高聚物力学性能

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1、第十三章 高分子材料的力学性能（2学时）教学要求掌握聚合物应力应变曲线以及各种因素对应力应变曲线影响、屈服现象和机理，了解银纹、剪切带的概念；掌握聚合物的强度、韧性和疲劳等概念，了解聚合物强度的影响因素、增强方法和增强机理；聚合物韧性的影响因素、增韧方法和增韧机理。教学重点介绍聚合物应力应变曲线以及各种因素对应力应变曲线影响；玻璃化转变温度、聚合物的强度、韧性和疲劳等概念；增韧方法和增韧机理。教学难点玻璃化转变温度的影响因素、增强方法和增强机理、聚合物韧性的影响因素和增韧机理。教学方法多媒体辅助教学，充分利用图片多媒体素材，激发学生学习兴趣。教学内容1概述1-1 描述力学性质的基本物理量三种基

2、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-伸长长度剪切: 压缩: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 ) 常用的几种力学强度拉伸强度t= P/bd （最大负荷/截面积)Mpa1 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/cm21-2 高聚物力学性能的特点高弹性高聚物特有粘弹性力学行为对温度和时间有强烈的依赖关系比强度特高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

3、力学性能，应力应变曲线的形状取决于化学结构、物理结构、试验测试条件温度、速率等典型的曲线屈服点Y :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2 2 玻璃态非晶高聚物的拉伸温度影响a) T Tg 脆性断裂、形变小b) T Tg 出现屈服点形变稍大c) T Tg 进入高弹态、形变大，不出现屈服点 拉伸速率的影响拉伸速率增加，相当于温度下降，拉伸强度增加，断裂伸长率降低。 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减小。23 结晶高聚物的拉伸 曲线可分为三个阶

4、段：试样均匀拉伸应力随应变线性增加至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, 应力增加直至断裂。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 , S0放热缩径区附近温度增加屈服强度减小容易变形使缩径进一步扩大3 高聚物的强度3-1 拉伸强度高聚物的理论强度化学键破坏、分子间滑脱、次价力破坏高聚物破坏的过程首先在未取向部分的次价力(局部)被破坏然后由于应力集中使分子主链(局部)断裂最后继续由于应力集中使出现宏观上的断裂 影响聚合物强度的因素高聚物分子结构的影响* 增加分子链间的作用力可提高拉伸强度；* 引入极性基团和形成氢键的基团，强度增加；聚酰胺(氢键

5、) 聚氯乙烯(极性基团)聚异丁烯* 刚性链的结构因素使和 E 均结晶、取向和交联结晶使分子间排列紧密分子间作用力增加，强度增加；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；分子量的影响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或以上共聚和共混共聚和共混是改善力学性能的重要手段PS共混HIPS(高抗冲聚苯乙烯)PS三元共聚ABS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；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。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