聚合物热性质
塑料热性质
热性质是指塑料在温度变化的影响下，各种形性改变的程度。
通常热性质与塑料加工的关系最为密切。
现将重要的项目分述如下：1、玻璃转移点（Glass Transition Point，Tg）当塑料的温度达到玻璃转移点时，其分子键的分枝开始局部脉动，塑料便由玻璃状变成橡胶状。
也就是说，当聚合物的温度在Tg时，会由较高温下呈现的橡胶态，转至低温下所呈现的具坚硬易脆性质的玻璃状。
结晶性塑料有明显的Tg及潜热值，聚合物是呈现橡胶态还是玻璃状全视Tg与当时使用时的温度而定，故Tg为聚合物在使用上的重要指针。
以下列举数种塑料的Tg值：2、塑料的熔点（Melting Point，Tm）塑料的熔点是指塑料由固体状态变成熔融状态时的温度，此时结晶性塑料的比容显着增加，此温度又称可加工温度。
下表为一些塑料的Tm 值：3、热变形温度（Heat distortion temperature，HDT）热变形温度显示塑胶材料在高温受压下能否保持不变的外形，一般用来表示塑料的短期耐热性。
若考虑安全系数，短期使用的最高温度应保持低于热变形温度10℃左右，以确保不致于因温度而使材料变形。
最常用的热变形测定法为ASTM D648试验法，即将试片在一定压力及一定加温速度下，弯曲到一定程度时的温度。
例如，在一标准试片（127×13×3mm）的中心，置放在455kPa或1820kPa负载下，并以2℃/min条件升温直到变形量为0.25mm时的温度。
对非结晶塑料，HDT比Tg小10~20℃；对结晶塑料，HDT则接近于Tm。
通常加入纤维补强后，塑料的HDT会上升，因为纤维补强可以大幅提升塑料的机械强度，以致在升温的耐挠曲测试时，会呈现HDT急剧升高的现象。
下表列举几项常用塑料的热变形温度比较：4、热膨胀系数（Heat Expansion coefficient）热膨胀系数是指塑料加热时尺寸膨胀的比率，可依ASTM D696的试验法测定。
化学化学聚合物的性质
化学化学聚合物的性质化学聚合物的性质化学聚合物是由许多化学反应连接而成的高分子化合物。
随着化学聚合物在科学和工业领域的广泛应用，对其性质的研究也日益重要。
本文将探讨化学聚合物的几个重要性质，包括物理性质、化学性质和结构性质。
一、物理性质1. 密度：化学聚合物的密度通常比较低，这是因为它们由大量的重复单元组成，单元之间的间隙较大。
因此，聚合物通常比同样重量的金属或陶瓷材料轻。
2. 熔点和玻璃转变温度：化学聚合物的熔点较低，通常在室温下是固态的。
然而，它们可以在高温下熔化成液体。
另外，聚合物还具有玻璃转变温度，即从硬玻璃态转变为可塑态的温度。
3. 弹性和柔韧性：化学聚合物通常具有良好的弹性和柔韧性，这使得它们在许多应用中可以承受拉伸、弯曲和挤压等变形而不破裂。
二、化学性质1. 溶解性：化学聚合物可以被溶解在适当的溶剂中。
这是由于聚合物链上的键可以在溶剂的作用下断裂，使聚合物与溶剂发生相互作用。
2. 稳定性：化学聚合物通常具有较好的化学稳定性，即它们在大多数化学环境下是稳定的。
然而，一些特殊条件，如高温、强酸或强碱环境下，聚合物可能会发生降解或变性。
3. 电化学性质：化学聚合物可以通过控制它们的化学结构来调节其电化学性质，如导电性、电荷传输速率等。
这些性质使得聚合物广泛应用于电解池、电池和电子器件等领域。
三、结构性质1. 分子量和分子量分布：化学聚合物的分子量通常非常大，可以达到数万至数百万。
此外，聚合物链上的分子量也可能不均匀分布，形成分子量分布。
这些参数对聚合物的性能和应用具有重要影响。
2. 分子结构：化学聚合物的分子结构决定了其物理和化学性质。
常见的聚合物结构包括线性聚合物、交联聚合物和支化聚合物等。
每种结构都会影响聚合物的力学性能、导热性能和化学活性等方面。
3. 有序性：一些聚合物具有一定的有序结构，如晶体结构或液晶相。
这种有序性可以提高聚合物的力学性能和热学性能，使其在高温和高压环境下更加稳定。
聚合物材料的耐热性及耐化学性研究
聚合物材料的耐热性及耐化学性研究随着科技的发展，高分子科学领域不断涌现出新的物质，其中聚合物材料是应用最为广泛的一类。
聚合物材料的耐热性及耐化学性是其应用领域中最为重要的性质之一，本文将从聚合物材料的耐热性及耐化学性的概念入手，介绍聚合物材料的这两种性质的研究现状及未来展望。
一、聚合物材料的耐热性1.概念聚合物材料的耐热性是指它在高温环境下的热稳定性能。
聚合物材料的分子结构决定了它的热稳定性，其主要由分子链的长度、链侧基团、饱和度、分子量等因素所决定。
例如饱和度高的聚合物材料通常比饱和度低的聚合物材料具有更好的耐热性，因为不饱和度高会导致材料在高温下易发生分解反应。
在实际应用中，聚合物材料的耐热性能通常被用于制备高温材料、电气绝缘材料等等。
2.研究现状目前，聚合物材料的耐热性能已经成为了高分子科学领域的一个热门研究方向。
近年来，研究人员采用各种手段，如控制聚合反应条件、引进合适的侧基团、采用交联等方法，大幅提高了聚合物材料的耐热性。
例如张达明等学者采用环氧化-交联法制备了一种玻璃化转变温度在400℃以上的聚四氟乙烯聚合物，该材料具有良好的耐热性能和力学性能。
3.未来展望随着工业化的进程加快，聚合物材料的耐热性成为了制备高性能材料的关键技术之一。
未来，研究人员可以通过深入研究聚合物材料的分子结构和反应机理，提高聚合物材料的耐热性能，广泛应用于航天、汽车、电子等多个领域。
二、聚合物材料的耐化学性1.概念聚合物材料的耐化学性是指它在各种化学环境下的化学稳定性能。
聚合物材料常常用于制备储存液体、气体和危险化学废料的容器材料，因此它的耐化学性是非常重要的。
聚合物材料的耐化学性通常由分子间的键的能量大小、分子的化学结构和各种化学反应机理决定。
2.研究现状目前，聚合物材料的耐化学性研究涉及到了多个领域，如化学工程、材料科学等。
化学工程领域的研究主要集中在对聚合物材料的腐蚀机理和防腐技术的研究。
而在材料科学领域，研究人员通常采用交联等方法来提高聚合物材料的耐化学性，例如郑海明等学者在对丙烯腈-苯乙烯嵌段共聚物进行研究时，采用了交联剂-改性剂-二氧化硅纳米颗粒的复合改性技术，实现了共聚物的耐腐蚀性能的大幅提升。
聚合物的分子结构与物理性质
聚合物的分子结构与物理性质聚合物是由大量重复单元构成的高分子化合物。
随着科技的发展，聚合物在人类生产和生活中的应用越来越广泛。
然而，聚合物的性质和应用取决于其分子结构，因此对聚合物分子结构与物理性质的研究尤为重要。
一、聚合物的分子结构聚合物的分子结构与其化学和物理性质密切相关。
聚合物的分子结构与单体种类、聚合方法、反应条件以及控制试剂的种类和用量等有关。
聚合物的分子结构可以从宏观和微观两个层面进行描述。
从宏观上看，聚合物的分子结构可以分为线性、支化、交联和聚集态等。
线性聚合物的分子链呈直线状排列，没有分支；支化聚合物的分子链上存在分支，分支可以根据分支链的数量和长度不同分为两种：分子段分支和侧链分支；交联聚合物的分子链之间通过交联点互相连结，呈网络状结构；而聚集态分子则是由数个分子组成的复合物。
从微观上看，聚合物的分子结构是由化学键和官能团组成的。
根据化学键的性质，聚合物分子的结构可以分为三类：相邻两个重复单元之间的化学键称为主链键；主链键以外的化学键称为辅助键，辅助键决定了聚合物分子的分支情况；在分子中存在的其他化学基团称为官能团，它们通过化学反应与其他分子发生反应，改变聚合物分子的性质。
聚合物的分子结构图如下图所示：二、聚合物的物理性质聚合物的物理性质主要包括力学性质、热学性质、电学性质以及光学性质等。
力学性质是指聚合物在力的作用下发生的变形和断裂等现象。
聚合物的弹性模量、拉伸强度、抗拉伸应变、屈服强度、断裂伸长率等是衡量聚合物力学性质的重要指标。
热学性质是指聚合物在不同温度下表现出来的性质。
聚合物的热稳定性、玻璃转移温度、熔融温度、热膨胀系数等是衡量聚合物热学性质的指标。
电学性质是指聚合物在电场作用下表现出来的性质。
聚合物的电导率、介电常数、击穿场强等是衡量聚合物电学性质的指标。
光学性质是指聚合物在光的作用下表现出来的性质。
聚合物的透光性、发光性、荧光性等是衡量聚合物光学性质的指标。
三、聚合物分子结构的控制通过控制聚合物分子结构可以使聚合物具有更好的性能和更广泛的应用。
聚合物的热性能
3.
提高聚合物耐热性的途径
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
马克三角原理： 增加高分子链的刚性
使聚合物能够结晶
进行交联
增加分子链的刚性
NORTH UNIVERSITY OF CHINA 玻璃化温度是高分子链柔性的宏观体现，增加高分子链 的刚性，聚合物的玻璃化温度相应提高。对于晶体聚合 物，其高分子链的刚性越大，则熔融温度就越高。 在高分子主链中尽量减少单键或亚甲基，引进共轭双键、 三键或环状结构（包括脂环、芳环、或杂环）对提高聚 合物的耐热性特别有效。近年来所合成的一系列耐高温 聚合物都具有这样的结构特点。例如，芳香族聚酯、芳 香族聚酰胺、聚苯醚、聚苯并咪唑、聚苯并噻唑、聚酰 亚胺等都是优良的耐高温聚合物材料。
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
较高的膨胀系数
热膨胀呈各向异性； 原因：长链分子中的原子沿链方向是共价键相连的，而在垂直于链的 方向上，近邻分子间的相互作用是弱的范德华力。 某些结晶聚合物，其沿分子链轴方向上的线膨胀系数是负值，如PE的 -5 -1 -5 -1 线膨胀系数在a，b和c轴方向上分别为20×10 K ，6.4×10 K 和-5 -1 1.3×10 K 。 高弹材料在有应力作用时，其膨胀系数为负值。 原因：伸长以后的弹性体，分子是部分解缠得，这会使熵减少，而升 高温度有利于恢复更叫缠绕的、熵较高的状态，于是发生轴向收缩。 纤维增强符合材料是各向异性材料，其热膨胀系数与方向有关，沿着 纤维方向的热膨胀系数较小，垂直纤维方向主要表现基体的性能，热 膨胀系数较大。
弯曲负载热变形温度
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
在试验仪上将规定尺寸试样以简支梁方式水平支承，置 于热浴装置中，以（50±3）℃/6min的速率均匀升温， 并施以应力为1.81MPa或0.45MPa的垂直弯曲载荷，当 试样挠度达到0.21mm时的温度，即为材料的热变形温 度，以℃表示。
高分子物理知识点
高分子物理知识点高分子物理是研究聚合物分子在物理场中的行为和性质的学科。
聚合物是由一些单体分子通过化学键结合而成的巨大分子，其分子量多数达到百万或以上。
高分子物理的研究范围主要包括聚合物的物理结构、热力学性质、电学性质、机械性质、输运性质、光学性质等方面。
一、聚合物的物理结构聚合物的物理结构是指聚合物高分子链的构象状态。
聚合物高分子链的构象状态受到其化学结构、聚合反应的条件、处理温度等多种因素的影响。
根据高分子链形态的不同，可将聚合物的物理结构分为直线型、支化型和交联型。
1. 直线型聚合物物理结构直线型聚合物是高分子链结构较为简单、规则的聚合物。
它通常由一根直线型链构成，其中的结构单元重复出现，链端没有分支或交联结构。
高分子的线密度、分子量和分子结构对其物理性质有很大的影响。
2. 支化型聚合物物理结构支化型聚合物指非直线型、分子链有分支结构的聚合物。
分支结构对于聚合物的物理性质有很大的影响，由于支化结构的存在，使得聚合物高分子链的平均距离更大，聚合物的分子间距离变大，导致其性能发生变化。
支化型聚合物化学结构和分支类型的不同，会对聚合物的物理性质产生巨大的影响。
3. 交联型聚合物物理结构交联型聚合物是由互相交联的高分子链构成的聚合物。
它们通常具有三维结构，分子间有交联点连接。
交联型聚合物的物理性质比支化型聚合物更为复杂。
不同交联密度、交联桥、交联方式等会对其物理性质产生很大的影响。
二、热力学性质聚合物的热力学性质主要包括相变、热力学函数、相平衡、玻璃化转变等方面。
1. 相变相变是指物质从一个物理状态到另一个物理状态的变化。
聚合物相变通常指聚合物高分子间和高分子和外界环境间的相变。
聚合物的相变通常与聚合物的物理结构、温度和压强等相关。
2. 热力学函数热力学函数是描述物质宏观性质的基本物理量，它包括熵、焓、自由能等，具体热力学函数的选择取决于所研究的问题和体系。
3. 相平衡聚合物在不同温度和压强下处于不同的相态平衡中，可以通过研究相平衡来揭示聚合物的热力学性质。
聚氨酯丙烯酸酯的熔融过程研究及其热学性质
聚氨酯丙烯酸酯的熔融过程研究及其热学性质聚氨酯丙烯酸酯是一种具有广泛应用前景的新型聚合物材料。
它具有良好的耐热性能、耐化学性能、机械性能和优异的透明度等特点。
本文将探讨聚氨酯丙烯酸酯的熔融过程及其热学性质。
一、聚氨酯丙烯酸酯的制备过程聚氨酯丙烯酸酯的制备过程包括两个关键步骤：聚合和掺配。
在聚合步骤中，聚氨酯丙烯酸酯的单体分别为聚醚二元醇、异氰酸酯和丙烯酸酯。
在掺配步骤中，聚氨酯丙烯酸酯会被掺配到真空中，利用高能射线进行交联反应。
二、聚氨酯丙烯酸酯的熔融过程聚氨酯丙烯酸酯在加热至一定温度时会发生熔融。
其熔融顺序是从表层到内部逐渐发生的。
这是因为聚氨酯丙烯酸酯本身分子量、大小和结构都不同，因此熔融点也不同。
一些较小的分子会先熔融并渗透到表层，然后才会逐渐溶解整个物体。
由于不同聚合物分子间的相互作用力不同，因此熔融过程也会受到这些力的影响。
三、聚氨酯丙烯酸酯的热学性质聚氨酯丙烯酸酯的热学性质是指其在加热或冷却过程中的物理和化学性质变化。
聚氨酯丙烯酸酯的热学性质主要包括热传导、热膨胀系数、熔点和玻璃化转移温度等。
其中，热传导是指物质在热平衡状态下，热量传递的速率。
聚氨酯丙烯酸酯的热传导较小，因此它通常被用于一些需要隔热的领域。
热膨胀系数则是指物质在温度变化时，单位温度下其长度变化量。
聚氨酯丙烯酸酯的热膨胀系数较小，在高温下仍然保持着较好的机械性能。
熔点是指物质在升温过程中，固态向液态转变的温度。
聚氨酯丙烯酸酯的熔点通常在100°C左右。
玻璃化转移温度是指物质在降温过程中，由高温区向低温区转变时出现的玻璃化转变现象。
聚氨酯丙烯酸酯的玻璃化转移温度通常在50-80°C之间。
总体而言，聚氨酯丙烯酸酯具有优异的热学性质，这也为其在涂料、胶水、塑料、封装材料等领域的应用提供了良好的基础。
四、聚氨酯丙烯酸酯的应用前景聚氨酯丙烯酸酯的研究和应用领域十分广泛。
除了上述提到的涂料、胶水、塑料、封装材料等领域之外，其还可以应用于建筑、医疗和纺织等领域。
§1.2 聚合物的热力学性能
聚合物的热力学性能
θf是塑料成型加工的最低温度，
通过加入增塑剂可降低聚合物
粘流温度。 粘流温度有关因素： 与聚合物结构有关； 与其相对分子质量有关； 一般相对分子质量越高，粘流温度也越高。
§1.2
聚合物的热力学性能
塑料成型加工中，其加工温度的选择: 首先要进行塑料熔融指数及粘度的测定，粘度 值小、熔融指数大的塑料，其加工温度相对要低 一些，但这种材料制成的产品强度不高。 ——高度交联的体型聚合物(热固性树脂)，由 于其分子运动阻力大，一般温度对其力学状态的 改变较小，因此通常不存在粘流态甚至高弹态。
温度较低，分子运动能量很低，链段处于被冻 结的状态，只有较小的单元：侧基、支链和小链 节能运动，所以，不能实现构象的转变。
§1.2
聚合物的热力学性能
高聚物玻璃态的力学性质： 受到外力时，只能使主链的 键长和键角有微小的改变。 宏观表现为高聚物受力后形变小，且可逆的； 弹性模量较高，聚合物处于刚性状态； ——物体受力的变形符合虎克定律，即应力与 应变成正比，并在瞬时达到平衡。 聚合物处于玻璃态时硬而不脆，可做结构件使 用，但使用温度不低于脆化温度θb，否则会发生 断裂，使塑料失去使用价值。
§1运动 对聚合物的韧性有很大影响。 4.晶态聚合物的晶区内分子运动。
§1.2
聚合物的热力学性能
二、聚合物的热力学性能 1.非晶态高聚物的热力学性能 固体聚合物分类： 晶态聚合物 非晶态聚合物。 热力学曲线： 描述高聚物在恒定应力作用下形变随温度改变 而变化的关系曲线。
§1.2
聚合物的热力学性能
当结晶度达到40％时，微晶体 彼此衔接，形成贯穿整个材料的 连续结晶相。 此时，结晶相承受的应力比非 结晶相大得多，使材料变得坚硬，宏观上将觉察 不到它有明显的玻璃化转变。
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? 基本要求
? 理解高分子运动单元的多重性、分子运动的 时间依赖性和温度依赖性。
? 要求掌握非晶共高聚物、结晶高聚物的温度 形变曲线以及分子量对温度 -形变曲线的影响； Tg的影响因素、Tg的测定、Tg转变的自由体 积理论；聚合物结晶能力与结构的关系。
?重 点
? 非晶共高聚物、结晶高聚物的温度 -形变曲线以及分子 量对温度-形变曲线的影响；理解高分子运动单元的多 重性、分子运动的时间依赖性和温度依赖性的影响因 素。Tg的影响因素、 Tg的测定、 Tg转变的自由体积理 论；聚合物结晶能力与结构的关系。熔点的概念、以 及影响聚合物Tm的因素。
一、运动单元的多样性
? 高分子运动单元具有多重性，它可以是侧基、支链、 链节、链段乃至整个分子链。这些运动单元是受条件 限制的，特别是温度的高低。因此高分子运动单元的 多重性是高分子热运动的特点之一，具体分为如下几 类：
? (1)整个分子链平移，宏观熔体的流动。 ? (2)链段运动，这是大分子区别于小分子的特殊运动
? 松弛时间谱： 橡皮在拉力作用下伸长，除去外力后， 这时橡皮不全立即缩短而恢复到以前的长度。恢复 过程是开始时缩短较快，然后缩短的速度愈来愈慢， 以致恢复到原来长度要几天甚至几星期。这是因为 拉伸时橡胶分子从卷曲状态被拉成伸展状态，当外 力消除后，分子链要从伸展状态恢复到卷曲状态是 通过各种运动单元的热运动来实现。而各种运动单 元的热运动都是一个松弛过程，由于运动单元不同， 松弛时间长短不一致，所以实际上松弛时间的分布 是很宽的，称之为松弛时间谱。
（2）高弹态(high-elastic state)：受力后形变很大，去除 外力后而且能回复的性质称为高弹态。 玻璃化转变：温度上升，分子能量加大，虽然整个分子 不能运动，但链段运动的松弛时间已经减小到与实验测 量时间同一数量级，此时达到玻璃化转变区，相应的转 变温度称为玻璃化转变温度 Tg。 运动单元：除键长、键角等外，链段开始运动。 力学性能： 形变量很大， 100%～1000%，且形变与时间 有关，表现为可逆的高弹形变，模量低 105～107 Pa。 应用：常温处于高弹态做 Rubber 用，如 NBR、BR、CR 等。
注意
? 从相态角度而言， 玻璃态、高弹态、粘流态均 属于液相，因为分子间相互排列均是无序的， 它们之间的差别主要是形变能力不同 ——这是 力学状态的差别。
? 因此上述三态的转变均 不是热力学相变 。Tg、 Tf是力学状态转变温度，而非相变温度。
? 3.分子量对温度 -形变曲线的影响
? 当分子量很低时，整个分子链不够一个链段长度，运动 单元只是整个分子，因而 Tg与Tf重复，不出现高弹态， 但随 M增大， Tg增大， Tg（M2）>Tg（M 1）， M2>M1
形 式。即在高分子链质心不变的情况下，一部分链 段通过单键的内旋转而相对于另一部分链段运动。 ? (3)链节、支链、侧基等小尺寸单元的流动。 ? (4)原子在平衡位置附近的振动。 ? (5)晶区的运动。
二、高分子运动的时间依赖性(time dependence)
? 应力松弛(relaxation of stress)：在一定的外力与温度 下，聚合物分子链的构象从一种平衡状态通过分子 的热运动达到与外力相适应的平衡状态，这一过程 是缓慢的，称为应力松弛。
一、非结晶型高聚物的 力学状态
? 1.温度--形变曲线
? 温度-形变曲线，也称热 机械曲线， 测定方法： 将 一定尺寸的高聚物样品在 一定负荷作用下，以一定 的速率升高温度，测定样.非晶高聚物的力学状态
三个状态
? 玻璃态
? ?
高弹态
?? 粘流态
二个转变区
? 玻璃化转变区
三、分子运动的温度依赖性(temperature dependence)
? 温度变化对于高聚物分子运动的影响非常显著。温度升 高，一方面运动单元热运动能量提高，另一方面由于体 积膨胀，分子间距离增加，运动单元活动空间增大，使 松弛过程加快，松弛时间减小。
? 升高温度与延长时间具有等效性。
第二节 高聚物的力学状态
?难 点
? 正确理解高分子运动单元的多重性、分子运动的时间 依赖性和温度依赖性。区别力学状态转变温度（ Tg） 和相变温度（Tm）。Tg和Tm的影响因素。
第一节 高分子热运动的特点
? 结构是决定分子运动的内在条件，而性能是分子 运动的宏观表现。所以了解分子运动的规律可以 从本质上揭示出不同高分子复杂的结构与千变万 化的性能之间的关系。
? 当分子量增加到一定值，如图中 M3<M4<M5，就出现了 第二运动单元 -链段，此时曲线上 Tg与Tf不再重合，出 现高弹平台，由于链段大小主要决定于分子链的柔顺性 和邻近分子间的影响，与整个分子长度关系不大，所以 Tg不再随分子量增加而改变。
? 但M增大，分子链长增加，分子间作用力增大，内摩 擦阻力增大，分子相对滑移困难，而需在较高温度下 才能流动，所以 Tf随M增大而升高。
? ?
粘流转变区
（1） 玻璃态（ glass state ）：? ? ? 符合虎克定律，
具有普弹性→ 玻璃态。 运动单元： 由于温度处在 Tg 以下，温度低，分子 热运动能量低，不足以克服内旋转阻力，链段被冻 结，不能运动。仅有分子键长、键角、侧基、较小 的链等运动。 力学性能： 形变量小，约为 0.1 ～1% ，可逆普弹形 变， 模量高达 10 9～10 10 Pa ，且强度高。 应用： 作为塑料，如 PS、 PMMA 、 PVC 等。
（ 3）粘流态 (viscous flow state) ： 具有粘性这一性 质的力学状态称为粘流态。 粘流转变区： 当温度进一步升高，整个分子链质 心转移的松弛时间缩短到与实验观察时间处于同 一数量级时， 高聚物在外力作用下发生粘性流动， 相应的温度称为粘流温度，此时过渡区称为粘流 转变区。 运动单元： 分子链、链段、侧基等。 力学性能： 形变量非常大，且不可逆，称为粘性 ——粘流态，高分子成型加工都在此状态，常温 下处于粘流态的高聚物有：粘合剂、涂料等，模 量低 10 2～104 Pa 。