第七章-高分子.ppt

1、第七章聚合物、高分子材料、导弹、核武器、航空航天等军用复合材料、飞机地板材料、整流罩、机身门窗、室内装饰等的机械性能。光缆、电缆、划艇、球拍、羽毛球拍、管子、齿形带、v型带、轮胎、胶带和胶鞋，都被广泛使用。在使用中，聚合物材料必须具有必要的机械性能第1节玻璃态和结晶态聚合物的机械性能，1.1描述机械性能的基本物理量，1 .应力和应变，应变：材料几何形状和尺寸的变化是应变。(应力)，应力：单位面积的附加内力是应力。(应变)，对于各向同性材料，不同的应力模式，变形的类型将是不同的。简单拉伸，真实应变，(2)简单剪切，剪切应力，(3)均匀压缩，围压： P，体积从V0变为：均匀压缩应变：单位体积体积体

2、积减少，弹性模量，对于理想的弹性固体，应力与应变成正比，比例常数称为弹性模量，杨氏模量，剪切模量的倒数，杨氏模量的倒数，剪切模量的倒数，体积模量的倒数，压缩性，机械强度，当外力超过材料的承载力，材料将被破坏。机械强度是材料抵抗外力破坏的能力。在各种实验应用中，机械强度是材料机械性能的重要指标。不同的破坏力有不同的强度指标。1.2几种常见的力学性能指标1 .抗拉强度：(抗拉强度)在规定的温度、湿度和一定的速度条件下，沿轴向对标准试样施加拉伸载荷，直至试样断裂。拉伸强度：拉伸模量：2。弯曲强度：(弯曲强度)当集中载荷施加在两个支撑点之间的样品上，使样品变形直至断裂时的载荷称为弯曲强度。弯曲强度，弯

3、曲模量，3。冲击强度：(冲击强度)标准样品在高速冲击条件下断裂时单位面积吸收的能量。冲击强度：4。硬度：(硬度)硬度与材料的抗拉强度和弹性模量有关，这是衡量材料表面抵抗机械压力能力的指标。1.3几种聚合物的拉伸行为，1。玻璃态聚合物的拉伸，b点的屈服应力，c点的断裂应力，断裂伸长率，拉伸过程中的分子运动，曲线初始阶段的胡克弹性体，应力与应变成正比。变形是由聚合物的键长和键角的变化引起的。经过脆性断裂、和屈服点后，材料的大变形链段有运动韧性断裂和高弹性变形，玻璃聚合物有强迫高弹性变形，玻璃聚合物在大外力作用下的大变形有强迫高弹性变形，外力作用下的松弛时间与应力的关系为3360。影响强制高弹性变形

4、的因素：外力、温度、作用速度、结构因素和分子量。增加外力类似于增加温度。脆性温度：这是一个特征温度，用Tb表示。当温度低于Tb时，玻璃态聚合物不能经受强制高弹性变形，而必须经受脆性断裂，所以Tb称为脆性温度。(脆性温度)只有在Tb和TG之间的温度范围内，玻璃态聚合物才能在外力作用下实现强制高弹性变形，而强制高弹性变形是塑料具有韧性的原因，所以Tb Tg是塑料的最低温度。结晶聚合物拉伸过程的解释和曲线形状结晶聚合物和无定形玻璃状聚合物在拉伸条件下表现相似，它们本质上都是高弹性变形。差别：可冷拉的温度范围和聚集结构的变化是不同的。硬弹性材料，聚丙烯、聚甲醛等易结晶的聚合物熔体，在高张力场中结晶时，

5、可以得到弹性模量远高于普通橡胶的高弹性纤维和薄膜材料，因此被称为硬弹性材料。E.克拉克能量弹性机制，硬弹性的表面能机制，硬弹性主要是由成形纤维的表面能变化，应变诱导的塑料到橡胶的转变，1.4聚合物的屈服，1 .聚合物在单轴拉伸下的应力分析：当样品处于拉伸状态时，样品内部任意截面上的正应力和剪应力只等于样品的正应力。当=45时，出现最大剪应力。当=0时，出现正应力的最大值。真实的应力-应变曲线及其屈服准则，例如，当样品的体积在变形过程中不变时，则伸长率被定义。在曲线上，当达到最大值时，样品开始形成颈部，常规应力降低，最后样品在颈部最窄的部分断裂。然而，在对比曲线上，它随着增加而单调增加，并且当样

6、品是颈状时，最大值不出现。真应力-应变曲线类型：屈服点准则：在屈服点，曲线有一个拐点d /d=0，在=-1处与曲线相切，切点为屈服点。这意味着在点=-1处，不可能与-曲线相切。这种聚合物在冷拔过程中不会形成缩颈，随着拉力的增加，聚合物拉伸均匀。这意味着在点=-1处，可以与-曲线相切。这种聚合物具有屈服和颈缩，并且聚合物最终随着张力的增加而断裂。意味着在=-1时，可以对-曲线做两条切线，D是屈服点，在E之后，聚合物被冷拉。1.5聚合物和理论强度的破坏，1 .聚合物化学键的破坏，分子之间的滑移和分子间力的破坏。聚合物能抵抗外力破坏的原因主要取决于分子内化学键力、分子间范德华力和氢键的理论强度，(1

7、)化学键破坏：实际强度比理论值小几倍。(2)分子间滑移：没有由分子间滑移引起的断裂。(3)分子间力的损伤：理论强度和实际强度在同一数量级。1.6影响聚合物实际强度的因素与材料本身有关：化学结构、分子量及其分布、支化和交联、结晶和取向等。这与外部条件有关：温度、湿度、光线、老化、作用力的速度等。1.分子结构本身的影响，极性基团或氢键的密度越大，强度越高，低压聚乙烯，1516MPa，聚氯乙烯，50 MPa，尼龙，610，60 MPa，尼龙，1010 80MPa，以及主链中含有芳香杂环的聚合物的强度和模量都比脂肪族的高，当引入芳香环侧基时，强度和模量也会增加。带有分支分子链的聚合物：分支增加了分子之

8、间的距离和分支程度，而聚合物的拉伸强度降低，冲击强度增加。适度交联的聚合物：适度交联的聚合物可以提高拉伸强度。聚合物分子量的影响：强度随着分子量的增加而增加。然而，当分子量足够大时，拉伸强度与分子量无关，并且冲击强度继续增加。分子量分布的影响：低分子量部分降低强度。2.结晶和取向的影响，结晶度的影响：提高结晶度有利于提高拉伸强度、弯曲强度和弹性模量；然而，如果结晶度太高，冲击强度和断裂伸长率将降低。球晶结构的影响：大球晶通常会降低冲击强度和断裂伸长率；小球晶降低拉伸强度、模量和断裂伸长率。晶体形态的影响：由延伸链组成的纤维晶体的拉伸性能比由折叠链组成的纤维晶体的拉伸性能好得多。取向的影响：取向

9、使聚合物材料各向异性，并增加取向方向的强度。在取向方向上，拉伸强度、屈服应力和模量比无取向时高2 5倍，但在垂直方向上的强度比无取向时低2 3倍。3。应力集中器、应力集中的影响：如果材料中有缺陷，内应力分布将在储存和使用过程中，由于应力和环境的影响，许多热塑性塑料的表面经常会出现裂纹。由于光线的折射，这些裂缝看起来闪闪发光，所以它们被称为银纹。应力发白：当塑料在拉伸或弯曲变形时，样品是白色的，在冲击下受损表面也可以看到白色现象。增塑剂的影响和增塑剂的加入稀释了聚合物，降低了聚合物链之间的作用力，降低了强度。通常，添加增塑剂会降低材料的拉伸强度和模量，而断裂伸长率和冲击强度会相应增加。从广义上说，水是一种增塑剂。5.填料的影响。有两种填料，即惰性填料和活性填料。惰性填料：它只起到稀释的作用。降低成本，也降低材料的强度。活性填料：能显著提高材料的性能。填料的增强程度与填料本身的强度及其与聚合物的亲和力有关。粉末填料：纤维填料：填充物：6.共聚和共混的影响。共聚可以合成两种或多种均聚物的性质。聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)共混也是一种很好的改性方法，通过共混可以得到一些具有特定