高分子物理_力学性能

高分子物理高分子的力学性能引言高分子是由大量重复单元组成的长链聚合物，具有广泛的应用领域。

高分子材料的力学性能是评估其性能和应用范围的重要指标之一。

本文将重点介绍高分子物理高分子的力学性能，包括拉伸性能、弯曲性能和压缩性能。

拉伸性能拉伸性能是衡量高分子材料抵抗拉伸变形的能力。

引伸模量是评估高分子材料刚度的指标，反映了材料在受力下沿着拉伸方向的抗弯刚度。

拉伸模量越大，材料刚度越高，说明材料越难被拉伸变形。

另一个重要的指标是断裂伸长率，即材料在断裂前所能延伸的长度与原始长度之比。

断裂伸长率越大，材料的延展性越好，能够在受力下更好地承受高应变。

弯曲性能弯曲性能是评估高分子材料在受力下的弯曲变形能力。

弯曲模量是衡量材料刚度和弯曲抗弯能力的指标，它反映了材料在弯曲过程中所需的力和弯曲程度之间的关系。

弯曲模量越大，材料的刚度越好，弯曲变形能力越低。

另一个重要的指标是弯曲强度，即材料在抵抗内部应力下断裂弯曲的能力。

弯曲强度越高，材料越能够承受弯曲应力而不断裂。

压缩性能压缩性能是评估高分子材料在受力下的抗压能力。

压缩模量是衡量材料在受压过程中抗弯刚度的指标，它反映了材料在压缩过程中所需的力和压缩程度之间的关系。

压缩模量越大，材料的刚度越高，抗压变形能力越低。

另一个重要的指标是压缩强度，即材料在抵抗内部应力下断裂压缩的能力。

压缩强度越高，材料越能够承受压缩应力而不断裂。

影响高分子材料力学性能的因素高分子材料的力学性能受多种因素影响。

其中，聚合度是一个重要的因素，即聚合物链的长度。

聚合度越高，链段之间的力学相互作用越多，因此材料的力学性能越好。

另一个重要因素是材料的结晶度。

高结晶度的材料通常具有更好的力学性能，因为结晶区域可以提供更多的强度和刚度。

此外，材料的处理方式和加工工艺也会对力学性能产生影响。

高分子物理高分子的力学性能是评估其应用潜力和性能表现的关键指标。

拉伸性能、弯曲性能和压缩性能是评估高分子材料力学性能的重要指标。

高分子材料力学性能姓名：程小林学号：5701109004 班级：高分子091 学院：材料学院研究背景：在世界范围内, 高分子材料的制品属於最年轻的材料．它不仅遍及各个工业领域, 而且已进入所有的家庭, 其产量已有超过金属材料的趋势，將是2 1世纪最活跃的材料支柱.高分子材料在我们身边随处可见。

在我们的认识中，高分子材料是以高分子化合物为基础的材料。

高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料。

今天，我想就高分子材料为主线，简单研究一下高分子材料所具有的一些方面的力学性能。

从我们以前学过的化学知识中可以知道，高分子材料其实是有机化合物, 有机化合物是碳元素的化合物．除碳原子外, 其他元素主要是氢、氧、氮等．碳原子与碳原子之间, 碳原子与其他元素的原子之间, 能形成稳定的结构．碳原子是四价, 每个一价的价键可以和一个氢原子键连接, 所以可形成为数众多的、具有不同结构的有机化合物．有机化合物的总数已接近千万种, 远远超过其他元素的化合物的总和, 而且新的有机化合物还不断地被合成出來．這样, 由於不同的特殊结构的形成, 使有机化合物具有很独特的功能．高分子中可以把某些有机物结构（又称为功能团）替换, 以改变高分子的特性．高分子具有巨大的分子量，达到至少1 万以上，或几百万至千万以上所以, 人們將其称为高分子、大分子或高聚物．高分子材料包括三大合成材料, 即塑料、合成纤维和合成橡胶研究理论：高分子材料的使用性能包括物理、化学、力学等性能。

对于用于工程中作为构件和零件的结构高分子材料，人们最关心的是它的力学性能。

力学性能也称为机械性能。

任何材料受力后都要产生变形，变形到一定程度即发生断裂。

这种在外载作用下材料所表现的变形与断裂的行为叫力学行为，它是由材料内部的物质结构决定的，是材料固有的属性。

同时, 环境如温度、介质和加载速率对于高分子材料的力学行为有很大的影响。

因此高分子材料的力学行为是外加载荷与环境因素共同作用的结果。

高分子材料的形貌和力学性能的关系研究高分子材料是一类非常有用的工业材料，它们的应用范围十分广泛，包括但不限于塑料、橡胶、纤维等。

在高分子材料的设计和开发中，形貌和力学性能是两个十分重要的方面。

形貌决定了材料的组成和结构，而力学性能则决定了材料的使用情况和耐久度。

在本文中，我们将探讨高分子材料的形貌和力学性能之间的关系，并分析这种关系对材料工程的影响。

一、高分子材料的形貌高分子材料的形貌指的是其表面形态和内部形态。

表面形态包括材料的粗细、光滑度、颜色等；内部形态则包括材料的晶体结构、分子链结构、孔隙率等。

高分子材料的不同形貌决定了它们的物理性质，这些性质对于高分子材料的特定应用是必须了解的。

例如，聚合物熔体的表面形态和内部形态决定了它们的流动性和凝固性。

又如，高分子材料的玻璃化转变温度（即所谓TG）可以通过形貌的变化来决定，这对于材料的使用和处理有着关键的作用。

此外，高分子材料的形貌还可以影响它们的性能。

例如，一些聚合物材料在不同的形貌下会表现出不同的强度和韧性。

二、高分子材料的力学性能高分子材料的力学性能通常被分为强度、韧性、硬度和弹性模量等。

这些性能对于高分子材料的特定应用至关重要。

强度和韧性的变化决定了材料的耐久性和安全性；硬度和弹性模量则决定了材料的刚度和弹性回复情况。

很多高分子材料的力学性能是由聚合物分子链的长度和相互作用力决定的。

分子链的长度和相互作用力可以通过其结构和化学组成来控制和调整。

例如，随着分子链的增长和交联的形成，强度和硬度会增加，但韧性会降低。

此外，热处理或机械压缩等工艺也可以影响高分子材料的力学性能。

三、高分子材料的形貌与力学性能之间的关系高分子材料的形貌和力学性能之间存在密切的关系。

对于许多高分子材料来说，形貌可以影响它们的力学性能。

这是由于形貌与材料的结构、分子链长度、相互作用力等紧密相关。

例如，粗糙的表面会影响高分子材料的摩擦力，细微的裂缝和孔隙会影响其强度和韧性。

高分子物理
高分子物理学是研究高分子材料性能及其与结构、环境及其他因素之间关系的物理学分支，它是关于构造与性能两大领域的结合。

1、高分子材料构造：高分子材料的构造是物理性能的基石，同一种高分子材料的性能会因为构造不同而有所变化，因此，评价高分子材料的构造非常重要，常用的构造检测方法有X射线衍射、核磁共振及其他分子动力学技术。

2、高分子材料性能：高分子材料的性能包括力学性能、热学性能、结晶性能、电学性能、功能性能等，其物理性能分析主要有测力学弹性模量、拉伸应力应变曲线；热性能包括热能指标，冷热冲击開裂剪切、冷热变形流变性等；结晶性能包括熔融流动性、熔融离合程度、结晶度等；电学性能主要包括导电性测试和介电性测试；功能性能主要包括光学、光机电、抗菌、吸附等。

3、高分子材料与其他因素的关系：高分子材料与外界环境之间是十分重要的，外界环境可能包括多种温度、湿度、日光照射、化学物质的存在的情况，这些因素都可能对高分子材料的性能产生影响，因此，了解高分子材料与此类因素之间的关系也至关重要。

高分子物理学是实现高分子构造与性能关系评价及科学应用的理论和实践基础，它为创新高分子材料及其应用开发提供了依据。

其主要目标是从结构的角度指导和开发高性能高分子材料。

高分子物理学的研究有助于高分子材料的开发，这些材料具有更高的力学性能、抗热稳定性、耐久性等性能，例如可在科学研究中应用于生物材料或太空设计。

高分子物理学还研究高分子材料和其他材料之间的相互作用，比如金属和塑料之间的相互作用，其模拟及评价能力为众多现代材料复合技术的应用建立了原理基础。

同时，它也能指导高分子材料（如石油基材料）的合成，优化其制备过程和性能，整合材料到机器和系统中，。

一、高分子链的近程结构构造：分子链中原子的种类和排列，包括取代基和端基的种类，结构单元的排列顺序，支链的类型和长度等。

构型：某一原子的取代基在空间的排列。

构像：具有一定组成和构型的高分子链通过单键的内旋转而形成的分子中的原子在空间的排列。

按高分子链化学组成不同可将高聚物分为：碳链高分子（优良的可塑性，主链不易水解）、杂链高分子（有极性，易于水解醇解或酸解）、元素高分子（有特殊性质）、其它高分子（较高的热稳定性）。

键接结构是指结构单元在高分子链中的连接方式。

这种由结构单元间的连接方式不同所产生的异构体称为顺序异构。

变换高聚物（或奇异高聚物）：结构单元和单体不相似的高聚物。

旋光异构体：对于不对称C原子构成的化合物，它能构成互为镜影的两种异构体，表现出不同的旋光性。

等规度：高聚物中含有全同立构和间同立构的总百分数。

几何异构体：双键上的基团在双键两侧的排列方式存在顺式和反式两种构型，这种异构体称为几何异构体。

构型的测定方法：X射线衍射，核磁共振，红外光谱法。

支化：线形分子链上延伸出或短或长的分支结构。

支化度：以支化点密度或两相邻支化点之间的链平均分子量来表示支化的程度。

交联：通过化学反应把高分子链用共价键相连接起来，产生网状体型结构。

交联点密度：交联的结构单元占总结构单元的比例，即每一结构单元的交联概率。

共聚物：两种以上单体单元所组成的高聚物。

序列：同类单体直接相连的嵌段。

热塑性弹性体：又称热塑性橡胶，是一类常温下显示橡胶弹性，高温下又能塑化成型的合成材料，是一类兼有橡胶和热塑性塑料特性的强韧性高聚物。

互穿网络高聚物：由两种不同单体各自聚合形成的网络互相贯穿。

半互穿网络高聚物：一线性高聚物在另一高聚物网络形成时均匀分散在其中，宏观上成为一整体者。

二、高分子链的远程结构链段：高分子链中作协同运动的一段链，是高分子链中的独立运动单元。

内旋转：高分子链中C-C单键绕键轴旋转。

柔顺性：高分子链能够改变其构象的性质。

高分子材料的微观结构与物理性能研究引言：高分子材料是由大量重复单元结构组成的大分子化合物，其具有独特的物理和化学性质。

研究高分子材料的微观结构与物理性能之间的关系，对于优化材料性能、设计新材料具有重要意义。

一、高分子材料的微观结构高分子材料的微观结构是由聚合物链的排列方式和交联情况决定的。

主要有线性、支化和交联三种结构类型。

1. 线性结构线性高分子材料的聚合物链呈直线排列，没有交联点。

这种结构常见于聚乙烯、聚丙烯等材料中。

由于没有交联点的存在，线性高分子材料具有良好的可加工性和可拉伸性。

2. 支化结构支化高分子材料的聚合物链在聚合物链的主链上分支出若干侧链。

这种结构常见于聚苯乙烯、聚醚硫醚等材料中。

由于支化结构可以减少聚合物链的晶界区域，提高材料的柔韧性和热稳定性。

3. 交联结构交联高分子材料的聚合物链通过共价键交联形成三维网络结构。

这种结构常见于硅橡胶、聚氨酯等材料中。

由于交联结构的存在，材料具有较高的强度和耐热性。

二、高分子材料的物理性能高分子材料的微观结构直接影响其物理性能。

常见的物理性能包括力学性能、热性能、电性能等。

1. 力学性能高分子材料的力学性能包括强度、韧性、硬度等指标。

微观结构决定了材料的晶化程度、晶粒大小等因素，从而影响了材料的力学性能。

例如，线性高分子材料由于没有交联点，往往具有较高的韧性；而交联高分子材料由于其网络结构的存在，具有较高的强度。

2. 热性能高分子材料的热性能主要包括熔融温度、热变形温度等指标。

微观结构中的晶粒大小、晶化程度等因素影响了材料的热性能。

一般来说，材料中晶粒越大、晶化程度越高，其熔融温度和热变形温度越高。

3. 电性能高分子材料的电性能主要包括导电性、介电性等指标。

微观结构中的电荷分布和电子运动情况影响了材料的电性能。

对于具有共轭结构的高分子材料，可以实现电荷的输运和电子的共享，从而具有较好的导电性能。

三、微观结构与物理性能的关系高分子材料的微观结构对其物理性能具有非常重要的影响。

高分子材料的交联与力学性能高分子材料是一类重要的工程材料，广泛应用于建筑、汽车、航空航天等领域。

其中，交联是一种常用的加工方法，可以显著改善高分子材料的力学性能。

本文将从交联的定义、分类、加工方法、力学性能等方面进行讨论，为读者深入了解高分子材料的交联与力学性能提供一定的指导。

一、交联的定义与分类交联是指高分子链之间发生化学键连接，形成三维网状结构的过程。

通过交联，高分子材料的链段变得更加有序，结构更加稳定，从而提高了材料的力学性能。

根据交联的方式不同，可以将交联分为物理交联和化学交联两种。

物理交联是通过物理力和各种交联剂将高分子链束缚在一起，形成空间网络结构。

化学交联则是通过化学反应，将高分子链之间形成共价键连接。

一般而言，化学交联具有更强的交联程度和更高的力学性能。

二、交联的加工方法交联的加工方法包括热交联、辐射交联和化学交联三种。

热交联是最常见的一种方法，通过在高温下加热高分子材料，使其交联固化。

辐射交联则是利用离子辐射（如电子束辐射、γ射线辐射等）或光辐射（如紫外线辐射）使高分子材料发生交联反应。

化学交联则是通过添加交联剂，或者在材料中引入含有活性基团的单体，通过化学反应将高分子链之间形成共价键连接。

不同的交联方法适用于不同的高分子材料和应用场景。

热交联广泛应用于橡胶制品的制备，辐射交联主要用于电线电缆、管道等行业，而化学交联则在某些特定领域具有重要的应用价值。

三、交联对力学性能的影响交联可以显著改善高分子材料的力学性能。

首先，交联可以增加高分子材料的强度和刚度。

由于交联形成了三维网状结构，阻止了高分子链的运动，使材料更加坚固。

其次，交联还可以提高高分子材料的耐热性和耐化学性。

交联后的材料具有更好的热稳定性和耐腐蚀性，能够在更极端的环境下使用。

然而，过度的交联也可能导致高分子材料的脆化现象。

交联程度太高会使材料变得脆弱，难以满足某些特殊应用的需求。

因此，在实际应用中，需要根据具体要求和材料特性进行适当的交联处理。

高分子物理与化学高分子物理与化学是一门关于高分子材料的性质、结构、合成和应用的学科。

高分子材料是一类由长链分子构成的材料，具有独特的物理和化学性质，广泛应用于汽车、电子、医疗、建筑等领域。

本文将从高分子物理和化学两个方面介绍这一学科的基本概念和研究进展。

一、高分子物理高分子物理主要研究高分子材料的物理性质，如力学性能、热力学性质、流变学性质等。

其中，高分子材料的力学性能是其最为重要的性质之一，因为它们通常用于承受各种载荷，如拉伸、压缩、弯曲等。

高分子材料的力学性能与其分子结构和分子量密切相关。

分子量越大，高分子材料的强度和刚度就越高，但韧性和延展性就越低。

分子结构的改变也会影响高分子材料的力学性能。

例如，聚合物中的侧链结构可以影响其分子的排列方式，从而影响其力学性能。

高分子材料的热力学性质也是高分子物理的重要研究内容之一。

热力学性质包括热膨胀系数、热导率、热容等。

这些性质在高分子材料的加工和应用中起着重要的作用。

例如，在高分子材料的热成型过程中，需要考虑热膨胀系数的影响，以保证成型后的产品尺寸稳定。

高分子材料的流变学性质也是高分子物理的一个重要研究方向。

流变学性质研究的是高分子材料在外力作用下的变形和流动行为。

高分子材料的流变学性质与其分子结构、分子量、交联程度等因素密切相关。

例如，线性高分子材料的流变学性质通常表现为牛顿流体，而交联高分子材料则表现为非牛顿流体，具有更为复杂的流变学行为。

二、高分子化学高分子化学主要研究高分子材料的合成、结构和性质。

高分子材料的合成方法非常多样，包括聚合反应、缩合反应、交联反应等。

其中，聚合反应是最常用的高分子材料合成方法之一。

聚合反应可以分为自由基聚合、离子聚合、羰基聚合等不同类型，每种类型的聚合反应都有其特定的应用领域和优缺点。

高分子材料的结构也是高分子化学的重要研究内容。

高分子材料的结构通常由其分子量、分子量分布、分子结构等因素决定。

例如，线性高分子材料的分子结构简单，易于合成和加工，但其力学性能和热稳定性相对较差。

构象：具有一定组成和构型的高分子链通过单键的内旋转而形成的分子中的原子在空间的排列 柔性：高分子链中单键内旋的能力； 高分子链改变构象的能力； 高分子链中链段的运动能力； 高分子链自由状态下的卷曲程度。

链段：两个可旋转单键之间的一段链，称为链段 影响柔性因素：1支链长，柔性降低;交联度增加，柔顺性减低。

2一般分子链越长，构象数越多，链的柔顺性越好。

3分子间作用力越大，聚合物分子链所表现出的柔顺性越小。

分子链的规整性好，结晶，从而分子链表现不出柔性。

控制球晶大小的方法： 1控制形成速度；2采用共聚方法，破坏链的均一性和规整性，生成较小的球晶； 3外加成核剂，可获得小甚至微小的球晶。

聚合物的结晶形态：1单晶：稀溶液，慢降温，螺旋生长 2球晶：浓溶液或熔体冷却3树枝状晶：溶液中析出，低温或浓度大，分子量大时析出； 4纤维状晶：存在流动场，分子量伸展，并沿流动方向平行排列； 5串晶：溶液低温，边结晶边搅拌； 6柱晶：熔体在应力作用下冷却结晶；7伸直链晶：高压下融融结晶，或熔体结晶加压热处理。

结晶的必要条件：1内因： 化学结构及几何结构的规整性； 2外因：一定的温度、时间。

结晶速度的影响因素：1温度——最大结晶温度：低温有利于晶核形成和稳定，高温有利于晶体生长；2压力、溶剂、杂质：压力、应力加速结晶，小分子溶剂诱导结晶； 3分子量：M 小结晶速度块，M 大结晶速度慢；熔融热焓∆H m ：与分子间作用力强弱有关。

作用力强，∆H m 高 熔融熵∆S m ：与分子间链柔顺性有关。

分子链越刚，∆S m 小 聚合物的熔点和熔限和结晶形成的温度T c 有一定的关系：结晶温度Tc 低(< Tm )，分子链活动能力低，结晶所得晶体不完善，从而熔限宽，熔点低；结晶温度Tc 高(~ Tm )，分子链活动力强，结晶所得晶体更加完善，从而熔限窄，熔点高。

取向：在外力作用下，分子链沿外力方向平行排列。

聚合物的取向现象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿特定方向的择优排列。

1．高分子分子量大，且由结构单元组成1.结构单元可以是一种也可以是多种结构单元间由共价键联接结构单元可以形成线型分子，支化分子，网状分子2.高分子链可弯曲有柔性（因主链有内旋转的自由度）3.高分子间范德华相互作用（分子间力）特别显著4.高分子若存在交联，其力学性质发生很大变化，即不溶解、不熔融5.高分子的聚集态有晶态与非晶态，其晶态有序性比小分子晶体低，非晶态有序程度比小分子高6.高分子加工需加入填料、各种助剂、色料等，形成织态结构2.交联与支化有本质区别：支化（可溶，可熔，有软化点）交联（不溶，不熔，可膨胀）3.高分子链呈蜷曲状的原因！由于热运动，分子的构象在时刻改变着，故高分子链的构象是统计性的，且由统计规律可知，分子链呈伸直构象的几率极小，呈蜷曲构象的几率较大。

4.构象与构型的区别构象构型产生单键内旋转化学键确定结构属于远程结构属于近程结构形式随热运动不断改变一旦生成就稳定不变2．高分子结晶的特点晶胞由链段组成------聚合物晶胞由一个或多个高分子链段构成。

高分子链各向异性，没有立方晶系。

结晶不完善，结构复杂，晶区、非晶区及中间结构共存。

3．如何控制球晶的大小1.控制形成速度：将熔体急速冷却（在较低的温度范围），生成较小的球晶；缓慢冷却，则生成较大的球晶。

2.采用共聚的方法：破坏链的均一性和规整性，生成较小球晶。

3 .外加成核剂：可获得小甚至微小的球晶。

球晶的生长异相成核与生长1.由溶液中的杂质，添加剂、容器壁或其他第三组分为晶核生长的球晶。

2成核数目只与杂质数目有关。

3球晶从中心一点向外发散状生。

4．高分子在结晶中的构象？在晶态高分子中，高分子长链为满足排入晶格的要求，一般都用比较伸的构象，彼此平等排列，使位能最低，才能在结晶中作规整的紧密堆积。

平面锯齿形和螺旋是结晶高分子链的两种典型构象。

◆由聚合物分子本身形成的晶核。

◆一般聚合物分子在溶液中处于结晶和溶解的动态平衡之中，随溶液温度的降低或溶剂的挥发，当达到饱和溶液的浓度时，聚合物分子形成大于一定尺寸的聚集体，这种聚集体不能再溶解于溶液中，称晶核。