关于高聚物热学性能介绍

[拼音]：gaojuwu rexue xingneng

[外文]：thermal properties of polymers

高聚物最基本的热学性能是热膨胀、比热容、热导率，其数值随状态（如玻璃态、结晶态等）和温度而变，并与制品的加工和应用有密切关系。高聚物的热学性能受温度的影响比金属、无机材料大，常见的高聚物、金属、玻璃的热学性能比较见表。

物质的比容 v为密度ρ 的倒数，等压下密度的温度系数 q的定义为。高聚物的热膨胀系数可分为线膨胀系数α 和体膨胀系数β：

式中L、V、T分别为高聚物材料的长度、体积和温度，对于各向同性的材料，β 约为3α。线型高聚物热膨胀与温度的模式见图1和图2。

当线型高聚物熔体冷至低于晶体的熔融温度Tm 时，可能发生两种情况：成为结晶或过冷熔体(或橡胶态)。当高分子对称性低、侧基大或冷却速率太快、粘度太大时，就出现后一种情况。当温度再下降，由于自由体积太小，使高分子链段运动受阻而“冻结”时，便转变为玻璃态(图1)。高聚物的热膨胀系数在玻璃化温度Tg以上和以下时的数值不同。同样，结晶高聚物的热膨胀系数在熔融温度以上和以下时也不相同，故可利用热膨胀系数的改变来测定Tg或Tm 。在Tg与Tm之间，半结晶性高聚物的热膨胀系数有过渡性变化（图2）。

高聚物的热膨胀系数较大者，制品的尺寸稳定性较差，因此在制造高分子复合材料时，两种材料之间的热膨胀性能不应相差太大。

比热容的定义是使 1克物质升高1度所需的热量（焦耳），比热容与高聚物结构单元的分子量Μ的乘积称摩尔热容。比热容和热容都有定容和定压之分：

定容比热容

定压比热容

CV＝ΜcV 定容摩尔热容

Cp＝Μcp 定压摩尔热容

式中U、H、T、p、V分别为内能、热焓、绝对温度、压力和体积。

常见高聚物的定压比热容的数值远大于金属和无机材料，这是因为高分子链段运动的程度容易因受热而剧增，吸收能量较大之故。同理可解释高聚物在 Tg和Tm时，为什么 cp也有明显的增大，即橡胶态的cp大于玻璃态，熔体的cp大于晶体。在Tm时晶体的熔融要吸收大量的熔化热，使该温度的cp有尖锐的峰值(图3)。

是单位时间、单位面积、单位温度梯度下所传导的热量，它反映高聚物的热传导速率，高聚物热导率远比金属或无机材料为低。作为绝热材料时，要求聚合物的热导率低，而在用升温方法加工成型高聚物制品时，要求在适当时间内能把物料加热到加工温度和冷却到环境温度，这也与热导率的大小有关。

热导率愈小的高聚物，其绝热隔音性能愈佳。高聚物发泡材料可作为优良的绝热隔音材料，在相同的孔隙率下，闭孔的发泡材料的绝热隔音效果比开孔的更好。常用的制品有脲醛树脂、酚醛树脂、聚苯乙烯、橡胶和聚氨酯类发泡材料，后二者为d性体，兼有良好的消振作用。

参考书目

1. D. W. 范克雷维伦著，许元泽等译：《聚合物的性质──性质的估算及其与化学结构的关系》，科学出版社，北京，1981。(D.W.Van Krevelen，Properties of Polymer—Their Estimation and Correlation with Chemical Structure，Elsevier，New York，1976.)