文档介绍：二、聚合物的成型
第三节聚合物材料
一、聚合物的分子结构与分子聚集态结构
(一)成型工艺
(二)聚合物的添加剂
添加剂赋予聚合物特殊的性能
①颜料
产生颜色,要求耐温(压)、与聚合物相容、化学稳定
②稳定剂
使聚合物不致因环境因素的影响而性能下降
抗氧化剂、热稳定剂、抗紫外线照射剂
及其盐类可阻燃
③抗静电剂
聚合物导电性差、表面易积累电荷
抗静电剂吸附空气中水分子到聚合物表面、提高表面电导、减小火花放电
④阻燃剂
有机聚合物具有可燃性,
⑤润滑剂
腊或硬脂酸钙可降低聚合物熔体的黏度、改性成型特性
⑥增塑剂
小分子或小分子链,降低聚合物的玻璃相变温度、改进聚合物的性能和成型特性
不同目的的填充剂:黏土等节省聚合物材料;橡胶中的炭
⑦填充剂
⑧发泡剂
目的:形成中空的多孔材料
聚合物
含有发泡剂的固体小珠
加热、发泡剂分解成气体
膨胀塑料密度低、优质绝缘材料
⑨增强剂
加入玻璃、石墨或其它聚合物的纤维,提高聚合物强度和刚性
⑩偶连剂
聚合物与无机材料填充材料间的结合力
黑提高轮胎的强度和耐磨性;短纤维提高橡胶力学性能
三、聚合物材料的力学状态
柔性高分子的热运动特点:
(一)概述
高分子链一般都具有柔性
分子的一部分可相对其它部分作相对独立的运动
链段长度取决高分子链的柔性:链段愈短、柔性越好
链段:高分子链中能够相对独立运动的最小单元
链段长度:几个~几十个结构单元
柔性高分子的热运动:
链段运动、高分子链的整体运动(重心迁移)
微布朗运动
布郎运动
(二)线形高分子非晶态聚合物的力学状态
温度
形变
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
五个区间:
在恒定应力作用下、等速率升温
形变—温度曲线
区域(1)
刚性玻璃态:形变小、弹性模量大
区域(3)
高弹性态:柔软、而有弹性,弹性模量小、
形变可达原长的5~10倍
区域(5)
粘性态:聚合物可象粘性流体一样流动
流动温度(切线法确定)
温度
形变
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
区域(2)
玻璃态和高弹性态的转变区—玻璃化转变区
玻璃态
高弹性态
粘流态
玻璃相变温度
(切线法确定)
区域(4)
高弹性态和粘流态的转变区
转变温度
转变温度
线性非晶态高聚物、不同温度下的三种力学状态:
(1)T<Tg 时、玻璃态:
分子热运动能量低,不足以引起主链上单键的旋转,链段和整个分子被“冻结”
普通形变
(3) 粘流态
分子热运动能量高、分子间发生整体相对迁移、产生不可回复的塑性形变
常温下使用的塑料制品
最好处于玻璃态
使用温度:
流动形变
(2)Tg < T<Tf 时、高弹性态:
热运动足以克服主链上单键的旋转势垒、链锻可运动,但不足以克服分子间的内摩擦力、分子重心不动,拉伸力使卷曲的高分子链沿外力方向伸展、呈现大形变、高弹性
高弹性形变
聚合物
聚合物
聚乙烯(高密度)
聚氯乙烯(间同)
聚四氟乙烯
聚丙烯(全同)
聚酯(PET)
聚碳酸酯
聚乙烯(低密度)
尼龙66
聚苯乙烯(全同)
-100
-78
87
126
-14
115
137
212
327
176
100
57
73
150
230
265
265
265
聚合物的和
常温下使用的橡胶
高弹态
使用温度:
粘流态对聚合物成型至关重要
成型温度:
热解聚温度
(三)聚合物的高弹性
提高高弹性材料的抗蠕变能力及在宽温区内具有高弹性
线形非晶态聚合物具有高弹性
实际高弹性材料的线形高分子间存在轻微的交联
高弹性聚合物的基本特点:
1、弹性应变大、弹性模量低;
2、弹性模量可能不随温度变化、也可能随温度的增加而增加
(已指出)
温度增加
分子链段的热运动加剧、高分子卷曲构象的倾向增大
相同外力下的形变减小
3、滞弹性:高弹态高分子聚合物形变对外力的响应有滞后
理想弹性体:
应力作用、立即产生应变;应力消除、应变立即消除
高分子链从一种构象到另一种构象需要时间
实际弹性体:
链段发生相对位移、需克服一定的内摩擦力
所有材料都有一定的响应滞后、高弹性材料响应滞后显著
恒定应力 T 作用下应变随时间的变化:
t时刻的应变
平衡应变—最终应变
时间常数—延迟时间