聚合物基础:结构和性能

目录

介绍
聚合物是如何配置的
内和聚合物间特征：
玻璃化转变温度(Tg)及其物理意义
熔化和结晶温度TM和TC
聚合物分子量及其意义
聚合物的力学性能
聚合物骨折力学及其应用
结论
关于陶瓷

介绍

聚合物是制药和医疗器械行业中应用最广泛的材料。欧洲杯足球竞彩然而，在生产、后处理、运输、储存或使用过程中，也会发生由聚合物材料的物理和化学结构变化导致的意外产品故障和收率下降的情况。欧洲杯足球竞彩这些结构变化可能从毫米、微到纳米尺度，从而最终影响产品的性能。本文介绍了与高分子材料结构和性能有关的基本概念。欧洲杯足球竞彩

聚合物是如何配置的

具有简单结构的聚乙烯（PE）由乙烯CH制成₂= CH₂通过聚合过程打开双键，形成如下结构。

图1

线性聚乙烯的平均分子量在200,000 g/mol到500,000 g/mol之间。单个PE链可以立即随机修改其配置。长链聚合物具有高的长径比，其行为就像软橡胶，其中高度纠缠的链在力下可拉伸，释放后仍能保持原来的状态。通过用氯取代每个重复单位的聚乙烯中的一个H，聚氯乙烯(PVC)就可以生成。

图2

然而，元素的变化使- c - c -键在PVC中的旋转困难，使其僵硬。从PE到PVC的结构变化对两种聚合物的性能和应用有显著影响。

内和聚合物间特征：

聚合物内结构特征:聚合物链多为“软”、“硬”或介于两者之间。聚合物的聚合物内结构特征决定了长链聚合物是“硬”还是“软”或介于两者之间。

聚合物间的作用力:有些聚合物链间的作用力较弱，有些聚合物链间的作用力较强。范德华力决定了聚合物间的作用力。这两个因素有助于理解聚合物的不同性质，也有助于理解聚合物与金属和陶瓷等材料截然不同的原因。欧洲杯足球竞彩

玻璃化转变温度(Tg)及其物理意义

聚合物独特的一个重要参数是TG。聚合物链段的长度因内聚合物和聚酰胺特性而变化。图3示出了当绳索上下移动时的形状的快速变化。

图3

从这幅图中可以看出，聚合物链的刚度随链段长度的增加而增加。Tg可以定义为聚合物段从冻结状态开始流动(温度升高)或开始冻结(温度下降)的过渡温度。图4说明了链段中的这种变化。

图4

熔化和结晶温度TM和TC

与大多数无机晶体材料相比，聚合物不能形成100%的晶体。欧洲杯足球竞彩聚合物总是至少有两种相即非晶态和晶态。决定这种材料是塑料还是橡胶的不是它的Tg，而是它的结晶度。晶体(硬相)和橡胶(软相)使PE表现为具有韧性的塑料，而不是橡胶。在熔化之前加热会发生再结晶，这增加了聚合物的复杂性。

图5

熔融和结晶均覆盖峰值温度Tm和Tc周围的特定温度范围。未完成的结晶过程负责在加热上进行再结晶。因此，当聚合物被加热时，在现有晶体的熔化温度之前，将在温度下进行再结晶。因此，差示扫描量热法对于聚合物结晶度测量不可靠。

聚合物分子量及其意义

有两种方法被广泛应用来表示分子量作为聚合物参数。一个是分子量Mn的数平均，另一个是分子量Mw的数平均。图6展示了一个真实的分子量分布。

图6

聚合物的力学性能

图7展示了两种极端情况，即非常脆的聚合物和非常延展性的聚合物，以展示聚合物的实际性能。

图7

从应力/应变曲线的初始线性弹性区域的斜率可以得到聚合物的杨氏模量(E)。从曲线中可以得到的其他力学性能包括:

• 聚合物屈服前的初始屈服应力
• 初始产量后的最小压力
• 在应变硬化时，由于聚合物链沿其应力方向被完全拉伸，梯度开始升高(进一步变形需要更高的应力)。
• 聚合物达到最大容许应力时的破坏应力。

聚合物骨折力学及其应用

在骨折力学中，裂缝韧性（KIC）的概念被描述为

断裂韧性=σ_c(Π)^1/2eq (1)

在等式中，Σ_c指缺陷尺寸' a的临界破坏应力。断裂应力和缺陷大小之间的关系是通过断裂韧性来确定的，断裂韧性是一个材料常数。欧洲杯足球竞彩缺陷总是以不同的水平出现，从纳米或微米尺度到毫米尺度。

图8

在图8中，当缺陷或裂纹尺寸为30µm时，聚合物a、B和C在施加应力分别接近52、103和155 MPa时才会破裂，这突出了提高聚合物断裂韧性对防止产品破裂的重要性。

结论

了解聚合物的基本物理、化学和机理对于从事聚合物新产品开发或在生产过程中需要解决问题的技术人员、工程师和科学家来说是很重要的。了解聚合物所需的化学结构和纳米/微观结构与产品性能之间的关系，将有助于加速识别聚合物失效的根本原因，以防止未来发生失效。

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