应的转变温度即为玻璃化转变温度，简称为玻 璃化温度，通常用Tg表示。
交联的聚合物在玻璃化温度以上时呈橡胶状，例 如橡胶带和汽车轮胎橡胶。
聚合物也可能是部分结晶的，它的其余部分为非 晶态。这种材料在常温下，可能处于它的玻璃化 温度以上或以下。据此，又可以细分出四种材料， 见表1-7。
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
例如，聚乙烯和天然橡胶的Tg都低于室温； 天然橡胶是全部非晶态的，它柔软而富有弹性； 聚乙烯因为大部分是结晶的，只是含有小部分的非 晶区，即使是在非晶区的Tg以上，还是弹性很差， 而有一定的强度。
东华大学《高分子物理》各章选择判断题
第一章高分子链的结构二、 单项选择题： I. 氯乙烯聚合时存在头一尾、头一头或尾一尾键接方式，它们被称为：(a)旋光异构体(b)顺序异构体 (c)几何异构体 (d)无规立构体 2 . 1,4 —丁二烯聚合可以形成顺式和反式两种构型，它们被称为： (a)旋光异构体 (b)几何异构体 (c)间同异构体 (d)无规立构体3. 下列哪些因素会使聚合物的柔性增加： (a)结晶 (b)交联 (c)主链上引入孤立双键(d)形成分子间氢键 4. 下列哪个物理量不能描述聚合物分子链的柔性：(a)极限特征比 (b)均方末端距 (c)链段长度 (d )熔融指数5. 高分子内旋转受阻程度增加，其均方末端距：(a) 增加 (b)减小 (c)不变 (d )不能确定6. 如果不考虑键接顺序，线形聚异戊二烯的异构体数为：(a) 6 (b) 7 (c) 8 (d) 97•比较聚丙烯(PP )、聚乙烯(PE )、聚丙烯腈(PAN )和聚氯乙烯(PVC )柔性的大小，正确的顺序是:(a) PE>PP> PAN > PVC (b) PE>PP>PVC>PAN(c) PP > PE >PVC>PAN (d) PP > PE > PAN > PVC8. 同一种聚合物样品，下列计算值哪个最大：(a)自由结合链的均方末端距 (b)自由旋转链的均方末端距(c)等效自由结合链的均方末端距 (d) 一样大9 •聚合度为1000的PE ，键长为0.154nm ，则其自由结合链的均方末端距为：2 2 2 2 (a) 23.7 nm (b) 47.4nm (c) 71.1 nm (d) 94.8 nm10. PE 的聚合度扩大10倍，则其自由结合链的均方末端距扩大：(a) 10 倍 (b) 20 倍 (c) 50 倍 (d) 100 倍II. PE 自由结合链的根均方末端距扩大10倍，则聚合度需扩大： (a) 10 倍 (b) 100 倍 (c) 50 倍 (d) 20 倍 三、 判断题：1. 聚合物和其它物质一样存在固态、液态和气态。
材料科学基础(上海交大)--第9章
第9章 材料的亚稳态
9.0 概述
9.1 纳米晶材料
9.2 准晶态 9.3 非晶态材料 9.4 固态相变形成的亚稳相
重点和难点
• 纳米晶材料的结构和性能特点；
•
•
纳米晶材料的制备；
准晶结构和性能特点；
•
•
准晶的制备；
非晶态结构及其形成；
•
•
非晶态材料性能；
高聚物的玻璃化转变；
•
力，既决定于冷却速度也决定于合金成分
合金成分与形成非晶能力的关系是一个十分复
杂的问题，目前还未能得出较全面的规律，除了
从熔体急冷可获得非晶态之外，晶体材料在高能 幅照或机械驱动（如高能球磨、高速冲击等剧烈
形变方式）等作用下也会发生非晶化转变，即从
原先的有序结构转变为无序结构（对于化学有序
的合金还包括转为化学无序状态），这类转变都
性。目前非晶合金最令人注目的是其优良的磁
学性能，包括软磁性能和硬磁性能。
一些非晶合金很易于磁化，磁矫顽力甚低，且 涡流损失少，是极佳的软磁材料，其中代表性的是 Fe-B-Si合金。此外，使非晶合金部分晶化后可获 得10～20nm尺度的极细晶粒，因而细化磁畴，产 生更好的高频软磁性能。有些非晶合金具有很好的 硬磁性能，其磁化强度、剩磁、矫顽力、磁能积都 很高，例如 Nd－Fe－B非晶合金经部分晶化处理 后（14～50nm尺寸晶粒）达到目前永磁合金的最 高磁能积值，是重要的永磁材料。
b．二维准晶
它们是由准周期有序的原子层周期地堆垛而构
成的，是将准晶态和晶态的结构特征结合在一起。
c．二十面体准晶
A类二十面体多数是铝一过渡族元素化合物，
而B族极少含有过渡族元素。
高分子化学与物理-聚合物的非晶态
粒间相
粒界区
有序区
两相球粒模型可解释：
❖ 橡胶弹性的回缩力——无序粒间相为橡胶弹 性变形的回缩力提供必要的构象熵。
❖ 非高晶于高完聚全物无的序实模际 型密 的度 计（ 算值ρa/（ρc=＜0.08.56-50）.96。）
❖ 聚合物结晶速度快——粒子中链段的有序堆 砌为其提供了条件。
❖ 某些非晶态聚合物缓慢冷却或热处理后密度 增大——粒子相有序程度增加和粒子相扩大。
始运动或冻结的温度。
链段运动示意图
Tg
Tf
Td
❖ 高弹态：Tg～Tf
* 模量小，105～7帕斯卡
* 应变大，可达1000%或更大
* 形变可逆、松弛时间较长
* 为橡胶状
分子运动机制：链段
Tg
4.粘流转变区
Tf
Td
（1）整链分子逐渐开始运动，
（2）应变加大，模量降低，宏观上表现为流动
（3）Tf
—高弹态和粘流态之间的转变温度，即整链开始 运动的温度。
无规线团模型的实验依据：
❖ 橡胶弹性模量—温度、应力—温度关系不随稀释剂 的加入而出现反常改变；
❖ 非晶高聚物在本体中的高能辐射交联的倾向并不比 在溶液中大；
❖ 聚苯乙烯在本体和溶液中的回转半径相近；
❖ 非晶高聚物在本体和溶液中的回转半径—分子量关 系一致。
2．非晶结构局部有序 Yeh等人认为：
Tg
Tf
❖ 玻璃态：T<Tg
* 模量大，1010～11帕斯卡
* 应变ε小，～1% 或更小
* 形变可逆且瞬时完成
* 为塑料性状,常温下的PS，PMMA，PVC等
分子运动机制：仅有支链、侧基、小链节等小单元能运动
分子链段和整个分子链处冻结状
高分子物理习题
高分子物理习题高分子物理习题第一章高分子链的结构1. 解释下列名词：A. 碳链高分子解：分子的主链全部由碳原子以共价键相连接的，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈等，它们大多由加聚反应制得。
B. 构象由单键内旋转而产生的分子链在空间的不同形态，它属于高分子的远程结构。
C. 构型分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。
包括几何（顺反）异构和旋光（立体）异构，它属于高分子的近程结构。
D. 链段高分子主链上，由若干链节组成的刚性部分称为链段。
链段越长，它所包含的结构单元越多，分子链的柔顺性越小。
E. 聚碳酸酯、环氧树脂、尼龙66、聚芳砜等工程塑料，主要由缩聚和开环聚合反应得到，它们属于杂链高分子。
F. 取向结构解：在某些外力场（如拉伸应力或剪切应力）作用下，高分子链、链段或微晶可以沿外力作用方向择优排列的结构。
取向结构对材料的力学、光学、热性能影响显著。
G. 刚性因子刚性因子（空间位阻参数）σ: 即无扰均方末端距与FRC的均方末端距比值的平方根。
链的内旋转阻碍愈大，分子尺寸愈扩展，σ值愈大，柔顺性愈差。
2. 构象与构型有何区别？聚丙烯分子链中碳-碳单键是可以旋转的，通过单键的内旋转是否可以使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯？解: 构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的排列，而构象是由于单键的内旋转而产生的分子在空间的不同形态。
分子的构型是稳定的，要改变构型必须经过化学键的断裂和重排，仅由键的内旋转是不能实现构型的转变。
全同立构和间同立构是旋光异构体，属于构型异构，所以不能通过C-C单键的内旋转来使全同立构聚丙烯变为间同立构聚丙烯。
1.试写出聚异戊二烯的可能构型？解: 1，4-加成顺式、反式、头头、头尾1，2-加成全同、间同、无规、头头、头尾 23，4-加成全同、间同、无规、头头、头尾1. 如何区分支化和交联的同种聚合物。
解:支化高分子是热塑性的聚合物，它可在适当的溶剂中溶解，加热会熔融；交联高分子与支化高分子有质的区别。
高分子物理习题答案(名词解释4-9章)
第4章 聚合物的分子量与分子量分布1.统计平均分子量由于聚合物分子量具有两个特点，一是其分子量比分子大几个数量级，二是除了有限的几种蛋白质高分子外，分子量都不是均一的，都具有多分散性。
因此，聚合物的分子量只有统计意义，用实验方法测定的分子量只是具有统计意义的平均值。
2.微分分子量的分布函数0000()()()1()1n M dM n m M dM mx M dM w M dM ∞∞∞∞====⎰⎰⎰⎰以上是具有连续性的分子量分布曲线 3.分子量分布宽度实验中各个分子量与平均分子量之间差值的平方平均值 4.多分散系数α表征聚合物式样的多分散性。
w n M M α=或zwM M α= 5. Tung (董履和)分布函数表征聚合物的分子量分布，是一种理论分布函数，在处理聚合物分级数据时十分有用。
6.散射介质的Rayleigh 比表征小粒子所产生的散射光强与散射角之间的关系，公式为2(,)iI r R I θθγ= 7.散射因子()P θ表征散射光的不对称性参数，()P θ是粒子尺寸和散射角的函数。
具体公式如下：222216()1sin 3()2P S πθθλ-=-'注：nλλ'=，2S--均方旋转半径，λ'-入射光在溶液中的波长8.特性粘数[]η表示高分子溶液0c →时，单位浓度的增加对溶液比黏度或相对黏度对数的贡献，具体公式如下：0ln []limlimsprc c ccηηη→→==9.膨胀因子χχ维溶胀因子，在Flory 特性黏数理论中应用方式为;2220h hχ=10. SEC 校正曲线和普适校正曲线(1) SEC 校正曲线：选用一组已知分子量的单分散标准样品在相同的测试条件下做一系列的色谱图。
(2) 普适校正曲线：322()[]h Mφη=以lg[]M η对e V 作图，对不同的聚合物试样，所得的校正曲线是重合的。
第5章 聚合物的分子运动和转变1.玻璃-橡胶转变(玻璃化转变)非晶态聚合物的玻璃化转变即玻璃-橡胶转变，对于晶态聚合物是指其中的非晶部分的这种转变。
高分子物理课件：第9讲 聚合物的结晶态
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
聚合物在晶体中的构象
1. 能量最低原则 2. 周期最短原则
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
1.1 结晶聚合物的结构模型
1）缨状胶束模型
缨状胶束模型，又称为两相结构模型，多年来被大家 公认为结晶聚合物的结构模型。 这种模型认为高聚物在结晶时总不能完全结晶，而只 能是部分结晶；有晶区，同时还存在着非晶区，具有 两相同时并存的结构状态；每个高分子链可贯穿好几 个晶区，在非晶区中分子链是卷曲而相互缠结的。
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
如果以h0、h∞和ht分别表示膨胀计的起始、最终和t时间的读数， 将实验得到的数据作（ht-h∞）/（h0-h∞）对t的图，则可得到反 S形的曲线。
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
由于结晶过程所需的全部时间不易测量，通常规定体 积收缩进行到一半所需时间的倒数1/t1/2，作为实验温 度下的结晶速度。
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
2）折叠链结构模型
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
图3.6支持了规整折叠模型。
图3.7给出了包括多种类型缺陷在内的结构示意图， 由于高分子的分子链很长，结晶速度又很快，因此在 结晶中必然存在很大的缺陷
3、偏光显微镜法 原理：在偏光显微镜下可以直接观察到球晶的轮廓
尺寸。配上热台，就可在等温条件下观察聚合物球 晶的生长过程，测量球晶的半径随时间的变化。
东华大学
DONGHUA UNIVERSITY
高分子化学非晶态聚合物
②温度下降，分子热运动能量减小，分子运动减缓， τ增大。
8.3.2 非晶态聚合物的热转变和力学状态
聚合物的物理状态从热力学和动力学不同角度可分为相态 和聚集态。
相态是热力学概念，由自由焓、温度、压力和体积等热力学 参数决定。相态转变伴随着热力学参数的突变。相态的转变仅 与热力学参数有关，而与过程无关，也称热力学状态。
高分子化学及物理 第八章 非晶态聚合物
8.1 分子间的相互作用
8.1.1 概述
高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构，它 是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构。
虽然高分子的链结构对高分子材料性能有显著影响，但由 于聚合物是有许多高分子链聚集而成，有时即使相同链结构的 同一种聚合物，在不同加工成型条件下，也会产生不同的聚集 态，所得制品的性能也会截然不同，因此聚合物的聚集态结构 对聚合物材料性能的影响比高分子链结构更直接、更重要。
(2)高弹态---在力学性能上区别于低分子材料的重要标志
玻
璃
态
形 变
I
高弹态
III
II
温度
随着温度的升高Tf＞T＞Tg，分子热运动能量升高,可以克 服单键内旋转所需克服的位垒,链段运动逐渐“解冻”，形变 逐渐增大，当温度升高到某一程度时，链段运动得以充分发 展，形变发生突变，进入区域II，这时即使在较小的外力作 用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变 又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能 恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。
聚合物的聚集态结构主要包括晶态结构、非晶态结构、液 晶态结构和取向态结构。
高分子物理习题参考答案
《高分子物理》标准化作业本参考答案沈阳化工学院材料科学与工程学院《高分子物理》课程组第一章 高分子链的结构一、 概念1、构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。
2、由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化叫构象。
3、均方末端距：高分子链的两个末端的直线距离的平方的平均值。
4、链段：链段是由若干个键组成的一段链作为一个独立动动的单元，是高分子链中能够独立运动的最小单位。
5、全同立构：取代基全部处于主链平面的一侧或者说高分子全部由一种旋光异构单元键接而成。
6、无规立构：当取代基在主链平面两侧作不规则分布或者说两种旋光异构体单元完全无规键接而成。
二、选择答案1、高分子科学诺贝尔奖获得者中，（ A ）首先把“高分子”这个概念引进科学领域。
A 、H. Staudinger,B 、, ,C 、P. J. Flory,D 、H. Shirakawa2、下列聚合物中，（ A ）是聚异戊二烯(PI)。
A 、 CCH 2n CH CH 2CH 3B 、O C NH O C NH C 6H 4C 6H 4n C 、 CH Cl CH 2n D 、OC CH CH O O n O C3、下列聚合物中，不属于碳链高分子的是（ D ）。
A 、聚甲基丙烯酸甲酯，B 、聚氯乙烯，C 、聚乙烯，D 、聚酰胺4、下列四种聚合物中，不存在旋光异构和几何异构的为（ B ）。
A 、聚丙烯，B 、聚异丁烯，C 、聚丁二烯，D 、聚苯乙烯5、下列说法，表述正确的是（ A ）。
A 、工程塑料ABS 树脂大多数是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯组成的三元接枝共聚物。
B 、ABS 树脂中丁二烯组分耐化学腐蚀，可提高制品拉伸强度和硬度。
C 、ABS 树脂中苯乙烯组分呈橡胶弹性，可改善冲击强度。
D 、ABS 树脂中丙烯腈组分利于高温流动性，便于加工。
6、下列四种聚合物中，链柔顺性最好的是（ C ）。
A 、聚氯乙烯，B 、聚氯丁二烯，C 、顺式聚丁二烯，D 、反式聚丁二烯7、在下列四种聚合物的晶体结构中，其分子链构象为H31螺旋构象为（ B ）。
高分子物理-聚合物的非晶态
5.2 非晶态聚合物的力学状态和热转变
• 1.力学状态：根据试样的力学性质随温度变
化的特征，可以把非晶态高聚物按温度区 域不同划为三种力学状态。
• 玻璃态（ Tg 以下） • 高弹态（ Tg ~Tf ） • 粘流态（ Tf以上）
• 2. 热转变：三种力学状态是内部分子处于不同运
动状态的宏观表现。
• 玻璃态：链段处于被冻结的状态，只有那些较小
的运动单元，如侧基、支链和小链节能运动，因 此高分子链不能实现从一种构象到另一种构象的 转变。受力时主链的键长和键角有微小改变，形 变是很小的，形变与受力的大小成正比，当外力 除去后形变能立刻回复。这种力学性质称虎克型 弹性，又称普弹性。 松弛时间几乎为无穷大
A exp( BVห้องสมุดไป่ตู้ /V f )
ln (T ) ln A BV0 (T ) /V f (T )
ln (Tg ) ln A BV0 (Tg ) /V f (Tg )
由上两式得
ln
(T ) (Tg )
B
V0 (T ) /V f
(T )
V0 (Tg
)
/Vf
(Tg
)
因为 所以
fT
V f (T ) V0 (T ) V f (T )
V f (T ) V0 (T )
ln (T ) (Tg )
B
1 fT
1 fg
B
fg fT fT fg
B f (T Tg ) B
• 2.两相球粒模型：
• 非晶态高聚物存在着一定程度的局部有序。
其中包含粒子相和粒间相两个部分，而粒子又 可分为有序区和粒界区两个部分。
高聚物的非晶态
5.3 非晶态聚合物的玻璃化转变
玻璃化转变温度（Tg）：是高分子链段从冻结到运动（或反之） 的一个转变温度。Tg标志塑料使用的最高温度和橡胶使用的最 低温度。
fex p
va0m vc0ry va m
整理ppt
SB方程定义的自由体积:
某些高聚物的高弹态和玻璃态膨 胀系数差对玻璃化温度倒数作图
Vf TgddV Tr TgddV Tg V f V g(a r a g)T g V g a fT g整理ppt
fSB
Vf Vg
0.113
压力对玻璃化温度的影响：
聚氯乙烯的△H、G、△ 和温度的关系
整理ppt
5.3.2 玻璃化转变理论
1、自由体积理论
自由体积理论认为聚合物的体积是由两部分组成：高分子 链本身所占的体积和高分子链间未被占据的空隙。高分子链间 未被占据的空隙称自由体积。
自由体积是分子链进行构象转变和链段运动所需的活动空间。
当聚合物冷却时，自由体积逐渐减小，当达到某一温度时， 自由体积收缩到最低值，聚合物的链段运动因失去活动空间而 被冻结，聚合物进入玻璃态。因此自由体积理论认为玻璃化温 度就是使聚合物自由体积达到某一最低恒定临界值时的温度。 在这临界值以下，已经没有足够的空间进行分子链构象的调整 了。因而高聚物的玻璃态可视为等自由体积状态。
大气压）
气压）
大气压）
聚醋酸乙烯酯
0.02
0.05
聚合物分子运动和转变—结晶行为和结晶动力学(高分子物理课件)
h0 ht ~ t
h
温度恒 定
测定方法：将高聚物和跟踪液（水银）装入一膨胀计中，
加热到高聚物熔点以上使高聚物全部熔融。记录膨胀计
内毛细管液面柱的高度，如以 h0、h、h t 分别表示起
始、最终和
t
时间的读数，以
ht h0
h h
（未收缩体积分
数）对 t 作图，可得 S 曲线。
h0 ht ~ t
hh
（3） 杂质
促进结晶，起晶核作用 ，称为成核剂 三种情况 可溶性添加剂，延缓结 晶 — 稀释剂
对结晶无影响
（4）溶剂
一些结晶速度很慢的结晶聚合物（PET）浸入适当的有机 溶剂中，促进聚合物的结晶：小分子容积渗入到松散堆砌的 聚合物内部，使聚合物溶胀，相当于在高分子链间加入了一 些润滑剂，从使得高分子链获得了在结晶过程中必须具备的 分子运动能力，促使聚合物发生结晶。这一过程被称为溶剂 诱发结晶。
t 1
1/ 2
，单位为
s-1，min-1，h-1。
测量方法特点：简单，重复性好。
体系充装水银，热容量大，达热平衡所需要时间长对结晶速
度较快的高聚物不适用（可使用 DSC 方法）。
(2) PLM
Diameter (μm)
55 50 45 40 35 30 25 20 15 10
5 0
0
121℃ 123℃ 124℃ 125℃
t1/2
过
温结晶过程，可以得到一组结晶
冷
速度值，然后以其对温度作图， 即可得结晶速度-温度曲线。
玻 璃
流 体
体
过
冷
流
亚
体
稳
流 体 晶粒生长
速率
结晶过程分为晶核生成和晶粒生长 两个阶段。由于两过程对温度的依 赖性不同，高聚物结晶速率与温度 的关系呈单峰形
胶体化学第9章-高分子溶液
溶解度与其分子量有关，分子量大，溶解度小；反之 亦然。 选择合适的溶剂，是配制高分子溶液的关键。一般原则是 ：①“极性相近”原则；②“溶度参数相近”原则，溶度 参数是内聚能密度的平方根，可查到。
二．混合熵合混合热
高分子的溶解过程是熵增加过程，因而混合熵大于零
（△SM>0）。
由于高分子的柔性，多构象性，其混合熵远远大于小分 子的混合熵。同时其与溶剂的混合热也不等于零
(1)高分子溶液与溶胶的粒子大小均在lnm--lμm之间； (2)扩散速率都比较缓慢； (3)均不能透过半透膜。 而不同之处有： (1)高分子化合物能自动溶解在溶剂中，而溶胶粒子不会自动分散在 分散介质中； (2)高分子溶液属于热力学稳定体系，而溶胶是热力学不稳定体系； (3)高分子溶液是均相体系，没有明确界面，Tyndall效应弱。而溶 胶是多相体系，体系内存在大量界面，Tyndall效应强； (4)高分子溶液的粘度要比溶胶大得多。 高分子溶液的溶质是大分子，但许多性质也不同于低分子溶液，所 以低分子溶液的热力学结论也不能直接用于高分子溶液。
设在膜内加聚电解质NaZP，浓度为m1（mol/dm3），在膜外加浓度为m2 （mol/dm3）的小分子电解质NaCl。渗透平衡时，由膜外进入膜内的 NaCl浓度x为
x
m22
zm1 2m2
[因为（zm1+x）（x）=（m2－x）（m2－x）]
膜内与膜外的NaCl浓度比为
[NaCl ]膜外 m2 x 1 zm1
c
M 4 yM 2
以π/c与c作图得直线，外推截距得M。c为聚电解质重量浓度。由此可知， 消除Donnan效应的方法为：增大小分子电解质的浓度；降低聚电解质 的浓度；将pH调到等电点，减少电荷量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
9-1 高聚物非晶结构模型
1. 均相无规线团——非晶结构完全无序。
Flory认为： ①非晶固体中每一根高分子链都采取
无规线团的构象。 ②各大分子链间可以相互贯通，可以
相互缠结，但不存在局部有序，所以整个非晶固体 是均相的。
③中子散射技术已证明链PS在Tg以下的非晶态中有无 规线团结构（因为非晶固体中，均方回转半径与在 θ溶剂中测得的数值相同）。
《1》分子结构的影响 ❖ 化学结构
Tg 链段
单键内旋
运动
转的难易
高分子链 化学结构
影响因素
链结构 分子间作用力 分子量 交联度 共聚与共混 外界条件
《1》分子结构对 Tg 的影响
❖ 化学结构
主链化学结构： 饱和单键：C－C，C－N，C－O，Si－O
CH3 Si O
n CH3
硅橡胶 Tg = -123℃
第九章 聚合物的非晶态
高分子的聚集态结构——高分子链间的 排列与堆砌结构
高分子链结构是决定聚合物基本性质的内在因素 聚集态结构是直接决定聚合物本体性质的关键因素
聚集态结构包括非晶态结构、晶态结构、液晶态结 构、取向态结构和共混聚合物的织态结构等。
❖ 1 非晶态聚合物的结构模型 ❖ 2 非晶态聚合物的力学状态和热转变 ❖ 3 非晶态聚合物的玻璃化转变 ❖ 4 非晶态聚合物的粘性流动 ❖ 5 聚合物的取向态
粒间相
粒界区
有序区
两相球粒模型可解释：
❖ 橡胶弹性的回缩力——无序粒间相为橡胶弹 性变形的回缩力提供必要的构象熵。
❖ 非高晶于高完聚全物无的序实模际 型密 的度 计（ 算值ρa/（ρc=＜0.08.56-50）.96。）
❖ 聚合物结晶速度快——粒子中链段的有序堆 砌为其提供了条件。
❖ 某些非晶态聚合物缓慢冷却或热处理后密度 增大——粒子相有序程度增加和粒子相扩大。
非晶高聚物存在一定程度的局部有序，其中 包括粒子相和粒间相两个部分，而粒子相又 分为有序区和粒界区。一个分子链可以通过 几个粒子和粒间相。
有序区：分子链相互平行排列，2~4 nm 粒界区：有序区周围1~2 nm，由折叠链的弯
曲部分、链端、缠结点和连接链组成。
粒间相：由无规线团、低分子物、链端和连接 链组成，1~5 nm。
无规线团模型的实验依据：
❖ 橡胶弹性模量—温度、应力—温度关系不随稀释剂 的加入而出现反常改变；
❖ 非晶高聚物在本体中的高能辐射交联的倾向并不比 在溶液中大；
❖ 聚苯乙烯在本体和溶液中的回转半径相近；
❖ 非晶高聚物在本体和溶液中的回转半径—分子量关 系一致。
2．非晶结构局部有序 Yeh等人认为：
❖粘流态： Tg
Tf
Td
* 模量极小、可流动
* 应变很大
* 形变不可逆、是一个松弛过程
* 呈粘性流动状
分子运动机制：整个分子链解冻，可以运动,使高分子链质 量中心发生位移的运动
9-3 非晶态聚合物的玻璃化转变
1 玻璃化转变现象及Tg的测定
❖ T<Tg 时聚合物处于玻璃态（塑料） ❖ T>Tg 时聚合物处于高弹态（橡胶） ❖ Tg 是橡胶材料的最低使用温度 ❖ Tg 是塑料的最高使用温度
几种主要橡胶的使用温度
橡胶名称
顺1，4-聚异戊二烯 顺1，4-聚丁二烯 丁苯橡胶（75/25） 聚异丁烯 丁腈橡胶（70/30） 乙丙橡胶（50/50） 聚二甲基硅氧烷 偏氟乙烯全氟丙烯共聚物
Tg （℃） 使用温度范围（℃）
―70
―50 ～ +120
―105
―70 ～ +140
―60
―50 ～ +140
9-2 非晶态聚合物的力学状态和热转变
★ 物质力学状态（物理状态）
和所处条件有关 （温度、压力等）
低分子 高聚物
气体 液体 固体
液体（粘性流体）粘流态 固体（软如橡胶）高弹态 固体（硬如玻璃）玻璃态
非晶高聚物的温度-形变关系曲线
RJY-1P型热机械检测仪
Tg
Tf
Tg ——玻璃化转变温度 Tf ——粘流温度
Tg
Tf
❖ 玻璃态：T<Tg
* 模量大，1010～11帕斯卡
* 应变ε小，～1% 或更小
* 形变可逆且瞬时完成
* 为塑料性状,常温下的PS，PMMA，PVC等
分子运动机制：仅有支链、侧基、小链节等小单元能运动
分子链段和整个分子链处冻结状
Tg
Tf
2.玻璃化转变区
（1）链段运动逐渐开始 （2）应变ε增大，模量E降低。 （3）Tg定义：玻璃态向高弹态转变的温度，即链段开
体积 V ~ 温度 T 曲线在Tg 处发生转折
膨胀率
玻璃化温度时高聚物的体积：
Vg
Vf
V0
dV dT
g
Tg
Ｔ>Tg时高聚物的体积：
Vr
Vg
dV dT
r
(T
Tg )
高弹态时高聚物的自由体积：
(V f
)T
Vf
(T
Tg
)
dV dT
r
dV dT
g
3 影响玻璃化温度 Tg 的因素
―70
―50 ～ +150
―41
―35 ～ +175
―60
―40 ～ +150
―120
―70 ～ +275
―55
―50 ～ +300
玻璃化转变现象
许多物理性质在此发生转折 比容V 密度d 热膨胀系数α 比热C 粘度η 导热系数λ 动态力学损耗tgδ 折光指数n 模量E 介电常数ε 介质损耗tgδ
2 玻璃化转变的自由体积理论
始运动或冻结的温度。
链段运动示意图
Tg
Tf
Td
❖ 高弹态：Tg～Tf
* 模量小，105～7帕斯卡
* 应变大，可达1000%或更大
* 形变可逆、松弛时间较长
* 为橡胶状
分子运动机制：链段
Tg
4.粘流转变区
Tf
Td
（1）整链分子逐渐开始运动，
（2）应变加大，模量降低，宏观上表现为流动
（3）Tf
—高弹态和粘流态之间的转变温度，即整链开始 运动的温度。
讨论Fox、Flory 提出的自由体积理论 自由体积理论的要点
《1》聚合物的体积有二部分组成 V(T)= V0(T)+ Vf(T) V0(T)为分子占有体积 Vf(T)为自由体积，分子堆砌的间隙 可提供分子运动的空间
《2》当 T ＞ Tg 时 V0(T)和 Vf(T)均随T变化而变化
《3》当 T ≤ Tg 时 V0(T)继续随T变化而变化 Vf(T)为一恒定值，不随温度变化
CH2 O n
聚甲醛 Tg = -83℃
CH2
CH2 n
PE Tg=-68 ℃
含有孤立双键：
CH2 CH CH CH2 n
Tg=-105℃（顺式），BR Tg=-83℃(反式）
CH2 C CH CH2