高聚物的力学性能材料科学基础课件.ppt

分子运动的多样性:具有多种运动模式由于高分子的长链结构,分子量不仅高,还具有多分散性,此外,它还可以带有不同的侧基,加上支化,交联,结晶,取向,共聚等,使得高分子的运动单元具有多重性,或者说高聚物的分子运动有多重模式具有多种运动单元如侧基、支链、链段、整个分子链等各种运动单元的运动方式:链段的运动:主链中碳-碳单键的内旋转,使得高分子链有可能在整个分子不动,即分子链质量中心不变的情况下,一部分链段相对于另一部分链段而运动侧基的运动:侧基运动是多种多样的,如转动,内旋转,端基的运动等高分子的整体运动:高分子作为整体呈现质量中心的移动晶区内的运动:晶型转变,晶区缺陷的运动等分子运动的时间依赖性:在一定的温度和外力作用下,高聚物分子从一种平衡态过渡到另一种平衡态需要一定的时间;因为各种运动单元的运动都需克服内摩擦阻力,不可能瞬时完成。这个过程称为松弛过程,完成这个过程所需要的时间叫松弛时间。分子运动的温度依赖性:温度升高,使分子的内能增加运动单元做某一模式的运动需要一定的能量,当温度升高到运动单元的能量足以克服的能垒时,这一模式的运动被激发温度升高使聚合物的体积增加分子运动需要一定的空间,当温度升高到使自由空间达到某种运动模式所需要的尺寸后,这一运动就可方便地进行一、聚合物的力学状态高分子不同的运动机制在宏观上表现为不同的力学状态:1、线形非晶态高聚物的力学状态:将一块线形非晶态聚合物试样,在恒应力作用下等速升温,观察聚合物的形变与温度的关系,所得曲线称为温度形变曲线或热机械曲线温度形变曲线形变温度TgTf玻璃态高弹态橡胶态粘流态玻璃化转变区域粘流转变区域非晶态聚合物Tg–glasstransitiontemperature玻璃化转变温度Tf–viscosityflowtemperature粘流温度Therelationshipbetweenmodulusandtemperature模量与温度的关系TgTfET同样可以分为“三态”“两区”“三态两区”的特点玻璃态:分子链几乎无运动,聚合物类似玻璃,通常为脆性的,模量为104~1011Pa玻璃化转变:整个大分子链还无法运动,但链段开始发生运动,模量下降3~4个数量级,聚合物行为与皮革类似高弹态:链段运动激化,,称之为高弹态,,聚合物表现出橡胶行为“三态两区”的特点粘流转变:,:大分子链受外力作用时发生位移,且无法回复。行为与小分子液体类似Tg的学术意义:聚合物分子链柔性表征高聚物的特征指标高聚物分子柔性越大,玻璃化转变温度越低。另外,对于相对分子质量足够高的高聚物,Tg几乎不依赖于相对分子质量。