高分子物理(北京化工大学)8-3

1、第二十三讲第二十三讲 聚合物的强度与韧性聚合物的强度与韧性主要内容：主要内容：聚合物的拉伸强度与增强聚合物的拉伸强度与增强聚合物的韧性与增韧聚合物的韧性与增韧聚合物的疲劳聚合物的疲劳本章重点及要求：掌握聚合物强度和韧性的影响因素、增本章重点及要求：掌握聚合物强度和韧性的影响因素、增强和增韧的方法与机理强和增韧的方法与机理教学目的：指导选材、改性、加工和使用教学目的：指导选材、改性、加工和使用。8.4 聚合物的拉伸强度 Tensile strength屈服强度屈服强度断裂强度断裂强度去年中国开始统一使用拉伸强度tbdPtb-试样厚度，d-试样宽度P-最大载荷8.4.1 拉伸强度及影响因素影响拉伸

2、强度的因素主要主要方式方式化学键断裂所需力最大分子间扯分子间扯离所需力离所需力最小最小通过断裂形式分析：分子之间相互作用大小对强度影响最大通过断裂形式分析：分子之间相互作用大小对强度影响最大考虑分子结构因素极性基团或氢键极性基团或氢键主链上含芳杂环结构主链上含芳杂环结构适度的交联适度的交联结晶度大结晶度大取向好取向好高高低低拉伸强度拉伸强度 t高高低低加入增塑剂加入增塑剂高高低低高高低低高高低低高高低低缺陷存在缺陷存在高高低低考虑外界因素温度高温度高应变速率大应变速率大高高低低高高低低拉伸强度拉伸强度 tPolymers with different properties8.4.2 增强增强

3、Reinforcement活性粒子（活性粒子（ Powder）纤维纤维 Fiber液晶液晶 Liquid Crystal C ，SiO2 Glass fiber, Carbon fiberPolyesterFiller填料增强途径增强途径（1）活性粒子增强）活性粒子增强Carbon black reinforcement橡胶+碳黑增强机理：活性粒子吸附大分子，形成链间物理交联，增强机理：活性粒子吸附大分子，形成链间物理交联，活性粒子起物理交联点的作用。活性粒子起物理交联点的作用。惰性填料怎么办？例：惰性填料怎么办？例：PVC+CaCO3，PP+滑石粉滑石粉（2）纤维增强）纤维增强Glass s

4、teel boatglassy fiber+polyester增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷增强机理：纤维作为骨架帮助基体承担载荷例：尼龙例：尼龙+玻纤玻纤/碳纤维碳纤维/晶须晶须/硼纤维硼纤维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Racing bicycleCarbon fiber（3）液晶原位增强）液晶原位增强增强机理：热致液晶中的液晶棒状分子在共混物增强机理：热致液晶中的液晶棒状分子在共混物中形成微纤结构而到增强作用。由于微纤结构是中形成微纤结构而到增强作用。由于微纤结构是加工过程中由液晶棒状分子在共混无物基体

5、中就加工过程中由液晶棒状分子在共混无物基体中就地形成的，故称做地形成的，故称做“原位原位”复合增强。复合增强。热致液晶热致液晶+热塑性聚合物热塑性聚合物共聚酯，共聚酯， 聚芳酯聚芳酯Xydar, Vector, Rodrum8.5 聚合物的韧性与增韧聚合物的韧性与增韧8.5.1 冲击强度冲击强度 Impact strength是衡量材料韧性的一种指标dbWi冲断试样所消耗的功冲断试样的厚度和宽度增韧剂： elasticizer, plasticizer, softenerPendulum machine 摆锤冲击机Charpy 简支梁Izod 悬臂梁8.5.2 影响冲击强度的因素影响冲击强度的

6、因素韧性好坏顺序韧性好坏顺序abcdcdbadcba曲线下的面积曲线下的面积代表所吸收能量代表所吸收能量因素因素强度强度延展性延展性请请判断判断Discussion强度强度延展性延展性分子间作用力分子间作用力分子链柔顺性分子链柔顺性极性基团或氢键极性基团或氢键有支链结构有支链结构适度交联适度交联结晶度大结晶度大双轴取向双轴取向好好差差好好差差加入增塑剂加入增塑剂好好差差好好差差好好差差好好差差韧性外界因素外界因素温度高温度高应变速率大应变速率大好好差差好好差差冲击强度冲击强度 i 即韧性即韧性8.5.3 聚合物的增韧聚合物的增韧(1) 橡胶增韧塑料橡胶增韧塑料橡胶橡胶增韧增韧塑料塑料e.gPV

7、CCPE，PPEPDM增韧效果取决于分散相相畴大小和界面粘接力增韧效果取决于分散相相畴大小和界面粘接力,即两者相容性即两者相容性.橡胶增韧塑料的增韧机理橡胶增韧塑料的增韧机理银纹机理：橡胶粒子作为应力集中物诱发基体银纹机理：橡胶粒子作为应力集中物诱发基体产生银纹而吸收能量。（一般脆性聚合物增韧产生银纹而吸收能量。（一般脆性聚合物增韧为此机理，如：为此机理，如：PS/SBS，PMMA/ACR）银纹银纹剪切带机理：橡胶粒子作为应力集中物剪切带机理：橡胶粒子作为应力集中物,在外力作用下诱发大量银纹和剪切带在外力作用下诱发大量银纹和剪切带,吸收能吸收能量量.橡胶粒子和剪切带控制和终止银纹。橡胶粒子和剪切带控制和终止银纹。三轴应力空化机理三轴应力空化机理:基体与分散相界面呈现脱离状基体与分散相界面呈现脱离状态态,在外力作用下发生三轴应力致使分散相粒子周在外力作用下发生三轴应力致使分散相粒子周围空化而吸收能量围空化而吸收能量。（2）刚性粒子增韧）刚性粒子增韧刚性有机粒子增韧：拉伸时，由于基体与分散相之间的模量刚性有机粒子增韧：拉伸时，由于基体与分散相之间的模量和泊松比差别致使基体对刚性粒子产生赤道面上的强压力而和泊松比差别致使基体对刚性粒子产生赤道面上的强压力而发生脆韧发生脆韧转变，刚性粒子发生转变，刚性粒子发生“冷流冷流”而吸收能量。而吸收能量。e.g PC/MBS刚