高分子物理各大影响因素汇总.ppt

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1、影响高分子链的柔顺性的因素,主链结构主链完全由C-C键组成的碳链高分子都具有较大的柔性。如PE，PP。当主链中含O，N，Si等杂原子时，柔顺性较好。当主链中引入不能内旋转的芳环、芳杂环等环状结构，柔顺性下降。当主链中由共轭双键组成时，柔顺性差，是刚性链。如聚乙炔、聚苯。当主链中含孤立双键时，柔顺性好。如聚丁二烯、聚异戊二烯是橡胶。,侧基取代基极性增加，分子柔顺性下降。取代基在高分子链上分布的密度增大，则柔性下降。取代基在主链上的分布如果有对称性，则比不对称性的柔性好。非极性侧基的体积越大，内旋转位阻越大，柔顺性越差。链的长短分子链较短，内旋转产生的构象数少，柔性差，刚性大。分子链较长，主链所含

2、的单键数目多，因内旋转而产生的构象数目多，柔顺性好。,分子间作用力氢键使分子链不能旋转，可大大增加分子链的刚性。如蛋白质、纤维素、尼龙等。结晶降低聚合物的柔顺性，如聚乙烯由于结晶，不是橡胶而是塑料。交联使柔顺性大大降低，如橡胶含硫30以上是硬橡皮，没有弹性。分子链的规整性：分子结构愈规整，则结晶能力愈强，而高分子一旦结晶，则柔顺性大大降低。温度：温度上升，柔顺性增加。外力：外力作用时间长，柔性容易显示；相反则表现僵硬。溶剂：溶解性好，则分子链充分舒展，柔性好。,影响高分子结晶能力的因素,链的对称性升高，结晶能力升高，如PTFE。链的空间立构规整性上升，结晶能力提高，如全同PP、间同PMMA。链

3、柔顺性好，结晶能力强，如聚乙烯即使从熔融态直接投入到液氮中也仍能结晶。无规共聚通常使结晶能力下降。分子间氢键使结晶能力上升，如尼龙。支化越多，结晶下降；交联越多，结晶也下降。,聚合物结晶速率的影响因素,分子链结构：凡分子结构对称、规整性好、柔性好、分子间作用力强的聚合物易结晶，结晶速率也快。温度：温度对结晶速度的影响极大，温度较高，结晶速率小；随着温度下降，结晶速率增加；温度再进一步降低，结晶速率又下降；当TTg时，则不能结晶。应力：应力能使分子链沿外力方向有序排列，可提高结晶速度。分子量：在相同条件下，一般分子量低结晶速度快。杂质：杂质影响较复杂，有的可阻碍结晶的进行，有的则能加速结晶（成核

4、剂）。溶剂：有的溶剂能明显地促进高聚物结晶，例如水能促进尼龙和聚酯的结晶。总之，结晶能力越强，结晶速度也越大。,提高聚合物熔点的措施,主链上引入极性基团侧链上引入极性基团使高分子链间形成氢键主链上引入共轭双键，氢键或环状结构。侧链上引入庞大而刚性的侧基，用定向聚合方法使侧基规则排列后解结晶。,玻璃化转变温度的影响因素,主链结构主链饱和，分子链上没有极性或具有位阻大的取代基团存在，Tg较低。主链上含有孤立双键，链也较柔顺，Tg较低。如天然橡胶、顺丁橡胶。主链上有芳环、芳杂环,Tg较高，如聚碳酸酯。侧基或侧链侧基在高分子链上的分布不对称，则侧基极性，Tg。侧基能形成氢键，也使 Tg。极性侧基在高分

5、子链上分布对称，则极性基的静电场相互抵消，高聚物有较大的柔性，Tg 较低。空间位阻效应刚性的大侧基，会使单键的内旋转受阻，Tg 季碳原子上一个甲基作不对称取代，空间位阻将增大，Tg 长而柔的侧链反而会使Tg。,分子量：随着 M，Tg；分子量超过某一限度后，M对 Tg的影响就不明显了。分子间作用力氢键：分子间氢键可使Tg显著提高。金属离子：聚合物合成中加入金属离子形成含离子聚合物可使其Tg大幅度上升。交联的影响：随着化学交联点密度的增加，链柔顺性也减小，Tg。增塑剂：极性和非极性增塑剂均可使高聚物Tg下降。共聚：共聚物的Tg通常是介于单体单元均聚物的Tg之间，并与共聚方法、共聚单体性质及单体的配

6、比有关。共混：共混的相容性通常以其Tg的情况来表征。相容性极好则共混物的Tg只有一个；相容性较好，出现相互靠近的二个Tg；相容性差，仍保持原来物质的二个Tg。,升温速度：升温速度快，Tg高，升温速度慢，Tg低；降温速度快，Tg高，降温速度慢，Tg 低。外力：单向的外力促使链段运动，因而使Tg降低。外力越大，降低越多。作用时间：外力作用时间短、频率大，聚合物形变跟不上环境条件的变化，使测得的Tg 偏高。流体静压力：当高聚物受流体静压力作用时，内部的自由体积将被压缩，链段活动受限制，柔性减小，Tg；静压力越大，Tg 越高。,影响Tf的因素,分子结构：柔性好，Tf低；柔性差，Tf高。分子量：分子量越

7、大，运动时内摩擦阻力越大，位移运动不易进行，Tf越大，这对成型加工是不利的。外力：外力越大，Tf越低，外力作用时间越长，Tf越低，反之则越大。,影响高分子液体剪切粘度的因素,实验条件和生产工艺条件温度升高，粘度随温度升高以指数形式降低。切变速率：对柔性链，提高切变速率，熔体黏度降低。切应力：对柔性链，提高切应力，熔体粘度降低。压力：压力增大，自由体积减小，粘度增加。大分子结构参数分子结构：分子链刚性越大，分子间力越大，粘度也很大。分子量：分子量增大，材料粘度迅速升高。分子量分布：分布宽，则小分子部分充当增塑剂，高聚物柔软，粘度较低；反之则较高。支化：短支链多，流动性好，粘度低；长支链多，形成缠

8、结，粘度提高。配合剂：填充补强材料使体系粘度上升；软化增塑材料使体系粘度下降。共混：加入第二组分，可降低熔体粘度，改善加工性能。凡能使玻璃化温度升高的因素，往往使粘度提高。,影响内耗的因素,温度：温度在Tg以下，tg很小；随着温度上升，tg增大，出现内耗峰；温度进一步升高，tg减小，内耗减少；直到温度超过Tf，内耗又急剧增加。外力作用频率：1/，该运动单元基本上来不及跟随交变的外力而发生运动，tg几乎为零。当1/，运动单元的运动完全跟得上作用力的变化，tg几乎为零。只有当 1/，运动单元运动跟上，但又不能完全跟上外应力的变化，tg出现极大值，产生内耗峰。分子结构：结构简单，分子间力小，内摩擦阻

9、力小，链段运动容易，松弛时间短，tg小。,影响拉伸行为的外部因素,温度：温度升高，分子链段热运动加剧，松弛过程加快，表现出材料模量和强度下降，伸长率变大。当温度TTb时，材料呈韧性断裂。拉伸速率：由时温等效原理，减慢拉伸速率与升高温度有同等效果。当拉伸速率高于脆-韧转变速率时，材料呈脆性断裂，反之为韧性断裂。环境压力：随着环境压力升高，材料强度增高，伸长率变大，出现典型屈服现象，材料发生脆-韧转变，由脆性断裂转为韧性断裂。,影响断裂强度的因素,分子量：超过最小聚合度，随分子量增大，材料强度逐步增大。当分子量相当大，致使分子间作用力的总和超过了化学键能时，材料强度主要取决于化学键能的大小。结晶度

10、：随着结晶度上升，材料的屈服强度、断裂强度、硬度、弹性模量均提高，但断裂伸长率和韧性下降。晶体形态：同一聚合物，伸直链晶体的拉伸强度最大，串晶次之，球晶最小。晶粒尺寸：均匀小球晶能使材料的强度、伸长率、模量和韧性得到提高，而大球晶将使断裂伸长和韧性下降。交联：随交联程度提高，橡胶材料的拉伸模量和强度都大大提高，达到极值强度后，又趋于下降；断裂伸长率则连续下降。取向：对于脆性材料，取向使材料在平行于取向方向的强度、模量和伸长率提高，甚至出现脆-韧转变，而在垂直于取向方向的强度和伸长率降低。对于延性、易结晶材料，在平行于取向方向的强度、模量提高，在垂直于取向方向的强度下降，伸长率增大。温度：温度升

11、高，材料屈服强度明显降低。拉伸速率：拉伸速率提高，屈服强度上升。,影响抗冲击强度的因素,缺口：缺口处应力集中，缺口曲率半径越小，应力集中效应越显著。有缺口试样的抗冲强度远小于无缺口试样。温度：温度升高，材料抗冲击强度随之增大。对无定形聚合物，当温度升高到玻璃化温度附近或更高时，抗冲击强度急剧增大。结晶度：结晶度为40-60%时，材料的断裂伸长率高，韧性很好，抗冲强度高，结晶度再增大则下降。结晶形态：均匀小球晶的材料抗冲击韧性好，而大球晶韧性差。取向：对取向材料，当冲击力与取向方向平行，冲击强度因取向而提高，若冲击力与取向方向垂直，冲击强度下降。共混、共聚：可以大幅度改善脆性塑料的抗冲击性能。如丁二烯与苯乙烯共聚得到高抗冲聚苯乙烯。填充、复合：在热固性树脂及脆性高分子材料中添加纤维状填料，可以提高基体的抗冲击强度。若在聚苯乙烯这样的脆性材料中添加碳酸钙之类的粉状填料，则往往使材料抗冲击性能进一步下降。,