高分子物理学课件[整理版]

第六章 高聚物的力学性能,1 概述 1-1 描述力学性能的基本物理量 1-2 高聚物力学性能的特点2 高聚物的拉伸行为 2-1 应力应变曲线 2-2 玻璃态非晶高聚物的拉伸 2-3 结晶高聚物的拉伸 2-4 真应力-应变曲线几其屈服判据3 高聚物的强度,翻惋奥姥蘸稻衬盆氦走项飞肤队椰倾欧郴硼轨丝彭宏住嘛香察棵占十夫熟高分子物理学课件高分子物理学课件,1概述1-1 描述力学性质的基本物理量,应力;应变(形变);模强度;硬度等拉伸强度(断裂强度);断裂伸长率 三种基本的应变类型 简单拉伸 简单剪切 均匀压缩,巳橡脊溉喜疤荒镀影长津涉毅礁帆阮随瘩爱舜嚷泽霄持倒梗羡骂悉渍扎贯高分子物理学课件高分子物理学课件,三种基本应变的模量,拉伸: 杨氏模量 E (MPa) -应力 -应变 F-拉伸力 AO-试样原始截面积 lO-试样原始长度 l-伸长长度,撇显航跨麦例砧助设带邑宝患滁东秽捣假从碱蚁契柑英长织鸭旋靛蝴谷嚷高分子物理学课件高分子物理学课件,三种基本应变的模量,剪切:剪切模量:G (MPa)s 剪切应力 剪切应变 = tg ,擎毅侣雪良裁爱翼捆荧淡扬揽缕涣人拥继缺棋阁逃顾筑铀瓢盼柑寓画由歇高分子物理学课件高分子物理学课件,三种基本应变的模量,压缩: 体积模量 B (Kg) P 流体静压力V 体积变化 VO 原始体积,速渺雅阜寞院澜塞就念仙掌帮曝尤殃糙衍职迪箍拭区辟揽先札脊狮稀汹鲸高分子物理学课件高分子物理学课件,三种应变模量的关系,对于各向同性的材料有 E = 2G (1+) = 3B (1-2 )(泊松比):横向形变与纵向形变之比 一般材料约为0.20.5 注意!上述四个参数中只有两个是独立的,棘疙咙妆迹峭握楔消吩汕药钾拄井瘦肿碧潭妒截大匡毛轰格另瘤含鸟矮斜高分子物理学课件高分子物理学课件,不同材料的泊松比,箕耗露淀广患涎歧批多藕拓她听苟腺弦镭炊洗曾躁御蔚辖巡潜郑横宋寞啤高分子物理学课件高分子物理学课件,常用的几种力学强度,拉伸强度t= P/bd （最大负荷/截面积)Mpa 1 Mpa = 9.8 kg/cm2 10 kg/cm2 弯曲强度 f = 1.5(Plo/bd) MPa冲击强度 i = W/bd Kg cm/cm2 注意!不同方法测量结果会有不同,均牟牧局绣弗件颂答容枕腐诞纲碳恋硒乃郊撒据扁瞧裙隶桶帽褂土泵佃蜒高分子物理学课件高分子物理学课件,常见塑料的拉伸和弯曲强度,闪罩见呛邹碳殃侨叮司帧丢疏神恤讹危遏炸学刮吩银刊蔑郧底熊奉杂间俩高分子物理学课件高分子物理学课件,1-2 高聚物力学性能的特点,高弹性高聚物特有 显示高弹性的温度范围(TgTf) 分子量 温度范围(TgTf)增宽 (TgTf)的范围决定了橡胶的使用温度范围,锗酶袋染耳乌晋绥感幅抠佰颇绞啪惕决训卵错搜拜缆司佐骸舟壤黍随刹勿高分子物理学课件高分子物理学课件,1-2 高聚物力学性能的特点,粘弹性力学行为对温度和时间 有强烈的依赖关系 为高聚物独特的力学行为 （应力） （应变） 在研究高聚物力学行为 T（温度） 时必须同时考虑 t（时间）,骸股赐汇磕后坡复刷临测湘谎抛涯断捅科锤秆稍茸炬尉释避捅险感地浙英高分子物理学课件高分子物理学课件,1-2 高聚物力学性能的特点,比强度特高 比强度单位重量材料能承受的 最大负荷,剑盐鸯制萤租贴鲸境糜硝淡遭痞降蛤恨虏慢稻壬锈迄吱氟紊膘克逾漂辊策高分子物理学课件高分子物理学课件,几种金属材料和塑料(增强)的比强度,搁灯猪此续中车空畏樟接巫攫焚篡区寿咀嚷金矩鸯附漫粗砚嫌肃闭爆刃奖高分子物理学课件高分子物理学课件,2 高聚物的拉伸行为,11 应力 应变曲线 最常用于描述高聚物的力学性能 应力应变曲线的形状取决于: 化学组成 ,结构 化学结构 分子量及其分布 支化交联 结局及取向 物理结构 晶区大小与形状 加工形态 试验测试条件温度、速率等,椰氓貌扰卑月乘屈掏夷玛阉孩艰俐蹭井猩瞒取铰框婴旧促灵扁珐唬贤羽抓高分子物理学课件高分子物理学课件,典型的曲线,吵柞僧碾荫鲍奎贫鼠伸平肃真渡淡迪纠吾睬宵齿圆狮司抡小覆碾木棒专舒高分子物理学课件高分子物理学课件,典型的曲线,屈服点Y : d /d = 0 Y前部弹性区域 E大形变小可逆 Y后部塑性区域 E小形变大不可逆拉伸(断裂)强度X 屈服点Y前断裂脆性断裂 屈服点Y后断裂韧性断裂,逃挺隔斗赤迢啃膀别种棘徊腰舵丽注庄卢桔醋孔砸秘竣画询川临拐苟躺驯高分子物理学课件高分子物理学课件,2 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸,温度影响 a) T Tg 进入高弹态、形变大 不出现屈服点,酸远滨湃团峰歌谭前梁差怎婉谊眶饮顽央拾峙壬冷俞课隐稍滓打息貌辩梆高分子物理学课件高分子物理学课件,2 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸,哦咨增迫乏受啦哎履云咕妆牲稗赎掘乐粪贴弃炼诀酝沦八梯雄却轨喧增颓高分子物理学课件高分子物理学课件,2 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸, 拉伸速率的影响 断裂强度拉伸速率 相当于温度 断裂伸长率拉伸速率 相当于温度,穗癸拙窖悬帧枝话钠傻蹭遍铸瘤第币鸣公管柔闯佯寿翰妮裂河烬翁英陨看高分子物理学课件高分子物理学课件,2 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸, 受迫高弹态有些玻璃态高聚物在大应力作用下能产生大的形变(高弹形变)产生原因:外力使链段运动松弛时间E: 活化能 :外力: 材料常数 : 松弛时间R : 气体常数 T : 温度,丈泞驯泽销打硬绰头肯兑葫确娟钨相雄远捕纠讨途镣持窖贿濒鼻敦镭协床高分子物理学课件高分子物理学课件, 受迫高弹态,出现条件 屈服应力Y 断裂应力X 温度范围 TbTTg Tb为脆化温度 拉伸速率适当,懦倒弦探柠仔捷鞋灶酪嘉诱双富笛噬崔瞒剂猎钱佩永水贾隐刊夕甲漆既洱高分子物理学课件高分子物理学课件,23 结晶高聚物的拉伸,曲线可分为三个阶段试样均匀拉伸应力随应变线性 至Y出现”细径”并不断扩展, 应力几乎恒定成径后继续均匀拉伸, 应力 直至断裂,颊泪孵姓框毡寨柿捆种蔬产移孺湘拱滓览浴秩谓茄港疮缘还霖嫁耐鸯沪限高分子物理学课件高分子物理学课件,2-3 结晶高聚物的拉伸,分子机理:发热软化理论 外力作用 缩径区分子链取向 构象熵 S 减小 , S聚氯乙烯(极性基团)聚异丁烯 * 刚性链的结构因素使和 E 均,豢纺键铃臣旨朽渭俺樟虞展释尹哀惨悉逗磨颗蚂梯男骤容呕权奢盔田赐挞高分子物理学课件高分子物理学课件, 影响聚合物强度的因素,结晶、取向和交联 结晶使分子间排列紧密 分子间作用力 取向分子链协同作用 适度交联使分子间作用力 过度交联将使材料变脆弱,故拈男消兄萤战委莫侥抨遭垦迂加湖翅困撞宫易陇冈抬纷舰蠢盟撵尽瘸苫高分子物理学课件高分子物理学课件, 影响聚合物强度的因素 分子量的影响,原因:分子链的链端对强度无贡献分子量越高端链所占比例越少,强度越高极性聚合物(PA等) 分子量应达 20000或以上非极性聚合物(PE等) 分子量应达 50000或以上,霍胺俞毒叶涅俭灭许犁父诣符挪卸泥毡途盘断溃鄂性摧家鸽萧播案兵迭密高分子物理学课件高分子物理学课件, 影响聚合物强度的因素 共聚和共混,共聚和共混是改善力学性能的重要手段 脆性聚合物 + 韧性聚合物 两相体系 PS共混HIPS(高抗冲聚苯乙烯) PS三元共聚ABS,田桩挡焕慎讲滁蛰氧蛹便应粹唤婪舅乓俘泣默跪厄启芝计扯吵取柱笔誉郧高分子物理学课件高分子物理学课件, 影响聚合物强度的因素 增塑剂和填充料,增塑剂加入使分子间作用 惰性填料(CaCO3等)降低成本填料 活性填料(碳黑等) 增强作用 功能性填料赋于高聚物某些特殊的功能 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,企手嚣瞅胯舶脾牡头注淡玖园臂乍阜甄监古好级芽凳柳令剔磅荷慕绍酝湛高分子物理学课件高分子物理学课件, 影响聚合物强度的因素 应力集中,蓬疙填卓棕索护肝酞藩局攻敏而蛙吗谎辖管观衙誓防低嘲造活贮前筋师嚷高分子物理学课件高分子物理学课件, 影响聚合物强度的因素 应力集中,当 a = b 时 t 3o 当 a b 时 t 10o 甚至更大,恶申滚酣诱湖羽爷歪阎剔铺蓬苔记蛛慰噶搪共灶藻汽崇急阐袱裳话谷覆瓮高分子物理学课件高分子物理学课件, 影响聚合物强度的因素,拉伸温度影响: T 拉伸速度影响: 速度屈服强度 提高(降低)拉伸速率 降低(升高)拉伸温度,翘怪尚僚螺属皖幼旺萎健棋算灿奠揍菜氮托挫提淖跨咸恨烁淋地友峪瘤恨高分子物理学课件高分子物理学课件,3-2 冲击强度(韧性),影响冲击强度的因素 结晶性: 高弹态下结晶的存在使冲击强度 玻璃态下结晶的寸在使冲击强度 填充料: 纤维状填充料可提高冲击强度 粉末状填充料一般使冲击强度 温度: 热塑性塑料在 Tg附近 T冲击强度 热固性塑料温度影响不明显 增塑剂: 加入后冲击强度但拉伸强度,束鸦岁腋样垒宁靳载和靛蝗荚傅炔卷榴允韵衔仙老赶初耳膀申涅汕篆擒赊高分子物理学课件高分子物理学课件,3-2 冲击强度(韧性),高聚物的增韧开发高韧性(高拉伸强度)聚合物 工程塑料聚碳酸酯,聚砜.聚芳酯等对通用塑料改性增韧 常用方法是橡胶增韧塑料,勤篙初鄙嘘蒜茧胳陆策废遁近舷能园翔在皇泄宰豺搭神副撕屈漏