聚合物热性质
化学化学聚合物的性质
化学化学聚合物的性质化学聚合物的性质化学聚合物是由许多化学反应连接而成的高分子化合物。
随着化学聚合物在科学和工业领域的广泛应用，对其性质的研究也日益重要。
本文将探讨化学聚合物的几个重要性质，包括物理性质、化学性质和结构性质。
一、物理性质1. 密度：化学聚合物的密度通常比较低，这是因为它们由大量的重复单元组成，单元之间的间隙较大。
因此，聚合物通常比同样重量的金属或陶瓷材料轻。
2. 熔点和玻璃转变温度：化学聚合物的熔点较低，通常在室温下是固态的。
然而，它们可以在高温下熔化成液体。
另外，聚合物还具有玻璃转变温度，即从硬玻璃态转变为可塑态的温度。
3. 弹性和柔韧性：化学聚合物通常具有良好的弹性和柔韧性，这使得它们在许多应用中可以承受拉伸、弯曲和挤压等变形而不破裂。
二、化学性质1. 溶解性：化学聚合物可以被溶解在适当的溶剂中。
这是由于聚合物链上的键可以在溶剂的作用下断裂，使聚合物与溶剂发生相互作用。
2. 稳定性：化学聚合物通常具有较好的化学稳定性，即它们在大多数化学环境下是稳定的。
然而，一些特殊条件，如高温、强酸或强碱环境下，聚合物可能会发生降解或变性。
3. 电化学性质：化学聚合物可以通过控制它们的化学结构来调节其电化学性质，如导电性、电荷传输速率等。
这些性质使得聚合物广泛应用于电解池、电池和电子器件等领域。
三、结构性质1. 分子量和分子量分布：化学聚合物的分子量通常非常大，可以达到数万至数百万。
此外，聚合物链上的分子量也可能不均匀分布，形成分子量分布。
这些参数对聚合物的性能和应用具有重要影响。
2. 分子结构：化学聚合物的分子结构决定了其物理和化学性质。
常见的聚合物结构包括线性聚合物、交联聚合物和支化聚合物等。
每种结构都会影响聚合物的力学性能、导热性能和化学活性等方面。
3. 有序性：一些聚合物具有一定的有序结构，如晶体结构或液晶相。
这种有序性可以提高聚合物的力学性能和热学性能，使其在高温和高压环境下更加稳定。
聚合物材料的耐热性及耐化学性研究
聚合物材料的耐热性及耐化学性研究随着科技的发展，高分子科学领域不断涌现出新的物质，其中聚合物材料是应用最为广泛的一类。
聚合物材料的耐热性及耐化学性是其应用领域中最为重要的性质之一，本文将从聚合物材料的耐热性及耐化学性的概念入手，介绍聚合物材料的这两种性质的研究现状及未来展望。
一、聚合物材料的耐热性1.概念聚合物材料的耐热性是指它在高温环境下的热稳定性能。
聚合物材料的分子结构决定了它的热稳定性，其主要由分子链的长度、链侧基团、饱和度、分子量等因素所决定。
例如饱和度高的聚合物材料通常比饱和度低的聚合物材料具有更好的耐热性，因为不饱和度高会导致材料在高温下易发生分解反应。
在实际应用中，聚合物材料的耐热性能通常被用于制备高温材料、电气绝缘材料等等。
2.研究现状目前，聚合物材料的耐热性能已经成为了高分子科学领域的一个热门研究方向。
近年来，研究人员采用各种手段，如控制聚合反应条件、引进合适的侧基团、采用交联等方法，大幅提高了聚合物材料的耐热性。
例如张达明等学者采用环氧化-交联法制备了一种玻璃化转变温度在400℃以上的聚四氟乙烯聚合物，该材料具有良好的耐热性能和力学性能。
3.未来展望随着工业化的进程加快，聚合物材料的耐热性成为了制备高性能材料的关键技术之一。
未来，研究人员可以通过深入研究聚合物材料的分子结构和反应机理，提高聚合物材料的耐热性能，广泛应用于航天、汽车、电子等多个领域。
二、聚合物材料的耐化学性1.概念聚合物材料的耐化学性是指它在各种化学环境下的化学稳定性能。
聚合物材料常常用于制备储存液体、气体和危险化学废料的容器材料，因此它的耐化学性是非常重要的。
聚合物材料的耐化学性通常由分子间的键的能量大小、分子的化学结构和各种化学反应机理决定。
2.研究现状目前，聚合物材料的耐化学性研究涉及到了多个领域，如化学工程、材料科学等。
化学工程领域的研究主要集中在对聚合物材料的腐蚀机理和防腐技术的研究。
而在材料科学领域，研究人员通常采用交联等方法来提高聚合物材料的耐化学性，例如郑海明等学者在对丙烯腈-苯乙烯嵌段共聚物进行研究时，采用了交联剂-改性剂-二氧化硅纳米颗粒的复合改性技术，实现了共聚物的耐腐蚀性能的大幅提升。
聚合物的分子结构与物理性质
聚合物的分子结构与物理性质聚合物是由大量重复单元构成的高分子化合物。
随着科技的发展，聚合物在人类生产和生活中的应用越来越广泛。
然而，聚合物的性质和应用取决于其分子结构，因此对聚合物分子结构与物理性质的研究尤为重要。
一、聚合物的分子结构聚合物的分子结构与其化学和物理性质密切相关。
聚合物的分子结构与单体种类、聚合方法、反应条件以及控制试剂的种类和用量等有关。
聚合物的分子结构可以从宏观和微观两个层面进行描述。
从宏观上看，聚合物的分子结构可以分为线性、支化、交联和聚集态等。
线性聚合物的分子链呈直线状排列，没有分支；支化聚合物的分子链上存在分支，分支可以根据分支链的数量和长度不同分为两种：分子段分支和侧链分支；交联聚合物的分子链之间通过交联点互相连结，呈网络状结构；而聚集态分子则是由数个分子组成的复合物。
从微观上看，聚合物的分子结构是由化学键和官能团组成的。
根据化学键的性质，聚合物分子的结构可以分为三类：相邻两个重复单元之间的化学键称为主链键；主链键以外的化学键称为辅助键，辅助键决定了聚合物分子的分支情况；在分子中存在的其他化学基团称为官能团，它们通过化学反应与其他分子发生反应，改变聚合物分子的性质。
聚合物的分子结构图如下图所示：二、聚合物的物理性质聚合物的物理性质主要包括力学性质、热学性质、电学性质以及光学性质等。
力学性质是指聚合物在力的作用下发生的变形和断裂等现象。
聚合物的弹性模量、拉伸强度、抗拉伸应变、屈服强度、断裂伸长率等是衡量聚合物力学性质的重要指标。
热学性质是指聚合物在不同温度下表现出来的性质。
聚合物的热稳定性、玻璃转移温度、熔融温度、热膨胀系数等是衡量聚合物热学性质的指标。
电学性质是指聚合物在电场作用下表现出来的性质。
聚合物的电导率、介电常数、击穿场强等是衡量聚合物电学性质的指标。
光学性质是指聚合物在光的作用下表现出来的性质。
聚合物的透光性、发光性、荧光性等是衡量聚合物光学性质的指标。
三、聚合物分子结构的控制通过控制聚合物分子结构可以使聚合物具有更好的性能和更广泛的应用。
聚合物材料的物理与化学性质
聚合物材料的物理与化学性质聚合物材料是指由单体分子聚合而成的高分子材料。
由于聚合物材料具有良好的物理与化学性质，在现代工业中得到广泛应用。
本文将就聚合物材料的物理与化学性质展开探讨。
1. 聚合物材料的物理性质1.1 密度聚合物材料的密度通常较小，一般在0.9-2.2g/cm3之间。
这是因为聚合物本身具有轻质的特点。
如乙烯、丙烯、苯乙烯等单体有较小的分子量，因此聚合物的密度也相应较小。
1.2 热学性质聚合物材料的热学性质也很重要。
在使用过程中，聚合物会受到各种外界因素的影响，如温度等。
因此，要了解聚合物的热学性质对于应用其材料很重要。
聚合物材料的热稳定性通常较差。
在高温下，容易发生降解和失去原有的物理性质。
此外，聚合物的熔点通常较低，使其在加工中易于形变。
另外，聚合物的热导率也很小。
这是因为聚合物本身是非金属材料，其分子与分子之间没有电子互相吸引的作用。
因此，聚合物的热传导能力较差。
1.3 光学性质聚合物材料的光学性质也很广泛，包括折射率、透明度、色散性质等。
聚合物材料的折射率和透明度通常较高，特别是在红外波段中，透过聚合物的光线几乎100%。
此外，聚合物材料的色散性质也较好，具有一定的色散特性。
2. 聚合物材料的化学性质2.1 化学反应在聚合物材料的应用中，其化学反应的性质也占有重要的位置。
聚合物的化学反应可以通过原来的单体来维持其特征结构，并为原料的生产和加工提供反应。
聚合物的主要化学反应可以分为两类：加成反应和单体交联反应。
加成反应是指将一个或多个小分子与高分子聚合反应。
单体交联反应是通过单体的交联形成聚合物的交联分子。
2.2 化学稳定性聚合物也是有化学稳定性的。
化学稳定性是指在特定的环境下，聚合物不会发生不可逆的化学反应。
聚合物的稳定性通常与其长分子链有关。
长分子链可以形成网络结构，从而有效地预防化学反应的发生。
在使用聚合物材料时，要考虑到两种类型的降解：化学降解和暴露降解。
化学降解是指各种化学反应的过程，而暴露降解是指在日光、烟雾、能量等因素影响下材料的降解过程。
聚合物之一般性质与分类
何谓聚合物聚合物依其来源分为天然聚合物和合成聚合物：天然聚合物 合成聚合物天然聚合物大部分存在于生物体中，而且是生命所必须的。
这些天然聚合物有的是重要营养素，例如蛋白质、淀粉；有的是可应用于日常用品，例如天然橡胶、纤维素；有的在生物体内能支配我们的遗传，例如核酸合成聚合物通常为高分子量有机化合物，其结构较天然聚合物简单，通常最多含两个不同单元。
如耐纶、聚氯乙烯（PVC ）、新平橡胶等聚合物均由许多小单元连接构成，有的成为很长的链状，也有由链状构成网状，比较如下：常见塑料的性质和用途塑料制品是目前在我们的日常生活中，最常使用的聚合高分子有机化合物，主要含有C、H、O三种元素。
一般的塑料容器材质分为以下几类，分别是：塑料由于不易在自然情况下分解，常被称为千年公害。
有些被人随意丢弃在路边，造成景观的破坏；有些被人露天燃烧，造成空气的污染。
塑料的回收工作是当务之急。
塑料种类很多，一般并不易分辨。
因而在容器上标明号码，就是方便用户做回收分类之用。
如美国塑料工业协会（SPI）提倡一种顺时针三角形的号码标识（如图），在塑料回收的三角图形中有1至7的阿拉伯数字，显示塑料材质。
不过目前国内只有1号中的保特瓶和6号中的保丽龙餐具在做回收。
保鲜膜虽然保鲜膜的特性：（1）水蒸气不容易穿透保鲜膜，因此食物如果以保鲜膜包裹，比较不会因水分散失而干燥变硬。
（2）高温时会熔化。
（3）不溶于水但容易溶于丙酮等有机溶剂；而且只要轻轻一撕，就能为料理食物带来极大的便利，只是愈来愈多的研究发现，便利之下所带来的代价可能超乎你我的想象唷……。
为了全家人的健康，千万不可用保鲜膜包着食物，进微波炉加热烹煮！因为有些塑料膜含有干扰内分泌的物质，会扰乱人体内的荷尔蒙，引起妇女乳癌、新生儿先天缺陷、男性精虫数减低，甚至精神疾病。
根据《纽约时报》的报导，美国的环保署已开始过滤几千种化学物质，试图把可能会造成内分泌失调的凶手找出来，再进一步深入研究。
pla熔融温度和分解温度
pla熔融温度和分解温度
聚合物的熔融温度和分解温度是两个重要的热学性质，它们对
于材料的加工和使用具有重要意义。
首先，让我们来谈谈熔融温度。
熔融温度是指固体聚合物在加
热的过程中达到熔化状态所需要的温度。
在这个温度下，固体聚合
物的分子间力被克服，使其转变成流动性较高的液态状态。
对于热
塑性聚合物来说，熔融温度是非常重要的，因为只有在达到熔融温
度之后，材料才能够被塑料加工成各种形状，比如注塑、挤出等工艺。
不同类型的聚合物具有不同的熔融温度，这取决于其分子结构、分子量以及加工过程中所需的性能等因素。
其次，我们来谈谈分解温度。
分解温度是指聚合物在加热的过
程中发生分解的温度。
在这个温度下，聚合物的分子链可能会发生
断裂、氧化、裂解等化学反应，导致材料的性能下降甚至失效。
因此，分解温度是一个非常重要的参数，它决定了聚合物材料能够承
受的最高温度。
对于高温工程塑料和聚合物复合材料来说，分解温
度往往是设计和选材时需要考虑的重要指标。
总的来说，熔融温度和分解温度是影响聚合物加工和使用的重
要热学性质。
了解和掌握这两个参数有助于我们更好地选择和应用聚合物材料，从而满足不同工程应用的需求。
聚合物的热性能
提高聚合物的结晶性
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
对于高分子凝聚态结构的研究表明，结构规整的聚合物 以及那些分子间相互作用（包括偶极相互作用和氢键作 用）强烈的聚合物均具有较大的结晶能力。 在高分子主链或侧基中引入强极性基团，或使分子间形 成氢键，都将有利于聚合物结晶。聚合物分子链间的相 互作用越大，破坏聚合物分子间力所需要的能量就越大， 熔融温度就越高，因此若在主链上引入醚键、酰胺键、 酰亚胺键、脲键或在侧基上引入羟基、氨基、腈基、硝 基、三氟基等都能提高结晶聚合物的熔融温度。
进行交联
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
交联聚合物由于链间化学键的存在阻碍了分子
链的运动，从而增加了聚合物的耐热性。例如 辐射交联的聚乙烯耐热性可提高到250℃，超过 了聚乙烯的熔融温度。交联结构的聚合物不溶 不熔，除非在分解温度以上才能使结构破坏。
因此，具有交联结构的热固性塑料，一般都具
高分子物理知识点
高分子物理知识点高分子物理是研究聚合物分子在物理场中的行为和性质的学科。
聚合物是由一些单体分子通过化学键结合而成的巨大分子，其分子量多数达到百万或以上。
高分子物理的研究范围主要包括聚合物的物理结构、热力学性质、电学性质、机械性质、输运性质、光学性质等方面。
一、聚合物的物理结构聚合物的物理结构是指聚合物高分子链的构象状态。
聚合物高分子链的构象状态受到其化学结构、聚合反应的条件、处理温度等多种因素的影响。
根据高分子链形态的不同，可将聚合物的物理结构分为直线型、支化型和交联型。
1. 直线型聚合物物理结构直线型聚合物是高分子链结构较为简单、规则的聚合物。
它通常由一根直线型链构成，其中的结构单元重复出现，链端没有分支或交联结构。
高分子的线密度、分子量和分子结构对其物理性质有很大的影响。
2. 支化型聚合物物理结构支化型聚合物指非直线型、分子链有分支结构的聚合物。
分支结构对于聚合物的物理性质有很大的影响，由于支化结构的存在，使得聚合物高分子链的平均距离更大，聚合物的分子间距离变大，导致其性能发生变化。
支化型聚合物化学结构和分支类型的不同，会对聚合物的物理性质产生巨大的影响。
3. 交联型聚合物物理结构交联型聚合物是由互相交联的高分子链构成的聚合物。
它们通常具有三维结构，分子间有交联点连接。
交联型聚合物的物理性质比支化型聚合物更为复杂。
不同交联密度、交联桥、交联方式等会对其物理性质产生很大的影响。
二、热力学性质聚合物的热力学性质主要包括相变、热力学函数、相平衡、玻璃化转变等方面。
1. 相变相变是指物质从一个物理状态到另一个物理状态的变化。
聚合物相变通常指聚合物高分子间和高分子和外界环境间的相变。
聚合物的相变通常与聚合物的物理结构、温度和压强等相关。
2. 热力学函数热力学函数是描述物质宏观性质的基本物理量，它包括熵、焓、自由能等，具体热力学函数的选择取决于所研究的问题和体系。
3. 相平衡聚合物在不同温度和压强下处于不同的相态平衡中，可以通过研究相平衡来揭示聚合物的热力学性质。
高分子聚合物基本性能
高分子聚合物基本性能
高分子聚合物是一类由长链分子构成的化合物，具有许多特殊的物理和化学性质。
下面将介绍高分子聚合物的一些基本性能。
1. 强度和刚度
高分子聚合物的强度和刚度可以根据其分子结构和化学组成来衡量。
通常，高分子的分子量越高，其强度和刚度也越高。
此外，分子的排列和结晶性质也会对强度和刚度产生影响。
一些常见的高分子材料，如聚丙烯和聚乙烯，具有较高的强度和刚度，适用于结构性应用。
2. 耐热性和耐寒性
高分子聚合物的耐热性和耐寒性是衡量其在不同温度条件下性能稳定性的重要指标。
一些高分子聚合物材料在高温下可能会软化或熔化，而在低温下可能会变脆。
根据具体应用的需求，可以选择适合高温或低温环境的高分子材料。
3. 耐化学性
高分子聚合物通常具有较好的耐化学性，能够抵抗酸、碱、溶
剂等化学物质的侵蚀。
不同的高分子聚合物对于不同化学物质的耐
受性不同，因此在特定的环境中需选择适宜的高分子材料。
4. 电绝缘性和介电性能
由于高分子聚合物大多为非金属材料，它们具有良好的电绝缘
性能和介电性能。
这使得高分子聚合物广泛应用于电子和电气领域，例如制造绝缘材料和电子器件。
5. 可塑性和加工性
高分子聚合物具有良好的可塑性和加工性，能够通过热塑性或
热固性加工方式制成各种形状和尺寸。
这使得高分子聚合物成为理
想的塑料材料，广泛应用于注塑成型、挤出成型、吹塑等加工工艺。
以上是高分子聚合物的一些基本性能。
在选择和应用高分子材料时，需要根据具体需求和环境条件，综合考虑这些性能指标，以确保材料的可靠性和适用性。
聚氨酯丙烯酸酯的熔融过程研究及其热学性质
聚氨酯丙烯酸酯的熔融过程研究及其热学性质聚氨酯丙烯酸酯是一种具有广泛应用前景的新型聚合物材料。
它具有良好的耐热性能、耐化学性能、机械性能和优异的透明度等特点。
本文将探讨聚氨酯丙烯酸酯的熔融过程及其热学性质。
一、聚氨酯丙烯酸酯的制备过程聚氨酯丙烯酸酯的制备过程包括两个关键步骤：聚合和掺配。
在聚合步骤中，聚氨酯丙烯酸酯的单体分别为聚醚二元醇、异氰酸酯和丙烯酸酯。
在掺配步骤中，聚氨酯丙烯酸酯会被掺配到真空中，利用高能射线进行交联反应。
二、聚氨酯丙烯酸酯的熔融过程聚氨酯丙烯酸酯在加热至一定温度时会发生熔融。
其熔融顺序是从表层到内部逐渐发生的。
这是因为聚氨酯丙烯酸酯本身分子量、大小和结构都不同，因此熔融点也不同。
一些较小的分子会先熔融并渗透到表层，然后才会逐渐溶解整个物体。
由于不同聚合物分子间的相互作用力不同，因此熔融过程也会受到这些力的影响。
三、聚氨酯丙烯酸酯的热学性质聚氨酯丙烯酸酯的热学性质是指其在加热或冷却过程中的物理和化学性质变化。
聚氨酯丙烯酸酯的热学性质主要包括热传导、热膨胀系数、熔点和玻璃化转移温度等。
其中，热传导是指物质在热平衡状态下，热量传递的速率。
聚氨酯丙烯酸酯的热传导较小，因此它通常被用于一些需要隔热的领域。
热膨胀系数则是指物质在温度变化时，单位温度下其长度变化量。
聚氨酯丙烯酸酯的热膨胀系数较小，在高温下仍然保持着较好的机械性能。
熔点是指物质在升温过程中，固态向液态转变的温度。
聚氨酯丙烯酸酯的熔点通常在100°C左右。
玻璃化转移温度是指物质在降温过程中，由高温区向低温区转变时出现的玻璃化转变现象。
聚氨酯丙烯酸酯的玻璃化转移温度通常在50-80°C之间。
总体而言，聚氨酯丙烯酸酯具有优异的热学性质，这也为其在涂料、胶水、塑料、封装材料等领域的应用提供了良好的基础。
四、聚氨酯丙烯酸酯的应用前景聚氨酯丙烯酸酯的研究和应用领域十分广泛。
除了上述提到的涂料、胶水、塑料、封装材料等领域之外，其还可以应用于建筑、医疗和纺织等领域。
第1章 高分子聚合物结构特点与性能
牛顿流体的流变方程式为 非牛顿流体。
不服从牛顿流动规律的流动称为非牛顿型流动，具有这种流动行为的液体称为
K n 1 a a K n 1
1.3 聚合物的流变学性质
1.3.2 假塑性液体的流变学性质及其影响因素 1．假塑性液体的流变学性质
当n＜１时，这种黏性液体称为假塑性液体。
对于假塑性流体而言，当流体处于中等剪切速率区域时，流体变形和流动所 需的切应力随剪切速率而变化，并呈指数规律增大；流体的表观黏度也随剪切 速率而变化，呈指数规律减小。这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化”。
1.3 聚合物的流变学性质
1.3.2 假塑性液体的流变学性质及其影响因素 2．影响假塑性液体流变性的主要因素 （１） 聚合物本身的影响 支链程度越大，黏度就越高，则熔体的流动性就越低。 聚合物的相对分子质量较大时，宏观上表现为熔体的表观黏度加大。 聚合物中的相对分子质量分布越宽，聚合物的熔体黏度就越小，熔体流动性就 越好，但成型的塑件性能并不理想。 尽量使用相对分子质量分布较窄的材料。
1.4 聚合物成型过程中的物理化学变化
1.4.1 聚合物在成型过程中的物理变化 1．聚合物的结晶
聚合物一旦发生结晶，则其性能也将随之产生相应变化：
• • • • • • • • 聚合物密度增加； 使聚合物的拉伸强度增大； 冲击强度降低； 弹性模量变小； 聚合物的软化温度和热变形温度提高； 使成型的塑件脆性加大； 表面粗糙度值增大； 塑件的透明度降低甚至丧失。
1.1.2 高聚物的结构特点
图1.1 高聚物的结构示意图
1.1 高分子聚合物分子的结构特点
1.1.2 高聚物的结构特点 1．高分子链结构特点 2．高聚物的聚集态结构特点 （1）聚集态结构的复杂性 （2）具有交联网络结构
§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。
聚合物的结构与热力学性质
聚合物的结构与热力学性质聚合物是由大量分子通过共价键连接而成的高分子化合物。
聚合物的结构和热力学性质对于其在不同领域的应用具有重要的意义。
本文将从聚合物的分子结构和热力学性质两方面进行论述。
一、聚合物的分子结构聚合物的分子结构对于聚合物的物理和化学性质具有决定性的作用。
聚合物的分子结构可以通过不同的方式描述，例如分子量、形状、分子构型等。
1. 分子量分子量是衡量聚合物分子大小的主要指标，通常通过摩尔质量或相对分子质量来表示。
聚合物的分子量越大，通常意味着聚合物的物理性质更高，例如强度、韧性等。
2. 形状聚合物的形状可以通过它们的链结构来描述，主要有线性聚合物、支化聚合物和交联聚合物三种。
线性聚合物是具有简单线性链结构的聚合物，链上没有分支或截面。
线性聚合物具有较高的可塑性和高分子化学反应活性。
支化聚合物是指在聚合物主链上部分碳原子上连接有支链结构的聚合物。
支化的聚合物较线性聚合物具有更高的熔点和稠度，同时也更耐热。
交联聚合物是指具有三维网络结构的聚合物，它们可以在较小的应变下保持形状。
交联聚合物具有较高的强度和硬度。
3. 分子构型分子构型是指聚合物分子在空间中的三维排列方式。
聚合物的分子构型决定了它的物理性质。
例如，一些交联聚合物是由于大量立体交联原因才得以形成，这使得材料很难变形，很难拉伸，具有优良的耐久性能。
二、聚合物的热力学性质聚合物的热力学性质指的是聚合物在热力学方面所表现出的各种性质，包括聚合物的热稳定性、热膨胀系数、热导率、玻璃转移温度和熔点等。
1. 热稳定性聚合物的热稳定性是指聚合物在高温下不分解或少分解的能力。
聚合物的热稳定性取决于聚合物的分子结构和环境条件。
例如，分子量越大的聚合物或支化聚合物比线形聚合物具有更高的热稳定性，因为它们具有更多的分支和交联。
2. 热膨胀系数热膨胀系数是指物体在温度变化过程中的体积膨胀量与初始体积的比值。
聚合物的热膨胀系数取决于聚合物的分子结构和温度。
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。
塑料热性质
塑料热性质热性质是指塑料在温度变化的影响下，各种形性改变的程度。
通常热性质与塑料加工的关系最为密切。
现将重要的项目分述如下：1、玻璃转移点（Glass Transition Point，Tg）当塑料的温度达到玻璃转移点时，其分子键的分枝开始局部脉动，塑料便由玻璃状变成橡胶状。
也就是说，当聚合物的温度在Tg时，会由较高温下呈现的橡胶态，转至低温下所呈现的具坚硬易脆性质的玻璃状。
结晶性塑料有明显的Tg及潜热值，聚合物是呈现橡胶态还是玻璃状全视Tg与当时使用时的温度而定，故Tg为聚合物在使用上的重要指针。
以下列举数种塑料的Tg值：2、塑料的熔点（Melting Point，Tm）塑料的熔点是指塑料由固体状态变成熔融状态时的温度，此时结晶性塑料的比容显着增加，此温度又称可加工温度。
下表为一些塑料的Tm 值：3、热变形温度（Heat distortion temperature，HDT）热变形温度显示塑胶材料在高温受压下能否保持不变的外形，一般用来表示塑料的短期耐热性。
若考虑安全系数，短期使用的最高温度应保持低于热变形温度10℃左右，以确保不致于因温度而使材料变形。
最常用的热变形测定法为ASTM D648试验法，即将试片在一定压力及一定加温速度下，弯曲到一定程度时的温度。
例如，在一标准试片（127×13×3mm）的中心，置放在455kPa或1820kPa负载下，并以2℃/min条件升温直到变形量为0.25mm时的温度。
对非结晶塑料，HDT比Tg小10~20℃；对结晶塑料，HDT则接近于Tm。
通常加入纤维补强后，塑料的HDT会上升，因为纤维补强可以大幅提升塑料的机械强度，以致在升温的耐挠曲测试时，会呈现HDT急剧升高的现象。
下表列举几项常用塑料的热变形温度比较：4、热膨胀系数（Heat Expansion coefficient）热膨胀系数是指塑料加热时尺寸膨胀的比率，可依ASTM D696的试验法测定。
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。
聚合物热性质
、模量等 系数、比热、导热系数
、密度、
折光率、介电常数等
所以原则上可以利用在 Tg 转变过程中发生突变或不连续变化的 物性来测量 Tg
通常，Tg的测定分为四种类型
体积的变化：膨胀计法 、折射系数测定法等 热学性质变化：差热分 析法（DTA）和差示扫描量热法（ DSC） 力学性质变化：热机械 法、应力松弛等 电磁效应：介电松弛、 核磁共振等
当第分二子运量 动增 单加 元到-链一段定，值此，时如曲图线中上MT3g<与MT4<f不M再5，重就合出，现出了 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。
但M增大，分子链长增加，分子间作用力增大，内摩 擦阻力增大，分子相对滑移困难，而需在较高温度下 才能流动，所以Tf随M增大而升高。
高聚物在玻璃化转变时，虽然没有吸热和放热现 象，但比热发生了突变，在DSC曲线上表现为基 线向吸热方向偏移，产生了一个台阶。
（3）温度--形变曲线（热机械法）
测定原理：利用高聚物玻璃化转变时形变量的变化 来测定Tg，试样置于加热炉中等速升温，加于不等 臂杠杆上的砝码使试样承受一定的外力，利用差动
聚合物的热性质
基本要求
理解高分子运动单元的多重性、分子运动的 时间依赖性和温度依赖性。
要求掌握非晶共高聚物、结晶高聚物的温度形变曲线以及分子量对温度-形变曲线的影响； Tg的影响因素、Tg的测定、Tg转变的自由体 积理论；聚合物结晶能力与结构的关系。
重 点
非晶共高聚物、结晶高聚物的温度-形变曲线以及分子 量对温度-形变曲线的影响；理解高分子运动单元的多 重性、分子运动的时间依赖性和温度依赖性的影响因 素。Tg的影响因素、Tg的测定、Tg转变的自由体积理 论；聚合物结晶能力与结构的关系。熔点的概念、以 及影响聚合物Tm的因素。
高性能聚合物材料的制备及性能研究
高性能聚合物材料的制备及性能研究随着科技的不断发展，材料领域也在不断地创新和发展。
高性能聚合物材料作为新型材料，具备轻质、高强、高韧性、耐高温、耐腐蚀和电绝缘等特性，在航空、汽车、电子、医药等领域广泛应用。
本文将重点介绍高性能聚合物材料的制备及性能研究。
一、高性能聚合物材料的制备1. 合成方法高性能聚合物材料的制备要求材料具有较高的强度和韧性，制备方法是关键。
常见的制备方法包括热压成型法、溶液浸渍法、溶胶-凝胶法、电纺法等各种技术。
其中，热压成型法是最为常见的制备方法之一，该方法利用高温和高压将聚合物材料压缩成薄膜或板材，形成致密、结实的材料。
2. 材料选择高性能聚合物材料是由聚合物和增强材料组成的复合材料，因此材料的选择非常重要。
常用的增强材料包括碳纤维、玻璃纤维、金属等，这些增强材料的添加可以提高聚合物材料的强度和韧性。
3. 工艺控制在制备高性能聚合物材料时，还需要对工艺进行控制。
例如，温度、压力等参数的控制，可以影响聚合物材料的物理性能和化学性能，从而实现理想的材料性能。
二、高性能聚合物材料的性能研究1. 力学性能高性能聚合物材料的力学性能是衡量其质量的重要标准。
目前常用的测试方法包括拉伸、压缩、弯曲等测试。
例如，拉伸测试可以测量材料的强度和韧性；压缩测试可以测量材料的强度和耐久性；弯曲测试可以测量材料的强度和弯曲性。
2. 热学性质高性能聚合物材料的热学性质也是其应用的重要特征。
常用的测试方法包括热膨胀系数测量、热导率测量、热稳定性测试等。
例如，热稳定性测试可以测量材料在高温下的抗氧化和耐热性能，从而了解材料耐高温应用的能力。
3. 光学性能高性能聚合物材料也会在光学应用中得到广泛应用。
常用的测试方法包括透明度、表面反射率、折射率等测试。
例如，透明度可以测量材料的透明度和光学透明性，从而了解材料在光学应用中的表现。
三、结论高性能聚合物材料的制备及性能研究已成为当前材料领域研究的热门方向。
随着生产工艺的不断改进和性能测试技术的不断完善，高性能聚合物材料的应用前景必将更加广阔。
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二、高分子运动的时间依赖性(time dependence)
应力松弛(relaxation of stress)：在一定的外力与温度 下，聚合物分子链的构象从一种平衡状态通过分子 的热运动达到与外力相适应的平衡状态，这一过程 是缓慢的，称为应力松弛。 松弛时间谱：橡皮在拉力作用下伸长，除去外力后， 这时橡皮不全立即缩短而恢复到以前的长度。恢复 过程是开始时缩短较快，然后缩短的速度愈来愈慢， 以致恢复到原来长度要几天甚至几星期。这是因为 拉伸时橡胶分子从卷曲状态被拉成伸展状态，当外 力消除后，分子链要从伸展状态恢复到卷曲状态是 通过各种运动单元的热运动来实现。而各种运动单 元的热运动都是一个松弛过程，由于运动单元不同， 松弛时间长短不一致，所以实际上松弛时间的分布 是很宽的，称之为松弛时间谱。
（2）差示扫描量热法（DSC,Differential Scanning Calorimetry ）
样品 基准物
加热装置
测定原理：试样与参比物（热惰性物质）分别置于 两个坩埚内等速升温。当试样发生结晶熔融、氧化、 降解等反应时，试样与参比物之间产生温差Δ T，测 量维持Δ T→0时输出试样和参比物的热功率差时 Δ H与温度的依赖关系，即可得到Tg、Tm、Tf、Td等 特征温度。
其他方法
此外还有核磁共振法（ NMR）。 折光率—温度法。 导热系数—温度法。 膨胀率—温度法。
2.玻璃化转变理论
重点自由体积理论(free-volumn theory)：最初由Fox和Flory提出。
自由体积理论 玻璃化转变理论热力学理论 动力学理论
分子占据的体积— 称为已占体积 液体或固体体积 物质中 未被占据的自由体积— 以空穴形成分散于整个
聚合物的热性质
基本要求
理解高分子运动单元的多重性、分子运动的 时间依赖性和温度依赖性。 要求掌握非晶共高聚物、结晶高聚物的温度形变曲线以及分子量对温度-形变曲线的影响； Tg的影响因素、Tg的测定、Tg转变的自由体 积理论；聚合物结晶能力与结构的关系。
重
点
非晶共高聚物、结晶高聚物的温度-形变曲线以及分子 量对温度-形变曲线的影响；理解高分子运动单元的多 重性、分子运动的时间依赖性和温度依赖性的影响因 素。 Tg 的影响因素、 Tg 的测定、 Tg 转变的自由体积理 论；聚合物结晶能力与结构的关系。熔点的概念、以 及影响聚合物Tm的因素。
（1） 玻璃态（glass state） ： 符合虎克定律， 具有普弹性→ 玻璃态。 运动单元：由于温度处在 Tg 以下，温度低，分子 热运动能量低，不足以克服内旋转阻力，链段被冻 结，不能运动。仅有分子键长、键角、侧基、较小 的链等运动。 力学性能：形变量小，约为 0.1～1%，可逆普弹形 变， 模量高达 109～1010 Pa，且强度高。 应用：作为塑料，如 PS、PMMA、PVC 等。
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当高聚物冷却时，起先自由体积逐渐减少，到某 一温度后，自由体积将达到一个最低值，这时高 聚物进入玻璃态。在玻璃态下，由于链段运动被 冻结，自由体积也被冻结，并保持一恒定值，自 由体积“孔穴”的大小及其分布也将基本恒定。 因此对于任何高聚物，玻璃化温度就是自由体积 达到某一临界值的温度，因而高聚物的玻璃态可 视为等自由体积状态。
很显然，高聚物在Tg以下即玻璃态时随温度升高 发生的膨胀仅仅是由于分子振幅、键长等变化引 起的正常的分子热膨胀，显然是很小的。而在Tg 以上，链段获得了足够的能量，随温度升高，除 了键长、振幅引起的膨胀外，还有自由体积本身 的膨胀。
Tg以下 T ，V Tg以上 T ，V ，包含Vf膨胀
高弹区的宽度（Tf-Tg）M，分子量高， 材料弹性好。 分子量高，Tf关系升高→导致加工困难。 分子量高，链段缠结程度高，弹性高，塑 性差，加工困难。
第三节 非晶态高聚物的转变
一、玻璃化转变(glass transition)
玻璃化转变是高聚物的一个重要特征，外观上 经过玻璃化转变以后，高聚物可以从硬脆的固 体变为较为柔软，模量变化达三个数量级
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、模量等 力学性质变化，如形变 物理性质变化，如膨胀 系数、比热、导热系数 、密度、 高聚物T g变化时 折光率、介电常数等
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但M增大，分子链长增加，分子间作用力增大，内摩 擦阻力增大，分子相对滑移困难，而需在较高温度下 才能流动，所以Tf随M增大而升高。 高弹区的宽度（Tf-Tg）M，如材料在相当宽范围内 具有弹性，则需分子量高。（橡胶分子量高达几百万， 而塑料一般为几十万左右）。
M～Tf关系→加工难易之间的关系
通常，Tg的测定分为四种类型
、折射系数测定法等 体积的变化：膨胀计法 热学性质变化：差热分 析法（DTA）和差示扫描量热法（ DSC） 力学性质变化：热机械 法、应力松弛等 核磁共振等 电磁效应：介电松弛、
（1）膨胀计法(dilatometry)
膨胀计法是Tg最常用方法， 测定高聚物的比容与温度的 关系。 测定原理：在膨胀计装入一 定量的试样，然后抽真空， 在负压下充入水银，将此装 置放入恒温油浴中，以一定 的升温或降温速率 （3℃/min），记录水银柱高 度变化。因为在Tg前后试样 的比容发生突变，所以水银 柱高——温度曲线将发生偏 折，将曲线两端的直线部分 外推，其交点为Tg。
1 dV 1 dV r＝ （ ） ） r， g＝ （ g Vg dT Vg dT
Tg µ º º û × Ô Ó É Ì å ¸ ù Â ò Õ Í Ï ³ Ê ù
f ＝ r－g
＝f g＋ f (T－Tg )
Vhf＝Vf ＋(T－Tg )( r－g )Vg＝Vf ＋(T－Tg )f Vg
测温热点偶
高聚物在玻璃化转变时，虽然没有吸热和放热现 象，但比热发生了突变，在DSC曲线上表现为基 线向吸热方向偏移，产生了一个台阶。
（3）温度--形变曲线（热机械法）
测定原理：利用高聚物玻璃化转变时形变量的变化 来测定Tg，试样置于加热炉中等速升温，加于不等 臂杠杆上的砝码使试样承受一定的外力，利用差动 变压器测定形变量，利用曲线--T得到Tg。
¾ î × Ô Ó É Ì å ¸ ù · Ö Ê ù f＝
Vf ＋(T－Tg ) f Vg Vg
Ó É Ð í ´ à Ê Ô Ñ é ¼ É Ö ª £ ¬ Tg Ê ± × Ô Ó É Ì å ¸ ù · Ö Ê ù
dV dV dV Vhf＝Vr－Vp＝Vg－V0－（ ） （ ） ） g Tg＋（T－Tg） r－（ g dT dT dT Ô ×Ó É Ì å ¸ ù dV dV ＝Vf ＋（T－Tg） （ ） －（ ） g dT r dT
¾ î Tg É Ï Ï ¿ £ ¬ µ ß » Û Î ï Â ò Õ Í Ï ³ Ê ù · Ö ± ð Î ª
一、运动单元的多样性
高分子运动单元具有多重性，它可以是侧基、支链、 链节、链段乃至整个分子链。这些运动单元是受条件 限制的，特别是温度的高低。因此高分子运动单元的 多重性是高分子热运动的特点之一，具体分为如下几 类： (1)整个分子链平移，宏观熔体的流动。 (2)链段运动，这是大分子区别于小分子的特殊运动 形 式。即在高分子链质心不变的情况下，一部分链 段通过单键的内旋转而相对于另一部分链段运动。 (3)链节、支链、侧基等小尺寸单元的流动。 (4)原子在平衡位置附近的振动。 (5)晶区的运动。
难
点
正确理解高分子运动单元的多重性、分子运动的时间 依赖性和温度依赖性。区别力学状态转变温度（Tg ） 和相变温度（Tm）。Tg和Tm的影响因素。
第一节 高分子热运动的特点
结构是决定分子运动的内在条件，而性能是分子 运动的宏观表现。所以了解分子运动的规律可以 从本质上揭示出不同高分子复杂的结构与千变万 化的性能之间的关系。
设 V 0 —高聚 物在 绝对 零度时 已 占体积； Vf—玻璃态下自由体积； Vg — 玻璃化温 度时高聚物 的 总体积。
dV V ＝V ＋V ＋( ) T g 0 f dT g g
( dV ) — —玻璃态下膨胀率 dT g
当 T>Tg 进入高弹态时，高弹态 高聚物体积 V r
Vr＝Vg＋（dV） （ T－Tg） r dT
高 弹 态 自 由 体 积
dV dV Vhf＝Vf ＋( ) r －( ) g (T－Tg ) dT dT
详细推导
T>Tg Ê ± Ü ×Ì å ¸ ù Vr＝Vg＋（
dV ） （ T－Tg） r dT dV dV µ ß » Û Î ï Ì å ¸ ù Vp＝V0＋（ ） ） g Tg＋（ g (T －Tg） dT dT
注
意
从相态角度而言，玻璃态、高弹态、粘流态均 属于液相，因为分子间相互排列均是无序的， 它们之间的差别主要是形变能力不同——这是 力学状态的差别。 因此上述三态的转变均不是热力学相变。Tg、 Tf是力学状态转变温度，而非相变温度。
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，Tg（M2）>Tg（M1），M2>M1 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。