高分子性能要点课件

第五章：高分子材料的基本

性能目的：掌握高分子材料的基本性能的普遍规律-------核心能够运用结构及分子运动基本理论进行分析公共信箱：gaofzcly@163.com

密码：gaojin第五章：高分子材料的基本

性能目的：掌握高分子材料的基本性能1

力学性能

热性能

电性能

溶液性能

渗透性能

化学性能

燃烧性能＃

分子设计及改性的基本思路及途径物理性能化学性能力学性能＃分子设计及改性的基本思路及途径物理性能化学性2高分子材料的导热性与金属相比如何？用高分子复合材料做换热器，对导热的要求？如何解决？高分子材料的热膨胀性与金属相比如何？给材料应用带来什么的问题？如何解决？提高高分子材料的耐热性能途径？高分子材料的导热性与金属相比如何？3§5.2

热性能一、导热性------差

结晶>非晶；M增大，导热性增大；微孔，导热性大幅度下降

导热线膨胀耐热§5.2热性能一、导热性------差导热4高分子性能要点ppt课件51原因：无自由电子，

分子间传递热小于分子链传递2、应用：保温、隔热例：PU、PS、泡沫塑料直埋式热力管线等3、如何提供导热性：添加导热粉末例：耐蚀换热器（70％石墨～金属）§5.2

热性能一、导热性1原因：无自由电子，§5.2热性能一、导热性6二、热膨胀性及比热容1、比热容大----热容量大2、热膨胀性*

线膨胀系数远远大于金属的（表）T增大，膨胀系数增大，在转变温度时增大幅度加大问题：热尺寸稳定性保护层开裂、脱壳、涂层厚度问题解决：填料玻璃钢中玻璃纤维的作用§5.2

热性能二、热膨胀性及比热容1、比热容大----热容量大2、热膨胀性7高分子性能要点ppt课件8三、耐热性热变形性－－力、热的作用使用条件（T、力、t)材料自身性能（热转变温度）要求的变形性（尺寸、弹性、刚性）§5.2

热性能物理变化注意：使用环境的其它要求与热稳定性的区别？？例：PP、PVC不同温度下力学性能的比较三、耐热性热变形性－－力、热的作用使用条件（T、力、t91、度量：升温速度为50℃/h,将悬臂梁式弯曲力矩50公斤/厘米2作用于试样上，当试样的自由端下降6毫米的温度。马丁耐热温度：升温速度为12℃/6min，在长120mm、高15mm、宽3～13mm的试样中部，以简支梁方式施加最大弯曲正压力为18.5kg/cm2（或4.6kg/cm2)的弯曲负荷，当试样达到规定的弯曲形变值的温度。

热变形温度：一定升温速度，以5kg或1kg的负荷使面积为1mm2的圆柱形压针压入试样达1mm深时的温度。维卡耐热温度：（注意：时间、力、尺寸因素）三、耐热性§5.2

热性能1、度量：升温速度为50℃/h,将悬臂梁式弯曲力矩510高分子性能要点ppt课件112、改善材料耐热性的方法：

－－－－提高Tg、Tm、Tf提高力学性能增大分子链的刚性；增大分子间作用力；交联、结晶；复合增强。三、耐热性§5.2

热性能2、改善材料耐热性的方法：－－－－提高Tg、Tm、Tf12高分子材料的电阻率高，举例说明给应用带来的优势，举例说明带来的问题？如何解决？对导电高分子材料的电性能要求？种类？应用？高分子材料的电阻率高，举例说明给应用带来的优势，举例说明带来13§5.3电性能特征1）大多数高分子材料电阻率高，是绝缘体。实际应用：抗静电问题？导电高分子材料的种类及基本性能与应用。§5.3电性能特征1）大多数高分子材料电14§5.3电性能特征介电常数(系数）：－－－衡量电介质极化程度的物理量，表征了电介质储存电能的能力

非极性聚合物介电常数为2左右，极性为3~93)介电损耗：极性越大，介电损耗越大；非极性聚合物一般<10-4；极性的在10-1～5×10-3

含电介质的电容器的电容与相应真空电容之比介电现象的产生是由于分子极化§5.3电性能特征介电常数(系数）：含电15§5.3电性能特征3)介电损耗：极性越大，介电损耗越大；非极性聚合物一般<10-4；极性的在10-1～5×10-3静电现象*：严重-----不安全因素原因：高电阻率使之积累大量静电荷

一般介电常数大的带正电，小的带负电；

抗静电措施：填加导电添料；金属粉、碳黑加入极性基团（共聚、共混）－－增加吸湿性表面处理§5.3电性能特征3)介电损耗：极16§5.3电性能特征§5.3电性能特征175）导电高分子材料复合型：通过分散复合、层积复合加入各种导电性物质例：Ag粉导电胶电阻率达到10－5结构型：新型，应用广泛a具有共轭双键－－电子导体例：聚乙炔、聚苯胺

b电荷转移复合体－－固体电介质“合成金属”例：聚乙烯吡啶体系§5.3电性能特征应用：智能材料，屏蔽材料电池－－－－－5）导电高分子材料b电荷转移复合体－－固体电介质“18§5.3电性能特征§5.3电性能特征19比较分析尼龙、聚乙烯、有机玻璃的溶解过程有何不同？如何分析高分子材料的耐溶剂性能？如顺丁胶、丁氰橡胶耐汽油性能比较？如何选择高分子材料溶剂体系？比较分析尼龙、聚乙烯、有机玻璃的溶解过程有何不同？20§5.4溶液性能

浓溶液：-----成型加工,涂料、胶等应用稀溶液：浓度<1％------测分子量、分布，链的理论研究耐溶剂性能一、高分子溶液特点

1、粘度大；2、性能随浓度的变化大，浓度大，可为凝胶状，甚至有机械性能；3、高分子溶液是真溶液，是热力学稳定体系4、稀溶液的热力学性质和理想溶液有很大偏差；（而小分子稀溶液的热力学性质一般接近理想溶液）5、溶解过程缓慢；意义：小分子浓度如何变，均为液体§5.4溶液性能浓溶液：-----成型加工,涂料21二、溶解过程特点1、非晶高聚物：首先是溶胀：然后高分子分散在溶剂中。小分子渗入，溶剂分子与链段作用，体积增大。

3、结晶高聚物：破坏晶格------溶胀-------溶解（吸热熔融）极性结晶高聚物：非晶区溶胀，溶剂化作用，放热，来破坏晶格。非极性结晶高聚物：必须加热到熔点附近，结晶熔融，

应用意义：耐蚀保护例子等2、交联高聚物：只能有限溶胀，不能溶解。§5.4溶液性能结晶的不完善性二、溶解过程特点1、非晶高聚物：小分子渗入，溶剂分子与链段作22§5.4溶液性能§5.4溶液性能23三、溶剂选择原则（耐溶剂性原则）1、极性相近原则：

极性高聚物溶解在极性溶剂中，非极性高聚物溶解在非极性溶剂中，例：未硫化橡胶-----汽油、苯、二甲苯聚乙烯醇-------水、乙醇丁氰橡胶耐油性好§5.4溶液性能三、溶剂选择原则（耐溶剂性原则）1、极性相近原则：例：未硫化242、溶解度参数相近原则：δ=(CED)1/2分析溶解过程：所以：ΔHm越小，越易溶解即：δ越接近越好一般：δ之差小于1.5，认为较好溶解ΔG<0，自发进行

极性：基团间强烈作用，溶解时放热，即ΔHm<0所以：ΔG一定小于零

非极性：ΔHm>0（吸热)§5.4溶液性能非极性高聚物三、溶剂选择原则（耐溶剂性原则）2、溶解度参数相近原则：δ=(CED)1/2分析溶解过程：25三、溶剂选择原则（耐溶剂性原则）§5.4溶液性能三、溶剂选择原则（耐溶剂性原则）§5.4溶液性能26三、溶剂选择原则（耐溶剂性原则）§5.4溶液性能三、溶剂选择原则（耐溶剂性原则）§5.4溶液性能27

混合溶剂：§5.4溶液性能混合溶剂：§5.4溶液性能283、溶剂化原则：

根据基团的亲电、亲核性，选择与之相反亲电（核）性的溶剂，且极性略大。F质-剂>F质-质，才能分离三、溶剂选择原则（耐溶剂性原则）§5.4溶液性能3、溶剂化原则：根据基团的亲电、亲核性，选择与之29高分子材料渗透性能与结构的关系？由此分析高分子材料作为保护材料、透过膜如何选择材料？如何提高性能？高分子材料渗透性能与结构的关系？由此分析高分子材料作为保护材30§5.5渗透性能一、渗透率：J=q/(A.t）q---渗透量:吸入的介质重/试样重单位时间、单位面积、单位重量的试样吸收的介质量二、渗透规律：稳态下（渗入＝渗出）由Fick第一定律：J=D(C0-C)/L

D:扩散系数

非稳态：Fick第二定律渗透前期：q/Q=A(Dt/L2)1/2

渗透后期：ln（1－q/Q)=－B.D.t/L2Q:平衡渗入量§5.5渗透性能一、渗透率：单位时间、单位面积、单位重31内因：D,L外因：T、t、浓度差1、高聚物结构：堆砌密度越大，D越小

结晶、取向、交联、刚性有利于提高抗渗性能。对介质的亲和力：越大，D越大三、影响渗透扩散的因素§5.5渗透性能内因：D,L1、高聚物结构：三、影响渗透扩散的因素§5.32高分子性能要点ppt课件33高分子性能要点ppt课件342、介质：体积越大，D越小

流线型,D增大与材料的亲和性越大，D越大

改变表面极性，具有“疏液”性，可提高抗渗性三、影响渗透扩散的因素§5.5渗透性能2、介质：改变表面极性，三、影响渗透扩散的因素§5.535高分子性能要点ppt课件363、复合材料界面结合力越大，D越小（界面粘合力）6、温度：越高，D越大结构越紧密，对T的敏感性越大；5、介质浓度：浓度大，J大；4、厚度（L）：增大，抗渗能力增大。增大有效渗透距离三、影响渗透扩散的因素§5.5渗透性能3、复合材料6、温度：越高，D越大5、介质浓度：4、厚度（L37

环境应力开裂1、条件：主要为表面活性介质2、原因：与材料表面活性关系密切大介质（半惰性）有助于减少裂纹产生所需要的表面;（Griffith理论）；起到局部增韧作用（热涨落理论）。

首先产生银纹----------在环境化学介质作用下（不发生溶胀、不发生化学反应），强度大幅度下降的现象。例：PP环境应力开裂1、条件：主要为表面活性介质2、原因：与材38环境应力开裂环境应力开裂393、因素：不同高聚物，能产生环境应力开裂的介质不同。

Δδ＝3左右同一高聚物，分子量越大，越不易发生；杂质、缺陷、内应力增大，越易发生；晶区界面影响大；材料越软，越不易；越硬，越易；＃改性措施：改变材料的表面活性环境应力开裂3、因素：不同高聚物，能产生环境应力开裂的介质不同。40高分子材料老化失效的主要类型？其机制是什么？高分子材料自然环境老化的主要环境因素？聚乙烯、聚氯乙烯；顺丁胶、三元乙丙胶的耐老化情况？说明原因。高分子材料老化失效的主要类型？其机制是什么？41§5.6化学反应

条件：有可反应点（官能团、键、双键等）介质(氧、热、紫外线、化学介质）＋高聚物的可反应点分子量下降、交联、扩链、改性性能下降

腐蚀可利用老化§5.6化学反应条件：有可反应点（官能团、键、双键等）42一、化学老化1、光、热、核辐射、氧化（介质）------自由基反应

高分子弱键分别在上述因素作用下（或协同作用下）产生自由基，自由基进一步发生链转移、终止反应，从而断键、交联。弱键：不饱和键；叔C上的H；α烯烃上的H防老化措施:加入各种稳定剂紫外线吸收剂、光屏蔽剂、热稳定剂、抗氧剂主要作用：捕捉自由基，使之稳定例：亚磷酸三苯酯，硫醇§5.6化学反应双氧水、浓硫酸、浓硝酸等Td例：PVC、西部环境问题、SBS与三元乙丙胶的比较、有机硅类一、化学老化1、光、热、核辐射、氧化（介质）------自由43高分子性能要点ppt课件44一、化学老化§5.6化学反应一、化学老化§5.6化学反应452、水解、醇解等化学反应

对于由缩聚反应而得的杂链高分子材料,在一定条件下存在逆反应。*：T、酸、碱的影响显著§5.6化学反应一、化学老化2、水解、醇解等化学反应对于由缩聚反应而得463、生物侵蚀：一般合成高分子材料耐生物侵蚀，主要考虑：

所加助剂天然高分子的改性（如醇酸树脂）提供温床

实际应用是多因素共同作用，相互促进，甚至产生协调效应。§5.6化学反应一、化学老化3、生物侵蚀：一般合成高分子材料耐生物侵蚀，主要考虑：所474、影响因素

1）抗渗性能2）键能抗氧化：Si-O>杂链>C链3）弱键：不饱和键；叔C上的H；α烯烃上的H活性基团浓度。4）键的极性越大，水解越易；耐酸性：醚>酰胺或亚酰胺>酯>硅氧耐碱性：酰胺或亚酰胺>酯一、化学老化§5.6化学反应4、影响因素一、化学老化§5.6化学反应48高分子性能要点ppt课件49二、其它化学反应1、取代基反应如：PVA的缩醛化处理苯环的硝化、磺化2、叔C上的HCl2PVC过氯乙烯光、热PVC~CH=CH－CH2~-HCl碱§5.6化学反应二、其它化学反应1、取代基反应如：PVA的缩醛化处理苯环的硝503、双键的进一步反应如：氯化橡胶、SBS的加H4、交联（双键、官能团）辐射、固化剂例：不饱和聚酯、丙烯酸树脂、无溶剂涂料材料表面改性、辐射固化涂层

应用广5、扩链工程塑料成型后，利用端基进一步反应，分子量成倍增加，力学性能大幅度改善。§5.6化学反应二、其它化学反应3、双键的进一步反应如：氯化橡胶、SBS的加H4、交联（双51三、力化学性能

力活化过程：在机械作用下加速了化学过程包括：力降解、力合成、力结构化、力化学流动1、力降解:力活化产生自由基，进一步反应发生在：塑炼、粉碎、磨碎、抛光等过程中，后果：*分子量下降，分布变化*产生新大端基，如PE拉伸中可产生含氧基团*溶解度变化、可塑性改变------原因：分子量变*力结构化：交联，例：PVC在180℃塑炼*力流动：交联聚合物在力作用下产生流动，在新的状态下又重新合成网络例：酚醛树脂、硫化橡胶

§5.6化学反应三、力化学性能力活化过程：在机械作用下加速了化学过程52高分子性能要点ppt课件532、力合成：力活化产生自由基进行链增长、支化、交联例：共混改性时产生嵌段、接枝共聚物在水分存在下，甲基丙烯酸甲酯与SiO2一起分散：§5.6化学反应二、其它化学反应2、力合成：例：共混改性时产生嵌段、接枝共聚物§5.6化54如何评价高分子材料的阻燃性能？比较PP、PVC、尼龙、有机硅、聚碳酸酯的阻燃性能。如何评价高分子材料的阻燃性能？55§5.7燃烧性能一、燃烧过程及机理

机理：自由基连锁反应

阻燃剂：抑制自由基（`OH)的产生§5.7燃烧性能一、燃烧过程及机理机理：自由基连56高分子性能要点ppt课件57二、氧指数-----维持燃烧时的最低氧气浓度1）是衡量燃烧难易的重要指标。

易燃材料：氧指数<21％难燃材料：氧指数：21％～27％(具有一定的自熄性）高难燃材料：氧指数：>27%

2）基于空气中氧气的含量21％，将高分子材料分为：§5.7燃烧性能二、氧指数-----维持燃烧时的最低氧气浓度1）是衡量燃烧58难燃性：含卤素的>有机硅>杂链>碳链（取代基为烷基或H最宜燃）难燃性：含卤素的>有机硅>杂链>碳链59三、阻燃--------加入阻燃剂、无机填料作用：

1、吸热效应，例：氢氧化铝2、覆盖效应：防火发泡涂料、磷酸酯类化合物3、稀释效应：受热产生不燃性气体:CO2、HCl、H2O等4、转移效应：磷酸抑制可燃性气体的产生；5、抑制效应：溴、氯有机化合物，连锁反应抑制剂；与·OH自由基作用生成水；6、协同作用§5.7燃烧性能三、阻燃--------加入阻燃剂、无机