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發(fā)布日期:2022-04-26
首先從塑膠內部分子的熱運動(dòng)說(shuō)起,塑膠內部分子容易受到溫度的影響,溫度的升高對塑膠高分子運動(dòng)提供兩個(gè)作用:
一,是運動(dòng)單元動(dòng)能增加,令其活化;
二,溫度升高,體積膨脹,提供了運動(dòng)單元可活動(dòng)的自由空間。(運動(dòng)單元可以是側基、支鏈、鏈節、鏈段、整個(gè)分子鏈)。
所以,塑膠的耐熱性本質(zhì)上取決于分子的結構。
分子間作用越強、無(wú)規熱運動(dòng)鏈段越大(鏈的剛性越大),就需要更高的無(wú)規熱運動(dòng)程度(溫度表示無(wú)規熱運動(dòng)的程度)來(lái)平衡,耐熱性也就越高。分子間作用是由分子間作用力種類(lèi)和分子間距離二者共同決定的,鏈的剛性則是由分子內旋轉的難易程度決定的。關(guān)于高分子鏈的剛性和柔性,可以點(diǎn)擊之前這篇文章了解:塑膠原料篇:高分子的結構,影響著(zhù)材料的諸多性能。
分子間作用力的強弱依次為氫鍵、偶極、非極性范德華等項作用;而分子間距離主要決定于分子的三維堆積密度,分子越規整、對稱(chēng)性越強(越有利于結晶),分子堆積密度就越高,分子間距離就越小。關(guān)于聚合物的結晶性,可以點(diǎn)擊之前這篇文章了解:塑膠原料篇:聚合物的聚集態(tài)結構,對聚合物性能的影響。
對于同種類(lèi)的分子,結晶的晶相密度總是高于非晶相密度,這就是結晶有利于耐熱性提高的原因。分子主鏈上引入芳香基團,鏈剛性增大,使無(wú)規熱運動(dòng)鏈段增大,需要更高的溫度鏈段才能運動(dòng)(這也是對稱(chēng)的鏈段優(yōu)先結晶的原因),這就是芳香基團的引入有利于耐熱性提高的原因。
總之分子間作用力越強、分子間距離越小,分子鏈剛性越大,這樣,整個(gè)分子鏈都難以進(jìn)行熱運動(dòng),所需平衡的無(wú)規熱運動(dòng)程度(溫度)就越高,耐熱性就越好。依此推論,耐熱性好的熱塑性材料,應為分子主鏈是全芳香(大剛性)、分子間作用力為盡量多的氫鍵(強作用力)、分子主鏈無(wú)任何取代基(高對稱(chēng))的材料,市場(chǎng)中接近的材料是全芳香聚雜環(huán)、全芳香聚酰亞胺、全芳香聚酰胺等高耐熱性聚合物材料。
對位芳香族聚酰胺(PPTA)纖維
結構特性:
1、分子鏈中交替排列的苯環(huán),使分子鏈不能內旋轉。
2、極性酰胺基在分子鏈之間形成氫鍵,增大分子主鏈之間的作用力。
3、酰胺基被苯環(huán)間隔且苯環(huán)與酰胺基之間形成共軛體系。
以上三點(diǎn)賦予了材料有很優(yōu)異的耐熱性、突出的強度、剛度、高熔點(diǎn)、高黏度。
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