第九讲-高聚物的热性能.pptVIP

聚合物的耐热性和热稳定性与加工性能的关系耐热性、热稳定性的提高和加工成型是一对矛盾二、高聚物的热膨胀橡胶下面挂一砝码，升高温度时，橡胶伸长还是缩短？二、高聚物的热膨胀（一）热膨胀理论材料受热一般都会发生膨胀，膨胀分为：一维膨胀：线膨胀；二维膨胀：面膨胀；三维膨胀：体膨胀简单固体理路表明，体膨胀系数直接与热容Cv成正比：对于各向同性材料，体膨胀系数β式中为线膨胀系数。热膨胀的内在机理是什么？温度的升高导致原子在平衡位置的振幅增加！影响材料热膨胀系数的决定性因素是什么？材料组分原子间相互作用力的强弱！分子晶体：范德华力结合，热膨胀系数很大，约为10-4K-1；原子晶体：共价键结合，热膨胀系数小，约为10-6K-1；高聚物：分子链方向是共价键，而垂直于分子链方向则是范德华力，因此结晶聚合物和取向聚合物的热膨胀表现出各向异性；对于各向同性的高聚物，热膨胀取决于分子链间的弱作用，热膨胀系数大。各种材料的热膨胀系数取向对聚合物的热膨胀系数的影响：非晶聚合物取向前：非晶态聚合物在Tg前后具有不同的热膨胀系数（可以测定Tg）；取向后：∥∥非晶态聚合物拉伸取向，分子链沿拉伸方向倾斜，导致拉伸方向上膨胀系数骤降和垂直方向上的增加（10-30%），/体现出材料的各向异性；取向对于不同高聚物膨胀系数的影响各不相同；解释非晶高聚物各向异性的模型：集合体模型高聚物是由许多各向异性的单元组成的聚集体，单元的性能与高聚物的性能相同；各向同性的聚合物是单元的无规组合，聚合物宏观无序，微观有序；高聚物取向时，组成的单元沿拉伸方向转动，单元变为一定程度的有序集合，高聚物表现为各向异性；解释材料各向异性的模型：集合体模型对于部分取向的高聚物，其热膨胀可以用串联模型（单元热膨胀加和）和并联模型（单元热膨胀倒数加和）计算。对于串联模型，热膨胀系数为：对于并联模型，只需要在上式中将α用α-1取代。上式中：是取向函数，是单元轴与拉伸方向的夹角。和分别是集合体模型中基本单元在垂直和取向方向的热膨胀系数，分别对应范德华力和共价键所对应的热膨胀。∥**第九讲高聚物的热性能本章主要内容：一、高聚物的热稳定性和耐高温的高聚物材料二、高聚物的热膨胀三、高聚物的热传导四、高聚物的阻燃一、高聚物的热稳定性和耐高温高聚物材料（一）高聚物的热稳定性一、高聚物的热稳定性和耐高温高聚物材料（一）高聚物的热稳定性一、高聚物的热稳定性和耐高温高聚物材料（一）高聚物的热稳定性与金属材料和陶瓷材料相比，高聚物使用温度低、易于老化；如何提高高聚物的耐热性和热稳定性一直是高聚物研究的热点；目前已经研制出多种耐高温高聚物，如PI：短期可耐480℃高聚物的受热行为：物理变化：软化，熔融化学变化：环化，交联，降解，分解，氧化，水解等表征热稳定性的参数：玻璃化转变温度Tg熔融温度Tm热分解温度Td热变形温度或者维卡耐热温度高聚物的结构与耐热性的关系1）高分子链的刚性与耐热性的关系分子链的刚性越高，玻璃化转变温度和熔融温度越高；提高高聚物耐热性最重要的方法：提高聚合物的刚性如何提高刚性？尽量减少单键，引进共轭双键、三键或环状结构如：芳香族聚酯，芳香族聚酰胺，聚苯醚，聚苯并咪唑，聚苯并噻唑，聚酰亚胺2）高聚物的结晶性与耐热性的关系高聚物的结晶度对耐热温度有重要影响，结晶度越高，耐热性越好。如何提高结晶度？高效催化剂；主链或者支链中引入强极性基团；引入氢键，如羟基、氨基、腈基等；增加分子链的对称性；3）交联与耐热性的关系交联高聚物链间的化学键阻碍分子链的运动，从而增加了高聚物的耐热性交联是提高聚合物耐热性的有效手段，如XLPE耐热性可以达到250温度，超过聚乙烯的熔融温度；热固性树脂大都具有良好的耐热温度橡胶能否利用交联提高热稳定性？（二）高聚物的热分解研究聚合物热分解的意义：通过热分解可以研究高聚物的热稳定性，从而确定其加工温度、加工方法和使用温度范围；可以用来回收高聚物制品，如PMMA，PET，再生胶等利用热分解碎片可以分析高聚物的化学结构，如裂解色谱-质谱连用，在线热重-红外光谱连用常见高聚物的热分解温度（二）高聚物的热分解聚合物热分解的本质：化学键的断裂！影响聚合