高分子性能简介

塑膠幾個有用的特性
•流動特性： •.高分子的 流動是通個鏈段移動來實現的。 η為流體的粘度，當η越大時，流動的阻 力就越大! η與溫度的關系如下：
η=Ae
∆Eη/RT
當溫度升高時， 就會變小 就會變小， 當溫度升高時，η就會變小，流動性變好
幾個有用的特性
• 2.高聚物的取向 • 在外力的作用下， 高分子沿特定的方向做占優勢的平行 排列，就是取向。 • 有取向的物質是各向異性的，無取向的是各向同性的! • 平行於取向方向的強度將會加強，彈性會降低，垂直於取 向方向的強度會降低 • 解取向： • 利用熱處理使鏈段的取向解除，整個分子的取向保存， 可以使產品彈性強度加強，而其它強度變化不大 • 因為取向而會出現內應力，消除的方法是降低外力的作用， 及解取向處理!
幾個有用的特性
3.高聚物的力學松馳-----粘彈性 理想的彈性體，受力後變形是瞬時達到 的 理想的粘性體，受力後變形是隨時間線 性變化的! 高聚物的變形介於這兩者之間，一般稱為 粘彈性材料 高分子的力學松馳最基本的包括：蠕變， 應力松馳，滯後和力學損耗
幾個有用的特性
•蠕變： 指在一定溫度和較小的恆定外力下， 材料的變形隨時間的增加而逐漸變大 •蠕變與形變的關系: • 简单地说，蠕变就是恒温和恒定应力下 材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现 象。也就是说这种形变是一个过程。 而理想弹性体的形变是瞬时发生的，这种 形变就不是蠕变。
结晶性与无定形塑料
1. •
结晶性(Crystalline)塑料 塑料高分子链排列整齐，在凝固过程中有晶核(nuclei) 到晶球(spherulites)的生成过程，并依照固定样式排 列高分子链。一般而言，由于具备晶格结构(lattice structure)，因此在发生相变化如熔解时，须突破结构 的能量障壁(energy barrier)，使晶格结构崩溃。因此 结晶性塑料具备明显的相转移温度及潜热(latent heat) 值。结晶性塑料的特性为不透明(opacity)、在链排列 方向及垂直排列方向不均匀的物理性质(各向异性， anisotropic)，以及明显而狭窄的相变化区域。 • 常见的结晶性塑料包括:PE(Xc=80%)、PP(Xc=5O%)、 POM(Xc=99%)、PEO、PPO、Nylon(Xc=35%)等等。
結晶結構
•結晶定義：三维空间长程有序 •与低分子晶体不同的是，它们的晶胞没有最高级的 晶型——立方晶系，在其余的6个晶系中正交和单 斜约各占30％。而且由于结晶条件不同，分子链构 象或链堆砌方式发生变化，同一种高聚物可以形成 几种不同的晶型，如聚丙烯就有α型（单斜晶系）、 β型（六方晶系）和γ型（三方晶系）不同的晶型， 这种现象称为同质多晶现象，这也是高聚物结晶所 特有的。同一种高聚物的结晶形态也具有多样性， 而且晶体中结晶很不完善，结晶与非晶共存。总之 高分子结晶是复杂的。
高分子結晶結構
结晶速度
•影响结晶速度的最主要因素是温度（图626），高于熔点和低于玻璃化温度Tg都不 能结晶。实际上从熔体降温时开始能产生 结晶的温度是熔点以下10～30℃，这一现 象叫“过冷”，因为很接近熔点时成核速 率极小。结晶速率最大的温度即Tcmax对大 多数高聚物为熔点Tm的0.80～0.85倍(以绝 对温度计算)
的分子量与性质
n 1 6~8 18~22 20~30 2000~20000 分子量 16 86~114 254~310 282~422 28000~280000 性状 气体，沸点-162℃ 易挥发液体，沸点 90~120℃ 半固体，油脂状， 沸点300℃以上 固体，熔点45~60℃ 强韧的固体，熔点 110~137℃ 名称 甲烷 石油英 凡士林 石蜡 聚乙烯 用途 天然气，用于都 市燃气等 溶剂 医药、化妆品等 蜡烛等蜡制品 薄膜等
分子量对材料性能的影响
•是大分子与小分子的基本区别及性能差异 的基本原因 •材料的很多性能随分子量的改变而改变。 •力学性能、加工性能（流动性、溶解性） •强度： M↑ 强度先速增后慢增 •流动性：M↑ 高温流动性 ↓ 成型难
高分子的分子量與物性
•平均分子量和分子量分布是控制聚合物性能的重 要指标。橡胶一般分子量较高，为了便于成形， 要预先进行炼胶以减少分子量至2×105左右，合成 纤维的分子量通常为几万，否则不易流出喷丝孔， 塑料的分子量一般介于橡胶和纤维之间。分子量 分布对不同用途和成形方法有不同的要求，如合 成纤维要求窄，而吹塑成形的塑料则宜宽一些。 由于聚合物分子量及其分布很大程度上取决于聚 合反应机理和条件。因此通过选择适当的聚合方 法和工艺，就能获得符合要求的聚合物。
高分子的分子量與物性
• 对于高分子的强度等物性，存在着一个临界分子量M0 ，超过这个分子量时开 始出现强度。当分子量超过M0时强度达到一定值。图1-6说明了强度与分子量 的这种关系。不同高分子的M0和Ms值不同。结晶性好，分子内极性基团多， 甚至形成氢键，分子间作用力大的高分子，其M0和Ms值较小。一些典型高分 子的M0和Ms值列于表。
塑料簡介及分類
热固性与热塑性塑料 1. 热固性塑料(Thermosets) 塑料在加工过程中受热发生聚合反应 (polymerization)，透过交联剂(或称做架桥剂， crosslinker)的作用分子链间产生化学交联 (chemical crosslinking)，形成紧密的网状结构 (network structure)。交联反应本身是不可逆 (irreversible)的化学反应，因此热固性塑料在 加工后并不会如热塑性塑料般会受热软化，若温 度过高则发生裂解而不会有软化变形的现象。 常见的热固性塑料包括环氧树脂(epoxy)、酚系 树脂(phenolics)、聚酯树脂(polyester)、 PU(Polyurethane)等。
結晶對性能的影響
• 结晶影响了聚合物的性能，主要是力学性 能和光学性能。结晶度越大，塑料越脆， （但对于橡胶，结晶相当于物理交联，增 加了强度）。另一方面结晶度越大，高聚 物越不透明，因为光线在晶区和非晶区界 面发生光散射。
高分子的分子量
• 對分子的大小的度量一般以分子量來表示，對小分子物質， 分子量是確定的，但對高分子來講，分子量不是均一的， 但對某種成型條件下的高分子，都有一定的分子量分布， 我們一般用數均分子量Mn或是重均分子量Mw來表示：
幾個有用的特性
•內應力: • 物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形 时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力， 以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后 的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某 一点单位面积上的内力称为应力 •在没有外力存在下，材料内部由于加工成型不当， 温度变化，溶剂作用等原因所产生的应力
塑料简介与分类
•2．热塑性塑料(Thermoplastics) •热塑性塑料的高分子链间并无永久性的化学交联, 只有微弱的物理作用力 (interaction)以及由于 链间纠缠所造成的暂时性物理交联 (physical crosslinking)，此交联会随加工过程而有纠缠及 去缠的现象，因此热塑性塑料会随加热而有软化 变形乃至于流动的现象:随温度下降则有固化变硬 的情形，为可逆过程 (reversible process)。
高分子的分子量
• 平均分子量只能粗略的表示分子的大小，要准確的表示分 子量，必須要知道分子量分布
高分子的分子量與物性
• 烷烃的分子量与性质之间的关系就能很好地说明这个问题(表1-2)。从甲烷到 丁烷是气体，戊烷以上是液体，十几个碳的烷烃是半固体或固体，就是通常 的凡士林或石蜡。当碳数增加到2000以后，就成了聚乙烯，是一种强韧的固 体。这是由于高分子之间总的相互作用力非常之大，甚至超过碳-碳之间的化 学键力，所以高分子有很大的强度，而且不能象小分子那样能气化或蒸发， 高分子没有沸点。
结晶Biblioteka Baidu与无定形塑料
•2）不定形或非晶性(Amorphous)塑料 •塑料高分子链凌乱排列纠缠，未形成井然有序的 排列结构，在凝固过程中没有晶核及晶粒生长过 程，仅是自由的高分子链被"冻结"(frozen)的现 象。就巨观而言，非结晶性塑料没有明显的相持 移温度，熔化过程为一区域而非固定熔点。多具 透明外观，各方向性质差异不大、物理性质较为 均匀。常见的非结晶性塑料包括PS、PC、以及PVC 等等。
高分子的分子量與物性
表1-3 一些典型高分子的M0和Ms值[3]
MO 高分子 尼龙66 聚对苯二甲酸乙 二醇酯 聚丙烯腈 聚乙烯醇 纤维素 聚偏二氯乙烯 聚苯乙烯 平均分子 量 6000 8000 15000 15000 20000 25000 60000 平均聚 合度 50 70 300 300 130 250 600 平均链长 /nm 40 42 85 85 65 65 150 平均分子 量 24000 30000 45000 45000 75000 75000 300000 MS 平均聚合度 200 250 900 900 500 750 3000 平均链长 /nm 160 160 255 255 250 200 750
高分子的結構
高分子的結構分如下三級： 1.一級結構： 近程結構，就是指高分子中原子的種類及排列， 是化學結構 2.二級結構： 遠程結構，就是指分子的大小和形狀，鍵 的柔順性及分子在各種環境中的所采取的構象! 此為單個分子的的結構和形態的描述! 3.三級結構： 晶態，非晶態，取向態，液晶態，是描述 分子之間是如何堆砌的。也就是分子團結構