第五章 聚合物的非晶态1
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非晶态聚合物是一种具有高度无序结构的材料,其力学性能取决于材料的微观结构和分子链的排列方式。
非晶态聚合物的力学状态通常可以分为三种:玻璃态、高弹态和黏流态。
玻璃态是非晶态聚合物在低温下的一种力学状态,此时分子链之间的运动受到限制,材料表现出高硬度和脆性。
玻璃态的非晶态聚合物在受到外力作用时容易发生断裂,因此不适合作为结构材料。
然而,玻璃态聚合物在光学和电子领域具有广泛的应用,例如制作光学纤维和液晶显示器等。
高弹态是非晶态聚合物在较高温度下的一种力学状态,此时分子链之间的运动较为活跃,材料表现出高弹性和韧性。
高弹态的非晶态聚合物在受到外力作用时能够发生较大形变,并且能够在外力消失后恢复原状。
因此,高弹态聚合物广泛应用于制造橡胶制品、弹性体和减震材料等领域。
黏流态是非晶态聚合物在高温下的一种力学状态,此时分子链之间的运动非常活跃,材料表现出类似流体的性质。
黏流态的非晶态聚合物在受到外力作用时能够发生流动,并且能够在外力消失后保持变形后的形状。
因此,黏流态聚合物广泛应用于制造塑料制品、薄膜和涂层等领域。
非晶态聚合物的力学状态与其微观结构和分子链的排列方式密切相关。
通过改变材料的化学成分、分子量和加工条件等参数,可以调节非晶态聚合物的力学状态,从而满足不同应用场景的需求。
此外,非晶态聚合物的力学状态也与材料的老化和降解过程密切相关,因此需要关注材料的储存和使用条件,以确保材料的性能和寿命。
第5章聚合物的非晶态一、选择题1.下列物理量中,可以用来表示聚合物流动性的有下列()。
[中科院研究生院2012研]A.表观黏度;B.黏流活化能;C.熔融指数;D.剪切速率。
【答案】A、C【解析】A表观黏度又称表观剪切黏度,是非牛顿流体(如聚合物熔体和浓溶液)在剪切流动过程中,某一剪切应力下剪切应力与剪切速率的比值,以ηa表示;B黏流活化能是描述材料黏-温依赖性的物理量。
定义为流动过程中,流动单元(对高分子材料而言即链段)用于克服位垒,由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量;C熔融指数,全称熔液流动指数,或熔体流动指数,是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值;D剪切速率:流体的流动速相对圆流道半径的变化速率。
2.下列聚合物的玻璃化转变温度从高到低的顺序是()。
[华南理工大学2008研] A.聚甲基丙烯酸甲酯>聚丙烯酸丁酯>聚丙烯酸甲酯B.聚丙烯酸丁酯>聚丙烯酸甲酯>聚甲基丙烯酸甲酯C.聚甲基丙烯酸甲酯>聚丙烯酸甲酯>聚丙烯酸丁酯【答案】C【解析】当侧基是柔性时,侧基越长,链的柔顺性越好,聚合物的柔顺性大小为聚丙烯酸丁酯>聚丙烯酸甲酯。
侧基体积增大,空间位阻效应增加,柔顺性下降,故柔顺性聚丙烯酸甲酯>聚甲基丙烯酸甲酯。
柔顺性越好,玻璃化转变温度越低,故Tg从高到低依次为聚甲基丙烯酸甲酯>聚丙烯酸甲酯>聚丙烯酸丁酯。
二、判断题根据WLF自由体积理论认为发生玻璃化转变时,聚苯乙烯和聚碳酸酯的自由体积分数是一样的。
()[华南理工大学2008研]【答案】×【解析】WLF方程的适用范围是Tg<T<Tg+100℃。
三、填空题1.图5-1为聚对苯二甲酰对苯二胺浓硫酸溶液的粘度-温度关系曲线,请对A、B及C 区中聚合物分子取向度的大小进行排序______。
[南开大学2011研]图5-1【答案】B>C>A【解析】温度很低时,刚性分子在溶液中均匀分散,无规取向,形成均匀的各向同性溶液;随着温度升高,体系形成向列型液晶,这时溶液中各向异性与各向同性共存;温度继续升高各向异性所占比例增大,直到体系成为均匀的各向异性溶液。
第5章聚合物的非晶态5.1复习笔记一、高分子的凝聚态结构高分子的凝聚态结构:分子链之间的几何排列和堆砌结构,包括非晶态结构、晶态结构、液晶态结构、取向态结构和共混聚合物的织态结构等。
高分子链结构是决定聚合物基本性质的内在因素,凝聚态结构随着形成条件的变化而变化,是直接决定聚合物本体性质的关键因素。
二、非晶态聚合物的结构模型目前对非晶态高聚物结构的争论交点,主要集中在完全无序还是局部有序。
1.无规线团模型(1)1949年,Flory从统计热力学理论出发推导出“无规线团模型”。
该模型认为:在非晶态聚合物中,高分子链无论在 溶剂或者是本体中,均具有相同的旋转半径,呈现无扰的高斯线团状态。
(2)实验证据①橡胶弹性理论;②在非晶聚合物的本体和溶液中,分别用高能辐射使高分子发生交联。
未发现本体体系中发生分子内交联的倾向比溶液中大;③用X光小角散射测定含有标记分子的聚苯乙烯本体试样中聚苯乙烯分子的旋转半径,与在溶液中聚苯乙烯分子的回转半径相近。
2.两相球粒模型(1)1972年,Yeh 提出两相球粒模型。
该模型认为:非晶态聚合物存在着一定程度的局部有序。
包含粒子相和粒间相两个部分,一根分子链可以通过几个粒子和粒间相。
(2)支持该模型的事实①橡胶弹性的回缩力;②聚合物的非晶和结晶密度比为96.0~85.0/≈c a ρρ,按分子链成无规线团形态的完全无序的模型计算65.0/<c a ρρ,实际密度比偏高;③聚合物结晶速度很快;④某些非晶态聚合物缓慢冷却或热处理后密度增加,球粒增大。
二、非晶态聚合物的力学状态和热转变图5-1非晶态聚合物温度形变曲线“三态两区”:玻璃态、高弹态、黏流态、玻璃化转变(玻璃态与高弹态之间的转变)、粘流转变(高弹态与黏流态之间的转变)。
玻璃态:键长和键角的运动,形变小,模量大。
外力除去后,形变立刻回复,是普弹性。
玻璃化转变:链段开始发生运动,模量下降。
对应的转变温度T g为玻璃化温度。
聚合物非晶态结构模型聚合物非晶态结构模型,这听起来是不是有点高大上?这个话题就像一碗热腾腾的汤,里面的材料五花八门,温暖又美味。
想象一下,我们周围的生活中有很多东西都是由聚合物组成的,比如塑料袋、衣服甚至我们的手机壳。
聚合物就像是化学界的“拼图游戏”,每个小块都在某种方式上互相依赖。
说到非晶态,这可不是指那些云里雾里的神秘物质,而是聚合物的一种结构。
就像家里的沙发,虽说外表看着整齐,但坐上去才知道里面的填充物都是混乱无序的。
聚合物在非晶态时,分子链的排列就像是一场狂欢派对,大家都在那儿随意摆动,没有什么规矩可言。
你知道吗,非晶态聚合物的独特之处在于它们的灵活性和适应性。
想想你小时候玩泥巴,捏成什么样子就是什么样子。
非晶态聚合物也是这样,它们不喜欢被束缚,随时准备应对变化。
举个简单的例子,你的手机壳就是用聚合物制造的,轻轻一扔,它可能会被摔得七零八落,但它的非晶结构让它能够吸收撞击力,保护里面的电子元件。
想想看,平时用的那些方便的东西,背后都有一套复杂的科学原理在支撑呢。
非晶态聚合物的特性让它们在很多领域都大展拳脚。
比如说,医用材料、电子产品、甚至是航天器的构件,都是离不开这些聚合物的支持。
你要知道,这些材料的强度、耐热性和耐腐蚀性可都是根据它们的非晶态结构来决定的。
就像是一道色香味俱全的佳肴,少了任何一种成分,味道都大打折扣。
科学家们为了了解这些材料,常常深入研究,想要揭开它们神秘的面纱。
于是,他们就像侦探一样,通过实验和观察,逐步剖析聚合物的结构和性能,真是令人佩服。
当我们谈到聚合物的非晶态,常常会想到它的加工过程。
塑料的成型,就像一场魔术表演,热熔之后,它们可以被塑造成各种形状。
聚合物在高温下变得软绵绵,宛如刚出锅的热面条,之后再冷却,就成了坚硬的产品。
这样的转变就像人生,时刻都在变化,有时候需要经历一番波折,才能找到最好的状态。
说实话,这样的过程其实有点戏剧化,但也是科学的魅力所在。
每一次实验,都是对材料性格的一次探讨,有时也能带来惊喜的发现。
十万种考研考证电子书、题库视频学习平台圣才电子书 第5章聚合物的非晶态一、选择题1.下列三种高聚物中,玻璃化温度最低的是()。
A.聚乙烯B.聚甲醛C.聚二甲基硅氧烷【答案】C2.在聚合物中加入增塑剂,会导致玻璃化温度()。
A.升高B.下降C.不变【答案】B3.无规共聚物的玻璃化温度()。
A.介于两相应均聚物之问B.比相应的均聚物都高C.比相应的均聚物都低【答案】A4.交联会导致聚合物的玻璃化温度()。
十万种考研考证电子书、题库视频学习平台圣才电子书A.升高B.下降C.不变【答案】A5.在共轭二烯烃中,反式异构体的玻璃化温度比顺式()。
A.高B.低C.无差别【答案】A6.非晶态聚合物的三种力学状态,其中模量最低的是()。
A.玻璃态B.高弹态C.黏流态【答案】C7.增加分子极性,聚合物的玻璃化温度将()。
A.升高B.下降C.保持不变【答案】A十万种考研考证电子书、题库视频学习平台圣才电子书 8.聚合物分子间形成氢键,会使玻璃化温度()。
A.显著下降B.显著升高C.保持不变【答案】B 9.聚合物的黏流活化能随分子极性的增大而()。
A.增大B.降低C.基本不变【答案】A 10.聚合物分子链的刚性增大,则黏流温度()。
A.降低B.升高C.基本不变【答案】B 11.增大剪切应力,聚合物的黏流温度将()。
A.升高B.降低十万种考研考证电子书、题库视频学习平台圣才电子书C.基本不变【答案】B12.同一聚合物的下列三种不同的黏度,最大的是()。
A.零剪切黏度B.表观黏度C.无穷剪切黏度【答案】A13.分子间相互作用增强,则熔体黏度将()。
A.增大B.降低C.基本不变【答案】A14.随着相对分子质量的增大,聚合物的黏流温度将()。
A.升高B.降低C.基本不变【答案】A15.高聚物的熔体黏度随其相对分子质量的增大而()。
A.不变B.下降C.上升【答案】C16.聚合物的分子链越柔顺,其黏流活化能越()。
A.高B.低C.不确定【答案】B17.大多数聚合物熔体的流动指数n()。
第一章概论分子量分布,是指聚合物试样中各组分含量与分子量的关系。
黏弹性,对一整块聚合物熔体在短时间内可以观察到它有一定的形状和弹性,但是经长时间观察这种熔体会表现出液体的流动性。
这种长时间观察到的粘性流动和短时间内观察到的弹性两者相结合,而且与时间有关的力学性质称为黏弹性。
玻璃化转变,无定形和结晶热塑性聚合物低温时都呈玻璃态,受热至某一较窄温度,则转变为橡胶态或柔韧的可塑状态,这一转变过程称为玻璃化转变。
转变时对应的温度称为玻璃化转变温度Tg。
高弹性,聚合物材料在受到外力时,分子中的链段发生了运动,使长链分子由蜷曲状变成伸展状,产生很大的形变,但不导致高分子链之间产生滑移,当解除外力后,形变可完全恢复,材料的这种性质称为高弹性。
第二章高分子的链结构高分子的链结构又分近程结构和远程结构。
近程结构属于化学结构,又称一级结构。
远程结构包括分子的大小与形态,链的柔顺性及分子在各种环境中所采取的构象,又称二级结构。
聚集态结构是指高分子材料整体的内部结构,包括晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构以及织态结构,它们是描述高分子聚集体中的分子之间是如何堆砌的,又称三级结构。
织态结构和高分子在生物体中的结构则属于更高级的结构。
高分子链的构型包括单体单元的键合顺序、空间构型的规整性、支化度、交联度以及共聚物的组成及序列结构。
高分子链序列结构:共聚物中不同结构单元的交替次数,不同结构单元在分子链中的平均长度。
全同立构,高分子全部由一种旋光异构体键接而成,称为全同立构;间同立构,由两种旋光异构体交替键接而成,称为间同立构;无规立构,两种旋光异构体完全无规键接时,则称为无规立构。
等规立构,全同异构和间同异构统称为等规立构。
定向聚合,通常自由基聚合的高聚物大都是无规的,只有用特殊的催化剂才能制得等规立构的高聚物,这种聚合方法称为定向聚合。
等规度是指高聚物中含有全同立构和间同立构的总的百分数。
交联结构,高分子链之间通过支化联结成一个三维空间网型大分子时即称为交联结构。
第三章高分子的溶解过程与小分子相比有什么不同?高分子与溶剂分子的尺寸相差悬殊,两者运动分子运动速度差别很大,现是溶剂分子渗入高聚物内部,是高聚体膨胀,称为“溶胀”,然后高分子均匀分散在溶剂中,形成完全溶解的分子分散的均相体系。
对于交联的高分子只停留在溶胀阶段,不会溶解。
第二维里系数A2的物理意义?第二维利系数的物理意义是高分子链段和链段间的内排斥与高分子链段和溶剂分子间能量上相互作用、两者相互竞争的一个量度。
它与溶剂化作用和高分子在溶液里的形态有密切关系。
良溶剂中,高分子链由于溶剂化作业而扩张,高分子线团伸展,A2是正值;温度下降或在非良溶剂,高分子线团收缩,A2是负值;当链段与链段、溶剂与高分子链段相互作业想等时,高分子溶液符合理想溶液的性质,A2为零,相当于高分子链处于无扰状态。
高分子的理想链和真实链有哪些区别?①理想链是一种理论模型,认为化学键不占体积,自由旋转,没有键角和位垒的限制,而真实链有键角限制和位垒的限制。
②理想链没有考虑远程相互作用和近程相互作用,而真实链要考虑链节与链节之间的体积排除和链与周围环境的相互作用以及链与链之间的相互作用等。
高分子的稀溶液、亚浓溶液、浓溶液有哪些本质的区别?三种溶液最本质的区别体现在溶液中和高分子无规线团之间的相互作用和无规线团的形态结构不同:①稀溶液:高分子线团是相互分离的,溶液中高分子链段的分布也是不均一的;线团之间的相互作用可以忽略。
②浓溶液:大分子链之间发生相互穿插和缠结,溶液中链段的空间密度分布趋于均一。
②亚浓溶液:亚浓溶液介于稀溶液和浓溶液之间,高分子线团开始相互穿插交叠,整个溶液中链段的分布趋于均一;高分子线团与临近线团开始相互作用。
第四章一般共混物的相分离与嵌段共聚物的微相分离在本质上有何差别?由于嵌段共聚物的嵌段间不相容而发生相分离,平均相结构微区的大小只有几十到几百纳米,即微相分离,两相之间的作用力是化学键。
两种聚合物共混时,由于混合熵很小,混合晗决定于聚合物之间的相互作用,通常较小,所以两种聚合物混合自由能通常大于零,是分相的。