聚合物共混物的力学性能

第十章聚合物材料的力學性能

§10-1聚合物材料的結構與性能特點

分子品質大於1萬以上的有機化合物稱為高分子材料，是由許多小分子聚合而成，故又

稱為聚合物或高聚物。

原子之間由共價鍵結合，稱為主價鍵；

分子之間由范德瓦爾鍵連接，稱為次價鍵。

分子間次價鍵力之和遠超過分子中原子間主價鍵的結合力。拉伸時常常先發生原子鍵的斷裂。

聚合物的小分子化合物稱為單體，組成聚合物長鏈的基本結構單元則稱為鏈節。

聚合物長鏈的重複鏈節數目，稱為聚合度。

天然的聚合物有 木材、橡膠、棉花、絲、毛髮和角等。

人工合成聚合物有 工程塑料、合成纖維、合成橡膠等

一、聚合物的基本結構

1、高分子鏈的構型 （近程結構）

由化學鍵所固定的幾何形狀——指高分子鏈的化學組成、鍵接方式和立體構型等。

見圖9—1。(圖9—2)。

長支鏈、短支鏈；線型交聯分子鏈、三維交聯分子鏈。

由兩種以上結構單體聚合而成的聚合物稱為共聚物。

聚合物的結晶很難完全。

（共聚物的幾種形式如圖9—3。）

2、高分子鏈的構象（遠端結構）

一根巨分子長鏈在空間的排布形象，稱為巨分子鏈的構象。

無規則線團鏈、伸展鏈、折疊鏈、螺旋鏈等構象(圖9—5)。

3、聚合物聚集態結構

聚集態結構包括 晶態結構、非晶態結構及取向。

晶區與非晶區共存。結晶度＜98

名词解释

1.【聚合物共混】：是指两种或两种以上聚合物经过混合制成宏观均匀物质的过程，能增加体系的均匀性。

2.【高分子合金】：是指含多种组分的聚合物均相或多相体系，包括聚合物共混物和嵌段、接枝共聚物，一般为具有较高力学性能的工程塑料。

3.【复合材料】：是指由两个或两个以上独立的物理相组成的固体产物，其组成包括基体和增强材料两部分。

4.【杂化材料】：两种以上不同种类的有机、无机、金属材料，在原子、分子水平上杂化，产生具有新型原子、分子集合结构的物质，含有这种结构要素的物质为杂化材料。

5.【分布混合】：又称分配混合，是混合体系在应变作用下置换流动单元位置而实现的。指分散相粒子不发生破碎，只改变分散相的空间分布、增加随机性的混合过程。

6.【分散混合】：是指既增加分散相空间分布的随机性，又减少分散相粒径，改变分散相粒径分布的工程。

7.【总体均匀性】：是指分散相颗粒在连续相中分布的均匀性，即分散相浓度的起伏大小，一般采用数理统计的方法进行定量表征。

8.【分散度】：是指分散相颗粒的破碎程度，一般以分散相平均粒径来表征。

9.【平衡粒径】：在分散混合中，由于分散相大粒子更容易破碎，所以共混过程是分散相粒径自动均化的过程，这一自

聚合物共混改性考试试卷

一、判断题：对的（√），错的（×）（本大题共17小题，每题

1分，其中13题4分，共20分）

1．最早的聚合物共混物出现于1912年，是Hancock将天然橡胶与古

塔波胶混合制成雨衣。（ ）

2．最早投产的聚合物共混物是在1942年的PVC/NBR。（ ） 3．1942年Dow化学公司出售的Styralloy-22,首次使用了“聚合物

合金”这一术语。（ ）

4．银纹和裂纹的是同一概念的不同说法。（ ）

5．只有少数聚合物对是完全相容或部分相容，大多数是不相容的。

（ ）

6．1960年提出了银纹核心理论。（ ）

7．1964年OsO4染色技术研究成功，可用透射电镜（TEM）直接观察

共混物的形态结构。（ ）

8．在相同的剪切力场中分散相的大粒子比小粒子容易变形，大粒子

比小粒子受到更大的外力。（ ）

9.界面层的形成：第一步是两相之间的相互接触，第二步是两种聚合

物大分子链段之间的相互扩散。增加两相的接触面有利于链段扩散,提高两相之间的粘合力。（ ）

10.界面层的厚度主要取决于两种聚合物的相容性, 还与大分子链段

尺寸、组成以及相分离条件有关。（ ）

11.基本不混溶的聚合物，链段之间只有轻微的相互扩散，因而两

聚合物共混改性原理与应用 王国全

第4章 聚合物共混物的微观形态

介绍共混物形态的观 测、形态学要素的表 征，全面探讨影响共 混物形态的诸因素， 并介绍共混物形态研 究方法的进展。

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.1 共混物微观形态研究的基本目的和主要研 究内容4.1.1 共混物组成、共混过程、共混物性能与 共混物形态的基本关系

聚合物共混改性原理与应用 王国全

a

b

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.1.2 形态研究指导聚合物共混材料的开发 共混物的形态与共混物的性能有密切关系。性 能缺陷的原因往往可以从共混物的形态学研究 中找到原因。通过形态的观测，可以揭示形态 与性能的关系；从而通过改善共混物的形态， 达到提高共混物性能的目的。例如，用橡胶增 韧塑料的共混体系，橡胶为分散相，塑料为连 续相；橡胶分散相粒子的粒径对增韧效果有重 要影响。对分散相粒子的粒径进行调控，可以 有效地提高增韧效果。 共混物配方、共混工艺条件和设备的结构因素， 都可以影响共混物的形态，进而影响共混物的 性能。对于共混物形态的观测，可以指导共混 物配方、共混工艺条件等因素的调节。 4

聚合物共混改性原理与应用 王国全

4.1.3 共混物形态在机理研究中起重要作用

共混

聚合物的结构与性能

高 分 子 科 学 基 础

第 六 章

聚 合 物 的 结 构 与 性 能

聚合物的结构与性能

第 六 章 聚 合 物 的 结 构 与 性 能聚合物是由许多单个的高分子链聚集而成，因而其结构有 两方面的含义：(1)单个高分子链的结构；(2)许多高分子 链聚在一起表现出来的聚集态结构。可分为以下几个层次： 一级结构 近程结构 二级结构 远程结构 结构单元的化学组成、连接顺序、 立体构型，以及支化、交联等 高分子链的形态(构象)以及 高分子的大小(分子量)

聚 合 物 的 结 构

链结构

聚集态结构 三级结构

晶态、非晶态、取向态、液晶态及织 态等。

聚合物的结构与性能

第 六 章 聚 合 物 的 结 构 与 性 能6.1 高分子的链结构与高分子链的柔顺性 6.1.1 高分子的链结构 高分子的二级结构：i+1 i

(1)高分子的大小(即分子量)(2)高分子链的形态(构象) 高分子链中的键离第一个键越远，其空间位 臵的任意性越大，两者空间位臵的相互关系越 小，可以想象从第i+1个键起，其空间位臵的 取向与第一个键完全无关，因此高分子链可看 作是由多个包含i个键的段落自由连接组成，这 种段落成为链段。

聚合物的结构与性能

第 六 章 聚 合 物 的 结 构

生物降解聚合物PBS共混改性研究

SRP2012082

印雪 吴生运 张雪 王美容

一、国内外的研究现状

随着环境污染的加剧，人们对于高分子材料的使用提出了更高的要求，在满足材料使用性能的同时，要求高分子材料对环境无污染。近年来，我国陆续出台了多项政策鼓励生物降解塑料的应用和推广。生物降解材料在“绿色化学”的大背景下，在我国发展迅速，而聚丁二酸丁二醇酯（PBS）由于其优异的性能在众多可生物降解材料中脱颖而出。国际上有日本三菱化学和昭和高分子公司开始了PBS工业化生产，年产在1万吨左右。国内已经有多家科研机构，如中国科学院理化技术研究所工程塑料国家工程中心、清华大学高分子材料研究所等与企业合作的工业化产品问世。目前国内外对PLA/PBS共混体系的研究还不是很多，一般研究的内容为两种材料共混的相容性、共混物的形态及结晶行为、共混物的结构及性能、添加不同相容剂改善共混物的相容性等等。目前，国内几乎还没有报道过文献在共混体系中加入蒙脱土来改善力学性能和热性能的。外文文献有曾经在体系中加入反应性粘土（即有机试剂二次改性过的蒙脱土）蒙脱土来改善材料的力学性能。由于蒙脱土其独特的结构优势、来源广、价格低而成为制备聚合物／粘土纳米复合材料最重要的粘土

生物降解聚合物PBS共混改性研究

SRP2012082

印雪 吴生运 张雪 王美容

一、国内外的研究现状

随着环境污染的加剧，人们对于高分子材料的使用提出了更高的要求，在满足材料使用性能的同时，要求高分子材料对环境无污染。近年来，我国陆续出台了多项政策鼓励生物降解塑料的应用和推广。生物降解材料在“绿色化学”的大背景下，在我国发展迅速，而聚丁二酸丁二醇酯（PBS）由于其优异的性能在众多可生物降解材料中脱颖而出。国际上有日本三菱化学和昭和高分子公司开始了PBS工业化生产，年产在1万吨左右。国内已经有多家科研机构，如中国科学院理化技术研究所工程塑料国家工程中心、清华大学高分子材料研究所等与企业合作的工业化产品问世。目前国内外对PLA/PBS共混体系的研究还不是很多，一般研究的内容为两种材料共混的相容性、共混物的形态及结晶行为、共混物的结构及性能、添加不同相容剂改善共混物的相容性等等。目前，国内几乎还没有报道过文献在共混体系中加入蒙脱土来改善力学性能和热性能的。外文文献有曾经在体系中加入反应性粘土（即有机试剂二次改性过的蒙脱土）蒙脱土来改善材料的力学性能。由于蒙脱土其独特的结构优势、来源广、价格低而成为制备聚合物／粘土纳米复合材料最重要的粘土

第三章 聚合物共混物的相容性

第一节 聚合物共混物相容性的基本概念 一、概论

聚合物共混物（Polymer Blend）是将两种或两种以上的聚合物按适当的比例，通过共混，以得到单一聚合物无法达到的性能的材料。 聚合物共混物不但使各组分性能互补，还可根据实际需要对其进行设计，以期得到性能优异的新材料。

由于不需要新单体合成、无须新聚合工艺，聚合物共混物是实现高分子材料高性能化、精细化、功能化和发展新品种的重要途径。因为决定新材料性能的关键因素是共混物中的形态结构，所以在共混过程中对材料的相形态进行控制是关键。

聚合物共混物的形态控制主要由热力学和动力学两方面的因素决定。 作为热力学因素的聚合物共混物中各组分之间的相容性是关键因素。 相容性是聚合物共混体系相行为研究的首要的基本问题，不同聚合物相容性的热力学原因是聚合物物理学者探索的目标之一。 二、共混物的相容性

1、热力学相容性(solubility) 热力学相容性，是亦称互溶性或溶解性。是指满足热力学相容条件，在任何比例混合时，都能形成分子分散的、热力学稳定的均相体系。 热力学相容条件：混合过程的ΔGm<0。

在聚合物共混中，分子程

一、概念

1、溶解：高分子被分散在溶剂中，即整个高分子和溶剂混合。

2、溶胀：溶剂分子与高分子的某些链段混合，使高分子体积膨胀的过程。

3、熔融指数：熔融状态的高聚物在一定温度、一定负荷下，10min内从规定直径和长度的标准毛细管中流出的重量称为熔融指数。

4、表观粘度：由于假塑性流体的粘度随γ′和σ而变化，所以人们用流动曲线上某一点的σ与γ′的比值，来表示在某一值时的粘度，这种粘度称为表观粘度，用ηa表示。

在粘性流动中，流体具有剪切速率依赖性时的剪切应力与剪切速率之比值。 5、分子量分布指数：表征聚合物分子量的多分散性，其定义为试样中各个分子量与平均分子量之间差值的平方平均值。

6、韧性断裂：构件经过大量塑性形变后发生的断裂。 7、脆性断裂：构件未经明显的塑性形变而发生的断裂。

8、构型：是指分子中由化学键所固定的原子在空间中的几何排列。 9、构象：由于单键内旋转而产生的分子在空间的不同形态称为构象。 10、柔顺性：高分子链能够改变其构象的性质。 11、链段：大分子链中可以独立运动的最小单元。

12、应力松弛：就是在恒定温度和形态保持不变的情况下，聚合物内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象。 13、滞后：聚合物在交变应力作用下应变落后于应

油田化学工程与应用

——聚合物驱数模

第1章 聚合物驱调研

第1章 聚合物驱调研

石油是我国重要的能源和化工基础原料，以目前的技术水平看，以聚合物驱油为核心的三次采油将成为普遍工业应用的油田主导开发方式，并步入快速发展的新时期。由于低品味储量的动用，使驱油用聚合物的发展出现了新情况、新问题，同时也对其研发应用提出了新的要求，其中主要是面对占资源总量过半的II、III类油藏的开采问题。目前II、III类油藏资源地层温度在70～95℃，地层矿化度在10000～30000mg/L，二价离子800mg/L，常用的水解聚丙烯酰胺（HPAM）在该条件下会出现严重的热降解、水解度增加、遇高价离子结合析出等问题，增粘效果变差。因此，适用于温度90℃，矿化度30000mg/L，二价离子800mg/L油藏条件下能满足粘度要求，并且性价比高，溶解性、稳定性、驱油性能好的产品，即耐温抗盐聚合物是国际上该领域科研机构的主要科研方向。

1.1 国外驱油用聚合物的发展

由于经济政策和自然资源的原因，国外对聚合物驱油做了细致的理论及实验研究，但未作为三次采油的主要作业手段。驱油用聚合物的理论自80年代成熟以来，并未有较大突破，而其发展主要受限于成本因素。理论上，在油气开采