材料加工工程-1.4 塑料材料的基本性能

HUAZHONGUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY材料科学与工程学院华中科技大学HUAZHONGUNIVERSITYOFSCIENCE&TECHNOLOGY授课教师：周华民、崔树标/21内容提要聚合物的物理化学特性分子量热分析聚合物的其他性质短期热性能、热降解、电学性质、光学性质、渗透性等3/21聚合物的分子量每种聚合物的分子量有一定的分布范围原因：聚合度、支链、交联的变化如UHMWPE的相对分子质量：4×106~7×106道尔顿4分子量分布曲线图/21平均分子量重均分子量：数均分子量：分子量分布指数：计算方法5wMnM∑∑∑∑∑∑/21分子量的测定凝胶渗透色谱法（GPC）端基分析法液相膜渗透法气相渗透法光散射法等6GPC实验仪器/21分子量对性能的影响基本趋势：分子量↑、物理性能↑、加工性能↓如：重均分子量30000、50000、80000的LDPE冲击强度分别为3MJ/m3、7MJ/m3、12MJ/m37/21聚合物的热分析示差扫描量热法（DSC）样品池和参比池以恒定速度升温，通过调节输入功率，使两池的温差为零输入两池功率差值即为试样的吸或放热的绝对测量值8DSC结构原理图/21DSC应用测定熔点和结晶度熔点：Tm=133℃结晶度：∆∆%，∆是试样的熔化热、即DSC曲线主峰的面积；∆是完全结晶样品的熔化热9HDPE样品的熔点和结晶度/21DSC应用添加剂/填充剂对加工的影响在恒温氧气环境中，PE的DSC曲线下降很快，而使用抗氧剂后明显的氧化反应很慢才出现10抗氧剂对PE树脂的影响/21DSC应用无定形塑料的玻璃化温度低温-84℃是丁二烯相的转变，高温110℃是苯乙烯—丙烯腈相的转变，台阶的高度与两相的数最有关11ABS的两个玻璃化转变温度/21热失重分析（TGA）精确控制升温速率，连续检测试样的重量可用于测定组成和评价高聚物的热稳定性，能得到聚合物、填充剂、挥发剂的相对含量12两种PE的氧化引发时间/21热力学分析（TMA）TMA是试样在设定温度下，连续测定其尺寸或粘弹性的变化TMA把DSC和TGA结合起来，可提供机械性能数据，如：热膨胀系数弹性模量软化温度热收缩率等13TMA的结构简图/21聚合物的短期热性能短期过程是完全可逆的，主要指熔化或软化温度，温度变化与力学性能曲线1和3是无定形PEI+30%的玻璃纤维，曲线2和4是半结晶PEEK+30%的玻璃纤维，填充任意取向14短期拉伸强度和弯曲模量与温度的关系曲线PEI热变形温度213℃PEEK热变形温度288℃/21聚合物的长期热降解聚合物长期在高温下必然要降解影响因素：氧化、挥发、高蠕变、内部结构化学恶化热降解导致聚合物分子链被拉断，降低试样的平均分子量可采用用热重分析（TGA）来研究降解过程高温下连续工作如何选择合适的聚合物十分重要15/21聚合物的电学性质高电阻是聚合物的优点，广泛用于电绝缘材料和电容器中的电介质介电常数是介电材料是否重要的性能指标，介电常数越大则电容器的电容越大16/21聚合物的导电性质石英、PS、PE、PTFE是最好的绝缘体，电导率极小，约在10-18Ω-1·m-1，而金属在低温下的超导体，如铅在4K下电导率高达1026Ω-1·m-1以上聚合物往往具有良好的电绝缘性质，残留的催化剂或添加剂是降低其绝缘性能的主要杂质共轭聚合物是高分子半导体材料，如聚乙炔、聚苯等，可加入导电填料（如炭黑、金属粉等）改善导电性17/21聚合物的电致发光性质共轭聚合物（如聚苯撑乙炔，PPV）还可以作为发光二极管（lightemittingdiode，LED），发光亮度与标准阴离子射线管相同，比液晶还亮电致发光主要结构电子注入层：LED的阴极，如Ca、Mg等发光层：EL层，电致发光半导体空穴注入层：LED的阳极，如涂有氧化铟锡（ITO）的导电玻璃18电致发光器件原理图柔性LED涂ITO的涤纶薄膜上海世博LED灯/21聚合物的介电击穿随着电流增加，材料从介电状态突然变成导电状态，大量电能迅速释放造成材料局部烧毁的现象，Ub称为击穿电压电压过高造成的本征击穿温度过高造成的热击穿聚合物内部气体电离放电引起的击穿介电强度Eb，h为绝缘体厚度19介质的电流与电压关系/21聚合物的光学性质非晶的均聚物有良好的光学透明性能如聚甲基丙烯酸甲酯，英文简称PMMA，俗称有机玻璃、亚克力高透明性的PS、PMMA、PC等具有良好的线性光学性能、广泛应用于光纤通讯结晶聚合物存在密度和折射率都有差异的结晶区和非晶区，通常是不透明或者半透明共聚物和共混聚合物存在多组分，通常为不透明20饰品茶几吊灯/21聚合物的渗透性聚合物被气体或液体（小分子）透过的性能称为渗透性渗透物与聚合物的溶解能力渗透物在聚合物中扩散的能力21隐形眼镜纸尿裤饮料瓶