高分子物理第4章ppt课件.ppt

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1、第四章高分子运动和材料力学状态PMMA：室温下坚如玻璃，俗称有机玻璃，但在100℃左右成为柔软的弹性体结构材料橡胶：室温下是柔软的弹性体，但在100℃左右为坚硬的玻璃体第一节高分子运动的特点1-1运动单元多重性运动单元可以是侧基、支链、链节、链段、分子运动形式可以是振动、转动、平动（平移）1-1运动单元多重性高聚物运动单元的多重性：取决于结构也与外界条件（温度）有关1-2高分子运动的时间依赖性由于高分子在运动时，运动单元之间的作用力很大，因此高分子在外场下，物体以一种平衡状态，通过高分子运动过渡到与外场相适应的新的平衡态，这一过程是慢慢完成的。这个过程称为松弛过程，完成这个过

2、程所需要的时间叫松弛时间。例如：一根橡皮，用外力将它拉长了ΔL，外力去除后，ΔL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。实验数学关系式：外力未除去前橡皮的增长长度外力除去后，在t时刻测出的橡皮的增长长度松弛时间通式用表示某一物体的某物理量用表示物体在平衡态时某物理量的数值上式的物理意义：在外力作用下，物体某物理量的测量值随外力作用的时间的增加而按指数规律逐渐减小。当时，当时，当时，τ－松弛时间由上面所讲τ可知：时，松弛时间就是x减少到时所需要的时间。是一个表征松弛过程快慢的物理量当很小时：这说

3、明松弛过程进行得很快，如：小分子液体的只有秒。因此，通常以秒为刻度标尺时，无法观察到它的松弛过程的。也就是说觉察不到物体以一种平衡态过渡到另一平衡态的过程需要一定的时间。当很大时（n星期，n年）：如果观察时间（秒、分、时）很小，则可推出也不能观察到松弛过程。如高分子，由于分子大，分子内和分子间作用力很强，所以（n星期，n年）很大，所以在以秒或分为标度的观察时间内也看不出松弛过程的发生。高聚物的不是一单一数值，运动单元越大，运动所需时间越长，则大，运动单元越小，则小，所以高聚物的严格地讲是一个分布，称为“松弛时间谱”当观察时间的标度与聚合物中某种运动单元（例如链段）的值相当时，

4、我们才能观察到这种运动单元的松弛过程，但仍然观察不到其它运动单元的松弛过程。1-3高分子运动与温度的关系分子运动的温度依赖性温度对高分子运动的二个作用：使运动单元动能增加，令其活化（使运动单元活化所需要的能量称为活化能）；温度升高，体积膨胀，提供了运动单元可以活动的自由空间。以上二点原因就是使松弛过程加快进行也就是说：升高温度可使松弛时间变短我们可以在较短的时间就能观察到松弛现象；如果不升温，则只有延长观察时间才能观察到这一松弛现象。升温与延长观察时间是等效的（时温等效）升温是迫使减小，从内因上起变化，我们可以在较短时间内观察到变化延长观察时间是从外因上来观察变化与温度之关系

5、：松弛时间常数松弛活化能气体常数绝对温度第二节高聚物力学状态2-1高分子材料的力学状态和转变为了激发高聚物中各运动单元的运动，我们采用加热的方法。并对高聚物试样施加一恒定的力，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。温度-形变曲线玻璃态形变温度粘流态高弹态由图中可以清楚的看到：根据试样的力学性能随温度的变化的特点，可以把线性非晶态高聚物按温度区域不同划分为三种力学状态玻璃态（以下）高弹态（）粘流态（以上）三种状态之间的两个转变玻璃化转变为高弹态，转变温度称为玻璃化温度高弹态转变为粘流态，转变温度称为粘流温度温度运动单元和τ值力学性质玻璃态以下链段

6、(侧基,支链,链节)仍处于冻结状态(即链段运动的τ值无穷大，无法观察)受力变形很小，去力后立即恢复（可逆），虎克型弹性（普弹性）模量：1011~1012达因/cm2高弹态链段运动（但分子链的τ还很大，不能看到）（链段运动的τ值减小到与实验测定时间同一数量级时可以看到）受力变形很大，去力后可恢复（可逆），虎克型弹性（高弹性）模量：106~108达因/cm2粘流态以上大分子链与大分子链之间发生相对位移(分子链的τ值缩短到与实验观察时间相同的数量级)流动变形不可逆，外力除去后变形不能恢复高聚物玻璃化转变不象低分子那样晶体向液体的转变，它不是力学的相变，它处于非平衡状态玻璃化温度也不

7、象低分子物质的熔点那样是一个固定值，而是随外力作用的大小，加热的速度和测量的方法而改变的，因此它只能是一个范围的实用意义：是高聚物特征温度之一，作为表征高聚物的指标，可用来确定热塑性塑料的最高使用温度和橡胶的最低使用温度。高于则不能作塑料用，因为已经软化；低于就不能当橡胶用，因为已成为玻璃态。常温下处于玻璃态的高聚物通常用作塑料常温下处于高弹态的高聚物通常用作橡胶粘流态是高聚物成型的最重要的状态2-2结晶聚合物的力学状态晶态高聚物中总有非晶区存在，非晶部分高聚物在不同温度下也要发生上述二种转变，但它的宏