聚合物的热性能
聚合物的电学、热学和光学性能—聚合物的电学性能(高分子物理课件)
表征材料电性能的另一个重主要参量是电导率。电导率的定义可以由欧姆定律给出：当施加的电场产生电流时，电流密度J正比于电场强度E，其比例常数，即为电导率σ，即：电导率σ= J(电流密度) /E(电场强度) 电导率与电阻率关系为σ=1/ρ，单位为西门子每米，即S/m。 电导率的大小反映了物质输送电流的能力。ρ愈小,σ愈大，材料导电性能就越好。
界面极化
PE能否发生取向极化？纯PE，界面极化能否发生？
思考题
介电性指在电场作用下,构成物质的带电粒子只能产生微观上的位移而不能进行宏观上的迁移的性质，宏观表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，这是由于聚合物分子在电场作用下发生极化引起的，通常用介电系数ε和介电损耗表示。
二、聚合物的介电性能
例如喷涂在聚合物表面的抗静电剂，通过其亲水基团吸附空气中的水分子，会形成一层导电的水膜，使静电从水膜中跑掉。
在涤纶电影片基上涂敷抗静电剂烷基二苯醚磺酸钾，结果片基表面电阻率降低7~8个数量级。
另外，根据制造复合型导电高分子材料的原理，在聚合物基体中填充导电填料如炭黑、金属粉、导电纤维等也同样能起到抗静电作用。
相对于本征型导电高分子而言，这种复合材料的制备无论在理论上还是应用上都比较成熟，具有成型简便、重量轻、可在大范围内根据需要调节材料的电学和力学性能、成本低廉等优点，因而得以广泛开发应用。
复合型导电高分子的基体有：
常用的导电填料有：
碳类（石墨、炭黑、碳纤维ห้องสมุดไป่ตู้石墨纤维等）
金属类（金属粉末、箔片、丝、条或金属镀层的玻璃纤 维、玻璃珠等）
聚合物与聚合物摩擦时，介电系数大的聚合物带正电，介电系数小的带负电。另外聚合物的摩擦起电顺序与其逸出功顺序也基本一致，逸出功高者一般带负电。
聚合物的分子链运动与性能
聚合物的分子链运动与性能在我们的日常生活中，聚合物材料无处不在，从塑料制品到合成纤维，从橡胶轮胎到涂料胶粘剂，它们以各种形式和用途存在着，为我们的生活带来了极大的便利。
而聚合物之所以能够展现出如此丰富多样的性能，其关键就在于分子链的运动。
聚合物的分子链并非像我们想象中那样静止不动，而是处于不断的运动之中。
这种运动具有多种形式，包括链段运动、整链运动等。
链段运动就像是一个个小的“链条单元”在活动，它们可以相对独立地进行旋转、弯曲等动作。
而整链运动则是整个分子链的迁移和扩散。
分子链运动的能力和程度对聚合物的性能有着至关重要的影响。
首先，让我们来看看聚合物的力学性能。
比如塑料，如果其分子链能够相对容易地运动，那么这种塑料就会比较柔软，具有较好的延展性。
反之，如果分子链运动受到较大限制，塑料就会变得坚硬而脆。
以聚乙烯为例，低密度聚乙烯（LDPE）的分子链排列较为疏松，分子链之间的相互作用较弱，因此分子链能够相对自由地运动，使得LDPE 具有较好的柔韧性和延展性，常用于制作薄膜等产品。
而高密度聚乙烯（HDPE）的分子链排列紧密，分子链运动受到限制，所以其硬度和强度较高，常被用于制造管材等需要较高机械性能的产品。
再来说说聚合物的玻璃化转变现象。
当温度较低时，聚合物的分子链运动被“冻结”，材料表现出类似玻璃的脆性，这一温度被称为玻璃化转变温度（Tg）。
高于 Tg 时，分子链运动能力增强，材料变得柔韧。
例如，常见的有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA），在室温下处于玻璃态，具有较高的硬度和透明度。
但当加热到其 Tg 以上时，分子链开始运动，材料变得柔软可塑。
聚合物的分子链运动还与它的溶解性密切相关。
当溶剂分子能够渗透到聚合物分子链之间，并与之相互作用，使得分子链能够运动和扩散，聚合物就会溶解在溶剂中。
这一特性在聚合物的加工和应用中具有重要意义。
例如，在涂料的制备中，选择合适的溶剂来溶解聚合物树脂，使其能够均匀地涂布在物体表面。
4+第一篇+第二章+聚合物的性能2+聚合物的热性能1
• 对聚合物而言,长链分子中的原子沿链方向是共价键相连 的,而在垂直于链的方向上,邻近分子间的相互作用是弱的 范德华力,因此结晶聚合物和取向聚合物的热膨胀有很大 的各向异性。在各向同性聚合物中,分子链是杂乱取向的, 其热膨胀在很大程度上取决于微弱的链间相互作用。 • 当温度低于玻璃化转变温度Tg时,聚合物链段的运动被冻 结,此时聚合物的热膨胀机制主要是克服原子间的主价力 和次价力,膨胀系数较小。当温度高于Tg时,链段开始运动, 同时分子链本身由于链段的扩散运动也随之膨胀,此时膨 胀系数较大,在Tg附近发生转折。
维卡软化点
工程塑料、通用塑料等聚合物的试样于液体传热介质中 ，在一定的载荷、一定的等速升温条件下，被1m㎡的压针压 入1mm深度时的温度。
千分表 负荷 介质
温度
压头
样 品
塑料维卡软化点测定（针入度）
提高耐热性的结构因素：
增加高分子链的刚性 提高聚合物的结晶性 进行交联
1）增加高聚物链的刚性
2.2 聚合物的热性能
高聚物在受热过程中将产生两类变化： （1）物理变化 （2）化学变化 Tg，Tm，Td 温度-时间-环境-性能 聚合物的热性能包括 耐热性、 热稳定性、 导热性能 和热膨胀性能。
2.2.1 聚合物的耐热性
温度参数：Tg和Tm DSC, DMA, TMA
DSC: 典型 DSC 转变
就固体而言，受热时体积增加与原子或分子在 热能增加时平均振幅的增大有直接关系。振幅随温 度升高以后，必然导致原子平均距离的增加，这在 宏观上的反映是材料体积和线尺寸的变化。 热膨胀程度的度量之一，温度每升高1℃所引起的 体积相对变化，称为体积膨胀系数 物体体积随温度的增长可表示为VT=V0(1+αV ΔT) αV称为体膨胀系数
聚合物材料热收缩率实验
实验结果：记录不同温度下聚合物材料的收缩率数据
结论：分析收缩率与温度之间的关系，为材料选择和加工提供依据
为聚合物材料的生产和应用提供参考依据
了解聚合物材料的热收缩率
确定热收缩率对聚合物材料性能的影响
优化生产工艺，提高产品质量
为聚合物材料的应用提供理论依据和指导
实验原理
3
热收缩率的定义和计算方法
掌握了热收缩率的测量方法
学会了如何分析实验数据
提高了实验操作技能
对聚合物材料的性能有了更深入的了解
为未来的研究提供了宝贵的经验
对实验中存在的问题和不足之处的反思与改进建议
实验过程中可能出现的操作误差
实验数据的准确性和可靠性
实验结果的分析和解释
对未来实验的改进建议和展望
对未来聚合物材料热收缩率实验的研究方向和展望
实验还可以为聚合物材料的改性提供参考，提高其性能
掌握热收缩率实验原理
学会使用热收缩率实验设备
了解热收缩率的定义和意义
掌握热收缩率实验的基本原理和方法
掌握实验数据的处理和分析方法
探究聚合物材料在不同温度下的收缩表现
目的：了解聚合物材料在不同温度下的收缩性能
实验方法：采用热收缩率测试仪进行测量
温度范围：常温至200℃
温度升高，聚合物分子链间的作用力减弱，导致热收缩率增加
温度降低，聚合物分子链间的作用力增强，导致热收缩率减小
温度对聚合物材料热收缩率的影响是实验原理的重要组成部分
实验中需要注意的事项和误差来源
实验步骤
4
准备实验器材和样品
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
样品准备：选择合适的聚合物材料，按照实验要求进行切割和加工
聚合物的热性能
6.1.1. 热导率
热导率又称“导热系数”。是物质导热 能力的量度。符号为λ。其定义为：单位温 度梯度（在1m长度内温度降低1K）在单位 时间内经单位导热面所传递的热量。其单位 为W·m-1·K-1。热导率λ很大的物体是优良的 热导体；而热导率小的是热的不良导体或为 热绝缘体。
λ值受温度影响，随温度增高而稍有增加。 若物质各部之间温度差不很大时，在实用上 对整个物质可视λ为一常数。
• 就固体而言，受热时体积增加与原子或分子在热 能增加时平均振幅的增大有直接关系。振幅随温 度升高以后，必然导致原子平均距离的增加，这 在宏观上的反映是材料体积和线尺寸的变化。
热膨胀程度的度量之一，温度每升高1℃所引起的 体积相对变化，称为体积膨胀系数
物体体积随温度的增长可表示为VT=V0(1+αV ΔT) αV称为体膨胀系数
• 热塑性塑料的线膨胀系数比热固性塑料大，这是因 为交联网络聚合物为三维共价键结合，所以膨胀系 数低。
• 对线性长链聚合物，由于其分子间弱的范氏力结合， 膨胀系数较高；但它的聚集状态以及其晶态结构与 玻璃态结构的相对数量，都对热膨胀特征有影响。 由于线性长链聚合物的聚集状态取决于加工历史以 及熔体的冷去速度等，其膨胀系数具有较大幅度的 可变性。
• 固体材料的导热性变化很广，导热系 数值覆盖四个数量级
聚合物的热分析------差示扫描量热法(DSC)
化学化工学院材料化学专业实验报告实验实验名称：聚合物的热分析------差示扫描量热法（DSC）年级:2011级材料化学日期：2013-10-17姓名：学号：同组人：一、预习部分1、差热分析差热分析（Differential Thermal Analysis—DTA）法是一种重要的热分析方法，是指在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度或者时间的关系的一种测试技术。
该法广泛应用于测定物质在热反应时的特征温度及吸收或放出的热量，包括物质相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发等物理或化学反应。
广泛应用于无机、有机、特别是高分子聚合物、玻璃钢等领域。
差热分析操作简单，但在实际工作中往往发现同一试样在不同仪器上测量，或不同的人在同一仪器上测量，所得到的差热曲线结果有差异。
峰的最高温度、形状、面积和峰值大小都会发生一定变化。
其主要原因是因为热量与许多因素有关，传热情况比较复杂所造成的。
虽然过去许多人在利用DTA进行量热定量研究方面做过许多努力，但均需借助复杂的热传导模型进行繁杂的计算，而且由于引入的假设条件往往与实际存在差别而使得精度不高，差示扫描热法(简称DSC)就是为克服DTA在定量测量方面的不足而发展起来的一种新技术。
20世纪60年代，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）被提出，其特点是使用温度范围比较宽，分辨能力和灵敏度高，根据测量方法的不同，可分为功率补偿型DSC和热流型DSC，主要用于定量测量各种热力学参数和动力学参数。
差示扫描量热法是在程序升温的条件下，测量试样与参比物之间的能量差随温度变化的一种分析方法。
差示扫描量热法有补偿式和热流式两种。
在差示扫描量热中，为使试样和参比物的温差保持为零在单位时间所必需施加的热量与温度的关系曲线为DSC曲线。
曲线的纵轴为单位时间所加热量，横轴为温度或时间。
曲线的面积正比于热焓的变化。
DSC与DTA原理相同，但性能优于DTA，测定热量比DTA准确，而且分辨率和重现性也比DTA好。
实验15- 材料力学性能及热性能测试实验
实验15材料力学性能及热性能测试实验15-1聚合物拉伸性能测试——电子拉力机测定聚合物材料的应力-应变曲线聚合物在拉力下的应力-应变测试是一种广泛使用的最基础的力学试验。
聚合物的应力-应变曲线提供力学行为的许多重要线索，从而得到有用的表征参数（杨氏模量、屈服应力、屈服伸长率、破坏应力、极限伸长率、断裂能）以评价材料抵抗载荷、抵抗变形和吸收能量的性质优劣；从宽广的试验温度和试验速度范围内测得的应力-应变曲线，有助于判断聚合物材料的强弱、硬软、韧脆和粗略估计聚合物所处的状态与拉伸取向过程，以及为设计和应用部门选取最佳材料提供科学依据。
电子拉力试验机是将聚合物材料的刺激（载荷）和响应（变形）由换能装置转变为电信号传入计算机，经计算处理可得应力-应变曲线。
电子拉力机除了应用于力学试验中最常用的拉伸试验外，还可进行压缩、弯曲、剪切、撕裂、剥离以及疲劳、应力松弛等各种力学试验，是测定和研究聚合物材料力学行为和机械性能的有效手段。
一、实验目的1．熟悉电子拉力机的使用方法；2．测定聚合物的载荷-时间曲线，判断不同聚合物的拉伸性能特征，了解测试条件对测试结果的影响；3．绘制应力-应变曲线，测定其屈服强度、拉伸强度、断裂强度和断裂伸长率。
二、实验原理拉伸性能是聚合物力学性能中最重要、最基本的性能之一。
拉伸性能的好坏，可以通过拉伸实验来检测。
拉伸实验是在规定的试验温度、湿度和速度条件下，对标准试样沿纵轴方向施加静态拉伸负荷，直到试样被拉断为止。
用于聚合物应力－应变曲线测定的电子拉力试验机是将试样上施加的载荷、形变通过压力传感器和形变测量装置转变成电信号记录下来，经计算机处理后，测绘出试样在拉伸形变过程中的拉伸应力－应变曲线。
从应力－应变曲线上可得到材料的各项拉伸性能指标值：如拉伸强度、拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、偏置屈服应力、拉伸弹性模量、断裂伸长率等。
通过拉伸试验提供的数据，可对高分子材料的拉伸性能做出评价，从而为质量控制，按技术要求验收或拒绝验收产品，研究、开发与工程设计及其他项目提供参考。
§1.2 聚合物的热力学性能
聚合物的热力学性能
θf是塑料成型加工的最低温度，
通过加入增塑剂可降低聚合物
粘流温度。 粘流温度有关因素： 与聚合物结构有关； 与其相对分子质量有关； 一般相对分子质量越高，粘流温度也越高。
§1.2
聚合物的热力学性能
塑料成型加工中，其加工温度的选择: 首先要进行塑料熔融指数及粘度的测定，粘度 值小、熔融指数大的塑料，其加工温度相对要低 一些，但这种材料制成的产品强度不高。 ——高度交联的体型聚合物(热固性树脂)，由 于其分子运动阻力大，一般温度对其力学状态的 改变较小，因此通常不存在粘流态甚至高弹态。
温度较低，分子运动能量很低，链段处于被冻 结的状态，只有较小的单元：侧基、支链和小链 节能运动，所以，不能实现构象的转变。
§1.2
聚合物的热力学性能
高聚物玻璃态的力学性质： 受到外力时，只能使主链的 键长和键角有微小的改变。 宏观表现为高聚物受力后形变小，且可逆的； 弹性模量较高，聚合物处于刚性状态； ——物体受力的变形符合虎克定律，即应力与 应变成正比，并在瞬时达到平衡。 聚合物处于玻璃态时硬而不脆，可做结构件使 用，但使用温度不低于脆化温度θb，否则会发生 断裂，使塑料失去使用价值。
§1运动 对聚合物的韧性有很大影响。 4.晶态聚合物的晶区内分子运动。
§1.2
聚合物的热力学性能
二、聚合物的热力学性能 1.非晶态高聚物的热力学性能 固体聚合物分类： 晶态聚合物 非晶态聚合物。 热力学曲线： 描述高聚物在恒定应力作用下形变随温度改变 而变化的关系曲线。
§1.2
聚合物的热力学性能
当结晶度达到40％时，微晶体 彼此衔接，形成贯穿整个材料的 连续结晶相。 此时，结晶相承受的应力比非 结晶相大得多，使材料变得坚硬，宏观上将觉察 不到它有明显的玻璃化转变。
hsq材料参数
HSQ材料是一种低介电常数有机硅聚合物，它是一种高性能材料，被广泛应用于微电子制造和封装中。
HSQ材料的参数较为复杂，主要包括化学结构、物理性质、热性能、光学性能、机械性能等方面。
下面我们将对HSQ材料的参数进行详细介绍。
一、化学结构HSQ材料的化学结构是一个含有二氧化硅（SiO2）和甲基硅氧烷（MOS）的有机硅聚合物。
其化学式为SiO(CH3)2)n(HSiO3/2)m，其中n和m的值可以根据制备条件进行调整。
HSQ材料的分子结构具有高度的三维交联网络结构，这使得它具有极好的耐化学性和机械性能。
二、物理性质1. 密度：HSQ材料的密度约为1.2 g/cm³，比传统的有机聚合物略高。
2. 折射率：HSQ材料的折射率为1.42左右，在光学器件中具有重要的应用价值。
3. 湿度吸收率：HSQ材料的湿度吸收率非常低，通常在0.1%以下。
4. 电阻率：HSQ材料的电阻率较高，大约在10¹²Ω.cm以上。
5. 热膨胀系数：HSQ材料的热膨胀系数很小，大约在20 ppm/℃左右。
6. 硬度：HSQ材料的硬度比一般的有机聚合物要高，可以达到7-8H。
三、热性能1. 热稳定性：HSQ材料具有良好的热稳定性，可以在高温下保持其结构和性能不变。
2. 热分解温度：HSQ材料的热分解温度在500℃以上。
3. 热导率：HSQ材料的热导率非常低，通常在0.1 W/m·K以下。
四、光学性能1. 透明度：HSQ材料具有很好的透明性，在可见光和紫外线范围内的透过率可以达到95%以上。
2. 折射率：HSQ材料的折射率与SiO2相似，可以在光学器件中用作护膜材料。
3. 散射：HSQ材料的散射很小，可以用于制造高品质的光学器件。
五、机械性能1. 强度：HSQ材料的强度比一般的有机聚合物要高，可以达到200-300 MPa。
2. 弹性模量：HSQ材料的弹性模量在10-20 GPa之间，接近于SiO2的弹性模量。
聚合物的热性能详解
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
马丁耐热温度
在马丁耐热仪上对垂直夹持 的规定尺寸试样施以4.9Mpa 应力，在耐热仪的炉中以 （50±3）℃/h的均匀升温速 率加热，测得距试样轴线水 平距离240mm处的试验仪横 杆上标度下移（6±0.01） mm时的温度，即为材料的马 丁耐热温度，以℃表示 。
热导率的物理意义： 单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直截面的热量， 单位为J/(m·K·s)
热传导机制： ➢ 自由电子的运动——金属 ➢ 晶格振动——具有离子键和共价键的晶体 ➢ 分子的传导——有机物
常用聚合物的热导率
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
聚合物
热导率/W·(m·K)-
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
弯曲负载热变形温度
在试验仪上将规定尺寸试样以简支梁方式水平支承，置 于热浴装置中，以（50±3）℃/6min的速率均匀升温， 并施以应力为1.81MPa或0.45MPa的垂直弯曲载荷，当 试样挠度达到0.21mm时的温度，即为材料的热变形温 度，以℃表示。
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
耐热性
定义：在受负荷下，材料失去其物理机械强度 而发生形变的温度。
表征聚合物耐热性的特征温度： 玻璃化转变温度：无定形聚合物有玻璃态向高弹态的转变温度，或
半结晶型聚合物的无定形相由玻璃态向高弹态的转变温度。 熔融温度：结晶型聚合物由晶态转变为熔融态的温度。 流动温度：无定形塑料转变为熔融状态的温度。 短时耐热性（马丁耐热温度、弯曲负载热变形温度、维卡软化点） 最高连续使用温度
热膨胀
定义： 由温度变化而引起材料尺寸的变化。 包括线膨 胀，面膨胀和体膨胀。 材料的热膨胀取决于原子（或分子）相互作用 之间的化学键合作用和物理键合作用。 分子晶体：线膨胀系数10-4 K-1； 共价键键合材料：线膨胀系数10-6 K-1；
聚合物的热性能课件
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半晶高聚物 0.1~20K 温度升高直至它们的Tg 高度结晶的高聚物 K在100K附近达一峰值，然后随T升高而
缓慢下降。
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非晶体高聚物的K－T依赖性 半晶和高度结晶高聚物的K－T依赖性
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2）结晶度 K随结晶度变化而变化 一般说来，结晶高聚物的K比非晶高聚物大
L1 T2-T1
dL 1
dT LT V2-V1 1
V1 T2-T1
dV 1
dT VT
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7.3 高聚物的热传导
热量从物体的的一个部分传到另一部分， 或从一个物体到另一个相接触的物体从 而使系统内各处的温度相等，就叫做热 传导。
导热系数K是表征材料热传导能力大小的 参数
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1）增加高聚物链的刚性 增加高分子链的刚性，高聚物的Tg相应提高。
对晶态高聚物，其分子链的刚性越大，Tm就越高。
在高分子主链中尽量减少单键，引进共轭双键，叁 键或环状结构（包括脂环、芳环或杂环），对提高 高聚物的耐热性特别有效。
芳香族聚酯、芳香族聚酰胺、聚苯醚、聚酰亚胺 等都是优良的耐高温高聚物材料。
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2）提高高聚物的结晶性 结构规整以及分子间相互作用强烈的高
聚物 大分子骨架的每个碳原子上的取代基对
称 单烯类高聚物
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在高分子主链或侧基中引入强极性基团， 或使分子间产生氢键，都将有利于高聚 物的结晶。高聚物分子间的相互作用越 大，破坏高聚物分子间力所需要的能量 就越大，Tm就越高，因此若在主链上引 入：
有较好的耐热性。 适用于塑料，而不适用于橡胶。
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聚合物的热性能
图6-4 晶态高聚物的温度－形变曲线
1.分子量较小 2.分子量较大 3.轻度结晶高聚物
3.交联高聚物的力学状态
1.分子链间的交联限制了整链运动，所以 不能流动（除非是降解反应） 2.交联密度较小时，受外力作用时“网链” 可以改变构象，“伸直”熵变小，外力 去除，“蜷曲”熵变大，因此恢复到原 来状态，所以有高弹形变，有高弹态 （有转化点）。
二、高聚物的力学状态和热转变
力学状态：按外力作用下发生形变的性质 而划分的物理状态。 当温度由低到高在ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ定范围内变化时，高 聚物可经历不同的力学状态，各自反映了 不同的分子运动模式。 实验：将一定尺寸的高聚物试样在恒定外 力作用下，以一定的速度升温，测定样品 形变量与温度的关系，记录得到的曲线。 称温度－形变曲线，也称热机械曲线。
几个时间概念
①外力作用时间 有静态与动态之分。 ②实验观察时间 只能是一段。通常升温速度的倒数或频 率的倒数定义为此。 ③松弛时间
3.分子运动的温度依赖性
升高温度对分子运动具有双重作用： ①增加分子热运动的动能。当热运动能达到某 一运动单元实现某种模式运动所需要克服的位 垒时，就能激发该运动单元的这一模式的运动。 ②体积膨胀增加了分子间的自由体积。当自由 体积增加到与某种运动单元所需空间尺寸相配 后，这一运动单元便开始自由运动。 温度升高，分子运动松弛时间缩短。
软化点测定有很强的实用性，但没有 很明确的物理意义。对非晶高聚物， 软化点接近Tg，当晶态高聚物的分子 量足够大时，软化点接近Tm，但有时 软化点与两者相差很大。 软化点测定：马丁耐热温度、 热变形 温度、 维卡软化点。
A.马丁耐热温度
马丁耐热温度的测定是在马丁耐热烘 箱内进行的。 定义：升温速度为５０℃／h，标准 试样受弯曲应力５０kg／cm２时，试 样条弯曲，指示器中读数下降６mm 时所对应的温度即为马丁耐热温度。
聚合物导热
聚合物导热摘要：一、聚合物导热的概述二、聚合物导热的原理三、聚合物导热的应用四、聚合物导热的发展前景正文：一、聚合物导热的概述聚合物导热材料，顾名思义，是指一类具有良好导热性能的聚合物材料。
它们能够在高温和低温环境下有效地传递热量，因此被广泛应用于各种工业、电子和建筑领域。
聚合物导热材料的出现，不仅解决了传统导热材料在性能和环保方面的问题，还为许多行业带来了更高的效率和便利。
二、聚合物导热的原理聚合物导热材料的导热原理主要基于其分子结构和材料特性。
首先，聚合物分子链中存在大量的自由电子，这些电子在材料内部自由移动，形成热传导。
此外，聚合物导热材料通常具有较高的结晶度和规则的晶体结构，这有利于热量在材料内部的快速传递。
另外，聚合物导热材料还具有较低的导热阻抗，这意味着热量在材料内部的损失较小，能够更有效地实现热传导。
三、聚合物导热的应用1.电子行业：聚合物导热材料广泛应用于电子产品的散热系统，如手机、电脑等。
它们能够有效地降低电子产品的工作温度，提高使用寿命和性能稳定性。
2.建筑行业：聚合物导热材料在建筑领域的应用也日益广泛，如屋顶保温、地面辐射供暖等。
它们不仅能够提高建筑物的保温性能，降低能耗，还能提供舒适的室内环境。
3.工业领域：在工业生产过程中，聚合物导热材料可以提高生产设备的热效率，降低能耗，减少生产成本。
四、聚合物导热的发展前景随着科技的发展和人们对环保、节能的不断追求，聚合物导热材料在未来将具有更广阔的应用前景。
同时，新型聚合物导热材料的研究与开发也在不断深入，这将为我国聚合物导热材料产业带来更大的发展空间。
聚合物材料的热性能
聚合物材料的热性能聚合物材料是当代工业中广泛使用的一类材料，具有许多优势，如轻质、高强度、耐腐蚀等。
而在这些优势之外，聚合物材料的热性能也是一个非常重要的特性。
首先，聚合物材料的热导率较低。
热导率是衡量材料传递热量能力的指标，而聚合物材料由于其分子结构的特殊性质，使得其热导率较低。
这使得聚合物材料在一些需要绝热性能的领域有着广泛的应用，比如建筑领域中的保温材料。
其次，聚合物材料具有较低的热膨胀系数。
热膨胀系数是描述材料随温度变化而引起的尺寸变化程度的指标。
聚合物材料的热膨胀系数较低，使得其热胀冷缩的程度相对较小，从而在一些需要稳定性的场合具有重要的应用，比如用于电子设备封装的材料，可以减少由于温度变化而引起的微观破坏。
此外，聚合物材料还有着良好的耐热性能。
在高温环境下，聚合物材料可以保持原有的力学性能和化学稳定性，不易发生脆性破裂或化学反应。
这使得聚合物材料在一些高温工艺中的应用更加广泛，比如航空航天领域中的发动机零部件。
然而，聚合物材料的耐热性能也有其限制。
由于聚合物材料的分子结构较为复杂，其中含有大量的碳氢键，这使得其在高温下容易发生热分解反应。
一旦聚合物材料发生热分解，将会导致材料质量的下降以及性能的丧失。
因此，在一些需要承受高温环境的场合，需要对聚合物材料进行改性，以提高其耐热性能。
改性的方法是使聚合物材料中引入耐高温添加剂，如金属粉末、陶瓷颗粒等，以增强其耐高温性能。
这些添加剂可以吸收和分散热量，减少材料的热分解速率，从而提高聚合物材料的耐热性能。
此外，还可以采用交联的方法，使聚合物材料的分子链相互交联，增加材料的熔点和热稳定性。
然而，改性也会对一些其他性能产生一定的影响。
比如引入添加剂或进行交联改性后，聚合物材料的可加工性能和延展性会有所降低，从而对其加工和成型过程产生一定的限制。
因此，在进行改性时需要兼顾材料的各种性能要求，寻找最佳的改性方法。
总而言之，聚合物材料的热性能是其重要的特性之一。
聚合物的电性能光学性能热性能幻灯片PPT
✓ 高聚物的介电松弛谱
• 实际体系对外场刺激响应的滞后统称为松弛现象。
• 在交变电场E = E0 cosωt（E0为交变电流峰值）的
作用下，电位移矢量也是时间的函数。由于聚合物 介质的粘滞力作用，偶极取向跟不上外电场变化，
电位移矢量迟后于施加电场，相位差为δ，通常， 用损耗角正切 tgδ表征聚合物电介质耗能与储能之
（1）分子结构的影响
高分子材料的介电性能首先与材料的极性有关。这 是因为在几种介质极化形式中，偶极子的取向极化 偶极矩最大，影响最显著。
分子偶极矩等于组成分子的各个化学键偶极矩（亦称键矩） 的矢量和。
对大分子而言，由于构象复杂，难以按构象求整个大分子 平均偶极矩，所以用单体单元偶极矩来衡量高分子极性。 按单体单元偶极矩的大小，聚合物分极性和非极性两类。
ε，即
C Q
C0 Q0
• 电介质的极化程度越大，Q 值越大，ε 也越大。
介电常数是衡量电介质极化程度的宏观物理量， 表征电介质贮存电能能力的大小。
Q 表，意大利CEAST公司，主要用于测定塑料薄片在频率为 1MHz、具有1V振幅时的电容和介质损耗角正切（tgδ）
西林电桥，意大利CEAST公司制造，主要用于测量在频 率为50Hz或60Hz时绝缘材料的电容、相对介电常数和 损耗因数。
10.1.2 高聚物的介电损耗
✓介电损耗的意义 电介质在交变电场中，由于消耗一部分 电能，使介质本身发热，这种现象就 是介电损耗。
✓介电损耗产生的原因
（1）电介质中含有能导电的载流子，它在外加电场的作用下， 产生电导电流，消耗掉一部分电能，转化为热能，称为电导 损耗。
（2）电介质在交变电场下的极化过程中，与电场发生能量交 换。取向极化过程是一个松弛过程，电场使偶极子转向时， 一部分电能损耗于克服介质的内粘滞阻力上，转化为热量， 发生松弛损耗；变形极化是一种弹性过程或谐振过程，当电 场的频率与原子或电子的固有振动频率相同时，发生共振吸 收，损耗电场能量最大。
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聚合物的热性能—热膨胀
• 热膨胀 热膨胀是由于温度变化而引起的材 料尺寸合外形的变化（包括线膨胀、面 膨胀、体膨胀）
聚合物的热性能—热膨胀
表10—11 典型聚合物的热膨胀系数（20℃）
聚合物
线膨胀系数×10-5/K1
聚合物
线膨胀系数×10-5/K-1
软钢 黄铜 聚氯乙烯 聚苯乙烯 聚丙烯 低密度聚乙烯 高密度聚乙烯
高温下聚合物可以发生降解和交联。降 解是指高分子主链的断裂，导致分子量的下降， 材料的物理-力学性能变坏。交联使高分子链 间生成化学键，引起高分子量增加。 组成高分子的化学键的键能越大，材料就越 稳定，耐热分解能力也就越强
聚合物的热性能—热稳定性
提高聚合物热稳定性的三条途径
（1）在高分子链中避免弱键 如：C-Cl弱键 受热易脱出HCl C-F键 热稳定性很好 （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 （3）合成“梯形”、“螺形”和“片状”结构的 聚合物 “梯形”、“螺形”结构的高分子链，不容 易被打断。因为这类高分子中，一个链断了并不 会降低分子量
非晶态聚合物的玻璃画温度提高 晶态聚合物的熔融温度提高
• 提高方式
尽量减少单键，引入共轭双键、 三键或环状结构
聚合物的热性能—耐热性
• 提高聚合物的结晶性 结晶聚合物的熔融温度大大高于相应 的非 结晶聚合物的玻璃化温度。 例：无规立构聚苯乙烯 Tg=80℃ 等规立构聚苯乙烯 Tm=240℃
聚合物的热性能—耐热性
• 进行交联 交联聚合物的链间化学键阻碍了链 的运动，提高了其耐热性。
聚合物在惰性气体中能够抵抗温度的影响且其性质不 发生明显变化 表10-8 一般聚合物的耐热标准
温度/℃ 时间/h 175 30000 250 1000
温度/℃ 时间/h 500 1 700 0.1
聚合物的热性能—热稳定性
• 热稳定性
聚合物的热性能
材料0807 陈鸿 20081753
聚合物的热性能
耐热性
• 性能
热稳定性
导热性 热膨胀
聚合物的热性能—耐热性
• 耐热性： 标准参数 玻璃化温度 Tg
熔点 Tm
此外，工业上还有不同的耐热性指标 马丁耐热温度 维卡耐热温度 软化点 热变形温度
聚合物的热性能—耐热性
• 增加高分子链的刚性
1.1 1.9 6.6 6.0~8.0 11.0
尼龙66 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
9.0 6.3 7.6 8.0 22.0
20.0~22.0
11.0~13.0
3.• 与金属材料比较，聚合物材料的热性能尚待 大幅度提高。
• 长期耐高温方面，聚合物材料不如金属，但 在短期耐高温方面，金属反而不如聚合物 （烧蚀材料）
聚合物的热性能—导热性
• 导热性
热传导：热量从物体的一个部分传到另外一 个部分或者从一个物体传到另一个相接触的物 体，从而使系统内各处的温度相等 热导率λ 是表征材料热传导能力大小的参数 傅里叶定律给出： q＝－λgradT
聚合物的热性能—导热性
聚合物材料的热导率很小，是优良的绝热保温材料 表10—10 典型非晶聚合物的热导率
聚合物 聚丙烯（无规） 聚异丁烯 聚苯乙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 聚对苯二甲酸乙二酯 聚氨酯 热导率λ/[w/(m.k)] 0.172 0.130 0.142 0.168 0.193 0.218 0.147 聚合物 聚碳酸酯 环氧树脂 铜 铝 软钢 玻璃 热导率λ/[w/(m.k)] 0.193 0.180 385 240 50 约0.9