7.3聚合物的力学性质

第一章一．选择题1.1907年，世界上第一个合成树脂（）也即电木，投入工业化生产。

A.脲醛树脂B.有机硅树脂C.醇醛树脂D.酚醛树脂2.世界经济的四大支柱产业是信息工业、能源工程、生物工程和（）。

A.木材工业B.材料工业C.金属工业D.家具工业3.以下哪一种材料（）属于合成高分子材料。

A.聚氯乙烯B.头发C.硅酸钠D.蛋白质4.（）双键既可均裂，也可异裂，因此可进行自由基聚合或阴阳离子聚合。

A.烯类单体的C—CB.醛、酮中羰基C.共轭D.不存在5.分子中含有（）基团，如烷基、烷氧基、苯基、乙烯基等，碳—碳双键上电子云增加，有利于阳离子聚合进行。

A.吸电子B.推电子C.极性D.非极性6.分子中含有（A）基团，如腈基、羰基（醛、酮、酸、酯）等有利于阴离子聚合进行。

A.吸电子B.推电子C.极性D.非极性7.连锁聚合反应每一步的速度和活化能（A）。

A.相差很大B.相差不大C.没有规律D.完全相同8.多数（）反应是典型的逐步聚合反应。

A.自由基聚合B.阳离子聚合C.缩聚D.加成9.（）可分离出中间产物，并使此中间产物再进一步反应。

A.自由基聚合B.阳离子聚合C.连锁聚合D.逐步聚合10.羧基在中和反应中的活性中心是（）。

A.—COOHB.HC.—OHD.—COO11.羧基在酯化反应中的活性中心是（）。

A.—COOHB.HC.—OHD.—COO二．填空题1.高分子化合物简称（），又称（）或（），是指分子很长很大，相对分子质量很高的化合物。

2.当一个化合物的（）足够大，以致多一个链节或少一个链节不会影响其基本性能时，称为（）。

3.聚合物的形成是指（）通过一定的化学反应，以一定的（）方式以共价键彼此连接起来的。

4.1965年我国用人工合成的方法制成（），这是世界上出现的第一个（），对于揭开生命的奥秘有着重大的意义。

5.按性能分类，高分子材料主要包括（）、（）和（）三大类。

6.按主链元素组成分类，高分子材料主要包括（）、（）和（）。

实验7 聚合物动态力学性能的测定聚合物材料，如塑料、橡胶、纤维及其复合材料等都具有粘弹性，用动态力学的方法研究聚合物材料的粘弹性，已证明是一种非常有效的方法。

材料的动态力学行为是指材料在振动条件下，即在交变应力（或交变应变）作用下作出的力学响应。

测定材料在一定温度范围内的动态力学性能的变化即为动态力学分析（dynamic mechanical thermal analysis, DMTA ）一、二、实验目的了解动态力学分析的测量原理及仪器结构。

了解影响动态力学分析实验结果的因素，正确选择实验条件。

掌握动态力学分析的试样制备及测试步骤。

掌握动态力学分析在聚合物分析中的应用。

实验原理聚合物的粘弹性是指聚合物既有粘性又有弹性的性质，实质是聚合物的力学松弛行为。

研究聚合物的粘弹性常采用正弦的交变应力，使试样产生的应变也以正弦方式随时间变化。

这种周期性的外力引起试样周期性的形变，其中一部分所做功以位能形式贮存在试样中，没有损耗，而另一部分所做功，在形变时以热的形式消耗掉。

应变始终落后应力一个相位，以拉伸为例，当试样受到交变的拉伸应力作用时，其交变应力和应变随时间的变化关系如下： 应力 )sin(0δϖσσ+=t (7-1))900(0<<δ应变t ϖεεsin 0= (7-2) 式中0σ和0ε为应力和形变的振幅；ω是角频率；δ是应变相位角。

式（7-1）和式（7-2）说明应力变化要比应变领先一个相位差δ，见图7.1。

图7.1 应力应变和时间的关系将式（7-1）展开为：δϖσδωσσsin cos cos sin 00t t += (7-3)即认为应力由两部分组成，一部分)cos sin (δϖσt 与应变同相位，另一部分)sin cos (0δϖσt 与应变相差2/π。

根据模量的定义可以得到两种不同意义的模量，定义'E 为同相位的应力和应变的比值，而''E 为相位差2/π的应力和应变的振幅的比值，即t E t E ϖεωεσcos ''sin '00+= （7-4）此时模量是一个复数，叫复数模量*E 。

polymer聚合物摘要：一、聚合物简介1.聚合物概念2.聚合物分类3.聚合物应用领域二、聚合物性质1.物理性质2.化学性质3.力学性质三、聚合物制备方法1.聚合反应类型2.单体选择3.聚合过程控制四、聚合物改性1.聚合物改性方法2.改性目的3.改性效果与应用五、聚合物降解与环境保护1.聚合物降解原因2.降解产物与影响3.环境保护措施正文：聚合物（Polymer）是一种由许多重复单元组成的大分子化合物，这些单元通过共价键连接在一起。

聚合物具有独特的性质，使其在众多领域具有广泛的应用，如塑料、橡胶、纤维、涂料等。

一、聚合物简介聚合物是由单体（Monomer）通过聚合反应形成的高分子化合物。

根据结构特征和生产方法，聚合物可分为不同类型，如线性聚合物、支链聚合物、交联聚合物等。

聚合物广泛应用于日常生活、医药、建筑、交通、电子等领域。

二、聚合物性质聚合物具有多种物理、化学和力学性质。

物理性质包括熔点、沸点、溶解性、颜色、透明度等；化学性质包括稳定性、反应性、耐腐蚀性等；力学性质包括强度、韧性、硬度等。

这些性质决定了聚合物在不同领域的应用。

三、聚合物制备方法聚合物通常通过聚合反应制备，包括加聚反应、缩聚反应等。

单体的选择和聚合过程的控制对聚合物性能至关重要。

通过改变单体、催化剂、聚合条件等，可以调节聚合物的结构和性能。

四、聚合物改性聚合物改性是通过化学或物理方法改善聚合物性能的过程。

改性方法包括共聚、交联、填充、增强等。

改性目的主要是提高聚合物性能、扩大应用领域、降低成本等。

改性后的聚合物具有更高的性能和更广泛的应用。

五、聚合物降解与环境保护聚合物在使用过程中可能发生降解，导致环境污染。

降解的原因包括光、热、氧、微生物等。

降解产物可能对环境产生负面影响。

高分子物理知识点高分子物理是研究聚合物分子在物理场中的行为和性质的学科。

聚合物是由一些单体分子通过化学键结合而成的巨大分子，其分子量多数达到百万或以上。

高分子物理的研究范围主要包括聚合物的物理结构、热力学性质、电学性质、机械性质、输运性质、光学性质等方面。

一、聚合物的物理结构聚合物的物理结构是指聚合物高分子链的构象状态。

聚合物高分子链的构象状态受到其化学结构、聚合反应的条件、处理温度等多种因素的影响。

根据高分子链形态的不同，可将聚合物的物理结构分为直线型、支化型和交联型。

1. 直线型聚合物物理结构直线型聚合物是高分子链结构较为简单、规则的聚合物。

它通常由一根直线型链构成，其中的结构单元重复出现，链端没有分支或交联结构。

高分子的线密度、分子量和分子结构对其物理性质有很大的影响。

2. 支化型聚合物物理结构支化型聚合物指非直线型、分子链有分支结构的聚合物。

分支结构对于聚合物的物理性质有很大的影响，由于支化结构的存在，使得聚合物高分子链的平均距离更大，聚合物的分子间距离变大，导致其性能发生变化。

支化型聚合物化学结构和分支类型的不同，会对聚合物的物理性质产生巨大的影响。

3. 交联型聚合物物理结构交联型聚合物是由互相交联的高分子链构成的聚合物。

它们通常具有三维结构，分子间有交联点连接。

交联型聚合物的物理性质比支化型聚合物更为复杂。

不同交联密度、交联桥、交联方式等会对其物理性质产生很大的影响。

二、热力学性质聚合物的热力学性质主要包括相变、热力学函数、相平衡、玻璃化转变等方面。

1. 相变相变是指物质从一个物理状态到另一个物理状态的变化。

聚合物相变通常指聚合物高分子间和高分子和外界环境间的相变。

聚合物的相变通常与聚合物的物理结构、温度和压强等相关。

2. 热力学函数热力学函数是描述物质宏观性质的基本物理量，它包括熵、焓、自由能等，具体热力学函数的选择取决于所研究的问题和体系。

3. 相平衡聚合物在不同温度和压强下处于不同的相态平衡中，可以通过研究相平衡来揭示聚合物的热力学性质。

7.3聚合物的力学性质聚合物作为材料使用时，对它性质的要求最重要的还是力学性质。

比如作为纤维要经得起拉力；作为塑料制品要经得起敲击；作为橡胶要富有弹性和耐磨损等等。

聚合物的力学性质，主要是研究其在受力作用下的形变，即应力－应变关系。

7.3.1应力－应变曲线7.3.1.1什么是应力和应变当材料在外力作用下，而材料不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变称为应变。

材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力。

材料受力方式不同，形变方式也不同。

常见的应力和应变有：（1）张应力、张应变和拉伸模量材料受简单拉伸时（图7-34），张应力：张应变（又称伸长率）：拉伸模量（又称杨氏模量）：（2）（剪）切应力、（剪）切应变和剪切模量应力方向平行于受力平面，如图7-35所示。

切应力切应变剪切模量还有一个材料常数称泊松（Poisson）比，定义为在拉伸试验中，材料横向单位宽度的减小与纵向单位长度的增加的比值（注：加负号是因为Δm为负值）可以证明没有体积变化时，υ＝0.5，橡胶拉伸时就是这种情况。

其他材料拉伸时，υ<0.5.υ与E和G之间有如下关系式：因为0<υ≤0.5，所以2G<E≤3G。

也就是说E>G，即拉伸比剪切困难，这是因为在拉伸时高分子链要断键，需要较大的力；剪切时是层间错动，较容易实现。

7.3.1.2强度极限强度是材料抵抗外力破坏能力的量度，不同形式的破环力对应于不同意义的强度指标。

极限强度在实用中有重要意义。

（1）抗张强度在规定的试验温度、湿度和试验速度下，在标准试样（通常为哑铃形，见图7-36）上沿轴向施加载荷直至拉断为止。

抗张强度定义为断裂前试样承受的最大载荷P与试样的宽度b和厚度d的乘积的比值。

抗张强度（2）冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标。

定义为试样受冲击载荷而折断时单位截面积所吸收的能量。

冲击强度式中：W为冲断试样所消耗的功；b为试样宽度；d为试样厚度。

聚合物材料的结构与性能研究随着现代科技的不断发展和进步，聚合物材料作为一种新型材料的研究和应用也越来越受到人们的关注。

本文将从聚合物材料的结构和性能两个方面来探讨它的研究进展。

一、聚合物材料的结构研究1.1 分子构成和结构聚合物材料所用的单体分子可以是甲基丙烯酸酯、丙烯腈、苯乙烯、苯乙二烯等，它们通过聚合反应形成分子链的方式连结在一起。

而聚合物的分子结构对其材料的力学性能、物理化学性能等均有着非常重要的影响。

1.2 分子链结构聚合物材料的分子结构丰富多态，包括线性、支化、交联、星状以及嵌段共聚物等各种不同的结构形态。

其中，线性聚合物的结构最为简单，分子链呈直线状，不分枝；支化聚合物分子链中含有分枝，支化度越高，链的长度就越短；交联聚合物分子间通过交联作用形成网络结构，具有优异的力学性能和热稳定性；星状聚合物呈三维空间结构，具有优异的溶剂性和稳定性。

1.3 超分子结构超分子结构是指聚合物材料中诸如晶体、胶束、微胶囊、膜等颗粒形态或器件结构的形成，大大影响聚合物材料的性能。

二、聚合物材料的性能研究2.1 力学性能聚合物材料的力学性能包括强度、韧性、硬度、弹性模量、屈服点等指标。

聚合物的力学性能受材料自身结构、聚合度、聚合反应、后处理等因素影响。

2.2 光学性能聚合物材料的光学性能表现为吸收、发射、自旋、电子转移等方面的特性。

聚合物中分子极性高，易受光电场影响，表现出较好的非线性光学性质。

2.3 热学性能聚合物材料的热学性能表现为热膨胀、热导率、热容、玻璃化转变温度等物理性质。

聚合物的热学性能受分子量、分子结构、加工工艺等多重因素影响。

2.4 生物相容性聚合物材料在生物医学领域的应用需考虑其对生物组织的相容性以及吸附生物分子的能力。

生物相容性因材料的分子结构、大小、形态、表面化学、力学性质等都有着非零关联系续。

总的来说，聚合物材料的研究是一个复杂而有意义的课题。

结构和性能的研究是相辅相成的，在聚合物材料的开发、应用和改进过程中起着重要作用。

聚合物材料的硬度和弹性随着科技和工业的不断进步，新型材料的研发和应用已经成为当今社会可持续发展的重要议题之一。

在各种新材料当中，聚合物材料无疑是其中一种具有广泛应用前景的材料。

聚合物材料由于其卓越的物理性质和化学性质，在机械制造、电子通讯、医疗器械、航空航天、能源等各个领域都得到了广泛应用。

其中，聚合物材料的硬度和弹性是其最引人注目的两个特性之一。

一、关于聚合物材料聚合物材料是由相同或不同化学单体按照特定的化学反应加合成的一类高分子化合物。

聚合物材料可以分为线性聚合物、交联聚合物和架桥聚合物三种。

不同的聚合物在材料结构、化学性质和物理性质等方面都存在着差异。

聚合物材料不仅具有卓越的化学性质，而且其力学性质也处于优异水平。

二、聚合物材料的硬度硬度是材料的重要力学性质之一。

它是材料抵抗剪切或破壞的能力。

聚合物材料的硬度通常由其特定的热处理过程和化学组成所决定。

在一般情况下，聚合物的硬度和它的玻璃化转变温度相关。

玻璃化转变温度是指聚合物在降温过程中，从可塑性态逐渐转变为玻璃态的过程。

低玻璃化转变温度意味着聚合物在较低温度下就已经转变成了玻璃态，因此硬度相对较低。

相反，高玻璃化转变温度意味着聚合物的硬度相对较高。

聚合物材料的硬度还受到材料的分子结构和分子量的影响。

线性聚合物具有相对较短的分支链，因此分子相对较窄，材料的物理性质相对较硬。

而架桥聚合物则具有分支链的分子结构，分子相对宽大，摆动范围较大，因此材料的物理性质相对较软。

此外，材料的填充密度和硬度、材料的化学结构和硬度以及空气中杂质的含量也会影响聚合物材料的硬度。

三、聚合物材料的弹性弹性是指材料在受到外力作用后可以恢复原状的能力。

在传统意义上，弹性通常与金属材料相关，而聚合物材料的弹性常常被低估。

但实际上，聚合物材料的弹性也是一项非常重要的物理性质。

聚合物材料的弹性主要由其分子结构、分子量和交联度所决定。

聚合物的分子是由高分子单元连接而成的，因此分子间的相互作用对材料的性能有着很大的影响。

第七章 聚合物的粘弹性viscoelasticity§7-1概述7.1.1 对粘性和弹性的认识过程1 起初的认识16世纪左右，在欧洲，自然科学开始萌芽。

那时候，人们对物质形态有了初步认识，但还是比较初级的认识。

那时候科学家认为，要么是纯粘性液体，要么是纯弹性固体。

（1） 理想粘性液体理想粘性液体(牛顿流体)，其应力－应变行为服从牛顿流动定律d dtεση=式中：σ——应力；d dtε——应变速度；η——本体粘度。

积分上式并令：t ＝0，ε＝0，得t σεη=例如大多数小分子液体可近似地看作理想粘性液体。

理想粘性液体的特点是：应变速率与应力成正比；形变随时间的延长而发展；当除去外力之后形变不可回复。

（2） 理想弹性固体对于理想弹性体，其应力－应变关系服从胡克定律，即E σε= 式中：σ——应力；E ——弹性模量；ε——应变。

例如金属、玻璃、玻璃态的高聚物都可近似看作理想弹性固体。

理想弹性固体的特点是：应变与应力成正比，应变在加力的瞬时达到平衡值；除去应力时，应变瞬时回复。

2 认识的发展后来，人们逐渐认识到，粘性和弹性都不是绝对的，而是相对性的。

在某些条件下主要表现弹性；而在另一些条件下主要表现粘性。

比如硬物快速地撞击水面，会被弹起来。

这就是说，即使所谓的纯粘性液体在某些条件下也会表现固体的弹性。

再譬如，古老的教堂里的窗玻璃，现在发现上面变薄了，下面变厚了。

这就是说，即使像玻璃这样“非常固体”的固体，经过很长时间之后也表现出液体的流动。

为了定量地说明弹性和粘性的相对性，可用下面的公式：材料内部分子运动的松弛时间………（物质的本性）———————————————实验观察时间（或外力作用速度）……（外部条件）如果<<1，则表现出液体粘性；如果>>1，则表现固体的弹性。

如果≈1，既表现固体的弹性也表现液体的粘性，即粘弹性。

比如，液体水分子的松弛时间大约是10-12秒；而玻璃态高聚物的链段运动的松弛时间达到小时、天、月的数量级。