第9章聚合物的热电和光学性能.ppt

第九章第九章高聚物的热、电和光学性能高聚物的热、电和光学性能n n高聚物的热学性能高聚物的热学性能 耐热性、导热性、热膨胀和比热耐热性、导热性、热膨胀和比热n n高聚物的电学性能高聚物的电学性能 介电性能、电导性能和电强度介电性能、电导性能和电强度n n高聚物的光学性能高聚物的光学性能 折反射、双折射、透明性和光导性折反射、双折射、透明性和光导性9/25/20241高分子物理高分子物理§1 高聚物的热学性能n n高聚物的耐热性能（热稳定性能）高聚物的耐热性能（热稳定性能）n n高聚物的导热性能高聚物的导热性能n n高聚物的热膨胀性能高聚物的热膨胀性能n n高聚物的比热（热容）高聚物的比热（热容）9/25/20242高分子物理高分子物理§1高聚物的热学性能1—1 1—1 耐热性能（热稳定性能）耐热性能（热稳定性能）《《1》》概述概述 热稳定性能热稳定性能——高聚物的弱点高聚物的弱点 “热热”在实际应用中的重要性在实际应用中的重要性 使用寿命使用寿命 小型化小型化 轻量化轻量化 可靠性可靠性 使用条件使用条件9/25/20243高分子物理高分子物理1—1 1—1 耐热性能耐热性能《1》概述n n耐热性：耐热性：高聚物处于高温条件下高聚物处于高温条件下 保持其性能的能力保持其性能的能力 耐热性能的表征耐热性能的表征 短时耐热性短时耐热性 长时耐热性长时耐热性 T Tg g、、T Tf f、、T Tmm、、T Td d 耐热等级耐热等级 马丁耐热温度马丁耐热温度 A E B F H CA E B F H C 热变形温度热变形温度 105 120 135 155 180 >105 120 135 155 180 >180180 维卡软化点维卡软化点 温度指数温度指数9/25/20244高分子物理高分子物理1—1 1—1 耐热性能耐热性能《1》 概述n n马丁耐热温度马丁耐热温度 10*15*120 mm3 弯曲应力 50kg/cm2 240 mm处标尺 下降 6 mm T 升温：50oC/hr9/25/20245高分子物理高分子物理1—1 1—1 耐热性能耐热性能《概述》n n热变形温度热变形温度 高：高：9.8~12.8 mm9.8~12.8 mm 宽：宽：3~4.2 mm3~4.2 mm 应力：应力：18.5kg/cm18.5kg/cm2 2 升温：升温：2 2o oC/minC/min 桡度：桡度：0.25~0.33mm0.25~0.33mm T T9/25/20246高分子物理高分子物理1—1 1—1 耐热性能耐热性能《1》概述n n维卡软化点维卡软化点 10*10*1010*3 mm*3 mm3 3 1 mm 1 mm2 2 圆拄体针圆拄体针 1 kg 1 kg 力力 升温：升温：5050o oC/hrC/hr 深入深入1mm T1mm T9/25/20247高分子物理高分子物理1—1 1—1 耐热性能耐热性能《2》Mark 三角原理(塑料)是高聚物是高聚物( (塑料塑料) )结构与耐热性联系结构与耐热性联系最常用的原理最常用的原理n n增加高分子链的刚性增加高分子链的刚性——提高耐热性提高耐热性n n提高结晶能力提高结晶能力——提高耐热性提高耐热性n n分子链之间交联分子链之间交联——提高耐热性提高耐热性9/25/20248高分子物理高分子物理<2> Mark <2> Mark 三角原理（塑料）三角原理（塑料）n n增加高分子链的刚性增加高分子链的刚性——提高耐热性提高耐热性 主链引入芳环、杂环等环状结构或主链主链引入芳环、杂环等环状结构或主链主链引入芳环、杂环等环状结构或主链主链引入芳环、杂环等环状结构或主链 具有共轭结构具有共轭结构具有共轭结构具有共轭结构 聚乙烯聚乙烯 / 137/ 137o oC C（（T Tmm））下同下同 聚乙炔聚乙炔 / >800/ >800o oC C 聚碳聚碳 / >2800 / >2800 o oC C9/25/20249高分子物理高分子物理<2> Mark <2> Mark 三角原理（塑料）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 / 500oC9/25/202410高分子物理高分子物理<2> Mark <2> Mark 三角原理（塑料）三角原理（塑料）n n提高结晶能力提高结晶能力——提高耐热性提高耐热性 引入极性基团、氢键、对称结构等引入极性基团、氢键、对称结构等引入极性基团、氢键、对称结构等引入极性基团、氢键、对称结构等 酰胺键酰胺键 酰亚胺键酰亚胺键 引入主链引入主链 脲键脲键 —OH—OH；；—NH—NH2 2；；—CN—CN等等 引入侧基引入侧基9/25/202411高分子物理高分子物理对称结构对称结构 邻位聚酯 / 63oC 间位聚酯 / 143oC 对位聚酯 / 264oC9/25/202412高分子物理高分子物理 <2> Mark <2> Mark 三角原理（塑料）三角原理（塑料）n n分子链之间交联分子链之间交联——提高耐热性提高耐热性 交联高聚物形成三维网络交联高聚物形成三维网络——不溶不熔不溶不熔 “Tg” “Tm”明显提高明显提高 PE交联后交联后200oC时仍具有形状保持能力时仍具有形状保持能力9/25/202413高分子物理高分子物理1—1 耐热性能《3》提高聚合物耐热性的途径n n提高高分子主链的键能提高高分子主链的键能n n主链中引入环状结构主链中引入环状结构n n合成具有合成具有“梯型梯型”结构的聚合物结构的聚合物n n引入无机元素引入无机元素——元素有机高分子元素有机高分子n n添加无机填充料添加无机填充料——复合材料复合材料n n热稳定剂的应用热稳定剂的应用9/25/202414高分子物理高分子物理《《3 3》》提高聚合物耐热性的途径提高聚合物耐热性的途径n n提高高分子主链的提高高分子主链的键能键能 T1/2：真空中加热 45分钟重量 损失50%的 温度9/25/202415高分子物理高分子物理《《3 3》》提高聚合物耐热性的途径提高聚合物耐热性的途径• 主链中引入环状结构 聚合物聚合物 结构式结构式 长期使用温度长期使用温度o oC C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 2409/25/202416高分子物理高分子物理《《3 3》》提高聚合物耐热性的途径提高聚合物耐热性的途径n n合成具有合成具有“梯型梯型”结构的聚合物结构的聚合物 “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9/25/202417高分子物理高分子物理梯型聚合物的应用实例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异常突出的热稳定性能异常突出的热稳定性能异常突出的热稳定性能n n起始分解温度达到起始分解温度达到起始分解温度达到起始分解温度达到500500o oC C（（（（聚四氟乙烯聚四氟乙烯聚四氟乙烯聚四氟乙烯~400~400））））n n零点强度温度为零点强度温度为零点强度温度为零点强度温度为815815o oC C（（（（铝铝铝铝~600~600o oC C））））n n使用寿命：使用寿命：使用寿命：使用寿命：400400o oC/12C/12小时小时小时小时 350350o oC/6C/6天天天天 300300o oC/3C/3月月月月 275275o oC/18C/18月月月月 250250o oC/9C/9年年年年 225225o oC/C/长期长期长期长期9/25/202418高分子物理高分子物理n n聚苯并咪聚苯并咪唑唑n n聚苯并噻聚苯并噻唑唑n n聚苯并聚苯并噁唑噁唑n n聚咪聚咪唑唑酮酮几种重要的梯型、半梯型聚合物几种重要的梯型、半梯型聚合物9/25/202419高分子物理高分子物理《《3 3》》提高聚合物耐热性的途径提高聚合物耐热性的途径n n引入无机元素引入无机元素——元素有机高分子元素有机高分子主链引入主链引入 SiSi、、AlAl、、B B、、P P 等使主链的键能提高等使主链的键能提高n n C—C C—C （（35 35  10104 4 J/mol J/mol ））n n Si—Si—SiSi （（45 45  10104 4 J/mol J/mol ））n n Al—O Al—O （（58 58  10104 4 J/mol J/mol ））n n F—C F—C （（52 52  10104 4 J/mol J/mol ））n n P—N P—N （（58 58  10104 4 J/mol J/mol ））n n B—NB—N （（44 44  10104 4 J/mol J/mol ））9/25/202420高分子物理高分子物理《《3 3》》提高聚合物耐热性的途径提高聚合物耐热性的途径n n添加无机填充料添加无机填充料——复合材料复合材料9/25/202421高分子物理高分子物理 《《3 3》》提高聚合物耐热性的途径提高聚合物耐热性的途径• 添加无机填充料——复合材料聚合物添加聚合物添加20%玻璃纤维后热变性温度变化玻璃纤维后热变性温度变化HDPE 49 127 HDPE 49 127 o oC C T Tm m 137 137 尼龙尼龙6 49 218 6 49 218 o oC C 220 220 结晶高聚物取结晶高聚物取尼龙尼龙66 71 255 66 71 255 o oC C 265 265 决于熔融温度决于熔融温度PET 124 227 PET 124 227 o oC C 267 267 PS 93 104 PS 93 104 o oC C T Tg g 105 105 非晶聚合物取非晶聚合物取PC 132 143 PC 132 143 o oC C 150 150 决于玻化温度决于玻化温度9/25/202422高分子物理高分子物理《《3 3》》提高聚合物耐热性的途径提高聚合物耐热性的途径n n热稳定剂的应用热稳定剂的应用 减缓或抑制热分解反应 PVC（—CH2—CHCl—） 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9/25/202423高分子物理高分子物理1—2 1—2 导热性导热性n n使用中的要求：隔热材料使用中的要求：隔热材料——导热性小导热性小 电绝缘材料电绝缘材料——导热性大导热性大n n聚合物聚合物——热绝缘体热绝缘体 （一般聚合物不导电，热不能通告电子传递）（一般聚合物不导电，热不能通告电子传递）（一般聚合物不导电，热不能通告电子传递）（一般聚合物不导电，热不能通告电子传递）n n聚合物热量的传递聚合物热量的传递——分子间的碰撞分子间的碰撞 （分子间排列疏松（分子间排列疏松（分子间排列疏松（分子间排列疏松————导热性较差）导热性较差）导热性较差）导热性较差）n n聚合物导热系数范围聚合物导热系数范围——10~5010-2 J/s.m.oc9/25/202424高分子物理高分子物理1—3 1—3 热膨胀性能热膨胀性能n n使用中的要求：影响聚合物制品尺寸稳定性使用中的要求：影响聚合物制品尺寸稳定性 聚合物与其它材料的粘结性聚合物与其它材料的粘结性n n热膨胀性热膨胀性————依赖于原子间的相互作用依赖于原子间的相互作用 随温度的变化随温度的变化n n共价键中共价键中————原子间作用越大热膨胀系数越低原子间作用越大热膨胀系数越低 （石英、金属为三维有序晶格）（石英、金属为三维有序晶格）n n液体中液体中————仅是分子间的相互作用，热膨胀大仅是分子间的相互作用，热膨胀大n n聚合物聚合物————分子链方向是共价键分子链方向是共价键 其它方向只是分子间的作用力其它方向只是分子间的作用力n n聚合物热膨胀系数范围：聚合物热膨胀系数范围：4~204~20 1010-5-5 m / m / m.m.o oC C9/25/202425高分子物理高分子物理1—4 1—4 比热（热容）比热（热容）n n比热——与物质的电子结构和晶格 结构有关n n在玻璃化转变时比热发生明显变化n n结晶聚合物熔融时比热出现最大值n n聚合物比热范围： 0.5 ~ 2.3 kJ / kg.k9/25/202426高分子物理高分子物理§2 §2 高聚物的电学性能高聚物的电学性能n n高聚物的介电性能高聚物的介电性能n n高聚物的电导性能（电绝缘性能）高聚物的电导性能（电绝缘性能）n n高聚物的电强度（电击穿性能）高聚物的电强度（电击穿性能）9/25/202427高分子物理高分子物理§2 §2 高聚物的电学性能高聚物的电学性能高聚物的电学性能：高聚物的电学性能： 高聚物在外电场作用下的行为高聚物在外电场作用下的行为 及其表现出来的各种物理现象及其表现出来的各种物理现象 介电常数介电常数εε 高聚物的高聚物的 介电损耗介电损耗tgδtgδ 电学性能电学性能 绝缘电阻（系数）绝缘电阻（系数）ρρ 介电强度介电强度E E9/25/202428高分子物理高分子物理 2—1 高聚物的介电性能  高聚物在外电场作用下出现的高聚物在外电场作用下出现的 对对电能的储存和损耗的性质电能的储存和损耗的性质 介电介电   是由高聚物的分子在外电场中是由高聚物的分子在外电场中 性能性能 的的极化引起的极化引起的   由由介电常数介电常数εε和介质损耗和介质损耗tgδtgδ 描述描述9/25/202429高分子物理高分子物理2—12—1高聚物的介电性能高聚物的介电性能《1》分子的极化n n分子的极化分子的极化n n 分子分子——原子借助化学键相互结合构成原子借助化学键相互结合构成n n 正负电荷中心重合正负电荷中心重合——非极性分子非极性分子n n 正负电荷中心不重合正负电荷中心不重合——极性分子极性分子n n 分子极性的强弱分子极性的强弱—— 极距（偶极距）极距（偶极距） （德拜（德拜 ））9/25/202430高分子物理高分子物理 《《1 1》》分子的极化分子的极化n n极化极化——在外电场作用下电介质分子中在外电场作用下电介质分子中 的电荷分布发生相应的变化的电荷分布发生相应的变化 极性分子在电场中的转动9/25/202431高分子物理高分子物理《《1 1》》分子的极化分子的极化n n极化过程：极化过程： 需要克服分子间的相互作用需要克服分子间的相互作用 需要时间需要时间——对小分子可忽略（对小分子可忽略（10 -8~10秒）秒） n n高聚物分子运动单元有大有小（多重性）高聚物分子运动单元有大有小（多重性） 极化过程不能忽略（极化过程不能忽略（10 -几几~-10秒）秒）9/25/202432高分子物理高分子物理2—1 2—1 高聚物的介电性能高聚物的介电性能《2》介电常数εC C：：：：含有电介质电容器的电容含有电介质电容器的电容含有电介质电容器的电容含有电介质电容器的电容C Co o：：：：该真空电容器的电容该真空电容器的电容该真空电容器的电容该真空电容器的电容 εεεεo o o o 为真空电容率为真空电容率为真空电容率为真空电容率 = 8= 8   8585   1010-12-12 法拉法拉法拉法拉 / / 米米米米9/25/202433高分子物理高分子物理《《2 2》》 介电常数介电常数εεn n介电常数介电常数 描述电介质材料储存电能大小的物理量描述电介质材料储存电能大小的物理量εε 是宏观上反映电介质极化的程度是宏观上反映电介质极化的程度 εεεε大大大大——极化强极化强 εεεε小小小小————————极化弱极化弱极化弱极化弱9/25/202434高分子物理高分子物理2—12—1高聚物的介电性能高聚物的介电性能《3》介质损耗tgn n介质损耗：在介质损耗：在介质损耗：在介质损耗：在交变电场中交变电场中交变电场中交变电场中电介质产生的损耗而发热电介质产生的损耗而发热电介质产生的损耗而发热电介质产生的损耗而发热n n介质损耗的原因：介质损耗的原因：介质损耗的原因：介质损耗的原因：n n分子极化过程中分子极化过程中分子极化过程中分子极化过程中————由于分子运动克服内摩擦力由于分子运动克服内摩擦力由于分子运动克服内摩擦力由于分子运动克服内摩擦力 作功消耗电能为作功消耗电能为作功消耗电能为作功消耗电能为“ “极化损耗极化损耗极化损耗极化损耗” ”n n微量的导电载流子在交变电场下运动时微量的导电载流子在交变电场下运动时微量的导电载流子在交变电场下运动时微量的导电载流子在交变电场下运动时———— 克服内摩擦力作功消耗电能为克服内摩擦力作功消耗电能为克服内摩擦力作功消耗电能为克服内摩擦力作功消耗电能为“ “电导损耗电导损耗电导损耗电导损耗” ”n n极性高聚物的介质损耗主要是极化损耗极性高聚物的介质损耗主要是极化损耗极性高聚物的介质损耗主要是极化损耗极性高聚物的介质损耗主要是极化损耗n n介质损耗的利用：高频加热（薄膜袋封口等）介质损耗的利用：高频加热（薄膜袋封口等）介质损耗的利用：高频加热（薄膜袋封口等）介质损耗的利用：高频加热（薄膜袋封口等）9/25/202435高分子物理高分子物理2—12—1高聚物的介电性能高聚物的介电性能《4》影响介电性能的因素n n高聚物的分子结构高聚物的分子结构n n 非极性高聚物非极性高聚物———— 介电常数介电常数εε 和介质损耗和介质损耗 tg   较低较低 εε：：2 2 2 2~2.7 tg  ：： ~10-4n n 极性高聚物极性高聚物—— 介电常数介电常数εε 和介质损耗和介质损耗 tg   较大较大 εε：：3 3 0 0~7.0 tg  ：： ~10-1 ~ -39/25/202436高分子物理高分子物理《《4 4》》影响介电性能的因素影响介电性能的因素n n温度温度 T T 温度很低：温度很低： 分子运动松弛时间分子运动松弛时间   > > 电场变化的作用时间电场变化的作用时间 t t 极化转向不能进行极化转向不能进行 tgtg 0 0 温度很高：温度很高： 分子运动松弛时间分子运动松弛时间   < < 电场变化的作用时间电场变化的作用时间 t t 极化转向滯后电场变化极小极化转向滯后电场变化极小 0 0 特定温度：特定温度：分子运动松弛时间分子运动松弛时间   ~ ~ 电场变化的作用时间电场变化的作用时间 t t 介质损耗介质损耗 t g t g   有最大值有最大值9/25/202437高分子物理高分子物理《《4 4》》影响介电性能的影响影响介电性能的影响 电场频率对tg   的影响：的影响：n n频率很高：频率很高：tgtg   较小较小 作用时间作用时间 分子运动时间分子运动时间n n频率很低：频率很低：tgtg   较小较小 作用时间作用时间 分子运动时间分子运动时间n n适当频率：适当频率： tgtg   最大最大 作用时间作用时间~ ~分子运动时间分子运动时间9/25/202438高分子物理高分子物理《《4 4》》影响介电性能的因素影响介电性能的因素  电场频率n n对介电常数的影响对介电常数的影响n n电子极化电子极化电子极化电子极化：分子中的：分子中的 电子发生位移产生的电子发生位移产生的 极化极化n n原子极化原子极化原子极化原子极化：原子发生：原子发生 位移的极化位移的极化n n偶极极化偶极极化偶极极化偶极极化：偶极分子：偶极分子运动产生的极化运动产生的极化n n界面极化界面极化界面极化界面极化：： 界面电荷界面电荷运动产生的极化运动产生的极化 9/25/202439高分子物理高分子物理 《《4 4》》影响介电性能的影响影响介电性能的影响n n增塑剂增塑剂 增塑剂加入增塑剂加入分子间作用减小分子间作用减小极化转向容易极化转向容易 相当于温度相当于温度  加入极性增塑剂加入极性增塑剂增加新的极化作用增加新的极化作用 使使 tg 和ε n n杂质杂质——对介电性能影响很大 导电杂质和极性杂质（如水）9/25/202440高分子物理高分子物理2—2 2—2 高聚物的导电性能高聚物的导电性能《1》导电性的表征——电阻率 表面电阻系数表面电阻系数表面电阻系数表面电阻系数 体积电阻系数体积电阻系数体积电阻系数体积电阻系数 S S：：电极面积电极面积 d d：：厚度厚度 l l：：电极长度电极长度 R RV V：：体积电阻体积电阻 R RS S：：表面电阻表面电阻9/25/202441高分子物理高分子物理《《2 2》》 高聚物的漏电流高聚物的漏电流（体积电阻率）（体积电阻率）n n高聚物的体积电阻率：1010~1020 之间n n高聚物的漏电流包括三个部分：n n瞬时电流瞬时电流瞬时电流瞬时电流 I Id d —— ——由电子或原子极化引起由电子或原子极化引起 1010-13 -13 ~10~10-15-15 秒秒n n极化电流极化电流极化电流极化电流 I Ia a —— ——由极性基团、偶极取向极化由极性基团、偶极取向极化 等引起，随时间逐渐减小等引起，随时间逐渐减小0 0。

10100~40~4 秒秒n n漏电电流漏电电流漏电电流漏电电流 I ——I ——由可移动的离子、自由电子等由可移动的离子、自由电子等带电粒子沿电场方向运动形成的稳定电流带电粒子沿电场方向运动形成的稳定电流9/25/202442高分子物理高分子物理高聚物的漏电流高聚物的漏电流9/25/202443高分子物理高分子物理《《3 3》》影响高聚物导电性能的因素影响高聚物导电性能的因素n n分子结构分子结构——高聚物导电性能的内在因素 饱和的非极性高聚物：饱和的非极性高聚物： （（PEPE等）等）一般的极性高聚物：一般的极性高聚物： （（PVCPVC等）等）共轭结构的高聚物：共轭结构的高聚物： （聚乙炔等）（聚乙炔等）电荷转移络合物电荷转移络合物自由基自由基- -离子化合物离子化合物 较高的导电性能较高的导电性能有机金属聚合物等有机金属聚合物等9/25/202444高分子物理高分子物理《《3 3》》影响高聚物导电性能的因素影响高聚物导电性能的因素n n温度对导电性能的影响：温度对导电性能的影响： E—E—活化能活化能 A A、、R—R—常数常数 T—T—温度温度 如：如：PMMA T=20 PMMA T=20 o oC C时时 T~100 T~100 o oC C时时9/25/202445高分子物理高分子物理《《3 3》》影响高聚物导电性能的因素影响高聚物导电性能的因素n n结晶、取向和交联：结晶、取向和交联： 链段运动困难、自由体积减小链段运动困难、自由体积减小 使离子迁移困难使离子迁移困难————离子电导离子电导  分子堆砌紧密分子堆砌紧密 有利于分子间电子的传递有利于分子间电子的传递————电子电导电子电导 n n分子量：分子量： 分子量分子量 增加分子内的通道增加分子内的通道 ————电子电导电子电导  分子量分子量 由于链端效应使自由体积由于链端效应使自由体积 离子电导离子电导 n n杂质、添加剂杂质、添加剂——使电导明显增加9/25/202446高分子物理高分子物理2—3 2—3 高聚物的击穿高聚物的击穿n n当所加电场强度达到某一临界值 使高聚物丧失电绝缘的性能高聚物丧失电绝缘的性能——击穿击穿n n击穿性能的表征——击穿强度 E9/25/202447高分子物理高分子物理2—3 2—3 高聚物的击穿高聚物的击穿击穿的两种形式n n热热击穿击穿击穿击穿n n漏电流使聚合物发热漏电流使聚合物发热n n发热使温度升高发热使温度升高n n进而使电阻率进而使电阻率 n n进一步使漏电流进一步使漏电流 n n继续使温度继续使温度 n n电阻率电阻率直至击穿直至击穿n n特征特征：击穿电压与温度、厚度有关n n电击穿电击穿n n带电粒子在电场作用下带电粒子在电场作用下运动运动n n当电场强度很高时带电当电场强度很高时带电粒子运动速度极快粒子运动速度极快n n高动能的带电粒子碰撞高动能的带电粒子碰撞产生新的带电粒子产生新的带电粒子n n连锁反应使带电粒子数连锁反应使带电粒子数量激增量激增直至击穿直至击穿n n特征特征：击穿电压与温度、厚度物关9/25/202448高分子物理高分子物理2—3 2—3 高聚物的击穿高聚物的击穿n n聚合物击穿强度的范围击穿强度的范围： 10~30 千伏千伏/毫米毫米 （（kV/mm））n n影响聚合物击穿强度的因素：n n聚合物结构及制品的形状聚合物结构及制品的形状n n外界的介质环境、温度外界的介质环境、温度n n电场的频率、加压的方式和电极的形状电场的频率、加压的方式和电极的形状n n聚合物的纯度与杂质含量聚合物的纯度与杂质含量9/25/202449高分子物理高分子物理§3 §3 高聚物的光学性能高聚物的光学性能 反射光 介质 吸收 热能 进入介质 散射 透过9/25/202450高分子物理高分子物理3—1 3—1 折射、反射和吸收折射、反射和吸收〈〈1〉〉折射折射n n光线 ：空气 聚合物n n聚合物的折射率： n（1.3~1.7）n n影响聚合物折射率的因素：n n芳环具有较高的折射率芳环具有较高的折射率n n甲基、甲基、F F原子具有较低的折射率原子具有较低的折射率n n波长波长  折射率折射率  9/25/202451高分子物理高分子物理3—1 3—1 折射、反射和吸收折射、反射和吸收〈〈2〉〉反射反射n n光线垂直由空气介质 聚合物介质n n反射系数 R 所以： 聚合物的 n R 9/25/202452高分子物理高分子物理3—1 3—1 折射、反射和吸收折射、反射和吸收〈〈3〉〉吸收吸收n n光的吸收 与聚合物的化学结构和光的波长有关n n聚合物在可见光区一般无特殊的吸收n n聚合物在红外、紫外区有特殊的吸收带n n光谱分析基本原理： 原子或基团振动频率=光波频率时有吸收9/25/202453高分子物理高分子物理3—2 3—2 双折射双折射n n介质在相互垂直的两个方向折射率之差 n = n// - n n n高分子薄膜、纤维各向异性明显n大n n光弹性效应：n n应力作用——使介质产生光学各向异性n n应力去除——介质恢复各向同性9/25/202454高分子物理高分子物理3—3 3—3 透明性与光导透明性与光导〈1〉透明性的衡量——透过率 T T= I / Io I Io o 、、I I 分别为入射、透射光强分别为入射、透射光强 反射——与介质折射率有关光损失 吸收——与介质化学结构、波长有关 散射——与介质微观的聚集状态有关 非晶聚合物散射损耗小非晶聚合物散射损耗小 结晶聚合物散射损耗大结晶聚合物散射损耗大9/25/202455高分子物理高分子物理几种高透过率材料的极限透过率几种高透过率材料的极限透过率 PS PMMA PC PET 石英 n 1.60 1.49 1.59 1.58 1.45T% 89.9 92.5 90.1 90.5 93.59/25/202456高分子物理高分子物理3—3 3—3 透明性与光导透明性与光导〈〈2〉〉光导纤维光导纤维——全反射全反射n n 光从介质 空气n n 入射角  < 反射角 n n 当 达到90o 时则将不产生折射——全反射n n 全反射时的临界入射角：n sin  = 1 介质9/25/202457高分子物理高分子物理。