高分子结构与性能复习题

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Tg 升高。

取代基对称性好,Tg 小

侧基细长,柔性也越大,柔性的增加足以补偿空间位阻效应,并且起了增塑作用,使大分子相互之间隔离,减小了分子间力,Tg 下降 (3) 链间相互作用增强,柔性减弱,Tg 升高

外因:

(1)作用力的方式:作用力方式不同,对Tg的影响不同 张力:张力迫使链段向张力方向运动,聚合物Tg下降 压力:压力增加,Tg升高

从分子运动角度看,增加压力相当于降低温度使分子运动困难,或者从自由体积理论来看,增加压力就容易排除自由体积,只有继续提高温度,链段才能运动,所以Tg 提高。

(3)实验速度:降温速度快,测定的Tg高 其他 (1)共聚:

无规、交替共聚物:Tg 处于两种均聚物的Tg之间 接枝和嵌段共聚物:Tg由两种均聚物的相容性决定 (2)共混:完全相容只出现一个Tg

完全不容出现两个Tg

部分相容,一般出现相互内移的两个转变温度

(3)交联:随着化学交联点密度的增加,分子链活动受约束的程度也增加,相邻交联点之间的平均长度减小,柔顺性也减小,Tg升高

1、 链结构对熔点Tm 的影响

(1)熔融热焓?Hm :与分子间作用力强弱有关。作用力强,?Hm高 提高熔融热焓?Hm,Tm升高 (2) 降低熔融熵?Sm,Tm升高

熔融熵?Sm :与分子间链柔顺性有关。分子链越刚,?Sm小 高分子链间形成氢键(氢键使分子间作用力大幅度增加),Tm升高 2, 其它因素对熔点Tm 的影响 (1) 结晶温度 Tc

聚合物的熔点和熔限和结晶形成的温度Tc有一定的关系:结晶温度Tc低,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,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。 (2) 应力和压力

对结晶聚合物,拉伸有助于结晶,从而提高结晶度,熔点升高 压力作用下,晶片厚度增加,从而熔点升高 (3) 晶片厚度 晶片越厚,熔点越高

6、 讨论聚合物溶液和熔体流动类型分类,以及影响流变性能的因素?

因为高聚物溶液的流体行为和高聚物熔体的相似,故可以将他们放在一起考虑,其结果如下:

一.牛顿流体—符合牛顿(粘性)流动定律的流体,即流体流动时受到的剪切应力与切变速率(速度梯度)成正比。绝大部分低分子液体以及高分子的稀溶液都属于牛顿流体。

二.非牛顿流体,即不符合牛顿流动定律的流体。1.假塑性流体,流体的粘度随剪切速率增大而降低 2.膨胀性(涨塑性)流体,流体的粘度随剪切速率的增加而增大3.宾汉流体,当剪切应力小于临界值时不发生流动;只有当剪切应力大临界值时才会发生假塑性流动4.触变性流体,在恒定剪切速率下,粘度随时间增加而降低5.流凝性流体,在恒定剪切速率下,粘度随时间增加而增大

影响聚合物流变性能的因素:

聚合物的流变特性是其内在结构的反映,流变行为的发生是在一定的剪切速率和剪切应力作用下,聚合物分子间缠结态被破坏,分子重新取向排列,阻力减少,流体粘度下降,流变行为随聚合物的链结构、链间结构化程度、相对分子质量及分子质量分布等因素的变化而相应变化。

1.分子链结构: 在相对分子质量相同时,分子链的支化及支链长度对聚合物粘度有很大影响。一般具有短支链的聚合物的粘度小于直链型聚合物的粘度,长链支化的聚合物粘度变化较为复杂,但粘度一般高于直链型聚合物。另外,柔性分子链的聚合物分子的链段取向容易,因此粘度随剪切速率的增加而明显下降,如PE、PS等,而对于分子链刚性大的聚合物,如聚碳酸酯等,粘度几乎不随剪切速率变化。

2.相对分子质量和分子质量分布的影响: 聚合物的流动是分子重心沿流动方向的位移,因此聚合物的相对分子质量大小和分子质量分布直接影响到聚合物的流动、加工和使用性能,它们的关系可由聚合物表现粘度对剪切速率的依赖性来反映。对于切力变稀流体,相对分子质量越大,对牛顿行为的偏离越远,分子质量分布宽的聚合物粘度对剪切速率的变化更敏感。这是由于其中相对分子质量大的部分在剪切过程中形变大,对粘度下降贡献大,此类聚合物的流动性较好,易于成型加工,但产品强度也较低,同时也对加工工艺产生影响。如在PET纺丝中,分子质量分布不同的原料,纺丝速度有明显差异。

3.熔体温度的影响: 加工熔体的温度是加工工艺控制中的重要因素。温度升高,聚合物分子间的相互作用力减弱,熔体粘度降低,流动性增加。但是不同种类聚合物熔体对温度的敏感性也不同。对绝大多数热塑性聚合物而言,在熔体温度远高于玻璃化转变温度Tg(Tg=100℃以上)时,它们的粘度与温度的关系符合Arrhenius方程。在温度变化范围较小时,可由同一剪切速率下作图,求出在该温度区间聚合物所具有的粘流活化能。由得到的粘流活化能可对加工工艺提供理

论指导因为粘流活化能是指高分子链流动时用于克服分子间作用力所需要的能量,它反映了聚合物对温度的敏感性。粘流活化能越高,说明聚合物对温度越敏感。对有较高活化能的材料,在实际加工过程中可通过适当升高温度的方法,来增加物料的流动性,提高加工性能,但同时要保持加工温度的恒定,避免熔体粘度发生波动,造成成型不稳定的后果。

4.剪切速率的影响: 聚合物非牛顿行为特征就是粘度对剪切速率的依赖性,主要表现在聚合物熔体粘度小几个数量级;不同聚合物熔体粘度随剪切速率增加而下降的速度不一样。下图是聚丙烯等几种聚合物的流变曲线,由图可以看出,PP、PEN的粘度随剪切速率下降很快,而PET和PBT粘度的降低速度相对要小。

8.试述聚合物的性能,选用什么样的方法可以测试相应的性能,简述测试原理与方法。

8、试述聚合物的性能,可选用的测试表征手段、简述测试方法。

1.力学性能:即材料对外力的响应特性,也就是高分子材料在外力作用下的形变和破坏性能。

测试表征手段:拉伸强度、弹性模量E和泊松比u、条件屈服极限 0.2、压缩强度、剪切强度、扭转强度、冲击强度、疲劳极限与疲劳寿命、平面应变断裂韧性的测定、有机玻璃的粘弹性(自由共振法、强迫共振法、强迫非共振)、单层复合材料弹性常数。

测试方法:拉伸实验、压缩实验:只要材料固有塑性较好,强度不是太高,利用拉伸实验就能较全面的显示材料的力学响应,既能显示弹性变形,又能充分显示塑性变形和最后断裂。测试所用万能材料实验机由测量系统、驱动系统、控制系统、记录处理系统组成。装置有两个夹头,测量前在试样的中间取3个点测宽度和厚度,测量时应先将试样安装在试验机的上夹头内,再移动下夹头使其达到适当位置,并把试样下端夹紧,当两夹头间的距离发生变化时,会带动光电编码器的轴旋转,光电编码器就会有脉冲信号输出,对其信号处理就得到试样的变形量。 做拉伸实验可测出材料的屈服极限、强度极限、弹性模量E及泊松比u在缓慢均匀加载下,测力指针是等速转动的,但当材料发生屈服时,测力指针的转到将出现缓慢,但由于测力指针的转动速度的减慢不十分明显,故还要借助自动绘图装置上绘出的压缩曲线中的拐点来判断和确定Ps(屈服载荷),屈服阶段终了以后,要使试样继续变形,就必须加大载荷,材料进入强化阶段,当载荷达到Po之后,在试样上可以看到某一局部开始出现颈缩现象,而且发展得相当快,示力指针也相应的有慢到快地回转。对于高塑性材料,做拉伸实验可求出弹性模量和泊松比u,而对刚性材料可采用压缩实验测出其在韧性状态下的力学性能。

剪切实验、扭转实验:工程中所用的联接件主要受剪切作用,计算时假定剪切应力在剪切面内是均匀分布的,实验时使试样的受力条件尽可能地模拟实验零件的受力情况。工程中许多传动件在扭转条件下工作,因此必须测其在扭转条件下的力学性能,通过扭转实验可测出材料的剪切弹性模量G、剪切比例极限、剪切屈服极限、剪切强度极限。

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