常州工程职院高分子物理课件16高聚物的松弛性质

项目16高聚物的松弛性质高聚物的松弛性质（松弛现象）●松弛过程（relaxationprocess）是高聚物从一种平衡状态过渡到另外一种平衡状态的过程。在松弛过程中，高聚物处于不平衡的过渡。●常见的高聚物松弛过程高聚物的松弛过程应力松弛（relaxationofstress）蠕变（creep）是在保持高聚物材料形变一定的情况下，应力随时间的增加而逐渐减小的现象。是在一定的应力作用下，形变随时间的增加而增大的现象。高聚物的松弛性质（松弛现象）高聚物的松弛过程直接影响高聚物材料尺寸稳定性；但高聚物材料成型加工过程中需要通过松弛过程将各种应力松弛掉，防止应力集中而影响使用。松弛过程的本质：是链段和分子链运动的结果。●应力松弛曲线与应力松弛示意图●蠕变曲线t停止型减小型1受力形变ε维持ε不变应力松弛1A增长型停止型稳变型tt/h40020002040温度：30℃负荷：0.1MPa蠕变线42.21%回弹线44.21%形变为37.21%29.75%蠕变曲线示意图天然橡胶的压缩蠕变曲线和回弹应力松弛曲线示意图应力松弛示意图高聚物的松弛性质（松弛现象）▲各类型与结构、应用的对应关系▲蠕变与应力松弛的关系相同点：蠕变与应力松弛的本质一样，都是分子链运动的结果。不同点：运动条件不同。从应力松弛来看，在作用下，分子链发生运动，导致分子链微观上出现相应的“蠕变”，“蠕变”后分子链处于另一状态，则降低为；在的作用下，分子链又出现“蠕变”至另一状态，使降为······直至应力全部因分子链卷曲而松弛，则材料处于新的平衡状态。应力反应快，蠕变反应慢；蠕变是宏观上形变的变化，在材料内部是分子链的位移。结构、应用常温玻璃态，用于工程塑料的非晶、结晶高聚物常温高弹态，用于橡胶的非晶高聚物常温黏流态非晶高聚物蠕变停止型稳变型增长型停止型减小型应力松弛112223高聚物的松弛性质（松弛现象）●影响蠕变、应力松弛的因素影响因素与化学及物理结构有关的内因分子间作用力链段长短相对分子质量结晶交联与外界条件有关的外因温度应力填料增塑剂高聚物的松弛性质（松弛现象）▲内因规律：分子间作用力↑、链段↑、相对分子质量↑、取代基极性↑、取代基体积↑、交联↑结晶度↑等均能使蠕变和应力松弛减小。▲外因规律：温度↑、应力↑，造成蠕变按停止型→稳变型→增长型转变；填充、增强，降低蠕变值；增塑加入，有利于应力松弛和蠕变发展。高聚物的松弛性质（松弛现象）●松弛时间（relaxationtime）完成松弛过程所需要的时间为松弛时间，一般用τ表示。◆τ-松弛时间；◆A-常数；◆μ-重排位能；◆R-气体常数；◆T-绝对温度。RTAe项目16课件二高聚物的热物理性能高聚物的热物理性能高聚物的热物理性能范围一、耐热性以塑料为例高聚物的热物理性能耐热性比热容与焓导热率热膨胀系数使用温度通用热塑性塑料：＜100℃工程塑料：100-150℃特种工程塑料：＞200℃交联热固性塑料：150-260℃高聚物的热物理性能对耐热性要求提高高聚物耐热性的途径高的熔点或软化点（刚性和强度）对耐热性的要求高的热稳定性高的耐化学试剂性合适的加工性提高高聚物耐热性的途径增加高分子链的刚性提高高聚物的结晶性进行适当的交联高聚物的热物理性能二、热稳定性提高高聚物热稳定性的途径提高高聚物热稳定性的考虑提高高聚物热稳定性的途径减少高分子链中的弱键主链上避免长串亚甲基，增加环状结构尽量合成梯形、螺旋状、片状结构提高高聚物热稳定性的考虑提高主链的化学键能，但其他性能不佳在主链上引入芳香环或杂环，提高刚性高聚物的热物理性能三、导热性规律：高聚物材料的导热性普遍较差，其热导率数值较小。某些高聚物的热导率与其它材料的对比实例：宇宙飞船等外层涂有一定厚度的高分子烧蚀材料，当飞船返回地面时，要经受11000-16700℃的高温，但烧坏的只是涂层外边的一层，保证内部完好无损。生活中经常用的冰箱、冷库等保温材料。高聚物热导率高聚物热导率其它物质热导率PEPP（无规）PIBPSPVCPMMA0.3290.1720.1300.1420.1680.193PETP聚氨酯PCEP0.2180.1470.1930.180铜铝软钢玻璃木材石墨385240500.90.384139§9-2高聚物的热物理性能四、热膨胀性热膨胀：是由于温度变化而引起的材料尺寸和外形的变化。是物体固有的物理性质之一，一般用膨胀系数（试样单位体积的膨胀率）表示。热膨胀的原因：原子或分子间的相互作用力随温度而变化。热膨胀的形式：线膨胀、面膨胀、体膨胀。高聚物材料的膨胀规律：膨胀率随温度的升高而增大。部分高聚物材料室温下的线膨胀系数注意：材料复合时，线膨胀系数不同会造成弯曲、开裂、脱层问题。高聚物材料线膨胀系数×105，1/K高聚物材料线膨胀系数×105，1/K石英玻璃热固性塑料酚醛树脂（木粉）脲醛树脂硫化天然橡胶热塑性塑料聚苯乙烯0.12-53386-207PMMA尼龙PPHDPELDPEPVC纤维素的酯和醚4.56-96-1011-1313-205-18.5（未增塑）6-17三种收缩率要求的高精度型塑材料的分析、选择、改性项目16的六组任务第一组：从收缩度的角度为高精度塑料制品的生产选择合适的高分子材料；第二组：从蠕变的角度为高精度塑料制品的生产选择合适的高分子材料；第三组：从热膨胀系数角度为高精度塑料制品的生产选择合适的高分子材料。项目16的完成过程项目前期准备项目运行情境项目运行一项目运行二项目运行三新项目布置课程改革整体方案单元16教学方案素1、素2、素3、素4课件1、课件2总体项目协议书子项目考核评价标准子项目完成报告样本总项目运行情境描述复合材料0611集团机构子项目各成员准备的资料、个人的预报告内容及其他供讨论材料。发言代表汇总材料。提交上一项目完成报告项目委托方代表评价时所做的记录及补充意见项目互查意见；项目引深部分的记录；能力、知识等总结记录对新项目所提出的要求及注意事项等的记录巡视检查时的各种记录子项目汇报结果记录子项目结果评价记录项目16参考性结论项目互相检查意见项目引深部分案例项目总结的能力、知识项目16课件及图片展示项目17内容及要求展示素5、素6、素7、素8项目16运行三的总结部分热收缩率小的高分子材料图片：PMMA项目16运行三的总结部分ABS项目16运行三的总结部分PC项目16运行三的总结部分尼龙项目16运行三的总结部分PI聚酰亚胺PPS聚苯硫醚PPOPES聚醚砜LCP液晶项目16运行三的总结部分PFA全氟碳树脂PSU聚砜PEEK聚醚醚酮项目16运行三的总结部分F4项目16引深部分内容温度、湿度变化以后对高分子制品的外形尺寸有何影响？项目17布置第一组：请为透明薄膜的生产选择两种合适的高分子材料；第二组：请为透明管材的生产选择合适的高分子材料；第三组：请为透明片材或板材的生产选择合适的高分子材料；第四组：请为照明灯罩的生产选择合适的高分子材料；第五组：请为稳形眼镜片的生产选择合适的高分子材料；第六组：请为航空玻璃的生产选择合适的高分子材料。