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聚合物的转变与松弛引言总结:具有多种运动模式 由于高分子的长链结构,分子量不仅高,还具有多分散性,此外,它还可以带有不同的侧基,加上支化,交联,结晶,取向,共聚等,使得高分子的运动单元具有多重性,或者说高聚物的分子运动有多重模式.2.链段的运动5.晶区内的分子运动二.分子运动的时间依赖性 施加外力将一块橡胶试样拉长△X,然后将外力去除。形变△X不能立即恢复到零,开始时形变恢复较快,然后越来越慢,形变恢复曲线如图所示。橡胶形变恢复与时间的关系: △X(t)=△Xoexp(-t/τ) △Xo—最初形变量;△X(t)—形变恢复量; τ——松弛时间,表征松弛过程进行(分子运动)快慢 的物理量; ——形变量恢复到原长度的1/e时所需的时间; 1)τ0,松弛过程进行的非常迅速——瞬时过程; 低分子,=10-8~10-10s 2)τ是一个比较大的数值——松驰过程; 高分子,=10-1~10+4s聚合物的分子量具有多分散性,运动单元具有多重性,所以实际的松弛时间不是单一的值,在一定的范围内可以认为松弛时间具有一个连续的分布,称为松弛时间谱(relaxationspectrum)。三.分子运动的温度依赖性温度升高后分子运动方式也将随之改变: 1)在极低温度下只有原子的振动; 2)温度升高,发生支链、侧基和链节的运动; 3)温度进一步升高链段可以克服位垒开始运动; 4)当温度升高到一定程度,整个大分子链就可以运动;温度与松驰时间的定性关系—— 随着温度上升,分子热运动能力增大,内磨擦阻力下降,导致聚合物对外界作用的响应加快,松弛过程加速,松弛时间τ下降。1.玻璃态2.玻璃化转变区4.粘流转变区5.粘流态Tg粘流态主要特征课堂回顾:聚合物的力学状态及其转变除了与温度有关,还与其本身的结构和分子量有关。如图所示分子量对玻璃化转变温度和粘流温度的影响:25特别说明: 从热力学相态角度看,聚合物的玻璃态、橡胶态、粘流态均属于液相,非晶态线型聚合物处于这三态时,分子的排列都是无序的。它们之间的差别主要在于运动单元的不同以及力学响应的不同。 因此三种力学状态之间的转变不是热力学相转变,Tg、Tf也不是热力学相转变温度,而是力学状态转变温度。1.低结晶度高聚物的ε-T曲线2.高结晶度高聚物的ε-T曲线(三).交联高聚物的ε-T曲线复习与回顾要求:轻度结晶和非晶态聚合物的温度形变曲线请在形变—温度坐标图中画出硫化NR、HDPE和无规PS三种聚合物的形变温度曲线,并标明转变温度、说明其理由。5-3高聚物的玻璃化转变1.自由体积理论V膨胀系数——单位体积的膨胀率高弹态的自由体积分数(T>Tg):T>Tg(高弹态)时取对数将代入通常B≈1链结构 增塑 共聚 共混 外界条件 (1)主链结构(主链的柔顺性): ●饱和主链●主链上有芳环、芳杂环:●主链上有孤立双键时:(2)取代基结构:对称性(3)构型(6)支化、交联、结晶的影响低结晶度聚合物由于晶区的存在限制了与其邻近的非晶区部分的链段运动,因此非晶区的玻璃化转变温度随结晶度的增加而提高。 高结晶度聚合物没有明显的玻璃化转变温度.(7)增塑剂的影响它对的影响是非常显著的.随增塑剂含量增加,温度-形变曲线如图(4)共聚、共混的影响(2)共混:共混的相容性通常以其Tg的情况来表征。 ●相容性极好:均相体系,共混物的Tg只有一个,且介于两种物质各 自的Tg之间。 ●相容性较好:微观非均相,宏观均相体系,出现相互靠近的二个Tg (比原物质的Tg)。 ●相容性差:仍保持原来物质的二个Tg,说明不能混容。用DSC测定Tg,升温速率分别是5℃/min和10℃/min,所得Tg是否一样,为什么? 不一样,10℃/min的升温速率测得Tg偏高,原因:由于聚合物链段运动需要一定的松弛时间,如果升温速率(或外力作用速率)快,聚合物的形变跟不上环境条件的变化,聚合物就显得比较刚硬,使测得的Tg偏高。增塑 共聚 共混 交联 简述提高材料耐热性的主要方法有哪些?§5.3结晶行为和结晶动力学(结晶过程)KineticsofCrystallization高聚物的结晶过程与小分子类似,包括晶核的形成和晶粒的生长两个步骤,因此结晶速度也包括:结晶总速率:在某一特定的T下,因结晶而发生的体积变化的1/2所需时间的倒数。 测试方法:膨胀计法,光学解偏振法、DSC法等1、膨胀计法:2、光学解偏振法 利用球晶的光学双折射性质来测定,熔融高聚物是各向同性的,而晶体是各向异性的,因此随着结晶度的增大,在两个正交的偏振片之间的投射光强逐渐增大,用光电元件记录,就可以象膨胀计法那样测定聚合物的结晶速度。为了描述高分子晶体的形成机理和结晶速度的快慢(结晶过程)可用描述小分子结晶过程的Avrami(阿芙拉米)方程来描述:n=1+0那么Avrami方程的意义是什么?