第四、五、六章高分子的聚集态结构(聚合物的非晶态).pptxVIP

高分子的聚集态结构(聚合物的非晶态)在高分子的聚集态结构中,非晶态聚合物是一类重要的材料形态,具有独特的分子链构象和自由体积特征。本章将深入探讨非晶态聚合物的特点、结构、性能及应用。BabyBDRR

高分子的聚集态结构高分子材料的聚集态结构包括晶态和非晶态两种基本形态。其中,非晶态聚合物是一类具有独特性能的重要材料类型,是高分子领域的重要研究对象。

非晶态聚合物的特点1无规则构象非晶态聚合物的分子链不存在有序的规则排列,而是呈现随机缠绕的无规则构象。2自由体积大由于无规则结构,非晶态聚合物的自由体积较大,分子链具有较高的活动性和易变形性。3玻璃化转变非晶态聚合物会在一定温度下发生由硬脆到软韧的玻璃化转变,体现出独特的热力学性能。4较低熔点无规则构象导致非晶态聚合物的熔点通常较低,容易软化和熔融,具有良好的加工性。

非晶态聚合物的分子链构象无规则缠绕非晶态聚合物的分子链没有规则的排列,而是呈现出随机缠绕、交叉重叠的无规则构象。高活动性由于无序排列,非晶态聚合物的分子链具有较高的活动性和易变形性,能够发生各种构象变化。大自由体积非晶态聚合物的无规则结构造成了较大的自由体积空间,使得分子链拥有充足的活动空间。

非晶态聚合物的自由体积分子链结构非晶态聚合物的分子链呈现随机缠绕、无规则排列的构象,形成大量的自由空间。温度变化随着温度升高,自由体积会增大,分子链活动性提高,有利于聚合物性能的调控。结构表征通过自由体积的测量可以反映非晶态聚合物的分子链构象和微观结构特征。

非晶态聚合物的玻璃化转变温度玻璃化转变温度Tg非晶态聚合物会在一定温度下发生从硬脆到软韧的转变,这个温度称为玻璃化转变温度(Tg)。结构与Tg的关系Tg受聚合物的分子量、分子链柔性、极性强度等结构因素的影响。一般来说,分子链越柔软、极性越强,Tg越低。影响因素分子量:分子量越高,Tg越高分子链柔性:分子链越柔软,Tg越低极性强度:极性越强,Tg越低交联密度:交联度越高,Tg越高测定方法常用的测定Tg的方法有差示扫描量热法(DSC)和动态机械热分析法(DMTA)。通过这些方法可以精确测定聚合物的玻璃化转变温度。

影响玻璃化转变温度的因素分子量分子量越高,分子链的运动受阻,Tg随之升高。这是由于较长的分子链需要更多的能量才能发生构象变化。分子链柔性分子链柔性越强,Tg越低。柔性好的分子链可以更容易发生构象变化,从而在较低温度下就发生玻璃化转变。极性作用分子链中的极性基团可以增加分子间的相互作用力,阻碍分子链的运动,导致Tg升高。极性越强,Tg越高。交联密度交联度越高,分子链的活动受限,Tg也会相应提高。这是因为交联点限制了分子链的构象变化。

非晶态聚合物的分子松弛1分子链活动性非晶态聚合物的分子链由于缺乏长程有序排列,具有较高的活动性和易变形性。2温度依赖性随着温度升高,分子链的活动性增强,内部摩擦力降低,分子链更容易发生松弛。3松弛过程非晶态聚合物在玻璃化转变温度以上会发生分子链的松弛和重新排列过程。4存储模量变化分子松弛会导致非晶态聚合物的存储模量(弹性模量)发生显著变化。

分子松弛过程的动力学1自由体积理论分子链的松弛过程与自由体积的变化密切相关,遵循自由体积理论的预测。2温度依赖性随着温度升高,分子链的自由体积增大,从而促进了链段的蠕动和重排。3时间尺度分子松弛过程发生在不同的时间尺度上,从微秒到秒甚至更长。非晶态聚合物的分子松弛过程遵循自由体积理论,即分子链的活动性与自由体积的大小密切相关。随着温度的升高,自由体积的增大驱动了分子链段的蠕动和重排,从而引发了各种时间尺度上的分子松弛现象。

分子松弛的时间尺度快速松弛一些分子链段在微秒到毫秒的时间内就可以完成快速的局部松弛过程。缓慢松弛而整体的分子链重排可能需要从秒到数小时不等的较长时间尺度。长期松弛在玻璃转变温度以上,非晶态聚合物会持续发生长期的分子链松弛和重排。

非晶态聚合物的力学性能非线性变形非晶态聚合物表现出显著的非线性应力-应变行为,可发生大变形而不破坏,体现出良好的韧性。分子松弛在外加应力下,非晶态聚合物的分子链会发生松弛和重排,从而吸收和耗散能量,表现出优异的减震性能。高韧性随机缠绕的分子链结构使非晶态聚合物具有优异的冲击韧性和抗破坏性能,广泛应用于工程塑料领域。

非晶态聚合物的热力学性能热稳定性非晶态聚合物通常在玻璃化转变温度以上表现出良好的热稳定性,能够在较高温度下长期使用而不出现破坏性的分子链重排。热膨胀行为非晶态聚合物的热膨胀系数较大,在温度变化时会发生明显的体积变化。这种热膨胀行为可通过设计共聚物等方式进行调控。热容性能非晶态聚合物具有较高的热容量,能够储存大量热量,在一定温度范围内表现出良好的隔热性能。这为其在隔热保温领域的应用提供了优势。热导率特性非晶态聚合物的热导率通常较低,可以作为良