高分子物理课件精华版

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1、第五章聚合物的分子运动和转变zxp133171634351本章教学内容及学习重点重点：非晶态聚合物的主转变：玻璃－橡胶转变半晶态聚合物的主转变：晶态－熔融态转变教学内容聚合物分子运动的特点聚合物的力学状态玻璃化转变结晶行为和结晶动力学熔融热力学链段运动的松弛过程分子链运动的热力学相变过程2溶液固体（微观结构）聚集态结构链结构远程结构——构象(形态,大小)近程结构构造构型旋光异构几何异构(顺反异构)引言前面几章学习的内容高聚物的结构特点决定了高分子材料有一系列特殊优异性能3MicrostructureMolecul

2、armovementsPerformedproperties高分子物理学习的主线：微观结构特征要在材料的宏观性质上表现出来，则必须通过材料内部分子的运动。高聚物的结构特点决定了高分子材料有一系列特殊优异性能。结构性能4研究高聚物的宏观性质，不仅要了解高聚物的结构，还必须弄清高聚物分子运动的规律，才能将微观结构与宏观性能相结合，理解高聚物结构与性能的内在联系。联系结构与性能的桥梁：高聚物分子运动的规律高分子物理学习的主线：5聚合物分子运动的特点第一节Charactersofthepolymermolecularmov

3、ements6PMMA,T>100C,变软Rubber在低温下变硬原因——分子运动不同，高聚物显示不同的物理性质现象75.1.1运动单元的多重性1，多种运动单元高分子链结构复杂性：分子量高，具有多分散性；带有不同的侧基；加上支化，交联，结晶，取向，共聚等，使得高分子的运动单元具有多重性，或者说高聚物的分子运动有多重模式。多种运动方式小尺寸运动单元（链段尺寸及以下）大尺寸运动单元（链段尺寸以上）PMMA82，分子运动的类型链段的运动——主链中碳-碳单键的内旋转，使得高分子链在分子链质心不变的情况下，链段相对于另一部

4、分链段而运动。链节的运动——比链段还小的运动单元侧基的运动——侧基运动是多种多样的，如转动，内旋转，端基的运动等高分子链的整体运动——高分子链作为整体呈现质量中心的移动晶区内的运动——晶型转变，晶区缺陷的运动，晶区折叠链的”手风琴式”运动等95.1.2分子运动的时间依赖性在一定的外场下，高聚物从一种平衡状态，通过分子的热运动过渡到与外场相适应的新的平衡态，这一过程是需要时间的。由于高分子在运动时，运动单元之间的作用力很大，因此这一过程是慢慢完成的，这个过程称为松弛过程。ElasticViscosity10一根橡皮，

5、用外力将它拉长了Δx(0)，外力去除后，Δx(0)不是立刻为零。而是开始缩短很快，然后缩短的速度愈来愈慢，以致缩短过程可以持续几昼夜，几星期，并且只有很精密的仪器才能测得出。外力作用下橡皮长度的增量除去外力后t时间橡皮长度的增量τ－松弛时间11τ－松弛时间松弛时间就是Δx减少到时所需要的时间。Smallmolecules,Macromolecules,是一个表征松弛过程快慢的物理量“瞬时过程”“松弛过程”=10-8~10-10s=10-1~104s12高聚物运动单元的大小不同，松弛时间的长短不一致，所以高聚物的

6、严格地讲是一个分布，称为“松弛时间谱”。观察时间的标度与运动单元的值相当，才能观察到这种运动单元的松弛过程。Note:135.1.3分子运动的温度依赖性升温对高分子运动的二个作用使运动单元动能增加，令其活化温度升高，体积膨胀，提供了运动单元可以活动的自由空间E——松弛所需的活化能activationenergy松弛时间与温度的关系——松弛时间——常数Mexican–Americanphysicalandtheoreticalchemist(1901–1981)14TT时温等效（Time-Temperature

7、superposition）升温与延长观察时间是等效的（时温等效）升温是迫使减小，从内因上调节，可以在较短时间内观察到变化延长观察时间是从外因上调节来观察变化升温使松弛过程加快，使松弛时间变短15聚合物的力学状态和热转变第二节Mechanicalpropertiesandtransitionofpolymers16为了激发聚合物中各运动单元的运动，可以采用加热的方法，并对聚合物试样施加一恒定的外力，观察试样发生的形变与温度的关系，即采用热机械曲线的方法来考察这个问题。热机械曲线也叫温度-形变曲线其他表达方式：温度-

8、模量曲线17玻璃态形变温度粘流态高弹态温度-形变曲线（热-机曲线）5.2.1非晶态聚合物三态两区三种力学状态:玻璃态（Tg以下）高弹态（Tg~Tf）粘流态（Tf以上）三种状态之间的两个转变：玻璃态转变为高弹态，转变温度称为玻璃化温度Tg高弹态转变为粘流态，转变温度称为粘流温度Tf18温度－模量曲线三态两区TgTfETABCDE玻璃态粘流态高弹态19链段处于被