合成纤维的基础知识第一章

合成纤维的基础知识第一章第一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1.1基本概念（１）什么是高分子化合物？由许多相同的简单结构单元通过共价键重复连接而成的链状或网状分子,且分子量在10000以上.１．凡是分子量大于10000以上的聚合物都是高分子化合物．高分子的特征不在其分子量高，而在其长链状结构第二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日（２）相对分子质量和相对分子质量分布100200300400130化合物数目n相对分子质量名称１16甲烷６～８86~114石油英18~22254~310凡士林20~30282~422石蜡2000~2000028000~280000聚乙烯H－(CH2)n－H1.1基本概念第三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日聚合物分子量特点聚合物分子量比低分子大几个数量极，一般在103~107之间

除了有限的几种蛋白质高分子外，聚合物分子量是不均一的，具有多分散性。聚合物的分子量描述需给出分子量的统计平均值和试样的分子量分布（２）相对分子质量和相对分子质量分布1.1基本概念分子量相对数目第四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日常见聚合物的相对分子质量塑料M/万纤维M/万橡胶M/万HDPE6～30涤纶1.8～2.3天然橡胶20～40PVC5～15尼龙661.2～1.8丁苯橡胶15～20PS10～30维尼纶6～7.5顺丁橡胶25～30PC2～6纤维素50～102氯丁橡胶10～121.1基本概念第五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日思考题高分子化合物分子量对纤维的制备有什么影响？1.2大分子链的结构分子量粘度纤维成型分子链间相互作用力第六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日（3）专用名词主链侧链或侧基端基单体结构单元重复单元聚合度连接在主链原子上的原子集合或原子骨架结构生成高分子的那些低分子原料与聚合单体相对应的化学单位化学组成重复的最小单位重复单元的数目1.1基本概念第七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日（３）专用名词请在下面结构式中指出上述专用名词的位置，并说出单体名称．1.1基本概念第八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日－NH-(CH2)6-NH-C-(CH2)4-C-NH-(CH2)6-NH-C-(CH2)4-C－NH2-(CH2)6-NH2HOOC-(CH2)4-COOH+=O=O=O=O结构单元结构单元重复单元结构单元≠重复单元（３）专用名词1.1基本概念第九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日碳链高分子

Carbonchainpolym

杂链高分子Heterochainpolymer

元素高分子

Elementarychainpolymer按主链结构分类按性能和用途分类塑料橡胶纤维胶黏剂涂料功能高分子聚合物基复合材料（４）分类1.1基本概念第十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2聚乙烯聚四氟乙烯CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2(A)碳链高分子（４）分类1.1基本概念第十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2尼龙CH2OCH2CH2CH2CH2OOOOO聚甲醛(B)杂链高分子（除C以外，还含N，O，S）NH＝COC＝ONH（４）分类1.1基本概念第十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日加聚反应：是指聚合产物的重复结构单元的组成与单体相同的聚合反应，其聚合产物称加聚物。例：聚苯乙烯缩聚反应：是指聚合产物的分子组成比单体分子少若干原子，即在聚合反应过程中伴随有水等小分子副产物生成，其聚合产物称缩聚物。例：聚酯(５)聚合反应的类别根据聚合物和单体元素组成和结构的变化1.1基本概念第十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日两官能团的单体、三官能团单体反应可形成什么形状的大分子？第十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日系统命名法例：聚（１－氯代乙撑）通俗命名法例１:聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯例２：环氧树脂、聚脂、聚酰胺保护商品名称或专利商标名称

习惯名称例：尼龙、涤沦缩写例：PVC、PS、PMMA、PA66、PET(６)命名以单体或假想的单体名称前加“聚”以高分子的特征结构命名1.1基本概念第十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1.2大分子链的结构定义；分子中由化学键固定的原子空间排布方式称作构型（configuration)，又称为异构（１）构型旋光异构体几何异构体主链含有手性C原子主链含有孤立双键第十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日Ⅰ旋光异构体以聚丙烯为例1.2大分子链的结构全同立构间同立构无规立构主链上的C*的立体构型紊乱无规则连接第十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日CH2CH2C＝CCH2CH2CH2C＝CCH2CH2CH2C＝CCH2C＝CCH2CCCH2CCCH2CH2CCCH2CH2CCCH2CH2CC反式顺式Ⅱ几何异构(顺反异构)重复周期：0.48Å重复周期：0.816Å1.2大分子链的结构第十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日思考题不同构型的高分子在性能上表现有什么不同？1.2大分子链的结构构型规整性结晶能力溶解能力熔点第十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日结构单元的连接方式首-尾连接首-首连接尾-尾连接如单体CH2=CHX聚合时，所得单体单元结构如下：首尾单体单元连接方式可有如下三种：键接异构（２）键接异构1.2大分子链的结构第二十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日线形星形树枝状梯形长支化短支化线型、支链型、网状和梯形（3）构造环状高分子1.2大分子链的结构大分子链骨架的几何形状第二十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日聚合物网络简单网络互接网络半互穿网络互穿网络1.2大分子链的结构第二十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日思考题你认为什么构造的高分子更适合制备合成纤维？为什么？1.2大分子链的结构溶解能力熔融能力纺丝成型第二十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日(4)构象及形态分子内旋转

大分子由众多的Ｃ－Ｃ单键（或Ｃ－Ｎ，Ｃ－Ｏ，Ｓi－Ｏ等类单键）构成的，这些单键是由σ电子组成的σ键，其电子云分布对键轴对称的，所以以σ键连接的两个原子可以相对旋转，这称为分子内旋转．大分子链的内旋转1.2大分子链的结构第二十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日假定C-C单键内旋转是完全自由的高分子链的内旋转构象C1C2C3C4C5C6(3)(2)(1)(4)构象及形态1.2大分子链的结构第二十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日定义１．构型与构象这两个概念有什么区别？(4)构象及形态在分子内旋转的作用下，大分子链具有很大的柔曲性，可采取各种可能的形态，每种形态所对应原子及键的空间排列称为构象.构象是由分子内部热运动而产生的，是一种物理结构．1.2大分子链的结构第二十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日稳定构象伸展链折叠链无规线团(4)构象及形态1.2大分子链的结构第二十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日一个C-C键的内旋转能否带动整根分子链的运动？(4)构象及形态链段

构象变化是由分子链中单键内旋转引起的。高分子链中单键内旋转时互相牵制，一个键转动，要带动附近一段链一起运动，我们把由若干个键组成的一段链算作一个独立的单元，称它为链段。链段是随机的，链段长度是一种统计平均值。定义独立的、特有的运动单元第二十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日(4)构象及形态高分子材料在外场作用下，通过构象的改变可以实现什么力学性能？1.2大分子链的结构由于分子内旋转，在自然状态下，大分子链以卷曲状态存在，这时相应的构象数最多．在外力作用下，大分子链可以伸展开来，构象数减少，当外力除去后，大分子链又回复到原来的卷曲状态，这就是大分子链的柔顺性．柔顺性柔顺性影响大分子的聚集状态第二十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日１.主链因素:键长、键角CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH21.54Å109.5SiOOOOOOSiSiSiSiSiCH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH3CH31.64Å142柔性的影响因素(4)构象及形态1.2大分子链的结构第三十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1．主链因素:

CH3＝OCH3CHOO－C－(4)构象及形态柔性的影响因素孤立双键共轭双键1.2大分子链的结构第三十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日

2.取代基团基团极性：-CN>Cl>CH3

柔顺性排列：PAN<PVC<PP取代基的极性大，相互作用力大，分子链内旋转受阻，柔顺性变差。(4)构象及形态柔性的影响因素1.2大分子链的结构第三十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日温度(3)构象及形态1.2大分子链的结构柔性的影响因素Ｔ提供给大分子内旋转所需克服阻力的能量越多，分子热运动加强大分子中的原子、取代基、链段等越容易运动大分子间的相互作用力也容易克服柔顺反之僵硬第三十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1.3聚集态结构定义高分子化合物的聚集态结构指的是许许多多单个大分子在高分子化合物内部的排列状况及相互联系。高分子的凝聚态结构聚合物的基本性能特点材料的性能决定决定预定材料结构获得获得控制成型加工条件预定材料性能第三十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日液体固体晶态非晶态液晶态取向结构织态结构1.3凝聚态结构高分子共混物的形态结构第三十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1.3.1晶态片晶球晶串晶纤维状晶1.3聚集态结构(1)结晶聚合物的形态第三十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日球晶当结晶性聚合物从浓溶液中析出或从熔体冷却结晶时，通常形成球晶。形成条件：球晶的基本特点：在于其外貌呈球状，但在生长受阻时呈现不规则的多面体。因此，球晶较小时呈现球形，晶核多并继续生长扩大后成为不规则的多面体。直径0.5~100m，5m以上的用电子显微镜可以看到。第三十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日StructureofPE、PPcrystalcell左图：PE的晶体结构－正交

上图：PP的晶体结构－单斜第三十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日思考长的高分子链如何存在于晶体中？时间高分子化合物能100%结晶吗？结晶度第三十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日（２）结晶度对高聚物性能的影响力学性能光学性能热性能耐溶剂和渗透性抗张强度冲击强度硬度尺寸稳定性延伸度染色性1.3.1晶态第四十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2聚乙烯聚四氟乙烯CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2CF2结构规整、简单、对称(3)结晶条件1.3.1晶态第四十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日概念辨析结晶性聚合物结晶聚合物高分子链只要结构规整就能够结晶吗？在一般结晶高分子化合物中，折叠链与伸直链、结晶区与非晶区往往是共存的，共比例视大分子的结构和结晶条件不同而不同．1.3聚集态结构聚合物结晶能力和结晶速度的差别根本原因是不同的高分子具有不同的结构特征,而这些结构特征中能不能和容易不容易规整排列形成高度有序的晶格是关键第四十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日(4)结晶速度及影响因素温度压力、溶剂、杂质分子量1.3.1晶态结晶过程晶核的形成晶粒的生长均相成核高分子链段依靠热运动形成有序排列的链束（晶核），有时间依赖性。分子量M大，结晶速度慢第四十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日温度对结晶速度的影响晶核的形成晶体的生长与温度有不同的依赖性低温有利晶核的形成和稳定高温有利晶体的生长结晶速度与温度呈单峰形,存在最大结晶温度Tmax1.3.1晶态第四十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日压力、溶剂、杂质对结晶的影响压力、应力加速结晶溶剂诱导结晶杂质（添加剂）若起晶核作用，则促进结晶，称为“成核剂”若起隔阂分子作用，则可能阻碍结晶生长1.3.1晶态取向第四十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日(5)熔融过程聚合物熔融有一较宽的温度范围，约10°C左右,称作熔限.熔融终点曲线上也出现明显的转折温度对于不同条件下获得的同一种聚合物有相同的转折温度.体积-温度变化曲线熔限10°CTerminating1.3.1晶态第四十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日在完全无定形区，分子链排列比较散乱，分子间堆砌比较松散，分子间力较小。分子间存在着许多间隙和空洞，在这些区域内大分子间既有结合点，也有缠结点。1.3.2非晶态物体仅有固体外表，没有晶格的结构称为非晶态结构，又称无定形结构。定义整体无序局部有序第四十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1.3.3液晶态液晶的特点——同时具有流动性和光学各向异性液晶—有序流动的液体晶体三维有序液晶液态的无序第四十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日(1)液晶的定义液晶LiquidCrystal一些物质的结晶结构受热熔融或被溶剂溶解后，表观上虽然变成了具有流动性的液体物质，但结构上仍然保持着晶体结构特有的一维或二维有序排列，形成一种兼有部分晶体和液体性质的过渡状态，这种中间状态称为液晶态。其所处状态的物质称为液晶。液晶小分子液晶高分子高分子量液晶相序特性液晶高分子的高强度、高模量、高流动1.3.3液晶态第四十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日由液晶核与尾链组成液晶核的几何形状可为棒状(calamitic)或盘状(discotic)，主要由芳环组成。(2)液晶聚合物的结构尾链含有较柔性的极性基团或者可极化的基团,主要是酯基、氰基、硝基、氨基、卤素液晶基元液晶高分子是由小分子液晶基元键合而成的第五十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日OO-(CH2)2–CH3N=NCH3-(CH2)2-

OO-(CH2)2–CH3CNTailCoreTailCoreTail棒状液晶核长径比>4液晶基元1.3.3液晶态第五十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日O-(CH2)2–CH3CH3-(CH2)2-

OCH3-(CH2)2-

OCH3-(CH2)2-

OO-(CH2)2–CH3O-(CH2)2–CH3CoreTail盘状液晶核轴比>1/41.3.3液晶态液晶基元第五十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日(3)聚合物液晶类型根据液晶基元在高分子链中的位置主链液晶侧链液晶组合式液晶按液晶的形成条件分溶致液晶：液晶物质溶于溶剂所得到的液晶热致液晶：液晶物质加热熔融形成的液晶刚性越强的高分子易形成哪类液晶？1.3.3液晶态第五十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日(4)液晶纺丝的流变性c/%ŋ/Pa·sT/℃ŋ/Pa·sC1C21.3.3液晶态第五十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日Kevlar–PPTA

Poly(p-phenyleneterephthalamie)1.3.3液晶态第五十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日ApplicationsofKevlar1.3.3液晶态第五十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日思考题与低分子的化合物不同，高分子化合物结晶有什么特点？高分子化合物通过溶液纺丝和熔融纺丝得到的晶体形态是什么？有哪些因素可促进其结晶？什么是液晶？液晶在纺丝的时候，其流变性特点是什么？第五十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1.3.4取向态取向(orientation)：在外力作用下，分子链沿外力方向平行排列。聚合物的取向现象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿特定方向的择优排列。第五十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日聚合物取向方法和产品双轴拉伸或吹塑的薄膜纺丝纤维熔融挤出的管材和棒材未取向的聚合物材料是各向同性的，即各个方向上的性能相同。而取向后的聚合物材料是各向异性的，即方向不同，性能也不同。（１）取向造成各向异性1.3.4取向态第五十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日力学性能：抗张强度及挠曲疲劳强度在取向方向上大大增加，而与其垂直的方向上降低光学性能：双折射现象声学性能:取向方向传播速度大热学性能：结晶度增加，Tg提高结晶性:取向可诱导结晶，提高结晶速率取向对聚合物性能影响（１）取向造成各向异性第六十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日取向

单元AmorphouspolymerCrystallinepolymer链段取向整链取向AmorphousregionCrystalregion球晶变形，晶片倾斜、滑移、取向凝聚态结构不同，取向单元不同取向条件不同，取向单元不同（２）取向机理第六十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日（３）取向的热力学纤维的成纤聚合物一般为结晶聚合物吗?如何利用取向和解取向使纤维获得弹性聚合物可以取向，但取向是一种热力学不稳定状态，在一定的外力、时间、温度下又有解取向。熵减熵增取向解取向第六十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日按取向维度可分为：单轴取向——纤维双轴取向——薄膜ZZZ轴为参考方向（４）取向类型第六十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日纤维溶液纺丝烘箱冷却聚乙烯溶液取向固化第六十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日双轴取向：一般在两个垂直方向施加外力。如薄膜双轴拉伸，使分子链取向平行薄膜平面的任意方向。在薄膜平面的各方向的性能相近，但薄膜平面与平面之间易剥离。薄膜的双轴拉伸取向薄膜挤压吹塑机薄膜第六十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日PMMA,T>100C,变软Rubber在低温下变硬1.4高聚物的分子运动与力学性质原因——分子运动不同，高聚物显示不同的物理性质第六十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1.4.1高聚物分子运动的特点（1）分子运动的多样性Varietiesofmolecularmovements（2）分子运动与时间有关Therelationshipwith

time（3）分子运动与温度有关Therelationshipwithtemperature多种运动单元多种运动方式Smallmolecules,=10-8~10-10sHighmolecules,=10-1~104sTT第六十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日(1)Varietiesofmolecularmovements多种运动单元：侧基、链节、支链、链段、整个分子链等小尺寸运动单元（链段尺寸以下）大尺寸运动单元（链段尺寸以上）由于高分子的长链结构，分子量不仅高，还具有多分散性，此外，它还可以带有不同的侧基，加上支化，交联，结晶，取向，共聚等，使得高分子的运动单元具有多重性，或者说高聚物的分子运动有多重模式。第六十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日分子运动单元运动方式链段的运动——主链中碳-碳单键的内旋转，使得高分子链有可能在整个分子不动，即分子链质量中心不变的情况下，一部分链段相对于另一部分链段而运动。链节的运动——比链段还小的运动单元,可做曲柄运动侧基和支链的运动——侧基运动是多种多样的，如转动，内旋转等,支链可作旋转、摆动等运动。整链的运动——高分子作为整体呈现质量中心的移动晶区内的运动——晶型转变，晶区缺陷的运动，晶区中的局部松弛模式等小大运动单元小，运动时所需能量越小，实现运动时的温度越低第六十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日(2)分子运动与时间的关系在一定的外场作用下，高聚物分子从一种平衡态过渡到另一种与外界条件相适应的新的平衡态需要一定的时间，这种具有时间依赖性的过程称为松弛过程。这个过程的快慢可用松弛时间表示。一切运动过程都有松弛特性吗？高分子化合物的松弛过程有什么特点？思考题高分子热运动是一个松弛过程第七十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日运动单元运动需要克服内摩擦阻力(2)分子运动与时间的关系第七十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日低分子：约10-8~10-10s,可以看着是无松弛的瞬时过程。高分子：除小尺寸运动单元在10-1~10+4s，长的可达几天甚至几年,当外场作用时间或者实验观察时间足够长时，能明显观察到松弛过程。在一定范围内可以认为高聚物松弛时间具有一个连续的分布，称为“松弛时间谱”。

一般，松弛时间的大小取决于材料固有的性质以及温度、外力的大小。(2)

分子运动与时间的关系第七十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日(３)

分子运动与温度的关系缩短松弛时间TT时温效原理要达到一定的运动状态,提高温度和延长时间具有相同的效果。T使运动单元活化材料体积膨胀定量计算可测定有关材料在室温下长期使用寿命以及超瞬间性能第七十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1.4.2高聚物力学状态及转变模量-温度曲线可以有效地描述聚合物在不同温度下的分子运动和力学行为第七十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日（１）非晶态聚合物的力学状态A:玻璃态：温度低，只有键长、键角振动及侧基、链节、支链等较小运动单元运动，链段运动被冻结，聚合物类似玻璃，通常为脆性的，模量104-1011Pa。B:高弹态：链段运动激化，能够不断改变构象以适应外力作用,分子链间存在着大量物理缠结起物理交联占作用,但分子链间无滑移。受力后能产生可以回复的大形变，称之为高弹态，为非晶态高聚物特有的力学状态。C:粘流态：大分子链互相滑动发生位移，产生不可逆形变。行为与小分子液体类似。第七十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日MechanicalMethodStrain-temperatureModulus-temperature第七十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日Applicationsofthethreestates粘流温度玻璃化温度第七十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日（３）高聚物的玻璃化转变

玻璃化转变:

指非晶态高聚物从玻璃态到高弹态的转变。对晶态高分子来说，玻璃化转变是指其中非晶部分的这种变。

玻璃化温度(Tg):

从分子运动的角度看,玻璃化温度是大分子链段开始运动的温度.

第七十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日玻璃化转变温度的工艺意义是非晶热塑性塑料(如PS聚苯乙烯,PMMA聚甲基丙烯酸甲酯和硬质PVC聚氯乙烯等)使用温度的上限是非晶性橡胶(如NR天然橡胶,BSRRubber丁苯橡胶等)使用温度的下限（３）高聚物的玻璃化转变第七十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日无定型塑料——Tg

应比室温高50-75℃结晶塑料——Tg可低于室温，但Tm高于室温50-75℃橡胶-Tg应比室温低75℃以上纤维-Tm高于室温150℃以上常见高分子材料的玻璃化温度（３）高聚物的玻璃化转变第八十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日

温度Clog(tg)δPS力学松弛谱峰：苯基绕主链的运动峰：头头结构所致峰：苯环绕与主链连接键的运动。玻璃化转变及次级转变示意图在Tg化温度以下，比链段更小的小尺寸单元发生从冻结到运动或从运动到冻结的变化过程，这些过程称为高聚物的次级松弛过程。内耗吸收峰（４）高聚物的次级转变第八十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日Forplastics次级运动越多说明外力所做功可以通过次级运动耗散掉——抗冲击性能好（４）高聚物的次级转变第八十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1.5高聚物的性质高聚物的力学性质高聚物溶液的性质第八十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1.5.1高聚物的力学性质高弹态高聚物的力学性质高聚物的力学松弛玻璃态和结晶态高聚物的力学性能第八十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日高弹性特点弹性模量很小，形变量大高弹形变形变可恢复弹性模量随温度升高而增大形变有热效应在一定条件下，高弹形变表现明显的松弛现象结构要求：柔性长链、交联橡胶1.5.1.1高弹态高聚物的力学性质第八十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日高弹形变的本质在外力作用下，橡胶分子链由卷曲状态变为伸展状态，熵减小，当外力移去后，由于热运动，分子链自发地趋向熵增大的状态，分子链由伸展再回复卷曲状态，因而形变可逆。

高弹形变的本质是熵弹性,熵增是回弹动力1.5.1.1高弹态高聚物的力学性质第八十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1.5.1.1聚合物的力学松弛现象静态粘弹性:蠕变、应力松弛动态粘弹性：滞后和内耗高聚物力学性质随时间而变化的现象称为力学松弛或粘弹现象.Tg以上，非晶态线型聚合物的粘弹性表现最为明显。分类E(,,T,t)粘弹性第八十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日(1)应力与应变呈线性关系(2)瞬时：不依赖时间(3)储能：形状记忆，可逆(1)应力与应变速率呈非线性关系(2)依时：应变随时间线性发展(3)耗能：无形状记忆，不可逆(1)应力与应变(速率)无线性关系(2)依赖时间，但非线性依赖(3)能量部分存储，部分耗散，部分可逆，部分记忆粘弹理想粘性与弹性第八十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日在恒温下施加一定的恒定外力时，材料的形变随时间而逐渐增大的力学现象。高聚物蠕变性能反映了材料的尺寸稳定性1.5.1.1高聚物的力学松弛(1)蠕变第八十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日当聚合物受力时，三种形变同时发生e1e2+e3t2t1te普弹形变滞弹形变＋粘性流动(1)蠕变撤力一瞬间，键长、键角等次级运动立即回复，形变直线下降通过构象变化，使熵变造成的形变回复分子链间质心位移是永久的，留了下来第九十页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日蠕变与温度和外力关系温度过低，或外力太小，蠕变很慢，短时间不易察觉；温度过高，或外力太大，形变发展过快，也察觉不出蠕变现象；在外力适当时，在略高于玻璃化温度附近，链段只能较缓慢运动，可观察到明显的蠕变现象。(1)蠕变第九十一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日如何防止蠕变？关键：减少链的质心位移链柔顺性？链间作用力？交联？强好弱好好不好好不好蠕变的本质：分子链的质心位移(1)蠕变1.5.1.1高聚物的力学松弛第九十二页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日（2）应力松弛

在恒温下保持一定的恒定应变时，材料的应力随时间而逐渐减小的力学现象。应用：估测塑料管道接头内环向应力阻止接头漏水的期间等1.5.1.1高聚物的力学松弛第九十三页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日应力松弛产生的原因高分子材料受力时，分子链的伸展和相对位移来不及进行。因此应力很大随着时间的推移，链段进行重排，分子链缓慢伸展，导致应力逐渐衰弱。发外力作用时间足以使分子链产生位移时，应力会逐渐消失。（2）应力松弛

1.5.1.1高聚物的力学松弛应力松弛与温度的关系如何？热定型第九十四页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日（3）动态粘弹性

定义:交变应力（应力大小呈周期性变化）或交变应变作用下聚合物的力学行为。滞后与内耗受到交变外力作用时，链段通过热运动达到新平衡需要时间，由此引起应变总是落后于应力一个相角δ的现象,称为滞后.运动每个周期中，以热的形式损耗掉的能量称为内耗。1.5.1.1高聚物的力学松弛第九十五页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日损耗的功W面积大小为单位体积内材料在每一次拉伸-回缩循环中所消耗的功.所损耗的功都用于克服内摩擦阻力转化为热.滞后圈strainstress——链段间发生移动，磨擦生热，消耗能量.应用：减震、消音材料橡胶、纤维材料第九十六页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日1.5.1.3

玻璃态和结晶态聚合物的力学性质应力应变在受外力拉伸时，高分子化合物会发生形变。为免遭破坏，其分子内部会产生抵抗力，这种抵抗力与外力大小相等，方向相反。通常将单位面积上产生的抵抗力称为应力。外力作用下，高分子化合物相应的变形率称为应变。抗张强度单位：N/m2,N/tex——研究聚合物的极限性质，即在较大外力的持续作用或强大外力的短时作后，聚合物发生大形变直至宏观破坏或断裂。第九十七页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日2.3.３玻璃态和结晶态聚合物的力学性质Ⅰ.应力－应变曲线Y屈服点B断裂点结晶聚合物应力-应变曲线A弹性极限点Tg以下十几度以一定速率拉伸断裂伸长率链段运动第九十八页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日断裂能FractureenergyStress-strain曲线下面积称作断裂能：材料从开始拉伸至破坏所吸收的能量。非晶态聚合物应力-应变曲线2.3.３玻璃态和结晶态聚合物的力学性质第九十九页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日不同温度下应力-应变曲线a:T<<Tg

c:T<Tg(几十度)d:T接近Tgb:T<TgTemperature

0°C50~70°C70°C0~50°CExample-PVC脆断韧断无明显屈服屈服后断Results

TT2.3.３玻璃态和结晶态聚合物的力学性质第一百页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期日不同拉伸速率时的应力-应变曲线Strainrate时温等效原理：拉伸速度快=时间短=温度低2.3.３玻璃态和结晶态聚合物的力学性质第一百零一页，共一百一十三页，编辑于2023年，星期