高聚物的力学性质汇总.
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高分子材料高聚物的分子运动与力学状态引言高分子材料是一种由连续的重复单元构成的聚合物材料。
在材料科学领域,研究高分子材料的分子运动和力学状态对理解材料性质和行为至关重要。
了解高聚物的分子运动和力学状态有助于优化材料设计、改进材料性能,并应用于各种领域,如生物医学、电子器件、纳米技术等。
高聚物的分子运动高聚物的分子运动主要包括乌尔布雷希特运动和扭曲运动。
乌尔布雷希特运动是高聚物链的摆动和旋转运动,其中链段在某一时刻的位置可以被视为围绕平均位置进行振动。
扭曲运动是高分子链的连续扭转运动,由旋转键和左旋键之间的相互作用引起。
高分子材料的分子运动主要受到温度和外部应力的影响。
温度的升高会增加高聚物链的摆动和旋转运动的速率,从而增加整体材料的流动性。
外部应力会导致高聚物链的拉伸和扭转,改变材料的形状和力学性能。
高聚物的力学状态高聚物材料的力学状态可以分为固态、流动态和弹性态。
在固态中,高聚物链之间的空隙较小,链的摆动和旋转受限制,材料呈现刚性和坚固的性质。
在流动态中,高聚物链的摆动和旋转增加,材料呈现流动性,可以被塑性加工和注射成型。
在弹性态中,高分子链在受到外部应力后,发生可逆形变,材料在去除应力后可以恢复原状。
高聚物材料的力学状态可以通过物理测试和分析方法来确定,例如拉伸试验、硬度测量和动态力学分析。
拉伸试验可以测量材料的强度、延展性和断裂性能,硬度测量可以评估材料的硬度和刚度,动态力学分析可以研究材料的粘弹性和弹性恢复能力。
高聚物材料的应用高聚物材料由于其丰富的性质和可调控性,在各种领域中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域:1.生物医学领域:高聚物材料可以用于制造人工器官、药物传输系统和医疗设备,具有良好的生物相容性和可降解性。
2.电子器件领域:高聚物材料可以用作电子器件的绝缘层、封装材料和柔性电子材料,具有优异的电气性能和机械可塑性。
3.纳米技术领域:高聚物材料可以用于纳米级分子组装和纳米颗粒制备,用于制备纳米传感器、纳米药物传递系统等。
●相对分子质量及分布对强度的影响
规律:强度随相对分子质量的增大而增加,分布宽窄影响不大,但低聚物部分增加时,因低分子部分发生分子间断裂而使强度下降。
●低分子掺合物对强度的影响
规律:低分子物质的加入降低强度。
▓实例增塑剂的加入能降低强度,但对脆性高聚物而言,少量加入低分子物质,能增加强度。
●交联对强度的影响
规律:适度交联增加强度,但过度交联,在受外力时,会使应力集中而降低强度。
▓实例橡胶的适度交联。
●结晶对强度的影响
规律:结晶度增大,强度增加,但材料变硬而脆;大球晶增加断裂伸长率,小球晶增加韧性、强度、模量等;纤维状晶体强度大于折叠晶体强度。
▓实例缓慢降温有利形成大球晶,淬火有利形成小球晶。
●取向对强度的影响
规律:取向能增加取向方向上材料的强度。
§5高聚物的力学性能
特例:以橡胶为改性剂,提高高聚物材料抗冲击性能。
对橡胶的要求:玻璃化温度必须远低于使用温度;橡胶不溶于刚性高聚物而形成二相;两种高聚物溶解行为上相似,有利于相互黏着。
若三条件达不到,加入第三组分。
效果:原脆性高聚物的冲击强度提高5~10倍。
1.玻璃态
T<Tg
(2)力学特征:形变量小(0.01 ~1%),模量高(109 ~1010Pa)。
形变与时间无关,呈普弹性。
(1)运动单元:键长、键角的改变或小尺寸单元的运动。
T d
T f
T g
2.玻璃化转变区(1)链段运动逐渐开始
(2)形变量ε增大,模量E降低。
T d
T f
T g
3.高弹态
T g ~T f
(1)运动单元:链段运动
(2)力学特征:高弹态
形变量大,100-1000﹪
模量小,105-107Pa T d
T f
T
g
4.粘流转变区
(2)形变量加大,模量降低,宏观上表现为流动
(1)整链分子逐渐开始运动,
T d
T f
T g
5.粘流态
T f ~T d
(2)力学特征:形变量更大
模量更低
流动
(3)T 与平均分子量有关
(1)运动单元:整链分子产生相对位移T d
T f
T g
T f
图5-9 高聚物的比容-压力曲线图5-10 高聚物的tanδ-lgν曲线
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