高分子物理上海交大第九章高聚物的热、电和光学性能

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1、第九章高聚物的热、电和光学性能高聚物的热学性能耐热性、导热性、热膨胀和比热高聚物的电学性能介电性能、电导性能和电强度高聚物的光学性能折反射、双折射、透明性和光导性§1高聚物的热学性能高聚物的耐热性能（热稳定性能）高聚物的导热性能高聚物的热膨胀性能高聚物的比热（热容）§1高聚物的热学性能1—1耐热性能（热稳定性能）《1》概述热稳定性能——高聚物的弱点“热”在实际应用中的重要性使用寿命小型化轻量化可靠性使用条件1—1耐热性能《1》概述耐热性：高聚物处于高温条件下保持其性能的能力耐热性能的表征短时耐热性长时

2、耐热性Tg、Tf、Tm、Td耐热等级马丁耐热温度AEBFHC热变形温度105120135155180>180维卡软化点温度指数1—1耐热性能《1》概述马丁耐热温度10*15*120mm3弯曲应力50kg/cm2240mm处标尺下降6mmT升温：50oC/hr1—1耐热性能《概述》热变形温度高：9.8~12.8mm宽：3~4.2mm应力：18.5kg/cm2升温：2oC/min桡度：0.25~0.33mmT1—1耐热性能《1》概述维卡软化点10*10*3mm31mm2圆拄体针1kg力升温：50oC/hr深

3、入1mmT1—1耐热性能《2》Mark三角原理(塑料)是高聚物(塑料)结构与耐热性联系最常用的原理增加高分子链的刚性——提高耐热性提高结晶能力——提高耐热性分子链之间交联——提高耐热性<2>Mark三角原理（塑料）增加高分子链的刚性——提高耐热性主链引入芳环、杂环等环状结构或主链具有共轭结构聚乙烯/137oC（Tm）下同聚乙炔/>800oC聚碳/>2800oC<2>Mark三角原理（塑料）尼龙66/235oC芳香尼龙/450oC芳香尼龙/570oC聚酯/45oC涤沦/264oC芳香聚酯/500oC<2>

4、Mark三角原理（塑料）提高结晶能力——提高耐热性引入极性基团、氢键、对称结构等酰胺键酰亚胺键引入主链脲键—OH；—NH2；—CN等引入侧基对称结构邻位聚酯/63oC间位聚酯/143oC对位聚酯/264oC<2>Mark三角原理（塑料）分子链之间交联——提高耐热性交联高聚物形成三维网络——不溶不熔“Tg”“Tm”明显提高PE交联后200oC时仍具有形状保持能力1—1耐热性能《3》提高聚合物耐热性的途径提高高分子主链的键能主链中引入环状结构合成具有“梯型”结构的聚合物引入无机元素——元素有机高分子添加无机

5、填充料——复合材料热稳定剂的应用《3》提高聚合物耐热性的途径提高高分子主链的键能T1/2：真空中加热45分钟重量损失50%的温度《3》提高聚合物耐热性的途径•主链中引入环状结构聚合物结构式长期使用温度oC聚苯醚105聚碳酸酯120聚芳酯130聚砜150聚醚砜180聚苯硫醚220聚醚醚酮240《3》提高聚合物耐热性的途径合成具有“梯型”结构的聚合物“梯型”聚合物通常具有特高的热稳定性但分子链刚性使加工使用性能很差梯型聚合物的应用实例聚酰亚胺（Polyimide、PI）——半梯型异常突出的热稳定性能起始分解

6、温度达到500oC（聚四氟乙烯~400）零点强度温度为815oC（铝~600oC）使用寿命：400oC/12小时350oC/6天300oC/3月275oC/18月250oC/9年225oC/长期聚苯并咪唑聚苯并噻唑聚苯并噁唑聚咪唑酮几种重要的梯型、半梯型聚合物《3》提高聚合物耐热性的途径引入无机元素——元素有机高分子主链引入Si、Al、B、P等使主链的键能提高C—C（35104J/mol）Si—Si（45104J/mol）Al—O（58104J/mol）F—C（52104J/mol）P—N（58

7、104J/mol）B—N（44104J/mol）《3》提高聚合物耐热性的途径添加无机填充料——复合材料《3》提高聚合物耐热性的途径•添加无机填充料——复合材料聚合物添加20%玻璃纤维后热变性温度变化HDPE49127oCTm137尼龙649218oC220结晶高聚物取尼龙6671255oC265决于熔融温度PET124227oC267PS93104oCTg105非晶聚合物取PC132143oC150决于玻化温度《3》提高聚合物耐热性的途径热稳定剂的应用减缓或抑制热分解反应PVC（—CH2—CHCl—

8、）分解产物HCl促进进一步分解添加吸收HCl的物质能提高PVC的热稳定性铅盐、有机锡等——PVC的热温定剂1—2导热性使用中的要求：隔热材料——导热性小电绝缘材料——导热性大聚合物——热绝缘体（一般聚合物不导电，热不能通告电子传递）聚合物热量的传递——分子间的碰撞（分子间排列疏松——导热性较差）聚合物导热系数范围——10~5010-2J/s.m.oc1—3热膨胀性能使用中的要求：影响聚合物制品尺寸稳定性聚合物与其它材料的粘结性热膨胀性——