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高分子化合物的柔顺性、弹性、塑性、力学性能


实验室k / 2018-07-23

柔顺性
    线性高聚物除了分子链可以运动外,分子链中的C-C单键(σ键)能够绕着键轴线相对自由旋转。由于碳链中相邻两个单键具有定的夹角,使得这种自由旋转的运动轨迹迹如图6-8所示。


    由于单键的高速旋转,可知一个高分子链的形状不是单一的,也不是固定不变的,而且呈伸直状的极少,绝大部分呈卷曲状态。若作用以外力,分子链的形态会发生改变,同时引起物体外形的改变。外力撤除,又能借单键的旋转运动而恢复其卷曲形态。高分子链的这种强烈卷曲的倾向称为柔顺性。柔顺性对高聚物的弹性和塑性等有重要的影响。


弹性
    弹性是指某物体形变的可恢复性。线型高分子化合物在通常情况下,总是处于能量低的卷曲状态。由于分子链的柔顺性,当这种种聚合物受到拉力时,卷曲的分子可以被拉直一些,这时分子的能量增高,除去拉力后,又会缩卷起来,这就使物体呈现了弹性。例如,橡胶具有良好的弹性。线型或轻度网型聚合物都有不同程度的弹性,但交联多时则会失去链的柔顺性,变成僵硬且弹性很差的物质。

塑性
    塑性是指线型高分子化合物加热到一定温度后,就逐逐渐软化。这日时可以把它放在模子里压成一定形状,冷却并去压后仍可保持该形状,这种性质称为塑性。塑米料就是因为具有可塑性而得名的。有些线型高分子化合物可以反复加热和冷却,仍可保持其形状,这类物质称为热塑性高分子化合物。例如聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺等线型聚合物属于此类。它们易于加工,可反复应用。另一些聚合物在加热过程中继续起变化,分子链互相交联,结果转变为可塑性的体型结构,不能多次加热压膜。这类物质称为热固性高分子化合物。例如酚醛树脂、脲醛树脂等属于此类。

力学性能
    高聚物的力学性能主要是指抗压、抗拉、抗冲击及抗弯曲等。它们与高聚物的平均聚合度、结晶度及分子间力等因素有关。
    高聚物的平均聚合度增大,有利于增加分子链间的作用力,可使拉伸强度与抗冲击强度提高。但当聚合度超过一定数值后,不但拉伸强度变化不大,还会使黏流温度Tf升高而不利于加工。
    高聚物分子链中含有极性基团或链间能形成氢键时,都可增大分子链间的作用力而提高其强度。如聚氯乙烯因含有极性基团-Cl,其拉伸强度一般比聚乙烯高。
    适度的交联可提高抗冲击强度,但过分交联则使材料变脆。如聚乙烯适度交联后,抗冲击强度可提高3~4倍。而酚醛塑料因交联程度高而变脆。
    高聚物中,处于结晶态的分子链排列紧密,分子链间作用力较大,力学强度也较高。合成纤维的结晶度比塑料和橡胶要高,其力学强度比后两者都要好,但是结晶度增加,会降低高聚物的弹性和韧性,影响其抗冲击强度。


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