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1、材料科学基础第节高聚物的力学性能分子运动的多样性：具有多种运动模式由于高分子的长链结构，分子量不仅高，还具有多分散性，此外，它还可以带有不同的侧基，加上支化，交联，结晶，取向，共聚等，使得高分子的运动单元具有多重性，或者说高聚物的分子运动有多重模式具有多种运动单元如侧基、支链、链段、整个分子链等各种运动单元的运动方式：链段的运动:主链中碳-碳单键的内旋转,使得高分子链有可能在整个分子不动,即分子链质量中心不变的情况下,一部分链段相对于另一部分链段而运动侧基的运动:侧基运动是多种多样的,如转动,内旋转,
2、端基的运动等高分子的整体运动:高分子作为整体呈现质量中心的移动晶区内的运动:晶型转变，晶区缺陷的运动等温度形变曲线形变温度TgTf玻璃态高弹态橡胶态粘流态玻璃化转变区域粘流转变区域非晶态聚合物Tg–glasstransitiontemperature玻璃化转变温度Tf–viscosityflowtemperature粘流温度Therelationshipbetweenmodulusandtemperature模量与温度的关系TgTfET同样可以分为“三态”“两区”“三态两区”的特点玻璃态：分子链几乎无
3、运动,聚合物类似玻璃,通常为脆性的,模量为104~1011Pa玻璃化转变：整个大分子链还无法运动,但链段开始发生运动,模量下降3~4个数量级,聚合物行为与皮革类似高弹态：链段运动激化,但分子链间无滑移.受力后能产生可以回复的大形变,称之为高弹态,为聚合物特有的力学状态.模量进一步降低,聚合物表现出橡胶行为“三态两区”的特点粘流转变:分子链重心开始出现相对位移.模量再次急速下降.聚合物既呈现橡胶弹性,又呈现流动性.对应的转温度Tf称为粘流温度粘流态：大分子链受外力作用时发生位移,且无法回复。行为与小分子
4、液体类似Tg的学术意义:聚合物分子链柔性表征高聚物的特征指标高聚物分子柔性越大，玻璃化转变温度越低。另外，对于相对分子质量足够高的高聚物，Tg几乎不依赖于相对分子质量。玻璃化转变的现象：聚合物在玻璃化转变时，很多物理性质都会出现突变或不连续变化，如：体积、比容等热力学性质：比热、导热系数等力学性能：模量、形变等电磁性能：介电常数等Tg的工艺意义:常温下处于玻璃态的非晶态高聚物可作为塑料。Tg是非晶态热塑性塑料使用温度的上限（最高使用温度）常温下处于高弹态的非晶态高聚物可作为橡胶。Tg是非晶性橡胶(如天
5、然橡胶,丁苯橡胶等)使用温度的下限（最低使用温度）粘流态是高聚物成型中最重要的状态。非晶态高聚物利用粘流态进行加工成型（注射成型、挤出成型和吹塑成型等）时，加工温度一般在Tf~Td(高聚物的分解温度)。非晶态高聚物的粘流温度Tf随相对分子质量的增加而提高。注意：以上讨论对支化高聚物同样适用。２、部分结晶高聚物的力学状态：不太大时：则晶区熔融（），非晶区的，所以试样成为粘流态。足够大时：非晶区的，则晶区虽熔融（），但非晶区试样进入高弹态再升温到以上才流动。从加工角度看，这种情况是不希望的（在高温下出现高
6、弹态将给加工带来麻烦。(M代表相对分子质量)结晶高聚物的熔点与分子链的柔性和分子间的作用力有关：分子链越柔，则熔点Tm越低；分子间相互作用越强，特别是有氢键作用时，熔点Tm越高。熔点高于室温的部分结晶高聚物可用做塑料或纤维，它们的使用温度上限为Tm。3、交联高聚物的力学状态：分子链间的交联限制了整链运动，所以不能流动，即不可能出现粘流态。二、高聚物的高弹性与流变性１、高弹性：高弹性的特点：高弹态是高聚物所特有的，是基于链段运动的一种力学状态，可以通过高聚物在一定条件下，通过玻璃化转变而达到。处于高弹态
7、的高聚物表现出独特的力学性能——高弹性这是高聚物中一项十分难能可贵的性能橡胶就是具有高弹性的材料，高弹性的特征表现在：①弹性形变大，可高达1000%，而金属材料的普弹形变不超过1%②弹性模量小，105~106Pa，而且随绝对温度升高而升高；而金属材料的弹性模量达1010~1011Pa，而且随绝对温度升高而降低。③在快速拉伸时（绝热过程），高聚物温度上升；而金属材料温度下降。（如果把橡胶薄片拉长，把它贴在嘴唇或面颊上，就会感到橡皮在伸长时发热，回缩时吸热。）④形变与时间有关，橡胶受到外力（应力恒定）压缩
8、或拉伸时，形变总是随时间而发展，最后达到最大形变。（理想高弹体的高弹应变对应力的响应是瞬间完成的）（如后图）2、流变性：高聚物在Tf以上处于粘流态，成为熔体高聚物熔体主要力学特性就是具有流变性能几乎所有高聚物都是利用其粘流态下的流动行为进行加工成型的，所以了解和掌握高聚物的流变性是很重要的流变学：是研究材料流动和变形的科学高聚物流变学：是流变学的一个分支，着重研究高聚物熔体的流变性，它是一门十分年轻的科学，近几十年来才得到重视。由于实际上的困难，连定性的
