第十章高聚物的光學性能、熱物理性能、透氣性能、表面與界面性能化學工業出版社學習目的要求學習了解高聚物的高聚物的光學性能、熱物理性能、透氣性能、表面與界面性能及應用情況§10-1高聚物的光學性能高聚物的光學性能

一、光的折射與反射

光的折射：當斜射的光束由一種介質進入另一種介質中時，由于光在兩種介質中的傳播速度不同會發生光路的變化，這種現象稱為光折射。高聚物的光學性能光的透過光的吸收光的折射光的反射光的偏振ii’r’r光線介質§10-1高聚物的光學性能

透明高聚物的光學性質

光的反射高聚物折射率光透過率，%高聚物折射率光透過率，%聚甲基丙烯酸甲酯醋酸纖維聚乙烯醇縮丁醛1.4881.491.48948771聚苯乙烯酚醛樹脂1.591.609085ii’r’r光線外反射內反射第一表面第二表面光導§10-1高聚物的光學性能二、雙折射

雙折射是光學各向異性材料的一種光學現象，主要存在于結晶性高聚物和取向性高聚物材料之中。主要體現在單向拉伸和雙向拉伸后的高聚物材料的測試上。進而反映高聚物的內部結構情況。三、光散射

當光照射到高聚物溶液和薄膜時除了發生光的透過外同學發生光的散射。主要用于薄膜的性能測試上。高聚物的光學應用

光的傳遞材料（鏡片、光導纖維等）；發光、反光裝飾材料（指示燈、反光鏡片、高速公路反光涂料等）§10-2高聚物的熱物理性能高聚物的熱物理性能范圍一、耐熱性以塑料為例高聚物的熱物理性能耐熱性比熱容與焓導熱率熱膨脹系數使用溫度通用熱塑性塑料：＜100℃

工程塑料：100-150℃

特種工程塑料：＞200℃

交聯熱固性塑料：150-260℃

§10-2高聚物的熱物理性能

對耐熱性要求

提高高聚物耐熱性的途徑高的熔點或軟化點（剛性和強度）對耐熱性的要求高的熱穩定性高的耐化學試劑性合適的加工性提高高聚物耐熱性的途徑增加高分子鏈的剛性提高高聚物的結晶性進行適當的交聯§10-2高聚物的熱物理性能二、熱穩定性

提高高聚物熱穩定性的途徑

提高高聚物熱穩定性的考慮提高高聚物熱穩定性的途徑減少高分子鏈中的弱鍵主鏈上避免長串亞甲基，增加環狀結構盡量合成梯形、螺旋狀、片狀結構提高高聚物熱穩定性的考慮提高主鏈的化學鍵能，但其他性能不佳在主鏈上引入芳香環或雜環，提高剛性§10-2高聚物的熱物理性能三、導熱性

規律：高聚物材料的導熱性普遍較差，其熱導率數值較小。某些高聚物的熱導率與其它材料的對比

實例：宇宙飛船等外層涂有一定厚度的高分子燒蝕材料，當飛船返回地面時，要經受11000-16700℃的高溫，但燒壞的只是涂層外邊的一層，保證內部完好無損。生活中經常用的冰箱、冷庫等保溫材料。高聚物熱導率高聚物熱導率其它物質熱導率PEPP（無規）PIBPSPVCPMMA0.3290.1720.1300.1420.1680.193PETP聚氨酯PCEP0.2180.1470.1930.180銅鋁軟鋼玻璃木材石墨385240500.90.384139§10-2高聚物的熱物理性能四、熱膨脹性

熱膨脹：是由于溫度變化而引起的材料尺寸和外形的變化。是物體固有的物理性質之一，一般用膨脹系數（試樣單位體積的膨脹率）表示。

熱膨脹的原因：原子或分子間的相互作用力隨溫度而變化。

熱膨脹的形式：線膨脹、面膨脹、體膨脹。

高聚物材料的膨脹規律：膨脹率隨溫度的升高而增大。部分高聚物材料室溫下的線膨脹系數

注意：材料復合時，線膨脹系數不同會造成彎曲、開裂、脫層問題。高聚物材料線膨脹系數×105，1/K高聚物材料線膨脹系數×105，1/K石英玻璃熱固性塑料酚醛樹脂（木粉）脲醛樹脂硫化天然橡膠熱塑性塑料聚苯乙烯0.12-53386-207PMMA尼龍PPHDPELDPEPVC纖維素的酯和醚4.56-96-1011-1313-205-18.5（未增塑）6-17§10-3高聚物的透氣性能一、高聚物的透氣性能的應用

高聚物透氣性能的應用透氣性能越大越好包裝薄膜透氣性能越小越好輪胎氣球真空包裝氣墊船橡皮水壩橡皮水壩選擇性滲透海水淡化污水處理富氧氣體物料分離§10-3高聚物的透氣性能二、氣體擴散定律（菲克定律）三、擴散與高聚物結構的關系

非穩態區穩態擴散速率→滯后時間時間擴散氣體量氣體擴散穿過高聚物膜時的時間滯后曲線10－510－610－71.92.12.32.52.72.93.13.3。氣體分子直徑（A）3.5天然橡膠丁腈橡膠18丁腈橡膠25異丁橡膠異丁橡膠CO2N2O2H2He擴散系數D31030100300NeHe(D×105)KrSF6(D×105)ArN2CO2H2SO2Tg2.72.82.93.03.13.23.3D×1012(m2/S)氣體分子直徑與擴散系數的關系一些氣體對PMMA的擴散系數度的關系1/T×103,K§10-3高聚物的透氣性能

●常用高聚物的滲透系數高聚物氣體或蒸汽滲透系數（標準狀態）×1010,cm3·mm/cm2·s·cmHg柱N2O2CO2H2O天然橡膠聚酰胺聚丁二烯丁腈橡膠丁苯橡膠氯丁橡膠聚乙烯聚對苯二甲酸乙二酯聚甲醛聚丙烯聚苯乙烯聚氯乙烯聚偏二氯乙烯硅橡膠840.1～0.264.52.4～2563.511.83.3～200.050.224.43～800.4～1.70.01－2300.381919.5～821724011～590.30.382315～2501.2～60.051000～600013301.6138075～636124025043～2801.01.99275～37010～370.296000～3000030000700～1700049000100002400018000120～2001300～23005000～10000700100002600～630014100106000§10-4高聚物的表面與界面性能一、高聚物的表面與界面特性

1.表面與表面張力

表面：物體最外面的幾層原子和覆蓋在其上的一些外來原子的分子所形成的表面層。習慣上的表面是處于大氣下的固體或液體的外部區域。

表面張力：單位表面所具有的自由能（形成單位表面所需要的能量）

2.界面與界面張力

界面：固體與固體、液體與液體之間的過渡區域

界面張力：單位界面所具有的自由能

3.表面與界面特性

表面特性最表層（吸附層）由遷移至表面低相對分子質量組分、潤滑油、添加劑等組成的半液體或液體薄層，厚度為5-10nm表層本體§10-4高聚物的表面與界面性能

界面特性：兩種高聚物相接觸時界面層厚度可達數十納米，該厚度與兩相間界面張力有密切關系，其中界