高聚物的力学性能.ppt

1、1.第五章：聚合物的力学性能，聚合物材料在外力作用下的变形和破坏特征；2.高分子材料特点：易于加工成型；适应性广；塑料和纤维的比强度高；橡胶的弹性变形大；对外力的反应取决于时间和温度。描述聚合物材料机械性能的参数：应力、应变、时间、温度、3、5.1机械性能的基本物理量、1应力和应变，应力：定义单位面积的附加内力(单位面积的外力)，其单位为牛顿米。应力模式和变形形式：拉伸，剪切和压缩，简单拉伸，4，均匀压缩，简单剪切，5，2理想弹性体模量，简单拉伸和杨氏模量，拉伸：垂直于横截面的力f，杨氏模量E:6，6b简单剪切和剪切模量，泊松比：在拉伸中，材料的横向单位宽度减小，纵向单位长度增加。剪切力：平行

2、于横截面的力f，剪切应力：剪切应变：剪切模量G:橡胶和液体的泊松比接近0.5，7，均匀压缩和体积模量，流体静压力3360，单位体积的体积减少：体积模量：8，0。1线性非晶聚合物材料的拉伸应力-应变的典型曲线、o、5.2.1线性非晶聚合物材料的拉伸、9、典型应力弹性极限点a o-a弹性变形弹性极限应力y屈服点a-y强制高弹性变形屈服应力y断裂点t y塑性变形断裂应力t断裂点t y后，典型伸长率：弹性极限伸长率y屈服伸长率y断裂伸长率t，10，2强制高弹性变形特性：(1)强制高弹性变形的温度介于Tg和脆性点温度Tb之间。(2)受迫高弹性变形发生后不能自动恢复，但当温度升至Tg以上时可以自动恢复。(

3、3)高分子链的柔韧性、分子量和外力作用时间都影响强制高弹性变形的发生。11，3温度对聚甲基丙烯酸甲酯拉伸应力-应变行为的影响，12，5.2.2拉伸过程中结晶聚合物的应力-应变曲线和形状变化，13，均匀伸长率，均匀伸长率，细颈，细颈发展，片段取向，见图5-8，14，5.2.3聚合物拉伸应力-应变曲线的类型，5.2.4聚合物材料的断裂，1脆性断裂和延性断裂，脆性断裂和延性断裂的区分：脆性断裂3360屈服前断裂；断口光滑；缺口冲击强度小于2kJ/m2，屈服后断裂为：断口粗糙，有外延变形；缺口冲击强度大于2kJ/m2，脆性断裂是材料使用中不希望出现的情况！16，17，2影响脆性断裂和延性断裂的因素，在

4、拉伸条件下，脆性断裂易发生在33，360的低温下，随温度的升高可转变为延性断裂，18、延性断裂易发生在33，360的低变形速率下，脆性破坏可能是由33，360的C应力模式的冲击引起的；低速拉伸、剪切和压缩力容易导致延性破坏。d缺口敏感性：缺口可将材料从韧性断裂转变为脆性断裂(应力集中发生在缺口顶部)。19，B，脆性断裂应力随着分子量的增加而增加，这有利于韧性断裂。在分子取向方向上，聚合物的脆性断裂应力迅速增加，使材料在取向方向上增韧，但在垂直于取向的方向上容易发生脆性断裂。刚性侧基增加屈服应力和脆性断裂应力，而柔性侧基降低屈服应力和脆性断裂应力。20，交联可以增加屈服应力，但不会增加脆性断裂应

5、力。因此，随着交联密度的增加，聚合物材料的脆性也增加。塑化可以提高聚合物材料的韧性。21，3银条纹和剪切带，当玻璃态聚合物变形到约0.5度时，它开始显示局部塑性变形，或形成银条纹，然后发展成裂纹，导致脆性断裂，或形成剪切带和韧性断裂；银颗粒无定形聚合物，在拉伸二次应力的作用下，许多微孔出现在垂直于应力的平面上，形成类似于玻璃和陶瓷材料中的裂纹的裂纹颗粒外观，肉眼呈银色，称为银颗粒。22，23，裂纹和裂纹之间的区别：裂纹的两个开放表面之间的间隙是完全空的，并且裂纹包含取向聚合物(40。60v)，由银颗粒中高度取向的聚合物形成的微纤维束防止微孔进一步增加。银颗粒在压缩或退火热处理后会收缩或消失。2

6、4，银粒是高度反光的，但银粒是透明的。银纹的发生与应力和速度、高分子材料的分子取向、热历史和液体介质有关。25，b剪切带，当聚合物在剪切力的作用下被局部应变软化时，在材料中形成向应力方向倾斜的剪切带。剪切带的形成和发展不仅与聚合物的化学组成有关，还与应力和温度有关。随着应力和温度的增加，剪切带的生长速率也增加，这表明剪切带的生长是一个应力激活和温度激活的过程。27，5.4高分子材料的强度，5.4.1高分子的理论强度，高分子的理论强度为1520兆帕，实际强度值为0.020.1千兆帕。聚乙烯的理论强度估计为19兆帕，而普通聚乙烯的强度仅为0.03千兆帕左右，缺陷引起的应力集中和分子链的无序程度，2

7、8，5.4.2高分子的主要机械强度和拉伸强度(断裂强度)为：静态拉伸载荷施加在拉伸机上，当拉伸机断裂(断裂)时的载荷为t，t=p/bd断裂伸长率33，360t=(l-l0)/l0，29，30，弯曲强度33，360。用简单的支撑方法将样品放在两个支撑点上，试着在两个支撑点之间的样品上施加集中载荷，使其变形，直到载荷失效。它是材料韧性和脆性的量度。简支梁弯曲试验示意图，31，冲击强度：材料夏比冲击试验示意图，32，5压缩强度：疲劳强度：当交变循环外力施加到样品上时，样品承受循环应力并产生循环应变，这会削弱或破坏样品的机械性能。疲劳强度反映了聚合物抵抗裂纹的能力。33、5.4.3聚合物结构对强度的影

8、响、主链的刚性、链间的作用力以及分子链结构的规整性都有利于提高强度和模量。当分子量小于有效链段的分子量时，增加分子量并提高强度；当分子量大到足以超过有效链段的分子量时，强度基本上与分子量无关。当分子量分布变宽时，强度降低，断裂伸长率增加。34、丁基橡胶35、交联：的强度与分子量的关系适度的交联可以有效地增加分子链之间的联系，使分子链的相对滑动强度和弹性模量不易增加。36.结晶可以提高聚合物的强度。在平行于分子取向的方向上，拉伸强度和模量增加，断裂伸长率也增加。定向材料可以从脆性材料转变为韧性材料，韧性材料具有屈服点，但是在垂直于定向的方向上的拉伸强度和弹性模量低于定向之前的拉伸强度和弹性模量。

9、双轴取向使脆性聚合物成为韧性材料，拉伸强度和断裂伸长率都有所提高。结晶区相当于物理交联，取向可以导致结晶。37.双向拉伸和无拉伸塑料薄膜机械性能的比较38.5.4.4材料成分和结构对强度的影响。在聚合物中适当添加填料可以提高强度。它在塑料中被称为增强剂(纤维)，在橡胶中被称为增强剂(炭黑)。有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤维、单晶纤维(晶须)以及聚酯、尼龙和芳纶等有机纤维。炭黑颗粒表面的许多活性基团与橡胶分子形成化学交联和物理吸附。共聚和共混是提高高分子材料冲击强度的重要途径。如果聚苯乙烯是脆性的，如果丙烯腈和丁二烯单体接枝到苯乙烯中得到丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，聚苯乙烯的冲击强度将大大提高。41、应力集中：聚合物材料通常具有缺陷(杂质、空隙、裂纹、裂纹、嵌入物、缺口)等。当受到应力时，缺陷区域的应力通常大大超过平均应力值，这被称为应力集中。应力集中会降低材料的强度。42。温度和变形率为：提高温度对断裂过程的影响与降低变形速率相同。聚合物的失效过程是一个松弛过程。在较低的变形速率或较高的温度下，由于链段的运动能跟上外力的速率，材料在较低的外力下屈服，而断裂强度较低的材料变得柔软而坚韧。43，材料断裂包络，应力将脆