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高分子物理详细重点总结

名词解释:1.时间依赖性:在一定的温度和外力作用下,高聚物分子从一种平衡态过渡到另一种平衡态需要一定的时间2.松弛时间τ:橡皮由ΔX(t)恢复到ΔX(0)的1/e时所需的时间3.4.5.松弛时间谱:松弛过程与高聚物的相对分子质量有关,而高聚物存在一定的分子量分布,因此其松弛时间不是一个定值,而呈现一定的分布。

6.时温等效原理:升高温度或者延长观察时间(外力作用时间)对于聚合物的分子运动是等效的,对于观察同一个松弛过程也是等效的。

7.模量:材料受力时,应力与应变的比值8.玻璃化温度:为模量下降最大处的温度。

9.自由体积:任何分子的转变都需要有一个自由活动的空间,高分子链活动的空间10.自由体积分数(f):自由体积与总体积之比。

11.自由体积理论:当自由体积分数为2.5%时,它不能够再容纳链段的运动,链段运动的冻结导致玻璃化转变发生。

12.物理老化:聚合物的某些性质随时间而变化的现象13.化学老化:聚合物由于光、热等作用下发生的老化14.外增塑:添加某些低分子组分使聚合物T g下降的现象15.次级转变或多重转变:Tg以下,链段运动被冻结,存在需要能量小的小尺寸运动单元的运动16.结晶速率:物品结晶过程进行到一半所需要时间的倒数17.结晶成核剂:能促进结晶的杂质在结晶过程中起到晶核的作用18.熔融:物质从结晶态转变为液态的过程19.熔限:结晶聚合物的熔融过程,呈现一个较宽的熔融温度范围20.熔融熵S m:熔融前后分子混乱程度的变化21.橡胶: 施加外力时发生大的形变,外力除去后可以恢复的弹性材料22.应变: 材料受到外力作用而所处的条件使其不能产生惯性移动时,它的几何形状和尺寸将发生变化23.附加应力:可以抵抗外力的力24.泊松比:拉伸实验中材料横向应变与纵向应变比值的负数25.热塑性弹性体:兼有橡胶和塑料两者的特性,在常温下显示高弹,高温下又能塑化成型26.力学松弛:聚合物的各种性能表现出对时间的依赖性27.蠕变:在一定的温度下和较小恒应力的持续作用下,材料应变随时间的增加而增大的现象28.应力松驰:在恒定温度和形变保持不变条件下,聚合物内部应力随时间的增加而逐渐衰减的现象29.滞后:聚合物在交变应力作用下形变落后于应力变化的现象30.力学损耗或者内耗:单位体积橡胶经过一个拉伸~回缩循环后所消耗的功31.储存模量E’:同相位的应力与应变的比值32.损耗模量E”:相差90度相位的应力振幅与应变振幅的比值33.Boltzmann叠加原理:聚合物的力学松弛行为是其整个历史上各松弛过程的线性加和34.应变软化:随应变增大,应力不再增加反而有所下降35.银纹屈服:聚合物受到张应力作用后,由于应力集中产生分子链局部取向和塑性变形,在材料表面或内部垂直于应力方向上形成的长100、宽10、厚为1微米左右的微细凹槽或裂纹的现象36.裂纹:由于分子链断裂而在材料内部形成的空隙,不具有强度,也不能恢复。

37.应力银纹——当应力达到临界应力值后在聚合物材料内部引发形成的银纹38.环境银纹——在环境和应力的共同作用下,在远低于临界应力值时在聚合物材料内部引发形成的银纹39.剪切屈服:拉伸韧性聚合物材料到达屈服点时,试样在与拉伸方向成450角的方向上出现剪切滑移变形40. 脆性断裂:在屈服之前发生,断面平滑,断裂能很小。

41. 韧性断裂:在屈服之后发生,断面粗糙,断裂能很大。

42. 牛顿流体:凡流动行为符合牛顿流动定律的流体43. 非牛顿流体:凡流动行为不符合牛顿流动定律的流体 44. 表观黏度:随切变速率或切应力变化而变化的某一点的切应力与切应变比值45. 熔融指数 MI :指在一定的温度下和规定负荷下(2160g ),10min 内从规定直径和长度的标准毛细管内流出的聚合物的熔体的质量46. 巴拉斯效应:熔体挤出模孔后,挤出物的截面积比模孔的截面积大的现象 填空题:1.结构是决定分子运动的内在条件,性能是分子运动的宏观表现 2.玻璃化转变实质是:链段运动的松弛过程,熔融转变的实质是整链运动的热力学相变3.高分子运动特点:分子运动的多样性,多重性,温度,时间依赖性 4. 高分子的热运动:高分子链的整体运动,链段运动,链节、支链、侧基的运动,晶区的分子运动5.整个大分子链称作大尺寸运动单元,链段及链段以下的运动单元称作小尺寸运动单元6. 时间依赖性原因:整个分子链,链段,链节等运动单元需要克服内摩擦阻力,是不可能瞬时完成的7. 温度越高,松弛时间越短8.WLF 半经验方程:9. 模量越大,刚性越大 10. 粘弹行为的五个区域:1) 玻璃态区:特点: 聚合物类似玻璃,脆性。

分子运动主要限于振动和短程的旋转运动。

a ηγτ=•/2)玻璃-橡胶转变区:模量下降与皮革相似。

此区域为远程、协同分子运动的开始3)橡胶-弹性平台区:特点: 模量在此区域几乎恒定,分子间物理缠结,呈现远程橡胶弹性。

分子量越高,平台越长。

4)橡胶流动区:聚合物既呈现橡胶弹性,又呈现流动性。

试验时间短,物理缠结来不及松弛,材料仍表现橡胶行为;试验时间增加,温度升高,产生解缠作用,导致整个高分子产生流动。

5)液体流动区:聚合物容易流动,类似糖浆,热运动能量足以使分子链解缠蠕动,这种流动是作为链段运动结果的整链运动。

11.Tg测量方法:(1)膨胀计法(2)量热法(3)温度一形变法和热机械法(4)动态力学热分析(DMTA) (5) 核磁共振法-NMR (6)介电松弛法12.液体或固体物质,其体积由两部分组成:一部分占有体积另一部分是自由体积13.影响Tg的因素:内因:分子链的柔顺性,几何立构,分子间的作用力外因:作用力的方式、大小以及实验速率(1)主链柔性:柔性越好,Tg越低(2)侧基体积越大,Tg 升高(特例:聚甲基丙烯酸酯类)(3)对称性取代基使极性部分相互抵消,柔性增加,Tg 下降(4)全同Tg < 间同Tg,顺式Tg < 反式Tg(5)T g随分子量增加而升高(6)链间相互作用越高,Tg越高(7)作用力越高,Tg越高(8)冷却速度愈快,Tg愈高14.改变Tg 的各种手段:增塑,共聚,改变分子量,交联和支化,结晶15.增塑剂要求:具有相容性好,挥发性低,无毒16.共聚作用在降低熔点更有效,而增塑作用在降低玻璃化温度更有效17.结晶性聚合物在Tm冷却到Tg的任何温度都可以结晶18.聚合物结晶过程能否进行,必须具备两个条件:1.聚合物的分子结构与分子链对称性和规整性2、适宜的温度和充分的时间19.影响结晶能力的因素:柔性越差,支化越多,交联越多,分子作用力越大,氢键越少,分子结晶能力越差20.聚合物的结晶过程包含成核(均相和异相)和增长两个阶段21.结晶速度的测定方法:1. 直接观察,2.DSC 3. 膨胀计法22.阿费拉米方程Avrami Equation:23.结晶速度的影响因素:1.温度–最大结晶温度低温有利晶核的形成,高温有利晶体的生长2.压力、溶剂、杂质压力可以加速结晶,小分子溶剂可以加速结晶,加入杂质可使聚合物熔点降低3.分子量分子量分子量小,结晶速度快24.影响Tm的因素:1.分子间作用力大,H m高→T m越高2.分子链越刚性,S m越小→T m越高。

3.侧基体积增加,熔点升高4. 分子链对称性和规整性,有较高的熔点5.加入稀释剂,如增塑剂或溶剂,也能使熔点降低6. 结晶温度Tc低,熔限宽,熔点低7. 应力和压力高,熔点升高8.片晶厚度增加,熔点升高25.高分子材料力学性能的最大特点:高弹性和粘弹性26.高弹性是一种熵弹性,熵越小,回弹越慢27.具有橡胶弹性的条件:长链,交联,足够柔性28.橡胶高弹性特点:形变量大形变可恢复弹性模量小且随温度升高而增大形变有热效应.橡胶拉伸温度升高29.橡胶状态方程:●●●30.橡胶弹性影响因素:1.交联效应(防止永久变形,熵增加)2.溶胀效应(模量下降)31.32.蠕变发展与温度的关系:1.玻璃化温度以下——链段运动松弛时间很长,ε2很小;材料本体粘度很大,ε3很小;因此蠕变主要由普弹形变构成,蠕变量很小。

2.玻璃化温度以上——链段运动的松弛时间变短,导致ε2 较大;材料的本体粘度η3仍很大,ε 3 较小;蠕变主要由ε2构成,夹杂着少量ε3。

3.聚合物流动温度——松弛时间和本体粘度都很小,但由于ε3 随时间的发展而发展,导致总形变不断发展——粘性流动。

33.观察蠕变最适宜的温度范围是在聚合物的Tg温度以上不远处34.只有在Tg温度附近几十度的范围内,应力松弛现象才比较明显35.在链段能够运动的前提下,链段运动的阻力越大,应变落后于应力就越严重,δ越大36.影响滞后的因素:1.聚合物的链结构(柔性链聚合物的滞后现象比较严重)2.外力作用频率(若外力作用频率ν太高滞后现象比较轻微)3.温度(温度太高无滞后现象)37.内耗对橡胶使用性能的影响1)内耗大的材料有利于吸收能量,并将能量转变为热能释放。

可以用做减震阻尼材料,用来消声减震。

2)内耗大的材料回弹性很差,不适宜用做车辆轮胎。

38.Maxwell 模型:弹簧和粘壶串联,可以表征线型聚合物的应力松弛行为Kelvin模型:弹簧和粘壶并联,可以描述交联聚合物的蠕变行为三参数模型:弹簧和一个Kelvin模型串联,可以完整地表征交联聚合物的各种粘弹性行为四参数模型:弹簧、粘壶和一个Kelvin模型串联而成,可以比较好地表征线型聚合物的粘弹性行为39.应力—应变曲线分析:1)弹性形变:该阶段从开始拉伸到接近屈服点Y,应力与应变成正比,符合胡克定律2)强迫高弹形变:当应力到达Y点后材料发生了屈服,试样截面出现细颈如果此时停止拉伸、去除外力,试样的大形变不能回复3)应变硬化:大量的链段开始运动并沿外力方向取向,当应力达到了材料的强度极限时,试样发生断裂,是不可逆形变40.影响强迫高弹性的因素:1)温度:随温度升高,聚合物弹性模量减小,塑料变软变韧,屈服应力随温度的降低而增大,断裂应力也随温度的降低而增大,屈服应力增加较快2)拉伸速度:随拉伸速率提高,聚合物材料的模量增加,屈服应力增大,而断裂伸长率减小3)分子结构:分子链柔性好的聚合物不容易在玻璃态下发生强迫高弹形变,而刚性链聚合物却相对容易发生强迫高弹形变41.晶态聚合物拉伸与玻璃态聚合物拉伸的比较1)相似性——都是先经过“弹性变形”,然后出现“强迫高弹”,发展大形变,最后再发生“应变硬化”。

2)不一致性——玻璃态高聚物的强迫高弹形变发生在Tb~Tg温度范围,只发生了链段的运动和取向;晶态高聚物的强迫高弹发生在Tg~Tm之间,拉伸过程中除了链段的运动和分子链的取向外,还包含了结晶结构的破坏、晶片的滑移、取向、以及再结晶过程。

42.43.聚合物可以产生两种形式屈服:银纹屈服和剪切屈服44.银纹的特点:1.具有可逆性——当温度升高(T>Tg)时,取向分子发生解取向,银纹消失。

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