影响聚合物实际强度的因素总结.doc

影响聚合物实际强度的因素总结1、 高分子本身结构的影响 极性基团或氢键作用，聚合物强度增强。 表：不同分子间作用力聚合物的拉伸强度比较聚合物分子间作用力拉伸强度低压聚乙烯1516Mpa聚氯乙烯偶极力50Mpa尼龙610氢键60Mpa尼龙66氢键（分布密度较大）80Mpa极性基团或氢键的密度愈大，则强度愈高。但极性基团过密或取代基团过大，阻碍着链段的运动，不能实现强迫高弹态形变，表现为脆性断裂，因此拉伸强度虽然大了，但材料变脆。主链上含有芳杂环聚合物，其强度和模量都比脂肪族主链的高，如含有两个苯环结构的双酚A与碳酸酯聚合的PC材料，抗冲击能力和脂肪族的聚碳酸酯相比明显增强。因此新型的工程塑料大都是主链含芳杂环。分子链支化程度增加，分子之间的距离增加，分子间的作用力减小，聚合物的拉伸强度会降低，但冲击强度会提高。适度的交联，使分子链不易发生相对滑移，从而不易发生大的形变，强度增高。但是交联过程中往往会使聚合物结晶度下降，取向困难，因而过分的交联并不是总是有利的。分子量对拉伸强度和冲击强度也有一些影响，拉伸强度和冲击强度都随着分子量的增大而提高，但是分子量增大到一定量是，拉伸强度的变化就不大了，而冲击强度则继续增大。如超高分子量聚乙烯的冲击强度比普通低压聚乙烯提高3倍多，在-40是甚至可以提高18倍之多。表： 高分子本身结构对聚合物拉伸强度的影响高分子本身结构影响因素拉伸强度极性基团或氢键高主链上含有芳杂环高分子链支化低适度交联高分子量高2、 结晶和取向的影响适当增加结晶度，拉伸强度、弯曲强度和弹性模量均增加，但结晶度太高，冲击强度和断裂伸长率降低，材料变脆。冷却和退火过程形成大球晶，聚合物冲击强度显著下降，在某些聚合物成型工艺中，需要加入成核剂，使它生成微晶而不生成球晶，以提高聚合物的冲击强度。取向可大幅度提高材料强度，在合成纤维工业中取向是一个必不可少的措施。3、应力集中物的影响在聚合物的加工成型中普遍存在着各种缺陷，如细小的银纹甚至于裂缝，根据应力的分布特点，在材料缺陷附近的局部范围应力会急剧增加，即应力集中，成为了降低聚合物机械强度的致命弱点，是造成聚合物实际强度与理论强度之间巨大差别的主要原因之一。应力集中系数（最大局部应力与平均应力之比值）和材料缺陷的形状有关，锐口缺陷的应力集中系数比钝口的要大得多，因此在制品设计中为了避免产生锐口缺陷，总是尽量避免有尖锐的转角，而是将制品的转弯处设计成圆弧形的。4、增塑剂和填料的影响增塑剂的加入对聚合物起了稀释作用，减小了高分子链之间的作用力，因而强度降低，且降低值与增塑剂的加入量正相关。另一方面，由于增塑剂使链段运动能力增强，所以随着增塑剂含量的增加，材料的冲击强度提高。填料对聚合物的影响比较复杂，按照填料形状的不同，分为粉状和纤维状两类。粉状填料有惰性和活性之分，在工业生产中，某些填料的加入只起到稀释作用，制品的强度随着填充剂量的增加而降低，但成本也跟着降低，如滑石粉等。但是有些填料的加入却可以增加甚至大幅度地增加材料的强度，例如木粉加于酚醛树脂，在相当大的范围内可以不降低材料的拉伸强度，而大幅度提高它的冲击强度，因为木粉能吸收一部分冲击能量，起着阻尼作用。同种填料在不同的生产工艺中可能表现出来不同的性能，如MgCO3和ZnO等用于天然橡胶中有补强效果，但对合成橡胶却不适用。为了增强效果，常用化学处理方法来增加填料粒子与高分子的结合力。表：粉末状填料增强材料性能举例材料性能填料阻燃性Mg(OH)2 ;Al(OH)3 等减摩润滑性石墨;二硫化钼等导电性导电碳黑 ,金属粉等磁性 铁氧体,稀土类元素隔音性高密度金属粉压电性钛酸锆钛酸铅等纤维填料有天然纤维如棉、麻、毛、丝等，以及合成纤维如普遍用于工业生产的玻璃纤维。天然纤维成本较高，地域性比较强，即不同地方产的同种天然纤维其性能都有所差别，而玻璃纤维价格低廉、性能稳定，迅速代替了天然纤维，成为最普遍采用的纤维填料。纤维状填料有较高的拉伸强度，作为骨架帮助基体承担载荷，如纤维状填料使用在热固性塑料中，可以从根本上克服热固性树脂的脆性，其中以玻璃布为填料的称为玻璃纤维层压塑料，强度可以与钢材相媲美。在热塑性塑料中填充纤维可以进一步提高热塑性塑料的强度，如尼龙中玻纤填料达到40%时，其拉伸强度可超过2000Kg/cm2。但纤维状填料增强效果与纤维的长度、纤维与聚合物之间的界面粘接力有关，这也是进一步提高高性能复合材料强度的重要研究课题。5、共聚和共混的影响共聚物可以综合两种以上均聚物的性能，如苯乙烯丁二烯苯乙烯（SBS）结构即在刚性的聚苯乙烯（PS）链段上接入了柔性的丁二烯，具有更好的韧性，可以抵抗更高的冲击。共混也是一种很好的改性手段，共混物常常具有比原来组分更为优越的使用性能，如用橡胶同塑料共混，可以起到增韧的效果。另一方面，增韧效果取决于分散相相畴大小和界面粘接力,即两者相容性。6、外力作用速度和温度的影响聚合物的破坏过程是一种松弛过程，因此外力作用速度与温度对聚合物的强度有显著的影响。在外力作用下，聚合物链段要发生运动，若外力速度太大，以至于链段运动跟不上，材料的屈服需要更大的外力，即材料的屈服强度提高了；如果进一步提高拉伸速度，材料终将发生脆性断裂。反之，拉伸速度减慢时，屈服强度和断裂强度都会降低。温度对材料冲击强度的影响也是很大的，温度升高，聚合物冲击强度逐渐增加，到接近玻璃化温度时，冲击强度将迅速增加，并且不同品种之间的差别缩小。热