第十章 高聚物的光学性能、热物理性能、透气性能、表面及界面性能

1、第十章第十章 高聚物的光学性能、热物理高聚物的光学性能、热物理性能、透气性能、表面与界面性能性能、透气性能、表面与界面性能化学工业出版社化学工业出版社 n 学习目的要求学习目的要求学习了解高聚物的高聚物的光学性能、热物理性能、透气性能、表面与界面性能及应用情况化学工业出版社化学工业出版社 n 10-110-1高聚物的光学性能高聚物的光学性能高聚物的光学性能高聚物的光学性能一、光的折射与反射一、光的折射与反射光的折射：光的折射：当斜射的光束由一种介质进入另一种介质中时，由于光在两种介质中的传播速度不同会发生光路的变化，这种现象称为光折射。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i

2、irrsinsinsinsinirrin光线介质化学工业出版社化学工业出版社 n 10-110-1高聚物的光学性能高聚物的光学性能透明高聚物的光学性质透明高聚物的光学性质光的反射光的反射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1.4881.491.48948771聚苯乙烯酚醛树脂1.591.609085iirr光线外反射内反射第一表面第二表面光导化学工业出版社化学工业出版社 n 10-110-1高聚物的光学性能高聚物的光学性能二、双折射二、双折射双折射是光学各向异性材料的一种光学现象，主要存在于结晶性高聚物和取向性高聚物材料之中。主要体现在单向拉伸

3、和双向拉伸后的高聚物材料的测试上。进而反映高聚物的内部结构情况。三、光散射三、光散射当光照射到高聚物溶液和薄膜时除了发生光的透过外同学发生光的散射。主要用于薄膜的性能测试上。高聚物的光学应用高聚物的光学应用光的传递材料（镜片、光导纤维等）；发光、反光装饰材料（指示灯、反光镜片、高速公路反光涂料等）化学工业出版社化学工业出版社 n 10-210-2高聚物的热物理性能高聚物的热物理性能高聚物的热物理性能范围高聚物的热物理性能范围一、耐热性一、耐热性以塑料为例以塑料为例高聚物的热物理性能耐热性比热容与焓导热率热膨胀系数使用温度使用温度通用热塑性塑料：通用热塑性塑料：100 工程塑料：工程塑料：100

4、-150 特种工程塑料：特种工程塑料：200 交联热固性塑料：交联热固性塑料：150-260 化学工业出版社化学工业出版社 n 10-210-2高聚物的热物理性能高聚物的热物理性能对耐热性要求对耐热性要求提高高聚物耐热性的途径提高高聚物耐热性的途径高的熔点或软化点（刚性和强度）高的熔点或软化点（刚性和强度）对耐热性的要求对耐热性的要求高的热稳定性高的热稳定性高的耐化学试剂性高的耐化学试剂性合适的加工性合适的加工性提高高聚物耐热性的途径提高高聚物耐热性的途径增加高分子链的刚性增加高分子链的刚性提高高聚物的结晶性提高高聚物的结晶性进行适当的交联进行适当的交联化学工业出版社化学工业出版社 n 10-

5、210-2高聚物的热物理性能高聚物的热物理性能二、热稳定性二、热稳定性提高高聚物热稳定性的途径提高高聚物热稳定性的途径提高高聚物热稳定性的考虑提高高聚物热稳定性的考虑提高高聚物热提高高聚物热稳定性的途径稳定性的途径减少高分子链中的弱键减少高分子链中的弱键主链上避免长串亚甲基，增加环状结构主链上避免长串亚甲基，增加环状结构尽量合成梯形、螺旋状、片状结构尽量合成梯形、螺旋状、片状结构提高高聚物热提高高聚物热稳定性的考虑稳定性的考虑提高主链的化学键能，但其他性能不佳提高主链的化学键能，但其他性能不佳在主链上引入芳香环或杂环，提高刚性在主链上引入芳香环或杂环，提高刚性化学工业出版社化学工业出版社 n

6、10-210-2高聚物的热物理性能高聚物的热物理性能三、导热性三、导热性规律：规律：高聚物材料的导热性普遍较差，其热导率数值较小。某些高聚物的热导率与其它材料的对比实例：实例：宇宙飞船等外层涂有一定厚度的高分子烧蚀材料，当飞船返回地面时，要经受11000-16700 的高温，但烧坏的只是涂层外边的一层，保证内部完好无损。生活中经常用的冰箱、冷库等保温材料。高聚物热导率高聚物热导率其它物质热导率PEPP（无规）PIBPSPVCPMMA0.3290.1720.1300.1420.1680.193PETP聚氨酯PCEP0.2180.1470.1930.180铜铝软钢玻璃木材石墨385240500.9

7、0.38413910-210-2高聚物的热物理性能高聚物的热物理性能四、热膨胀性四、热膨胀性热膨胀：热膨胀：是由于温度变化而引起的材料尺寸和外形的变化。是物体固有的物理性质之一，一般用膨胀系数（试样单位体积的膨胀率）表示。热膨胀的原因：热膨胀的原因：原子或分子间的相互作用力随温度而变化。热膨胀的形式：热膨胀的形式：线膨胀、面膨胀、体膨胀。高聚物材料的膨胀规律：高聚物材料的膨胀规律：膨胀率随温度的升高而增大。部分高聚物材料室温下的线膨胀系数注意：注意：材料复合时，线膨胀系数不同会造成弯曲、开裂、脱层问题。高聚物材料线膨胀系数105，1/K高聚物材料线膨胀系数105，1/K石英玻璃热固性塑料酚醛树

8、脂（木粉）脲醛树脂硫化天然橡胶热塑性塑料聚苯乙烯0.12-53386-207PMMA尼龙PPHDPELDPEPVC纤维素的酯和醚4.56-96-1011-1313-205-18.5（未增塑）6-17化学工业出版社化学工业出版社 n 10-310-3高聚物的透气性能高聚物的透气性能一、高聚物的透气性能的应用一、高聚物的透气性能的应用高聚物透气性能的应用高聚物透气性能的应用透气性能越大越好透气性能越大越好 包装薄膜透气性能越小越好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渗透选择性渗透海水淡化污水处理富氧气体物料分离化学工业出版社化学工业出版社 n 10-310-3高聚物的透气性

9、能高聚物的透气性能二、气体二、气体扩散定律（菲克定律）扩散定律（菲克定律）三、扩散与高聚物结构的关系三、扩散与高聚物结构的关系AtdxdCDq非稳态区稳态扩散速率滞后时间时间扩散气体量气体扩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 2.9 3.1 3.3。气体分子直径（A）3.5天然橡胶丁腈橡胶18丁腈橡胶25异丁橡胶异丁橡胶CO2N2O2H2He扩散系数D31030100300NeHe(D105)KrSF6(D105)ArN2CO2H2SO2Tg2.72.82.93.03.13.23.3D1012(m2/S)气体分子直径与扩散系数的关系一些气体对

10、PMMA的扩散系数度的关系1/T103,K化学工业出版社化学工业出版社 n 10-310-3高聚物的透气性能高聚物的透气性能常用高聚物的渗透系数常用高聚物的渗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

11、 600013301.6138075 636124025043 2801.01.99275 37010 370.296000 3000030000700 1700049000100002400018000120 2001300 23005000 10000700100002600 630014100106000化学工业出版社化学工业出版社 n 10-410-4高聚物的表面与界面性能高聚物的表面与界面性能一、高聚物的表面与界面特性一、高聚物的表面与界面特性1.表面与表面张力表面与表面张力表面：表面：物体最外面的几层原子和覆盖在其上的一些外来原子的分子所形成的表面层。习惯上的表面是处于大气下的固体

12、或液体的外部区域。表面张力：表面张力：单位表面所具有的自由能（形成单位表面所需要的能量）2.界面与界面张力界面与界面张力界面：界面：固体与固体、液体与液体之间的过渡区域界面张力：界面张力：单位界面所具有的自由能3.表面与界面特性表面与界面特性表面特性表面特性最表层（吸附层）由迁移至表面低相对分子质量组分、润滑油、添加剂等组成的半液体或液体薄层，厚度为5-10nm表层本体化学工业出版社化学工业出版社 n 10-410-4高聚物的表面与界面性能高聚物的表面与界面性能界面特性：界面特性：两种高聚物相接触时界面层厚度可达数十纳米，该厚度与两相间界面张力有密切关系，其中界面张力小，则两相间湿润性好、接触好，相应的界面面积就越大，材料力学性能就越好。否则相反。二、高聚物的表面与界面表征方法二