第1章高分子聚合物结构特点与性能

1、高等教育出版社高等教育出版社高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社第第1 1章章 高分子聚合物结构特点与性能高分子聚合物结构特点与性能塑料成型工艺与模具设计电子教案塑料成型工艺与模具设计电子教案 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质 高分子聚合物的结构特点高分子聚合物的结构特点1.11.21.3第一章第一章 高分子聚合物结构特点与性能高分子聚合物结构特点与性能 聚合物聚合物在成型过程中的物理化学变化在成型过程中的物理化学变化1.41 1.1.1 高分子聚合物分子的结构特点高分子聚合物分子的结构特点1.1.1 高分子与低分子高分子与低分子 高聚物的相对

2、分子质量比低分子化合物高得多。高聚物的相对分子质量比低分子化合物高得多。1.1.2 高聚物的结构特点高聚物的结构特点图1.1高聚物的结构示意图1 1.1.1 高分子聚合物分子的结构特点高分子聚合物分子的结构特点1.1.2 高聚物的结构特点高聚物的结构特点 1高分子链结构特点高分子链结构特点 （1）高分子呈现链式结构）高分子呈现链式结构 （2）高分子链具有柔性）高分子链具有柔性 （3）高聚物的多分散性）高聚物的多分散性图1.2聚合物分子的链结构图2高聚物的聚集态结构特点高聚物的聚集态结构特点 （1）聚集态结构的复杂性）聚集态结构的复杂性 （2）具有交联网络结构）具有交联网络结构1 1. .2 2

3、 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能1.2.1聚合物分子运动单元的多重性聚合物分子运动单元的多重性 高分子运动主要包括四种类型：高分子运动主要包括四种类型：（1 1） 分子链的整体运动分子链的整体运动（2 2） 链段的运动链段的运动（3 3） 链节、支链和侧基的运动链节、支链和侧基的运动（4 4） 晶态聚合物的晶区内也存在分子运动晶态聚合物的晶区内也存在分子运动1 1. .2 2 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能1.2.2聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能 1. 非晶态高聚物的热力学性能非晶态高聚物的热力学性能曲线分为曲线分为三个阶段三个阶段，即线型无定形聚合物常存在的，即线型无定形聚

4、合物常存在的三种物理状态三种物理状态:玻玻璃态、高弹态和黏流态。璃态、高弹态和黏流态。1 1. .2 2 聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能1.2.2聚合物的热力学性能聚合物的热力学性能 2. 晶态高聚物的热力学性能晶态高聚物的热力学性能 1 1. .3 3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质1.3.1 牛顿流体与非牛顿流体牛顿流体与非牛顿流体 流体在管内一般有流体在管内一般有层流层流和和湍流湍流两种流动状态。两种流动状态。 牛顿流体是指当流体以切变方式流动时，其切应力与剪切速率间存在线性关系。牛顿流体是指当流体以切变方式流动时，其切应力与剪切速率间存在线性关系。 牛顿流体的牛顿流体的流变

5、方程式流变方程式为为 不服从牛顿流动规律的流动称为非牛顿型流动，具有这种流动行为的液体称为不服从牛顿流动规律的流动称为非牛顿型流动，具有这种流动行为的液体称为非牛顿流体非牛顿流体。1a1annKK 1 1. .3 3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质1.3.2 假塑性液体的流变学性质及其影响因素假塑性液体的流变学性质及其影响因素 1假塑性液体的流变学性质假塑性液体的流变学性质 当当n时，这种黏性液体称为时，这种黏性液体称为假塑性液体假塑性液体。 对于假塑性流体而言，当流体处于中等剪切速率区域时，流体变形和流动所对于假塑性流体而言，当流体处于中等剪切速率区域时，流体变形和流动所需的切应力随剪

6、切速率而变化，并呈指数规律增大；流体的表观黏度也随剪切需的切应力随剪切速率而变化，并呈指数规律增大；流体的表观黏度也随剪切速率而变化，呈指数规律减小。这种现象称为假塑性液体的速率而变化，呈指数规律减小。这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化剪切稀化”。1 1. .3 3 聚合物的流变学性质聚合物的流变学性质1.3.2 假塑性液体的流变学性质及其影响因素假塑性液体的流变学性质及其影响因素 2影响假塑性液体流变性的主要因素影响假塑性液体流变性的主要因素 （）（） 聚合物本身的影响聚合物本身的影响 支链程度越大，黏度就越高，则熔体的流动性就越低。支链程度越大，黏度就越高，则熔体的流动性就越低。 聚合物的

7、相对分子质量较大时，宏观上表现为熔体的表观黏度加大。聚合物的相对分子质量较大时，宏观上表现为熔体的表观黏度加大。 聚合物中的相对分子质量分布越宽，聚合物的熔体黏度就越小，熔体流动性就聚合物中的相对分子质量分布越宽，聚合物的熔体黏度就越小，熔体流动性就越好，但成型的塑件性能并不理想。越好，但成型的塑件性能并不理想。 尽量使用相对分子质量分布较窄的材料。尽量使用相对分子质量分布较窄的材料。 （）（） 聚合物中添加剂的影响聚合物中添加剂的影响 （）（） 温度及压力对聚合物熔体黏度的影响温度及压力对聚合物熔体黏度的影响1 1. .4 4 聚合物成型过程中的物理化学变化聚合物成型过程中的物理化学变化1.

8、4.1 聚合物在成型过程中的物理变化聚合物在成型过程中的物理变化 1聚合物的结晶聚合物的结晶 结晶态聚合物是指，在高聚物微观结构中存在一些具有结晶态聚合物是指，在高聚物微观结构中存在一些具有稳定规整稳定规整排列排列的分子的区域，这些分子有规则紧密排列的区域称为结晶区。的分子的区域，这些分子有规则紧密排列的区域称为结晶区。存在结晶区的高聚物称为结晶态高聚物。存在结晶区的高聚物称为结晶态高聚物。1 1. .4 4 聚合物成型过程中的物理化学变化聚合物成型过程中的物理化学变化1.4.1 聚合物在成型过程中的物理变化聚合物在成型过程中的物理变化 1聚合物的结晶聚合物的结晶 聚合物一旦发生结晶，则其聚合

9、物一旦发生结晶，则其性能性能也将随之产生相应变化：也将随之产生相应变化：聚合物聚合物密度密度增加；增加；使聚合物的使聚合物的拉伸强度拉伸强度增大；增大；冲击强度冲击强度降低；降低；弹性模量弹性模量变小；变小；聚合物的聚合物的软化温度和热变形温度软化温度和热变形温度提高；提高；使成型的塑件使成型的塑件脆性脆性加大；加大；表面表面粗糙度粗糙度值增大；值增大；塑件的塑件的透明度透明度降低甚至丧失。降低甚至丧失。1 1. .4 4 聚合物成型过程中的物理化学变化聚合物成型过程中的物理化学变化1.4.1 聚合物在成型过程中的物理变化聚合物在成型过程中的物理变化 2聚合物的取向现象聚合物的取向现象 当线型

10、高分子受到外力而充分伸展的时候，其长度远远超过其宽度，当线型高分子受到外力而充分伸展的时候，其长度远远超过其宽度，这种结构上的不对称性，使它们在某些情况下很容易沿某特定方向做占这种结构上的不对称性，使它们在某些情况下很容易沿某特定方向做占优势的平行排列，这种现象称为优势的平行排列，这种现象称为取向取向。 宏观上取向一般分为宏观上取向一般分为拉伸取向拉伸取向和和流动取向流动取向两种类型。两种类型。 聚合物取向的结果是导致高分子材料的力学性质、光学性质以及热性聚合物取向的结果是导致高分子材料的力学性质、光学性质以及热性能等方面发生了显著的变化。能等方面发生了显著的变化。 聚合物的取向性质已被广泛应

11、用于工业生产中，牵伸工艺、吹塑成型聚合物的取向性质已被广泛应用于工业生产中，牵伸工艺、吹塑成型工艺。工艺。1 1. .4 4 聚合物成型过程中的物理化学变化聚合物成型过程中的物理化学变化1.4.2 聚合物在成型过程中的化学变化聚合物在成型过程中的化学变化 1聚合物的降解聚合物的降解 降解降解是指聚合物在某些特定条件下发生的大分子链断裂、侧基的改变、是指聚合物在某些特定条件下发生的大分子链断裂、侧基的改变、分子链结构的改变及相对分子质量降低等高聚物微观分子结构的化学变分子链结构的改变及相对分子质量降低等高聚物微观分子结构的化学变化。化。 按照聚合物产生降解的不同条件可把降解分为很多种，主要有按照聚合物产生降解的不同条件可把降解分为很多种，主要有热降解、水热降解、水降解、氧化降解、应力降解降解、氧化降解、应力降解等。等。 2聚合物的交联聚合物的交联 聚合物的交联通常是针对聚合物的交联通常是针对热固性塑料热固性塑料而言的。而言的。 热固性塑料在进行成型加工后，其内部的聚合物分子结构会发生化学变化，热固性塑料在进行成型加工后，其内部的聚合物分子结构会发生化学变化，聚合物的大分子与交联剂作用后，其线型分子结构能够向聚合物的大分子与交联剂作用后，其线型分子结构能够向三维体型结构三维体型结构发展，并