高聚物的热电和光学性能
55页1、第九章 高聚物的热、电和光学性能,高聚物的热学性能 耐热性、导热性、热膨胀和比热 高聚物的电学性能 介电性能、电导性能和电强度 高聚物的光学性能 折反射、双折射、透明性和光导性,1 高聚物的热学性能,高聚物的耐热性能(热稳定性能) 高聚物的导热性能 高聚物的热膨胀性能 高聚物的比热(热容),1 高聚物的热学性能,11 耐热性能(热稳定性能) 1概述 热稳定性能高聚物的弱点 “热”在实际应用中的重要性 使用寿命 小型化 轻量化 可靠性 使用条件,11 耐热性能 1概述,耐热性:高聚物处于高温条件下 保持其性能的能力 耐热性能的表征 短时耐热性 长时耐热性 Tg、Tf、Tm、Td 耐热等级 马丁耐热温度 A E B F H C 热变形温度 105 120 135 155 180 180 维卡软化点 温度指数,11 耐热性能 1 概述,马丁耐热温度 10*15*120 mm3 弯曲应力 50kg/cm2 240 mm处标尺 下降 6 mm T 升温:50oC/hr,11 耐热性能 概述,热变形温度 高:9.812.8 mm 宽:34.2 mm 应力:18.5kg/cm2 升温:2oC/min
2、 桡度:0.250.33mm T,11 耐热性能 1概述,维卡软化点 10*10*3 mm3 1 mm2 圆拄体针 1 kg 力 升温:50oC/hr 深入1mm T,11 耐热性能 2Mark 三角原理(塑料),高聚物(塑料)结构与耐热性联系 最常用的原理 增加高分子链的刚性提高耐热性 提高结晶能力提高耐热性 分子链之间交联提高耐热性, Mark 三角原理(塑料),增加高分子链的刚性提高耐热性 主链引入芳环、杂环等环状结构或主链 具有共轭结构 聚乙烯 / 137oC(Tm)下同 聚乙炔 / 800oC 聚碳 / 2800 oC, Mark 三角原理(塑料),尼龙66 / 235oC 芳香尼龙 / 450oC 芳香尼龙 / 570oC 聚酯 / 45oC 涤沦 / 264oC 芳香聚酯 / 500oC, Mark 三角原理(塑料),提高结晶能力提高耐热性 引入极性基团、氢键、对称结构等 酰胺键 酰亚胺键 引入主链 脲键 OH;NH2;CN等 引入侧基,对称结构,邻位聚酯 / 63oC 间位聚酯 / 143oC 对位聚酯 / 264oC, Mark 三角原理(塑料),分子链之间交联提高耐
3、热性 交联高聚物形成三维网络不溶不熔 “Tg” “Tm”明显提高 PE交联后200oC时仍具有形状保持能力,11 耐热性能 3提高聚合物耐热性的途径,提高高分子主链的键能 主链中引入环状结构 合成具有“梯型”结构的聚合物 引入无机元素元素有机高分子 添加无机填充料复合材料 热稳定剂的应用,3提高聚合物耐热性的途径,提高高分子主链的键能 T1/2:真空中加热 45分钟重量 损失50%的 温度,3提高聚合物耐热性的途径 主链中引入环状结构,聚合物 结构式 长期使用温度oC 聚苯醚 105 聚碳酸酯 120 聚芳酯 130 聚砜 150 聚醚砜 180 聚苯硫醚 220 聚醚醚酮 240,3提高聚合物耐热性的途径,合成具有“梯型”结构的聚合物 “梯型”聚合物通常具有特高的热稳定性 但分子链刚性使加工使用性能很差,梯型聚合物的应用实例,聚酰亚胺(Polyimide、PI)半梯型 异常突出的热稳定性能 起始分解温度达到500oC(聚四氟乙烯400) 零点强度温度为815oC(铝600oC) 使用寿命:400oC/12小时 350oC/6天 300oC/3月 275oC/18月 250oC/9年
4、225oC/长期,聚苯并咪唑 聚苯并噻唑 聚苯并噁唑 聚咪唑酮,几种重要的梯型、半梯型聚合物,3提高聚合物耐热性的途径,引入无机元素元素有机高分子 主链引入 Si、Al、B、P 等使主链的键能提高 CC (35 104 J/mol ) SiSi (45 104 J/mol ) AlO (58 104 J/mol ) FC (52 104 J/mol ) PN (58 104 J/mol ) BN (44 104 J/mol ),3提高聚合物耐热性的途径,添加无机填充料复合材料,3提高聚合物耐热性的途径,热稳定剂的应用 减缓或抑制热分解反应 PVC(CH2CHCl) 分解产物HCl 促进进一步分解 添加吸收HCl的物质能提高PVC的热稳定性 铅盐、有机锡等PVC的热温定剂,12 导热性,使用中的要求:隔热材料导热性小 电绝缘材料导热性大 聚合物热绝缘体 (一般聚合物不导电,热不能通过自由电子传递) 聚合物热量的传递分子间的碰撞 (分子间排列疏松导热性较差) 聚合物导热系数范围105010-2 J/s.m.oc,13 热膨胀性能,使用中的要求:影响聚合物制品尺寸稳定性 聚合物与其它材料的粘
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