第三章 高分子材料的结构与性能课件.ppt

高分子物理：研究高分子材料的结构与性能的关系;聚合物的链结构; 旋光异构;3.2 大分子链的分子量、构象、柔性;(1) 聚合物的平均分子量;对于多分散试样;（2）分子量的多分散性; 分子量的大小及分散性对聚合物性能的影响 ;3.2.2 构象及形态;　　 旋转图每逆时针旋转60o的构象分解 旋转过程中构象不断变化，位能（U）也不断变化。旋转的难易 取决于旋转位能的高低，位能越低越容易旋转。分子结构不 同，位能不同。; 自由内旋转： 不考虑取代基对内旋转的阻碍作用，即假定旋转过程中不发生能量变化。;构型与构象;（1） 大分子链的柔性; 影响大分子链柔性的基本因素 大分子链的柔性主要来源于内旋转，而内旋转的难易决定于内旋转位垒的大小。凡是使内旋转位垒增加的因素都使柔性减小。;（2）大分子链的基本构型;3.3 聚合物凝聚态结构;第三章 高分子材料的结构与性能;第二，聚合物凝聚态结构不仅与大分子链本身的结构有关，而且强烈地依赖于外界条件。;3.3.1 非晶态结构;（1） 无规线团模型; 根据这一模型，非晶态聚合物不存在任何有序的区域结构。这一模型可以解释橡胶的弹性等许多行为，但难于解释如下的事实：;（2）折叠链缨状胶束粒子模型;3.3.2 晶态结构;（1）晶胞结构;（2）聚合物晶态结构模型; 折叠链模型;（3）聚合物结晶形态;; 聚合物晶体结构可归纳为以下三种结构的组合 a 无规线团的非晶态结构； b 折叠链片晶； c 伸直链晶体。 任何实际聚合物晶体都可视为这三种结构按不同比例组合而成的混合物。 所有结晶形态中都含有非晶部分，是因为高分子结晶都不可能达到100％结晶。;（4）结晶过程;温度对结晶速度影响最大。 聚合物结晶速率最大时的温度Tk与熔点Tm的关系一般为 Tk＝0.8 Tm;3.3.3 聚合物液晶态（liquid crystal）;向列型; 按照制备方法的不同，分为热致性液晶（将晶体熔化制得的液晶）和溶致性液晶（将晶体溶解得到的液晶）。 聚合物液晶一般都是溶致性液晶;3.3.4 聚合物取向态结构; 非晶态聚合物的分子取向，视取向单元的不同， 分为大尺寸取向和小尺寸取向。;☆取向与???晶的异同; §3.2 聚合物的分子运动;2.聚合物的分子运动具有明显的松弛特性(运动对时间的依赖性）;3.高分子运动对温度的依赖性;高分子运动与时间和温度有关;聚合物按外力作用下发生形变的性质而划分的物理状态称为聚合物的力学状态。;曲线上有三个不同的力学状态(玻璃态、高弹态、粘流态)和两个转变区(玻璃化转变区、粘弹转变区)（简称三态两转变）。;1. 玻璃态 (硬而脆) 链段运动被冻结 形变小(1％以下),模量高(109一1010Pa) 外力除去后形变立即恢复(普弹形变，形变很小约0．1％～0．2％ ）; 玻璃化转变区：由玻璃态向高弹态发生突变的区域叫玻璃化转变区（3～5℃）。 玻璃化转变温度 玻璃态开始向高弹态转变的温度称为玻璃化转变温度，以Tg表示。在Tg以上时，链段运动开始解冻，大分子链构象开始转变。;2. 高弹态 链段运动已充分发展 弹性模量下降（105一106Pa），形变大 除去外力后形变可迅速恢复（高弹形变，形变约百分之几百） 对线型聚合物，高弹态的温度范围随分子量的增大而增大。;; 粘流温度 高弹态开始向粘流态转变的温度称为粘流温度，以Tf表示。;1. 聚合物力学三态的分子运动单元各不相同 ;2. 两个转变温度的运动单元各不相同;(1) 非晶态聚合物可以具有三种力学状态，但不是每一种非晶态聚合物都一定具有三种力学状态。;(2) 不同高分子材料在室温下处于不同的力学状态，如塑料处于玻璃态，玻璃化温度是非晶态塑料使用的上限温度；橡胶在室温处于高弹态，玻璃化温度则是使用的下限温度。; §3.3.2 结晶聚合物的力学状态;（a）聚合物的结构： 凡是能提高高分子链柔顺性的结构因素均可使Tg下降。 ;利用在玻璃化转变时聚合物的物理性能（如模量、比热容、介电常数等）产生突变来测定聚合物的玻璃化转变温度。;博士论文为例;在Tg以下，链段不能运动，但较小的运动单元仍可运动，表现为许多不同的内耗峰。将包括Tg在内的多个内耗峰依次标记为α，β，γ，δ。低于Tg的松弛过程称为次级转变过程。不同聚合物的次级松弛机理不同。次级转变中，主要是β－转变对聚合物的性能有明显影响，它与玻璃态聚合物的韧性相关。;§3.4 聚合物熔体的流动; 产生横向速度梯度场的流动称为切变流动或剪切流动。 相应的粘度称为剪切粘度 ;二 流体类型;假塑性流体：粘度随剪切速率的增加