功能高分子材料学 教学课件 作者李青山 5.ppt

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1、第5章超力学功能高分子材料超力学功能高分子材料超高强度高分子材料超高弹性功能高分子材料液晶高分子材料聚合物一般为一级结构缺点很少能直接反映出材料原有的功能与性能改进方法为了达到所需功能与性能，要控制包括聚合物高级结构在内的精细结构，因此，结合实际研究聚合物精细结构与力学性质的关系，提出如何实施显示功能的关键技术是重要的研究课题，本节主要讨论高分子材料精细结构与力学性能关系。5.2超高强度功能高分子材料开发出热塑性聚合物为原料的熔融纺丝法人类的需求材料的力学特性最重要强度传统的湿法与干法纺丝工艺受技术上的制约，就得不到完备的产品。近年来所开发出的刚性聚合物

2、液晶纺丝及聚烯烃凝胶纺丝生产高强度的纤维技术上、理论上都有了很大的飞跃。几种聚合物高级结构中与力学功能关系（如下表5-1）聚合物理论强度普通商品纤维强度模量备注g/dGPag/dGPaGPaPP218189.00.7－PET232289.51－Kevlar2353023.03120Nylon6316329.51－PE372329.0170熔融法PE3723247.04130凝胶法聚合物高级结构中的弹性模数与成品性能完成率关系（如表5-2）聚合物普通商/MPa超拉伸纤维/MPa理论值/MPa完成率/%PE～2～120290～35840聚甲醛～3～5090～

3、12090Kevlar～130(液晶纺)须晶～18070碳纤维PAN系300～509100040纤维素系53950沥青系25525设定一定的超拉伸工艺，可以加工出高模量、高强度的纤维结构，主要有如下几种方法：1)超拉伸加工采取开始快速拉伸，形成肩颈后在一定温度下缓慢拉伸，力求使初期残留在结构内部的折叠结晶尽可能地转移。2)将成型为弹丸状的固态聚合物于高压下通过狭长模具强制拉伸，也可得到分子链高度取向的结构。若把平板材料在二辊筒间强制拉伸可以看做是二维处理的形式。3)局部拉伸及热处理法是将承受负荷的一部分进行局部加热而产生肩颈，同时骤冷，依次调整负荷与温度

4、，反复操作，使结构内部带状分子不过于绷紧，可以使结晶度和总取向度有所提高。4)在同轴双圆向筒间隙之间充满结晶聚乙烯二甲苯溶液，使一个圆筒旋转，溶液承受到剪切应力时，可得按照流动方向充分取向的高结晶度的结构，即串型多晶结构，进一步改性，可以生产高强度纤维。6)凝胶纺丝技术特征是在膨胀状态下高度拉伸，与湿纺工艺相似。聚合物，溶剂及增塑剂共存时，Tg显著下降。5)把超高相对分子质量PE在十氢荼中加热溶解，于冷水中纺丝，得到凝胶状单丝。然后，通过100～140℃加热板，进行拉伸处理，也可得到高取向及高结晶度的纤维。加工高模量、高强度纤维的方法9)工程塑料，为了提

5、高耐热性，外形稳定性，自身润滑性，耐化学药品性等，用芳歼；及亚胺键来替代(CH2)，通过单元结构的对称性来提高结晶性等。为了提高耐冲击性，可在分子中引入－O－、－O－CO－、－CONH－，－CO－等基团。此外，为与所需功能及性能相适应，还可以大量导入－S－、－SO－、－O－、－Si－O－、－CF2－等。加工高模量、高强度纤维的方法7)液晶纺丝能形成液晶的刚性聚合物，不需要松驰时间就直接沿纤维轴方向高度取向，并在此状态下被固定所以叫液晶纺丝：可用于芳族聚酰胺，芳族聚酯生产和用于碳纤维为原料的焦油沥青的纺丝上。8)碳纤维是把纤维素长纤维或PAN长丝置于惰性气

6、体中，在拉伸下进行高温处理，通过环化反应形成纤维状石墨结构而制成的。5.3超高弹性功能材料粘合剂纤维橡胶两大方面主要品种：电气、通讯工程、服装和一些特殊要求场合室温固化硅橡胶，含氟系弹性体也都可制成超高弹性体。嵌段共聚物及IPN均是制备超高弹性体的有效方法。熔融状态的高结晶度的聚环氧异丁烷，PP及聚甲醛，能在与融液流动方向相垂直的方向上形成结晶层，得到有明显弹性的具有精细结构的层压薄膜。称为硬弹性纤维。制备用途硬弹性纤维聚氨酯、环氧树脂有机硅、聚硫橡胶解聚橡胶、聚丁烯类5.4液晶功能材料液晶高分子是介于(LquidCrystallinepolymer)液

7、体结晶与固体结晶之间的中间状态聚合物特点自外强效果；线膨胀系数小；成型收缩率小，尺寸稳定性好；溶液、融体粘度低；优良的耐热性；优异的耐试剂性和不加阻燃剂仍可自熄性。分子排列的有序性虽不像固体晶态那样三维有序，但也不是液体那样的无序，而是具有一定的有序性，当纺丝成注射加工成型时，则分子进一步取向，这种分子取向一旦冷却即被固定下来，从而获得性能极不导常的纤维、薄膜和塑料制品。液晶的特性图5-1向列相、近晶A相及胆甾相液晶的分子排列示意图液晶的分类按排列方式向列型近晶型胆甾型(c)端接型侧链高分子液晶；(d)腰接型侧链高分子液晶；(e)组合型高分子液晶。按形成

8、条件热致型熔致型液晶的分类图1-6典型的高分子液晶结构：(a)无柔性间隔基的主链