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。
2.银纹的组成:取向的高分子链段(40~60%)+ 分子链间的空隙
3.银纹具有强度,可承受负荷
4.银纹现象是聚合物所特有的
45.出现银纹是材料破坏的先导。
46.银纹的形成和发展可以吸收大量的能量。如果能够有效地引发银纹并且终止银
纹,材料将会获得较好的韧性。
47.脆性聚合物的临界应力比较小,容易产生银纹;而韧性聚合物的临界应力较高,
形成银纹比较困难
48.1)银纹长度方向的发展——银纹由尖端逐渐向前发展,形成更多的银纹;而
银纹内部分子链的拉伸比基本固定。这是银纹的稳定发展;
2)银纹宽度方向的发展——银纹内部分子链的拉伸比越来越大,以至发生分子链的断裂,从而发展成裂缝,这是银纹的不稳定发展;
49.随着银纹的发展,能量不断消耗,应力不断衰减,银纹发展速度也就逐渐放慢。
当应力衰减到小于临界值以后,银纹就失去了发展的动力,从而导致银纹的终止。
50.剪切屈服与银纹屈服的不同:1)剪切屈服过程只有形态的改变,没有体积的
变化;2)剪切屈服不仅在材料受到剪切力时才能发生,象拉伸应力、压缩应力等都可以引起剪切屈服;
51.实际聚合物受力屈服情况——两种屈服机理共存
52.影响聚合物材料断裂方式的主要因素:
1)脆性断裂一般是由所加应力的张应力分量引起;而韧性断裂则是由所加应力的切应力分量引起。
2)流体静压力可使断裂方式由脆性变为韧性,而尖锐的缺口可将断裂方式由韧性转为脆性。
3)温度可以改变材料断裂方式,低温下脆性,高温下韧性。
4)应变速率明显影响材料断裂方式:低应变速率下的韧性材料在高应变速率下会发生脆性断裂。
53.影响聚合物强度的因素
1. 分子链结构的影响(增加分子链的极性,主链上含芳杂环,分子量高,支化高,交联高,拉伸强度提高)
2. 结晶和取向的影响(结晶度提高对材料的刚性有利,韧性不利)
3. 应力集中的影响(在缺陷上产生应力集中会造成材料破坏的直接原因)
4. 增塑的影响(增塑剂增加,材料的拉伸强度下降、模量下降,但冲击强度增加)
5. 共聚和共混的影响(取决于目的和组分相容性)
6. 填料的影响(1)粉状填料——惰性填料,填充后材料的强度下降,这种填充主要起到降低成本的作用;活性填料——通过填料粒子可以将应力分散传递到其它分子链上。所以活性填料可以对聚合物材料起到补强作用
(2)纤维状填料——增强后材料除冲击强度外,其他强度大大改善
7. 外力作用速度(随拉伸速度的增加,材料的屈服强度提高,断裂强度增加,断裂伸长率下降,冲击强度下降。当拉伸速度很快时,材料不能屈服而发生脆性断裂)
8. 温度(随温度降低,屈服强度增加,断裂强度增加,断裂伸长率下降,冲击强度降低)
54.热塑性塑料成型过程一般需经历加热塑化、流动成型和冷却固化三个基本步骤。
55.非牛顿流体:①宾汉流体(具有需要最小切应力,呈现塑性)②假塑性流体(切力变稀,大多数聚合物熔体)③膨胀性流体(切力变稠,胶乳)
56.聚合物普适流动曲线分三个区域
1、第一牛顿区:低切变速率,曲线的斜率n=1,符合牛顿流动定律。该区的粘度通常称为零切粘度。
2、假塑性区(非牛顿区):流动曲线的斜率n<1,该区的粘度为表观粘度ηa,随着切变速率的增加,ηa值变小。通常聚合物流体加工成型时所经受的切变速率正在这一范围内。
3、第二牛顿区:在高切变速率区,流动曲线的斜率n=1,符合牛顿流动定律。该区的粘度称为无穷切粘度或极限粘度η∞。
从聚合物流动曲线,可求得η0、η∞和ηa。且η0>ηa >η∞
57.聚合物流动曲线的解释
缠结理论解释:缠结破坏与形成的动态过程。
ⅰ第一牛顿区:切变速率足够小,高分子处于高度缠结的拟网结构,流动阻力大;缠结结构的破坏速度等于形成的速度,粘度保持不变,且最高。
ⅱ假塑性区:切变速率增大,缠结结构被破坏,破坏速度大于形成速度,粘度减小,表现出假塑性流体行为。
ⅲ第二牛顿区:切变速率继续增大,高分子中缠结构完全被破坏,来不及形成新的缠结,体系粘度恒定,表现牛顿流动行为。
58. 一般MI 越大,流动性越好,注射级MI 大,挤出MI 小,吹塑处于中间
59. 聚合物熔体的切粘度测定方法:1、落球粘度计2、毛细管粘度计3、旋转粘度计
60. 影响聚合物熔体粘度的因素:
1)分子结构
A 、粘度的分子量依赖性,临界分子量发生缠结的最小分子量
B 、粘度的分子量分布的依赖性,分子量分布宽的试样对切变速率敏感性大
C 、 分子链支化的影响,短支链多:η低,
流动性好,橡胶加入支化的橡胶改善加工流动性。长支链
多:形成缠结,η提高。
2)共混:
lg η= φ 1lg η1+φ2lg η2加入第二组分,
可降低熔体粘度,改善加工性能
3)温度、切应力、切变速率:
一般刚性链的粘流活化能E 高。
A 、温度
a 、刚性分子有温敏性,加工过程采用提高温度的方法来调节流动性
b 、柔性分子对T 不敏感,加工过程要改变切变速率来改善流动性
B 、切变速率(切应力)
a 、柔性分子:η随切变速率下降明显,“切敏性”
6.1~10w KM =ηWhen When 5.3~4.30w
KM =ηRT
E a Ae
/ηη?=
b、刚性分子、改变构象比较难,切变速率升高η变化不大。
61.影响粘流温度的因素:
Ⅰ分子结构的影响
分子链越柔顺,粘流温度越低;高分子极性大,粘流温度越高。
Ⅱ分子量的影响
粘流温度Tf是整个高分子开始运动的温度;分子量越大,位移运动越不易进行,粘流温度越高。
Ⅲ粘流温度与外力大小和外力作用的时间有关
外力可降低粘流温度;延长外力作用时间有助于高分子链产生粘性流动;
62.高聚物的粘流温度是成型加工的下限温度,高聚物的分解温度是成型加工的上限温度