第7章聚合物的性质讲述.ppt

聚合物在生产、加工和使用过程中，与其他材料、器件发生接触以至摩擦是免不了的，这时只要在高聚物几百个原子中转移一个电子，就会使整个聚合物带有相当大的电荷量，变成带电体。例如在日常生活中，大家都知道，脱去合成纤维的衣服时，经常会听到放电的响声，在暗处还可以看到放电的辉光。在生产中这类例子更多，塑料从模具中脱下来时常常带有静电。合成纤维在纺丝过程也会带电，吸水性很低的（＜0.5%）聚丙烯腈纤维因摩擦而产生的静电可达1500伏以上。纤维拉伸静电的积累甚至可达上万伏。 更重要的是一旦高聚物带上静电荷以后，由于聚合物的高绝缘性而难以漏导，一些非极性聚合物（聚乙烯等）静电可保持几个月之久。 关于静电产生的机理至今还没有定量的理论，一般认为是聚合物摩擦时，ε大的带正电，ε小的带负电。也就是极性易带正电，非极性高聚物易带负电。 静电序： (+) 尼龙66 羊毛 蚕丝 聚氨酯 皮肤 纤维素（棉）乙酸纤维素 聚甲基丙烯酸甲酯 聚乙烯醇缩甲醛 聚对苯二甲酸乙二醇酯 聚丙烯腈 聚氯乙烯 聚碳酸酯 聚氯醚 聚偏二氯乙烯 聚苯乙烯 聚乙烯 聚丙烯 聚四氟乙烯 (-) 2．静电的危害和利用 一般来说，静电作用在聚合物加工和使用过程中是个不利因素。 （1）静电妨碍正常的加工工艺。尤其是合成纤维工业中特别突出。摩擦生电产生吸引或排斥力，使合成纤维在纺丝、牵伸、织布、打包等各道工序都发生困难。 （2）静电作用损坏产品质量。例如高聚物由于静电吸附灰尘或水气而影响材料的质量，胶卷会因为吸尘而影响清晰度，静电电压超过4000伏时会发生电火花而使胶片感光。涤纶制成的录音带由于涤纶片基放电产生噪音会影响录音质量。 （3）可能危机人身及设备安全。静电引起的火花放电，在有易燃易爆物质存在的场合下，会酿成巨大的灾祸。有人统计，化学工业中的事故大约有十分之一是由静电所引起的。 因此防止静电所产生的危害是有重要意义的。 静电另一方面人们又用它来为人类服务，静电复印、静电照相，日常生活中利用氯纶的静电来治疗关节炎也是人们熟知的。 3．静电的防止 为消除静电，目前，使用较为广泛的是抗静电剂，即将抗静电剂加到聚合物材料中，或涂布在聚合物材料的表面上，以提高材料表面的导电性，使带电的聚合物材料迅速放电，以防止静电的积聚。 抗静电剂是一些表面活性剂，如阴离子型（肥皂、烷基磺酸钠、芳基磺酸酯等）；阳离子型（季胺盐、胺盐等），以及非离子型（聚乙二醇等）。 在纤维纺丝工序中则采取“上油”的措施，给纤维表面涂上一层具有吸湿性的油剂，它吸收空气中的水分而增加导电性。而在塑料中，抗静电剂常作为添加剂添加到塑料中，依靠抗静电剂扩散到塑料表面而起作用。例如PVC糖果纸的生产中要将100张PVC薄膜叠在一起进行剪裁，如果不加抗静电剂，切好的糖果纸很难分开，这时就需要添加内用型的抗静电剂。 * * 晶态聚合物存在非晶区，非晶区在不同温度下也会产生非晶态聚合物的力学三态，但随着结晶程度的不同，其宏观表现不同。 * 随着结晶度的增加，晶区对形变的限制也增大，一般当结晶度40%以后，聚合物中的微晶区会彼此衔接，形成贯穿整块材料的连续相，材料变得坚硬，外力引起的形变很小，甚至观察不到明显的玻璃化转变。 * ｀ 四元件模型，更好地模拟蠕变。 e1 e2 e3 e1 e2 e3 e1 e2 e3 多元件模型 广义Maxwell模型 广义Voigt模型 2. 动态粘弹性 （1）滞后现象 当外力不是静力，而是交变力（即应力大小呈周期性变化）时，应力和应变的关系就会呈现出滞后现象。所谓滞后现象，是指应变随时间的变化一直跟不上应力随时间的变化的现象。 例如，自行车行驶时橡胶轮胎的某一部分一会儿着地，一会儿离地，因而受到的是一个交变力（图7-58）。在这个交变力作用下，轮胎的形变也是一会儿大一会儿小的变化。形变总是落后于应力的变化，这种滞后现象的发生是由于链段在运动时要受到内摩擦力的作用。当外力变化时，链段的运动跟不上外力的变化，所以落后于应力，有一个相位差δ。相位差越大，说明链段运动越困难。 7.3 聚合物的力学性质 （2）力学损耗（内耗） 当应力与应变有相位差时，每一次循环变化过程中要消耗功，称为力学损耗或内耗。相位差δ又称为力学损耗角，人们常用力学损耗角的正切tanδ来表示内耗的大小。 从分子机理看，橡胶在受拉伸阶段外力对体系做的功，一方面改变链段构象，另一方面克服链段间的摩擦力。在回缩阶段体系对外做功，一方面使构象改变重新卷曲，另一方面仍需克服链段间的摩擦力。这样在橡胶的一次拉伸－回缩的循环中，链构象完全恢复，不损耗功，所损耗的功全用于克服内摩擦力，转化为热。内摩擦力越大，滞后现象越严重，消耗的功（内耗）也越大。所以橡胶轮胎行驶一段时间后会烫手。