浅析高分子材料性能与组成和结构关系课案

1、浅析高分子资料性能与组成和结构的关系课案浅析高分子资料性能与组成和结构的关系课案PAGEPAGE8浅析高分子资料性能与组成和结构的关系课案PAGE专家讲座1.6浅析高份子资料性能与组成、结构的关系北京工商大学教授王锡臣一归纳1高份子资料及其分类：相对份子质量高出10000的化合物称之高份子资料，又称高聚物或聚合物。高份子资料可分天然高份子（如淀粉、纤维素、蚕丝、羊毛等）和合成高份子，凡是所说高份子资料指的是后者。按其运用来分，高份子资料可分为塑料、橡胶、化纤、涂料和粘合剂五大类，有时又将塑料和橡胶合称为橡塑。由于大量新资料的不断出现，上述分类方式其实不是格外合理。2选择高份子资料性能首要因素：

2、（1）化学组成：高份子资料都是经过单体聚合而成，不同样样单体，化学组成不同样样，性质自然也就不同样样样，如聚乙烯是由乙烯单体聚合而成，聚丙烯是由丙烯单体聚合而成的，聚氯乙烯是由氯乙烯单体聚合而成。由于单体不同样样，聚合物的性能也就不或许圆满同样。（2）结构：同样的单体即化学组成圆满同样，由于合成工艺不同样样，生成的聚合物结构即链结构或取代基空间取向不同样样，性能也不同样样。如聚乙烯中的HDPE、LDPE和LLDPE，它们的化学组成圆满同样，由于份子链结构不同样样即直链与支链，或支链长短不同样样，其性能也就不同样样。3）齐集态高份子资料是由许很多多高份子即同样的或不同样样的份子以不同样样的模式布

3、列或堆砌而成的齐集体称之聚身形。一致种组成和同样链结构的聚合物，由于成型加工条件不同样样，致使其齐集态结构不同样样，其性能也大不同样样。高份子资料最常有的齐集态是结晶态、非结晶态，又称玻璃态和橡胶态。聚丙烯是模范的结晶态聚合物，加工工艺不同样样，结晶度会发生改动，结晶度越高，硬度和强度越大，但透明变低。PP双向拉伸膜之所以透明性好，首要原因是由于双向拉伸后变低了结晶度，使齐集态发生了改动的结果。（4）份子量与份子量散布（相对份子质量与相对份子质量散布）：对于高份子资料来讲，份子量大小将直接影响力学性能，如聚乙烯诚然都是由乙烯单体聚合而成，份子量不同样样，力学性能不同样样，份子量越大其硬度和强度

4、也就越好。如PE蜡，份子量正常为5005000之间，几乎无所有力学性能，只能用作分别剂或圆滑剂。而超高份子量聚乙烯，其份子量正常为70120万，其强度都高出一般的工程塑料。表-1列出LDPE性能与相对份子质量的关系。表-1LDPE性能与数均相对份子质量（）的关系1043.22.82.42.0性能4.8熔体流动速率/g/10min0.3272070拉伸强度/MPa15.812.810.79.2断裂延伸率/%620600500300150缺口打击强度/kJ/m25454545454110第二届改性塑料新技术、新产品（配方策划与加工）实行培训班讲义高份子资料实际上是不同样样份子量的混同体，所有高份子

5、资料都是由一致种组成而份子量却不同样的化合物发生。凡是所说的份子量大小是指的平均份子量。份子量散布这一专属述语是用来表示该聚合物中各样份子量大小的跨度。份子量散布越窄即跨度越小，同样平均份子量的高份子资料其耐低温脆折性和韧性越好，而耐长远负荷变形和耐情况应力开裂性下降。3表征高份子资料性能常常使用的两个物理量：（1）密度：单位体积物质的质量称之密度，其单位正常常使用g/cm3表示。对于高份子资料来讲，密度大小表示高份子链之间凑近的程度，或许说密齐集的程度。一致种高份子资料，密度大小将表示支链化的程度。支链化程度越小，密度越大，资料的硬度强度越好，而韧性变低。表-2列出聚乙烯性能与密度的关系。表

6、-2聚乙烯性能与密度的关系密度/g/cm30.910.920.930.940.950.960.970.98性能相对硬度/邵氏1234拉伸强度/MPa14.417.524.533.540.0断裂延伸率/%5003001002025缺口打击强度/kJ/m25427211618消融点/105118124127从表-2中所列数据可以看出，断裂延伸率和缺口打击强度之间成正比关系，而与硬度和拉伸强度则成反比关系。这种规律几乎合用于所有高份子资料。断裂延伸率和缺口打击强度越大，资料的韧性越好，而强度相反越小。（2）熔体流动速率MFR：熔体流动速率（MFR）是指在划定的实验条件下，10min内挤出的热塑性高份

7、子资料的量（见GB/T2035-1996），其单位为g/10min。MFR是经过熔体流动速率测定仪测得的。不同样样的高份子资料其测定条件其实不同样样，如PE是在1905、21.2N负荷功能下测得，PP是在2305、21.2N负荷功能下测得。MFR是高份子资料份子量大小另一种表征模式，MFR越大高份子资料的份子量越小。对于LDPE来讲，MFR与数均份子量（）之间拥有以下定量关系：MFRL是表征高份子资料熔体表观粘度（）大小的物理量，二者的关系以下式所示：以上两个关系式可是近似定量关系式，首要合用高MFR的高份子资料。从两关系式可以看出，MFR越大，越小，也越小，资料的加工流动性越好。4选择载体树

8、脂的理论依据：载体树脂是一种用来作增添料（增添母粒和色母粒）的树脂，顾名思义是借助于该树脂的功能将增添料分别到塑料成品中。为此，载体树脂必要拥有以下两个条件：1）MFR要大：由以上谈论所知MFR越大，树脂的份子量（）越小，熔体粘度（）也就越小，熔体的流动性越好，对无机粉外面包覆越充分，最好能使无机粉每一颗原生粒子的外面都裹上一层载体111专家讲座树脂膜，才能使填料平匀地分别到塑料成品中。载体树脂的MFR最好为1020，不同样样用途的增添母粒应有所不同样样。用作膜的增添母粒特别是流延膜最好选MFR为1620的树脂。采用两种不同样样MFR的树脂复配使用比单一树脂的奏效更好。复配后的混同树脂的MFR

9、可以经过图-1近似求得。图-1两种不同样样PE混同后MFR图-1是一个表示图。图中的A点表示60份MFR为20的PE与40份MFR为10.5的PE混同物的MFR，为16。B点表示40份MFR为20的PE与60份MFR为5.6的PE混同物的MFR，为10.8。C点表示80份MFR为14份的PE与20份MFR为4的PE混同物的MFR，为11.6。（2）载体树脂与成品中的基体树脂相容性要好增添母粒中的载体树脂的功能是将无机粉运载到成品基体树脂中，并能与基体树脂发生一个平匀系统。为此，载体树脂与基体树脂必要相容性好。判断树脂间的相容性有两种方式，即溶解度参数法和内聚能（或内聚能密度）法。表-3列出常有

10、几种聚合物的溶解度参数。表-4列出聚合物中常有基团内聚能。聚合物内聚能等于份子中各样基团内聚能总和，所以从基团内聚能大小可以判断不同样样聚合物之间内聚能的差别。表-3常有聚合物溶解度参数（）聚合物溶解度参数（）聚合物溶解度参数（）PE7.98.1有机玻璃9.3PP7.68.0PV9.59.7乙-丙橡胶7.9聚氨酯10.0PS8.69.1PET10.7EVA9.4PA-6613.6112第二届改性塑料新技术、新产品（配方策划与加工）实行培训班讲义表-4聚合物中常有基团内聚能基团内聚能/K卡/mol基团内聚能/K卡/molCH31.78OH7.25CH20.994.270.385.5O1.6316

11、.20溶解度参数法只合用于非极性聚合物，如PE、PP、PS等。凡是两种聚合物溶解度参数之差的绝对值小于0.5，二者相容，否则不相容。内聚能法合用于所有聚合物，聚合物内聚能同样或周边、相容，符合有机物相似相溶的基本划定。二聚乙烯性能与结构的关系聚乙烯的合成单体都是乙烯，其组成同样。由于合成方式不同样样，聚乙烯的结构有所不同样样，其性能也不圆满同样。1高压聚乙烯（低密度聚乙烯）LDPE：LDPE是在微量氧的存在下，经太高温（200）高压（1000大气压）聚合而成。从聚合机理来讲属于自在基聚合，易引起链挪动，所以支链比很多，每1000个C的主链上拥有1530个支链，而且支链比较长，链与链之间间隔较大

12、，密度小（0.9100.925g/cm3），故又称之低密度聚乙烯。2低压聚乙烯（高密度聚乙烯）HDPEHDPE是在齐格勒纳塔催化剂功能下，在6595，114个大气压下聚合而成。从聚合机理来讲属于阴离子配位聚合，很少发生链挪动，支链很少，而且很短，每1000个C主链上独一0.53个支链，份子量较大，为730104，几乎是LDPE的2倍以上。由于支链少，而且短，份子链之间靠的比较近，密度大（0.9400.965g/cm3），故又称之高密度聚乙烯。3线型低密度聚乙烯LLDPELLDPE合成工艺基本上与HDPE同样，所不同样样的是所用单体除乙烯外，还有小部分-烯烃如1-丁烯、丙烯、1-己烯、1-辛烯等

13、。实质上LLDPE是乙烯与-烯烃共聚物。所谓线型指的是两种单体在聚合经过中头尾相接而成，其实不是无支链。诚然也有很多支链，但支链的长度可是是-烯烃聚合后余下的部分，份子链之间间隔较LDPE小，密度比LLDPE大，但比HDPE小。三种聚乙烯从主链组成来看，都是以CH2为主体的链状高份子化合物。所不同样样的可是结构上的差别即支链化程度和支链的长短不同样样。如图-2所示。图-2三种PE份子链结构表示图113专家讲座只管三种PE可是在链结构上有所差别，却直接影响到份子链间的间隔，进而影响到资料的密度，正如表-2所示，资料的密度首要由链结构所选择。而密度又直接影响资料性能，所以链结构不同样样性能自然也就

14、不同样样。4茂金属聚乙烯mPEmPE是以金属茂（MAO即甲基铝氧化物）为催化剂，用乙烯丙烯为原料，聚合而成。实质上是乙烯、丙烯共聚物。与一般乙烯丙烯共聚物最大差别是：由于金属茂催化剂的强定向功能，使份子链中的丙烯单体和单体上的甲基呈有序布列，而且份子量散布窄。正由于mPE上述结构特色，使mPE拥有以下优秀特色：（1）韧性好、刚性大、透明性和干净度比一般PE都好；2）熔体强度大，不简单发生分裂，适合加工超薄膜成品；3）熔体粘度大，热坚固性好，315以上才开始分析，可以在288315下加工生产复合膜，膜与膜间粘协力大，复合膜强度好。4）低温热封性好，比LDPE低18，比LLDPE低26，比EVA低

15、5，是到此刻低温热封性能最好的树脂，可遍及运用于食品包装。三聚丙烯性能与结构关系：工业上的聚丙烯（PP）有均聚物和共聚物两大品种。1PP均聚物：凡是所用的PP都是PP均聚物。它是以丙烯为原料在齐格勒纳塔催化剂功能下，经过阴离子定向聚合而成。市场上销售的有粉状和粒状两种品种产品，后者是经过二次造粒制得的。与PE比较PP最大差别是C链上含有甲基，甲基的存在使份子链间距增大，密度减小，PP在所有树脂中密度最小（0.900.91g/cm3）。聚丙烯C链的甲基还可以使叔C原子活化，使PP不稳定，在空气氧或阳光或加热情况下简单分析；所以PP在加工中应参加必然量坚固剂（粒状PP内已含有坚固剂）。PPC链上的

16、甲基在空间取向不同样样，PP可分等规PP、间规PP和无规PP三种：等规PP间规PP无规PP等规PP和间规PPC链上的甲基在空间取向是规整有序的，或取向一致，或间隔取向。而无规PPC链上的甲基在空间取向无规律性，随意排布。也正由于这结构上的微少差别，使其性能差别很大，等规PP和间规PP拥有很好的力学性能（市场合售PP为等规PP），而无规PP呈蜡状物，基本上没力学性能。等规PP与PE在力学性能上最大差别是拥有强的力的异向性。PP沿着C链目标拉伸，即纵向拉伸强度特别好，而沿着笔直C链目标拉伸则强度很弱。其原因同样是甲基的存的，而且是规整的布列，使PP份子链无法凑近，份子链之间是靠范德华力贯穿结，而范

17、氏力与份子间间隔114第二届改性塑料新技术、新产品（配方策划与加工）实行培训班讲义成反比。所以PP份子链间的范氏力远远小于PE。从上述谈论，可以看出，PP的几乎所有性能都与甲基和甲基的空间排布模式相关，PP与PE性能上的差别圆满由甲基的存在所选择。2PP共聚物：PP共聚物主假如丙烯与乙烯共聚物。除前面介绍的mPE外，丙烯与乙烯共聚物首要有以下几种。（1）乙-丙橡胶：PP共聚物的性能与组成拥有亲密关系，当共聚物中丙烯含量为510%时，与PE比较，除韧性提高外，其余性能基本与PE同样。当丙烯含量为4070%时，则圆满成为一种无定形的橡胶状弹性体，称之为乙-丙橡胶。首要用作其余树脂改性剂，可提高资料

18、的韧性和抗打击强度。当丙烯含量大于80%时，则性能趋向PP，但比PP性能好。2）PP无规共聚物：PP无规共聚物中，乙烯含量正常不高出20%。所谓无规是指乙烯单体在无规共聚物份子链中呈无划定布列，乙烯可起到阻截共聚物结晶功能，使结晶度变低，玻璃化温度变低，但透明性、娇贵性和光辉度提高。PP无规共聚物首要用来制造耐寒性薄膜、低温热封性包装膜和透明性中空成品。3）PP嵌段共聚物PP嵌段共聚物的份子链中乙烯和丙烯组分呈嵌段式排布。嵌段共聚物中乙烯含量为520%。与PP无规共聚物比较，消融温度变低很小，而脆化温度却提高很大。PP嵌段共聚物与PP等规均聚物比较，在刚性基本保持不变的情况下，耐低温性、韧性和

19、抗打击性却获得较大提高。嵌段共聚物与HDPE比较，耐热性、抗应力开裂性、抗蠕变性和外面硬度都获得提高，而缩短率变低。PP嵌段共聚物首要用于耐打击的聚丙烯成品，如啤酒瓶等各样容器，管材、洗衣机内缸等家电成品。从上述PP共聚物的谈论中，可以进一步证明，高份子资料的性能与其组成和结构有着亲密关系。四苯乙烯系列聚合物性能与组成关系：1通用级聚苯乙烯PSPS是苯乙烯的均聚物（），是一种线型无定型热塑性树脂，是苯乙烯系列聚合物中首要品种。PS质轻坚硬，密度为1.05g/cm3，无色、透明，拥有较好刚性、透明性和外面光辉性，打击强度小，耐磨性差，消融温度为8090，热容低，流动性好，易加工成型。首要用于日用

20、小商品、包装、建材和家用电器零零件等。其中用量较大的是发泡成品，即EPS成品。EPS是在合成PS经过中，参加58%的低沸兰烃类发泡剂，如石油醚、丙烷、丁烷和戊烷等。为了提高发泡奏效，还参加少量交联剂、阻燃剂和孔尺寸控制剂等。2抗打击聚苯乙烯HIPSHIPS是苯乙烯与丁二烯的共聚物，结构式为：PS性能上最大弊端是性脆、韧性小，抗打击性差。为了战胜它的不够，在合成经过中参加115专家讲座68%的聚丁二烯橡胶，实质上HIPS是聚丁二烯接枝苯乙烯的共聚物。由于聚丁二烯是一种弹性体，它的引入可以显然改良PS的韧性。HIPS的性能与聚丁二烯含量有亲密关系，含量增添韧性增大，打击强度增添，但拉伸强度和波折强

21、度下降。正常控制聚丁二烯含量为68%为宜。HIPS可以取代ABS树脂制造日用器皿、家电零件和办公用品等。3丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABSABS树脂是眼前价格适中，运用限制较广，性能较好的一种工程塑料。它是在PS和HIPS的基础良策划发明的。其结构式为：ABS是一种三组分组成的聚合物（即三元共聚物），聚苯乙烯拥有较好的光辉性、透明性和加工性，聚丁二烯为橡胶弹性体，拥有优秀韧性和抗打击性，聚丙烯腈（俗称人工毛）拥有高度化学坚固性、耐油性和外面硬度，三者结合为一体，可充发散挥各自的上风，成为一种综合性能优秀的高份子资料。ABS树脂为无定形聚合物，熔融温度为221245，热分析温度为270，耐热性好，拥有极好的低温抗打击性能、尺寸坚固性、电性能、耐磨性和成型加工性。可遍及用于电子电器、仪器仪表、汽车零零件、家用电器和办公用品等。由于份子中含有氰基（CN），易吸潮流解，所以加工从前必要充分干燥。4苯乙烯系列其余聚合物：（1）苯乙烯-丙烯腈共聚物AS树脂AS树脂是由丙烯腈与苯乙烯共聚而成，结构式为：AS树脂与PS