第一章 高分子材料学.ppt

1、第一章 高分子材料学,一、构成的元素种类及其连接方式 元素即主链的构成元素。 C-C：碳链高分子； C-O，C-N，C-S：杂链高分子； 主链含P，B，Si等：元素有机高分子。 例：主链上C-O，C-N，C-S，易无规逐步降解，加工时要干燥，H2O0.05。,第一节 影响高分子材料性能的化学因素,一、构成的元素种类及其连接方式 共价键 键能不同，成型时的稳定性，使用时的耐候性和降解性也不同。 表12（p17）,一、构成的元素种类及其连接方式 侧基（取代基） 虽然主链为主要影响因素，但侧基也影响Tg，Tm，降解，老化，水解，耐热性，力学性能。表13（p18）,二、立体规整性 高分子化合物空间构型

2、： 等规立构（ p20，表14） 间规立构（ p20，表15） 无规立构。 几何位置： 分子链中各原子的几何位置不一样，性能不一样。例：1、4聚丁二烯的顺式，反式性能不一样。,三、共聚物的组成及序列分布 组成 例：丁腈橡胶（NBR18,24,40）,三、共聚物的组成及序列分布 序列分布 无规共聚物 嵌段共聚物 接枝共聚物 例：丙烯-乙烯共聚物的种类、特点和用途（P20表16）,四 交联 交联使性能改善： P21，表17 热塑性塑料：PE 热固性塑料：三维立体结构（复合材料） 橡胶：二维网状结构 影响交联密度的因素：温度，时间，反应官能度，应力，交联剂用量， （ P22表18 ）,五 端基 来源

3、 聚合过程中引发剂的残基 不同的链终止方式 歧化终止 偶合终止 向单体、引发剂、溶剂、分子质量调节剂等的链转移 未反应的残留官能团等 端基主要影响热性能和光热稳定性 利用端基可进行改性和功能化,六 结构缺陷（P24，自学） 七 支链 影响力学性能，加工性能，物理性能等。 例：P26，图1-2， 不同支链数的PE,一、 相对分子质量及其分布 对玻璃化温度Tg的影响： 与相对分子量成正比 对成型加工性能的影响： 相对分子量升高，黏度升高，加工流动性下降，成型困难,第二节 影响材料性能的物理因素,一、 相对分子质量及其分布 成型加工方法： 分 子 量：低高 熔融指数：大小 加工方法：纺丝注射中空吹塑

4、挤出 （P29表117）（P29表118）（P29表119） 制品性能 相对分子量分布与成型性和制品性能,二、结晶性 聚合物本身的结晶性能影响加工性能和材料性能。 聚合物在成型加工中的结晶： 分子链结构 成型条件 后处理方式 添加成核剂,二、结晶性 高分子的链结构与结晶关系 （P31有利因素） 聚合方法与结晶性 （P32表121，表122） 结晶过程：在加工过程中，熔体冷却结晶通常生成球晶；在高应力作用下，熔体能生成纤维状晶体。,二、结晶性 成型方法与结晶性 1、熔融温度和熔融时间 熔体中残存的晶核数量和大小与成型温度有关，也影响结晶速度。 加工时的熔融温度高，或熔融时间长，则聚合物在成型前所

5、具有的结晶结构被破坏得多，残存得晶核少，熔体冷却时主要以均相成核形成晶核，故结晶速度慢，结晶尺寸较大。 反之，如熔融温度低，或熔融时间短，则残存晶核在熔体冷却时会引起异相成核作用，故结晶速度快，结晶尺寸小而均匀，有利于提高机械性能和热变形温度。 所以：T高（低）t长（短）结晶速度慢（快）,二、结晶性 成型方法与结晶性 2、成型压力 成型压力增加，应力和应变增加，结晶度随之增加，晶体结构，形态，结晶大小等也发生变化。 低压生成大而完整的球晶 高压生成小而形状不很规整的球晶。,二、结晶性 成型方法与结晶性 3、冷却速度 成型时的冷却速度（从Tm降低到Tg以下温度的速度，主要看冷却介质的温度Tc）影

6、响制品能否结晶，结晶速度，结晶度，结晶形态和大小等。 TcTmax，缓冷，结晶度提高，球晶大； Tc=Tg 中速冷，有利晶核生成和晶体长大，性能好。,通常，采用中等的冷却速度，冷却温度选择在Tg最大结晶速度的温度Tmax之间,二、结晶性 成型后后处理方法与结晶性 （1）二次结晶是指一次结晶后，在残留的非晶区和结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程。 这个过程相当缓慢，有时可达几年，甚至几十年。 （2）后结晶指一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程 在这一过程中，不形成新的结晶区域，而在球晶界面上使晶体进一步长大，是初结晶的继续 。,（3）后收缩指制品脱模后，在室温下存放1h后

7、所发生的、到不再收缩为止的收缩率 以上情况均对性能不利，可通过热处理，加速这两个过程的解决，但不彻底。,二、结晶性 成核剂与结晶性 添加成核剂可提高结晶速度，促进微晶生成，制品透明性提高。 （P34表124，1-25） 结晶性和物性 受结晶度影响的物性有：拉伸强度，弹性模量，冲击强度，耐热性（热变形温度），耐化学药品性，吸水性，透明性，气体透过性，成型收缩率等。（很大程度与结晶结构有关）（P35表126）（P36表127，128）,三、粒径与径度分布 对PVC影响较大，对经过造粒的PE、PC、PP、PS、POM、PET等影响较小 颗粒形态和粒径（P37表129） 粒径不同，将影响 增塑剂在树脂

8、中的分散状态 热稳定性 孔隙率、单体脱吸附性、发泡性 透明性、电绝缘性等 （ P37表130， P38图112 ）,四、成型加工过程中的取向 取向与解取向产生的原因： 在流动中，由于在管道或型腔中沿垂直于流动方向上各不同部位的流动速度不相同，存在速度梯度，卷曲的长链分子受到剪切力的作用，将沿流动方向舒展伸直和取向。 另一方面，由于熔体温度很高，分子热运动剧烈，也存在解取向作用。,四、成型加工过程中的取向 取向的形式： 单轴取向的结构单元只朝一个方向 双轴取向的结构单元朝两个方向（平面取向）,四、成型加工过程中的取向 1 流动取向 聚合物熔体或浓溶液中，高分子化合物的分子链，链段或其他几何形状不

9、对称的添加剂，沿剪切流动的运动方向排列。 如：在聚合物加工过程中，聚合物熔体或浓溶液常在加工设备的管道和型腔中流动剪切流动。,四、成型加工过程中的取向 1 流动取向 注射成型中聚合物的流动取向结构很复杂，取决于制品的形状尺寸，浇口位置等。,四、成型加工过程中的取向 2 拉伸取向 （1）类型 粘流拉伸 TTf 因为T很高，解取向很快，所以有效取向度低。又因为温度高，粘度低，故拉伸不稳定，易造成液流中断。所以，此范围内，拉伸要恒定，不停顿。 此种拉伸主要存在于纺丝,塑性拉伸 TgTTf 近Tg 拉伸应力大于屈服应力，在高弹态大分子作为独立结构单元发生近解缠和滑移。 主要存在于真空成型和热成型,高弹

10、拉伸 TgTTf 近Tg 拉伸应力小于屈服应力，取向为链段形变和位移，故取向程度低，又因为温度低，解取向少，所以有效取向度大。 主要存在于成型加工后处理。,四、成型加工过程中的取向 2 拉伸取向 （2）结晶和非结晶聚合物的拉伸 非晶聚合物 TgTTf 结晶聚合物 TgTTmax 随着拉伸取向的进行，结晶度会有所提高,四、成型加工过程中的取向 3 影响高分子化合物取向的因素 （1）高分子化合物的结构 （2）低分子化合物 （3）成型温度 （4）拉伸比,五、熔体粘度对成型性能的影响 1、链结构与极性 2、相对分子质量及其分布 3、温度 4、压力 5、剪切速率 6、助剂,第三节 制造方法及组成对高分子材料性能的影响 结合所学的高分子化学、高分子物理、高聚物合成工艺学课程知识自学,课后作业：,1、 影响高分子材料老化的主要因素有哪些？ 2、 影响高分子材料性能的化学因素有哪些？ 3、 影响高分子