《高聚物的物理性能》课件

高聚物的物理性能高聚物材料的物理性能与其结构密切相关从机械性能、热性能、光学性能等多个方面，探究其在不同应用场景中的优劣势课程目标理解高聚物性能掌握影响因素应用与分析案例研究深入理解高聚物材料的物理性掌握影响高聚物性能的主要因能够根据应用需求，选择合适通过案例研究，了解高聚物材能，例如机械性能、热性能、素，例如分子结构、加工工艺、的聚合物材料，并对其性能进料在各个领域的应用现状，并电性能、光学性能等环境因素等行分析和预测展望未来发展趋势高聚物的基本概念高聚物是由许多结构单元通过共价键连接而成的长链状分子这些结构单元称为单体，高聚物又称聚合物高聚物可分为天然高聚物和合成高聚物天然高聚物如蛋白质、纤维素、橡胶等，合成高聚物如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高聚物的分类按结构分类按来源分类12线型、支化型、体型天然高聚物、合成高聚物按组成分类按性能分类34均聚物、共聚物热塑性、热固性高聚物的分子结构高聚物的分子结构是指组成高聚物的基本单元——单体，以及单体之间如何连接形成高分子链的结构高聚物的分子结构主要包括链结构、支化结构和网状结构链结构是最简单的结构，支化结构是由主链上连接了一些侧链形成的，网状结构是由多个链交联形成的高聚物链的构型无规卷曲链段在空间随机排列，没有规则性，缺乏取向性，通常导致聚合物较软、较易变形等规卷曲链段以规则的螺旋状或锯齿状排列，具有一定的取向性，使聚合物具有更高的强度、硬度和熔点间规卷曲链段以交替的方式排列，介于无规卷曲和等规卷曲之间，其物理性质也介于两者之间其他构型还有一些特殊的构型，如立构规整、对映异构等，它们对聚合物的性能也有显著影响高聚物的取向分子链排列拉伸过程增强强度光学性能高聚物分子链的排列方向，影响拉伸或其他外力作用可使高聚物取向提高了高聚物的强度和刚度，取向可改变高聚物的光学性质，材料的力学性能分子链沿拉伸方向排列增强了抗拉强度和抗弯强度例如折射率和光透过率高聚物的分子量分布分子量分布定义影响单分散性所有分子具有相同的罕见，理想状态分子量多分散性分子量分布范围较宽常见，影响性能分子量分布对高聚物性能有显著影响，如机械强度、熔融粘度、溶解性等高聚物的玻璃化转变玻璃化转变温度1高聚物从玻璃态转变为橡胶态的温度分子运动2玻璃化转变温度以下，分子运动受限性质变化3高聚物变得更硬、更脆、更易碎应用影响4影响高聚物在不同温度下的性能玻璃化转变是高聚物的重要物理性能，影响其应用范围高聚物的熔融状态熔融温度1高聚物熔融温度是指从固态转变为液态的温度熔融温度取决于高聚物的分子结构和链段间的相互作用力熔融过程2在熔融过程中，高聚物的链段会变得更加活跃，链段间的作用力减弱，高聚物从固态变为液态熔融状态3高聚物在熔融状态下，链段可以自由移动，高聚物表现出流动性和可塑性，可以进行加工成型高聚物的流变学行为粘度描述流体抵抗流动的能力高聚物溶液或熔体在剪切应力作用下的流动行为弹性在应力作用下发生形变，移除应力后能够恢复到原始形状的能力流动性在剪切应力下变形，但移除应力后无法完全恢复原始形状的能力高聚物的粘弹性粘弹性定义粘弹性影响因素高聚物既表现出固体材料的弹性，温度、时间、应力、应变等因素会又表现出液体材料的粘性，称为粘影响高聚物的粘弹性行为弹性粘弹性应用粘弹性在橡胶、塑料、纤维等材料的应用中发挥重要作用，例如，橡胶的弹性，塑料的抗冲击性高聚物的应力应变行为-应力-应变曲线是表征材料力学性能的重要指标之一通过分析高聚物的应力-应变曲线，可以了解其在受力情况下的变形行为，并判断其强度、韧性、弹性等力学性能弹性形变1外力去除后，材料可以恢复原状屈服强度2材料开始发生塑性形变的应力值拉伸强度3材料断裂前的最大应力值断裂伸长率4材料断裂时的总伸长量高聚物的应力-应变行为受多种因素影响，包括温度、应变速率、分子量、交联度、填充剂等高聚物的机械性能高聚物的机械性能是指材料在承受外力作用时表现出的抵抗变形和断裂的能力高聚物的机械性能与其化学结构、分子量、结晶度和加工工艺等因素密切相关高聚物的机械性能可以分为静态性能和动态性能两种静态性能是指材料在静态载荷下表现出的力学性能，包括强度、硬度、韧性等动态性能是指材料在动态载荷下表现出的力学性能，包括疲劳强度、蠕变性能等100200强度硬度材料抵抗断裂的能力材料抵抗压痕的能力300400韧性疲劳强度材料抵抗断裂的能力材料在反复载荷下抵抗断裂的能力高聚物的机械性能对于其在工程中的应用至关重要例如，用于制造汽车零部件的聚合物需要具有高强度和高韧性，而用于制造食品包装的聚合物需要具有良好的耐热性和耐化学性影响高聚物性能的因素分子结构加工条件

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22.单体类型、聚合度、链结构等温度、压力、时间等因素影响影响聚合物的物理性质和性能聚合物的形态和最终性能添加剂环境因素

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44.增塑剂、稳定剂、填料等添加温度、湿度、光照、氧气等环剂能够改变高聚物的性能境因素影响聚合物的降解和老化高聚物的结晶行为结晶过程影响因素高分子链段在特定条件下自发排列成有序结构的过程温度、压力、分子量、链结构等因素都会影响高聚物的结晶行为123结晶度结晶区域占整个高聚物材料的比例，影响材料的性能，例如强度和刚度高聚物的相变行为玻璃化转变玻璃化转变是指无定形高聚物从玻璃态转变为橡胶态的温度，是高聚物重要的相变行为结晶结晶是指高聚物分子链在一定条件下排列整齐形成晶体的过程，可提升材料强度和硬度熔融熔融是指结晶态高聚物在一定温度下转变为熔融态的过程，熔点是判断材料热稳定性的重要指标高聚物的热膨胀行为线性膨胀玻璃化转变温度升高时，高聚物材料的体积会当温度低于玻璃化转变温度时，高膨胀，这种现象被称为线性膨胀聚物处于玻璃态，分子链运动受限，线性膨胀系数是指材料温度每升高膨胀系数较低一度体积变化的百分比橡胶态影响因素当温度高于玻璃化转变温度时，高高聚物的热膨胀行为受多种因素影聚物处于橡胶态，分子链运动更加响，包括分子结构、结晶度、交联自由，膨胀系数较高度等高聚物的电绝缘性能概述影响因素高聚物具有优异的电绝缘性能，是电子和高聚物的电绝缘性能受多种因素的影响，电气工业中不可或缺的材料它们可以阻包括化学结构、极性、结晶度和温度例挡电流的流动，保护电路和设备免受短路如，高结晶度和低极性的聚合物通常具有和过载的损害更好的电绝缘性能高聚物的电介质性能介电常数介电损耗高聚物的电介质性能主要由介电常数决定，它反介电损耗是指电能转化为热能的程度，它会影响映了材料存储电能的能力材料的效率和稳定性耐压强度频率特性耐压强度是指材料在电场作用下发生击穿时的电高聚物的电介质性能会随着频率的变化而改变，压，反映了材料承受高压的能力这会影响其在不同频率下的应用高聚物的耐热性能耐热性热稳定性应用领域高聚物的耐热性是指在高温条件下保持其物高聚物的热稳定性是指在高温条件下抵抗降耐热性高的聚合物广泛应用于航空航天、汽理和化学性能的能力解或变性的能力车和电子等领域高聚物的抗化学品性能耐酸性耐碱性一些高聚物可以抵抗强酸腐蚀，例如聚四氟乙烯一些高聚物可以抵抗强碱腐蚀，例如聚丙烯耐溶剂性耐氧化性不同的高聚物对不同溶剂的抵抗能力不同，例如高聚物在氧化环境下会发生降解，一些高聚物具聚苯乙烯不溶于水但可溶于苯有更好的耐氧化性能，例如聚乙烯高聚物的抗辐射性能抵抗电离辐射辐射防护高聚物可抵抗电离辐射，包括、、射通过改变高聚物的分子结构或添加抗辐射αβγ线和X射线剂来增强其抗辐射性能应用领域核能、航天、医疗等领域都需要抗辐射性能优异的高聚物材料高聚物的吸水性能亲水性疏水性亲水性高聚物易于吸收水分，例如疏水性高聚物不易吸收水分，例如聚乙烯醇和聚酰胺聚乙烯和聚丙烯吸水率吸水率是高聚物吸水能力的量度，受高聚物结构和环境条件影响高聚物的表面性能表面张力表面能表面粗糙度表面改性表面张力是液体表面的一种特表面能表示的是在恒温下使单高聚物的表面粗糙度会影响其表面改性是指通过物理或化学殊性质，反映了液体表面分子位面积固体表面从凝聚相中分摩擦系数、润湿性、粘附性能方法改变高聚物表面的性质间的相互作用力高聚物的表离出来所需做的功高聚物的和外观等高聚物的表面粗糙例如，可以通过等离子体处理、面张力会影响其粘附性能、润表面能与表面张力有关，也影度可以通过机械加工、化学处涂层、接枝等方法来改善高聚湿性等响其润湿性、粘附性和表面改理等方法进行控制物的润湿性、粘附性能、耐磨性等性等高聚物的环境友好性可降解高聚物可回收利用高聚物绿色合成技术可降解高聚物，例如生物降解塑料，有助于一些高聚物可回收利用，减少资源浪费，并采用绿色化学合成技术生产高聚物，减少有减少塑料污染，提高环境可持续性降低对环境的影响害物质排放高聚物的可再生性生物基高聚物生物降解性高聚物由可再生资源（如植物、动物或微生物）制在自然环境中可以被微生物分解，避免环境备污染循环利用高聚物可回收利用，降低对原材料的需求，减少资源浪费高聚物在工程中的应用建筑领域交通领域高聚物材料如聚氯乙烯PVC和聚丙烯PP被广泛应用于建筑行业，高聚物材料在交通运输领域有着广泛的应用，例如制造汽车部件、飞机用于制造管道、门窗、地板和屋顶材料机身、火车车厢和桥梁高聚物材料的发展趋势高性能化功能化

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22.提高机械强度、耐热性、耐腐开发具有特殊功能的高聚物材蚀性等性能，满足高性能应用料，例如导电、导热、发光、需求生物降解等智能化可持续发展

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44.将传感器、执行器等智能元件发展可降解、可回收、生物基集成到高聚物材料中，实现自等环保型高聚物材料感知、自调节等功能高聚物材料的发展机遇与挑战可持续发展性能提升生物基高聚物材料的开发，减少对石油资源的依纳米技术和智能材料的应用，提高材料的性能和赖功能性多元化应用挑战高聚物材料在各个领域不断拓展应用，满足新兴高聚物材料回收利用、成本控制、安全环保等问需求题课程总结本课程涵盖了高聚物的物理性能，包括力学性能、热性能、电性能、光学性能、表面性能等学习了影响高聚物性能的因素，例如分子结构、分子量、结晶度、取向等通过本课程的学习，学生能够了解高聚物的基本概念、分类、结构、性能、应用等方面的知识，为进一步学习和研究高聚物材料奠定基础。