塑料包装材料——树脂的结构与性能ppt课件

1、塑 料 包 装 材 料树脂的构造与性能包包 装装 材材 料料 学学 一、聚合物分子间的作用力一、聚合物分子间的作用力 1、主价力是指构成化学键的力，如共价键、主价力是指构成化学键的力，如共价键、离子键、金属键等。离子键、金属键等。 2、次价力是使分子聚集在一同的分子间作用、次价力是使分子聚集在一同的分子间作用力，通常包括范德华力静电力、诱导力、色力，通常包括范德华力静电力、诱导力、色散力和氢键。散力和氢键。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能树脂的构造与性能树脂的构造与性能塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能范德华力、氢键范德华力、氢

2、键范德华力范德华力 作用范围：作用范围：0.3-0.5nm静电力静电力12.5-21kJ/mol诱导力诱导力6-12kJ/mol色散力色散力1-8.4kJ/mol氢键氢键 16.8-33.6 kJ/molX-H-YX 、Y = F 、 O 、 Cl 、 N塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能分子间氢键分子间氢键塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能分子内氢键分子内氢键 二、内聚能二、内聚能 内聚能是内聚能是1mol1mol分子聚集在一同的总能量，其含分子聚集在一同的总能量

3、，其含意是使意是使1mol1mol的液体蒸发或固化升华，使原来聚的液体蒸发或固化升华，使原来聚集在一同的分子分开到彼此不再相互作用的间集在一同的分子分开到彼此不再相互作用的间隔时，所需求的总能量。隔时，所需求的总能量。 内聚能密度是单位体积的内聚能内聚能密度是单位体积的内聚能塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能内聚能密度内聚能密度 E E H HRT RT CEDE/V0 橡胶橡胶小于小于290MJ/M3 塑料塑料290-420MJ/M3 纤维纤维大于大于420MJ/M3 CED塑塑 料料 包包 装

4、装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 聚合物是由许多单个的高分子链聚集而成，因此其构造有聚合物是由许多单个的高分子链聚集而成，因此其构造有两方面的含义：两方面的含义：1单个高分子链的构造；单个高分子链的构造；2许多高分子许多高分子链聚在一同表现出来的聚集态构造。可分为以下几个层次：链聚在一同表现出来的聚集态构造。可分为以下几个层次：一级构造一级构造近程构造近程构造构造单元的化学组成、衔接顺序、构造单元的化学组成、衔接顺序、立体构型，以及支化、交联等立体构型，以及支化、交联等二级构造二级构造远程构造远程构造高分子链的形状

5、构象以及高分子链的形状构象以及高分子的大小分子量高分子的大小分子量链构造链构造聚集态构造聚集态构造三级构造三级构造晶态、非晶态、取向态、液晶态及织态等。晶态、非晶态、取向态、液晶态及织态等。聚合物的构造聚合物的构造聚合物的构造聚合物的构造塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 高分子的二级构造：高分子的二级构造：1高分子的大小即分子量高分子的大小即分子量2高分子链的形状构象高分子链的形状构象高分子的链构造与高分子的柔顺性高分子的链构造与高分子的柔顺性 高分子链中的单键可内旋转，每个键的空间高分子链中的单键可内旋转，每个键的空间位置受其键角的限制，但是离第一个键越远，

6、位置受其键角的限制，但是离第一个键越远，其空间位置的恣意性越大，两者空间位置的相其空间位置的恣意性越大，两者空间位置的相互关系越小，可以想象从第互关系越小，可以想象从第i+1个键起，其空个键起，其空间位置的取向与第一个键完全无关，因此高分间位置的取向与第一个键完全无关，因此高分子链可看作是由多个包含子链可看作是由多个包含i个键的段落自在衔接个键的段落自在衔接组成，这种段落称为链段。组成，这种段落称为链段。 ii+1I. 高分子的链构造高分子的链构造塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 构象：由于单键构象：由于单键键的内旋转，而产生的分子在键的内旋转，而产生的分子在

7、空间的不同形状。它是不稳定的，分子热运动即能使空间的不同形状。它是不稳定的，分子热运动即能使其构象发生改动。其构象发生改动。 构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的陈列。构型：分子中由化学键所固定的原子在空间的陈列。它是稳定的，要改动构型必需经化学键的断裂、重组。它是稳定的，要改动构型必需经化学键的断裂、重组。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 高分子链的运动是以链段为单元的，是蠕动。高分子链的运动是以链段为单元的，是蠕动。 高分子链在分子内旋转作用下可采取各种能够的形状，如高分子链在分子内旋转作用下可采取各种能够的形状，如取不同的构象，如伸直链、无规线团、折

8、叠链、螺旋链等。取不同的构象，如伸直链、无规线团、折叠链、螺旋链等。 高分子链的构象高分子链的构象塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能高分子的聚集态构造高分子的聚集态构造 高分子的聚集态构造也称三级构造，或超分子构造，它高分子的聚集态构造也称三级构造，或超分子构造，它是指聚合物内分子链的陈列与堆砌构造。是指聚合物内分子链的陈列与堆砌构造。 虽然高分子的链构造对高分子资料性能有显著影响，但由虽然高分子的链构造对高分子资料性能有显著影响，但由于聚合物是由许多高分子链聚集而成，有时即使一样链构造的于聚合物是由许多高分子链聚集而成，有时即使一样链构造的同一种聚合物，在不同

9、加工成型条件下，也会产生不同的聚集同一种聚合物，在不同加工成型条件下，也会产生不同的聚集态，所得制品的性能也会截然不同，因此聚合物的聚集态构造态，所得制品的性能也会截然不同，因此聚合物的聚集态构造对聚合物资料性能的影响比高分子链构造更直接、更重要。对聚合物资料性能的影响比高分子链构造更直接、更重要。 塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 研讨掌握聚合物的聚集态构造与性能的关系，对选择适宜的研讨掌握聚合物的聚集态构造与性能的关系，对选择适宜的加工成型条件、改良资料的性能，制备具有预期性能的聚合物加工成型条件、改良资料的性能，制备具有预期性能的聚合物资料具有重要意义。

10、资料具有重要意义。 聚合物的聚集态构造主要包括晶态构造、非晶态构造、液聚合物的聚集态构造主要包括晶态构造、非晶态构造、液晶态构造和取向态构造。晶态构造和取向态构造。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能晶体：固体物质内部质点的有序陈列晶体：固体物质内部质点的有序陈列 高高 分子链取比较伸展的构象分子链取比较伸展的构象 聚聚 物物 分子链主链中心轴相互平行分子链主链中心轴相互平行 晶晶 体体 结晶构造中的单元体是晶胞结晶构造中的单元体是晶胞聚合物的晶态构造聚合物的晶态构造塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能a=7.36b=4.92c=2.

11、53AAA聚乙烯聚乙烯PE的晶胞的晶胞 塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 根据结晶条件不同，又可构成多种形状的晶体：单晶、球根据结晶条件不同，又可构成多种形状的晶体：单晶、球晶、伸直链晶片、纤维状晶片和串晶等。晶、伸直链晶片、纤维状晶片和串晶等。I. 结晶形状结晶形状1单晶单晶 具有一定几何外形的薄片具有一定几何外形的薄片状晶体。普通聚合物的单晶只状晶体。普通聚合物的单晶只能从极稀溶液质量浓度小于能从极稀溶液质量浓度小于0.01wt%)中缓慢结晶而成。中缓慢结晶而成。单晶单晶塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能聚乙烯单晶的电镜照片

12、聚乙烯单晶的电镜照片塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能2球晶球晶 聚合物最常见的结晶形状，为圆球聚合物最常见的结晶形状，为圆球状晶体，尺寸较大，普通是由结晶性聚状晶体，尺寸较大，普通是由结晶性聚合物从浓溶液中析出或由熔体冷却时构合物从浓溶液中析出或由熔体冷却时构成的。球晶在正交偏光显微镜下可察看成的。球晶在正交偏光显微镜下可察看到其特有的黑十字消光或带同心圆的黑到其特有的黑十字消光或带同心圆的黑十字消光图象。十字消光图象。球晶的黑十字消光景象球晶的黑十字消光景象塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能3伸直链晶片伸直链晶片 由完全伸展的

13、分子链平行规整陈列而成的小片状晶体，晶由完全伸展的分子链平行规整陈列而成的小片状晶体，晶体中分子链平行于晶面方向，晶片厚度根本与伸展的分子链长体中分子链平行于晶面方向，晶片厚度根本与伸展的分子链长度相当。这种晶体主要构成于极高压力下。度相当。这种晶体主要构成于极高压力下。4纤维状晶和串晶纤维状晶和串晶 纤维状晶是在流动场的作用下使高分子链的构象发生畸变，纤维状晶是在流动场的作用下使高分子链的构象发生畸变，成为沿流动方向平行陈列的伸展形状，在适当的条件下结晶而成为沿流动方向平行陈列的伸展形状，在适当的条件下结晶而成。分子链取向与纤维轴平行。成。分子链取向与纤维轴平行。 聚合物串晶是一种类似于串珠

14、式的多晶体。聚合物串晶是一种类似于串珠式的多晶体。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能串晶串晶塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能II. 聚合物的晶态构造模型聚合物的晶态构造模型 聚合物晶态构造模型有：聚合物晶态构造模型有： 缨状胶束模型：以为结晶缨状胶束模型：以为结晶聚合物中晶区与非晶区相互聚合物中晶区与非晶区相互交叉，同时存在。在晶区分交叉，同时存在。在晶区分子链相互平行陈列成规整的子链相互平行陈列成规整的构造，而在非晶区分子链的构造，而在非晶区分子链的堆砌完全无序。该模型也称堆砌完全无序。该模型也称两相构造模型。两相构造模型。两

15、相构造模型两相构造模型塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 折叠链模型：聚合物晶体中，高分折叠链模型：聚合物晶体中，高分子链以折叠的方式堆砌起来的。子链以折叠的方式堆砌起来的。 伸展的分子倾向于相互聚集在一同伸展的分子倾向于相互聚集在一同构成链束，分子链规整陈列的有序链构成链束，分子链规整陈列的有序链束构成聚合物结晶的根本单元。这些束构成聚合物结晶的根本单元。这些规整的有序链束外表能自发地折叠成规整的有序链束外表能自发地折叠成带状构造，进一步堆砌成晶片。带状构造，进一步堆砌成晶片。 特点：聚合物中晶区与非晶区同时存特点：聚合物中晶区与非晶区同时存在，同一条高分子链

16、可以是一部分结在，同一条高分子链可以是一部分结晶，一部分不结晶；并且同一高分子晶，一部分不结晶；并且同一高分子链可以穿透不同的晶区和非晶区。链可以穿透不同的晶区和非晶区。折叠链模型折叠链模型塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 插线板模型：晶片外表插线板模型：晶片外表上的分子链无规聚集构上的分子链无规聚集构成松散的非晶区，晶片成松散的非晶区，晶片中相邻陈列的两段分子中相邻陈列的两段分子链能够是同一分子链中链能够是同一分子链中非临近的链段或是不同非临近的链段或是不同分子链的链段，构成多分子链的链段，构成多层晶片时一根分子链可层晶片时一根分子链可以从一个晶片穿过非晶以

17、从一个晶片穿过非晶区进入另一个晶片，也区进入另一个晶片，也可回到原来的晶片。可回到原来的晶片。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能III. 聚合物结晶过程的特点聚合物结晶过程的特点 聚合物结晶是高分子链从无序转变为有序的过程，有三个聚合物结晶是高分子链从无序转变为有序的过程，有三个特点：特点：1结晶必需在玻璃化温度结晶必需在玻璃化温度Tg与熔点与熔点Tm之间的温度范围内之间的温度范围内进展。进展。 聚合物结晶过程与小分子化合物类似，要阅历晶核构成聚合物结晶过程与小分子化合物类似，要阅历晶核构成和晶粒生长两过程。温度高于熔点和晶粒生长两过程。温度高于熔点Tm，高分子

18、处于熔融形状，高分子处于熔融形状，晶核不易构成；低于晶核不易构成；低于Tg，高分子链运动困难，难以进展规整，高分子链运动困难，难以进展规整陈列，晶核也不能生成，晶粒难以生长。陈列，晶核也不能生成，晶粒难以生长。 塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 结晶温度不同，结晶速度也不同，在某一温度时出现最大值，结晶温度不同，结晶速度也不同，在某一温度时出现最大值，出现最大结晶速度的结晶温度可由以下阅历关系式估算：出现最大结晶速度的结晶温度可由以下阅历关系式估算： Tmax = 0.63 Tm + 0.37 Tg - 18.52同一聚合物在同一结晶温度下，结晶速度随结晶过程

19、而变同一聚合物在同一结晶温度下，结晶速度随结晶过程而变化。化。 普通最初结晶速度较慢，中间有加速过程，最后结晶速度普通最初结晶速度较慢，中间有加速过程，最后结晶速度又减慢。又减慢。3结晶聚合物结晶不完善，没有准确的熔点，存在熔限。结晶聚合物结晶不完善，没有准确的熔点，存在熔限。 熔限大小与结晶温度有关。结晶温度低，熔限宽，反之那熔限大小与结晶温度有关。结晶温度低，熔限宽，反之那么窄。这是由于结晶温度较低时，高分子链的流动性较差，构么窄。这是由于结晶温度较低时，高分子链的流动性较差，构成的晶体不完善，且各晶体的完善程度差别大，因此熔限宽。成的晶体不完善，且各晶体的完善程度差别大，因此熔限宽。塑塑

20、 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能IV. 聚合物结晶过程的影响要素聚合物结晶过程的影响要素1分子链构造分子链构造 聚合物的结晶才干与分子链构造亲密相关，凡分子构聚合物的结晶才干与分子链构造亲密相关，凡分子构造对称如聚乙烯、规整性好如有规立构聚丙烯、造对称如聚乙烯、规整性好如有规立构聚丙烯、分子链相互作用强如能产生氢键或带强极性基团，如聚分子链相互作用强如能产生氢键或带强极性基团，如聚酰胺等的聚合物易结晶。酰胺等的聚合物易结晶。 分子链的构造还会影响结晶速度，普通分子链构造越分子链的构造还会影响结晶速度，普通分子链构造越简单、对称性越高、取代基空间位阻越小、立体规整性

21、越简单、对称性越高、取代基空间位阻越小、立体规整性越好，结晶速度越快。好，结晶速度越快。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能2温度：温度对结晶速度的影响极大，有时温度相差甚温度：温度对结晶速度的影响极大，有时温度相差甚微，但结晶速度常数可相差上千倍微，但结晶速度常数可相差上千倍3应力：应力能使分子链沿外力方向有序陈列，可提高应力：应力能使分子链沿外力方向有序陈列，可提高结晶速度。结晶速度。4分子量：对同一聚合物而言，分子量对结晶速度有显分子量：对同一聚合物而言，分子量对结晶速度有显著影响。在一样条件下，普通分子量低结晶速度快，著影响。在一样条件下，普通分子量低结晶

22、速度快，5杂质：杂质影响较复杂，有的可妨碍结晶的进展，有杂质：杂质影响较复杂，有的可妨碍结晶的进展，有的那么能加速结晶。能促进结晶的物质在结晶过程中往往的那么能加速结晶。能促进结晶的物质在结晶过程中往往起成核作用晶核，称为成核剂。起成核作用晶核，称为成核剂。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能V. 结晶对聚合物性能的影响结晶对聚合物性能的影响 结晶使高分子链规整陈列，堆砌严密，因此加强了分子结晶使高分子链规整陈列，堆砌严密，因此加强了分子链间的作用力，使聚合物的密度、强度、硬度、耐热性、链间的作用力，使聚合物的密度、强度、硬度、耐热性、耐溶剂性、耐化学腐蚀性等性能

23、得以提高，从而改善塑料耐溶剂性、耐化学腐蚀性等性能得以提高，从而改善塑料的运用性能。的运用性能。 但结晶使高弹性、断裂伸长率、抗冲击强度等性能下降，但结晶使高弹性、断裂伸长率、抗冲击强度等性能下降，对以弹性、韧性为主要运用性能的资料是不利的。如结晶对以弹性、韧性为主要运用性能的资料是不利的。如结晶会使橡胶失去弹性，发生爆裂。会使橡胶失去弹性，发生爆裂。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能聚合物的非晶态构造聚合物的非晶态构造 非晶态构造是一个比晶态更为普遍存在的聚集形状，不非晶态构造是一个比晶态更为普遍存在的聚集形状，不仅有大量完全非晶态的聚合物，而且即使在晶态聚合

24、物中仅有大量完全非晶态的聚合物，而且即使在晶态聚合物中也存在非晶区。也存在非晶区。 非晶态构造包括玻璃态、橡胶态、粘流态或熔融态非晶态构造包括玻璃态、橡胶态、粘流态或熔融态及结晶聚合物中的非晶区。及结晶聚合物中的非晶区。 由于对非晶态构造的研讨比对晶态构造的研讨要困难的由于对非晶态构造的研讨比对晶态构造的研讨要困难的多，因此对非晶态构造的认识还较粗浅。目前主要有两种多，因此对非晶态构造的认识还较粗浅。目前主要有两种实际模型，即两相球粒模型和无规线团模型，两者尚存争实际模型，即两相球粒模型和无规线团模型，两者尚存争议，无定论。议，无定论。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构

25、造与性能聚合物的液晶态聚合物的液晶态 液晶态是晶态向液态转化的中间态，既具有晶态的有序液晶态是晶态向液态转化的中间态，既具有晶态的有序性导致各向异性，又具有液态的延续性和流动性。性导致各向异性，又具有液态的延续性和流动性。 根据构成条件的不同分为：根据构成条件的不同分为： 热致性液晶：受热熔融构成各向异性熔体；热致性液晶：受热熔融构成各向异性熔体； 溶致性液晶：溶于某种溶剂而构成各向异性的溶液。溶致性液晶：溶于某种溶剂而构成各向异性的溶液。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能1高分子液晶构成条件高分子液晶构成条件 聚合物要构成液晶，必需满足以下条件：聚合物要构成液

26、晶，必需满足以下条件： i分子链具有刚性或一定刚性，并且分子的长度与宽度分子链具有刚性或一定刚性，并且分子的长度与宽度之比之比R1，即分子是棒状或接近于棒状的构象。，即分子是棒状或接近于棒状的构象。ii分子链上含有苯环或氢键等构造；分子链上含有苯环或氢键等构造；iii假设构成胆甾型液晶还必需含有不对称碳原子。假设构成胆甾型液晶还必需含有不对称碳原子。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能2高分子液晶的分类高分子液晶的分类 高分子液晶有三种不同的构造类型：近晶型、向列型和高分子液晶有三种不同的构造类型：近晶型、向列型和胆甾型。胆甾型。近晶型近晶型i近晶型：棒状分子经过

27、垂直于分子近晶型：棒状分子经过垂直于分子长轴方向的强相互作用，相互平行陈列长轴方向的强相互作用，相互平行陈列成层状构造，分子轴垂直于层面。棒状成层状构造，分子轴垂直于层面。棒状分子只能在层内活动。分子只能在层内活动。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能向列型向列型ii向列型：棒状分子虽然也平行陈列，但长短不一，不向列型：棒状分子虽然也平行陈列，但长短不一，不分层次，只需一维有序性，在外力作用下发生流动时，棒状分层次，只需一维有序性，在外力作用下发生流动时，棒状分子易沿流动方向取向，并可流动取向中相互穿越。分子易沿流动方向取向，并可流动取向中相互穿越。塑塑 料料 包

28、包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能iii胆甾型：棒状分子分层平行陈列，胆甾型：棒状分子分层平行陈列，在每个单层内分子陈列与向列型类似，在每个单层内分子陈列与向列型类似，相邻两层中分子长轴依次有规那么地改相邻两层中分子长轴依次有规那么地改动一定角度，分子长轴在旋转动一定角度，分子长轴在旋转3600后复后复原。原。 两个取向一样的分子层之间的间两个取向一样的分子层之间的间隔称为胆甾型液晶的螺距。隔称为胆甾型液晶的螺距。胆甾型胆甾型塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能聚合物的取向态聚合物的取向态 取向取向(orientation)：在外力作用下，分子链

29、沿外力方向平：在外力作用下，分子链沿外力方向平行陈列。行陈列。 聚合物的取向景象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的取向景象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿外力方向的择优陈列。聚合物的晶片等沿外力方向的择优陈列。 未取向的聚合物资料是各向同性的，即各个方向上的性未取向的聚合物资料是各向同性的，即各个方向上的性能一样。而取向后的聚合物资料，在取向方向上的力学性能一样。而取向后的聚合物资料，在取向方向上的力学性能得到加强，而与取向垂直的方向上，力学性能能够被减能得到加强，而与取向垂直的方向上，力学性能能够被减弱。即取向聚合物资料是各向异性的，即方向不同，性能弱。即取向聚合物资料是各

30、向异性的，即方向不同，性能不同。不同。 塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能无定形无定形 取向未结晶取向未结晶 结晶未取向结晶未取向 结晶取向结晶取向塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能聚合物的取向普通有两种方式：聚合物的取向普通有两种方式：单轴取向：在一个轴向上施以外力，使分子链沿一个单轴取向：在一个轴向上施以外力，使分子链沿一个方向取向。方向取向。 如纤维纺丝：如纤维纺丝：再如薄膜的单轴拉伸再如薄膜的单轴拉伸塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能双轴取向：普通在两个垂直方向施加外力。如薄膜双轴拉双轴取向

31、：普通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恣意方向。在薄膜平面伸，使分子链取向平行薄膜平面的恣意方向。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。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：薄膜的双轴拉伸取向：塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能聚合物的共混聚合物的共混 所谓共混聚合物所谓共混聚合物(polymer blend)是经过简单的工艺过程是经过简单的工艺过程把两种或两种以上的均聚物或共聚物或不同分子量、不同把两种或两种以上的均聚物或共聚物或不同分子量、不同分子量分布的同种聚合物混合而成的

32、聚合物资料，也称聚分子量分布的同种聚合物混合而成的聚合物资料，也称聚合物合金。合物合金。 经过共混可以获得原单一组分没有的一些新的综合性经过共混可以获得原单一组分没有的一些新的综合性能，并且可经过混合组分的调配调理各组分的相对含量能，并且可经过混合组分的调配调理各组分的相对含量来获得顺应所需性能的资料。来获得顺应所需性能的资料。 共混与共聚的作用相类似，共混是经过物理的方法把不共混与共聚的作用相类似，共混是经过物理的方法把不同性能的聚合物混合在一同；而共聚那么是经过化学的方同性能的聚合物混合在一同；而共聚那么是经过化学的方法把不同性能的聚合物链段连在一同。法把不同性能的聚合物链段连在一同。塑塑

33、 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能经过共混可带来多方面的益处：经过共混可带来多方面的益处：1改善高分子资料的机械性能；改善高分子资料的机械性能；2提高耐老化性能；提高耐老化性能；3改善资料的加工性能；改善资料的加工性能；4有利于废弃聚合物的再利用。有利于废弃聚合物的再利用。 共混与共聚相比，工艺简单，但共混时存在相容性问题，假共混与共聚相比，工艺简单，但共混时存在相容性问题，假设两种聚合物共混时相容性差，混合程度相互的分散程度很设两种聚合物共混时相容性差，混合程度相互的分散程度很差，易出现宏观的相分别，达不到共混的目的，无适用价值。差，易出现宏观的相分别，达不到共混

34、的目的，无适用价值。经过参与相容剂增容剂来提高聚合物共混的相容性。经过参与相容剂增容剂来提高聚合物共混的相容性。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能聚合物的力学性能聚合物的力学性能 聚合物的力学性能指的是其受力后的呼应，如形变大小、形聚合物的力学性能指的是其受力后的呼应，如形变大小、形变的可逆性及抗破损性能等，这些呼应可用一些根本的目的来变的可逆性及抗破损性能等，这些呼应可用一些根本的目的来表征。表征。表征力学性能的根本目的表征力学性能的根本目的1应变与应力应变与应力 资料在外力作用下，其几何外形和尺寸所发生的变化称资料在外力作用下，其几何外形和尺寸所发生的变化称

35、应变或形变，通常以单位长度面积、体积所发生的变化应变或形变，通常以单位长度面积、体积所发生的变化来表征。来表征。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 资料在外力作用下发生形变的同时，在其内部还会产生对资料在外力作用下发生形变的同时，在其内部还会产生对抗外力的附加内力，以使资料坚持原状，当外力消除后，内力抗外力的附加内力，以使资料坚持原状，当外力消除后，内力就会使资料回复原状并自行逐渐消除。当外力与内力到达平衡就会使资料回复原状并自行逐渐消除。当外力与内力到达平衡时，内力与外力大小相等，方向相反。单位面积上的内力定义时，内力与外力大小相等，方向相反。单位面积上的内力

36、定义为应力。为应力。 资料受力方式不同，发生形变的方式亦不同，资料受力方式资料受力方式不同，发生形变的方式亦不同，资料受力方式主要有以下三种根本类型：主要有以下三种根本类型：i简单拉伸简单拉伸drawing)： 资料遭到一对垂直于资料截面、大小相等、方向相反并在同资料遭到一对垂直于资料截面、大小相等、方向相反并在同不断线上的外力作用。不断线上的外力作用。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能拉伸应力拉伸应力 = F / A0 A0为资料的起始截面积为资料的起始截面积拉伸应变相对伸长率拉伸应变相对伸长率e = l - l0/l0 = Dl / l0简单拉伸表示图简单拉

37、伸表示图A0l0l l lAFF 资料在拉伸作用下产生的形变称为拉伸应变，也称相对资料在拉伸作用下产生的形变称为拉伸应变，也称相对伸长率伸长率e。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能ii简单剪切简单剪切(shearing) 资料遭到与截面平行、大小相等、方向相反，但不在一条直资料遭到与截面平行、大小相等、方向相反，但不在一条直线上的两个外力作用，使资料发生偏斜。其偏斜角的正切值定线上的两个外力作用，使资料发生偏斜。其偏斜角的正切值定义为剪切应变义为剪切应变。A0FF 简单剪切表示图简单剪切表示图 剪切应变剪切应变 = tg 剪切应力剪切应力 s = F / A0塑

38、塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能iii均匀紧缩均匀紧缩pressurizing)资料遭到均匀压力紧缩时发生的体积形变称紧缩应变资料遭到均匀压力紧缩时发生的体积形变称紧缩应变 V。A0资料经紧缩以后，体积由资料经紧缩以后，体积由V0减少为减少为V，那么紧缩应变：，那么紧缩应变： V = V0 - V/ V0 = DV / V0塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能资料受力方式除以上三种根本类型外，还有弯曲和改动。资料受力方式除以上三种根本类型外，还有弯曲和改动。iv弯曲弯曲bending) 对资料施加一弯曲力矩，使资料发生弯曲。主要有两

39、种方对资料施加一弯曲力矩，使资料发生弯曲。主要有两种方式：式：F一点弯曲一点弯曲1-point bendingF三点弯曲三点弯曲3-point bending塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能v改动改动torsion：对资料施加改动力矩。：对资料施加改动力矩。FF2弹性模量弹性模量 是指在弹性形变范围内单位应变所需应力的大小。是资料是指在弹性形变范围内单位应变所需应力的大小。是资料刚性的一种表征。分别对应于以上三种资料受力和形变的根本刚性的一种表征。分别对应于以上三种资料受力和形变的根本类型的模量如下：类型的模量如下： 拉伸模量杨氏模量拉伸模量杨氏模量E：E =

40、 / 剪切模量刚性模量剪切模量刚性模量G：G = s / 体积模量本体模量体积模量本体模量B：B = p / V塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能3硬度：是衡量资料外表接受外界压力才干的一种目的。硬度：是衡量资料外表接受外界压力才干的一种目的。4机械强度机械强度 当资料所受的外力超越资料的接受才干时，资料就发生破当资料所受的外力超越资料的接受才干时，资料就发生破坏。机械强度是衡量资料抵抗外力破坏的才干，是指在一定条坏。机械强度是衡量资料抵抗外力破坏的才干，是指在一定条件下资料所能接受的最大应力。件下资料所能接受的最大应力。 根据外力作用方式不同，主要有以下三种：

41、根据外力作用方式不同，主要有以下三种： i抗张强度抗张强度 衡量资料抵抗拉伸破坏的才干，也称拉伸强度。衡量资料抵抗拉伸破坏的才干，也称拉伸强度。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能厚度厚度d宽度宽度b 在规定实验温度、湿度和实验速度下，在规范试样上沿轴向在规定实验温度、湿度和实验速度下，在规范试样上沿轴向施加拉伸负荷，直至试样被拉断。施加拉伸负荷，直至试样被拉断。PP 试样断裂前所受的最大负荷试样断裂前所受的最大负荷P与试样横截面积之比为抗张与试样横截面积之比为抗张强度强度 t： t = P / b d塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与

42、性能ii抗弯强度抗弯强度 也称挠曲强度或弯曲强度。抗弯强度的测定是在规定的实也称挠曲强度或弯曲强度。抗弯强度的测定是在规定的实验条件下，对规范试样施加一静止弯曲力矩，直至试样断裂。验条件下，对规范试样施加一静止弯曲力矩，直至试样断裂。 设实验过程中最大的负荷为设实验过程中最大的负荷为P，那么抗弯强度，那么抗弯强度f为：为： f = 1.5Pl0 / bd2 Pdbl0/2l0/2抗弯强度测定实验表示图抗弯强度测定实验表示图塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能iii冲击强度冲击强度impact stength)i 冲击强度也称抗冲强度冲击强度也称抗冲强度, 定义为试

43、样受冲击负荷时单位截定义为试样受冲击负荷时单位截面积所吸收的能量。是衡量资料韧性的一种目的。测定时根本面积所吸收的能量。是衡量资料韧性的一种目的。测定时根本方法与抗弯强度测定类似，但其作用力是运动的，不是静止的。方法与抗弯强度测定类似，但其作用力是运动的，不是静止的。 试样断裂时吸收的能量等于断裂时冲击头所做的功试样断裂时吸收的能量等于断裂时冲击头所做的功W，因此冲，因此冲击强度为：击强度为： i = W / bd冲击强度测定实验表示图冲击强度测定实验表示图冲击头，以一定速度对试样冲击头，以一定速度对试样实施冲击实施冲击Pbl0/2l0/2d塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树

44、脂的构造与性能聚合物的力学形状及其转变聚合物的力学形状及其转变 聚合物的物理形状从热力学和动力学不同角度可分为相态聚合物的物理形状从热力学和动力学不同角度可分为相态和聚集态。和聚集态。 相态是热力学概念，由自在焓、温度、压力和体积等热力相态是热力学概念，由自在焓、温度、压力和体积等热力学参数决议。相态转变伴随着热力学参数的突变。相态的转变学参数决议。相态转变伴随着热力学参数的突变。相态的转变仅与热力学参数有关，而与过程无关，也称热力学形状。仅与热力学参数有关，而与过程无关，也称热力学形状。 聚集态是动力学概念，是根据物体对外场外部作用特聚集态是动力学概念，是根据物体对外场外部作用特别是外力场的

45、呼应特性进展划分，所以也常称为力学形状。力别是外力场的呼应特性进展划分，所以也常称为力学形状。力学形状涉及松弛过程，与时间要素亲密相关。学形状涉及松弛过程，与时间要素亲密相关。 聚合物在不同外力条件下所处的力学形状不同，表现出的聚合物在不同外力条件下所处的力学形状不同，表现出的力学性能也不同。力学性能也不同。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能非晶态聚合物的力学三态及其转变非晶态聚合物的力学三态及其转变 假设对某一非晶态聚合物试样施加一恒定外力，察看假设对某一非晶态聚合物试样施加一恒定外力，察看试样在等速升温过程中发生的形变与温度的关系，便得到试样在等速升温过程中

46、发生的形变与温度的关系，便得到该聚合物试样的温度该聚合物试样的温度-形变曲线或称热形变曲线或称热-机械曲线。机械曲线。 非晶态聚合物典型的热非晶态聚合物典型的热-机械曲线如以下图，存在两个机械曲线如以下图，存在两个斜率突变区，这两个突变区把热斜率突变区，这两个突变区把热-机械曲线分为三个区域，机械曲线分为三个区域，分别对应于三种不同的力学形状，三种形状的性能与分子分别对应于三种不同的力学形状，三种形状的性能与分子运动特征各有不同。运动特征各有不同。形形变变温度温度IIIIII塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 在区域在区域I，温度低，链段运动被冻结，只需侧基、链

47、，温度低，链段运动被冻结，只需侧基、链节、链长、键角等的部分运动，因此聚合物在外力作用下节、链长、键角等的部分运动，因此聚合物在外力作用下的形变小，具有虎克弹性行为：形变在瞬间完成，当外力的形变小，具有虎克弹性行为：形变在瞬间完成，当外力除去后，形变又立刻恢复，表现为质硬而脆，这种力学形除去后，形变又立刻恢复，表现为质硬而脆，这种力学形状与无机玻璃类似，称为玻璃态。状与无机玻璃类似，称为玻璃态。玻璃态玻璃态温度温度形变形变IIIIII塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 随着温度的升高，链段运动逐渐随着温度的升高，链段运动逐渐“解冻，形变逐渐增解冻，形变逐渐增大，

48、当温度升高到某一程度时，链段运动得以充分开展，形大，当温度升高到某一程度时，链段运动得以充分开展，形变发生突变，进入区域变发生突变，进入区域II，这时即使在较小的外力作用下，这时即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学形状称高弹态。状的性能称高弹性，相应的力学形状称高弹态。温度温度形变形变IIIIII玻璃态玻璃态高弹态高弹态塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂

49、的构造与性能 由玻璃态向高弹态发生由玻璃态向高弹态发生突变的区域叫玻璃化转变区，突变的区域叫玻璃化转变区，玻璃态开场向高弹态转变的玻璃态开场向高弹态转变的温度称为玻璃化转变温度温度称为玻璃化转变温度glass temperature)，以，以Tg表示。表示。形变形变温度温度IIIIII玻璃态玻璃态高弹态高弹态玻璃化转变区玻璃化转变区Tg粘流态粘流态粘弹态转变区粘弹态转变区Tf交联聚合物交联聚合物MaMbMb Ma 当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动猛烈，导致整个分当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动猛烈，导致整个分子链质量中心发生相对位移，聚合物完全变为粘性流体，其形变不

50、可逆，这子链质量中心发生相对位移，聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，这种力学形状称为粘流态。高弹态开场向粘流态转变的温度称为粘流温度，以种力学形状称为粘流态。高弹态开场向粘流态转变的温度称为粘流温度，以Tf表示，其间的形变突变区域称为粘弹态转变区。分子量越大，表示，其间的形变突变区域称为粘弹态转变区。分子量越大，Tf越高。交越高。交联聚合物由于分子链间有化学键衔接，不能发生相对位移，不出现粘流态。联聚合物由于分子链间有化学键衔接，不能发生相对位移，不出现粘流态。 玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态。玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的

51、构造与性能树脂的构造与性能晶态聚合物的力学形状及其转变晶态聚合物的力学形状及其转变 在轻度结晶的聚合物中，少量的晶区起类似交联点的作用，在轻度结晶的聚合物中，少量的晶区起类似交联点的作用，当温度升高时，其中非晶区由玻璃态转变为高弹态，可以察看当温度升高时，其中非晶区由玻璃态转变为高弹态，可以察看到到Tg的存在，但晶区的链段由于受晶格能的限制难以运动，的存在，但晶区的链段由于受晶格能的限制难以运动，使其形变遭到限制，整个资料表现为由于非晶区的高弹态而具使其形变遭到限制，整个资料表现为由于非晶区的高弹态而具有一定的韧性，由于晶区的存在具有一定的硬度有一定的韧性，由于晶区的存在具有一定的硬度,象皮革

52、。象皮革。形变形变温度温度Tg塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 由于晶区限制了形变，因此在晶区熔融之前，聚合物由于晶区限制了形变，因此在晶区熔融之前，聚合物整体表现不出高弹态。能否察看到高弹态取决于非晶区的整体表现不出高弹态。能否察看到高弹态取决于非晶区的Tf能否大于晶区的能否大于晶区的Tm。假设。假设TmTf，那么当晶区熔融后，那么当晶区熔融后，非晶区已进入粘流态，不呈现高弹态；假设非晶区已进入粘流态，不呈现高弹态；假设TmTf时才时才进入粘流态。进入粘流态。形变形变温度温度TgTmTfTm40%)聚合物聚合物塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性

53、能树脂的构造与性能力学形状的分子运动特点力学形状的分子运动特点 聚合物的分子运动具有以下特点：聚合物的分子运动具有以下特点： 1运动单元的多重性：运动单元的多重性： 聚合物的分子运动可分为小尺寸单元运动即侧基、支聚合物的分子运动可分为小尺寸单元运动即侧基、支链、链节、链段等的运动和大尺寸单元运动即整个分子链、链节、链段等的运动和大尺寸单元运动即整个分子运动。运动。2聚合物分子的运动是一个松弛过程：聚合物分子的运动是一个松弛过程： 在一定的外力和温度条件下，聚合物从一种平衡形状经在一定的外力和温度条件下，聚合物从一种平衡形状经过分子热运动到达新的平衡形状过程中，需求抑制运动时运过分子热运动到达新

54、的平衡形状过程中，需求抑制运动时运动单元所遭到的大的内摩擦力，这个抑制内摩擦力的过程称动单元所遭到的大的内摩擦力，这个抑制内摩擦力的过程称为松弛过程。松弛过程是一个缓慢过程。为松弛过程。松弛过程是一个缓慢过程。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能3聚合物的分子运动与温度有关：聚合物的分子运动与温度有关： 温度升高作用有两种：添加能量；使聚合物体积膨胀，温度升高作用有两种：添加能量；使聚合物体积膨胀，扩展运动空间。扩展运动空间。 聚合物力学三态的分子运动单元各不一样：聚合物力学三态的分子运动单元各不一样： 玻璃态：温度低，链段的运动处于冻结，只需侧基、链玻璃态：温度

55、低，链段的运动处于冻结，只需侧基、链节、链长、键角等部分运动，形变小；节、链长、键角等部分运动，形变小； 高弹态：链段运动充分开展，形变大，可恢复；高弹态：链段运动充分开展，形变大，可恢复； 粘流态：链段运动猛烈，导致分子链发生相对位移，形粘流态：链段运动猛烈，导致分子链发生相对位移，形变不可逆。变不可逆。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能聚合物的玻璃化转变实际聚合物的玻璃化转变实际 当聚合物发生玻璃化转变时，其物理性能急剧变化。当聚合物发生玻璃化转变时，其物理性能急剧变化。 Tg是聚合物作为塑料运用的最高温度，橡胶运用的最低温度。是聚合物作为塑料运用的最高温度

56、，橡胶运用的最低温度。1转变机理：自在体积实际转变机理：自在体积实际 自在体积实际以为聚合物的体积是由两部分组成：高分子自在体积实际以为聚合物的体积是由两部分组成：高分子链本身所占的体积和高分子链间未被占据的空隙。高分子链间链本身所占的体积和高分子链间未被占据的空隙。高分子链间未被占据的空隙称自在体积。未被占据的空隙称自在体积。 自在体积是分子链进展构象转变和链段运动所需的活动空间。自在体积是分子链进展构象转变和链段运动所需的活动空间。塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 当聚合物冷却时，自在体积逐渐减小，当到达某一温度当聚合物冷却时，自在体积逐渐减小，当到达某一

57、温度时，自在体积收缩到最低值，聚合物的链段运动因失去活动时，自在体积收缩到最低值，聚合物的链段运动因失去活动空间而被冻结，聚合物进入玻璃态。因此自在体积实际以为空间而被冻结，聚合物进入玻璃态。因此自在体积实际以为玻璃化温度就是使聚合物自在体积到达某一最低恒定临界值玻璃化温度就是使聚合物自在体积到达某一最低恒定临界值时的温度。时的温度。2Tg的影响要素的影响要素 i聚合物的构造：聚合物的构造：Tg是链段运动刚被冻结的温度，而链是链段运动刚被冻结的温度，而链段运动是经过主链单键的内旋转来实现，因此段运动是经过主链单键的内旋转来实现，因此Tg与高分子链与高分子链的柔顺性相关，柔顺性好，的柔顺性相关，

58、柔顺性好，Tg低，柔顺性差，低，柔顺性差，Tg高。高。 详细表现如下：详细表现如下：塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能CH2CHCH3CH2OSiOCH3CH3Tg (oC)-18-50-123a。主链构造：主链由饱和单键所组成的聚合物，如。主链构造：主链由饱和单键所组成的聚合物，如-C-C-，-C-N-，-C-O-，-Si-O-等，柔顺性较好，普通等，柔顺性较好，普通Tg不高：不高： 主链中引入孤立双键，可提高分子链的柔顺性，使主链中引入孤立双键，可提高分子链的柔顺性，使Tg降低，降低，如：如：CH2CHCH3Tg (oC)-18CH2-CH=CH-CH2-7

59、3CH3塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能 主链中引入共轭双键、芳环或芳杂环，可提高分子链的主链中引入共轭双键、芳环或芳杂环，可提高分子链的刚性，刚性，Tg升高，如：升高，如：OCCH3CH3COOOH3CH3C聚碳酸酯 聚苯醚Tg (oC)150220塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能b. 侧基或侧链：侧基或侧链： 侧基的极性越强，数目越多，侧基的极性越强，数目越多，Tg越高，如：越高，如：CH2CHCH3Tg (oC)-18CH2CHClCH2CHOHCH2CHCN聚丙烯聚氯乙烯聚乙烯醇聚丙烯腈818590 刚性侧基的体积越大

60、，分子链的柔顺性越差，刚性侧基的体积越大，分子链的柔顺性越差，Tg越高，越高，如：如：CH2CHCH3Tg (oC)-18聚 丙 烯CH2CHC CH3CH3H3CCH2CHCH2CHN聚 (3,3-二 甲 基 -1-丁 烯 ）聚 苯 乙 烯聚 乙 烯 基 咔 唑64100208塑塑 料料 包包 装装 材材 料料树脂的构造与性能树脂的构造与性能柔性侧链越长，分子链柔顺性越好，柔性侧链越长，分子链柔顺性越好，Tg越低，如：越低，如：CH2CCH3COOR（聚甲基丙烯酸酯）R = -CH3， -C2H5， -C3H7， -C 4H9， -C8H17， -C18H37Tg (oC) 105 65 3