高聚物生产技术配套教学资源第七章　高聚物物理性能ppt课件

1、第七章第七章高聚物的物理性能高聚物的物理性能学习目的要求学习目的要求学习并掌握高聚物的物理形状、特征温度与运用；学习并掌握高聚物的物理形状、特征温度与运用；溶解过程、溶剂选择、相对分子质量表述与测定方法；溶解过程、溶剂选择、相对分子质量表述与测定方法；初步掌握高聚物的力学性能、松弛性质等，了解高聚初步掌握高聚物的力学性能、松弛性质等，了解高聚物的黏流特性、电、光、热、及透气性能。物的黏流特性、电、光、热、及透气性能。7-17-1高聚物的物理形状高聚物的物理形状高聚物的物理形状主要随温度而变化，是某一温度下的客观表现。一、线型非晶态高聚物的物理形状线型非晶态高聚物的形变-温度曲线线型非晶态高聚物

2、的三种物理形状ABCDETbTgTfT/ 形变%A-玻璃态；B-过渡区；C-高弹态；D-过渡区；E-黏流态Tb-脆化温度；Tg-玻璃化温度；Tf-黏流温度玻璃态高弹态黏流态线型非晶高聚物的物理形状7-17-1高聚物的物理形状高聚物的物理形状线型非晶态高聚物的三种物理形状的对比线型非晶态高聚物物理形状与相对分子质量的关系三种物理状态运动单元力学行为特征应用玻璃态TbTg键长、键角基团形变小，并且形变可逆，属于普弹性能。结构类似玻璃，弹性模量大。塑料、纤维高弹态TgTf链段形变大，形变可逆，弹性模量较小。橡胶黏流态TfTd链段、大分子链形变为不可逆，属于永久形变，无强度。流动取决于相对分子质量大小

3、。成型加工、油漆、黏合剂04080120160温度123 456789形变%不同相对分子质量聚苯乙烯的形变-温度曲线图中标注数据相对分子质量1-360；2-440；3-500；4-1140；5-3000；6-40000；7-120000；8-550000；9-6380007-17-1高聚物的物理形状高聚物的物理形状线型非晶态高聚物的物理形状与平均相对分子质量、温度的关系二、结晶态高聚物的物理形状结晶态高聚物的形变-温度曲线MT玻璃态高弹态黏流态过渡区TgTf高弹态、黏流态及两者之间的过渡区均随相对分子质量和温度的添加而变宽。12形变%TgTmTf T/ 1-相对分子质量较小2-相对分子质量很大

4、7-17-1高聚物的物理形状高聚物的物理形状结晶态高聚物的物理形状留意：由于高弹态对成型加工不利，因此，普通情况下，对结晶态高聚物而言要严厉控制相对分子质量，防止很大呵斥的不良影响。结晶态高聚物的物理形状结晶态高聚物的物理形状玻璃态黏流态黏流态玻璃态 高弹态M较小较小M很大很大7-17-1高聚物的物理形状高聚物的物理形状结晶态高聚物的物理形状与平均相对分子质量、温度的关系玻璃态皮革态硬而韧高弹态过渡区黏流态TMTgTmTf玻璃化温度与熔点在平均相对分子质量较小时随平均相对分子质量的添加而增高；但很大时，变化较小；过渡区也随平均相对分子质量的添加而加宽。7-27-2各种特征温度与测定各种特征温度

5、与测定常见的高聚物特征温度一、玻璃化温度定义高聚物分子链开场运动或冻结的温度。玻璃化温度的运用价值玻璃温度是非晶态高聚物作为塑料运用的最高温度；是作为橡胶运用的最低温度。影响玻璃化温度的要素高聚物特征温度Tg-玻璃化温度glass-transition temperatureTm-熔点melting pointTf-黏流温度viscous flow temperatureTs-软化温度softening temperatureTd-热分解温度thermal destruction temperatureTb-脆化温度brittlenss temperature7-27-2各种特征温度与测定各种

6、特征温度与测定影响玻璃化温度的要素主链柔性分子间作用力相对分子质量交联共聚增塑剂升温速度外力大小作用时间7-27-2各种特征温度与测定各种特征温度与测定主链柔性对玻璃温度的影响规律：对主链柔性有影响的要素，都影响玻璃化温度。为柔性越大，其玻璃化温度越低。实例附表6分子间作用力对玻璃化温度的影响规律：分子间作用力越大，其玻璃化温度越高。实例附表7相对分子质量对玻璃化温度的影响规律：即玻璃化温度随高聚物平均相对分子质量的添加而增大，但当平均相对分子质量添加到一定程度时，玻璃化温度趋于某一定值。MKTTggTgM7-27-2各种特征温度与测定各种特征温度与测定实例线型非晶高聚物物理形状与相对分子质量

7、的关系图共聚对玻璃化温度的影响规律：共聚可以调整高聚物的玻璃化温度。实例双组分共聚物玻璃化温度的计算交联对玻璃化温度的影响规律：适度交联，可以提高玻璃化温度。实例橡胶的交联gBBgAAgTVTVTgBBgAAgTWTWT1xggxKTT硫，%00.251020硫化天然橡胶Tg，K209208233240二乙烯基苯，%00.60.81.01.5交联聚苯乙烯Tg，K360362.5365367.5370交联链的平均链节数017210192587-27-2各种特征温度与测定各种特征温度与测定增塑剂对玻璃化温度的影响规律：随着增塑剂参与量的添加，玻璃化温度下降。极性增塑剂参与到极性高聚物之中，服从如下

8、规律：非极性增塑剂参与到非极性高聚物之中，服从如下规律：实例PVC参与增塑剂外界条件的影响外力大小对高聚物施加的外力越大，玻璃化温度下降越低。外力作用时间时间越长，玻璃化温度越低。升温速度升温速度越快，玻璃化温度越高。KnTgVTg323313303293283050100150 200250 300外力104PaTg(K)123外力大小对玻璃化温度的影响1-PVAC；2-PS；3-聚乙烯醇缩丁醛7-27-2各种特征温度与测定各种特征温度与测定玻璃化温度的测定原理：利用高聚物在发生玻璃化转变的同时各种物理参数均发生变化的特性进展测定。测定方法Tg12345T物性参数-比体积-膨胀率-热容-导热

9、率-折光率常用的玻璃化温度测定方法热-机械曲线法膨胀计法电性能法DTA法DSC法7-27-2各种特征温度与测定各种特征温度与测定二、熔点二、熔点定义定义平衡形状下晶体完全消逝的温度。平衡形状下晶体完全消逝的温度。熔点的运用价值熔点的运用价值是晶态高聚物用于塑料和纤维时的最高运用温度，又是它们的耐热温度和成是晶态高聚物用于塑料和纤维时的最高运用温度，又是它们的耐热温度和成型加工的型加工的最低温度。最低温度。小分子结晶与高聚物结晶熔融过程的对比小分子结晶与高聚物结晶熔融过程的对比熔融曲线熔融曲线Tm/K比体积小分子结晶熔融曲线为纯折线Tm/K比体积高聚物结晶熔融曲线为渐近线7-27-2各种特征温度

10、与测定各种特征温度与测定熔融过程特点实例天然橡胶熔融温度与结晶温度的关系小分子结晶高聚物结晶熔融过程从晶相转变为液相（折线）从晶相转变为液相（极慢升温为折线）特点热力学函数有突变突变熔化的温度范围窄（窄（Tm0.1）熔点与两相含量无关无关熔点高低与结晶过程无关无关热力学函数有突变突变熔化的温度范围宽（宽（Tm2）熔点与两相含量有关有关熔点高低与结晶过程有关有关233243253263273283233253273293313熔融开场熔融终了结晶T结晶/KT熔融/K7-27-2各种特征温度与测定各种特征温度与测定提高熔点的方法实际根据提高H的方法规律：在高分子主链或侧基上引入极性基团等来增大分子

11、间的作用力。实例 高聚物 取代基反复构造单元 熔点(Tm)/K聚乙烯 CH2CH2 410 聚氯乙烯 Cl CH2CH 483 聚丙烯腈CN CH2CH 590 尼龙-66NH(CH2)6NHCO (CH2)4CO 538SHTmH或S，那么TmCNCl7-27-2各种特征温度与测定各种特征温度与测定降低S的方法规律：在主链上引入苯环，降低柔性，添加刚性，降低体系混乱程度来降低S。实例：聚乙烯 CH2CH2Tm410K聚对二甲苯CH2CH2 Tm640K聚苯 Tm803K熔点的测定方法同玻璃化温度的测定方法三、黏流温度定义非晶态高聚物熔化后发生黏性流动的温度。黏流温度的运用价值是非晶态高聚物成

12、型加工的最低温度。7-27-2各种特征温度与测定各种特征温度与测定影响黏流温度的要素柔性、刚性，Tf；平均相对分子质量，内摩擦力， Tf。影响黏流温度的测定采用热-机械曲线法、DTA法等测定方法。四、软化温度定义在某一指定试样大小、升温速度、施加外力方式等条件下，测定高聚物试样到达一定形变时的温度。软化温度的运用价值是产质量量控制、成型加工和运用的参数之一。软化温度的表示方法马丁耐热温度测试条件：升温速度10/12min公用设备：马丁耐热实验箱悬臂弯曲力5MPa温度确定长240mm横杆项指示下降6cm所对应的温度7-27-2各种特征温度与测定各种特征温度与测定维卡耐热温度测试条件：试样10mm

13、10mm3mm升温速度50.5/6min或121/12min 圆柱压针截面积1mm2压入负荷5kg或1kg温度确定圆柱形针压入1mm所对应的温度弯曲负荷热变形温度简称热变形温度测试条件：试样 120mm313mm15mm 升温速度121/6min 弯曲应力1.85MPa 或0.46MPa静弯曲负荷温度确定试样到达规定弯曲时所对应的温度五、热分解温度定义在加热条件下，高聚物资料开场发生交联、降解等化学变化的温度。热分解温度的运用价值是高聚物资料成型加工不能超越的温度。7-27-2各种特征温度与测定各种特征温度与测定热分解温度的测定方法DTA法、DG法、热-机械曲线法等。六、脆化温度定义指高聚物资

14、料在受强外力作用时，从韧性断裂转变为脆性断裂时的温度。脆性温度的运用价值是塑料、纤维的最低运用温度。7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能一、资料力学概念资料力学概念外力external force 内力 应力stress 应变strain 形变 强度strength 泊松比Poissons ratio 模量module 柔量 抗张强度tensile strength 抗弯强度flexural strength 抗冲击强度impact strength 硬度hardness 回弹性resilience 韧性tenacity 疲劳fatigue life 7-37-3高聚物的力学性能高聚物

15、的力学性能二、等速拉伸及应力二、等速拉伸及应力-应变曲线应变曲线拉伸的工业运用拉伸的工业运用为添加纤维的拉伸强度而进展单轴拉伸；为添加塑料薄膜的强度而进展双轴为添加纤维的拉伸强度而进展单轴拉伸；为添加塑料薄膜的强度而进展双轴拉伸。拉伸。线型非晶态高聚物的应力线型非晶态高聚物的应力-应变曲线应变曲线拉伸过程高分子链的三种运动情况：拉伸过程高分子链的三种运动情况：弹性形变开场弹性形变开场A点点应变随应力的添加而增大，服从虎克定律，具应变随应力的添加而增大，服从虎克定律，具有普弹性能；运动单元为键长、键角。对应为弹有普弹性能；运动单元为键长、键角。对应为弹性伸长极限。性伸长极限。强迫高弹形变强迫高弹

16、形变A点点B点点中间经过屈服点中间经过屈服点Y，对应的表示高聚物资料，对应的表示高聚物资料对抗永久形变的才干；形变才干对抗永久形变的才干；形变才干300%1000%，并，并且可逆；运动单元为链段。且可逆；运动单元为链段。黏流形变黏流形变B点后点后形变为不可逆永久形变；运动单元为链段形变为不可逆永久形变；运动单元为链段、大分子链。、大分子链。非晶态高聚物的六种应力非晶态高聚物的六种应力-应变曲线与运用的关系应变曲线与运用的关系AA应变应力YABAYBAYBA-弹性极限；Y-屈服点；B-断裂点AY7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能可以作为工程塑料的高聚物资料硬而脆刚性制品，不宜冲击，能接

17、受静压力资料硬而脆刚性制品，不宜冲击，能接受静压力典型实例：酚醛塑料制品典型实例：酚醛塑料制品资料硬而强高模量高抗张，断裂伸长小或无屈服资料硬而强高模量高抗张，断裂伸长小或无屈服典型实例：典型实例：PVCPVC硬制品硬制品资料硬而韧高模量高抗张，断裂伸长大，有屈服资料硬而韧高模量高抗张，断裂伸长大，有屈服典型实例：聚碳酸酯制品典型实例：聚碳酸酯制品7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能可以作为形变较大的资料无运用价值的资料资料软而韧低模量低屈服，断裂伸长率及强度大资料软而韧低模量低屈服，断裂伸长率及强度大典型实例：硫化橡胶、典型实例：硫化橡胶、LDPELDPE制品制品资料软而弱低模量低强

18、度，断裂伸长率中等资料软而弱低模量低强度，断裂伸长率中等典型实例：未硫化天然橡胶典型实例：未硫化天然橡胶资料弱而脆普通为低聚物资料弱而脆普通为低聚物7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能未取向的晶态高聚物的应力-应变曲线不同温度下的高聚物应力-应变曲线OYNDBOY段段 YN段段ND段段DB段段D点点OY段段YN段段ND段段D点点DB段段试样外形变化试样外形变化123456789非晶态高聚物不同温度下的应力-应变曲线1，2-温度低于脆性温度，资料处于硬玻璃态，无强迫高弹性3，4，5-温度处于脆性温度与玻璃化温度之间，为软玻璃态6，7，8-温度处于玻璃化温度与黏流温度之间，为高弹态9-温度

19、处于黏流温度以上，为黏流态7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能1234567晶态高聚物不同温度下的应力-应变曲线1，2-温度低于脆性温度，拉伸行为类似弹性固体3，4，5-温度介于脆性温度与玻璃温度期间，为软玻璃态3，4，5-温度介于Tb与Tg之间，为软玻璃态，行为类似强迫高弹性3，4，5-温度较高，低于熔点，拉伸行为类似非晶态橡胶三、影响强度的要素三、影响强度的要素影响强度的要素低分子掺合物对强度的影响相对分子质量对强度的影响交联、结晶、取向对强度的影响填充物对强度的影响资料中缺陷对强度的影响资料中缺陷对强度的影响7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能相对分子质量及分布对强度的影

20、响规律：强度随相对分子质量的增大而添加，分布宽窄影响不大，但低聚物部分添加时，因低分子部分发生分子延续裂而使强度下降。低分子掺合物对强度的影响规律：低分子物质的参与降低强度。实例增塑剂的参与能降低强度，但对脆性高聚物而言，少量参与低分子物质，能添加强度。交联对强度的影响规律：适度交联添加强度，但过度交联，在受外力时，会使应力集中而降低强度。实例橡胶的适度交联。结晶对强度的影响规律：结晶度增大，强度添加，但资料变硬而脆；大球晶添加断裂伸长率，小球晶增加韧性、强度、模量等；纤维状晶体强度大于折叠晶体强度。实例缓慢降温有利构成大球晶，淬火有利构成小球晶。取向对强度的影响规律：取向能添加取向方向上资料

21、的强度。7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能实例取向对高聚物模量的影响双轴取向和未取向薄片的对比性能聚苯乙烯聚甲基丙烯酸甲酯未取向双轴取向未取向双轴取向抗张强度，100kP断裂伸长率，%冲击强度，（相对）34513.60.250.548087281835176895154550758255015高聚物高度取向未取向E,103MPaE ,103MPaE ,103MPa低密度聚乙烯高密度聚乙烯聚丙烯聚对苯二甲酸乙二酯聚酰胺0.834.36.314.34.20.330.670.830.631.370.120.590.712.32.17-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能填充物对强度的影

22、响规律：适当填充活性填料添加强度。实例橡胶填充炭黑；玻璃钢填充玻璃纤维。资料中缺陷对强度的影响缺陷指向与危害：杂质、不塑化树脂粒、气泡、降解物等呵斥微小裂纹，当资料遭到外力作用时，在缺陷处产生应力集中，致使资料断裂、破坏。部分放大7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能四、高聚物的松弛性质四、高聚物的松弛性质松弛过程松弛过程relaxation process是高聚物从一种平衡形状过渡到另外一种平衡形状的过程。在松弛过程中，高聚物是高聚物从一种平衡形状过渡到另外一种平衡形状的过程。在松弛过程中，高聚物处处于不平衡的过渡。于不平衡的过渡。常见的高聚物松弛过程常见的高聚物松弛过程高聚物的松弛过

23、程应力松弛relaxation of stress蠕变creep是在坚持高聚物资料形变一定的情况下，应力随时间的添加而逐渐减小的景象。是在一定的应力作用下，形变随时间的添加而增大的景象。7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能高聚物的松弛过程直接影响高聚物资料尺寸稳定性；但高聚物资料成型加工过程中需要经过松弛过程将各种应力松弛掉，防止应力集中而影响运用。松弛过程的本质：是链段和分子链运动的结果。应力松弛曲线与应力松弛表示图蠕变曲线t停顿型减小型1受力形变维持不变应力松弛1A增长型停顿型稳变型tt/h40020002040温度：30负荷：0.1MPa蠕变线42.21%回弹线44.21%形变为

24、37.21%29.75%蠕变曲线表示图天然橡胶的紧缩蠕变曲线和回弹应力松弛曲线表示图应力松弛表示图7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能各类型与构造、运用的对应关系蠕变与应力松弛的关系一样点：蠕变与应力松弛的本质一样，都是分子链运动的结果。不同点：运动条件不同。从应力松弛来看，在作用下，分子链发生运动，导致分子链微观上出现相应的“蠕变，“蠕变后分子链处于另一形状，那么降低为；在的作用下，分子链又出现“蠕变至另一形状，使降为直至应力全部因分子链卷曲而松弛，那么资料处于新的平衡形状。应力反响快，蠕变反响慢；蠕变是宏观上形变的变化，在资料内部是分子链的位移。构造、运用构造、运用常温玻璃态，用于

25、工程塑料的非晶、结晶高聚物常温高弹态，用于橡胶的非晶高聚物常温黏流态非晶高聚物蠕变停顿型稳变型增长型停顿型减小型应力松弛1122237-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能影响蠕变、应力松弛的要素内因规律：分子间作用力、链段、相对分子质量、取代基极性、取代基体积、交联结晶度等均能使蠕变和应力松弛减小。影响要素与化学及物理构造有关的内因分子间作用力链段长短相对分子质量结晶交联与外界条件有关的外因温度应力填料增塑剂7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能实例相对密度0.900.9124,%负荷：8MPa;24h;23聚丙烯结晶度蠕变大小的关系108624610204060t103,h,%1

26、-4.2MPa;MI：0.332-2.8MPa;MI：2.203-2.8MPa;MI：0.604-2.8MPa;MI：0.30聚乙烯相对分子质量蠕变大小的关系0.70.80.91.01.11510505lgt,hlgtE(t),h部分高聚物在25时应力松弛曲线聚异丁烯非晶态聚丙烯高压聚乙烯低压聚乙烯晶态聚丙烯7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能外因规律：温度、应力，呵斥蠕变按停顿型稳变型增长型转变；填充、加强，降低蠕变值；增塑参与，有利于应力松弛和蠕变开展。实例蠕变量%04810022t103,h聚砜蠕变曲线与温度的关系蠕变量%80246100.010.020.030.0410019.

27、5MPa15.6MPa7.8MPa3.9MPat103,h聚碳酸酯蠕变曲线与作用力的关系总伸长1234567t高聚物资料蠕变曲线T一定：17减小应力一定：17降低温度7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能松弛时间relaxation time完成松弛过程所需求的时间为松弛时间，普通用表示。-松弛时间；A-常数；-重排位能；R-气体常数；T-绝对温度。五、复合资料的力学性质复合资料的制备方法RTAe复合资料的制备方法化学共聚制备方法物理混合制备方法增塑法加强法填充法高聚物共混法7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能增塑法高聚物的增塑作用plasticization定义：能使高分子链的

28、柔性或高聚物资料的可塑性添加的作用。类型：内增塑、外增塑和自动增塑作用内增塑作用internal piastization定义：经过改动高分子链的化学构造即共聚到达增塑目的的作用。实例利用丁二烯链节的柔性，制备高抗冲聚苯乙烯。外增塑作用external plasticization定义：在刚性高分子链中参与低分子液体或柔性聚合物到达增塑目的的作用。具有该作用的物质称为增塑剂plasticizer。原理：低分子物质黏度比高聚物黏度低1015倍，因此每参与20%，体系黏度降低1000倍，并且玻璃化温度与黏流温度都降低。增塑剂的运用对象增塑剂参与量对柔性高聚物形变-温度曲线的影响，1-未加增塑剂，2

29、、3、4-为参与增塑剂，其参与量是432。结果加后黏流温度比玻璃化温度下降快，高弹区变窄，因此，普通不加。形变%T,12347-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能增塑剂参与量对刚性高聚物形变-温度的影响如图，适当参与后，玻璃化温度下降比黏温度下降快，使高弹区加宽，资料运用范围加大。实例：纯PVC只能作塑料，适当参与增塑剂后，可以作人造革、鞋、薄膜等。关于增塑剂的选择原那么增塑剂与高聚物互溶；不易挥发；制品中存在时间长；无毒、色浅、廉价。不同PVC资料的增塑剂含量形变%T,12345材料类型增塑剂份数(以100份PVC计)材料性能材料类型增塑剂份数(以100份PVC计)材料性能硬板、硬管硬

30、粒料10较硬，基本保持PVC性质薄膜约50具有橡胶性质软板、软管软粒料约50具有橡胶性质塑料鞋60具有橡胶性质电缆绝缘层40具有橡皮性质人造革约65具有软皮性质电缆保护层50泡沫110松软弹性体7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能参与增塑剂对高聚物机械性能的影响自动增塑作用高聚物中含有单体、低聚物、杂质、水等而引起的增塑作用。需求严厉控制。加强及填充法加强作用在高聚物中参与一定量的补强剂、加强剂，使其强度得到不同程度的提高的作用。实例热塑性塑料的加强普通参与合成纤维、玻璃纤维、石棉纤维、玻璃微珠、碳纤维等进展加强。工业最常用的是玻璃纤维，其参与前后的性能对比方下：增塑剂含量机械性能伸长

31、率冲击强度抗张强度抗压强度增塑剂含量，资料伸长率、抗压强度、抗张强度、硬度、弹性模量、马丁耐热温度；冲击随参与量先升后降。HGF10200(23)DCA7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能静态强度抗张强度抗弯强度动态强度抗疲劳性能冲击强度脆性资料韧性资料蠕变强度热变形温度线膨胀系数成型收缩率吸水率性能对比前后(24)AB(23)B脆性资料(23)C韧性资料变化不大DEFGH结晶偏大非晶偏小7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能热固性树脂的加强通称为玻璃钢常用的加强资料：玻璃布、棉布、麻布、合成纤维织物、玻璃纤维等，经过层压而成型，如机体、船壳等。实例由不饱和聚酯制成的玻璃钢与纯树

32、脂、金属等性能的对比填充填充的作用：改良高聚物的性能或降低原料本钱。实例橡胶填充炭黑以提高制品耐磨性和弹性模量；塑料中填充玻璃纤维以添加强度；树脂中填充碳酸钙、黏土、木屑等，起加强和降低本钱作用。高聚物的共混改性blending modification本质同于加强和填充，只是改性剂为其他聚合物。性能玻璃钢纯树脂建筑钢材铝相对密度抗压强度，MPa抗弯强度，MPa抗冲击强度， MPa1.949105015.61.3150900.77.8350420420460102.77011070180447-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能共混的方式溶液共混共混的方式乳液共混机械混炼共混高聚物资料的

33、性质规律：取决于原料高聚物的性质及配方，还取决于它们混合的形状。混溶体系的性能介于两种高聚物性质之间。两相共存，那么存在两个玻璃化温度。实例T,T,形变%形变%PP/LDPEPP/LDPE0/1000/10040/6060/40100/0100/050/5080/20PP/LDPE共混资料热-机械曲线PP/LDPE共混资料DTA曲线7-37-3高聚物的力学性能高聚物的力学性能特例：以橡胶为改性剂，提高高聚物资料抗冲击性能。对橡胶的要求：玻璃化温度必需远低于运用温度；橡胶不溶于刚性高聚物而构成二相；两种高聚物溶解行为上类似，有利于相互黏着。假设三条件达不到，参与第三组分。效果：原脆性高聚物的冲击

34、强度提高510倍。7-47-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性目的：掌握高聚物的黏流特性，合理控制成型加工过程。一、高聚物的流变性定义高聚物的流变性rheological property是指高聚物有流动和形变的性能。资料形变的类型tttttttttDDDDDD111应变与时间的关系应变与应力的关系类型编号1234 56789特点符合虎克定律的理想弹性体不符合虎克定律的理想弹性体能完全回复的非理想弹性体高弹体具有塑性的非理想弹性体非理想塑性体理想塑性体或称宾汉流体具有黏弹性的非牛顿流体非牛顿黏性流体牛顿流体注：上下同时是直线，那么为后一类型7-47-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性 第1、2

35、、3类属于弹性形变包括普弹和高弹体；第4、5、6、7类属于同时具有黏性和弹性的黏弹体，其中第5、6类以塑性为主，第7类以黏性为主，高聚物资料多属于此类；第8、9类属于黏性液体。黏性与塑性的差别黏性与塑性同属于流体性质，其中有滞流点的为塑性体。流体的类型流体的类型理想流体非理想流体DnD 11nnD11非理想塑性体1理想塑性体1非理想塑性体n塑性体类型7-47-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性高聚物流体属于非理想的具有塑性、黏性的流体当n1：为第6种类型，为理想塑性体或宾汉流体。对应的是高聚物良溶液中的浓溶液，静止时存在凝胶构造，应力超越后构造破坏。当n1或n1：为第4、5种类型，属于黏性体或

36、非理想塑性体。高聚物多属于此类固体，值越大，物体越硬，对同一黏弹体，力作用时间长，越小。并且，当大于破坏应力时，资料为脆性固体；小于破坏应力时，资料呈韧性破坏。在恒定温度、应力下，表观黏度随时间的添加而减小的液体为震凝性液体，相反为摇溶性液体，如聚电解质、油漆等。高聚物黏性流动的机理是经过链段落的逐渐位移完成整个高分子的位移。二、影响高聚物流变性的要素11111影响高聚物流变性的要素高聚物分子链的构造高聚物相对分子质量温度压力7-47-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性高聚物分子链的构造对流变性的影响刚性链，黏度大，流动性小；柔性链，容易流动。相对分子质量及分布对高聚物流变性的影响相对分子质量

37、对高聚物流变性的影响规律：相对分子质量越大，流动阻力越大，黏度越大，越难于流动。实例对苯乙烯等高聚物存在如下关系lg1.52.0 lgMA当相对分子质量高于某一临界值时lg3.4 lgMA相对分子质量分布对高聚物流变性的影响规律：分布宽比分布窄的容易流动缘由：相对分子质量小的部分直至了增塑剂的作用117-47-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性温度对高聚物流变性的影响温度与表观黏度的关系常见高聚物的表观活化能留意：当温度Tg100时，高聚物的表观活化性根本不变；当温度Tg100时，表观活化能随温度的升高而快速降低。压力对高聚物流变性的影响液体的表观黏度与切变速率的关系右图中线1为牛顿液体；线2

38、为膨胀性流体；线3为假塑性流体。RTUe0高聚物聚乙烯聚丙烯聚异丁烯聚苯乙烯聚-甲基苯乙烯U/(J/mol)(2.72.9)104(3.84)104(56.8)1049.51041.3104D1237-47-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性常见高聚物的表观黏度与压力、温度的关系1-聚碳酸酯2802-聚乙烯2003-聚甲醛2004-聚甲基丙烯酸甲酯2005-醋酸纤维1806-尼龙2301-聚碳酸酯4MPa2-聚乙烯4MPa3-聚甲醛4-聚甲基丙烯酸甲酯5-醋酸纤维4MPa6-尼龙1MPa1051061031041.02.04.08.0 10.0123456剪切力0.1Pa10410510315

39、02002503002.42.32.22.12.01.91.81.71234561/TK103表观黏度表观黏度注射压力/MPa温度/7-47-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性三、高聚物熔体流动中的弹性效应三、高聚物熔体流动中的弹性效应高聚物熔体流动中的弹性效应表现为可以发生可回复性形变、法向应力效应、高聚物熔体流动中的弹性效应表现为可以发生可回复性形变、法向应力效应、挤出物挤出物膨大景象、不稳定流动等景象。膨大景象、不稳定流动等景象。可回复性切变形变可回复性切变形变即：高聚物熔体在流动时所发生的形变由两部分组成，一是可回复性形变，即：高聚物熔体在流动时所发生的形变由两部分组成，一是可回复性形

40、变，二是由黏二是由黏性流动产生的形变，其中前者所占的比例较大。性流动产生的形变，其中前者所占的比例较大。可回复形变由于粘性流动产生的形变时间维持恒定形变外加形变同轴圆筒黏度计中，高聚物熔体的可回复形变与流动表示图同轴圆筒黏度计中，高聚物熔体的可回复形变与流动表示图 7-47-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性法向应力效应挤出物膨大景象低分子液体高聚物熔体或溶液在搅动过程中，低分子液体的液面中间低，周围高；而高聚物熔体或溶液却是中间高，而周围低。d0d0ddabcz剪切速率s12.22.01.81.61.41.21.0101100101102103100101102103出口膨胀，直径之比表观粘

41、度Pasa-高聚物流体从d0变到d；b-管内速度分布；c-远离管口时速度的平面分布出口膨胀与剪切速率的关系7-47-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性实例熔融纺丝过程中的熔体喷出和形变情况低剪切速率剪切速率加大高剪切速率剪切的弹性回复张力延伸形变速率为零相关的解释相关的解释高分子链在管道高分子链在管道内处于高速剪切，链内处于高速剪切，链段被伸展开来，相当段被伸展开来，相当于遭到拉伸而使链段于遭到拉伸而使链段取向，熔体出现各向取向，熔体出现各向异性。当熔体忽然放异性。当熔体忽然放大或从管道中流出而大或从管道中流出而使高分子链忽然使高分子链忽然“自自在化，至使在管道在化，至使在管道中构成高弹形变立

42、刻中构成高弹形变立刻得以回复，分子链又得以回复，分子链又恢复到大体无序的平恢复到大体无序的平衡形状，链间间隔增衡形状，链间间隔增大，以致出现流束膨大，以致出现流束膨胀。胀。7-47-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性不稳定流动不稳定流动的构成与景象高聚物熔体在挤出时，假设切应力超越一定极限时，熔体将出现不稳定流动，其景象是挤出物外表不光滑、不规范。波浪形鲨鱼皮形竹节形螺旋形不规那么破碎形7-47-4高聚物的黏流特性高聚物的黏流特性四、熔融黏度测定四、熔融黏度测定AA12354AA熔融指数测定仪熔融指数测定仪1-重锤；重锤；2-柱塞；柱塞；3-塑化室塑化室4-温度计；温度计；5-出料孔出料孔熔融

43、黏度的测定方法熔融黏度的测定方法毛细管黏度计法、熔毛细管黏度计法、熔融指数测定法、旋转式黏融指数测定法、旋转式黏度计法、落球式黏度计法。度计法、落球式黏度计法。熔融指数测定仪如下熔融指数测定仪如下图。图。原理：高聚物熔体试原理：高聚物熔体试样在规定的温度、压力下，样在规定的温度、压力下，在一定时间内流过规范出在一定时间内流过规范出料孔的分量，记为熔融指料孔的分量，记为熔融指数数MI，以，以g/10min表示。表示。7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能一、高聚物的电性能一、高聚物的电性能总论总论高聚物具有体积电阻率高高聚物具有体积电阻率高10161020cm、介电常数小、介电常数小2、介

44、质、介质损耗低损耗低104等半导体特殊优良的电性能，同时某些高聚物还具有优良的导电性等半导体特殊优良的电性能，同时某些高聚物还具有优良的导电性能。另外，能。另外，由于高聚物成型加工容易，品型多，故在电器方法运用广泛。由于高聚物成型加工容易，品型多，故在电器方法运用广泛。7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能高聚物的介电性高聚物的介电性定义定义高聚物的介电性是指高聚物在电场的作用下，表现出对静电能的储蓄的损耗的性质。高聚物的介电性是指高聚物在电场的作用下，表现出对静电能的储蓄的损耗的性质。高聚物的极性类别高聚物的极性类别高聚物的极化高聚物的极化polarizationpolarizatio

45、n是电解质在电场的作用下分子内束缚电荷产生弹性位移或偶极子沿电场的从优取向，是电解质在电场的作用下分子内束缚电荷产生弹性位移或偶极子沿电场的从优取向，在电场方向的电解质两端呈现异号电荷的景象。在电场方向的电解质两端呈现异号电荷的景象。强极性高聚物PVA、PAN、PET、酚醛树脂、氨基树脂等高聚物的极性类别非极性高聚物PE、PP、PTFE等弱极性高聚物PS、PIP等极性高聚物PVC、PA、PVAC、PMMA等介电性的表示方法介电常数介电损耗影响高聚物介电性的要素高聚物的极性高聚物的极化7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能高聚物的极化方式极化形式极化机理特点适用对象电子极化电子云的变形极快

46、，10121015s；无能量损耗；不依赖温度和频率所有高聚物原子极化各原子之间的相对位移稍快， 1012s；损耗微量能量；不依赖温度所有高聚物偶极极化极性分子（或偶极子）沿电场方向转动，从优取向慢， 109s以上；损耗较大能量；依赖温度和频率极性高聚物界面极化载流子在界面处聚集产生的极化极慢，几分之一秒至几分钟、几小时共混、复合材料高聚物在电场中极化表示图7-47-4高聚物的其他性能高聚物的其他性能高聚物的介电常数dielectric constant定义显然，高聚物极化程度越大，极板感应产生的电荷Q越大，介电常数越大。常见高聚物的介电常数000QQQCC高聚物计算值实验值高聚物计算值实验值聚

47、乙烯（外推到无定型）聚丙烯（无定型）聚氯化苯乙烯聚四氟乙烯（无定型）聚氯乙烯聚醋酸乙烯酯聚甲基丙烯酸甲酯聚-氯代丙烯酸甲酯2.202.152.552.822.03.202.943.452.32.22.552.62.12.252.6/3.73.4聚-氯代丙烯酸乙酯聚甲基丙烯酸乙酯聚丙烯腈聚甲醛聚苯醚聚对苯二甲酸乙二酯(无定型)聚碳酸酯聚已二酰已二胺3.202.803.262.952.653.403.004.143.12.7/3.43.13.12.62.9/3.22.6/3.04.07-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能高聚物的介电损耗dielectric loss定义是电介质在交变电场的作

48、用下，将一部分电能转变为热能而损耗的景象。普通用损耗角的正切值表示。式中实验测得的介电常数；高聚物将电能转变为热能损耗的程度。介电损耗的缘由对非极性高聚物在交变电场中，所含的杂质产生的漏导电流，载流子流动时，抑制内摩擦阻力而作功，使一部分电能转变为热能，属于欧姆损耗。对极性高聚物在交变电场中极化时，由于黏滞阻力，偶极子的转动取向滞后于交变电场的变化，致使偶极子发生强迫振动，在每次交变过程中，吸收一部分电能成热能而释放出来，属于偶极损耗。损耗的大小取决于偶极极化的松弛特性。VVIIcab 高聚物介电损耗表示图 tan量每周期内介电储存的能量每周期内介电损耗的能CVIW7-57-5高聚物的其他性能

49、高聚物的其他性能部分高聚物的介电损耗高聚物介电损耗（tan）60Hz103Hz106Hz高密度聚乙烯低密度聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚四氟乙烯聚碳酸酯聚已内酰胺聚已二酰已二胺聚甲基丙烯酸甲酯聚氯乙烯聚偏乙烯ABS聚甲醛0.00020.00050.00050.00010.00030.00020.00090.014 0.040.010 0.060.04 0.060.08 0.150.007 0.020.004 0.0340.0040.0020.00050.0002 0.00080.0001 0.00030.00020.00210.02 0.040.011 0.060.03 0.050.07 0.160.

50、009 0.0170.002 0.0120.00030.00050.0001 0.00050.0001 0.00040.00020.0100.03 0.040.03 0.040.02 0.030.04 0.1400.006 0.0190.007 0.0260.0047-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能影响高聚物介电性的要素高聚物分子构造对介电性的影响规律：与T一定，极性、极性基团密度，介电常数与介电损耗。实例前两表频率对高聚物介电性的影响影响高聚物介电性的要素高聚物的分子构造交变电场的频率温度湿度增塑剂(T1)(T1)(T1)(T1)(T1)(T1)随频率添加而降低，并且在较低和较高时

51、为零。随频率添加存在极大值，并且，频率较高和较低时为零。 T1T2T37-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能温度对高聚物介电性的影响对非极性高聚物，温度升高，介电常数下降；对极性高聚物，随温度的升高而出现峰值。湿度对高聚物介电性的影响2.002.052.102.302.352.400204060801001234温度介电常数非极性高聚物的介电常数与温度的关系1-PP；2-HDPE；3-LDPE；4-PTFE50607080901003579121000Hz1000Hz60Hz60HzPVAC的介电性能与温度的关系温度介电性介电常数（50Hz）介电损耗（50Hz）相对湿度酚醛树脂聚氯乙烯（

52、电缆料）31.7%63%97%9.7110.415.87.407.508.0031.7%63%97%0.3420.3580.4480.1110.1130.136湿度，介电常数与介电损耗7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能增塑剂对高聚物介电性的影响规律：对非极性高聚物，随参与增塑剂量的添加将曲线推向高频率区；对极性高聚物，随增塑剂量的添加，介电常数和介电损耗增大。实例PVC高聚物的导电性高聚物的导电类型20406080100T()05101520406080100T()00.51.01.503915200391520增塑剂参与量对PVC介电性能的影响高聚物的导电类型电子导电离子导电氧化复

53、原导电7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能导电高聚物的运用导电高聚物的运用电子导电高聚物导电资料电极资料电显示资料化学反响催化剂有机分子开关离子导电高聚物替代电解质资料全固态电池氧化复原导电高聚物各种电极资料特种电极修饰资料7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能高聚物的绝缘电阻高聚物的击穿电压强度disruptive voltage strength定义延续对高聚物资料升高电压，当试样被击穿时的电压和试样厚度的比值称为击穿电压强度。电流-电压曲线与击穿电压与温度曲线高聚物绝缘电阻的表示方式外表电阻率体积电阻率dSRVV平等电极blRSS环状电极12ln2DDRSS高电压区低电压区

54、绝缘破坏I电极VS7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能高聚物的静电景象electrostatic effect高聚物静电景象的产生主要产生于高聚物与成型加工设备之间的摩擦、拉幅、拉丝等过程。1000-100-20051015温度123456击穿电压强度 1 0 6V / cm几种高聚物的击穿电几种高聚物的击穿电压强度与温度的关系压强度与温度的关系1-聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯2-聚乙烯醇聚乙烯醇3-氯代聚乙烯氯代聚乙烯4-聚苯乙烯聚苯乙烯5-聚乙烯聚乙烯6-聚异丁烯聚异丁烯AAABBB电中性两相电荷带电|接触或 摩擦分别7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能高聚物的带电半衰

55、期与带电序列静电的利与弊静电的有利之处静电喷涂、静电印刷、静电照像、静电吸尘等。静电的不利之处影响外观、相互黏结、电器准确性、静电火花、磁带杂音等。高聚物半衰期，s正电荷负电荷聚乙烯基咪唑赛璐璐聚N，N-二甲丙烯酰胺聚丙烯酸羊毛棉花聚n-乙烯基吡咯酮聚丙烯腈聚已二酰已二胺聚乙烯醇0.10.30.661.52.53.64166793684700.240.30.480.961.554.815.86877203770聚四氟乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚乙烯聚苯醚聚偏二氯乙烯氯化聚醚聚碳酸酯聚氯乙烯聚丙烯腈聚对苯二甲酸乙二酯维尼纶聚甲基丙烯酸甲酯醋酸纤维纤维素聚酰胺7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能静

56、电的防止静电的防止方法静电消除器接地导出环境湿度调理参与抗静电剂阳离子型阴离子型两性离子型非离子型高分子型静电荷107106105104103102101105101520吸水率%聚酰胺木棉麻羊毛络素纤维胶粘纤维醋酸纤维10005001005010543200.10.20.30.40.50.6抗静电剂%静电荷静电荷水率的关系抗静电剂参与量对静电荷的影响1-PVC2-PE3-PP7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能抗静电剂的选择高聚物的其他电性能对抗静电剂的要求亲水性强与高聚物的相溶性好容易分散混合稳定性好无毒、无味、无害参与后不影响高聚物其他性能高聚物的其他电性能高聚物驻极体的压电、热

57、电性能力能转换成电讯号热能转换成电讯号光能转换成电讯号高聚物光电性能静电复印机鼓激光打印机鼓7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能二、高聚物的光学性能二、高聚物的光学性能光的折射与反射光的折射与反射透明高聚物的光学性质透明高聚物的光学性质高聚物的光学运用高聚物的光学运用光的传送资料镜片、光导纤维等；发光、反光装饰资料指示灯、反光光的传送资料镜片、光导纤维等；发光、反光装饰资料指示灯、反光镜片等镜片等高聚物的光学性能光的透过光的吸收光的折射光的反射光的偏振高聚物折射率光透过率，%高聚物折射率光透过率，%聚甲基丙烯酸甲酯醋酸纤维聚乙烯醇缩丁醛1.491.491.48948771聚苯乙烯酚醛树

58、脂1.601.6090857-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能双折射与偏振主要表达在单向拉伸和双向拉伸后的高聚物资料的测试上。进而反映高聚物的内部结构情况。光散射主要反响在薄膜的性能测试上。三、高聚物的透气性能高聚物透气性能的运用透气性能越大越好 包装薄膜透气性能越小越好轮胎气球真空包装气垫船橡皮水坝橡皮水坝选择性浸透海水淡化污水处置富氧气体物料分别7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能气体分散定律菲克定律分散与高聚物构造的关系AtdxdCDq非稳态区稳态分散速率滞后时间时间扩散气体量气体分散穿过高聚物膜时的时间滞后曲线1051061071.9 2.1 2.3 2.5 2.7 2

59、.9 3.1 3.3。气体分子直径A3.5天然橡胶丁腈橡胶18丁腈橡胶25异丁橡胶异丁橡胶CO2N2O2H2He分散系数D31030100300NeHe(D105)KrSF6(D105)ArN2C O2H2SO2Tg2.72.82.93.03.13.23.3D1012(m2/S)气体分子直径与分散系数的关系一些气体对PMMA的分散系数度的关系1/T103,K7-57-5高聚物的其他性能高聚物的其他性能常用高聚物的浸透系数高聚物气体或蒸汽渗透系数（标准状态）1010,cm3mm/cm2scmHg柱N2O2CO2H2O天然橡胶聚酰胺聚丁二烯丁腈橡胶丁苯橡胶氯丁橡胶聚乙烯聚对苯二甲酸乙二酯聚甲醛聚丙

60、烯聚苯乙烯聚氯乙烯聚偏二氯乙烯硅橡胶840.10.264.52.4 2563.511.83.3 200.050.224.43 800.4 1.70.012300.381919.5 821724011 590.30.382315 2501.2 60.051000 600013301.6138075 636124025043 2801.01.99275 37010 370.296000 3000030000700 1700049000100002400018000120 2001300 23005000 10000700100002600 6300141001060007-67-6高聚物的其他性能