聚合物分子运动的特点课件

1、 高 分 子 物 理 课程团队：李彩虹 余旺旺 栗娟 苏珺 高 分 子 物 理 课程远程结构分子运动性能结构 凝聚态结构近程结构决定了宏观表现为高分子物理研究的核心内容 聚合物分子运动的特点远程结构分子运动性能结构 凝聚态结构近程结构决定了宏观表 高聚物有着不同于低分子物质的结构特征，这是高聚物材料具有一系列优异性质的基础。然而微观结构特征要在材料的宏观物理性质上表现出来，则必须通过材料内部分子的运动。一种高聚物，结构不变，只是由于分子运动的情况不同，可以表现出非常不同的性质。 高聚物有着不同于低分子物质的结构特征，这是高先看二个例子：PMMA：室温下坚如玻璃，俗称有机玻璃，但在100左右成为

2、柔软的弹性体结构材料橡胶：室温下是柔软的弹性体，但在-100左右为坚硬的玻璃体为什么有以上情况？ 外界温度改变了，使分子运动的状况不同，因而表现出的宏观性能也不同。先看二个例子：PMMA：室温下坚如玻璃，俗称有机玻璃，但在1为了研究高聚物的宏观性质（力学、电子、光子等方面性能），只了解高聚物的结构还不行，还必须弄清高聚物分子运动的规律，才能将微观结构与宏观结构性能相结合，才能了解高聚物结构与性能的内在联系。所以本章是联系结构与性能的桥梁：高聚物分子运动的规律。为了研究高聚物的宏观性质（力学、电子、光子等方面性能），只了 高聚物的结构比低分子化合物要复杂得多，自然其分子运动也更为复杂和多样化：一

3、、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4类： 聚合物分子运动的特点 高聚物的结构比低分子化合物要复杂得多，自然其分子运动(1)整个分子链平移，这是分子链质量中心的相对位移，通过链段的协同运动来实现，如宏观熔体的流动。(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，如橡皮的拉伸和回缩。(3)链节、支链、侧基等小尺寸单元的流动，原子在平衡位置附近的振

4、动。(4)晶区内的分子运动：晶型转变，晶区缺陷的运动，晶区中的局部松弛模式等。大尺寸运动单元小尺寸运动单元(1)整个分子链平移，这是分子链质量中心的相对位移，通过链段二、 分子运动的时间依赖性由于高分子在运动时，运动单元之间的作用力很大，因此在一定的外场（力场、电场、磁场）与温度下，聚合物从一种平衡态通过分子运动过渡到与外界条件相适应的新的平衡状态，这一过程是慢慢完成的。这个过程称为松弛过程，完成这个过程所需要的时间叫松弛时间 ，这一现象即为聚合物分子运动的时间依赖性。原因：整个分子链平移、链段、链节等运动单元均需克服内摩擦阻力，不能瞬间完成。二、 分子运动的时间依赖性由于高分子在运动时，运动

5、单元之间的例如：一根橡皮，用外力将它拉长了L，外力去除后，L不是立刻为零。而是开始缩短很快，然后缩短的速度愈来愈慢，以致缩短过程可以持续几昼夜，几星期，并且只有很精密的仪器才能测得出。x(t)xo/exot橡皮拉伸回缩曲线例如：一根橡皮，用外力将它拉长了L，外力去除后，L不是立1010 是一个表征松弛过程快慢的物理量当 很小时： 这说明松弛过程进行得很快，如：小分子液体的 只有 秒。因此，通常以秒为刻度标尺时，无法观察到它的松弛过程的。 也就是说觉察不到物体以一种平衡态过渡到另一平衡态的过程需要一定的时间。松弛时间的物理意义： 是一个表征松弛过程快慢的物理量松弛时间的物理当 很大时（n星期，n

6、年） ： 如果观察时间 （秒、分、时）很小，则可推出 也不能观察到松弛过程。如高分子，由于分子大、分子内和分子间作用力很强，所以 （n星期，n年）很大，所以在以秒或分为标度的观察时间内也看不出松弛过程的发生。 古代欧洲教堂的玻璃几个世纪后呈下厚上薄（重力作用）塑料雨衣长期悬挂，会在悬挂方向出现蠕变（重力作用）当 很大时（n星期，n年） ：古代欧洲教堂的玻璃几高聚物的 不是一单一数值，运动单元越大，运动所需时间越长，则 大，运动单元越小，则 小，所以高聚物的 严格地讲是一个分布，称为“松弛时间谱”当观察时间的标度与聚合物中某种运动单元（例如链段）的 值相当时，我们才能观察到这种运动单元的松弛过程，但仍然观察不到其它运动单元的松弛过程。高聚物的 不是一单一数值，运动单元越大，运动所需时间三、分子运动的温度依赖性温度变化对于高聚物分子运动的影响非常显著，温度升高：一方面运动单元热运动能量提高，令其活化；另一方面由于体积膨胀，分子间距离增加，提供了运动单元可以活动的自由空间，这两方面的作用都使松弛过程加快，松弛时间减小。升高温度可使松弛时间变短，我们可以在较