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高分子物理(Beta)

1.大体概念聚合物的结构层次:聚合物的结构具有多层次性,分为高分子的链结构和凝聚态结构。

高分子的交联度用相邻两交联点之间的链的平均相对分子质量或单位体积高分子中交联点的数量来表示。

构型是指分子中由化学键所固定的原子在空间的排列。

高分子的构型是在合成进程中形成的,它不能被任何物理方式改变,因为改变构型必需通过化学键断裂并重排。

相对分子质量的分散程度既能够用多分散系数D来气宇,也能够用散布宽度指数D2来衡量。

分散程度越低,D 越趋近于1,D2越趋近于0。

构象是指由单键内旋转而形成的分子中原子的各类空间排列的形态。

最可几构象是不规那么蜷曲构象,称之为无规线团。

每一个C—C有三种位能的相对稳态(反式、左旁氏、右旁氏),D个C—C那么有3n种不同的构象。

高分子链通过单键内旋转而改变其构象的性质,称为柔性。

其中,平稳(静态)柔性由反式与旁氏的位能差称为位垒差∆D决定;动态柔性由高分子链单键内旋转位垒D0决定。

内聚能是指将1mol液体或固体分子汽化时所需要的能量(由摩尔蒸发烧与膨胀功组成);内聚能密度D CED是指单位体积的内聚能。

聚合物的非晶态结构模型玻璃化转变温度D g即聚合物高弹态到玻璃态的转变对应的温度;粘流温度D f即高弹态与粘流态之间转变对应的温度。

在玻璃化转变温度以下,由小尺寸运动单元松弛产生的转变成为次级转变。

在必然温度下,熔融聚合物试样在必然负荷下从规定直径和长度的标准毛细管中被压出,并非定在10min内被压出的聚合物质量(g)称为该聚合物的熔度指数MI。

即熔度指数越低,熔体粘度越大。

聚合物在外力作用下,分子链、链段和结晶聚合物中的晶粒等取向单元沿着外力作用方向择优排列,称为取向。

第一实现的是链段取向,然后再进展到整个高分子链的取向。

聚合物的结晶态结构模型聚合物的结晶进程和小分子一样,包括成核和晶体生长两个进程;成核方式可分为均相成核与异相成核。

聚合物结晶完全熔融时的温度成为熔点D m。

聚合物结晶从开始熔融到熔融完全的温度范围称为熔限。

液晶也确实是某些物质在熔融或溶解后所形成的即有液体态物质的流动性,又有晶体态物质的有序性的有序流体。

按分子的排列方式可分为近晶型、向列型和胆甾型:近晶型最接近于晶体结构;绝大多数高分子具有一名有序的向列型结构;胆甾型的螺距大小决定了虹彩和偏振性质。

按液晶基元在链中的位置可分为侧链型液晶和主链型液晶。

利用高分子液晶态溶液具有的高浓度、低粘度和低剪切速度下的高度取向等技术,制造出了液晶纺丝这一新的纺丝技术。

该法幸免了高倍拉伸时产生的内应力和损伤,从而取得高强度、高模量、综合性能好的纤维。

材料在外力作用下所发生的几何形状或尺寸的改变,称为形变,用来表示其大小的物理量称为应变。

理想弹性体的应力与应变关系服从虎克定律(应力与应变成正比),比例常数为模量;其倒数称为柔量。

外力所做的功全数转变成高分子链构象熵的减少。

如此的高弹体称为理想高弹体,这种弹性称为熵弹性。

蠕变是指材料在必然温度下,受到较小的恒定外力作用,材料形变随时刻的增加而慢慢增大的现象。

应力松弛是指材料在必然温度和维持恒定形变时,材料内部的应力随时刻的增加而慢慢衰减的现象。

由于高分子形变是高分子链运动的结果,而链段在运动时受到内摩擦力的作用,是一个时刻进程,因此致使形变掉队于应力,显现滞后现象。

通过位移因子能够将某一温度下测定的力学性能转换成另一温度下的力学性能,这确实是时温等效原理。

即升高温度与增加观看时刻对高聚物的粘弹性为是等效的。

颈缩现象的产生,可能是试样中局部的有效截面积比较小,受到较高的应力,第一发生屈服;也可能是由于材料性能的起落不均,存在薄弱点,造成试样一部份的屈服应力降低,在较低的应力下屈服。

玻璃态聚合物的高弹形变是在较大外力作用下才产生的,故又称为受迫高弹形变。

断裂应力与屈服应力相等时的温度称为聚合物的脆点D b。

冲击强度通常概念为试样受冲击载荷而折断时单位面积上消耗的能量。

由于拉伸应力的作用,在与应力垂直的平面上显现许多微细孔,成为银纹。

有些聚合物在剪切力作用下能够发生剪切屈服,当聚合物发生应变软化时,这种剪切屈服发生局部化,使材料内部形成与应力方向倾斜必然角度的剪切带。

填料在塑料中成为增强剂,在橡胶中称为补强剂。

2.转变规律①比较高分子链的大体结构高分子链的立体异构*当含有两个手性碳的重复单元时,那么一样分为叠同双全同立构、非叠同双全同立构、双间同异构等。

范德华力聚合物的温度形变状态粘性流体七大晶系聚合物的结晶形态实际溶液的热力学性质②规律内旋转位垒越小,动态柔性越好,现实性;位垒差越小,平稳柔性越好,可能性。

聚烯烃类内聚能密度低,一样作为橡胶(聚乙烯易结晶,作为塑料);强极性取代基或链间能形成氢键的分子链内聚能密度大,一样作为纤维;弱极性取代基和体积较大的非性取代基的分子链内聚能密度介于二者之间,一样作为塑料。

高分子运动的特点:运动单元的多重性、运动具有时刻依托性和温度依托性。

聚合物玻璃态是等自由体积状态。

由于高分子链轴(c 轴)方向的原子间的化学键彼此作用和不同链的原子的范德华力或氢键作用不同,不可能形成立方晶系的晶胞。

没有取代基或取代基较小的碳链高分子(如PE 、PET 、PVA )采取锯齿形构象排入晶格,而长碳链PA 为不完全伸展的平面锯齿形,大多数脂肪族聚酯和PET 为近平面锯齿形,1,4-聚二烯烃和聚碳酸酯、PBT 等为扭曲锯齿形;带有较大侧基的高分子,为减少空间位阻,通常采取螺旋形构象以降低位能。

聚合物结晶度对其性能的阻碍:关于力学性能有阻碍;结晶度↑⟹密度↑,透明度↓,塑料利用温度↑(最多可由D g 升至D m ),耐溶剂性↑。

聚合物溶解进程的特点:聚合物溶解进程一样比较缓慢,需经历溶胀和溶解两个进程。

交联聚合物只能溶胀,不能溶解;非晶态聚合物比较容易溶胀和溶解;晶态聚合物只有升温至熔点周围才能溶解;极性的晶态聚合物,能与极性溶剂发生强烈作用(如氢键)的也可溶解在极性溶剂中。

极性聚合物溶解于极性溶剂时放热,能自发进行;非极性聚合物假设与溶剂不能形成氢键,那么溶解吸热,升高温度有利于溶解。

聚合物溶剂的选择:“极性相近”原那么;“溶度参数相近”原那么。

Flory-Huggins 似晶格模型理论的假定: 高分子链是柔性的,所有构象能量相同; 链段占据任一格子的概率相等;存在晶格配位数D;高分子的分子量单一;熵变只考虑链段溶解前后的排列转变。

在高分子良溶剂中D1<12⁄,ΔD1E<0,D2>0,D>D,D>1;劣溶剂那么符号相反;θ溶剂那么取等。

Flory-Krigbaum理论的假定:稀溶液中的高分子链段的径向散布复合高斯散布;稀溶液中的每一个高分子链存在一个排斥体积D。

通常,含量少的组分形成份散相,含量多的形成持续相。

如AB两项混合时,随A增加B减小,一次呈现“A球”“A 棒”“AB层”“B棒”“B球”的两相体系。

聚合物高弹性的特点:形变大、模量低;交联橡胶的模量随温度升高而增大;具有热弹性效应;具有明显的松弛特性。

橡胶交联网络简化假设:形变前,网络链为高斯链;形变时,交联节点也在发生运动(仿射形变假定);每一个节点有四条链,网络的熵为整个链熵总和;形变时体积不发生转变。

高分子材料的形变与时刻有关;其粘弹性用高分子的运动规律(蠕变、应力松弛、以后、力学损耗)来研究。

柔性链聚合物的蠕变较显著;刚性分子链的滞后较小,柔性分子链的滞后严峻。

只有在玻璃态向高弹态过渡的区域内,应力松弛最为明显;只有当外力频率不太高,温度处于必然范围时,滞后现象较为明显。

关于轮胎和传送带等橡胶制品来讲,希望力学损耗越小越好;关于防震、隔音材料那么希望力学损耗大些,但损耗太大会引发发烧致使高分子材料老化。

非晶态聚合物冷拉成颈的温度介于D b~D g之间;晶态聚合物那么在D g~D m范围内可冷拉成颈。

聚合物的脆性断裂应力和屈服应力随形变速度的增大而增大,但屈服应力增加得较快。

银纹中除空穴外还有取向的聚合物,其密度和折射率要比本体小一些;银纹中高度取向聚合物形成的微纤维束,阻止微孔进一步增大;聚合物在紧缩应力下可不能产生银纹。

③因素柔性Ⅰ主链结构:柔型大小顺序为Si-O>C-O>孤立C=C>C-C>芳杂环>共轭C=C。

Ⅱ取代基:极性取代基的极性越大,排布密度越高,高分子链的柔性越小;对称取代的柔性较好。

非极性取代基体积越大,柔性越小;柔性基团(如酯基)的链越长,柔性越大。

Ⅲ其他:相对分子质量小,柔性小。

交联度大,柔性小。

玻璃化转变温度Ⅰ柔性:柔性好的聚合物D g低。

Ⅱ链间作用:极性愈强,氢键密度愈高,聚合物的D g就愈高。

Ⅲ相对分子质量:D g随相对分子质量增大而提高,但增幅不如D f。

Ⅳ其他:交联度越高,D g越高。

增塑剂显著降低D g。

无规共聚只有一个D g,且其大小介于两单体均聚物之间;嵌段和接枝共聚物假设两单体的均聚物不相容,那么有两个D g。

测试温度起落越快,D g越高。

粘流温度Ⅰ柔性:柔性好的聚合物D f低。

Ⅱ极性:极性大的高分子D f高。

Ⅲ相对分子质量:D f与相对分子质量大体成反比。

Ⅳ外力大小和作历时刻:外力越大,聚合物越可能在更低的温度下发生粘性流动;延长外力作历时刻相当于降低聚合物的粘流温度。

聚合物熔体粘度Ⅰ剪切速度和剪应力:低剪切速度时为牛顿流体,表观粘度为零切粘度;剪切速度增大时表现出假塑性,进入非牛顿区;最后在专门大的剪切速度下又进入第二牛顿区,表观粘度为无穷剪切粘度。

Ⅱ温度:温度升高那么粘度降低(在粘流温度以上,二者符合阿累尼乌斯方程;在粘流温度以下,二者符合WLF方程)。

Ⅲ压力:高压使自由体积减少,熔体粘度升高。

粘度随压力的转变量与粘度平方成正比。

Ⅳ相对分子质量及其散布:相对分子质量增大,粘度提高;存在临界相对分子质量D c,在其之下时D0∝D w1~1.5,在其之上时D0∝D w3.4。

相对分子质量散布宽度增加,粘度对剪切速度的依托性增加。

Ⅴ其他:支化高分子更能表现非流动性;刚性、极性、氢键、离子键等会使粘度提高;共聚使粘度下降。

浓度越高粘度越大(D0=D′D D′,其中D′为接近5的常数)。

聚合物的结晶性Ⅰ分子链的对称性:对称性越高,越容易形成规那么排列的三维有序的晶体。

Ⅱ分子链的规整性:规整性越好,越容易结晶。

(特例:聚三氟氯乙烯结晶度高达90%;聚乙烯醇可达30%。

)Ⅲ分子链的柔性:柔顺性较好,结晶能力强。

Ⅳ共聚结构:关于无规共聚,各单体均聚物能够结晶且晶型相同,那么他们的共聚物能够结晶;假设晶型不同,那么以含量优势的晶型为主;假设含量相近,那么干净能力大大下降。

关于嵌段或接枝共聚,整体的结晶能力降低,但各部份仍维持自己的特性,可形成晶区,乃至液晶。

Ⅴ其他结构因素:支化破坏链的结构,交联限制链的活动性,都使结晶能力降低;增加高分子间作使劲无益于结晶形成,而一旦形成结晶那么有利于稳固。

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