高分子物理名词解释

精品文档 1欢迎下载 一 概念与名词 第一章 高分子链的结构 高聚物的结构 指组成高分子的不同尺度的结构单元在空间相对排列 包括高分子的链结构和聚集态结构 高分子链结构 表明一个高分子链中原子或基团的几何排列情况 聚集态结构 指高分子整体的内部结构 包括晶态结构 非晶态结构 取向态结构 液晶态结构和织态结 构 近程结构 指单个大分子内一个或几个结构单元的化学结构和立体化学结构 远程结构 指单个高分子的大小和在空间所存在的各种形状称为远程结构 化学结构 除非通过化学键的断裂和生成新的化学键才能改变的分子结构为化学结构 物理结构 而一个分子或其基团对另一个分子的相互作用 构型 分子中各原子在空间的相对位置和排列叫做构型 这种化学结构不经过键的破坏或生成是不 能改变的 旋光异构 结构单元 CH2 C HR 型的高分子 由于每一个结构单元含有一个 C 因此 它们在高分子 链中有三中键接方式 即全同 间同 无规立构 此即为旋光异构 全同立构 结构单元 CH2 C HR 型的高分子 由于每一个结构单元含有一个 C 因此 它们在高分子 链中有三种键接方式 若高分子链中 C 的异构体是相同的 此即为全同立构 间同立构 结构单元 CH2 C HR 型的高分子 由于每一个结构单元含有一个 C 因此 它们在高分子 链中有三种键接方式 若高分子链中 C 的两种异构体是交替出现的 此即为间同立构 无规立构 结构单元 CH2 C HR 型的高分子 由于每一个结构单元含有一个 C 因此 它们在高分子 链中有三种键接方式 若高分子链中 C 的两种异构体是无规则出现的 此即为无规立构 精品文档 2欢迎下载 有规立构 全同和间同立构高分子统称为有规立构 等规度 全同立构高分子或全同立构高分子和间同立构高分子在高聚物中的百分含量 几何异构 当主链上存在双键时 而组成双键的两个碳原子同时被两个不同的原子或基团取代时 即可 形成顺反异构 此即为几何异构 顺反异构 当主链上存在双键时 而组成双键的两个碳原子同时被两个不同的原子或基团取代时 即可 形成顺反异构 此即为几何异构 键接异构 是指结构单元在高分子链中的联接方式 在烯类单体的加成聚合过程中 所形成的各种异构 如头头 头尾异构 异构化聚合 共聚合等 序列 在多种结构单元组成的高分子链中 一种结构单元构成的链段称为序列 序列分布 在多种结构单元组成的高分子链中 一种结构单元构成的链段称为序列 显然各个序列的长 度是不同的 这种序列的长度的多分散性称为序列分布 数均序列长度 在多种结构单元组成的高分子链中 一种结构单元构成的链段称为序列 显然各个序列的长 度是不同的 若按数量进行统计平均所得到的序列长度 支化度 指支化点的密度或两相邻支化点间链的平均分子量 交联度 相邻两个交联点之间的链的平均分子量 Mc 或交联点的密度 IPN 两种不同的单体各自聚合形成的网络互相贯穿 称为互穿网络高分子 Semi IPN 当一线形聚合物在另一聚合物网络形成时均匀分散其中 宏观上成为一整体 称为半互穿网 络 即 Semi IPN 构象 由于单键的内旋转而产生的分子中原子在空间位置上的变化叫做构象 精品文档 3欢迎下载 单键内旋转 单键是由 电子组成 电子云分布是轴性对称的 因此高分子在运动时 C C 单键可以绕轴 旋转 这种现象被称为单键内旋转 链段 高分子上划分出来的可以任意取向的最小链单元 即高分子链上能够独立运动的最小单元 近程相互作用 高分子链上相邻链段间的相互作用称为近程相互作用 远程相互作用 高分子链上非相邻链段间的相互作用远程相互作用 无规线团 单键内旋转导致高分子链呈卷曲构象 我们称这种不规则地卷曲的高分子链的构象为无规线 团 柔顺性 所谓高分子链的柔顺性 正是高分子链能够改变其构象的性质 平衡态柔顺性 指热力学平衡条件下的柔性 取决于反式与旁式构象间的能量差 utg 动态柔顺性 在外界条件影响下 从一种平衡态构象向另一种平衡态构象转变的难易程度 转变速度取决 于位能曲线上反式与旁式构象之间转变的位垒 ub 末端距 直线型高分子链的一段至另一端的直线距离 以 h 表示 均方末端距 末端距是指线形高分子的一端至另一端的直线距离 它是一个向量 用 h 表示 末端距平方 的平均值为均方末端距 用 h2表示 均方回转半径 Z S2 1 Z S2i i 1 Z 为高分子链段的总数 Si为质心至第 i 个质点的矢量 自由结合链 键长 l 固定 键角 不固定 内旋转自由的理想化的高分子链 精品文档 4欢迎下载 自由旋转链 键长 l 固定 键角 固定 内旋转自由的理想化的高分子链 等效自由结合链 将一个原来含有 n 个键长为 l 键角 固定 旋转不自由的键组成的链视为一个含 Z 个长 度为 b 的链段组成的 旋转自由的链 这种链被称为等效自由结合链 高斯链 末端距分布符合高斯函数的高分子链称为高斯链 无扰尺寸 在条件下测得的高分子的尺寸称为无扰尺寸 只有无扰尺寸才是高分子本身结构的反映 空间位阻参数 ho2 h2f r 1 2 特征比 Cn ho2 nl2 ho2为无扰均方末端距 n l 分别为键数和键长 一级近程排斥力 高分子链上非键合原子或基团之间存在着排斥力 这种力称为一级近程排斥力 二级近程排斥力 相邻结构单元上的非键合原子或基团间的相互作用称为二级近程排斥力 热塑性聚合物 指加热时可以塑化 冷却时则固化成型 能如此反复重复的受热行为 热固性聚合物 有很多聚合物在树脂合成阶段 停留在线形或少量支链的低分子阶段 在成型加工阶段后 聚合物固化 继续加热时不再塑化 这种行为称为热固性聚合物 热力学链段长度 用热力学方法测定的链段长度称为热力学链段长度 动力学链段长度 用动力学方法测定的链段长度称为动力学链段长度 精品文档 5欢迎下载 第二章 聚合物的凝聚态结构 内聚能与内聚能密度 把一摩尔液体或固体分子移到其分子引力范围之外所需要的能量称为内聚能 单位体积的内 聚能称为内聚能密度 晶体 当物质内部的质点 可以是原子 分子 离子 在三维空间呈周期性地重复排列时 该物质 称为晶体 空间点阵 把组成晶体的质点抽象成为几何点 由这些等同的几何点的集合所形成的格子 称为空间格 子 球晶 在通常的条件下 从浓溶液或熔体冷却结晶时 高聚物倾向生成的一种结晶形态 呈圆球状 尺寸从几微米到几毫米 在正交偏振片作用下呈现黑十字消光现象 黑十字消光现象 在偏光显微镜的正交偏振片之间 由于球晶具有径向光学对称晶体的性质 通过双折射分析 可以得知其有四个消光位置 呈现出典型的黑十字图像 结晶度 试样中结晶部分的质量百分数或体积百分数 分别用 xcw或 xcv表示 淬火 将高聚物熔体骤冷的加工工艺过程称为淬火 退火 这是一种材料加工处理工艺 即材料快速加工成型后 在高于室温的情况下长时间热处理 通过链的调整消除内应力 使分子链排列更加规整 液晶 液晶是某些物质在熔融态或在溶液状态下所形成的有序流体的总称 取向 在某些外场 如拉伸应力或剪切应力 作用下高分子链 链段或微晶可以沿着外场方向有序 排列 称为取向 取向度 f 1 2 3cos2 1 f 为取向度 为分子链主轴方向与取向方向之间的夹角 高分子合金 它是由两种或两种以上高分子组分组成的具有类似合金结构的材料 包括嵌段与接枝共聚物 两种 种或两种以上 高聚物通过机械共混或溶液共混或熔体共混等方法制得的共混物 精品文档 6欢迎下载 相容性 一种材料与另外一种材料亲合性的好坏称为相容性 亲合性的好坏可由混合自由能来判定 HIPS 高抗冲聚苯乙烯 是聚苯乙烯接枝聚丁二烯 或其他橡胶 或聚苯乙烯与聚丁二烯 或其他 橡胶 的共混物 增强材料 高聚物树脂与其他增强材料复合 使高分子材料的力学性能显著提高 这种材料通常被成为 增强材料 复合材料 如果在聚合物基体中加入第二相物质所形成的材料称为复合材料 或连续的高聚物相和不连 续的填充剂相构成的材料通称为复合材料 活性填料 能对特定聚合物起补强作用的填充剂统称为活性填料 惰性填料 能对特定聚合物起补强作用的填充剂统称为活性填料 而有些填料的引入往往会降低聚合物 的强度 这类填料称为惰性填料 第三章 高分子溶液 溶胀 溶剂分子渗入高聚物内部 即溶剂分子和高分子的某些链段混合 使高分子体积膨胀 这种 现象称为溶胀 无限溶胀 溶剂分子渗入高聚物内部 即溶剂分子和高分子的某些链段混合 使高分子体积膨胀 同时 高分子也缓慢地向溶剂中扩散 若这一过程的最终结果是形成了高聚物溶剂均匀分散体系 则被称为无限溶胀 有限溶胀 溶剂分子渗入高聚物内部 即溶剂分子和高分子的某些链段混合 使高分子体积膨胀 对于 交联高聚物 随着链构象的改变所产生的回弹力将阻止这一过程的进行 溶胀达到平衡 故 被称为有限溶胀 溶度参数 1 2 定义内聚能密度的平方根为溶度参数 单位为 J cm3 1 2 摩尔吸引常数 把组合量 E V 1 2 F 称为摩尔吸引常数 其中 V 为结构单元的摩尔体积 精品文档 7欢迎下载 混合熵 S R n1ln 1 n2ln 2 S 为混合热 n1 n2分别为溶剂 溶质的摩尔数 1 2分别为溶剂 溶质的体积分数 混合热 H 1RTn1 2 H 为混合热 1为哈金斯参数 n1为溶剂的摩尔数 2为溶质的体积分数 混合自由能 G RT n1ln 1 n2ln 2 1n1 2 G 为混合热 1为哈金斯参数 n1 n2分别为溶剂 溶质的摩尔数 1 2分别为溶剂 溶质的体积分数 哈金斯参数 1 Z 2 W12 KT 1为哈金斯参数 Z 为高分子链段的最大配位数 W12为溶剂化过程中的能量变化 过量化学位 E1 RT 1 1 2 22 高分子稀溶液溶剂化学位变化中非理想的部分 溶胀度 将高聚物溶胀后的体积与溶胀前的体积之比称为溶胀度 第二维利系数 A2 1 2 1 V1 22 表征了高分子链段与溶剂分子之间的相互作用 溶液 如果链段间的相互作用力等于链段与溶剂的相互作用力 这一状态即为 溶液的微观状态 溶剂 如果链段间的相互作用力等于链段与溶剂的相互作用力 这一状态即为 溶液的微观状态 则该溶剂即为此种高聚物的 溶剂 温度 如果链段间的相互作用力等于链段与溶剂的相互作用力 这一状态即为 溶液的微观状态 则该时的温度即为此种高聚物的 温度 冻胶 精品文档 8欢迎下载 高聚物溶液失去流动性时即成为冻胶或凝胶 冻胶是由范德华力交联形成的 加热时冻胶溶 解 冷却时冻胶形成 凝胶 高聚物溶液失去流动性时即成为冻胶或凝胶 凝胶是高分子链之间以化学键形成的交联结构 的溶胀体 加热不能溶解也不能熔融 第四章 聚合物的分子量和分子量分布 级分 将高聚物按分子量大小进行分级 所得到的各个部分被称为级分 数量分数 由于高聚物具有多分散性 相同分子量的大分子的摩尔数与各种分子量的大分子的摩尔总数 之比 重量分数 由于高聚物具有多分散性 相同分子量的大分子的重量与各种分子量的大分子的总重量之比 数均分子量 n M n i n i iii NMN 11 Mn 为数均分子量 Ni 为第 i 个级分的数量分数 Mi 为第 i 个级分的分子量 重均分子量 W M n i n i iii WMW 11 Mw 为重均分子量 Wi 为第 i 个级分的重量分数 Mi 为第 i 个级分的分子量 粘均分子量 n Mw WiMia 1 a i 1 Wi 为第 i 个级分的重量分数 Mi 为第 i 个级分的分子 a 为 Mark Houwink 方程的指数 Z 均分子量 z M i n i n i iii MWMW 11 2 精品文档 9欢迎下载 Mz 为重均分子量 Wi 为第 i 个级分的重量分数 Mi 为第 i 个级分的分子量 分子量分布 大多数天然高聚物和人工合成高聚物的分子量都不均一 每一种高聚物均为同系物的混合物 其分子量分散情况称为分子量分布 多分散性指数 是指试样中各种分子量与平均分子量之间的差值的平方平均值 多分散性系数 d Mw Mn 或 d Mz Mw 特性粘数 lim sp c limln r c 表示高分子单位浓度的增加对溶液增比粘度或相对粘度对数的 贡献 校正曲线 logM A BVe A B 为仪器常数 M 为分子量 Ve 为淋洗体积 普适校正曲线 log M A BVe B 为仪器常数 为特性粘度 M 为分子量 Ve 为淋洗体积 第五章 聚合物的转变与松弛 玻璃化转变 非晶态高聚物从玻璃态进入高弹态或从高弹态回到玻璃态的转变区称为玻璃转变 粘流转变 非晶态高聚物从高弹态进入粘流态或从粘流态回到高弹态的转变区称为粘流转变 玻璃化温度 非晶态高聚物从玻璃态进入高弹态或从高弹态回到玻璃态的转变区称为玻璃转变 这一转变 区对应的温度称为玻璃化温度 粘流温度 非晶态高聚物从高弹态进入粘流态或从粘流态回到高弹态的转变区称为粘流转变 这一转变 区对应的温度称为粘流温度 自由体积 液体或固体 它的整个体积包括两部分 一部分是为分子本身占据的 称占据体积 另一部 分是分子间的空隙 称为自由体积 一级相转变 精品文档 10欢迎下载 自由能对温度 T 和压力 P 的一级导数发生不连续变化 这时的转变称为一级相转变 二级相转变 自由能对温度 T 和压力 P 的一级导数还是连续变化的 而二阶导数发生不连续变化 这时的 转变称为一级相转变 玻璃化转变的多维性 如果保持温度不变 改变其他因素 我们也能观察到玻璃化转变现象 这就是玻璃化转变的 多维性 次级转变 在玻璃化转变温度以下 尽管链段运动被冻结了 但还存在着需要能量更小的小尺寸运动单 元的运动 这种运动称为次级转变 内增塑 通过共聚引入软单体 其共聚物的 Tg 较原有均聚物显著下降 其他性能也得到改善 这种 方法称为内增塑 外增塑 通过向高聚聚树脂中引入小分子增塑剂 使共混物的 Tg 较高聚物树脂有显著下降 其他性 能也得到改善 这种方法称为外增塑 松驰时间 材料形变 x t 松驰到 x 0 的 1 e 倍时所需的时间 松弛时间谱 因为高聚物中每一根分子键所处的状态及构象不尽相同 再加上运动单元具有多重性 分子 量具有多分散性 所以高聚物松弛时间的变化范围是很宽的 短的可达 10 3s 长的可达 10 1 10 4s 甚至更长 即松弛时间不是单一的值 而是一个较宽的时间分布 可称作 松弛时 间谱 熔限 晶态高聚物熔化过程中 开始熔化时的温度到熔化完成时的温度称为熔限 最大结晶速率温度 Tmax 0 80 0 85 Tm Tmax 为最大结晶速率温度 Tm 为熔点 在 Tg Tm 之间 高聚物熔体结晶速率 Avami 方程 Vt V Vo V exp Ktn K 为结晶速率常数 n 为 Avami 指数 第六章 橡胶弹性 应变 精品文档 11欢迎下载 当材料受到外力作用而所处的条件使其不能产生惯性移动时 它的几何形状和尺寸将发生变 化 这种变化就称为应变 应力 材料发生宏观变形时 材料内部将产生一种附加内力 单位面积上的附加内力称为应力 泊松比 拉伸试验中材料横向单位宽度的减少与纵向单位长度的增加之比值 m m l l 高弹性 高聚物处在高弹态时所表现出的独特的力学性能称为高弹性 能弹性 当材料受到外力作用时 外力所做的功使材料的内能增加 当除去外力后 材料对环境做功 这时体现的弹性即为能弹性 熵弹性 当材料受到外力作用时 外力所做的功使材料的熵减少 分子链的构象发生了改变 当除去 外力后 链构象恢复 材料对环境做功 这时体现的弹性即为熵弹性 粘弹性 在外力作用下 高聚物材料的形变行为介于弹性材料和粘性材料之间 这种行为反映了固体 的弹性和液体的粘性两者的组合 这就是粘弹性 第七章 聚合物的粘弹性 静态粘弹现象 若应力或应变不是时间的函数 这时研究的力学松弛现象称为静态粘弹现象 动态粘弹现象 若应力或应变是时间的函数 这时研究的力学松弛现象称为动态粘弹现象 线性粘弹性 如果高聚物的粘弹性是由理想固体的弹性和理想液体的粘性组合起来的 这种粘弹性为线性 粘弹性 非线性粘弹性 如果物体的粘弹性行为不符合理想固体的弹性和理想液体的粘性两个定律的组合 这种粘弹 性为非线性粘弹性 蠕变 在一定温度下 当固定应力时 观察形变随时间延长而逐渐增加的现象称为蠕变 蠕变推迟时间 精品文档 12欢迎下载 分子链从一个平衡态构象 松驰构象 到另一个平衡态构象 紧张构象 所需的时间 t 松驰到 的 1 1 e 倍所需的时间 应力松驰 在一定温度下 当固定形变时 观察应力随时间的延长而逐渐衰减的现象 滞后与内耗 在一定的温度和交变应力作用下 应变滞后于应力的现象称为滞后 由于滞后 在每一个循 环中就有能量的损失 称之为内耗 时温等效原理 从高分子运动的松弛性质可以知道 同一个力学松弛现象 既可以在较高的温度下 在较短 的时间内观察到 也可以在较低的温度下 在较长时间内观察到 因此 升高温度与延长观 察时间对观察分子运动是等效的 对高聚物的粘弹行为也是等效的 这就是时温等效原理 Boltzmann 叠加原理 此原理指出 高聚物的蠕变是整个负荷历史的函数 每个负荷对高聚物的蠕变的贡献是独立 的 因而各个负荷的总的效应等于各个负荷效应的加和 最终的形变是各负荷所贡献形变的 简单加和 第八章 聚合物的屈服于断裂 应变软化 晶态或非晶态高聚物在拉伸过程中 当材料屈服后出现的应变增加而应力基本不变的现象 称为应变软化 应变硬化 晶态或非晶态高聚物在拉伸过程中 当应变软化结束后出现的应变增加应力同时增加的现象 称为应变硬化 冷流 在应变硬化过程中 其形变是不可逆的 产生永久形变 这时候的粘流是在强大外力作用下 及室温下发生的分子链的位移 屈服 但应力超过比例极限后 应力 应变之间不在保持线性关系 张应力达到某一最大值时 Y 点 曲线开始出现应变增加而应力不便或先降低后不变的现象 韧性破坏 材料在出现屈服点以后发生的断裂或破坏称为韧性破坏 脆性破坏 高聚物材料在屈服点之前的断裂称为脆性破坏 强迫高弹形变 精品文档 13欢迎下载 玻璃态高聚物在大应力作用下发生的这种大形变 其本质与橡胶的高弹形变一样 但表现形 式却有差别 为了与普通的高弹形变区别开来 通常称其为强迫高弹形变 冷拉 结晶高聚物和玻璃态高聚物的拉伸过程造成的大形变 本质上都是高弹形变 通常把他们统 称为冷拉 细颈 晶态高聚物在拉伸过程中 当达到一定拉伸程度时 试样的一处或几处突然变细 在继续的 拉伸过程中 细的部分横结面积和粗的部分横结面积均保持不变 只是二者的长度一个增加 一个减少 这种现象即为细颈 银纹 是在拉伸应力作用下高聚物中某些薄弱部位由于应力集中而产生的空化条纹状形变区 在透 明玻璃态高聚物中 这些条纹状形变区的平面强烈地反射可见光 并且由于条纹状形变区内 银纹往往非常稠密 则材料表面可形成一片银色的闪光 因此习惯上称为银纹 应力集中 如果材料存在缺陷 受力时材料内部的应力平均分布状态将发生变化 使缺陷附近局部范围 内的应力急剧地增加 远远地超过应力平均值 这种现象称为应力集中 拉伸强度 在规定的实验温度 湿度和实验速度下 在标准式样上沿轴向施加拉伸载荷直到式样被拉断 为止 断裂前式样承受的最大载荷 P 与式样的宽度 b 和厚度 d 的乘积的比值 t P bd MPa 抗弯强度 在规定实验条件下 对标准式样施加静弯曲力矩 直到式样折断为止 取实验过程中的最大 载荷 P 并按下式计算抗弯强度 t 1 5Plo bd2 弯曲模量 弯曲模量 Et plo3 4bd3 式中 叫挠度 是式样着力处的位移 冲击