高分子材料性能与评价概论
高分子材料性能与评价
高分子材料性能与评价引言高分子材料是一类重要的材料，由于其独特的化学结构和物理性能，广泛应用于工程、医疗、电子等领域。
高分子材料的性能对于材料的选择和设计具有重要意义。
本文将介绍高分子材料的性能与评价方法，为材料研究和应用提供参考。
高分子材料性能高分子材料的性能可以通过多个方面进行评价，下面将介绍几个重要的性能指标。
1. 机械性能高分子材料的机械性能是指其在受力条件下的力学响应特性，包括强度、刚度、韧性等。
其中，强度是指材料抵抗外力破坏的能力，通常以拉伸强度和压缩强度来表示；刚度是指材料的变形能力，常用弹性模量来表示；韧性是指材料在断裂前的塑性变形能力，常用断裂韧性来表示。
机械性能的评价通常通过拉伸、压缩、弯曲等实验来进行。
2. 热性能高分子材料的热性能是指其在高温条件下的稳定性和变形能力。
热稳定性是指材料在高温下不发生分解和失效的能力，常用热分解温度来表示；热变形能力是指材料在高温下的变形行为，通常通过热膨胀系数和热软化温度来评价。
3. 光学性能高分子材料的光学性能是指其对光的透过性、散射性和吸收性等特性。
透过性是指材料对光的透过能力，常用透光率来表示；散射性是指材料对光的散射能力，常用散射系数来评价；吸收性是指材料对光的吸收能力，常用吸收系数来表示。
光学性能的评价通常通过透光率、透明度和显色变化来进行。
4. 电性能高分子材料的电性能是指其导电性和绝缘性等特性。
导电性是指材料能够导电的能力，常用电导率来评价；绝缘性是指材料阻止电流通过的能力，常用电阻率来表示。
电性能的评价通常通过电导率、电阻率和介电常数等参数来进行。
高分子材料评价方法高分子材料的评价方法主要包括实验方法和计算模拟方法两种。
下面将介绍几种常用的评价方法。
1. 实验方法实验方法是通过实验来评价高分子材料的性能。
常用的实验方法包括拉伸实验、压缩实验、弯曲实验等。
通过这些实验可以得到高分子材料的力学性能、热性能、光学性能和电性能等参数。
高分子材料成型加工中的真空成型模具材料性能测试与评价
高分子材料成型加工中的真空成型模具材料性能测试与评价在高分子材料的成型加工过程中，真空成型模具作为关键的加工工具，扮演着至关重要的角色。
真空成型模具的材料性能直接影响着成型产品的质量和性能，因此对其性能进行全面的测试与评价是非常必要的。
本文将重点探讨高分子材料成型加工中真空成型模具材料性能的测试方法和评价标准。
一、材料性能测试方法：1. 强度测试：真空成型模具在成型过程中承受着较大的压力，因此其强度是一个至关重要的指标。
常用的强度测试方法包括拉伸试验、压缩试验和弯曲试验等。
2. 耐磨性测试：真空成型模具在使用过程中会不可避免地受到摩擦和磨损，因此其耐磨性也是需要测试的关键指标。
常用的耐磨性测试方法包括磨损试验和摩擦试验等。
3. 耐腐蚀性测试：真空成型模具在长时间的使用中会接触各种化学物质，因此其耐腐蚀性也是需要测试的重要指标。
常用的耐腐蚀性测试方法包括酸碱腐蚀试验和盐雾腐蚀试验等。
4. 导热性测试：真空成型模具在成型过程中需要承受高温加热，因此其导热性也是一个需测试的关键指标。
常用的导热性测试方法包括热传导试验和热阻试验等。
二、材料性能评价标准：根据上述测试结果，可以对真空成型模具的材料性能进行全面评价。
一般来说，优秀的真空成型模具应该具有高强度、良好的耐磨性和耐腐蚀性，以及优异的导热性能。
在实际应用中，还需要考虑其成本、加工工艺等因素，综合评价选择最适合的材料。
综上所述，高分子材料成型加工中真空成型模具的材料性能测试和评价对于确保成型产品质量和提高生产效率具有重要意义。
通过科学合理的测试方法和评价标准，可以选择到适合的材料，提高产品质量，降低生产成本，从而推动高分子材料成型加工产业的发展。
高分子合成材料范文
高分子合成材料范文高分子合成材料是一种由化学合成而成的大分子化合物，通常具有高分子量、高强度和高导电性等特点。
高分子合成材料广泛应用于各个领域，如塑料、橡胶、纤维、涂料、胶黏剂等。
在本篇文章中，将会探讨高分子合成材料的特点、分类以及应用领域。
1.高分子量：高分子合成材料的分子量通常在10^4-10^6之间，因此具有较高的物理强度和化学稳定性。
2.可塑性：高分子合成材料具有较好的塑性，可以通过热加工、注塑等方法加工成不同形状的制品。
3.耐磨性：高分子合成材料通常具有较好的耐磨性能，可以用于制造耐磨部件，如轮胎、刷子等。
4.耐化学性：高分子合成材料通常具有较好的耐化学性，不易受到化学药品的侵蚀。
1.聚合物：聚合物是一种由同种或不同种化学单体通过聚合反应合成的高分子化合物，可以进一步分为塑料和橡胶。
塑料是一种具有可塑性的高分子合成材料，可以根据聚合单体的不同特性，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等分类。
橡胶是一种具有高弹性的高分子合成材料，可以根据其硬度和化学结构的不同，如天然橡胶、丁苯橡胶等。
2.高分子复合材料：高分子复合材料由高分子基质和增强材料组成，可以提高材料的力学性能。
常见的高分子复合材料包括聚合物基复合材料、纳米复合材料和纤维增强复合材料等。
3.高分子溶液：高分子溶液是指高分子化合物在溶剂中形成的溶液。
通过调整高分子溶液的浓度、溶剂的种类和温度等条件，可以使其具有不同的性质和应用前景。
1.医疗领域：高分子合成材料被广泛用于医疗器械的制造，如医用塑料制品、人工骨骼和人工器官等。
此外，高分子合成材料还被用于制造药物缓释系统和生物医学材料。
2.电子领域：高分子合成材料被广泛应用于电子器件的制造，如电子电缆、绝缘材料和电子芯片等。
3.环保领域：高分子合成材料被广泛应用于环保材料的研发和生产，如可降解塑料和水处理材料等。
4.能源领域：高分子合成材料被应用于太阳能电池板、燃料电池和锂离子电池等能源领域。
总之，高分子合成材料具有高分子量、可塑性、耐磨性和耐化学性等特点，广泛应用于医疗、电子、环保和能源等领域。
功能高分子材料概论
1
介于化学、物理之间或复合 的功能
2
包括吸附，介吸，膜分 离，高吸水，表面活性 等功能。
介于化学、物理之间或 具有复合功能的功能高 分子材料有： 高分子吸 附剂，絮凝剂，表面活 性剂，染料，功能膜， 稳定剂，高吸水材料。
生理功能
包括组织适应 性．血液适应性， 生物体内分解非 抽出性，非吸附 性等功能。
第一章 功能高 分子材料概论
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第一节 功能高 分子材料概念
1．功能高 分子材料的
定义
从物质到原材料，从通用材料到特性材料 (Specialty material)，再从特性材料到功能材料 (functional material)，都有着本质上的区别。要 把功能材料、通用材料和特性材料区别开来，首先 要分清性能(performance)和功能(function)两个 词的区别。通常我们常说这样的一句话“材料的性 质”，但从工程学规范的话言则是称“材料的性能 及功能”。
01
生理功能为主的 高分子材料有： 医用高分子材料， 医药，农药，生 物降价性塑料。
02
第二节 高分子 结构分析
元素组成。 例如，高分子阻燃剂与含磷、硫、溴有关，高分子 螯合剂与配位元素的种类和状态有关
官能团结构。决定材料的化学性质：氧化还性、酸碱性、亲电亲 核性、配位性；决定材料的物理性质：亲水亲油性、溶解性、电 性、光性、磁性等
改性纤维素、甲壳素等，生物相容性好
5
以聚吡咯、聚噻吩、聚苯、聚乙烯为代表
的具有线性共轭结构，具有电子传输性
6
以聚芳香内酰胺为主链的梯形化合物，有
高分子材料性能测试与表征详解
四．应力的影响
当剪切应力的能量大于大分子键能时，引起大分子断链裂解。 增大剪切应力或剪切速率，降解速度增大。 聚合物受到剪切时，温度的高低影响剪切作用的大小。温度较低时，剪 切作用非常强烈，分子量降低幅度大 聚合物降解的程度随应力作用时间的增长而加剧 应力对聚合物降解的影响还与聚合物的化学结构和所处的物理状态有关。
类型类型自由基式链式降解逐步降解条件条件热剪切力提供能量高温条件下h2o酸碱等杂质位置位置位置位置cccoch产生游离基易产生游离基cncocscsi键能键能弱降解的机理机理机理类似于自由基的反应断链类似于缩聚的逆过程醇解酸解特点特点反应速度快中间产物不能分离降解速率与分子量无关但不同聚合物降解历程不同各步反应独立断裂的部位是无规和任意的中间产物稳定断链机会随分子量增大而提高影响降解的因素1主链上与叔碳原子或季碳原子相邻的键不稳定
聚合物加工过程中的形态演变
降解和交联
降解的实质
聚合物在水、氧、应力、热、光、超声波、辐射作用下往往会产生 降解的化学过程，使其性能劣化，降解的实质是：
断链 交联 分子链结构的改变 侧基的改变 以上四种的组合
其中自由基常是一个 活泼的中间产物，作用 结果是聚合物的分子结 构发生了改变。
降解的机理
类型
游离基交联反应，如不饱和聚酯的交联反应、橡胶硫化、聚烯烃交 联等。 逐步交联反应，如大分子环氧基、异氰酸基等活性官能团与交联剂 进行的交联反应以及酚醛树脂成型过程中的交联反应。
通过大分子上的活性中心（活性官能团或活性点） 间的反应或活性中心与交联剂间的反应
高分子材料的特性
高分子材料的特性
高分子材料是一类由大量重复单元组成的材料，具有许多独特的特性。
首先，高分子材料通常具有较高的分子量和分子量分布，这使得它们具有较强的韧性和耐磨性。
其次，高分子材料具有良好的绝缘性能，这使得它们在电子领域有着广泛的应用。
此外，高分子材料还具有较高的化学稳定性和耐腐蚀性，能够在恶劣环境下长期稳定地工作。
另外，高分子材料还具有较好的加工性能，可以通过各种加工方法制备成各种形状的制品。
高分子材料的特性还包括其独特的热性能。
一般来说，高分子材料具有较低的熔点和玻璃化转变温度，这使得它们在高温下仍能保持较好的形状稳定性。
此外，高分子材料还具有较低的热传导性能，能够在一定程度上起到隔热的作用。
另外，高分子材料还具有较好的可塑性和可回收性，能够通过加热和压力重新塑形，实现材料的再利用。
除此之外，高分子材料还具有较好的透明性和光学性能。
一些高分子材料具有较高的透光率和折射率，能够用于光学透镜、光纤等领域。
同时，高分子材料还具有良好的色彩稳定性和耐光性，能够长期保持其外观和性能。
另外，高分子材料还具有较好的声学性能，能够用于声学隔音、吸音等方面。
综上所述，高分子材料具有众多独特的特性，使得它们在各个领域有着广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，相信高分子材料的特性将会得到更好的发挥和应用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
高分子材料性能及测试
A0
F
F
剪切应变：
γ tanθ
F 剪切应力： A0
22
高分子材料性能学
（3）均匀压缩
材料受到的是围压力（流体静压力）P。发生体积形
变，体积由V0缩小至V。
压缩应变：
A0
V 0V V V V0 V0
23
高分子材料性能学
1.1.2 弹性模量 单位应变所需应力的大小，是材料刚性的表征。模量 的倒数称为柔量，是材料容易形变程度的一种表征。 拉伸模量（杨氏模量）E： 剪切模量（刚性模量）G： 压缩模量（本体模量）K：
3).橡胶态的高聚物：应力-应变不呈线性关系，
且变形量较大
39
高分子材料性能学
弹性变形的力学性能指标
（1）弹性模量：是单位应变所需应力的大小，物理意义是 产生100 %弹性变形所需的应力。 （2）比例极限σp：是保持应力与应变成正比关系的最大应力， 即在应力-应变曲线上刚开始偏离直线时的应力
p
e
e
e 1 ae e e 2 2E
2
提高弹性比功的方法： 提高σe 降低E（提高弹性极限应变εe）
o
e
橡胶低E和高弹性应变—高弹性 比功
41
高分子材料性能学
非理想弹性 理想弹性行为：
E
（1）.应变-应力线性 （2）.应力和应变同相位 （3）.应变是应力的单值函数
b
ε
35
高分子材料性能学
拉伸过程高分子链的三种运动情况：
▲弹性形变（开始～e点）
▲强迫高弹形变
▲塑性变形
y（屈服点） e
36
高分子材料性能学
弹性变形与塑性变形
高分子材料概论第四章 高分子材料性能与表征要点
5
液体的表观黏度与切变速率的关系：
2 η
1
3 D
右图中
线1为牛顿液体；
线2为胀流性流体；
线3为假塑性流体。
6
有些流体的粘度变化会呈现可逆的依时性，有以下两种情
况：
① 在恒定的将切速率和剪切力作用下，一些流体的粘度随 时间的增加而降低，这种流体称为触变性流体。说明结构 不断破坏，当剪切作用停止一段时间，结构又回复。 （聚合物流体的触变行为在涂料工业中有重要意义）
2
分以下情况： §4-1 高分子材料的流变特性
① 第1、2、3类属于弹性形变（包括普弹和高弹）体；
目的：掌握高聚物的粘流特性，合理控制成型加工过程。 ② 第4、5、6、7类属于同时具有黏性和弹性的黏弹体，其 一、高聚物的流变性 中第5、6类以塑性为主，第7类以黏性为主，高聚物材料 ●定义 多属于此类；
① 当n＝1：为第6种类型，为理想塑性体或宾汉流体(p55)。对应的是高聚物溶液 中的浓溶液，静止时存在凝胶结构，应力超过 后结构破坏。 ② 当n＞1或n＜1：为第4、5种类型，属于黏性体或非理想塑性体。高聚物多属 于此类固体，剪切力越大，物体越硬，对同一黏弹体，力作用时间长，剪切力越小。 并且，当剪切力大于破坏应力时，材料为脆性固体；剪切力小于破坏应力时，材料 呈韧性破坏。
能完全 回复的 非理想 弹性体 高弹体
具有塑 性的非 理想弹 性体
非理想 塑性体
理想塑 性体或 称宾汉 流体
具有黏 弹性的 非牛顿 流体
非牛顿 黏性流 体
牛 顿 流 体
3
● 流 体 的 类 型
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• 1869年 美国的海厄特(John Wesley Hyatt， 1837-1920)把硝化纤维、樟脑和乙醇的混 合物在高压下共热，制造出了第一种人工 合成塑料“赛璐珞”(cellulose)。
• 1887年 Count Hilaire de Chardonnet用硝 化纤维素的溶液进行纺丝，制得了人造丝。
15
高分子的分子量
平均分子量的概念
• 数均分子量Mn：体系总重量为分子总数所平均 • 重均分子量Mw: 各分子量分子的重量分数与其相应的分
子量的乘积的总和。
Mn对低分子敏感，Mw对高分子敏感
• 粘均分子量Mη ：[η]=K( M η) α，可通过高分子溶液 的特性粘数[η]测定。
• Z均分子量Mz：按Z量统计平均，没有具体的物理意义。
• 1950s 德国人齐格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta)分 别用金属络合催化剂合成了聚乙烯（PE）与聚丙烯（PP）。
• 1955年 美国人利用齐格勒-纳塔（Ziegler Natta)催化剂聚合异戊二 烯，首次用人工方法合成了结构与天然橡胶基本一样的合成天然 橡胶－异戊橡胶。
高分子材料性能与评价
中石化北京燕山分公司 骆献辉，2014年6月
目录
第一章 高分子基础知识 第二章 高分子材料的力学性能 第三章 高分子材料的化学分析方法 第四章 高分子溶液
第一章 高分子基础知识
高分子概念
• 高分子 分子质量1万以上的有机化合物称为高分子材料。它
是由许多小分子聚合而成，故又称为聚合物或高聚物。
• 2. 玻璃化转变Tg －玻璃态到高弹态的转变 ，链段的运动被激发，形变增加，模量下降。
• 3. 高弹态（橡胶-弹性平台区）：当T >Tg，链段运动, 受力后形变很大，模量低，外力去 除后形变恢复（可逆形变），聚合物表现出橡胶行为，呈现高弹性。高弹态是聚合物特有 的力学状态。高弹形变是链段运动使高分子链发生伸展或卷曲运动的宏观表现。
• 4. 粘弹转变Tf ：链段热运动剧烈导致大分子的重心发生位移，聚合物呈现流动性，模量 再次下降。对应温度为Tf
• 5. 粘流态：T>Tf，分子链运动，形变大且无法回复，模量低，与小分子液体类似。
玻璃化转变温度及其影响因素
Tg是表征聚合物性能的一个重要指标，塑料的最高使用温度和 橡胶的最低使用温度。从分子运动的角度看，它是链段开始 “冻结”的温度，因此 凡是使链的柔性增加，使分子间作用力降低的结构因素均导致 Tg下降； 凡是导致链段的活动能力下降的因素均使Tg升高。
• 1930年 聚苯乙烯(PS)发明。
• 1935年 美国杜邦公司（Du pont)卡罗瑟斯 (Wallace H. Carothers， 合成出聚酰胺-66，即尼龙-66。
• 1930年 德国人用金属钠作为催化剂，用丁二烯合成出丁钠橡胶和 丁苯橡胶。
• 1940年 英国人温费尔德 (T.R.Whinfield，1901-1966)合成出聚酯 纤维(PET)。
13
2.橡胶：
天然橡胶
(聚异戊二烯)
合成橡胶
( 顺丁,丁苯,丁腈, 氯丁橡胶)
室温弹性高；形变大（可达1000%），外力去除后，能迅速恢复原状；弹性模量小， 约105~104Pa。
14
3.纤维
聚酯纤维(涤纶，如PET) 聚酰胺纤维（如尼龙，锦纶）
腈纶(PAN) 丙纶(PP) 维纶（PVA）
弹性模量较大，约109~1010Pa。 形变小，机械性能随温度变化不大
对单一纯物质： 对高聚物：
三大材料中橡胶分子量最大
高分子的力学三态（三态两转变）
e
E
玻
高弹态
粘
流
玻璃态 高弹态
璃
态
态
粘流态
Tg
Tf T
Tg
Tf T
• 1. 玻璃态：温度低，链段被“冻结” ，只有小运动单元的运动。质硬而脆，类似玻璃。受 力后，形变(e)很小，弹性模量(E)高，外力去除形变恢复，普弹性。
1.化学结构的影响： （1） 主链结构（主链的柔顺性）： ●饱和主链
齐格勒
纳塔
• 1971年 Stephanie Kwolek 发明可耐300℃高温的Kevlar。
材料分类
• 金属材料 • 无机非金属材料 • 高分子材料 • 复合材料
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1.塑料
热固性塑料
(酚醛、脲醛等)
热塑性塑料
(PE,PP,PVC,PS,PMMA等)
塑料的弹性模量介于橡胶和纤维之间，约 107~108Pa；受力形变可达百分之几至几百。
天然的聚合物有 木材、橡胶、棉花、丝、毛发和角等。 人工合成聚合物有塑料、合成纤维、合成橡胶等。
聚合物的基本结构
长支链 短支链 线型交联分子链 三维交联分子链
5
高分子发展史
• 15世纪 美洲玛雅人用天然橡胶做容器，雨具等生活用品。
• 1839年 美国人古德伊尔 (Charles Goodyear)发现天然橡 胶与硫磺共热后明显地改变了 性能，使它从硬度较低、遇热 发粘软化、遇冷发脆断裂的不 实用的性质，变为富有弹性、 可塑性的材料。
• 1932年施陶丁格又总结了自己的大分子理论，出版了划时代的巨著 《高分子有机化合物》，成为高分子化学作为一门新兴学科建立的标 志。
பைடு நூலகம்
• 1926年 瑞典化学家斯维德贝格等人用超离心机测量出蛋白质的分 子量：证明高分子的分子量的确是从几万到几百万。
• 1926年 美国化学家 Waldo Semon合成了聚氯乙烯（PVC），并 于1927年实现了工业化生产。
原子之间由共价键结合，称为主价键； 分子之间由范德华键连接，称为次价键。 由于分子太大，分子间次价键力之和远超过分子中原子间主价键 的结合力。拉伸时常常先发生原子键的断裂，而不是分子链之间的滑 脱。
• 聚合物 聚合物的小分子化合物称为单体，组成聚合物长链的
基本结构单元则称为链节。 聚合物长链的重复链节数目，称为聚合度。
• 1909年 美国人贝克兰 (Leo Baekeland)用苯酚与甲醛反应制造出第 一种完全人工合成的塑料--酚醛树酯。
• 1920年施陶丁格 (Hermann Staudinger)发表了“关于聚合反应” 的论 文提出：高分子物质是由具有相同化学结构的单体经过化学反应(聚 合)，通过化学键连接在一起的大分子化合物，高分子或聚合物一词 即源于此。