包装材料学第四章树脂的结构与性能.ppt

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1、第四章树脂的结构与性能§4.1树脂的结构与性能§4.2树脂的力学性能§4.3树脂的物理性能§4.4树脂的化学性能了解树脂结构及性能有利于研究成型工艺和设计方法§4.1树脂的结构与性能聚合物结构聚集态结构（三次结构）高分子链结构化学结构（一次结构图或近程结构）二次结构或远程结构晶态结构非晶态结构取向结构织态结构重复单元的化学组成支化与交联重复单元的立体异构重复单元的链接方式分子量及其分布高分子链的构象图4-1结构方框图一聚合物分子间作用力主价力：构成化学链的力（共价键，离子键，金属键）次价力：使分子聚合在一起的分子间作用力，包括范德华力和氢键。次价力在聚合物中起主导作用范德华力有：①静电力：极

2、性分子间的引力②诱导力：极性分子永久偶极与其它分子诱导偶极间作用力③色散力：分子瞬间偶极之间的相互作用力氢键：极性很强的X—H上的氢原子次价力影响聚合物的耐热性溶解性和机械强度二内聚能概念：内聚能指1mol分子聚集在一起的总能量其含意是使1mol液体蒸发或固体升华，使原聚集在一起的分子分开到不再相互作用的距离时所需能量。式中：是摩尔汽化热（蒸发热或升华热）RT是转化为气体时所做的膨胀功高分子聚集态只有固态和液态而无气态内聚能密度是单位体积的内聚能，它等于：式中是摩尔体积三结晶性聚合物许多聚合物（包括大部分纤维）是结晶的或部分结晶的，这种结晶是无序或者孤立的。1聚合物结晶是不完全的；2结晶聚合

3、物无确定的结晶温度，在一定温度范围内熔化；3拉伸可使缠绕的分子或微晶沿受力方向取向。四聚合物物理状态的热转变聚合物无确定的熔点和沸点1.线性非晶态聚合物的物理状态表现为三个状态：玻璃态（表现为玻璃（低分子）的特性），高弹态和粘流态2.结晶聚合物的物理状态结晶度高的聚合物，大分子链受晶格能的束缚，链段难于自由运动，只能处于玻璃态。②玻璃态表现为小分子的玻璃力学性能。3.玻璃化温度、熔点与聚合物结构的关系①玻璃化温度指高分子链段从冻结到运动的一个转变温度。链段运动通过主琏的单链内旋来进行。聚合物热变形曲线的温度分为五档区：脆点温度，玻璃化温度，粘流温度，分解温度不同区有不同物理状态影响结构的因素

4、a化学结构b其他结构（共聚，交联，分子量）c外界条件§4.2树脂的力学性能一描述力学性质的基本物理量应力与应变弹性模量=应力/应变二聚合物的理论强度聚合物断裂有三种微观模型1.化学键破坏2.分子间滑脱j3.范德华力或氢键破坏即：第一，聚合物的断裂必需破坏所有的链第二，分子间滑脱的断裂必需使分子间氢键或范德华力全破坏第三，分子垂直于变力方向排列，断裂时是氢键或范德华力破坏三几类聚合物的拉伸行为（聚合物的几种拉伸行为）1.玻璃态聚合物的拉伸2.结晶聚合物的拉伸3.硬脆性材料的拉伸四聚合物的粘弹性任何聚合物在低温时呈现玻璃态特征，在玻璃化温度以下呈弹性——符合虎克定律——完全弹性材料。在非晶态聚

5、合物的玻璃化温度的转变区、橡胶态的高弹区、结晶聚合物的皮革态及熔点前的范围内，聚合物表现为粘弹性（弹性固体和粘流液体的两种特性）。1蠕变：在一定温度和很小恒定外力（拉、压、扭等）作用下其变形随时间增长而增加。又有三阶段：普弹高弹粘弹变形2应力松弛：在温度和变形保持不变下，聚合物内部的应力随时间增加而衰减，与温度和变形大小有关。3滞后现象：在交变应力作用下变形落后于应变。原因是内部链段的摩擦力使链段运动跟不上外力的变化。4力学损耗：变形落后于应力的变化，发生滞后现象，这就要消耗功，称其为力学损耗或内耗。§4.3树脂的物理性能一聚合物的溶解性高分子溶液：以分子状态分散在溶剂中形成均匀混合物1.聚

6、合物溶解过程的特点（三点）①聚合物分子与溶剂分子大小相差悬殊。②溶解度大小与聚合物分子量成反比，交联聚合物的溶涨度与交联度大小成反比。③对非晶态聚合物易使之溶胀和溶解，而晶体聚合物则较难2.聚合物的溶解过程热力学解释聚合物溶解过程的自由能变化为：式中：，，分别为高分子与溶剂分子混合时的混合自由能，混合热和混合熵，T为溶解温度聚合物与溶剂混合时，只有当＜0时，才能溶解。极性聚合物溶解时放热，非极性聚合物溶解时吸热3.溶剂的选择满足“极性相近”原则溶剂才能溶解聚合物。即极性大的聚合物溶于极性大的溶剂，反之亦然。按结晶与非结晶，极性与非极性以及分子量大小三因素选择。二聚合物的渗透性针对用聚合物制取

7、的包装材料，有关气体和水蒸气的渗透如图（下）所示p1p2C1C2l图4-2：稳态扩散时气体通过聚合物的渗透气体透过聚合物薄膜的速率取决于薄膜截面上的分压力梯度即J=K（p1-p2）/l式中：J为渗透率，l为薄膜厚度，p1-p2为渗透物在薄膜两边的压力差，K为与厚度无关的渗透系数①在膜中的稳态渗透扩散遵循菲克定律时有式中：J为扩散速度D为扩散系数为沿渗透方向的气体浓度梯度②如视D与浓度C无关，积分上式有式中C1