励杭泉高分子物理重点难点归纳下市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

高分子物理高分子物理重点难点归纳重点难点归纳北京化工大学北京化工大学励杭泉励杭泉(下)第1页8.粘弹性 1.储能性：能量储存为应变能，无能量损耗(无内阻)2.瞬时性：不依赖时间弹性响应：虎克定律1.耗能性：能量全部用于克服内阻，无储存2.依时性：形变随时间线性发展粘性响应：牛顿流体定律第2页固体：液体：两种凝聚态存在一个与外力平衡应变不存在与外力平衡应变，外力不去，形变不止第3页理想固体粘性响应粘弹性理想液体弹性响应?液体固体同为粘弹体，亦有固体、液体之分第4页无阻力：理想弹性体有阻力：粘弹性固体固体乎？液体乎？弹性乎？粘性乎？第5页固体乎？液体乎？弹性乎？粘性乎？流动单元无弹性：理想粘流体流动单元有弹性：粘弹性流体第6页粘弹性固体与粘弹性液体区分在于分子链是否运动固体中不论粘性响应占多少百分比仍是固体液体中不论弹性响应占多少百分比仍是液体第7页什么是粘弹性？同时发生弹性响应和粘性响应性质粘弹性固体与理想固体区分？结构单元运动有没有内阻粘弹性液体与理想液体区分？结构单元有没有弹性什么是粘弹性材料？同时发生弹性响应和粘性响应材料第8页(1)能量：部分储为应变能，部分损耗于克服内摩擦(2)依时性：运动对时间(频率)依赖性弹性、粘性双重响应带来两个后果：第9页G9.标准线性固体模型Maxwell模型不能模拟交联聚合物G0原因：Maxwell模型只能模拟粘弹性液体第10页G0Ge(G0Ge)标准线性固体模型第11页G0Ge(G0Ge)Maxwell模型与弹簧并联第12页模拟交联聚合物t,G Ge，e G0tGe第13页G0模型与真实曲线对比Maxwell模型标准线性固体模型第14页10.动态力学响应高分子材料受到一个正弦改变应变(t)=0sint应力将怎样改变?第15页动态粘弹谱仪第16页关键点1：应力与应变关系 滞后应力导前于应变，即应变滞后于应力WHY？第17页理想橡胶只受弹性力不受粘滞力实际材料又受弹性力又受粘滞力粘弹性固体第18页所谓前后是指相对于平衡态相位应变下降段应力低于平衡态了解：应变上升段应力高于平衡态(t)t(t)平衡应力第19页关键点2：滞后引发内耗环境做功储存能量损耗能量形变：回复：释放储能损耗能量还给环境第20页G.滞后环形变阶段第21页G.回复阶段第22页能量储存多少，损耗多少？用两个模量来表征本质是粘度第23页|G*|=0/0G cosG sinGGi第24页关键点3：内耗大小内耗来自链段流动流动多，内耗大；流动少，内耗小流动多少，取决于作用时间与松弛时间关系第25页所用时间1/链段运动松弛时间为if 1/充分流动，但不饱满，损耗低if 1/流动不充分，损耗低if 1/=充分流动且饱满，损耗最高t第26页施加交变应变，应力一定导前于应变第27页随温度改变，内耗出现峰值第28页随频率变大，内耗出现峰值第29页与关系第30页NewtonHooke第31页11.第二牛顿区实际聚合物流体流动行为随剪切速率改变，分为三个区loglog第一牛顿区假塑区第二牛顿区第32页实际聚合物流体粘度第一牛顿区：剪切速率很低，0称零切粘度假塑区：剪切速率越高，表观粘度a越低第二牛顿区：称无穷切粘度？log log第一牛顿区假塑区第二牛顿区a0第33页12.熔体弹性 受力状态自然状态根源：熵弹性第34页出口膨胀（巴拉斯效应）第35页膨胀比粘度(Pa.s)10610510410310-1 100 101 102 103(s-1)1.81.61.41.21.0De/D剪切速率对出口膨胀比影响 第36页Graessley,W.W.1975市售PS毛细管挤出Swell ratio De/D2.01.81.61.41.21.00.1 1.0 10 100200C160C180C(s-1)温度对出口膨胀比影响第37页流动路径对出口膨胀比影响第38页Direction of flowIncreasing flow rate熔体破裂第39页Weissenburg(韦森堡)效应小分子液体 高分子液体第40页第41页上板还是下板受流体压力？第42页13.晶片、晶叠与球晶从从熔熔体体结结晶晶晶晶片片不不是是独独立立单单元元，而而是是更更高高级级结结构构组组成成部部件件与单晶片之异同：与单晶片之异同：(1)厚度厚度10nm(同同)(2)宽度受限，单向纤状生长宽度受限单向纤状生长(异异)(3)以晶迭方式生成，少见单片以晶迭方式生成，少见单片(异异)第43页10nm 稀溶液中分子链排入晶格不受限制故晶片呈金字塔状第44页纤状晶片10nm结晶温度越高，晶片初始厚度越大晶片初始厚度为10nm左右退火使晶片厚度随时间增加第45页PET：3.85.8nm不一样聚合物有不一样晶片厚度sPP：2.63.8nm第46页熔体中分子链源源不停向晶片扩散，故除厚度外，宽度长度不一样于单晶片第47页G晶片宽度由两个原因控制：杂质扩散第48页宽度系数：经典扩散系数 D108 cm2/s，经典 G=104cm/s，则 1m第49页晶叠形成晶叠形成普通书上没有而必讲内容第50页晶片间系带分子链第51页Ldadcdc：晶片厚度da：晶片间距L：长周期Huyskens,P,Groeninckx,P,Vandevyvere,P,1990结晶度=dc/L第52页（1）直径从0.11cm（2）结晶度远低于100%（3）由纤维状晶片(晶叠)组成（4）沿径向恒速增加（5）分子链垂直于径向（6）交叉偏振光下可观察到maltese十字球球 晶晶 Spherulites球晶特征第53页杂质扩散困难，生长面不稳定，造成份支1、含杂质2、体系粘度高生成球晶两个条件第54页由晶迭生成球晶过程由晶迭生成球晶过程第55页球晶中放射状晶叠结构第56页球晶尺寸数量级概念第57页14.平衡熔点 普通书上没有而必讲内容第58页原因：各种影响原因都离不开平衡熔点熔点基本影响原因晶片厚度与熔点关系熔体纯度与熔点关系过冷度与晶片厚度关系第59页熔点基本影响原因35030025020015010050014 16 18 20 22 24 26Tm(C)Chain atoms in repeating unit聚脲聚酰胺聚氨酯聚乙烯聚酯第60页熔体纯度与熔点关系理想溶液杂质链端作为杂质非理想溶液杂质第61页熔融峰经常出肩，甚至是双峰熔融峰有宽度，称作熔限熔点总是高于结晶温度熔点-结晶温度-晶片厚度关系问题解释以下现象：首先要讲清晶片增厚问题第62页123L1L2L3晶片增厚原因：处于非平衡态平衡晶片尺寸应含有以下关系：第63页于是可知表面张力越大，表面法向尺寸应越大聚乙烯折叠面表面能为60-70mJ/m2侧面表面能为15mJ/m2，故厚度尺寸应为侧向尺寸4倍，与实际情况差几个数量级，表明远未达平衡状态，故会自发增厚第64页1.长度、构型、结构等多分散性2.缠结不允许分子链伸展 增厚必须从折叠状态伸展，越伸展越靠近平衡态当分子链完全伸展时，“晶片”就到达平衡态这种状态仅存在于理论之中平衡晶片熔点为平衡熔点，Tm0第65页晶片越厚，熔点越高平衡熔点是厚度为无穷大晶体熔点晶片越厚，熔点越高平衡熔点远高于实际样品测定熔点Thompson-Gibbs公式第66页结晶热力学结晶温度越高，初始晶片越厚，熔点越高第67页T/C如在较低温度下结晶，晶片会沿重结晶线增厚2001501005000.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45d1c/nm1重结晶线结晶线纯s-PP熔融线Xs增厚与熔融含有竞争关系，Xs点是增厚极限第68页增厚现象解释了熔限、出肩、双峰也解释了熔点一定高于结晶温度二次结晶另讨论第69页15.橡塑增韧讲透三点：1.基体分子量越大，引发银纹越多 2.橡胶粒度影响 3.两类形变机理第70页20 0 20 40mmR=251.00.500.51.0t=1.21.基体分子量越大，引发银纹越多第71页主银纹附近伴生次生银纹次生银纹数量与尺寸取决于裂缝前锋应力裂缝前锋第72页银纹中伸展链是个网络结构由链束与系带链组成第73页 应力低于临界值，即不引发银纹第74页裂缝前锋M大M小分子量越高，系带链越多，银纹强度越高，裂缝前锋释放应力越少第75页Optimists concentrate on plastic deformation in crazes as a source of toughness or stress relief in polymers,while pessimists focus on crazing as the beginning of brittle fracture银纹两面性 2.橡胶粒度影响第76页橡胶粒子作用2：终止银纹1：引发银纹粒度小有利粒度大有利第77页大：与银纹厚度相当大橡胶粒子终止银纹第78页虽不能终止银纹，但强化了系带链，可引发更多银纹小橡胶粒子嵌于银纹体内第79页HIPS：银纹厚度：2最正确粒子尺寸：110 ABS：银纹厚度：0.5最正确粒子尺寸：0.11 不一样基体中银纹厚度不一样，故最正确粒子尺寸不一样第80页3.两类形变机理橡胶粒子直径(m)厚度3.2mm厚度6.4mm冲击强度(J/m)1600 14001200 1000 800 60040020000 0.1 0.2 0.3比较两种不一样厚度PVC样品冲击强度第81页小橡胶粒子：引发剪切带剪切带双重作用：消耗能量 终止银纹第82页区分剪切屈服与银纹化不一样贡献同时测量样品伸长与体积，以体积应变V/V对伸长率作图DilatometerWire to load cellCapillaryCylinder,2.2cm diameter 30cm lengthSample spoolsJoint$JointBase plateWater原理：银纹化体积增大 剪切屈服体积不变第83页伸长率 (%)体积应变V/V(%)5432100 1 2 3 4 5 6HIPS，23.4MPa增韧聚丙烯，17.0MPa20C第84页伸长率 (%)体积应变V/V(%)432100 1 2 3 4 5 6a)ASA，22MPaASA，19MPa增韧PVC，42MPa20C第85页应力对ABS形变机理影响(20C)伸长率 (%)体积应变V/V(%)32100 1 2 3 4 5 634.534.029.728.026.5第86页应变速率对ABS形变机理影响(20C)伸长率 (%)体积应变VV(%)10864200 5 10 15 20 25 305.51021.41021.41031.41041.4101第87页影响增韧原因（1）应力与受力史；（2）应变；（3）温度；（4）分子量与分子量分布；（5）橡胶相体积；（6）橡胶粒子粒度及分布；（7）基体与橡胶化学本质；（8）分子链取向；（9）银纹化-剪切带相互作用程度第88页16.手性液晶Nematic假如液晶核接在不对称碳原子上。向列型近晶型胆甾型？第89页Chiral NematicN*Cholesteric胆甾型胆甾型N不能误解为分层P第90页P螺距 P=150800 nm显示不一样颜色原理N*第91页V液晶黑白显示原理第92页液晶彩色显示原理VVV第93页谢谢大家！第94页