4 高聚物的分子运动和力学状态.ppt

第四章高聚物的分子运动和力学状态 橡胶材料：室温下富有弹性，在-100°C时则 变成硬脆状 塑料（有机玻璃）：室温下是硬脆的玻璃状，而 在~100 °C时变成柔软有弹性的橡皮状 高聚物 高聚物 的微观 分子运动 的宏观 结构 性能 §1 高聚物分子运动的特点 分子运动单元的多重性 分子运动的松弛特性 分子运动的温度依赖性 §1 高聚物分子运动的特点 1—1 运动单元的多重性 〈1〉高分子整链的运动 高分子链质量中心发生位移。 1—1 运动单元的多重性 〈2〉高分子链段的运动 “链段”是指高分子链中作为运动单 元的某一段 （一般，约为几十个σ 单键） 高分子链的构象发生变化 高分子链的质量中心位置不变 1—1 运动单元的多重性 〈3〉高分子链中的小运动单元 链节、键长、键角、侧基和支链 等的运动 §1 高聚物分子运动的特点 1—2 高分子分子运动的松弛特性 一个过程的完成需要一定的时间 热力学上称松弛过程 分子运动具有松弛特性 1—2 高分子分子运动的松弛特性 试验：拉伸某高聚物，拉伸长度为△X0 去除外力观察△X（T）随时间的变化。 1—2 高分子分子运动的松弛特性 为松弛时间 其值取决于分子运动单元的大小 由于高聚物分子运动单元的多重性 因此，实际上高聚物的分子运动具 有许多个松弛时间———— 松弛时间谱： 1—3 分子运动的温度依赖性 温度的作用 温度 分子热运动能 使更活化 温度 体积 分子运动空间 最终使松弛时间 1—3 分子运动的温度依赖性 对于玻璃态下的分子运动有： 对于高弹态时的分子运动有： §2 高聚物的力学状态和热转变 2—1 线型非晶态高聚物的三个力学状态 ★ 物质力学状态（物理状态） 和所处条件有关 （温度、压力等） 2—1 线型非晶态高聚物的三个力学状态 气态 低分子物 液态 温度增加 固态 液态（粘性流体）粘流态 高分子物 固态（软如橡胶）高弹态 固态（硬如玻璃）玻璃态 2—1 线型非晶态高聚物的三个力学状态 线型非晶高聚物的形变～温度关系曲线 实验示意 线型非晶高聚物的形变～温度关系曲线 Tg ——玻璃化转变温度 Tf ——粘流温度 2—1 线型非晶态高聚物的三个力学状态 玻璃态 ： * 模量大，1010～12达因/厘米2 * 形变小，～1% 或更小 * 形变可逆且瞬时完成 * 为塑料性状 分子运动机制：仅有链节侧基等小单元能运动,分子链段和整个分子链处冻结状 2—1 线型非晶态高聚物的三个力学状态 高弹态 ： * 模量小，105～7达因/厘米2 * 形变大，可达800%或更大 * 形变可逆、是一个松弛过程 * 为橡胶性状 分子运动机制： 分子链段解冻可以进行运动 2—1 线型非晶态高聚物的三个力学状态 粘流态： * 模量极小可流动 * 形变很大 * 形变不可逆、是一个松弛过程 * 呈粘性流动状 分子运动机制：整个分子链解冻，可以运动,使高分子链质量中心发生位移的运动 2—2 线型晶态高聚物的力学状态 《1》结晶度40 % 晶体部分较少主要组分为非晶态 宏观的力学状态同非晶高聚物 存在三种力学状态和二个转变温度 2—2 线型晶态高聚物的力学状态 《2》结晶度40 % 晶区较多——形成连续结晶相——材料变硬 晶区熔融后的力学状态有二种情况：(???) 分子量很大时：晶区熔融——进入高弹态 ——温度继续升高——进入粘流态 分子量不太大时：晶区熔融——直接进入 高弹态 2—2 线型晶态高聚物的力学状态 2—3 体型（交联）高聚物的力学状态 交联高