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。

2、[教学内容]§1概述1-1描述力学性质的基本物理量三种基本应变的模量拉伸:杨氏模量E(MPa)、σ-应力、ε-应变、F-拉伸力AO-试样原始截面积lO-试样原始长度Δl-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+í)=3B(1-2í)常用的几种力学强度拉伸强度σt=P/bd（最大负荷/截面积)Mpa1Mpa=9.8kg/cm2≈10kg/cm2弯曲强度σf=1.5(Plo/bd)MPa冲击强度σi=W/bdKgcm/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

3、拉伸行为1—1应力σ～应变ε曲线最常用于描述高聚物的力学性能，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σ～ε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σX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<1>温度影响a)T<Tg进入高弹态、形变大，不出现屈服点<2>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。<3>受迫高弹态

4、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。2—3结晶高聚物的拉伸曲线可分为三个阶段：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,S<0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<1>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

5、续由于应力集中使出现宏观上的断裂<2>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)>聚氯乙烯(极性基团)>聚异丁烯*刚性链的结构因素使σ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↑∴σ↑；适度交联使分子间作用力↑∴σ↑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

6、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↓σ↓惰性填料(CaCO3等)——降低成本σ↓；活性填料(碳黑等)——增强作用σ↑；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)<1>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↓<2>高聚物的增韧开发高韧性(高拉伸强度)

7、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