[工学]材料物理第18-20章：高聚物的分子运动及高聚物的电学性质.ppt

3)、硬弹性材料的拉伸行为 硬弹性聚丙烯的应力-应变曲线 高抗冲聚苯乙烯的硬弹性行为 4)、应变诱发塑料——橡胶转变 第一次拉伸超过屈服点后，试样从塑料渐变为橡胶； 再拉伸则出现第二条曲线。 (2)、高聚物的理论强度 1)、高聚物微观断裂过程的三种模型 a、b：可以归结为化学键的断裂或分子间的滑脱 c：可以认为是范德华力或氢键盘的破坏 2)、三种模型对应的理论强度 (a )是化学共价键的断裂，强度很大，理论计算的结果为： σ=20 GPa (b )是分子间的滑脱，则所有的氢键和范德华力全部被破坏，总的内聚能比共价键的要大10倍以上； ? 是在分子排列垂直方向受力，只是部分的范德华力和氢键受破坏。根据范德华力和氢键的解离能可以计算，是与实际测出的高度取向纤维的强度同一数量级的。 (3)、实际影响高聚物的强度的因素 强度主要由主链的化学键力和分子间力决定， 因此：极性基因对强度有大的影响； 结晶取向对强度有明显影响； 各种缺陷会严重降低材料的强度： 填料也对材料的强度有不同效果的影响， 活性填料会增强材料的强度； 惰性填料则会使强度降低。 * * 要点 1、高聚物的分子热运动 2、高聚物的玻璃化转变 3、高聚物的粘性流动 重点 第十八章：高聚物的分子运动 1、高聚物的分子热运动 一种高聚物，结构不变，如果分子运动的情况不同，也会表现出不同的宏观性质。 因此高分子材料物理的主要内容： 1)、材料的微观结构； 2)、链段内部的分子运动和 3)、材料的宏观物理性质。 (1)、运动系统的多重性 以整个高分子链运动（大尺寸运动单元的运动）——布朗运动； 也可以是支链、侧基、链段（小尺寸运动单元的运动）——微布朗运动； 整个分子可像小分子作：振动、转动和移动； 高分子的一部分可做相对其他部分的转动、移动和取向； 整个分子移 动靠各链段的协同移动实现。 (2)、松弛过程 由于高分子受到摩擦阻力的作用，分子从一种平衡态通过热运动到新的平衡态，过程非常缓慢，称：松驰过程。 改变长度与时间的关系是一个指数关系。 ?x0——是外力去除前高聚物增加的长度； ?x(t)——是去除外力后，在 t 时间测出高聚物增加的长度； ? ——是常数，称松驰时间。图如下： 高聚物的分子热运动 高聚物的松弛曲线 Δx ?x0/e 0 x 1)、温度对松驰时间的影响 松驰时间与温度的关系： 对于由链段运动引起的玻璃化转变过程，是聚合物的另一类松弛过程。上式不适用，用 WLF 半经验方程表征松驰时间与温度的关系： ?s 是某一参考温度 Ts 下的松弛时间，C1 和 C2 是经验常数。 松弛过程所需的激活能 (3)、高分子热运动与温度的关系 2)、温度对形变的影响 在较低温的玻璃态，是弹性形变； 在较高温时，变成了柔软的弹性体，变形量很大，到高温时 (Tf) 形变变成了粘性流动。如下图： 高聚物的分子热运动 非晶高聚物的温度形变曲线 2、高聚物的玻璃化转变 (1)、测量玻璃化转变的方法 高聚物在玻璃化时，其物理性能发生的急剧的变化； 对非晶高聚物的应用来说，玻璃化转变温度是是一个最重要的参数，可用玻璃化转变过程中发生显著变化或突变的物理性质来测量，就能得到转变点； 有四种方法： a、利用体积变化的方法 膨胀计方法，测量高聚物体积或比体积随温度的变化，从体积或比体积对温度曲线两端直线外推，其交点对应的温度就是 Tg， 即：体积——温度曲线； 高聚物的玻璃化转变 b、利用热力学性质变化的方法: 主要有差热分析（DTA）和示差扫描量热计（DSC）。 在玻璃化转变区：高聚物的焓随温度的变化与体积随温度的变化相似， 热容（或比热容）与体膨胀系数相对应。即：焓——温度曲线； c、利用力学性质变化的方法 玻璃转化时，高聚物的力学性质有很大的变化，利用这类性质变化测量 Tg。 如静态测量温度形变曲线和模量——温度曲线，以及动态力学测量方法。 即：模量——温度曲线； d、利用