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浅析高分子性能与组成和结构的关系介绍 浅析高分子性能与组成和结构的关系介绍 PAGE / NUMPAGES 浅析高分子性能与组成和结构的关系介绍 专家讲座 1.6 浅析高分子材料性能与组成、结构的关系 北京工商大学 教授 王锡臣 一． 概述 1． 高分子材料及其分类： 相对分子质量超过 10000 的化合物称之高分子材料， 又称高聚物或聚合物。 高分子材料可分天然高分子 （如淀粉、 纤维素、 蚕丝、羊毛等） 和合成高分子， 通常所说高分子材料指的是后者。 按其应用来分，高分子材料可分为塑料、橡胶、化纤、涂料和粘合剂五大类，有时又将塑料和橡胶合称为橡塑。由于大量新材料的不断出现，上述分类方法并非十分合理。 2． 决定高分子材料性能主要因素： （ 1）化学组成： 高分子材料都是通过单体聚合而成，不同单体，化学组成不同，性质自然也就不一样，如聚 乙烯是由乙烯单体聚合而成， 聚丙烯是由丙烯单体聚合而成的， 聚氯乙烯是由氯乙烯单体聚合而成。由于单体不同，聚合物的性能也就不可能完全相同。 （ 2）结构： 同样的单体即化学组成完全相同， 由于合成工艺不同， 生成的聚合物结构即链结构或取代基空间取向不同， 性能也不同。 如聚乙烯中的 HDPE 、LDPE 和 LLDPE ，它们的化学组成完全一样，由于分子链结构不同即直链与支链，或支链长短不同，其性能也就不同。 3）聚集态 高分子材料是由许许多多高分子即相同的或不相同的分子以不同的方式排列或堆砌而成的 聚集体称之聚体态。 同一种组成和相同链结构的聚合物， 由于成型加工条件不同， 导致其聚集态结构不同，其性能也大不相同。高分子材料最常见的聚集态是结晶态、非结晶态，又称玻璃态和 橡胶态。聚丙烯是典型的结晶态聚合物，加工工艺不同，结晶度会发生变化，结晶度越高，硬度和强度越大，但透明降低。 PP 双向拉伸膜之所以透明性好，主要原因是由于双向拉伸后降低了结晶度，使聚集态发生了变化的结果。 （ 4）分子量与分子量分布（相对分子质量与相对分子质量分布） ： 对于高分子材料来说， 分子量大小将直接影响力学性能， 如聚乙烯虽然都是由乙烯单体聚合 而成，分子量不同，力学性能不同，分子量越大其硬度和强度也就越好。如 PE 蜡，分子量一般 为 500~5000 之间，几乎无任何力学性能，只能用作分散剂或润滑剂。而超高分子量聚乙烯，其 分子量一般为 70~120 万，其强度都超过普通的工程塑料。表 -1 列出 LDPE 性能与相对分子质量 的关系。 表-1 LDPE 性能与数均相对分子质量（ ）的关系 ×104 3.2 2.8 2.4 2.0 性能 4.8 熔体流动速率 /g/10min 0.3 2 7 20 70 拉伸强度 /MPa 15.8 12.8 10.7 9.2 — 断裂伸长率 /% 620 600 500 300 150 缺口冲击强度 /kJ/m2 ~54 ~54 ~54 ~54 ~54 110 第二届改性塑料新技术、新产品（配方设计与加工）推广培训班 讲 义 高分子材料实际上是不同分子量的混合体， 任何高分子材料都是由同一种组成而分子量却不 相同的化合物构成。 通常所说的分子量大小是指的平均分子量。 分子量分布这一专用述语是用来 表示该聚合物中各种分子量大小的跨度。 分子量分布越窄即跨度越小， 同样平均分子量的高分子 材料其耐低温脆折性和韧性越好，而耐长期负荷变形和耐环境应力开裂性下降。 3． 表征高分子材料性能常用的两个物理量： （ 1）密度： 单位体积物质的质量称之密度，其单位一般用 g/cm3 表示。对于高分子材料来说，密度大小 表示高分子链之间接近的程度， 或者说密堆积的程度。 同一种高分子材料， 密度大小将表示支链 化的程度。支链化程度越小，密度越大，材料的硬度强度越好，而韧性降低。表 -2 列出聚乙烯 性能与密度的关系。 表 -2 聚乙烯性能与密度的关系 密度 /g/cm 3 0.91~0.92 0.93~0.94 0.95~0.96 0.97~0.98 性能 相对硬度 / 邵氏 1 2 3 4 拉伸强度 /MPa 14.4 17.5 24.5 33.5~40.0 断裂伸长率 /% 500 300 100 20~25 缺口冲击强度 /kJ/m2 54 27 21 16~18 软化点 /℃ 105 118 124 127 从表 -2 中所列数据可以看出，断裂伸长率和缺口冲击强度之间成正比关系，而与硬度和拉 伸强度则成反比关系。这种规律几乎适用于所有高分子材料。断裂伸长率和缺口冲击强度越大， 材料的韧性越好，而强度相反越小。 （ 2）熔体流动速率— MFR ： 熔体流动速率 （ MFR ）是指在规定的试验条件下， 10min 内挤出的热塑性高分子材料的量 （见 GB/T2035