高分子物理-其它性能.ppt

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1、第八章高聚物的其它性能第一节高聚物的热性能(Thermalproperty)第二节高聚物的光学性能(Opticalproperty)第一节高聚物的热性能高聚物的热性能包括耐热性、热稳定性、导热性以及热膨胀性能等。高聚物的耐热性和热稳定性是指能保持其使用性能的最高温度。即在该温度下，试样不会发生热分解、氧化，不会发生变形、强度的丧失以及不会出现外观的损伤等。耐热性和热稳定性的好坏，将决定高分子材料的使用温度范围。一般陶瓷和金属材料，多数有着出色的耐热性能，但高分子材料的耐热性相对较差，从而限制了它的应用。然而，

2、随着科学技术的发展，人们已经合成出了一系列比较能耐高温的高分子材料。本节将重点讨论高聚物的耐热性、热稳定性与其结构的关系，探索提高高聚物耐热及热稳定性的途径，并简要介绍高聚物的导热性和热膨胀性能。一、高聚物的耐热性(Heatresistance)1、表征非晶高聚物：玻璃化温度Tg原因：在Tg以下，非晶高聚物处于玻璃态，不易变形；在Tg以上，处于高弹态，容易变形。结晶高聚物：熔点Tm原因：在Tm以下，结晶高聚物处于结晶态，不易变形；在Tm以上，处于熔融态，容易变形。一、高聚物的耐热性(Heatresistanc

3、e)2、提高高聚物耐热性的途径归纳起来，欲提高高聚物材料的耐热性，从结构上考虑有三条途径，即增大分子链的刚性，使高聚物结晶以及进行交联，这就是所谓的H.Mark三角原理。（1）增大分子链的刚性增大分子链的刚性能提高非晶高聚物的玻璃化温度和结晶高聚物物的熔点。而欲增大分子链的刚性，从结构上考虑必须在高分子主链中尽量减少单键，引入共轭双键或环状结构（包括脂肪环、芳环或杂环）。近年来所合成的一系列耐高温高分子材料都具有这样的结构特点。高聚物结构式Tm(℃)聚乙烯135聚乙炔>800聚对二甲苯400聚苯530(分解)

4、一些耐热高聚物聚酰亚胺>500聚苯并咪唑>500吡龙>500注：吡龙全称为聚苯并咪唑吡咯烷酮，为梯形高聚物。例：聚酰亚胺(polyimide,PI)的熔点高于500℃，它能在180~250℃长期使用，间歇使用温度可达450℃。若将聚酰亚胺制成薄膜，并和铝片一起加热，当温度达到铝片熔化温度时，聚酰亚胺薄膜不但保持原状，而且还有一定强度，因而这类高聚物已愈来愈广泛地用于机电、航空以及宇宙飞行等领域。（2）使高聚物结晶结晶高聚物的熔点大大高于相应的非晶高聚物的玻璃化温度，因而，使高聚物结晶是提高高聚物耐热性的途径之

5、一。例1：自由基聚合的聚苯乙烯Tg=80℃，而采用定向聚合所到等规聚苯乙烯Tm=225℃，相差达一百多度，大大扩大了其使用温度范围。例2：聚苯硫醚（PPS）具有高结晶性，在280~290℃熔化，其制品在200℃下使用未发现变形，尺寸稳定，此外它还有很优异的耐化学腐蚀性，因而它是一种很有前途的耐热防腐材料。（3）交联经交联的高聚物，具有体型结构，高分子链间化学键的存在阻碍了分子的运动，因而提高了材料的耐热性，同时也使高聚物其它性能如拉伸强度等有所提高。例如：辐射交联聚乙烯其耐热温度可提高到250℃；用二乙烯基苯

6、对聚苯乙烯进行交联也能使其耐热性有所提高。由此可知，具有交联结构的热固性塑料(如酚醛、环氧等)，一般都具有良好的耐热性，其耐热性较热塑性塑料为高。下表中列出了酚醛塑料的耐热性能。温度（℃）能耐受的时间低于200200~250250~500500~10001000~1500长期若干昼夜若干小时若干分钟若干秒酚醛塑料的耐热性能说明H.Mark三角原理仅适用于塑料。对于橡胶，提高链刚性、结晶与高度交联都将使其失去其宝贵的高弹性能。对橡胶而言，通常用Tf表征耐热温度。如何获得既具有高弹性又能耐高温的材料，是目前人们感

7、兴趣的一个课题。二、高聚物的热稳定性(Heatstability)高聚物在受热过程中，除了发生软化或熔化等物理变化以外，还可能产生降解或交联。降解会引起相对分子质量下降，从而使力学性能变坏。交联则引起相对分子质量增加。交联在一定程度上能改善高聚物的物理机械性能和耐热性，但是随着交联度的提高，聚合物会变成硬、脆、不溶不熔产物。因此，要提高高聚物的耐高温性能，不能仅仅从提高玻璃化温度和熔融温度去考虑，还必须同时考虑高聚物在高温下的降解和交联作用，即热稳定性。二、高聚物的热稳定性(Heatstability)1、表

8、征半分解温度(T½)定义：高聚物在真空中加热30分钟失去其一半重量的温度。显然，T½越高，材料的热稳定性越好。T½与高分子链中最弱键的离解能密切相关。因而高分子链中化学键的键能越高，材料的热稳定性越好。下表中列出常见高聚物的半分解温度值。高聚物T½(℃)单体产率(%)聚四氟乙烯聚对苯二甲撑高密度聚乙烯聚三氟氯乙烯聚丁二烯低密度聚乙烯聚丙烯聚苯乙烯聚异丁烯聚环氧乙烷聚丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯聚醋酸乙