第三章 高分子材料的物理化学性质 1

第三章 高分子材料的物理化学性质 1

第三章 高分子材料的物理化学性质

第三章 高分子材料的物理化学性质 1

四、高分子材料的力学性能(一)弹性模量应变： 应变：材料在受外力作用而不产生惯性 移动时，物体相应外力所产生的形变为应变。 移动时，物体相应外力所产生的形变为应变。 应力：材料宏观变形时， 应力：材料宏观变形时，其内部产生与外 力相抗衡的力，称为应力。 力相抗衡的力，称为应力。

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材料受力方式主要有以下三种基本类型： 材料受力方式主要有以下三种基本类型：简单拉伸FA0

A

l0 l F

l

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简单剪切

形状改变而体积不变

A0

F θ

F

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均匀压缩

体积改变而形状不变

A0

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弹性模量是指在弹性形变范围内单位应变所需应力的 是指在弹性形变范围内单位应变所需应力的 大小。是材料刚性的一种表征。 大小。是材料刚性的一种表征。分别对应于以上 三种材料受力和形变的基本类型的模量如下： 三种材料受力和形变的基本类型的模量如下： 拉伸模量(杨氏模量) 拉伸模量(杨氏模量)E:E = σ / ε 剪切模量(刚性模量) 剪切模量(刚性模量)G:G = σs / γ 体积模量(本体模量) 体积模量(本体模量)B:B = p / γV

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(二)硬度和强度硬度：是衡量材料表面承受外界压力能力的一种 硬度： 指标。 指标。 拉伸强度和 硬度的大小与材料的拉伸强度 硬度的大小与材料的拉伸强度和弹性模量 有关。 有关。 强度：是衡量材料抵抗外力破坏的能力， 强度：是衡量材料抵抗外力破坏的能力，是指在 一定条件下材料所能承受的最大应力。 一定条件下材料所能承受的最大应力。

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1、拉伸强度 、拉伸强度衡量材料抵抗拉伸破坏的能力，也称拉伸 衡量材料抵抗拉伸破坏的能力，也称拉伸 拉伸破坏的能力 强度。 强度。宽度b 宽度 P 厚度d 厚度

试样断裂前所受的最大负荷P与试样横截面积 之比为抗张强度σ 之比为抗张强度σt:σt = P / b d

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2、抗弯强度 、抗弯强度 也称挠曲强度或弯曲强度。设试验过程中 也称挠曲强度或弯曲强度。 最大的负荷为P,则抗弯强度σ 最大的负荷为 ，则抗弯强度σf为： σf = 1.5Pl0 / bd2P

d bl0/2 l0/2

抗弯强度测定试验示意图

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3、冲击强度(σi) 、冲击强度( 冲击强度也称抗冲强度, 冲击强度也称抗冲强度 定义为试样受冲 击负荷时单位截面积所吸收的能量。 击负荷时单位截面积所吸收的能量。是衡量 材料韧性的一种指标。 材料韧性的一种指标。P

冲击头， 冲击头，以一定速 度对试样实施冲击d b

l0/2

l0/2

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4、聚合物强度的影响因素(1)聚合物自身的结构：主链中引入芳杂环，可增加链的 聚合物自身的结构：主链中引入芳杂环， 刚性，分子链易于取向，强度

增加；适度交联， 刚性，分子链易于取向，强度增加；适度交联，有利于强度 的提高。 的提高。 (2)结晶和取向：结晶和取向可使分子链规整排列，增加 结晶和取向：结晶和取向可使分子链规整排列， 强度，但结晶度过高，可导致抗冲强度和断裂伸长率降低， 强度，但结晶度过高，可导致抗冲强度和断裂伸长率降低， 使材料变脆。 使材料变脆。 (3)分子量：在一定范围内分子量增加，强度增加。 分子量：在一定范围内分子量增加，强度增加。 (4)应力集中：若材料中存在某些缺陷，受力时，缺陷附 应力集中：若材料中存在某些缺陷，受力时， 近局部范围内的应力会急剧增加，称为应力集中。 近局部范围内的应力会急剧增加，称为应力集中。应力集中 首先使其附近的高分子链断裂和相对位移， 首先使其附近的高分子链断裂和相对位移，然后应力再向其 它部位传递。 它部位传递。

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(5)惰性填料：有时为了降低成本，在聚合物中加入一 惰性填料：有时为了降低成本， 些只起稀释作用的惰性填料，如在聚合物中加入粉状碳 些只起稀释作用的惰性填料， 酸钙。惰性填料往往使聚合物材料的强度降低。 酸钙。惰性填料往往使聚合物材料的强度降低。

(6)增塑：增塑剂的加入可使材料强度降低，只适于对 增塑：增塑剂的加入可使材料强度降低， 弹性、韧性的要求远甚于强度的软塑料制品。 弹性、韧性的要求远甚于强度的软塑料制品。

(7)外界因素：温度、外力作用速度和作用时间对强度 外界因素：温度、 都有影响。 都有影响。

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(三)粘弹性

高聚物力学性质随时间而变化的现象称为力学松弛或粘 高聚物力学性质随时间而变化的现象称为力学松弛或粘 力学性质随时间而变化的现象 弹现象 蠕变、 静态粘弹性 蠕变、应力松弛 粘弹性分类 动态粘弹性 滞后、 滞后、内耗

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1、蠕变 、在恒温下施加较小的恒定外力时，材料的形变随时间 在恒温下施加较小的恒定外力时， 而逐渐增大的力学松弛现象。如挂东西的塑料绳慢慢变长。 而逐渐增大的力学松弛现象。如挂东西的塑料绳慢慢变长。 ε去外力

ε1 ε2+ε3 ε ε1 t1 t2 ε2 ε3 t

应用：蠕变影响了材料的尺寸稳定性。 应用：蠕变影响了材料的尺寸稳定性。 例如，精密的机械零件必须采用蠕变小的工程塑料制造； 例如，精密的机械零件必须采用蠕变小的工程塑料制造； 相反聚四氟乙烯的蠕变性很大， 相反聚四氟乙烯的蠕变性很大，利用这一特点可以用作很 好的密封材料(即用于密封水管接口等的“生料带” 好的密封材料(即用于密封水管接口等的“生料带”)

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2、应力

松弛 、所谓应力松弛，就是在固定的温度和形变下， 所谓应力松弛，就是在固定的温度和形变下，聚合物 内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象。 内部的应力随时间增加而逐渐衰减的现象。 例如橡胶松紧带开始使用时感觉比较紧， 例如橡胶松紧带开始使用时感觉比较紧，用过一段时间后 越来越松。也就是说，实现同样的形变量， 越来越松。也就是说，实现同样的形变量，所需的力越来 越少。 越少。 应力松弛同样也有重要的实际意义。 应力松弛同样也有重要的实际意义。 成型过程中总离不开应力， 成型过程中总离不开应力，在固化成制品的过程中应力 来不及完全松弛，或多或少会被冻结在制品内。 来不及完全松弛，或多或少会被冻结在制品内。这种残 存的内应力在制品的存放和使用过程中会慢慢发生松弛， 存的内应力在制品的存放和使用过程中会慢慢发生松弛， 从而引起制品翘曲、变形甚至应力开裂。 从而引起制品翘曲、变形甚至应力开裂。 消除的办法是退火或溶胀 如纤维热定形时吹入水蒸汽) 是退火或溶胀( 消除的办法是退火或溶胀(如纤维热定形时吹入水蒸汽) 以加速应力松弛过程。 以加速应力松弛过程。

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3.滞后现象 3.滞后现象当外力不是静力，而是交变力(即应力大小呈周期性变化) …… 此处隐藏：3162字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……